淺談混凝土速凝劑

淺談混凝土速凝劑（上）2015-07-27同濟(jì)混凝土外加劑本期內(nèi)容由課題組冀言亮整理速凝劑是一種能夠使水泥漿體、砂漿或混凝土迅速凝結(jié)硬化，而不過分影響其長期強(qiáng)度的化學(xué)外加劑。自速凝劑開始生產(chǎn)和使用以來，其憑借在速凝與早強(qiáng)方面的顯著特點(diǎn)，現(xiàn)已成為噴射混凝土的重要組成材料之一，特別是隨著地下工程數(shù)量的增多、規(guī)模的宏大，速凝劑作為混凝土的組成材料，不僅越來越重要，而且在某些特定工程更是不可或缺，廣泛應(yīng)用于礦山井巷、隧道等工程的錨噴支護(hù)，以及堵漏與搶修等工程。噴射混凝土的應(yīng)用速凝劑的應(yīng)用主要是以噴射混凝土為載體的。噴射混凝土借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣或其他動(dòng)力，將摻有速凝劑的拌合物，通過管道輸送并以高速噴射到結(jié)構(gòu)表面而凝結(jié)硬化，其施工方法包含了運(yùn)輸、拌合、噴射等多道工序。按照混凝土在噴射口處的狀態(tài)，噴射施工可分為干式噴射與濕式噴射兩種，而無論干式或濕式的噴射混凝土施工，速凝劑均是必不可少的外加劑。速凝劑的種類與品質(zhì)直接影響噴射混凝土的質(zhì)量，因此，國內(nèi)外關(guān)于噴射混凝土的研究均把速凝劑放在非常重要的位置。本文簡要介紹速凝劑類型與作用機(jī)理，并結(jié)合影響速凝劑作用效果的因素，討論速凝劑實(shí)際應(yīng)用中的若干關(guān)鍵要點(diǎn)。速凝劑的主要品種及其組成速凝劑種類繁多，根據(jù)性質(zhì)與狀態(tài)，大致可以分為堿性粉狀、堿性液態(tài)、無堿(低堿)粉狀和無堿(低堿)液態(tài)四大類速凝劑。堿性粉狀速凝劑主要速凝成分為鋁酸鹽、碳酸鈉和生石灰。國外研究較早的產(chǎn)品主要有日本的海德庫斯、前聯(lián)邦德國的Isocrete等，而我國較傳統(tǒng)并有代表性的主要是"紅星Ⅰ型"、"711型"和"782型"三種速凝劑。"紅星Ⅰ型"速凝劑由鋁氧熟料、碳酸鈉、生石灰，按質(zhì)量比1：1：0.5的比例配制而成，其細(xì)度接近于水泥。成分中鋁酸鈉占20%、氧化鈣占20%、碳酸鈉占40%，其余為無速凝作用的硅酸二鈣、硅酸鈉和鐵酸鈉等成分。"711型"速凝劑是由鋁礬土、碳酸鈉和生石灰按一定比例配合成生料，將生料在1300℃左右的高溫下煅燒成鋁氧燒結(jié)塊，再將其與無水石膏按質(zhì)量比3：1共同粉磨制成。在711型速凝劑產(chǎn)品中，鋁酸鈉質(zhì)量占37.5%，無水石膏質(zhì)量占25%，其余為硅酸二鈣和中性鈉鹽等。在適宜摻量下，"711型"速凝劑可使水泥凈漿在5min內(nèi)初凝，10min內(nèi)終凝，提高混凝土的早期強(qiáng)度，但會(huì)使其28d強(qiáng)度有所降低。"782型"速凝劑是由礬泥、鋁氧熟料和生石灰按質(zhì)量比6.78：1.32：1.00的比例配制而成，主要化學(xué)成分為Al2O3、CaO、SO3、SiO2、Fe2O3、K2O、Na2O等，此類速凝劑含堿量相對較低，可使混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展加快，后期強(qiáng)度損失相對較小。2堿性液態(tài)速凝劑堿性液態(tài)速凝劑主要有硅酸鈉型和鋁酸鹽型兩種。硅酸鈉型液態(tài)速凝劑以鈉水玻璃（硅酸鈉）為主要成分，為降低黏度需加入重鉻酸鉀，或亞硝酸鈉、三乙醇胺等成分。其生產(chǎn)方法是將水玻璃調(diào)整到波美度30，再適當(dāng)加入其他輔料。主要產(chǎn)品有奧地利的西卡-1，瑞士的西古尼特-W。這類速凝劑可加速混凝土的凝結(jié)、硬化，早期強(qiáng)度高、抗?jié)B性好，可以在低溫下施工，缺點(diǎn)是收縮大，堿含量仍然很高，混凝土后期強(qiáng)度也有所損失。鋁酸鹽型液態(tài)速凝劑主要由鋁酸鈉(約占50%)、氫氧化鈉(或碳酸鈉)、三乙醇胺與減水劑、增粘劑等組分溶解于水而制成。其常用摻量一般為膠凝材料質(zhì)量的2.5%-5.5%。其作用效果通常受水泥熟料的化學(xué)成分、混合材種類和摻量以及水泥的細(xì)度等多種因素的影響，并且由于堿性物質(zhì)的存在，混凝土后期抗壓強(qiáng)度損失較大(20%-25%)。1.3無堿(低堿)粉狀速凝劑無堿(低堿)粉狀速凝劑是20世紀(jì)90年代初開始使用的一類速凝劑。如采用CaCl2與Al2(SO4)3復(fù)合制成的無堿粉狀速凝劑，可使混凝土后期強(qiáng)度損失減低至15%以下，但因Cl-的引入會(huì)加速鋼筋銹蝕，該速凝劑沒有得到推廣。也有主要是以鋁酸鈣為主要速凝組分的粉狀速凝劑，其摻量在6%-12%。這種速凝劑直接與水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量水化鋁酸鈣致使水泥漿體快速凝結(jié)，而不與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。無堿(低堿)粉狀速凝劑雖然堿含量較低，混凝土抗壓強(qiáng)度損失相對較小。但這類速凝劑在使用過程中仍無法消除粉狀速凝劑普遍存在的混合不均勻、粉塵大等缺陷，且受潮后會(huì)嚴(yán)重影響它們的速凝效果。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，這類速凝劑需要在干燥設(shè)備中貯存，阻礙了其推廣與應(yīng)用。4無堿(低堿)液態(tài)速凝劑國外對無堿(低堿)液態(tài)速凝劑的研究始于20世紀(jì)70年代。研究人員使用鋁酸鈉或鋁酸鉀、醇胺等配制出了低堿液態(tài)速凝劑。其中，鋁酸鹽作為主要促凝物質(zhì)，并加入了能起到早強(qiáng)和增稠的作用的醇胺。此類速凝劑堿含量減低至10%-20%，混凝土28d抗壓強(qiáng)度比保持在70%-80%之間。隨后，研究人員分別利用鋁酸鈣、鋁酸鈣和石膏、硫酸鋁和冰晶石、硫酸鋁等，對鋁酸鈉或鋁酸鉀液態(tài)速凝劑進(jìn)行改性，進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的堿含量。為提高液態(tài)速凝劑產(chǎn)品的穩(wěn)定性，還配合使用了無機(jī)酸、羧酸、鏈烷醇胺、酰胺、有機(jī)醇等改性組分，這也有助于增加噴射混凝土的粘聚性。目前，以硫酸鋁替代部分堿金屬鹽類物質(zhì)所配制的速凝劑，作為新型無堿(低堿)液態(tài)速凝劑，在市場上生產(chǎn)與應(yīng)用較廣泛。這類速凝劑品種很多，且組成成分和配制工藝也存在較大差別。舉例如下。以硫酸鋁為主要組分的速凝劑這種速凝劑中起速凝作用的主要是鋁離子，但因?yàn)榱蛩徜X的溶解度較小，溶液不穩(wěn)定，大部分存在摻量較高、早期強(qiáng)度偏低和后期強(qiáng)度損失較大的缺點(diǎn)。以硫酸鋁和鋁酸鈉為主要組分的速凝劑硫酸鋁和鋁酸鈉在一定條件下可反應(yīng)生成聚合硫酸鋁，使得溶液中鋁離子含量增加，然而聚合硫酸鋁的穩(wěn)定性較差，目前主要采用摻加穩(wěn)定劑和調(diào)節(jié)pH值的方法來抑制鋁離子的水解，延長其存儲(chǔ)期。這類速凝劑對水泥后期強(qiáng)度影響較小，對不同類型的水泥適應(yīng)性良好。但從根本上來說，摻加鋁酸鈉時(shí)會(huì)不可避免的引入鈉離子，這與速凝劑向無堿方向發(fā)展的趨勢是相悖的。以硫酸鋁和氫氧化鋁為主要組分的速凝劑硫酸鋁和氫氧化鋁可直接反應(yīng)生成聚合硫酸鋁，簡化了硫酸鋁和鋁酸鈉反應(yīng)先生成氫氧化鋁再生成聚合硫酸鋁的反應(yīng)過程，并且最大程度的引入了鋁離子。其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)引入堿金屬離子，缺點(diǎn)是氫氧化鋁使用比例較大，成本較高，且這類速凝劑穩(wěn)定性差，容易沉淀、結(jié)晶，不利于長期儲(chǔ)存使用。硫酸鋁與其他成分搭配制備的速凝劑硫酸鋁也可以與氟化鈉、硫酸鎂等進(jìn)行配合，形成速凝劑產(chǎn)品。但氟化鈉和硫酸鎂都存在一定的缺點(diǎn)。如氟化鈉能夠促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物的形成，縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間，提高混凝土的強(qiáng)度，同時(shí)還可作為絡(luò)合物的形成劑，能夠與硫酸鋁形成穩(wěn)定的絡(luò)合物體系，增加鋁離子在水知，硫酸鋁也可與液相中的氫氧化鈣直接迅速反應(yīng)生成鈣礬石。科研人員利用掃描電鏡SEM對P·O42.5水泥漿體，以及添加了4%該種速凝劑的水泥漿體，在不同水化時(shí)間時(shí)的形貌進(jìn)行了觀察。如下圖所示：P·O42.5水泥漿體及摻加了4%以硫酸鋁為主要組分的液態(tài)速凝劑的水泥漿體，在不同水化時(shí)間的SEM圖像(a：P·O42.5水泥漿體，水化時(shí)間為260min；b：摻加了4%以硫酸鋁為主要組分的液態(tài)速凝劑的水泥漿體，水化時(shí)間為6min；c：摻加了4%以硫酸鋁為主要組分的液態(tài)速凝劑的水泥漿體，水化時(shí)間為260min)可以看出，P·O42.5水泥漿體水化形成的鈣礬石集中分布并覆蓋于無水礦物表面，阻礙了水泥的進(jìn)一步水化，從而抑制了漿體的凝結(jié)速度。而摻加了4%以硫酸鋁為主要組分的液態(tài)速凝劑的水泥漿體，其所形成的鈣礬石，是在水化產(chǎn)物的孔隙間分散分布的。再者，兩種漿體中所生成的鈣礬石在形態(tài)上也存在著差異：P·O42.5水泥漿體水化形成的鈣礬石較為細(xì)長，形如針狀，而摻加了4%以硫酸鋁為主要組分的液態(tài)速凝劑的水泥漿體生成的鈣礬石則呈短柱狀，并連接成簇。可以認(rèn)為，摻加了4%以硫酸鋁為主要組分的液態(tài)速凝劑的水泥漿體中，鈣礬石晶體的迅速增多，以及其相互搭接、穿插成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致漿體出現(xiàn)了速凝現(xiàn)象。由于文章篇幅限制，本期對速凝劑進(jìn)行了初步介紹，下期內(nèi)容中我們將繼續(xù)探討影響速凝劑作用效果的因素以及速凝劑施工中的注意事項(xiàng)，感謝您的閱讀！淺談混凝土速凝劑（下）2015-08-03同濟(jì)混凝土外加劑本期內(nèi)容由課題組冀言亮整理上一期內(nèi)容介紹了速凝劑的分類、組成和作用機(jī)理，本期將繼續(xù)討論影響速凝劑作用效果的因素和速凝劑施工中的注意事項(xiàng)。3影響速凝劑作用效果的因素速凝劑的作用效果受多重因素的影響，這一點(diǎn)必須引起工程界的高度重視。下面簡要分析。3.1水泥品種水泥品種不同，對速凝劑的使用效果會(huì)產(chǎn)生很大影響，具體表現(xiàn)在混凝土的凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)強(qiáng)度和耐久性等方面。如"紅星I型"速凝劑，當(dāng)其摻量為水泥質(zhì)量的2.5%-4%時(shí)，對不同來源的普通硅酸鹽水泥均有很好的速凝效果，初凝在1min-3min，終凝在2min-10min，但對礦渣硅酸鹽水泥速凝效果效差。當(dāng)"紅星I型"速凝劑摻量為礦渣硅酸鹽水泥質(zhì)量的4%時(shí)，初凝最長會(huì)延遲到10min以上。也有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)過，鋁酸鹽系列(為鋁酸鈉體系，pH值為8-10)的液態(tài)堿性速凝劑應(yīng)用到不同品種水泥中，在相同摻量下，初凝時(shí)間相差2min15s，而終凝時(shí)間可相差6min28s之久。相比于堿性速凝劑，無堿(低堿)速凝劑的水泥適應(yīng)性問題更為突出。有研究表明：水泥的石膏種類和含量、鋁酸三鈣含量和水泥的細(xì)度均是影響無堿(低堿)速凝劑作用效果的重要因素。3.2速凝劑摻量與其它類型混凝土外加劑一樣，速凝劑也存在著最佳摻入量。具體表現(xiàn)在摻量較低時(shí)，速凝效果不明顯，而摻量過高時(shí)，不僅造成了浪費(fèi)，同時(shí)也引入了更多的不利因素（如引入過多的堿，造成混凝土后期強(qiáng)度損失較大等）。通常在普通硅酸鹽水泥中速凝劑的最佳摻量為2.5%-4.0%(如"紅星I型")，若摻量超過4%，凝結(jié)時(shí)間反而延長，混凝土強(qiáng)度的降低也會(huì)更為嚴(yán)重。3.3水灰比對于噴射混凝土來說，水灰比愈大，速凝效果愈差。較大的水灰比會(huì)增大漿體內(nèi)部水泥顆粒間的距離，不利于水化產(chǎn)物的搭接、連生，速凝劑加速凝結(jié)硬化的效果也不明顯。理論上講，復(fù)合摻加減水劑，可使水泥顆粒的分散更均勻，使水化更易進(jìn)行，從而會(huì)促進(jìn)速凝劑的速凝效果，但是，必須嚴(yán)加注意的是，減水劑的相關(guān)成分往往對水泥有一定的緩凝作用，往往對速凝劑的速凝效果卻存在一定的負(fù)面影響。3.4水泥風(fēng)化程度水泥風(fēng)化是由于水泥顆粒吸收空氣中的水分和二氧化碳后在其表面形成水化層和碳化層的結(jié)果。噴射混凝土的施工環(huán)境和條件遠(yuǎn)比一般混凝土差，往往水泥儲(chǔ)存期較長，其儲(chǔ)存水泥的風(fēng)化程度對速凝劑的使用效果及噴射混凝土各齡期強(qiáng)度的影響都比較大。因此，水泥的風(fēng)化程度的影響必須加以考慮。4速凝劑的工程應(yīng)用要點(diǎn)使用速凝劑的目的在于使混凝土能在數(shù)分鐘甚至瞬間凝結(jié)、硬化并建立強(qiáng)度，滿足噴射、快速施工或止水堵漏等的特殊要求。而速凝劑的作用效果對水泥本身、速凝劑的摻量、環(huán)境因素等的依賴性都較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中很容易出現(xiàn)即使使用了質(zhì)量合格的速凝劑也達(dá)不到預(yù)期效果的現(xiàn)象，還可能出現(xiàn)因混凝土凝結(jié)時(shí)間極快而又來不及完成堵漏、搶修施工的現(xiàn)象。因此，在使用速凝劑的過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題。4.1充分認(rèn)識(shí)速凝劑與水泥的適應(yīng)性，正確選擇速凝劑的品種和摻量如前所述，速凝劑存在著與水泥適應(yīng)性的問題，實(shí)際應(yīng)用中，這種適應(yīng)性問題也隨著影響因素的增多而更加復(fù)雜。具體表現(xiàn)為同一種速凝劑，其摻量、摻入時(shí)間、水泥品種、水泥中石膏品種和摻量、礦物摻合料的品種和摻量、水泥細(xì)度、水泥新鮮度、減水劑、混凝土水灰比，甚至有時(shí)集料中所含的鹽類物質(zhì)等，都會(huì)對摻入了速凝劑的混凝土的凝結(jié)時(shí)間產(chǎn)生很大影響。研究發(fā)現(xiàn)：對于粉狀速凝劑，速凝劑先與水泥干拌均勻，再加水?dāng)嚢?，效果要比加水?dāng)嚢杷酀{體后再摻入速凝劑的效果要好；采用新鮮水泥時(shí)，速凝劑的作用效果更好；速凝劑對于比表面積大的水泥的速凝效果，要比比表面積小的水泥好。因此，對于大型噴射混凝土工程來說，為了保證施工質(zhì)量、提高效率、減少噴射失敗引起的損失，必須在施工前進(jìn)行大量的試驗(yàn)室試驗(yàn)與試噴驗(yàn)證，正確選擇速凝劑的品種、水泥品種并確定速凝劑的最佳摻量范圍。4.2充分認(rèn)識(shí)速凝劑對混凝土強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性與耐久性的影響速凝劑可使水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間大幅縮短，早期強(qiáng)度大大提高，但迅速結(jié)晶生長的水化鋁酸鈣或鈣釩石搭接并穿插其中，雖然也有大量的硅酸鹽水化產(chǎn)物填充密實(shí)大晶體搭接成的骨架，但這種硬化結(jié)構(gòu)體的密實(shí)性畢竟不如正常凝結(jié)的漿體；其次，由于過早形成的鋁酸鹽水化產(chǎn)物包覆在硅酸鹽水化產(chǎn)物表面，對其進(jìn)一步水化產(chǎn)生了抑制作用；另一方面，鋁酸鹽水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性對漿體液相環(huán)境的依賴性強(qiáng)，易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，水化產(chǎn)物發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變后會(huì)導(dǎo)致缺陷增多，孔隙增大。因此，摻加速凝劑的混凝土，其后期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度往往不及不摻速凝劑的混凝土。干縮是衡量各類混凝土外加劑品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。摻有速凝劑的混凝土，由于礦物成分早起快速水化，結(jié)合了比較多的水分，實(shí)際上干燥過程中蒸發(fā)的水分相對較少，但正是由于摻有速凝劑的混凝土早期的硬化體結(jié)構(gòu)相對較密實(shí)，毛細(xì)孔半徑相對于普通漿體中的毛細(xì)孔來說，要更細(xì)小些，因此其收縮率會(huì)增大。并且在工程應(yīng)用中，為了降低噴射混凝土的回彈率并保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，摻有速凝劑的混凝土的水泥用量和砂率均比普通混凝土高，致使噴射混凝土的收縮率一般比同強(qiáng)度等級的普通混凝土高10%-25%。耐久性方面，由于過去噴射混凝土主要用于臨時(shí)性的噴射支護(hù)結(jié)構(gòu)，人們對其耐久性的關(guān)注較少。隨著噴射混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)展，以及有時(shí)要考慮配筋并需保證抗水滲透性、抗碳化性與抗氯離子滲透性等，人們對于摻有速凝劑的噴射混凝土的耐久性關(guān)注越來越多。眾所周知，混凝土的抗?jié)B性與其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，摻有速凝劑的混凝土由于施工操作方面的原因，較難保證內(nèi)部質(zhì)量的均勻性，再加上本身微觀結(jié)構(gòu)方面的缺陷，導(dǎo)致混凝土密實(shí)度的波動(dòng)較大。這一點(diǎn)在施工設(shè)計(jì)時(shí)要予以考慮，另外，也希望噴射混凝土施工技術(shù)人員正確掌握各種速凝劑的使用方法，通過選取合適的速凝劑品種與摻量，保證施工質(zhì)量。充分認(rèn)識(shí)速凝劑應(yīng)用中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，綜合考慮速凝劑的應(yīng)用特征與具體工程特點(diǎn)，才能合理利用速凝劑，才可在進(jìn)行摻速凝劑的混凝土或砂漿配合比設(shè)計(jì)與施工控制時(shí)做到有的放矢。4.3加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，采取必要措施最大程度地防止裂縫工程上，人們普遍認(rèn)為：噴射混凝土施工后立即凝結(jié)硬化，收水快，不需要養(yǎng)護(hù)。這種觀點(diǎn)是完全錯(cuò)誤的。噴射混凝土施工后仍需至少7d以上的濕養(yǎng)護(hù)，一方面防止早期干燥收縮裂縫，另一方面也可以增進(jìn)其強(qiáng)度發(fā)展，保證工程質(zhì)量。實(shí)際應(yīng)用中，噴射混凝土的水泥用量和砂率都很大，表面蒸發(fā)率較大時(shí)，更應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以防止開裂。一般噴射混凝土在終凝后2h，即應(yīng)開始噴水養(yǎng)護(hù)。一般工程的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7d，重要工程不得少于14d。每天噴水養(yǎng)護(hù)的次數(shù)，以保持表面90%相對濕度為準(zhǔn)。相對濕度較高的隧道、洞室或地下、地上封閉環(huán)境中的噴射混凝土，可酌情減少噴水養(yǎng)護(hù)次數(shù)。對于重要工程，強(qiáng)烈建議采用摻加鋼纖維、聚丙烯纖維等措施來提高噴射混凝土的抗裂性。參考文獻(xiàn)[1]劉晨,龍世宗,鄔燕蓉,顏碧蘭.混凝土速凝劑促凝機(jī)理新探[J].建筑材料學(xué)報(bào),2000,02:175-181.[2]王稷良,宋敬亮,劉康,王大鵬.硫酸鋁系低堿液體速凝劑的研制[J].混凝土,2014,12:84-87.[3]張建綱.噴射混凝土用液體速凝劑的水泥適應(yīng)性研究[J].隧道建設(shè),2010,01:6-8.[4]PagliaC,WormbacherF,BohniH．Theinfluenceofalkali-freeandalkalineshotcreteacceleratorswithincementsystemsI:Characterizationofthesettingbehavior．Cementandconcreteresearch,2001,31(6):913-918．[5]MalteseC,PistolesiC,DalnegroE．Newhighperformanceliquidalkalifreeacceleratorsforwetsprayedconcrete:Astateoftheartaboutactionmechanismandtechnologicalproperties．Thefederationforstructuralconcrete．Proceedingsofthe2ndFIBcongress,session4,Undergroundandfoundationstructures,Naples,Italy,June5-8,2006:1-9．[6]賀雄飛,張迅.液體無堿速凝組分的速凝機(jī)理探討[J].隧道建設(shè),2014,12:1131-1136.[7]張力冉,王棟民,張述雄,劉輝,李娟,逄建軍.無堿液體速凝劑與水泥的適應(yīng)性及水化促凝機(jī)理分析[J].硅酸鹽通報(bào),2014,06:1365-1371.[8]陳蜀東,康勇.水泥品種、速凝劑摻量及環(huán)境溫度對凈漿凝結(jié)時(shí)間影響的試驗(yàn)研究[J].遼寧建材,2010,01:42-43.[9]李付剛,潘志華,傅秀新,周棟梁.高效低堿液態(tài)水泥速凝劑的性能及促凝機(jī)理研究[J].建井技術(shù),2008,06:18-20.[10]席耀忠.速凝水泥漿體的速凝原因及機(jī)理探討[J].中國水泥,2007,01:52-55.[11]唐明,孫亞東.液體中性速凝劑與預(yù)拌混凝土的適應(yīng)性研究[J].混凝土,2006,01:48-50.[12]李瓊.低堿液體混凝土速凝劑的研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2003.[13]施惠生，孫振平，鄧凱，混凝土外加劑實(shí)用技術(shù)大全[M],北京:中國建材工業(yè)出版社，2007,108-116.淺談混凝土速凝劑（下）2015-08-03同濟(jì)混凝土外加劑本期內(nèi)容由課題組冀言亮整理上一期內(nèi)容介紹了速凝劑的分類、組成和作用機(jī)理，本期將繼續(xù)討論影響速凝劑作用效果的因素和速凝劑施工中的注意事項(xiàng)。3影響速凝劑作用效果的因素速凝劑的作用效果受多重因素的影響，這一點(diǎn)必須引起工程界的高度重視。下面簡要分析。3.1水泥品種水泥品種不同，對速凝劑的使用效果會(huì)產(chǎn)生很大影響，具體表現(xiàn)在混凝土的凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)強(qiáng)度和耐久性等方面。如"紅星I型"速凝劑，當(dāng)其摻量為水泥質(zhì)量的2.5%-4%時(shí)，對不同來源的普通硅酸鹽水泥均有很好的速凝效果，初凝在1min-3min，終凝在2min-10min，但對礦渣硅酸鹽水泥速凝效果效差。當(dāng)"紅星I型"速凝劑摻量為礦渣硅酸鹽水泥質(zhì)量的4%時(shí)，初凝最長會(huì)延遲到10min以上。也有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)過，鋁酸鹽系列(為鋁酸鈉體系，pH值為8-10)的液態(tài)堿性速凝劑應(yīng)用到不同品種水泥中，在相同摻量下，初凝時(shí)間相差2min15s，而終凝時(shí)間可相差6min28s之久。相比于堿性速凝劑，無堿(低堿)速凝劑的水泥適應(yīng)性問題更為突出。有研究表明：水泥的石膏種類和含量、鋁酸三鈣含量和水泥的細(xì)度均是影響無堿(低堿)速凝劑作用效果的重要因素。3.2速凝劑摻量與其它類型混凝土外加劑一樣，速凝劑也存在著最佳摻入量。具體表現(xiàn)在摻量較低時(shí)，速凝效果不明顯，而摻量過高時(shí)，不僅造成了浪費(fèi)，同時(shí)也引入了更多的不利因素（如引入過多的堿，造成混凝土后期強(qiáng)度損失較大等）。通常在普通硅酸鹽水泥中速凝劑的最佳摻量為2.5%-4.0%(如"紅星I型")，若摻量超過4%，凝結(jié)時(shí)間反而延長，混凝土強(qiáng)度的降低也會(huì)更為嚴(yán)重。3.3水灰比對于噴射混凝土來說，水灰比愈大，速凝效果愈差。較大的水灰比會(huì)增大漿體內(nèi)部水泥顆粒間的距離，不利于水化產(chǎn)物的搭接、連生，速凝劑加速凝結(jié)硬化的效果也不明顯。理論上講，復(fù)合摻加減水劑，可使水泥顆粒的分散更均勻，使水化更易進(jìn)行，從而會(huì)促進(jìn)速凝劑的速凝效果，但是，必須嚴(yán)加注意的是，減水劑的相關(guān)成分往往對水泥有一定的緩凝作用，往往對速凝劑的速凝效果卻存在一定的負(fù)面影響。3.4水泥風(fēng)化程度水泥風(fēng)化是由于水泥顆粒吸收空氣中的水分和二氧化碳后在其表面形成水化層和碳化層的結(jié)果。噴射混凝土的施工環(huán)境和條件遠(yuǎn)比一般混凝土差，往往水泥儲(chǔ)存期較長，其儲(chǔ)存水泥的風(fēng)化程度對速凝劑的使用效果及噴射混凝土各齡期強(qiáng)度的影響都比較大。因此，水泥的風(fēng)化程度的影響必須加以考慮。4速凝劑的工程應(yīng)用要點(diǎn)使用速凝劑的目的在于使混凝土能在數(shù)分鐘甚至瞬間凝結(jié)、硬化并建立強(qiáng)度，滿足噴射、快速施工或止水堵漏等的特殊要求。而速凝劑的作用效果對水泥本身、速凝劑的摻量、環(huán)境因素等的依賴性都較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中很容易出現(xiàn)即使使用了質(zhì)量合格的速凝劑也達(dá)不到預(yù)期效果的現(xiàn)象，還可能出現(xiàn)因混凝土凝結(jié)時(shí)間極快而又來不及完成堵漏、搶修施工的現(xiàn)象。因此，在使用速凝劑的過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題。4.1充分認(rèn)識(shí)速凝劑與水泥的適應(yīng)性，正確選擇速凝劑的品種和摻量如前所述，速凝劑存在著與水泥適應(yīng)性的問題，實(shí)際應(yīng)用中，這種適應(yīng)性問題也隨著影響因素的增多而更加復(fù)雜。具體表現(xiàn)為同一種速凝劑，其摻量、摻入時(shí)間、水泥品種、水泥中石膏品種和摻量、礦物摻合料的品種和摻量、水泥細(xì)度、水泥新鮮度、減水劑、混凝土水灰比，甚至有時(shí)集料中所含的鹽類物質(zhì)等，都會(huì)對摻入了速凝劑的混凝土的凝結(jié)時(shí)間產(chǎn)生很大影響。研究發(fā)現(xiàn)：對于粉狀速凝劑，速凝劑先與水泥干拌均勻，再加水?dāng)嚢瑁Ч燃铀當(dāng)嚢杷酀{體后再摻入速凝劑的效果要好；采用新鮮水泥時(shí)，速凝劑的作用效果更好；速凝劑對于比表面積大的水泥的速凝效果，要比比表面積小的水泥好。因此，對于大型噴射混凝土工程來說，為了保證施工質(zhì)量、提高效率、減少噴射失敗引起的損失，必須在施工前進(jìn)行大量的試驗(yàn)室試驗(yàn)與試噴驗(yàn)證，正確選擇速凝劑的品種、水泥品種并確定速凝劑的最佳摻量范圍。4.2充分認(rèn)識(shí)速凝劑對混凝土強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性與耐久性的影響速凝劑可使水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間大幅縮短，早期強(qiáng)度大大提高，但迅速結(jié)晶生長的水化鋁酸鈣或鈣釩石搭接并穿插其中，雖然也有大量的硅酸鹽水化產(chǎn)物填充密實(shí)大晶體搭接成的骨架，但這種硬化結(jié)構(gòu)體的密實(shí)性畢竟不如正常凝結(jié)的漿體；其次，由于過早形成的鋁酸鹽水化產(chǎn)物包覆在硅酸鹽水化產(chǎn)物表面，對其進(jìn)一步水化產(chǎn)生了抑制作用；另一方面，鋁酸鹽水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性對漿體液相環(huán)境的依賴性強(qiáng)，易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，水化產(chǎn)物發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變后會(huì)導(dǎo)致缺陷增多，孔隙增大。因此，摻加速凝劑的混凝土，其后期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度往往不及不摻速凝劑的混凝土。干縮是衡量各類混凝土外加劑品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。摻有速凝劑的混凝土，由于礦物成分早起快速水化，結(jié)合了比較多的水分，實(shí)際上干燥過程中蒸發(fā)的水分相對較少，但正是由于摻有速凝劑的混凝土早期的硬化體結(jié)構(gòu)相對較密實(shí)，毛細(xì)孔半徑相對于普通漿體中的毛細(xì)孔來說，要更細(xì)小些，因此其收縮率會(huì)增大。并且在工程應(yīng)用中，為了降低噴射混凝土的回彈率并保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，摻有速凝劑的混凝土的水泥用量和砂率均比普通混凝土高，致使噴射混凝土的收縮率一般比同強(qiáng)度等級的普通混凝土高10%-25%。耐久性方面，由于過去噴射混凝土主要用于臨時(shí)性的噴射支護(hù)結(jié)構(gòu)，人們對其耐久性的關(guān)注較少。隨著噴射混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)展，以及有時(shí)要考慮配筋并需保證抗水滲透性、抗碳化性與抗氯離子滲透性等，人們對于摻有速凝劑的噴射混凝土的耐久性關(guān)注越來越多。眾所周知，混凝土的抗?jié)B性與其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，摻有速凝劑的混凝土由于施工操作方面的原因，較難保證內(nèi)部質(zhì)量的均勻性，再加上本身微觀結(jié)構(gòu)方面的缺陷，導(dǎo)致混凝土密實(shí)度的波動(dòng)較大。這一點(diǎn)在施工設(shè)計(jì)時(shí)要予以考慮，另外，也希望噴射混凝土施工技術(shù)人員正確掌握各種速凝劑的使用方法，通過選取合適的速凝劑品種與摻量，保證施工質(zhì)量。充分認(rèn)識(shí)速凝劑應(yīng)用中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，綜合考慮速凝劑的應(yīng)用特征與具體工程特點(diǎn)，才能合理利用速凝劑，才可在進(jìn)行摻速凝劑的混凝土或砂漿配合比設(shè)計(jì)與施工控制時(shí)做到有的放矢。4.3加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，采取必要措施最大程度地防止裂縫工程上，人們普遍認(rèn)為：噴射混凝土施工后立即凝結(jié)硬化，收水快，不需要養(yǎng)護(hù)。這種觀點(diǎn)是完全錯(cuò)誤的。噴射混凝土施工后仍需至少7d以上的濕養(yǎng)護(hù)，一方面防止早期干燥收縮裂縫，另一方面也可以增進(jìn)其強(qiáng)度發(fā)展，保證工程質(zhì)量。實(shí)際應(yīng)用中，噴射混凝土的水泥用量和砂率都很大，表面蒸發(fā)率較大時(shí)，更應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以防止開裂。一般噴射混凝土在終凝后2h，即應(yīng)開始噴水養(yǎng)護(hù)。一般工程的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7d，重要工程不得少于14d。每天噴水養(yǎng)護(hù)的次數(shù)，以保持表面90%相對濕度為準(zhǔn)。相對濕度較高的隧道、洞室或地下、地上封閉環(huán)境中的噴射混凝土，可酌情減少噴水養(yǎng)護(hù)次數(shù)。對于重要工程，強(qiáng)烈建議采用摻加鋼纖維、聚丙烯纖維等措施來提高噴射混凝土的抗裂性。參考文獻(xiàn)[1]劉晨,龍世宗,鄔燕蓉,顏碧蘭.混凝土速凝劑促凝機(jī)理新探[J].建筑材料學(xué)報(bào),2000,02:175-181.[2]王稷良,宋敬亮,劉康,王大鵬.硫酸鋁系低