ANS无碱液体速凝剂的研制与应用

ANS无碱液体速凝剂的研制与应用
作者：马强张乐李晓飞李永亮
来源：《科技创新导报》 2012年第29期
马强张乐李晓飞李永亮
（北京市建筑工程研究院有限责任公司北京 100039）
摘要：本文介绍了A NS无碱液体速凝剂的制备工艺及性能特点，测试了与不同品牌水泥
的适应性，并与低碱液体速凝剂进行对比试验。

结果表明：A NS无碱液体速凝剂具良好的早期
和后期抗压强度，并具有广谱的水泥适应性。

该产品应用在沪昆铁路雪峰山隧道群喷射混凝土
施工中，得到了良好工程技术效果。

关键词：无碱速凝剂喷射混凝土铁路隧道
中图分类号：TU528.042.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)10(b)-0060-02
传统粉状速凝剂产品只能应用于干喷工艺施工，且存在溶解速度慢，不易分散均匀等缺陷[1]，它们虽然能满足施工中速凝的要求，但是混凝土强度很低，28d强度保留率一般只有65%
左右[2]，制约了其在水利、隧道等工程上的广泛应用。

湿法喷射混凝土常用的液体速凝剂包括以硅酸钠、铝酸钠为主的碱性液体速凝剂和无碱液体速凝剂[3]。

其中，碱性液体速凝剂掺入混凝土后，会使喷射混凝土的后期强度明显降低以及抗渗等耐久性能下降。

而无碱液体速凝剂则
可以提高喷射混凝土的后期强度、提高抗渗能力[4]，因此被广泛应用于城市的地下交通、水利工程、高铁隧道、地下厂房等重要工程设施中。

本研究采用有机基料与无机基料复合的方法，在制备过程中掺加了多种辅料，使其与基料
充分复合，对速凝剂体系起到了协同增效的作用，拓宽了速凝剂的适应性，并将产品顺利应用
到沪昆铁路雪峰山隧道群喷射混凝土施工中，起到了良好的效果。

1 AN S 无碱液体速凝剂的制备
1.1 原材料
硫酸铝，工业级；柠檬酸铝，工业级；有机醇胺，工业级；有机酸，化学纯；聚丙烯酰胺，化学纯；水泥：基准水泥，长白山、浑河、韶峰、云峰四种品牌P·O 42.5水泥；砂：I S O
标准砂。

1.2 制备工艺
先将硫酸铝和柠檬酸铝在6 5℃～8 0℃的水中充分溶解，并在搅拌过程中投入有机醇胺，
持续反应3 0 m i n，待溶液澄清后加入聚丙烯酰胺，充分反应3 0 m i n后，加入滴入定量
有机酸，保温2 h，自然冷却至常温状态后，制得ANS无碱液体速凝剂。

1.3 性能测试
参照J C 47 7-2 0 0 5中的实验方法，选用基准水泥，测试掺A N S无碱液体速凝剂后水泥净浆的凝结时间，以及水泥砂浆的1d抗压强度值和2 8 d抗压强度比等参数，实验数据见表1。

由表1可以看出，A N S无碱液体速凝剂对基准水泥的作用效果非常明显，随着速凝剂掺
量的增加，水泥净浆的凝结时间明显缩短，且水泥砂浆的1d抗压强度值和2 8 d抗压强度比也呈增加趋势。

这是因为，在A N S 无碱液体速凝剂制备过程中引入的多羟基功能团分子，促进了铝交联体系与聚丙烯酰胺分子的配位交联，形成了一种高活性复合柠檬酸铝交联体系，该交联体系的形成，极大的激发了A l 3 +的活性。

这些A l 3 +和S O 42 -与水泥中原有的C 3A 以及石膏共同迅速反应，生成大量的微细针柱状钙矾石晶体，这些新生晶体在水泥颗粒间生长、发展，相互交连成网状结构而速凝。

同时产生的大量水化热使水泥浆体温度骤然升高，甚至可达4 0℃，这又进一步促进了C3S的水化，于是浆体在短时间内凝结[5]。

随着速凝剂掺量的增加，A l 3 +和S O 42-的引入量也在增加，水泥水化早期生成的钙矾石的量也随之增加，同时大量地消耗了液相中的C a 2 +，极大地加速了水泥的水化，因此凝结时间随之缩短，水泥砂浆的1d 抗压强度值也随之提高。

大量A l 3 +和S O 42 -的引入，改变了水泥浆体系的离子结构，生成了强度更高且能够提供凝聚结构的钙矾石晶体骨架，加之C- S -H对钙矾石骨架的胶结和填充作用，从而提高了水泥砂浆后期的抗压强度，使得2 8 d抗压强度比明显提高。

1.4 适应性试验
选用北方地区的长白山和浑河P·O42.5水泥，及南方地区的韶峰和云峰P·O42.5水泥，对所制备的A NS无碱液体速凝剂体系进行适应性试验，试验结果见表2。

表2显示，A N S液体速凝剂对南北方水泥都有很强的适应性，且对长白山和韶峰两种水
泥的作用效果优于浑河和云峰两种水泥。

A N S无碱液体速凝剂能够显著提高水泥净浆的1d抗压强度值，且后期抗压强度也有所保障，1d抗压强度值和2 8 d抗压强度比均远远超出规范J C477-20 05所规定的技术指标。

1.5 与低碱液体速凝剂的对比试验
选用湖南地区的韶峰P·O42.5水泥，参照J C47 7-2 0 0 5的试验要求，在不同的温度条件下进行A N S无碱液体速凝剂与低碱速凝剂作用效果的对比试验，速凝剂种类和掺量对凝结时间及强度的影响效果见表3。

由表3可以看出，环境温度对速凝剂的作用效果有一定的影响，温度越高，影响效果越明显。

相同温度条件下，要达到相同的凝结时间要求，ANS无碱液体速凝剂的掺量比低碱速凝剂要大。

掺A N S无碱液体速凝剂的1d水泥胶砂强度明显高于低碱速凝剂。

A N S无碱液体速凝剂对水泥的后期强度起到了显著的增强效果。

2 现场喷射试验
2.1 喷射配合比
现场喷射试验选用韶峰P·O42.5水泥，北京市建筑工程研究院有限责任公司生产的A N4 0 0 0聚羧酸减水剂，细度模数为3.1的统溪河中砂，及5-10m m粒径的高台碎石场的碎石，喷射混凝土配合比的基本参数见表4。

2.2 现场喷射试验
现场喷射试验地点选定在沪昆铁路雪峰山3#隧道，外界温度在2 6.5℃左右，采用喷射混凝土机械手作业，控制喷射压力在10MPa左右，喷射混凝土试验结果见表5。

表5的试验结果显示：
（1）隧道施工部位不同，A N S 液体无碱速凝剂的掺量有所变化，拱顶的喷射施工中速凝剂的掺量比初支竖墙要高。

这是因为，混凝土的自重比较大，在粘结力不能大于混凝土自重的时候，新喷射的混凝土在自重作用下更容易脱落，致使回弹量较大。

与拱顶喷射工艺相比，两侧竖墙采用分层递进式喷射工艺，新喷射的混凝土能够有效的依着在上一层混凝土侧面，彼此间的摩擦力有效的抵消了部分混凝土自重作用力，进而实现有效的粘结，减少了回弹量。

而拱顶的施工却只能依靠加大速凝剂的掺量和降低喷射厚度来满足喷射要求。

（2）现场大板的各龄期强度明显低于出机口成型试件的强度，这与现场大板的密实度及施工工艺有关，不同的施工部位以及不同的施工工艺都会导致喷射混凝土的密实度不同，进而影响到混凝土的强度，此外，大板试件在加工成立方试件的同时也会产生尺寸误差，从而影响到混凝土的强度。

（3）A N S无碱液体速凝剂在沪昆铁路
雪峰山3#隧道喷射混凝土中的应用效果良好，混凝土回弹率较低，各龄期强度均能满足设计要求。

3 结论
（1）A N S无碱液体速凝剂对北方的长白山、浑河水泥，以及南方的韶峰、云峰水泥都具有良好的适应性，掺入ANS无碱液体速凝剂后，水泥砂浆各龄期的抗压强度均能满足JC477-20 05的质量要求，且对28d抗压强度的提高尤为显著。

（2）A N S无碱液体速凝剂能够满足沪昆铁路湖南段雪峰山隧道群喷射混凝土的施工技术要求，回弹率低，混凝土质量能够得以保证。

（3）与低碱速凝剂相比，A N S无碱液体速凝剂具备更高的技术优势，在高铁、水利等市场上具备良好的应用前景。

参考文献
[1] 李国新. 几种协同增效组分对铝酸钠液体速凝剂作用效果的影响[ J ]．混凝土，20 05，4（186）：49-51．
[2] 青义琢．混凝土速凝剂的研究成果与展望[ J] ．云南冶金，1998，17（1）：16-20．
[3] 液体无碱速凝剂的制备与应用技术研究[ J ]．混凝土与水泥制品，20 0 9，6（3）：6-8．
[4] 潘志华，程建坤．水泥速凝剂研究现状及发展方向[J]．南京化工大学学报，20 05，26（2）：23-27．
[5] 潘志华，阎文，程建坤．无碱液态速凝剂的性能及其速凝机理[ J ]．南京工业大学学报，20 07，29(2)：25—29．。