液体速凝剂的制备及性能

第43卷第5期2018年10月

广州化学

Guangzhou Chemistry

V ol. 43 No. 5

Oct. 2018

文章编号：1009-220X(2018)05-0011-07 DOI:10.16560/ki.gzhx.20180510

液体速凝剂的制备及性能

汪志勇，温建峰，林春红，陈娟，李双超，汪春满，崔云雾

（中铁四局安徽中铁工程材料科技有限公司，安徽合肥230041）

摘要：通过对多种市售有碱和无碱液体速凝剂产品的性能分析，分析总结了行业上速凝剂产品存在

的不足之处。自制了一种无碱和一种有碱速凝剂产品，研究了不同辅料对速凝剂体系的协同增效作用，

研究了环境温度、湿度、用水量、水泥种类等测试条件对速凝剂凝结时间的影响，总结了速凝剂在应

用过程的注意事项及调整产品适应性的方法。

关键词：喷射混凝土；无碱速凝剂；有碱速凝剂；凝结时间；抗压强度；适应性

中图分类号：TU528.042 文献标识码：A

速凝剂是一种能使水泥混凝土在很短时间内凝结硬化而不过分影响混凝土后期强度的混凝土外加剂，主要用于喷射混凝土和喷射砂浆工程中[1-4]。随着隧道、矿山、矿井巷道支护、堵漏等工程的大量建设，速凝剂的需求量也越来越大，而液体速凝剂的发展解决了传统粉状速凝剂粉尘大、回弹量大等问题，提高了喷射混凝土的施工质量。

目前液体速凝剂按照碱含量划分可分为有碱液体速凝剂和无碱液体速凝剂划分。其中有碱液体速凝剂以铝酸钠型为代表的高碱液体速凝剂发展至今技术已十分成熟，它具有掺量低、成本低和早期强度高等优点，但一直无法克服高的碱含量带来的后期强度损失、耐久性差和对人体腐蚀性大等问题[5-6]。以硫酸铝型为代表的无（低）碱液体速凝剂解决了碱含量高的问题，降低了喷射混凝土发生碱集料反应的可能性，提高了混凝土的后期强度，减弱了液体速凝剂对人体的伤害[7-12]。然而，无碱液体速凝剂的发展刚刚起步，技术还不成熟，仍存在一些未能解决的问题。

因此本文在对市售的多种有碱速凝剂和无碱速凝剂的性能进行评价后，分析总结了行业上速凝剂产品存在的不足，并自制了一种无碱和一种有碱速凝剂产品，通过研究不同辅料对速凝剂体系的协同增效作用，总结用于调整速凝剂产品适应性的方法；并通过研究了环境温度、湿度、用水量、水泥种类等测试条件对速凝剂凝结时间的影响，总结一些速凝剂在应用过程的注意事项。

1 试验

1.1试剂和仪器

主要试剂：氢氧化钠、氢氧化铝、十八水硫酸铝、氟化钠、三乙醇胺（TA）、二乙醇胺、柠檬酸均为分析纯试剂，由无锡市展望化工试剂有限公司提供；六水氟硅酸镁，分析纯，麦克林试剂；水合硅酸镁，上海海逸科贸有限公司；市售速凝剂样品由行业内多个厂家提供。

主要仪器：电动搅拌器；电加热套；四口烧瓶；维卡仪，天津市中科建材仪器有限公司；微机控制电子抗压抗折一体试验机，仪器型号CDT1305-2，美特斯工业系统（中国）有限公司。

收稿日期：2018-08-14

作者简介：汪志勇（1979~），男，湖北天门人，硕士，高级工程师；主要从事建筑材料的研究。175842486@

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1.2 合成

1.2.1有碱液体速凝剂的合成

在釜中加入水、氢氧化钠，开启搅拌，待氢氧化钠溶解后缓慢加入氢氧化铝，在110℃条件下反应两小时，冷却至室温出料。

1.2.2无碱液体速凝剂的合成

常温下加入水、水合硅酸镁，在30℃下高速分散15 min ，加热至80℃依次加入氟硅酸镁、氟化钠、待溶液澄清后缓慢加入硫酸铝，继续在80℃下反应1 h ，冷却出料，有机醇胺在温度降低至50℃之后加入。 1.3 检测

依照标准《喷射混凝土用速凝剂》JC477-2005对所选市售速凝剂及自制速凝剂的水泥凝结时间和水泥砂浆强度进行检测。

2 结果与讨论

2.1 市售速凝剂的性能分析

2.1.1市售有碱液体速凝剂的性能分析

试验选取了6种市售有碱速凝剂，采用基准水泥，速凝剂掺量4%，测定了样品在水泥净浆中的凝结时间，测试结果如图1所示。所选速凝剂在4%掺量下，均能使水泥净浆在较快时间内凝结，除3号样品只符合JC477-2005中对合格品的凝结时间要求外，其余样品均满足一等品的要求。

图1 市售有碱速凝剂凝结时间测试凝结时间/ s

样品编号

28d 抗压强度比/ %

图2 市售有碱速凝剂抗压强度测试

1d 抗压强度/ M P a

样品编号

进一步地，试验采用基准水泥和标准砂按照JC477-2005标准中的配比测定了各速凝剂的水泥胶砂强度。如图2所示，6种速凝剂样品1 d 抗压强度均在10 MPa 左右，但是28 d 抗压强度比除了1号样品外，其他样均小于标准要求的70%。

从上述测试结果可知，目前市售有碱液体速凝剂在较低的掺量下即可使水泥在短时间内凝结硬化，1 d 抗压强度较高可达到10 MPa 以上，但由于后期碱骨料的反应导致砂浆28d 抗压强度损失较大。通过对各产品的pH 值及固含量分析可知，产品的pH 值均＞13，固含量在40%～55%之间。

2.1.2市售无碱液体速凝剂的性能分析

试验选取了6种市售无碱液体速凝剂，按照JC477-2005标准中分别测试了样品的水泥净浆凝结时间和砂浆抗压强度，如图3、4所示。从凝结时间测试结果看，所选无碱速凝剂通过调整掺量可使水泥净浆在标准控制范围内凝结，部分速凝剂产品初终凝时间间隔长，1、4、5号样虽然凝结时间合格，但是砂浆1 d

第5期

汪志勇等：液体速凝剂的制备及性能

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抗压强度低于标准要求的7 MPa ，除1号样外，其余速凝剂样品28 d 抗压强度比均大于100%。

图3 市售无碱外样凝结时间测试

初凝时间/ s

样品编号

图4 市售无碱外样砂浆抗压强度测试

1d 抗压强度/ M P a

样品编号

28d 抗压强度比/ %

2.1.3市售速凝剂产品优缺点分析

目前国内市场上流通的有碱液体速凝剂主要成分为铝酸钠，是由氢氧化钠和氢氧化铝反应制得，产品性能及质量稳定性与固含量、反应所选钠铝摩尔比有着密切关系。产品的特点是掺量低，1 d 抗压强度较高，28 d 抗压强度保留值低。

而对于无碱液体速凝剂，其主要成分是硫酸铝，由于硫酸铝在常温条件下的溶解度低，为了提高速凝剂的促凝效果及硫酸铝的溶解度，这种速凝剂产品中通常会加入大量的酸类物质作为稳定剂，如乳酸、柠檬酸、磷酸、氢氟酸等，有时也会加入有机醇胺类物质缩短凝结时间。这种做法会导致产品的pH 值呈强酸性，同时当氢氟酸、有机醇胺用量过大时，产品的1 d 抗压强度严重降低，如无碱样品1砂浆1 d 抗压强度仅为2.51 MPa ，但这类速凝剂由于碱含量低，不会对水泥28 d 强度产生较大影响，所选无碱速凝剂样品28 d 抗压强度比均大于标准要求的70%。 2.2 自制速凝剂

2.2.1有碱液体速凝剂的性能分析

铝酸钠母液的主要成分是偏铝酸钠，偏铝酸钠属两性物质，在有碱速凝剂体系中当体系碱度、浓度过低时其会发生双水解生成氢氧化铝沉淀，从而影响产品的均一性和速凝性能。实验分别研究了反应体系钠铝摩尔比、反应浓度、复配醇胺类物质对产品性能的影响，如图5、6所示。

图5 Na/Al 摩尔比对速凝剂凝结时间的影响

凝结时间/ s

Na/Al 摩尔比

初凝时间/ s

图6 复配速凝剂凝结时间随掺量的变化

终凝时间/ s

掺量/ %