水泥速凝剂

一实验目的

1. 掌握配制水泥速凝剂的工艺

2. 了解水泥速凝剂的速凝机理以及各组分作用

二实验原理

1速凝剂特点

速凝剂是随着水泥混凝土的广泛使用而产生的，并且一直在不断地发展。应用

于喷射混凝土中可以大大提高喷射的速度和厚度，同时增加了强度和减少了回弹。速凝剂能够使混凝土喷射到工作表面上后很快就能凝结。因此，速凝剂必须具备以下几种性能:

(1)对混凝土无不利影响，如钢锈、碱,骨料反应、长期耐久性等; (2)有较高

的早期强度，后期强度降低不能太大(小于30%); (3)使混凝土喷出后3,5min内初凝，10min之内终凝; (4)尽量减小水灰比，防止收缩过大，提高抗渗性能; (5)使

混凝土具有一定的粘度，防止回弹过高;

(6)对施工人员及环境无不良影响，对钢筋无腐蚀作用; (7)原材料易得，价格

较低。

2速凝剂速凝机理

各种不同的速凝剂可以使水泥很快就凝结，但其作用机理至今尚未定论，目前

主要有以下几种观点。

(1)生成水化铝酸钙而速凝

速凝剂的各组分之间将发生如下反应，生成溶解度更低的盐类: NaCO+CaO+HO ? CaCO+NaOH 2323

NaCO+CaSO? CaCO+NaSO 234 324

铝酸盐水解,并进行中和反应:

NaAlO+2HO ? Al(OH)+NaOH 223

2NaAlO+3CaO+7HO ? 3CaO?AlO?6HO+2NaOH 22232

在反应过程中产生的NaOH与水泥中的石膏之间建立了以下平衡关系:

2NaOH+CaSO ? NaSO+Ca(OH) 4242

速凝剂产生的NaOH与石膏作用生成NaSO，使水泥浆体中CaSO的浓度明显降244低，在这种条件下，水泥中CA(3CaO?AlO)可以迅速地进入溶液，析出六角323 板状的水化产物CAH(3CaO?AlO?6HO)进而生成CAH，CaSO所起的缓凝作362324134

用消失，水化热大量释放，从而导致水泥浆的迅速凝结。 (2)加快水泥水化速率而速凝

试验表明，掺有速凝剂的水泥中发生了如下反应:

Al(SO)+3CaO+5HO ? 3CaSO?2HO+2Al(OH) 2432423

2NaAlO+3CaO+7HO ? 3CaO?AlO?6HO+2NaOH 22232

3CaO?AlO?6HO+3CaSO?2HO+25HO—3CaO?AlO?3CaSO?31HO 2324222342因此，在水泥,速凝剂,水的体系中，由于AlSO等电解质的解离，以及水泥24 粉磨过程中所加石膏的溶解，是水化初期溶液中的硫酸根离子浓度骤增并与溶液中的AlO、Ca(OH)等组分急速反应，迅速生成微细针柱状的钙矾石及中间232 次生物石膏，这些新生晶体的生长、发展，在水泥颗粒之间交叉连接生成网络状结构而速凝。同时，速凝剂中的铝氧熟料及石灰提供了有利的放热反应，为整个水化体系提供了40?左右的反应温度，促进了水化产物的形成和发展。 (3)行成水化铝酸钙骨架并促进CS(3CaO?SiO)水化而速凝 32

中国建材研究院认为铝氧熟料促进水泥凝结的主要原因是:?铝氧熟料反应后得到NaOH促进CS水化，硅离子溶出加快;?速凝剂的加入减弱并消除了CS33初始生成的水化膜和双电子层的阻碍作用，导致了诱导期的缩短或消失;?熟2+2-料矿物初期水化得到的Ca与速凝剂中的AlO反应迅速生成水化铝酸钙晶体，搭接成网络;?铝氧熟料溶于水时放出大量的热，促进了水化铝酸钙的析晶放热和CS的水化反应放热，这些放热反应的共同作用造成水泥浆体温度骤然升3 高，甚至可达40?，进一步促进了水泥水化反应的进行;?水化产物的形成，尤其是水化铝酸钙的形成结合了大量的游离水，浆体迅速失去流动性;?水化产物的结晶和生长交叉形成网络结构，水化硅酸钙填充其间，促使水泥迅速凝结、硬化。

3速凝剂的使用

速凝剂主要用于喷射混凝土及补漏工程中。在隧道、地下巷道等工程中可用喷射混凝土以达到快速、高质量的目的。如何掺入速凝剂应该由工艺条件来确定。

用干法喷射混凝土施工时，当水泥、粗骨料、细骨料加料时同时加入粉末状速凝剂，经过压缩空气运送这些物料时就可将它们搅拌均匀了。粉末状速凝剂液可用于湿法喷射中，但需要在喷嘴处以压气气流形式加入，而不能直接加到湿式喷射机或泵内。液状速凝剂在喷射时先溶于水，在喷射时用水适量稀释后，借助水泵或风压在喷嘴处加入，因而它易于做到使速凝剂掺入均匀。硅酸盐类水泥中加入适量速凝剂，在一定水灰比及一定温度时，水泥净浆具有塑性，而其凝结时间可以控制在10min之内。对速凝剂的一般要求是净浆有良好的流动性，并且不要在搅拌时出现迅速边干稠、无塑性的急凝现象。 4试验仪器及药品

1.试验仪器

50ml烧杯一次性塑料杯量筒计时器(或手机或手表1只) 电子天平(量程200g，分度值0.01)

2.试验药品

自来水氢氧化铝[Al(OH)] 三聚氰胺硫酸铝[Al(SO)] 3243

氟化钠(NaF)【以上各药品均为分析纯级】水泥(东岳牌普通硅酸盐水泥 PC 32.5R)

5试验方法

(1) 对照组:用一次性纸杯称取水泥50g，加入15ml自来水，搅拌30s，并震

荡30次后静置。

(2) 实验组1(速凝剂所占比例为2%):在一个纸杯中称取NaF 0.74g、

Al(SO)243 1.04g 、三聚氰胺0.22g并用40ml水混合均匀，加入到100g水泥后迅速搅拌30s，并且震荡30次后静置并观察凝固速度

(3)实验组2(速凝剂所占比例为3%):在一个纸杯中称取NaF 1.11g、Al(SO)243 1.56g 、三聚氰胺0.33g并用40ml水溶解，加入100g水泥后迅速搅拌30s，并且震荡30次后静置并观察凝固速度

[硫酸铝的存在，促进了水泥组分中硅酸盐相的水化，使CS水化加快，由于能3

3提供较多的Al，及促进CS水化，使钙矾石很快出现了晶体，这些晶体间互

相3

搭结生长，表现出了明显的早强效果。

三聚氰胺具有较强的分散作用，使一部分较小的水泥颗粒能以细小的、分散的颗粒形式存在于液相中，这就加大了反应的表面积，可以使水泥的初期反应速度大大提高。]