无氯无碱液体速凝剂的组成、性能及机理研究

【摘要】喷射混凝土是用于隧道支护、矿井加固、道路抢修、城市防水堵漏等的混凝土，在国家基础设施建设中发挥重要作用。速凝剂是配制喷射混凝土必不可少的关键材料。速凝剂产品的发展方向是无氯无碱液体速凝剂，满足混凝土耐久性和湿喷工艺要求。但是目前液体速凝剂生产和应用中存在的问题是稳定性差、掺量高、混凝土后期强度有不同程度损失。2013年我国液体速凝剂总产量仅占到速凝剂总产量的3%，急待在技术上取得突破。本文通过正交试验确定了以硫酸铝为主要成分的无氯无碱液体速凝剂（其英文为aluminumsulfateaccelerator，以下简称ASA）的配方，研究了该速凝剂的相关性能，探讨了该速凝剂的速凝机理，具体研究内容如下：（1）ASA的制备。以聚合硫酸铝、硫酸镁、醇胺、无机酸和稳定剂为原材料，研究了单组份对水泥促凝效果的影响。设计正交实验，以稳定性系数、初凝时间和终凝时间为考核指标，确定最终物料配比为：聚合硫酸铝：硫酸镁：醇胺：无机酸：稳定剂：水=48:14:10:1.5:1.0:25.5。制备出无氯无碱液体速凝剂（文中称ASA）碱含量为0.037%，氯离子含量为0.014%，pH约为3.0，含固量为51%，密度为1.41g/cm3。（2）ASA的性能。ASA速凝剂掺量为5%时，水泥浆初凝时间为4min10s，终凝时间为8min40s，砂浆1d抗压强度为7.23MPa，1d抗压强度提高了68%，28d抗压强度比108.3%，满足合格品要求；当掺量提高至7%时，水泥浆初凝和终凝分别缩短至2min40s和4min40s，砂浆1d抗压强度提高到8.56MPa，1d抗压强度提高了99%，28d抗压强度比为103.2%。ASA综合性能超过国内外同类产品。（3）ASA的稳定性。利用TurbiscanLab稳定仪，提出用扫描光强度变化值d来评价液体速凝剂稳定性的方法。基于稳定性机理分析，通过选择采用Al2O3/SO3值较高的原料，通过添加能与Al3+形成可溶性络离子的稳定剂和调节pH值等技术路线的方法，有效解决了液体速凝剂稳定期短的问题，所制备液体无碱速凝剂稳定期超过6个月，而对比样品放置1~2个月出现不同程度沉淀析晶现象。（4）ASA的应用性能。水泥的细度、水泥中石膏种类和掺合料掺量、水泥的新鲜程度对ASA速凝效果影响较大。水灰比低于0.35或ASA掺量大于7%时，ASA和减水剂相容性较好。温度、水灰比、搅拌时间以及添加速凝剂的时间对速凝剂作用影响较大。（5）ASA混凝土的力学性能和耐久性能。与空白混凝土相比，掺碱性速凝剂混凝土1d抗压强度提高70.6%，28d抗压强度损失16.8%，120d收缩增加31.29%，抗冻性和抗渗性下降；掺ASA混凝土1d抗压强度提高43.5%，28d抗压强度增加10.2%，抗渗性能提高，120d收缩仅增加8.35%，抗冻性下降。（6）ASA的作用机理。采用XRD、DSC-TG、ESEM、MIP等测试手段分析了掺ASA速凝剂水泥硬化浆体水化产物组成和微观结构，并与空白样做了比较。ASA提供大量Al3+和SO42-，能瞬间与液相中溶解的Ca2+反应生成大量钙矾石，钙矾石相互接搭成网络，导致浆体速凝。液相中Ca2+被消耗又促进了C3S水化，使浆体中CH数量减少，生成的C-S-H凝胶填充孔隙使硬化浆体微观结构更致密，因此提高了早期和28d抗压强度。
【作者】甘杰忠；
【导师】王玲；
【作者基本信息】中国建筑材料科学研究总院，材料学，2014，硕士
【关键词】无氯无碱液体速凝剂；凝结时间；抗压强度；稳定性；作用机理；

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