混凝土速凝剂是指能够使混凝土迅速凝结硬化，而不过分影响混凝土长期强度和其他性能的外加剂。众多工程实践表明，混凝土速凝剂是喷射混凝土和快速堵漏材料必不可少的外加剂。混凝土速凝剂能显著缩短混凝土由浆体变为固态所需时间，在几分钟内就可以使之失去流动性并硬化，十几分钟即可使混凝土达到终凝，混凝土的早期强度比较高。这种加速水泥硬化速度的特性，使它在公路、矿山、桥梁、隧道、铁路、水利、工业与民用建筑和国防工程中都有广泛的应用。

喷射混凝土施工具有很多普通模板浇筑混凝土所无法相比的优点，尤其是在各种地下工程的错喷支护中，因为不用模板支承，成型条件好，施工非常方便，能在短时间内提供支护能力或迅速堵漏，成为现代地下工程和堵漏工程中一项非常重要和必需的措施。特别是近代先进喷射混凝土技术的发展，大大扩展了喷射混凝土在地下工程中的使用范围。过去有些不可能实现的工程项目，有了喷射混凝土后现在变得实际可行。混凝土速凝剂作为喷射混凝土的必要组分，也得到了迅速发展。

    我国从20世纪60年代初开始推广锚固支护新技术，先后在很多大型的铁路和建筑工程中获得成功，并积累了丰富的理论和实践经验。工程实践证明，在这些工程中采用喷锚支护技术，不仅可以大大加快工程建设速度，节省大量的人力和物力，而且还节约了混凝土用量，减少了地下工程的开挖量。如今，混凝土速凝剂在喷射、抢修和止水堵漏工程中发挥重要作用，应用十分广泛。
 

混凝土速凝剂的选用及适用范围

    从目前发展状况看，混凝土速凝剂的发展趋势有如下特点：a.含碱性高的速凝剂开发并应用所占比重逐渐减少，低碱或无碱速凝剂越来越为人们重视；b.单一的速凝剂向具有良好性能的复合速凝剂发展，通过添加减水剂、早强剂、增黏性、降尘剂等研制新型复合添加剂；c.有机高分子材料和不同类型表面活性剂在开发中更多地被采用，它们为减少喷射混凝土回弹，粉尘含量从理论研究到实际应用开辟了新途径；d.新型速凝剂必须具备无毒、无腐蚀、无刺激性，对水泥各龄期强度无较大负影响，功能价格比优越等特征。
 

混凝土速凝剂的作用机理

    水泥经过水化作用达到凝结状态是一个物理和化学相结合的过程。一定数量的水化产物形成网络，产生一定的强度，即为混凝土的凝结。这一过程并不需要大量的水化产物，事实上，只要少量的连接点即足以搭结成网络，从而导致混凝土凝结。

    由于在混凝土工程中常用的速凝剂多为复合剂，与水泥的水化反应交织在一起，因此，不同种类的混凝土速凝剂往往具有不同的作用机理。但从混凝土的凝结硬化机制分析，各种不同速凝剂的作用本质都在于加快水泥的水化、加速具有胶凝性产物或加速混凝土中絮凝结构的生成等方面。

1.水化反应生成水化铝酸钙而速凝

    典型的铝氧熟料、碳酸盐系速凝剂组成在水泥浆体中发生以下化学反应。

    反应中消耗了部分石膏，使石膏不足以与铝酸三钙进行反应生成钙砚石起到缓凝作用。铝酸三钙与水迅速水化，促使水化铝酸钙的快速生成，从而加快了水泥浆体的凝结；而低溶解度产物的生成和水化热的大量释放促进了凝结过程

2.大量生成钙砚石导致混凝土速凝

    复合型的硫铝酸盐速凝剂以及以硫酸铝为基础的新型无碱速凝剂掺入水泥浆体中，可以发生如下化学反应。

    因此，在水泥-速凝剂-水体系中，由于硫酸铝等电解质的电离和水泥粉磨时加入石膏的溶解，使液相中的硫酸根浓度骤增，并与溶液中的氢氧化钙等组分迅速反应，生成大量微细针柱状的钙砚石和中间产物次生石膏，这些晶体的生长、发展在水泥颗粒之间形成网络状结构导致速凝。同时，反应热的释放也加快了凝结过程。

3.形成水化铝酸钙骨架并促进硅酸三钙水化导致速凝

    据研究，铝氧熟料反应生成的氢氧化钠能促进硅酸三钙的水化，加快硅离子的溶出速率，同时，水泥水化反应生成的钙离子与速凝剂中的离子迅速反应生成大量的水化铝酸钙，并消耗大量的水，从而增加水泥浆体的黏度，很快形成网络结构导致速凝。此外，水化放热对速凝也起到促进作用。

4.其他作用机理

    对新型早期复合速凝剂的研究认为，絮凝作用是速凝剂的重要作用机理。对于新型早期复合速凝剂，由于速凝剂离子带电与水化物带电电性相反，产生电性中和作用，电位降低，导致水化物粒子聚集絮凝产生沉降而加速凝结。对于掺有水溶性树脂等高分子有机物的速凝剂，由于水泥颗粒和水化物硅氧键中的氧离子会与高分子有机物中的氢原子之间形成氢键，从而产生“架桥”吸附作用。大量分散的微细颗粒被吸附于高分子长链周围，起到增稠的作用，并形成大颗粒的聚集体，具有较大的沉降速度，加速了水泥浆体的凝结。

    水泥水化初期，石膏与铝酸三钙（C3A)反应生成钙砚石，钙砚石就像一个致密的外套包裹在水泥颗粒之外，起着阻滞但并非完全阻断水分向水泥表面渗入的作用，延缓水泥的进一步水化。有研究结果认为，加入铝酸盐类速凝剂，大量的铝酸盐与钙砚石反应生成“单硫酸盐”的硫酸盐。这种单硫酸盐要比钙砚石的透水性强，这样就可以保证水泥正常水化作用在自然状态下进行，从而达到混凝土速凝、早强的效果。

    硅酸盐类速凝剂能促进硅酸三钙的水化反应，在较短的时间内形成大量的硅钙石沉淀，从而导致水泥很快的凝结。

有机物速凝剂的作用方式有2种：

①对沉淀在水泥粒子上的氢氧化钙和钙砚石有溶解作用，因而可以使水泥与水的反应不至于延缓，从而加速了水泥和水的反应；

②与水化产物共同结晶，加固了水泥结构，反应生成物为结晶呈针状体，从而将水泥颗粒交织在一起致使快速凝结。