混凝土速凝剂主要品种及性能

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混凝土速凝剂主要品种及性能
    混凝土速凝剂是专门为喷射水泥混凝土施工特制的一种超快硬早强的水泥混凝土外加剂,掺配后水泥混凝土的初凝时间不超过3min,初凝后就具备了抵抗水泥混凝土自重脱落的能力。由于速凝剂具有这些优异特性,使其广泛应用于公路隧道支护、边坡防护、地下洞室、边坡防护、水池、薄壳、水利、港口、修复加固等喷射或喷锚水泥混凝土结构,也可用于需要速凝堵漏的水泥混凝土或砂浆中。随着喷射混凝土应用范围不断扩大,混凝土速凝剂的品种也越来越多,性能也越来越好。
一、混凝土速凝剂的分类
    混凝土速凝剂按形态不同划分,主要有粉状速凝剂和液态速凝剂。按其主要成分划分有硅酸盐、碳酸盐、铝酸盐、氢氧化物、铝盐以及有机类速凝剂。其他具有速凝作用的无机盐包括:氟铝酸钙、氟硅酸镁、氟硅酸钠、氯化物、氟化物等,可作为速凝剂的有机物则有烷基醇胺类和聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羟基羚酸、丙烯酸盐等。
    作为混凝土速凝剂,一般很少采用单一的化合物,多为各种具有速凝作用的化合物复合而成,这些速凝剂按其主要成分不同可以分为6类。由于氯化物速凝剂对钢筋有腐蚀作用现已不用作喷射混凝土的速凝剂。
1.铝氧熟料速凝剂
    铝氧熟料速凝剂以铝氧熟料为主要成分,可分为铝氧熟料、碳酸盐系和复合硫铝酸盐系。铝氧熟料、碳酸盐系速凝剂主要成分为铝酸钠、碳酸钠或碳酸钾和生石灰。这类速凝剂的主要缺点是含碱量较高,对混凝土后期强度影响比较大。
    复合硫铝酸盐系速凝剂,由于成分中加入石膏等硫酸盐和硫铝酸盐,使后期强度与不掺的相比损失较小,含碱量较低,因而对人体的腐蚀性较小。
2.水玻璃类速凝剂
    水玻璃类速凝剂主要成分为水玻璃(硅酸钠)。单一的水玻璃组分因过于黏稠无法喷射需要加入无机盐(如重铭酸钾降黏、三乙醇胺早强)以降以黏性,提高流动性,增加早期强度。其参量一般为水泥质量的8%~15%。
    水玻璃类速凝剂具有水泥适应性好、胶结效果好,与铝酸盐类速凝剂相比,碱含量小得多,对皮肤没有太大腐蚀性等优点。但这类速凝剂会引起喷射混凝土后期强度降低,掺量过大会使混凝土产生较大的干缩变形,同时喷射时的回弹率也较高。
3.铝酸盐液体速凝剂
    铝酸盐液体速凝剂在混凝土工程中应用比较广泛,它既可以单独使用,也可以与氢氧化物或碳酸盐联合使用。铝酸盐液体速凝剂有两种:即铝酸钠和铝酸钾。这类速凝剂具有掺量较少、早期强度增长快等优点,但最终强度降低幅度比较大,有的达到30%~50%,且其pH值很高(>13),因而腐蚀性较强。
    此外,铝酸盐液体速凝剂对水泥品种非常敏感,因此在使用前应先测试所用水泥的相容性。铝酸钾速凝剂可以与多种类型的水泥相作用,通常可以比铝酸钠速凝剂有更快的凝结速率和更高的早期强度效果。
4.新型无机低碱速凝剂
    新型无机低碱速凝剂均为粉体,具有低碱或无碱、对混凝土的强度无影响、原料易得、生产工艺简单等特点。用于干喷混凝土,适合工程量较小的修补以及输送距离长、不时有中断时间的场合。
    新型无机低碱速凝剂按其组成主要有以下几种:a.偏铝酸钠、瓦斯灰、硅粉等;b.铝氧熟料、锻烧明巩石、硫酸锌、硬石膏、生石灰等;c.硫酸铝、氟化钙等;d.氧化铝、氧化钙、二氧化硅等;e.无定形铝化合物等。
5.新型液体无碱速凝剂
    新型液体无碱速凝剂按主要成分可分为有机物类速凝剂和无机液体速凝剂。价格适中性能优异的无机中性盐液体无碱速凝剂得到广泛关注,并已开始在国内外推广应用。这类速凝剂大部分以铝化合物为主要成分,代表了速凝剂无碱、液体化的发展方向。从主要成分上看,这类速凝剂又可分为两类:一是羟基铝系列;二是硫酸铝系列。
6.防水速凝剂
    工程实践证明,采用一般速凝剂配制的喷射混凝土存在收缩开裂的问题,只能起支护作用而不能抗裂防渗。为解决喷射混凝土这一缺点,我国研制成功了两种型号的防水速凝剂(FSA),这种速凝剂具有普通速凝剂的特性,又能使喷射混凝土具有不收缩或微膨胀性能,起到支护和抗裂防渗的功能。在北京地铁工程中的成功应用证明,其凝固时间短,抗裂防水效果好,回弹率低,受到用户的欢迎。
    喷射混凝土的配合比为122,水灰比为0.50,FSA-I的掺量为15%,FSA-Ⅱ的掺量为8%。FSA混凝土的性能如表10-6所列,FSA-I的物理性能如表10-7所列,FSA-II的物理性能如表10-8所列。
 


    前3种速凝剂产品均以碳酸盐、铝酸盐和硅酸盐等强碱弱酸盐为主要原料制得,具有一定的腐蚀性、回弹率高、混凝土后期强度降低明显等缺点。此外,因碱含量比较高,很有可能引起混凝土产生碱-集料反应。因此,国内外科学工作者致力于开发新型低碱或无碱速凝剂,如美国研制了HPS型速凝剂、瑞士生产了非碱性速凝剂、德国开发了中性盐类和有机类速凝剂等。这些新型的速凝剂具有含碱量小或无碱、后期强度损失小、对人体无腐蚀或伤害很小等优点。
    为提高喷射混凝土的施工性能和工程质量、克服碱集料反应、方便施工、减少污染和对人体的伤害,低碱或无碱液体速凝剂将是今后速凝剂的发展方向。
表10-9对碱性速凝剂和无碱速凝剂进行了详细比较。无碱速凝剂的应用使得喷射混凝土的强度迅速发展、结构密实度大大提高,从而有效地减少了渗漏水。由于淘汰了传统的高碱速凝剂,施工作业环境得到明显改善,因而施工中的工伤事故大大减少。

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