鄭義文（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院　貴州貴陽(yáng)　550000）

無(wú)堿液體速凝劑的性能研究

鄭義文
（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院貴州貴陽(yáng)550000）

無(wú)論是從速凝效果、強(qiáng)度損失還是從噴射方法、長(zhǎng)期耐久性方面考慮，速凝劑今后都應(yīng)向新型高性能的無(wú)堿液態(tài)方向發(fā)展。本文重點(diǎn)就無(wú)堿液體速凝劑的性能，結(jié)合具體試驗(yàn)進(jìn)行了研究。

無(wú)堿液體；速凝劑；性能研究

引言

液體無(wú)堿（低堿）速凝劑也顯現(xiàn)出產(chǎn)品貯存期短、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的問題。產(chǎn)品貯存期短，表現(xiàn)在正常施工溫度范圍內(nèi)（5～35℃），產(chǎn)品在生產(chǎn)后1個(gè)月左右出現(xiàn)分層沉淀或析晶現(xiàn)象；凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)意味著要達(dá)到一定的速凝效果需提高速凝劑的摻量，這大大增加了使用成本。本試驗(yàn)探索優(yōu)化液體速凝劑合成關(guān)鍵工藝參數(shù)，如反應(yīng)溫度、攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間等，目標(biāo)是在保證凝結(jié)時(shí)間合格的前提下提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

1　無(wú)堿液體速凝劑的

根據(jù)已有的文獻(xiàn)資料報(bào)道，關(guān)于無(wú)堿速凝劑的研究目前還比較薄弱，研究報(bào)道并不多，關(guān)于液體無(wú)堿速凝劑的速凝機(jī)理探討很不系統(tǒng)。目前對(duì)無(wú)堿速凝劑速凝機(jī)理的探討一般僅針對(duì)加入某一種無(wú)堿速凝劑產(chǎn)品后的水泥試樣水化1h，1d和28d進(jìn)行了物相分析及微觀結(jié)構(gòu)分析，而對(duì)終凝后的水泥試樣的物相及微觀結(jié)構(gòu)分析以及單一組分對(duì)水泥試樣的速凝機(jī)理探討甚少。由于水泥凝結(jié)硬化過(guò)程本身的復(fù)雜性以及速凝劑種類多且組成成分不單一，目前速凝劑的速凝機(jī)理還不確定，存在分歧較多。因此有必要對(duì)單一的無(wú)堿速凝組分對(duì)水泥的早期促凝作用機(jī)理進(jìn)行深入研究。在前人的研究基礎(chǔ)上，本文從組成無(wú)堿速凝劑的速凝組分著手，研究單一速凝組分對(duì)水泥及水泥熟料水化的作用機(jī)理。一方面進(jìn)一步完善了速凝劑添加情況下水泥硬化理論，另一方面也將為新型速凝劑的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)，為新一代高效無(wú)堿速凝劑的研制提供一些科學(xué)依據(jù)。

2　試驗(yàn)方法

2.1穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用酸度計(jì)（F-20A，北京屹源電子儀器科技公司）測(cè)試合成液體速凝劑樣品的pH值，為初始pH-i。樣品合成后靜置24h使雜質(zhì)沉淀，然后取出部分樣品取放置于透明的樣品瓶中，置于溫度為（20±2）℃的環(huán)境下密封貯存，每天定時(shí)肉眼觀測(cè)一次樣品中溶液的狀態(tài)，記錄溶液的澄清度和顏色變化、沉淀分層情況。定義以液體底部沉淀層厚度達(dá)5mm，或液體分層后上部清液層厚度達(dá)5mm定為失穩(wěn)狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)樣品到達(dá)失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，立即采用酸度計(jì)再次測(cè)定溶液的pH值，為pH-f。從樣品合成完畢到剛出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間（以天數(shù)記）即為該樣品的穩(wěn)定期。用穩(wěn)定期和pH值的變化量（ΔpH=pH-f-pH-i。）來(lái)表征穩(wěn)定性。穩(wěn)定期越長(zhǎng)，pH值變化量越小，說(shuō)明樣品穩(wěn)定性越好。

2.2凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

初凝時(shí)間和終凝時(shí)間是速凝劑基本的性能指標(biāo)，《噴射混凝土用速凝劑》（JC477-2005）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)要求見表1。樣品合成后靜置24h，參照《噴射混凝土用速凝劑》（JC477-2005）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行凈漿凝結(jié)時(shí)間測(cè)試。水泥使用的是曲阜中聯(lián)P·I42.5，速凝劑摻量為水泥質(zhì)量的6%。

表1　摻速凝劑凈漿凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)要求

2.3XRD試驗(yàn)

取少量析晶或沉淀分層后的樣品置于布氏漏斗上，開通真空泵進(jìn)行真空抽濾，濾干后用去離子水洗滌樣品，再進(jìn)行真空抽濾，重復(fù)3次后，所得濾餅置于溫度為60℃的真空干燥箱內(nèi)干燥24h，將干燥后的濾餅研磨成粉末狀，用X射線衍射儀（日本理學(xué)Dmax-ⅢA型X射線衍射儀）進(jìn)行分析。

3　試驗(yàn)結(jié)果

3.1攪拌速度對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性和凝結(jié)時(shí)間的影響

恒定反應(yīng)溫度T=55℃，保溫時(shí)間t=1h，改變合成反應(yīng)的攪拌速度v，測(cè)試合成產(chǎn)品的凝結(jié)時(shí)間、穩(wěn)定期以及pH的變化，以評(píng)估攪拌速度對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性和凝結(jié)時(shí)間的影響，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2　攪拌速度對(duì)LAFA性能的影響

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于本體系配合比而言，當(dāng)攪拌速度超過(guò)200r/min時(shí)，攪拌會(huì)使溶液產(chǎn)生氣泡，冷卻后氣泡處出現(xiàn)結(jié)塊，嚴(yán)重影響穩(wěn)定性。由表3得出，所制備速凝劑穩(wěn)定期均較短，最多只能穩(wěn)定15d，分層樣品的pH值相比于合成結(jié)束時(shí)均有所降低，降低的幅度在1.02～1.07之間。從凝結(jié)時(shí)間看，低速攪拌下（<200r/min）的凝結(jié)時(shí)間都能滿足JC477的要求；而高速攪拌（≥200r/min）下初凝和終凝時(shí)間都有所延長(zhǎng)。綜合穩(wěn)定性、凝結(jié)時(shí)間和生產(chǎn)效率看，攪拌速度控制在不超過(guò)150r/min為宜。

3.2反應(yīng)溫度T對(duì)穩(wěn)定性和凝結(jié)時(shí)間的影響

選定保溫時(shí)間t=1h，攪拌速度v=150r/min，改變合成反應(yīng)的溫度T，研究反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性和凝結(jié)時(shí)間的影響，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3　反應(yīng)溫度對(duì)速凝劑穩(wěn)定性的影響

由表3可知，合成反應(yīng)溫度越高，最終速凝劑產(chǎn)品的穩(wěn)定性趨于變差。試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，45℃、55℃下合成的樣品早期沉淀不明顯，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液出現(xiàn)析晶，對(duì)于65℃、75℃、85℃、95℃下合成的樣品，前幾天出現(xiàn)輕微沉淀，而后期沉淀很明顯，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，沉淀全部聚沉，溶液上層析出清液。隨著合成溫度的升高，合成溶液pH值呈下降的趨勢(shì)，pH差值變化沒有明顯規(guī)律，差值最小的是75℃下合成的樣品，但其穩(wěn)定期僅為5d。對(duì)于凝結(jié)時(shí)間來(lái)說(shuō)，不同溫度下合成的樣品凝結(jié)時(shí)間均能滿足國(guó)標(biāo)的要求，且初凝時(shí)間相差不大，終凝時(shí)間相差較大，終凝時(shí)間最長(zhǎng)的是65℃下的合成樣品，最短的是85℃下的合成樣品。綜合穩(wěn)定性、凝結(jié)時(shí)間和能耗，合成溫度控制為在55～65℃較為適宜。

3.3優(yōu)化合成液體速凝劑樣品性能

通過(guò)上述溫度、攪拌速度、保溫時(shí)間對(duì)速凝劑穩(wěn)定性與凝結(jié)時(shí)間影響規(guī)律的研究，得到優(yōu)化的關(guān)鍵工藝參數(shù)。按照這些優(yōu)化參數(shù)，并對(duì)其他工藝參數(shù)也進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，最后合成出液體速凝劑樣品U-LAFA，該樣品呈乳白色膠狀物，含固量49%，密度1.42g/cm3，pH值（2.20±0.10），按6%摻量摻入水泥凈漿時(shí)，凈漿初凝為4min，終凝為7.5min，凝結(jié)時(shí)間符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在（20±2）℃下貯存期超過(guò)90d，長(zhǎng)于文獻(xiàn)記錄中顯示的國(guó)內(nèi)外其他同類型產(chǎn)品的穩(wěn)定期。

4　結(jié)束語(yǔ)

從試驗(yàn)結(jié)果看，攪拌速度對(duì)穩(wěn)定性的影響主要是高速攪拌會(huì)使稠狀液體起氣泡，由于稠狀液體黏度較大，以致冷卻后氣泡無(wú)法消除。氣泡對(duì)體系的影響可能是氣泡的存在降低了過(guò)飽和硫酸鋁溶液的成核勢(shì)壘，進(jìn)而結(jié)晶，影響穩(wěn)定性的同時(shí)也影響凝結(jié)時(shí)間。合成溫度對(duì)穩(wěn)定性的影響是溫度越高，硫酸鋁溶解度增大，有利于形成過(guò)飽和溶液狀；另一方面，反應(yīng)溫度越高越有利于鋁離子的水解，體系形成膠體狀。

[1]劉晨，龍世宗，等.混凝土速凝劑機(jī)理新探[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2000，3 （2）：175～181.

[2]朱文華，李宏祥，等.無(wú)堿速凝劑在溪洛渡水電站的運(yùn)用[J].水利水電技術(shù)，2011，42（7）：67～70.

[3]馬強(qiáng)，張樂，等.ANS無(wú)堿液體速凝劑的研制與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（29）：60～61.

TU528.042

A

1673-0038（2015）06-0074-02

2014-12-26

鄭義文（1978-），回族，福建福州人，工程師，主要從事建材檢測(cè)方面的工作。