竹鵬翔 潘月欠 潘智江 宋振發(fā)1山西黃騰化工有限公司（04405） 山西眾諾和建材有限公司（04405]）山西榮誠(chéng)建材檢測(cè)有限公司（04405）

0 引言

速凝劑在我國(guó)工程建設(shè)中用量巨大。主要用于高鐵、地鐵、高速公路等隧道修建。與傳統(tǒng)干法噴射混凝土工藝相比較，濕法噴射混凝土具有施工效率高、施工環(huán)境污染小、回彈率低等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)的干法噴射混凝土工藝。濕法噴射混凝土中采用的速凝劑為液體，目前我國(guó)市場(chǎng)上的液體速凝劑有兩種：一種是有堿速凝劑，一種是無(wú)堿速凝劑。有堿速凝劑具有長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性良好、摻量低、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但因其堿含量高（有的產(chǎn)品達(dá)20%以上），對(duì)人體腐蝕性極大；混凝土收縮大，后期強(qiáng)度損失較大（28 d強(qiáng)度損失達(dá)30%左右）。而無(wú)堿液體速凝劑解決了傳統(tǒng)速凝劑堿含量高的問題，降低了噴射混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)的可能性，摻無(wú)堿液體速凝劑混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)90%以上。此外，無(wú)堿液體速凝劑無(wú)腐蝕性，施工環(huán)境友好，對(duì)施工人員傷害小。因此，無(wú)堿液體速凝劑取代堿性速凝劑是大勢(shì)所趨。與堿性液體速凝劑相比，無(wú)堿液體速凝劑使混凝土后期強(qiáng)度得到了提升，但與空白混凝土相比，摻無(wú)堿液體速凝劑混凝土后期強(qiáng)度還會(huì)有不同程度下降。未來(lái)無(wú)堿速凝劑終將代替有堿速凝劑。文章通過氫氟酸體系與硫酸鋁鹽+醇胺體系的分析對(duì)比，探討無(wú)堿液體速凝劑的發(fā)展方向。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

硫酸鋁：三氧化二鋁≥16%；氫氟酸：含量≥40%；氫氧化鋁：三氧化二鋁≥64%；硫酸鎂；氟化鈉；氟硅酸鎂；氟硅酸鈉；三乙醇胺；調(diào)節(jié)劑；懸浮劑等。所有原材料均為工業(yè)級(jí)。

1.2 試驗(yàn)儀器

恒溫水浴鍋；溫度計(jì)；可調(diào)速攪拌裝置；四口燒瓶；四氟反應(yīng)裝置；電子天平；酸度計(jì)等。

1.3 合成工藝

1）用氫氟酸、氫氧化鋁、硫酸鋁、氟化鈉、三乙醇胺等在常溫條件下合成一種淡黃色透明無(wú)堿液體速凝劑，記為1＃。（合成過程中，有大量刺激性白色煙氣冒出，污染環(huán)境。）

2）用硫酸鋁、硫酸鎂、氟硅酸鈉、氟硅酸鎂、懸浮劑、調(diào)節(jié)劑、三乙醇胺等在60℃～70℃條件下合成一種乳白色無(wú)堿液體速凝劑，記為2＃（合成全過程無(wú)三廢排出，對(duì)環(huán)境友好）。

1.4 檢測(cè)方法

兩種無(wú)堿液體速凝劑均按照GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》檢測(cè)。

表1 勻質(zhì)性指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

圖1 不同時(shí)間的穩(wěn)定性

1）由上圖和表1可見，兩種不同體系的無(wú)堿液體速凝劑的勻質(zhì)性指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1＃氫氟酸體系的兩項(xiàng)指標(biāo)（堿含量、pH值）達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的極限。

2）凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)選用9種水泥進(jìn)行檢測(cè)，除基準(zhǔn)水泥外，其他8種均取自工程一線的P·O42.5水泥，速凝劑摻量統(tǒng)一為8%。

表2 凈漿凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)結(jié)果

表3 砂漿強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由表2、表3可知：

1#樣雖然凝結(jié)時(shí)間短，但1 d強(qiáng)度很低,用其拌制的不同水泥砂漿1 d強(qiáng)度無(wú)一滿足GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》要求。

2#樣的初凝、終凝時(shí)間雖然都比1#樣長(zhǎng)，但都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，只有極個(gè)別水泥初、終凝時(shí)間接近標(biāo)準(zhǔn)極限值。砂漿試塊1 d抗壓強(qiáng)度、28 d抗壓強(qiáng)度比均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 結(jié)論

通過兩種不同方法制備的不同體系的無(wú)堿液體速凝劑的對(duì)比，得出如下結(jié)論：

1）氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑凝結(jié)時(shí)間短但是強(qiáng)度低，且生產(chǎn)原料氫氟酸具有強(qiáng)烈的刺激性與腐蝕性，嚴(yán)重傷害人的皮膚和骨骼。

2）氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量有毒的白色煙氣，不僅嚴(yán)重危害工人的生命安全，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，如不能探索出安全環(huán)保的生產(chǎn)工藝并有效地解決生產(chǎn)過程中的安全和排污問題，必將被市場(chǎng)所淘汰。

3）硫酸鋁鹽+醇胺體系無(wú)堿液體速凝劑的凝結(jié)時(shí)間合適、黏度較?。换炷梁笃趶?qiáng)度損失?。粔A含量很低，不易產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)與堿收縮；但適應(yīng)性較差，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間不合適的情況。總體來(lái)說，其性能優(yōu)于氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑。

3 思考

3.1 摻量與穩(wěn)定性

無(wú)堿液體速凝劑的摻量都比較大，要想降低摻量就必須提高硫酸鋁的溶解度，但溶解過度的硫酸鋁速凝劑的穩(wěn)定性又會(huì)降低，這是當(dāng)前急需解決的問題。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

檢測(cè)合格的速凝劑在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)又出現(xiàn)或多或少的問題，究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：

1）實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)采用固定的水灰比（W/C=0.35），然而現(xiàn)場(chǎng)采用固定的塌落度，濕拌法噴射混凝土塌落度應(yīng)控制在不大于180 mm（TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》）。但現(xiàn)場(chǎng)工人為施工方便而采用200 mm塌落度，用水量的盲目增加使得實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)合格的速凝劑在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、回彈大等問題。

2）施工現(xiàn)場(chǎng)配置的噴射混凝土拌合物添加了一定量的緩凝劑和減水劑，有的施工方為了施工方便，在混凝土預(yù)拌時(shí)還會(huì)添加一些聚羧酸保坍劑，速凝劑與這些外加劑的適應(yīng)性也是當(dāng)前我們優(yōu)先考慮的方向。

3）實(shí)際施工中攪拌站距離隧道和礦井現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，再加上混凝土運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后的等待噴射時(shí)間，使水泥產(chǎn)生一個(gè)“預(yù)水化”過程，影響速凝劑使用效果，造成回彈量大等問題。

4）不同水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不一致，需水量大的水泥，其檢測(cè)合格，但現(xiàn)場(chǎng)回彈量大；需水量小的水泥，其檢測(cè)可能不合格，不能在現(xiàn)場(chǎng)使用。

3.3 探討方向

目前GB/T 35159—2017《噴射混凝土用速凝劑》中，只對(duì)堿含量、氯離子的值做了明確限量，氫氟酸體系的無(wú)堿液體速凝劑中的F-對(duì)混凝土的耐久性的影響也是巨大的，除了對(duì)環(huán)境造成污染，還會(huì)影響噴射混凝土的耐久性，尋找出安全可靠的原材料生產(chǎn)性價(jià)比高的無(wú)堿液體速凝劑，是我們應(yīng)該研究和探討的方向。