摘要：本文介紹了新型無堿液體速凝劑的研制與優化方法，采用無機、有機物質復合的研制路線，使用硫酸鹽和中性鈉鹽作為主要促凝物質，并利用高分子物質對速凝劑進行優化，如使用醇胺類聚合物提高砂漿的1d強度，使用酰胺類聚合物來改善噴射混凝土的粘聚性，以提高噴射混凝土與基體的粘結力，降低噴射過程中的回彈量。優化后的無堿液體速凝劑完全滿足《噴射混凝土詠速凝劑》標準中的一等品要求，在合時的摻量下，使水泥在3min內初凝，6min內終凝，1d強度大于12MPa，28d強度保有率達94%以上，后期強度基本無損失。并與國內外著名品牌的速凝劑相比較，發現本速凝劑的性能優于同類產品。此外研制出的速凝劑原料成本低廉，僅為1000元/噸左右，工業化生產方法簡單，適合工業化大批量生產，可以彌補國內無堿速凝劑產品單一的現狀。
關鍵詞：無堿速凝劑；高強；粘結力；工業化生產
1．引言
我國于2005年8月1日開始執行JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》標準[1]，取代JC477-1992《噴射混凝土用速凝劑》標準[2]，其中增列了液體速凝劑的技術要求、試驗方法。這體現了速凝劑的發展趨勢，即由固體粉末狀速凝劑向液體速凝劑的轉變。盡管標準中沒有提到無堿速凝劑，但是可以發現無堿速凝劑正逐步取代傳統的堿性速凝劑[3]。
無堿液體速凝劑，近些年得到越來越多的應用，尤其是在日本、歐洲等發達國家，幾乎不存在堿性速凝劑，國內也開始越來越多采用無堿液體速凝劑[4]。與堿性速凝劑相比其優點在于：
（1）呈中性或微酸性，不會對施工人員的皮膚和身體健康產生腐蝕性損傷；
（2）早期強度高和后期強度保有率高，膠砂試件的1d強度可超過15MPa，后期強度保有率可達90%～100%，甚至更高；
（3）對混凝土耐久性無不良影響：由于無堿速凝劑不像堿性速凝劑含有大量的堿性物質，這樣就極大程度上降低了由于堿性物質的引入對混凝土造成的破壞作用，如堿骨料反應；同時嚴格限制了Cl-的含量，這樣就降低了鋼筋銹蝕的可能性；
（4）有的無堿速凝劑中含有增粘成分，如纖維素、甲基丙烯酸等物質，在噴射過程中可降低粉塵濃度和回彈量等，從而保護施工人員的身體健康以及降低材料的浪費。
但是無堿速凝劑也存在自身的缺點：
（1）摻量偏高：由于液體速凝劑均為可溶于水的速凝物質的水溶液，因此有效速凝物質不多；另外非堿性物質的速凝效果普遍低于堿性物質。因此相同摻量下無堿液體速凝劑的速凝效果比堿性速凝劑的效果要差很多；
（2）價格偏貴：一般無堿速凝劑的價格為堿性速凝劑的2倍左右，甚至更高，這也一定程度上制約了其使用范圍；
（3）成型產品不多：盡管很多學者和企業單位都在進行相關的科研工作，也取得了一定的進展，但真正投入生產并投入市場的成型產品還不多見，主要還是我國對于這方面的技術不成熟，原料的成本和生產的難度造成很少有成型的無堿液體速凝劑面市。目前在一些跨國外加劑生產企業擁有這樣的技術，如麥斯特建材公司以及西卡化學外加劑公司等，但價格均十分昂貴。
因此，本研究即在于深化對無堿液體速凝劑的研究，并對其生產工藝進行探討，以達到實際生產并應用于工程的目的。
2．試驗方法與內容
2.1 試驗原料
主要速凝成份：工業級硫酸鹽、粉末狀鈉鹽，二者均易溶于水，輔助優化成份：醇胺類聚合物和酰胺類聚合物，用于改善噴射混凝土的強度和粘結性能。
水泥：寧國海螺P.O42.5水泥、華新P.O42.5水泥、寧國海螺P.O52.5水泥、基準P.O52.5水泥；各水泥熟料礦物組成成分表如下：
砂：ISO標準砂；
水：飲用水。
2.2 試驗方案
2.2.1 無堿液體速凝劑的研制
根據前期查詢資料和相關資料，并通過一系列探索實驗得出的結果，確定本無堿速凝劑的配方如下：
硫酸鹽：30~50%、鈉鹽2%~10%、水：40%~60%，將固體物質加熱使其完全溶解。
研制出來的無堿速凝劑應符合下列技術參數，見表2：
在滿足上述技術性能的基礎上，研制出的速凝劑還應對施工人員的身體健康無傷害作用，對混凝土性能無不利影響，特別是不能影響混凝土的耐久性。
2.2.2 無堿液體速凝劑的優化
2.2.2.1 醇胺類聚合物對速凝劑性能的影響
選用醇胺類聚合物作為早強劑來使用，通過試驗確定其最佳摻量，從而使水泥的凝結時間縮短的同時早期強度有一定幅度的增加，使研制出的速凝劑性能更加優異。該醇胺類聚合物在低摻量的情況下，通常為水泥重量的0.01%~0.05%的時候具有促凝和早強的雙重作用，因此本部分試驗將在此范圍內研究其對水泥的凝結時間和強度的影響。
分別按照上述的凝結時間測試方法和強度測試方法進行測試該醇胺類聚合物對水泥的凝結時間的影響和強度提升作用。
2.2.2.2 酰胺類聚合物對速凝劑的性能影響
按照上述的凝結時間測試方法和配比，分別摻入不同摻量的酰胺類聚合物，觀察其對水泥漿體粘聚性的影響。該物質的摻量分別為水泥重量的0.1‰、0.2‰和0.3‰。
2.2.3 優化后的速凝劑與同類產品的對比試驗
選取麥斯特公司速凝劑產品Meyco-SA160 無堿液體速凝劑和西卡公司速凝劑產品Sigunit-L510AF無堿液體速凝劑作為對比樣品，按照上述測試方法進行初凝時間、終凝時間的對比試驗。
2.2.4 本速凝劑對不同水泥的適應性
選取5種水泥作為本部分的水泥適應性研究試驗用，分別為海螺P.O42.5、P.O52.5硅酸鹽水泥，華新P.O42.5、P.O52.5硅酸鹽水泥和基準P.O52.5硅酸鹽水泥。以凝結時間的長短作為評價標準，從而反映出本速凝劑對不同水泥的適應性的好壞。
3．結果分析與討論
3.1 速凝劑對水泥凝結時間的影響
速凝劑的摻量在10%的時候達到《噴射混凝土用速凝劑》標準（以下簡稱“標準”）中要求的合格品要求，11%摻量下達到標準中要求的一等品要求。
3.2 速凝劑對砂漿強度的影響
如表4所示，1d抗壓強度已達到標準中對一等品≥7.0 MPa的要求。
28天強度保有率Rr = 49.37/52.30×100% = 94.4%，達到標準中要求的75%保有率的要求。
3.3 醇胺類聚合物對速凝劑性能的影響
3.3.1 醇胺類聚合物對水泥凝結性能的影響
從圖2可看出該物質對于速凝劑的性能有一定的改善，但是不是很明顯，最佳摻量范圍在水泥重量的0.2‰~0.3‰。
3.3.2 醇胺類聚合物對砂漿強度的影響
從表7可看出：醇胺類聚合物在0.2‰的摻量下，大幅度地提高了砂漿的1d強度，起到預期的早強作用，對速凝劑的性能有較大程度的改善。
3.4 酰胺類聚合物對速凝劑的性能影響
由于無法用試驗手段來表征水泥漿體的粘稠程度，目測觀察水泥漿體的粘稠程度，試驗結果表明，隨著該物質摻量的增加，水泥漿體變的越粘稠。這對于增加噴射混凝土的粘聚性、降低噴射混凝土的回彈以及增加其一次噴射層的厚度都有很好的作用。
3.5 優化后的速凝劑與同類產品的對比試驗
通過引入合適的摻量的醇胺類聚合物和酰胺類聚合物對速凝劑性能進行優化，隨后與同類產品比較的結果見表8：
對比結果表明本速凝劑比同類產品性能稍好，特別是與西卡公司的Sigunit-L510AF對比結果顯示要明顯優于它。盡管其說明書上說明其摻量范圍為5%~8%，但試驗結果表明根本不能達到新標準（JC477-2005）的要求，可能是由于該產品開發的時候是按照老標準（JC477-1998）進行研發的，老標準里的水灰比僅為0.3左右，與新標準中的0.4水灰比的要求低了很多。
3.6 速凝劑對不同水泥的適應性
結果表明：本速凝劑對不同水泥均有良好的適應性。同時還發現：水泥標號越高，對本速凝劑的適應性越好，凝結時間越短。
4．結論
（1）本畢業設計所研制的無堿液體速凝劑各種性能均滿足《噴射混凝土用速凝劑》標準的要求，在合適的摻量下可使水泥在3min內初凝、8min內終凝，1d強度達到12MPa以上，28天強度保有率在95%左右，后期強度基本無損失。
（2）該速凝劑中所用的醇胺類聚合物是一種很好的促凝、早強物質，雖然促凝效果不是很明顯，但是對于砂漿1d強度的增加很有貢獻。
（3）該速凝劑中所用的酰胺類聚合物可以提高噴射混凝土的粘聚性，這對于增加噴射混凝土的粘聚性、降低噴射混凝土的回彈以及增加其一次噴射層的厚度都有很好的作用。
（4）研制出的速凝劑原料成本僅為1000元/噸左右，而市場上同類無堿液體速凝劑的價格高達4000元/噸~5000元/噸，而且生產所需設備和工藝都很簡單，適合工業化生產。
參考文獻
[1] JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》標準[S].
[2] JC477-1992《噴射混凝土用速凝劑》標準[S].
[3] 潘志華,程建坤. 水泥速凝劑研究現狀及發展方向[J]. 建井技術,2005年4 期,P22~27.
[4] 楊仁樹. 噴射混凝土速凝劑的應用與發展[J]. 中國礦業,2005年7期,P79~81.
[5] 張雄. 建筑功能外加劑[M]. 北京:化學工業出版社,2004.
[6] 程良奎．噴射混凝土[M]．北京:中國建筑工業出版社,1990.
