13593579349

24小時服務熱線

您所在的位置:首頁>新聞中心>行業動態
對礦用噴射混凝土速凝劑的一點研究
標簽: 河津市華茂建材有限公司 發布時間:2019-12-28 12:24:45

國外速凝劑研究情況相對于國內,國外對速凝劑的研究較早,在20世紀30年代初期,國外就開始進行了噴射混凝土用速凝劑的研究,在這80多年的研發過程中,很多優良的產品被開發并已經成功在眾多施工現場應用。在速凝劑市場演化了近一個世紀的時間中,速凝劑的制備成本持續下降,大量廉價的工業廢品、工業副產品等開始作為產品的原材料應用于速凝劑的制備。并且,近十幾年以來,很多發達國家開始逐步推廣濕式混凝土噴射工藝,甚至全部淘汰了 “干噴”和“潮噴”工藝,其“高回彈”、“高粉塵濃度”的特點有悖于施工要求。因此,現場施工中噴射混凝土的回彈率和粉塵濃度得到很大程度的降低,而且,在生產設備及工藝不斷更新的同時,他們也從沒有間斷對噴射混凝土用速凝劑的研究。

國外企業研發的速凝劑種類繁多,其發展是逐漸從強堿向無堿,從粉狀向液體過渡的過程。較早研制出的具有代表性速凝劑主要有前西德研發的Isocrete速凝劑、前蘇聯研發的澳矮斯速凝劑、日本研發的海德庫斯速凝劑、瑞士研發的Sigunite速凝劑等,由于早期速凝劑普遍含堿量過高,應用于現場后導致后期強度低,混凝土耐久性差,危害工人健康,現如今已經被淘汰。20世紀70年代末期,國外研究者開始了對無堿、低堿速凝劑探索與試驗,速凝劑發展的新時代由此被開拓。根據速凝劑的發展歷程,將其分三方面闡述。

(1)粉狀低堿、無堿的速凝劑

低堿、無堿速凝劑的研發過程就是速凝劑各增效和促凝組分選擇的過程。早期的西方發達國家研究者采用鈣鹽或鋁鹽來取代堿金屬鹽,例如使用CaCl2作為速凝劑主要促凝成分,雖然解決了強堿性的問題,但是氯離子的大量引入又使得迅速腐蝕了混凝土中的鋼筋,導致支護強度嚴重受到影響,因此目前已經明確規定噴射混凝土用速凝劑中不得使用CaCl2。哈拉爾德用一種改性硝酸鈣做為主要促凝成分,其分子式可表示為xNH4NO3·yCa(NO3)2·zH2O,式中x=0.092,y=0.500,z=0.826。伯奇等研發了一種合成速凝劑,其主要成分包括鋁酸鈣、硫鋁酸鈣、堿性的鋁鹽和水溶性的多價硫酸鹽,當以50份的Al2(SO4)3·6H2O和50份的堿性硫酸鋁且摻量為6%(以水泥質量記)配比時,測得的速凝劑初凝時間和終凝時間分別為7min和14min,當配比為30%的Al2(SO4)3·6H2O 、30%的鋁酸鈣和40%的堿性硫酸鋁且摻量為4.0%時,測得1天的抗壓強度為15MPa,28天抗壓強度為38.3Mpa。

在速凝劑研發方面除了西方發達國家**外,日本在此領域的研究也已是建樹累累,但其研究重心主要放在低堿方面,對無堿速凝劑的研發也比較少。例如,日本日東化學工業有限公司合成了一種應用效果較好的速凝劑,材料選定為堿金屬硫酸鹽、碳酸鹽等與水溶性的鋁鹽、碳酸鎂鹽等。廣瀨等也研制了一種速凝劑其成分包括70%鋁酸鈣、25%鋁酸鈉和5%碳酸鈉,對鋁酸鈉和碳酸鈉的要求是其粒度都不能大于150微米,當該速凝劑相對于水泥的摻量為7%時,初凝時間和終凝時間分別為40s和4min,1d抗壓強度為16MPa。

長時間的推廣應用表明,這些低堿速凝劑或者無堿速凝劑的使用,的確有利于提高噴射混凝土的耐久性和后期強度,但是,這種速凝劑同樣伴隨著很大的缺陷,即這些速凝劑的形態大都為粉狀,揚塵大、與水泥的適應性差、噴漿時回彈率大等是這類速凝劑的特點。目前,這種速凝劑大多應用于地面工程中,井下的濕式混凝土噴射工藝不采用此類速凝劑。

(2)粉狀有機無機復合型速凝劑

為了改善速凝劑在混凝土噴射工藝中的適應性、降低噴射回彈率,部分學者開始添加有機物質至傳統的無機速凝劑,一方面是混凝土噴射時的粘聚性得以提高,一次性噴漿厚度增加、回彈率降低,提高粘聚性的同時也減少了噴射混凝土中粉塵的產生,另一方面是降低了水灰比,提高了混凝土強度。目前研究了很多有機無機復合型速凝劑,其中醇胺類物質、酰胺類物質、無機羧酸以及有機高效減水劑等為使用較多的無機成分。

上世紀八十年代以來,西方國家對有機無機復合速凝劑進行了長期的研究。索默等使用的主要促凝成分為水溶性的含鋁鹽氟化物,并與與胺類物質、配位劑和增粘成分進行復合,配制出的無堿速凝劑性能良好,加入這種復合速凝劑時,水泥在后期較難形成鈣礬石從而避免混凝土漲裂,所以強度提升快而且后期強度損失很小。水泥凈漿的初凝時間、終凝時間當速凝劑摻量為水泥質量的6%時分別為6min和20min。此外,研究學者還采用有機羧酸、各種胺類及醇胺等物質及其衍生物與無機速凝劑母液進行復配,研制出的有機無機復合速凝劑性能優越。

同樣地,日本也較早的研究了此類有機無機復合速凝劑。寺島小春等通過加入含氧的羧酸至無機速凝劑母液中來制備復合速凝劑,其中無機成分主要包括為堿金屬鋁酸鹽、鋁酸鈣、石膏和堿金屬碳酸鹽等。使用這種速凝劑后,噴射混凝土過程中產生的粉塵明顯減少。此外,為了降低噴射混凝土過程中回彈物料損失、浪費,日本學者研發的回彈抑制劑,實際為多種水溶性增粘劑,將其與無機速凝劑復配使用,同樣取得了較好的效果。

有機無機復合速凝劑的應用,使得噴射混凝土效果極大地改善,應用很多傳統無機速凝劑時產生的問題也得以解決,它通過混凝土粘聚性的增加的方式降低粉塵、減少回彈量,但是這種速凝劑同樣存在較大的弊端。*主要的缺點仍是這種無機有機復合速凝劑的形態大多為粉狀,其存在狀態在現場施工中不易達到速凝劑與混凝土原材料之間的充分混合,造成混凝土噴射質量的大幅度波動,加上干噴、潮噴的時代基本終結,即使這種速凝劑應用效果較好也面臨著被淘汰。

(3)液體速凝劑

濕式噴射混凝土的發展帶動了液體速凝劑的發展,原因是濕噴混凝土技術不允許出現粉狀速凝劑。液體速凝劑有諸多優點,相比粉狀速凝劑,其主要特點就是它能夠于混凝土中更均勻地分散,從而使得混凝土各部分均勻混合,提高了噴射混凝土質量的穩定性。

液體速凝劑的探索較早的國家為美國,上世紀八十年代初期,美國研制出的速凝劑含堿量很高,到了八十年代末期,強堿性速凝劑逐漸被取代,低堿速凝劑興起。到了本世紀初期,無堿速凝劑的研究開始成為主流,Burge等學者采用鋁鹽、配位劑和抗腐蝕劑等合成了一種無堿液體速凝劑,當其配比為十醇類物質0.5%、EDTA0.1%、四水和硫酸鋁44%、二羥基甲酸鋁18%、水37.4%且速凝劑摻量為水泥的6%時,初凝時間、終凝時間分別為17min和53min,1d、28d抗壓強度分別為19MPa和48MPa。可以看出,該速凝劑雖然擺脫了“堿”的束縛,抗壓強度表現較好,但是其較慢的凝結時間,不適用于濕噴現場。

事實上,在全世界范圍內,液體速凝劑的研究都開始于堿性速凝劑,這是由于堿性速凝劑的速凝效果好,適應性較強的特點決定,并且強堿性環境下液體速凝劑穩定性相對好,變質不易發生。上個世紀八十年代初期日本學者開始探索對液體速凝劑,在前期研制過程中,也是以強堿性速凝劑為主。平野健吉等人研發出了一種較好穩定性的液體速凝劑,其采用了先將堿金屬鋁酸鹽和碳酸鹽分別溶于水,制備濃度都為30%左右的溶液,然后把不到百分之一的葡萄糖酸加入到其中一個溶液,再通過一定的工藝方式將兩者混合到一起得到該速凝劑的配制方法。細川等人也研發了一種液體速凝劑,具有較好的速凝效果,速凝劑中化學成分Al2O3和SO3的摩爾比為0.4左右。

歐洲國家和日本對液體速凝劑的研發幾乎同步,從七十年代末期開始研究,九十年代中期得到迅速發展,目前,德國研制的液體速凝劑種類*多。德國巴斯夫化學建材有限公司生產了一系列的液體速凝劑,不但具有早期強度高、氯離子含量低、速凝效果好的特點,而且加入混凝土后能顯著提高混凝土粘聚性,使得濕噴現場的回彈率低、粉塵濃度低等特點,應用效果很好。

國內速凝劑研究情況我國粉狀速凝劑的研制開始于上世紀六十年代中期,當時代表速凝劑為國產紅星Ⅰ型高堿含量粉狀速凝劑,之后研制出的一些速凝劑堿含量均較低,如使用芒硝代替純堿的陽泉Ⅰ型速凝劑、以鋁氧熟料和無水石膏為主要成分的711型粉狀速凝劑、加入增粘組分的J85型速凝劑,上述眾多速凝劑都屬于粉狀速凝劑范疇, 都具有較高的堿含量。

從上個世紀九十年代后期以來,我國企業對速凝劑研制逐漸增多,各種性能優良的速凝劑產品進入市場,包括粉狀無堿和低堿速凝劑、有機無機復合速凝劑、無堿和低堿液體速凝劑等。目前,粉狀速凝劑和高堿含量的液體速凝劑仍然占據我國速凝劑90%以上的市場。

(1)粉狀低堿、無堿速凝劑

在粉狀低堿和無堿速凝劑的研究方面,我國與國外類似,其中包括重要的速凝劑成分。例如,上世紀九十年代初期研制的具有代表性的8604速凝劑,以硫酸鋁、氫氧化鈣和氫氧化鋁等為主要成分,該速凝劑對身體基本無腐蝕性。在施工過程中,當該速凝劑摻量(質量比)為水泥質量的5%時,水泥初凝時間小于2min, 28d強度損失小于50%,因此,投入市場后具有良好的反響。在隨后的發展過程中,種類繁多的速凝劑及衍生劑品逐漸應用于施工現場,比如,AD型粉狀低堿速凝劑和LP-414型粉狀無堿速凝劑。

在滿足速凝劑性能的基礎上,國內學者為了達到高效節能的目的,開始利用工業廢品和農業副產品等研制生產粉狀速凝劑。例如,在上世紀九十年代,閔盤榮等生產了一種粉狀無堿速凝劑,其中以鋁的礦物和富含鈣作為主要的速凝劑成分,通過煅燒研磨的方法,得到粉狀無堿速凝劑,其特點為凝結時間短、后期強度高,當該速凝劑摻量(質量比)為水泥質量的5%時,初凝時間可以達到4min,終凝時間可以達到9min以內,28d抗壓強度比可以達到110%。但是,此類速凝劑存在缺點,在煅燒研磨礦物過程中,能量耗費過大,造成不必要的浪費,所以此類速凝劑并不能得到有效的推廣。

(2)粉狀有機無機復合速凝劑

由于粉狀無堿和低堿速凝劑的快速發展,較好的解決了混凝土攪拌中凝結時間和水泥適應性問題,但由于速凝劑的使用造成的一系列的噴射混凝土(干噴與潮噴)后期強度損失大、回彈率高及粉塵濃度大等問題依然得不到有效的解決,主要存在兩個缺點,一是兩種工藝性質存在的缺點,二使用速凝劑并不能有效的作用于混凝土的和易性。因此,國內研究人員開始學習和借鑒西方發達國家的經驗,加入有機成分至無機速凝劑中來改善噴射混凝土的性能。中鐵集團以鋁氧熟料、填充材料和增強材料等為主要成分,以FDN(萘磺酸甲醛縮聚物)減水劑和三乙醇胺等為增強材料,以粉煤灰為填充材料,通過鋁氧熟料:FDN:三乙醇胺:粉煤灰=52.7:10:1:36.3的速凝劑配比,研制出高性能防水噴射混凝土粉狀速凝劑,當該速凝劑摻量(質量比)為水泥質量的3%時,初始凝結時間為2min,*終凝結時間為5min,28d抗壓強度保留率在87%~92%之間,符合相關標準中粉狀速凝劑一等品的指標。

(3)液體速凝劑

我國液體速凝劑的發展歷程較短,其相關的文章著作和應用實踐相對較少,雖然一些學者對無堿液體速凝劑的研究提出了各自的看法,但是都或多或少存在一定的局限性。調查表明,市場上的速凝劑產品種類繁多,大多數速凝劑產品具有較強的酸性,但在速凝劑溶液中,大量堿性物質也是存在的,所以無堿液體速凝劑并非**意義上的無堿速凝劑。例如,國內學者以羥基羧酸、偏鋁酸鈉硫酸鋁、和碳酸鈣四種物質作為主要速凝劑的制備成分,研制出PH為7的無堿速凝劑,但通過實際含堿量計算方式,得到速凝劑中含有堿性物質,所以低堿液體速凝劑的說法更為合理。

江蘇博特新通過技術更新研發出一種無堿液體速凝劑,特點在于研制出的無堿液體速凝劑中,腐蝕性離子含量為0,因此對噴射混凝土后期強度影響甚微,這種速凝劑中的促凝成分主要為氫氧化鋁,增強增效組分主要為醇胺類物質,PH調節劑為磷酸。新港水泥制造與北京工業大學合作研發的SL系列低堿速凝劑,可以根據水泥的不同性能進行不同劑量的選擇性使用,或是實現速凝劑之間互補作用,避免單一速凝劑造成的水泥適應性差。王衡等研究出一種PH值為6的無堿速凝劑,當無堿速凝劑的摻入量為水泥質量的2%時,其初凝時間可達到2min以內,終凝時間可達到7min以內。


產品推薦

Product Recommendation
查看更多+
版權所有:河津市華茂建材有限公司 技術支持:三貓網絡  晉ICP備19012931號-1
13593579349
在線留言
回到頂部
我爱无码人妻