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分享|速凝劑在水泥硬化中的促凝機理
云氟2021-06-03 266

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文章轉自公眾號混凝土和UHPC

速凝劑是能使混凝土迅速硬化的外加劑,廣泛應用于國防、鐵路、井巷、冶金、煤炭、水電等工程噴錨支護及堵漏和搶修工程。本文中,就不同類型的速凝劑及其促凝機理作簡單的介紹。

常用硅酸鹽水泥主要由如下四種礦物組成: 3CaO·SiO2(C3S)、2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·Al2O3(C3A),4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF),礦物組分遇水后均能起水化反應。其中水泥的凝結時間、早期強度主要取決于C3A和C3S。故實際應用中可以通過速凝劑C3A、C3S的反應來實現水泥的速凝。

速凝劑按其主要成分可以分為四類:鋁氧孰料加碳酸鹽型、水玻璃型、鋁酸鹽型和硫鋁酸鹽型速凝劑。


鋁氧孰料加炭酸鹽型速凝劑


鋁氧孰料加炭酸鹽系速凝劑主要速凝成分是鋁氧孰料、碳酸鈉以及生石灰,這種速凝劑含堿量高,混凝土的后期強度降低較大,加入無水石膏可以在一定程度上降低堿度并提高后期強度。其作用機理如下:

碳酸鈉與水泥漿中石膏反應,生成不溶的CaCO3沉淀,從而破壞了石膏的緩凝作用。鋁酸鈉在有Ca(OH)2存在的條件下與石膏反應生成水化硫鋁酸鈣和氫氧化鈉,由于石膏的消耗而使水泥中的C3A成分迅速進行水化反應,C3A的水化又迅速生成鈣礬石從而加速了凝結硬化。另一方面,大量生成的NaOH、Al(OH)3、Na2SO4都具有促凝、早強作用。


水玻璃型速凝劑


水玻璃型速凝劑的主要成分是水玻璃,這種速凝劑凝結、硬化速度快,早期強度高,抗滲性好,可以在低溫下施工。因其抗滲性能好,常用于止水堵漏。其作用機理如下:

泥中的C3S、C2S等礦物在水化過程中生成Ca(OH)2,而水溶玻璃溶液能與Ca(OH)2發生強烈反應,生成硅酸鈣、氫氧化鈉和二氧化硅膠體。生成的大量NaOH將進一步促進水泥孰料礦物水化,從而使水泥迅速凝結硬化。


鋁酸鹽型速凝劑


鋁酸鹽型速凝劑一般以鋁酸鈉(鉀)為主要促凝成分,然后復配一些改性組分。其固含量高、穩定性和適應性較好。目前人們認為鋁酸鈉型速凝劑是因為加入速凝劑后,拌合反應時消耗了石膏,使石膏失去緩凝作用,而且速凝劑的加入可以促進水泥各礦物的反應,形成大量的C-S-H凝膠,一定量的板狀晶體氫氧化鈣和柱狀晶體鈣礬石錯綜分布在凝膠中,從而導致水泥漿體的迅速凝結。


硫酸鋁型速凝劑


硫酸鋁作為促凝組分時具有很好的效果,但硫酸鋁的溶解度不夠大,目前研發方向一直圍繞著如何提高速凝劑中鋁離子的濃度或活性鋁濃度并使其穩定存在。硫酸鋁系速凝劑各組分按功能可以分為三大功能組分:促凝、穩定和早強。其主要作用機理如下:

Al2(SO4)3和石膏的迅速溶解使水化初期溶液中硫酸根離子濃度驟增,它與溶液中的Al2O3、Ca(OH)2發生反應,迅速生成微細針柱狀鈣礬石和中間產物次生石膏,這些新晶體的增長、發展在水泥顆粒間交叉生成網絡狀結構而呈現速凝。

目前市面上應用較多的主要是鋁酸鹽型和硫酸鋁型液體速凝劑。其中,鋁酸鹽型液體速凝劑摻量低、成本低、早期強度高,但后期強度損失較大,應用受到一定限制。硫酸鋁型液體速凝劑解決了堿含量高的問題,提高了混凝土后期強度,但是價格偏高、摻量大、低溫下穩定期短。所以新型高性能無堿液體速凝劑的研究和應用仍是未來研究的重點。

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