水溫對混凝土速凝劑的凝結(jié)時間及強度的影響

劉育成 劉自蓮

(昆明理工大學(xué)土木工程學(xué)院，云南昆明 650500)

影響噴射混凝土凝結(jié)時間的因素很多，除與速凝劑本身成分、摻量和性能有關(guān)外，還取決于下列因素:1)水泥的品種;2)水灰比;3)水泥風(fēng)化程度;4)水溫度。噴射混凝土的施工現(xiàn)場氣候條件千變?nèi)f化，不同季節(jié)的水溫，環(huán)境溫度千差萬別。而施工單位送到實驗室檢測的樣品是在試驗規(guī)程規(guī)定的環(huán)境溫度和水溫條件下進行試驗的，但在施工現(xiàn)場為了按時完成工期進度，施工單位會根據(jù)不同季節(jié)，不同地理環(huán)境條件下的水溫增減混凝土速凝劑的用量，以滿足施工要求。因此想通過試驗來說明水溫對混凝土速凝劑凝結(jié)時間和抗壓強度的影響，為在施工中使用混凝土速凝劑提供合理依據(jù)。

1 原材料與試驗方法

1．1 原材科

1)水泥:云南國資開遠水泥股份有限公司昆明分公司生產(chǎn)的P．O42．5級普通硅酸鹽水泥。其物理性能檢測數(shù)據(jù)見表1。2)速凝劑:昆明國森工程材料有限公司生產(chǎn)的GS速凝劑，產(chǎn)家推薦的摻量是4%。3)砂:(ISO)標準砂。4)水:自來水。

表1 P．O42．5級普通硅酸鹽水泥各項物理性能檢測結(jié)果

1．2 GS速凝劑基本性質(zhì)的檢測

根據(jù)噴射混凝土用速凝劑JC 477-2005試驗規(guī)范對GS速凝劑的基本性質(zhì)進行檢測，速凝劑摻量為4%。檢測時實驗室室溫20．2℃，相對濕度62%，試驗水溫20℃，試驗結(jié)果見表2。

表2 GS速凝劑及對照組檢測結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果與噴射混凝土JC 477-2005試驗規(guī)范相比較，GS速凝劑滿足試驗規(guī)范的要求。

2 試驗

試驗方法按照JC 477-2005噴射混凝土中所規(guī)定的方法進行。試驗設(shè)備和儀器采用GB/T 17671-1999(水泥膠砂強度檢驗方法《ISO法》)中規(guī)定的設(shè)備和儀器。在試驗中只對GS速凝劑的摻量和拌合用水的水溫進行改變，討論不同條件下凝結(jié)時間和強度的變化。

2．1 GS速凝劑物理性質(zhì)試驗

GS速凝劑凝結(jié)時間的試驗:水泥用量:400 g;加水量:160 mL;GS速凝劑摻量見表3。

表3 GS速凝劑用量(一)

GS速凝劑抗壓強度的試驗:水泥用量:900 g;標準砂用量:1 350 g;加水量:450 mL;GS速凝劑摻量見表4。

表4 GS速凝劑用量(二)

2．2 實驗結(jié)果對比

不同GS速凝劑摻量、不同拌合水溫的凝結(jié)時間和抗壓強度各項物理性能檢測結(jié)果見表5。

表5 凝結(jié)時間和抗壓強度各項物理性能檢測結(jié)果

3 試驗結(jié)果分析

3．1 速凝劑摻量、拌合水溫對凝結(jié)時間的影響

圖1 速凝劑摻量及水溫對初凝時間的影響

如圖1，圖2所示，速凝劑四個不同摻量在不同的拌合水溫下，對水泥試件的凝結(jié)時間有著不同程度的影響。在拌合用水為10℃時，速凝劑摻量2%，3%，4%的凝結(jié)時間均超出行業(yè)規(guī)范的要求，速凝劑摻量6%時的初凝時間達到行業(yè)規(guī)范的要求，但終凝時間則超出行業(yè)規(guī)范，均屬不合格，如表5所示。在拌合用水為10℃時試驗中，速凝劑摻量2%時，水泥凈漿試件成型后試件的表面會泌出一層水膜，這與不摻速凝劑的水泥凈漿試件成型后的情況很相似，只是消失的時間要快一些。這也說明隨著水溫降低，速凝劑對水泥的水化速度影響非常大，水泥的凝結(jié)時間被明顯的被延長了。摻速凝劑凈漿及硬化砂漿的性能要求見表6。

圖2 速凝劑摻量及水溫對終凝時間的影響

表6 摻速凝劑凈漿及硬化砂漿的性能要求

在20℃拌合用水的試驗中，速凝劑摻量在3%，4%，6%的三組試驗中，初凝時間和終凝時間都符合行業(yè)規(guī)范的規(guī)定，速凝劑摻量在2%的水泥試件的凝結(jié)時間達不到行業(yè)規(guī)范的要求，并且與其他三個摻量的凝結(jié)時間有很大的差距，如表5所示。這還是說明速凝劑摻量太低時也不會因為拌合水溫升高而能滿足規(guī)范要求，也就是速凝劑的摻量必須是一個合理的范圍。

30℃拌合水的試驗中，如圖1，圖2所示，速凝劑摻量2%的水泥試件的凝結(jié)時間仍然達不到行業(yè)規(guī)范的要求。速凝劑摻量在3%的初凝時間雖達到行業(yè)規(guī)范一等品的要求，但終凝時間只能達到行業(yè)規(guī)范合格品的要求。速凝劑摻量在4%，6%的時候初凝時間最快，經(jīng)過多次試驗測定均低于60 s。這種情況對施工會產(chǎn)生很大影響，如:反彈率會大幅的增加。

3．2 速凝劑摻量、拌合水溫對抗壓強度的影響

如圖3，圖4所示，在10℃拌合水的試驗中，4個速凝劑摻量的1 d抗壓強度都達到行業(yè)規(guī)范規(guī)定的一等品的抗壓強度等級。速凝劑摻量2%的1 d抗壓強度值比速凝劑摻量3%，4%，6%的抗壓強度值分別低12．4%，17．0%，20%，而28 d的抗壓強度值又比3%，4%，6%速凝劑摻量的抗壓強度值分別高8．0%，10．7%，15%。這說明因速凝劑只摻了2%的摻量，凝結(jié)時間慢，水泥水化的速度減慢。但在28 d抗壓強度值中，速凝劑摻量2%的試件組，因速凝劑摻量低，比其他兩組速凝劑摻量的水泥水化的充分一些，抗壓強度也相應(yīng)地增加一些。盡管如此，在拌合水溫只有10℃時，4%，6%摻量的28 d抗壓強度值與對照組28 d抗壓強度值相比，未達到規(guī)范所要求的一級品的75%。2%摻量達到了一級品，3%摻量的達到合格品。在圖4中可看出速凝劑依次減少摻量，而28 d抗壓強度值則呈現(xiàn)依次遞增的趨勢。這說明在低水溫拌合時，增加速凝劑的摻量只能提高噴射混凝土的早期強度，而后期強度則有極大的損失。

在20℃拌合用水的抗壓強度試驗中，速凝劑摻量多的試件組的1 d抗壓強度值就高，四組摻量的水泥試件的抗壓強度值均達一等品的要求，只是速凝劑摻量在2%的抗壓強度最低，速凝劑摻量6%水泥試件的1 d抗壓強度值高出行業(yè)規(guī)范一等品要求的136%。圖3中說明在適合的拌合水溫水中，速凝劑摻量6%的水泥試件的1 d抗壓強度值最高。圖4中，拌合用水20℃時，速凝劑摻量2%的試件在28 d的抗壓強度值中高于其他三組速凝劑摻量的抗壓強度值，這與圖3中拌合用水水溫10℃時，28 d抗壓強度值的情況十分接近，在同一水溫的條件下，1 d的抗壓強度值與28 d的抗壓強度值在不同速凝劑摻量的情況下出現(xiàn)相反的情況。如表5所示，說明速凝劑摻量少時會影響噴射混凝土的早期強度，速凝劑摻量多時會影響噴射混凝土后期的強度。這是因為水泥在水化過程中，水化速度因速凝劑摻量的多少而加快或減慢，水化物(鈣礬石)的數(shù)量或增加或減少而造成的。

圖3 速凝劑摻量及水溫對1 d強度的影響

圖4 速凝劑摻量及水溫對28 d強度的影響

如圖3，圖4所示，在30℃拌合用水的試驗中，4個速凝劑摻量在1 d抗壓強度試驗時，1 d的抗壓強度值仍然是:速凝劑摻量高，抗壓強度就高。但在28 d的抗壓強度的試驗時，速凝劑摻量2%與速凝劑3%的抗壓強度值相差不多。但速凝劑摻量4%的抗壓強度下降的較多，只能達到對比試驗組抗壓強度的73%。摻量6%的28 d抗壓強度最低，只有對照組的60．4%的強度。

1)作為噴射混凝土的拌合用水在水溫10℃偏低時，對四種速凝劑摻量混凝土的凝結(jié)時間和抗壓強度都會有影響，尤其是速凝劑摻量不足的影響就會更加明顯。四個速凝劑摻量的終凝時間均不合格，說明在低溫條件下施工，會影響到噴射混凝土的凝結(jié)時間，進而影響到施工質(zhì)量。對噴頂?shù)氖┕ぞ透油怀?，混凝土?xí)蚰Y(jié)時間過長，強度增強緩慢，與粘結(jié)面粘結(jié)強度不足而發(fā)生掉塊、下滑等。盡管抗壓強度達到規(guī)范的要求，但還是會因凝結(jié)時間太長，對大面積噴射混凝土施工質(zhì)量造成不利的影響。2)作為噴射混凝土的拌合用水水溫30℃偏高時，對四種摻量的水泥試件的凝結(jié)時間和抗壓強度都會有影響。尤其是在低速凝劑摻量時，試件的初凝時間和終凝時間都達不到規(guī)范要求。高速凝劑摻量時，凝結(jié)時間過快。這些情況均會影響到噴射混凝土的現(xiàn)場施工。另外，水溫高對28 d水泥試件的抗壓強度也有降低的影響。3)在20℃拌合用水的試驗中，可以看到4%摻量無論是凝結(jié)時間還是抗壓強度的兩重要指標都達到行業(yè)規(guī)范一等品的要求。雖然28 d的抗壓強度值低于摻量2%和3%的強度值，但其他指標優(yōu)于摻量2%和3%，6%的試件組。這說明噴射混凝土在施工中對水溫的要求比較苛刻。針對上述情況，施工單位在施工現(xiàn)場根據(jù)當?shù)氐氖┕嶋H條件和現(xiàn)場的氣候條件，選擇不同的速凝劑摻量，實際只能解決一時的問題，噴射混凝土的凝結(jié)時間可以解決，但噴射混凝土后期的強度就很難解決。這會涉及到生產(chǎn)安全及影響到之后的施工質(zhì)量。

［1］吳一鵬．液體速凝劑試驗中的問題探討［J］．江蘇建筑，2009，130(sup):71-72．

［2］趙 蘇，郭興華，夏義兵，等．鋁酸鈉液體速凝劑性能及作用機理［J］．沈陽建筑大學(xué)學(xué)報，2009(11):16-18．

［3］武 萍，尚建麗，劉 北，等．液體速凝劑對水泥膠砂強度影響的試驗研究［J］．建筑科學(xué)，2007(5):54．

［4］楊仁樹，肖同社，劉 波，等．噴射混凝土的應(yīng)用與發(fā)展［J］．中國礦業(yè)，2005(7):39-40．

［5］張正安，丁向群，潘 陽，等．液態(tài)無堿速凝劑性能及其作用機理［J］．混凝土，2011(1):101-102．

［6］陳文耀，李文偉．濕噴混凝土速凝劑選擇及配合比設(shè)計方案探討［J］．水科水電技術(shù)，2006(12):19．

［7］李 瓊，王子明，劉艷霞，等．SL型液體低堿速凝劑的速凝機理研究［J］．混凝土，2003(4):86-87．

［8］石 建，何水清．噴射混凝土速凝劑影響因素及應(yīng)用［J］．混凝土，2003(4):99．

［9］林小濤．液體速凝劑凝結(jié)時間試驗及探討［J］．鐵道標準設(shè)計，2003(3):112-113．

［10］秦 廉，張 雄，張永娟．新型噴射混凝土用無堿液體速凝劑的研制與伏化［J］．西南科技大學(xué)學(xué)報，2007(12):28．

［11］葛北明．混凝土外加劑［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005．