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无氟无碱液体速凝剂的制备及性能研究

张建兵  
【摘要】:速凝剂是一种能够加快水泥基材料凝结硬化的化学外加剂,是喷射混凝土中不可或缺的组分。无碱液体速凝剂因后期强度高、回弹率低、收缩率低等优势已成为速凝剂的主要研究方向。目前我国主流使用的无碱液体速凝剂是由硫酸铝与氟化物等原料复配而成。然而氟化物不仅不利于早期强度的发展,也严重危害着人身健康。因此制备一种综合性能优良的无氟无碱液体速凝剂具有重要意义。本文通过单组分试验和正交试验,以凝结时间和抗压强度为指标,确定了速凝剂母液组分的最优配比为:硫酸铝:硫酸镁:无定形氧化铝:三乙醇胺:水=50:4:8:3:35。然后掺加2%的马来酸到母液中,最终制备的无氟无碱液体速凝剂(Fluorine-free and alkali-free liquid accelerator,以下简称FF-AF-A)固含量为48%,碱含量为0.028%,不含氟离子。当掺量为8%时,基准水泥净浆初凝时间2.6 min,终凝时间6.5 min,砂浆1 d抗压强度13.5 MPa,28 d抗压强度比119.2%,远超国标中规定初凝和终凝时间分别不小于5min和12 min,砂浆1 d强度不低于7 MPa,28 d抗压强度比不低于90%的要求。检测了FF-AF-A的应用性能。研究了FF-AF-A与不同水泥、减水剂和外掺材之间的适应性;研究了FF-AF-A对砂浆体积稳定性的影响;研究了环境温度与水灰比对FF-AF-A促凝效果的影响。结果表明:FF-AF-A与不同品牌水泥有良好适应性,掺量在7%时也有很好的促凝效果,同时海螺水泥和冀东水泥最大1 d抗压强度比分别为151.3%和152.5%,28 d抗压强度比均大于100%。萘系减水剂和大掺量的聚羧酸减水剂均会削弱FF-AF-A的促凝效果。砂浆收缩率随FF-AF-A掺量增加而变大。FF-AF-A在20℃~30℃内有着良好的促凝效果,当温度降低为10℃,凝结时间不再满足国标要求。FF-AF-A在水灰比为0.35时有着良好的促凝效果,当水灰比加大时导致凝结时间延长,此时可通过增加FF-AF-A掺量来达到目标凝结效果。分析了水泥浆体化学结合水含量、水化放热速率,以及借助XRD、SEM和孔结构分析测试手段,对FF-AF-A的作用机理进行研究。结果表明FF-AF-A提供的SO_4~(2-)和Al~(3+)与水泥浆体中的Ca~(2+)反应生成大量钙矾石,水化放热速率加快,水化产物数量增加;同时液相中Ca~(2+)浓度的降低又促进了C_3S的水化,生成大量C-S-H凝胶填充在浆体的孔隙中,使水泥浆体结构更加致密,降低了浆体孔隙率,提高了砂浆抗压强度。综上本文制备的液体速凝剂无氟无碱,凝结效果好,砂浆抗压强度高,适应性良好。


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