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搅拌制度对无碱液体速凝剂检测性能影响
发表日期:2021-09-23 阅读人数:319

搅拌制度对无碱液体速凝剂检测性能影响

编辑:赵芳娣, 张 丰, 宁逢伟


近年来,喷射混凝土技术应用越来越广泛,而速凝剂是喷射混凝土中不可缺少的重要组成材料,其主要经历了碱性粉状、低碱液体和无碱液体几个发展阶段,目前多数为无碱液体速凝剂。研究表明,无碱液体速凝剂能克服传统速凝剂的诸多缺陷,具有施工安全、扬尘小、回弹率低和后期强度损失小等优点。无碱液体速凝剂在性能上与传统速凝剂有着明显的区别,传统速凝剂检测标准已无法满足新型速凝剂性能检测的需要,为了更好了解速凝剂的性能特点,引导工程实际应用,需要对现有速凝剂性能检测方法和标准进行改进。现有标准 JC 477 - 2005《喷射混凝土用速凝剂》中,对掺速凝剂后净浆或砂浆拌合物是采用机械还是人工搅拌方式未做明确规定,且对搅拌时间的规定也只给出一个时间范围,这都会影响检测结果。因此文中采用机械和人工两种搅拌方式,分别搅拌不同时间进行实验,研究搅拌制度对无碱液体速凝剂检测性能的影响,以选出适合无碱液体速凝剂性能检测的搅拌制度。

文中采用机械和人工两种搅拌方式,分别搅拌不同时间进行实验,研究搅拌制度对液态无碱速凝剂检测性能的影响,以选出适合液态无碱速凝剂性能检测的搅拌制度。结果表明,搅拌制度( 包括搅拌方式及搅拌时间) 在不同水泥、速凝剂体系中,对掺速凝剂的净浆凝结时间和砂浆抗压强度的检测结果均有影响。不同速凝剂掺量条件下,无论是机械搅拌还是人工搅拌,净浆初凝、终凝时间均随着搅拌时间的延长而增加,而砂浆 1d、28d 抗压强度总体均为先升高后降低,强度均存在最优值,且随搅拌时间变化,1d 强度变化较大,28d 强度或 28d强度比变化较小。对掺速凝剂净浆凝结时间的检测,应在保证速凝剂搅拌均匀的条件下,选用较短的搅拌时间;而对掺速凝剂砂浆强度的检测,应在保证速凝剂搅拌均匀的条件下,同时考虑砂浆 1d 和 28d 的强度。




实验

1. 1 原材料

( 1) 水泥。本实验选取了三种水泥,分别为海螺牌 P ·O 42. 5 水泥、乃托牌 P·O 42. 5 水泥和混凝土外加剂检测用基准水泥( P·Ⅰ 42. 5 水泥) ,分别以 HL、NT 和 JZ 表 示,其化学成分按 GB/T 176 - 2008《水泥化学分析方法》测 定,见表 1。基准水泥 CaO 含量最高达到 62. 10% ,乃托水泥的 SO3 含量相对较高达 2. 62% 。

( 2) 无碱液体速凝剂。实验中无碱液体速凝剂有三种,分别为成品、A 和 C。成品为市场上购买的速凝剂,含固量为 44% ; A、C 速凝剂则为实验室中分别按母液、水、硫酸铝( 工业级 Al2 SO4 ·18H2O) 比例 25: 25: 50 和 35: 25: 40 配制所得,配制过程中先将母液和水混合,再加入硫酸铝搅拌至均匀,计算得其含固量分别为 41% 和 42% 。样品编号以“水泥编号 - 速凝剂编号”表示,例如 HL - A; 未掺速凝剂样品则以“水泥编号 - 0”表示。

1. 2 实验方法

实验中无碱液体速凝剂性能的测定参考 JC 477 - 2005《喷射混凝土用速凝剂》进行,但改变标准实验中的搅拌制度,采用机械或人工方式搅拌不同时间进行实验。机械搅拌时,加入速凝剂后即开始计时,使用净浆或砂浆搅拌机,先慢速搅拌 5s 再快速搅拌相应时间,以“慢 5s + 快 40s”为 例,表示采用机械方式先慢搅 5s 后快搅 40s; 人工搅拌时,加入速凝剂后即开始计时,人工用铲刀在锅内翻拌相应时间, 以“人工 15s”为例,表示采用人工方式搅拌 15s。实验中,净浆凝结时间、砂浆抗压强度的测定分别选取了 6 种不同搅拌制度。 2 结果与讨论

2. 1 水泥、速凝剂种类

实验先用海螺水泥 HL、乃托水泥 NT 和基准水泥 JZ,分别掺入成品、A 和 C 速凝剂,研究搅拌制度在不同水泥、速凝剂体系中对净浆凝结时间和砂浆抗压强度检测的影响,结果如表 2 和表 3 所示,速凝剂掺量固定为 6% ,表 2 括号中凝结时间为试针初次达到测试终点后马上换取两位置再进行试验,试针第三次达到测试终点的时间,两个凝结时间差值可反映速凝剂搅拌的均匀性。



由表 2 可知,相同条件下,NT 的凝结时间相对较短,JZ次之,而 HL 凝结时间最长。水泥相同时,掺 A 速凝剂的净浆凝结时间最佳,成品速凝剂次之,C 速凝剂最差。在不同水泥、速凝剂体系中,采用不同的搅拌制度测出的凝结时间也不同,“机械慢 5s + 快 5s”制度下净浆的初凝、终凝时间均较“人工 15s”制度下要短。当凝结时间较短时,试验过程中速凝剂反应较快导致浆体装模较难,不易填充密实,括号内外凝结时间的差值也相对较大,说明此条件下速凝剂搅拌的均匀性较差。


由表 3 可知,相同条件下,NT 胶砂 1d 强度较高,超过了 12. 0MPa,JZ 次之,而 HL 胶砂 1d 强度最低,不到空白砂浆 HL - 0 强度的一半; 三种水泥空白胶砂 28d 强度相差不大,而掺 HL 速凝剂后强度最高,各搅拌制度下 28d抗压强度比均超过了 110% 。JZ 体系中,掺 A 速凝剂砂浆的1d、28d 强度均较高,成品次之,C 速凝剂最差,尤其 1d 抗压强度仅为 2. 0MPa,低于 JC 477 - 2005 中合格品速凝剂的强度要求。在不同水泥和速凝剂体系中,采用不同搅拌制度时,强度也不相同,“机械慢 5s + 快 40s”较“人工 40s”制度下,1d 强度较高,而 28d 强度略低。因此,在不同水泥和不同速凝剂体系中,搅拌方式及搅拌时间对速凝剂性能检测结果均有影响。



2. 2 速凝剂掺量

由于搅拌制度在不同水泥、速凝剂体系中对净浆凝结时间和砂浆抗压强度的检测结果均有影响,因此本节选取海螺水泥 HL 和 A 速凝剂,采用多种搅拌制度进行试验,在速凝剂不同掺量下,研究搅拌制度对检测结果的影响,以选出最佳的搅拌制度,实验结果如表 4 和表 5 所示,实验中速凝剂的掺量为 5% ~ 8% ,净浆凝结时间、砂浆抗压强度检测试验中分别选用了 6 种不同搅拌制度。


由表 4 可知,相同条件下,速凝剂掺量不同,净浆凝结时间也不相同,掺量越高,初凝、终凝时间越短; 且在各掺量下,无论是机械搅拌还是人工搅拌,初凝、终凝时间在速凝剂不同掺量下均随着搅拌时间的延长而增加。“人工 15s” 与“慢 5s + 快 5s”制度下实验结果相近,“人工 25s”制度下实验结果则介于“慢 5s + 快 10s”和“慢 5s + 快 15s”之间。当速凝剂掺量较高、搅拌时间较短时,试验过程中速凝剂反应较快,导致浆体装模较难,不易填充密实,试样底面多孔洞,括号内外两凝结时间的差值也相对较大,终凝时间尤为明显,说明速凝剂掺量越高、搅拌时间越短时,速凝剂速凝效果越好,但速凝剂搅拌的均匀性相对越差。如掺量 8%时,“慢 5s + 快 5s”制度下,初凝、终凝括号内外两时间差值均为 6s,成型装模较困难; 延长搅拌时间,两个差值均逐渐减小,“慢 5s + 快 20s”时,分别减小为 3s 和 4s,成型装模较容易,延长人工搅拌时间规律也是如此。而当搅拌超过一定时间后,净浆凝结时间会明显增加,终凝时间尤为显著,例如掺量 8% ,机械快搅时间从 15s 增加至 20s 时,初凝、终凝时间均明显增加,终凝时间从 7min50s 延长至 30min10s,说明搅拌超过一定时间会破坏速凝剂掺入浆体后反应形成的网状结构,导致速凝效果变差,且速凝剂掺量越低, 其网状结构越容易被破坏。因此,检测掺速凝剂净浆凝结时间时,最佳的搅拌制度,应在保证速凝剂搅拌均匀的条件下,选用较短的搅拌时间,以免速凝剂反应形成的网状结构被破坏。对掺 A 速凝剂净浆凝结时间的检测应在 8% 掺量下采用“慢 5s + 快 15s”的搅拌制度。


由表 5 可知,速凝剂不同掺量条件下,采用机械方式搅拌,快速搅拌时间从 15s 增加至 50s 时,砂浆 1d 抗压抗压强度变化较大,28d 抗压强度或 28d 抗压强度比则相差较小, 但 1d、28d 抗压强度总体均为先升高后降低,强度存在最优值,但 1d 与 28d 抗压强度最优值的对应性较差。如掺量8% 时,砂浆 1d 抗压强度在“慢 5s + 快 40s”制度下达到最高值 9. 5MPa,而 28d 抗压强度在“慢 5s + 快 20s”制度下达到最高值 53. 6MPa、抗压强度比达最高 121. 0% 。JC 477 -2005 标准中,成型砂浆采用人工方式搅拌 40 ~ 50s,即为本实验中“人工 40s”搅拌制度,比较发现,“人工 40s”制度下1d、28d 抗压强度均低于机械搅拌下的强度最优值,1d 抗压强度尤为明显。相同条件下,速凝剂掺量越高、搅拌时间越短,砂浆成型越困难,如掺量 8% 时,“慢 5s + 快 15s”机械搅拌制度下,搅拌过程中拌合物剧烈放热并快速凝结,成型时砂浆较难振实,脱模后可见试件表面有较多孔洞; 当降低速凝剂掺量或延长搅拌时间时,砂浆拌合物会越来越稀,成型较容易。同时随速凝剂掺量的降低,砂浆 1d 抗压强度的最优值逐渐降低,当掺量降至 5% 时,强度已低于 6. 0MPa,低 于 JC 477 - 2005 中合格品速凝剂的强度要求,而 28d 强度或 28d 抗压强度比的最优值变化较小。因此,在速凝剂不同掺量下,搅拌制度对掺速凝剂砂浆强度检测结果有一定影响,但对砂浆 1d、28d 强度检影响大小不一,最佳的搅拌制度,应在保证速凝剂搅拌均匀的条件下,综合考虑砂浆 1d 和28d 的强度,对于掺 A 速凝剂砂浆强度的检测应在 8% 掺量下采用“慢 5s + 快 30s”的搅拌制度。


3 结语

(1) 搅拌制度( 包括搅拌方式及搅拌时间) 在不同水泥、速凝剂体系中,对掺速凝剂的净浆凝结时间和砂浆抗压强度的检测结果均有影响。

(2) 速凝剂不同掺量条件下,无论是机械搅拌还是人工搅拌,掺速凝剂净浆初凝、终凝时间均随着搅拌时间的延长而增加,且“人工 15s”与“慢 5s + 快 5s”制度下结果相近;而机械方式搅拌时,快搅时间从 15s 增加至 50s 时,砂浆 1d、28d 抗压强度总体均为先升高后降低,均存在最优值,但 1d与 28d 强度最优值的对应性较差,且随搅拌时间变化,1d 强度变化较大,28d 强度变化较小。

(3) 对掺速凝剂净浆凝结时间的检测,最佳的搅拌制度,应在保证速凝剂搅拌均匀的条件下,选用较短的搅拌时间,以免破坏速凝剂反应产生的网状结构; 对掺速凝剂砂浆强度的检测,最佳的搅拌制度,应在保证速凝剂搅拌均匀的条件下,同时考虑砂浆 1d 和 28d 的强度。对 A 速凝剂性能的检测,应在 8% 掺量下,净浆凝结时间的检测采用“慢 5s +快 15s”的搅拌制度,砂浆强度的检测采用“慢 5s + 快 30s”的搅拌制度。


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