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无碱福建速凝剂用在喷射混凝土时的好处

来源:http://fujian.ynhtjc.com/news454787.html │ 发表时间:2020-9-2 8:20:00 

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无碱福建速凝剂用于喷射混凝土的适应性研究

1、喷射混凝土技术已广泛应用于地下、地表的各种软弱、破碎地层,成为及时支护不可分割的重要手段。长期以来,喷射混凝土施工中所使用的福建速凝剂主要是以高碱、粉体的速凝剂为主,这些速凝剂主要是以铝酸盐、碳酸盐为主与其他无机盐复合或以硅酸钠为主再与其他无机盐复合,由于这一系列的速凝剂碱性较大,喷射混凝土的后期强度降低明显,一般混凝土28d强度损失30%~50%。而液体无碱速凝剂则可以提高喷射混凝土的后期强度、提高抗渗能力,正在成为喷射混凝土用速凝剂发展的一个重要方向。

2、无碱速凝剂的制备

在常温下,将无碱速凝剂添加剂、硫酸铝、有机增强剂按一定比例依次加入水中溶解完全并搅拌均匀,得到的灰白色半透明液体即为无碱速凝剂。本文所使用的无碱速凝剂添加剂主要成分是氟硅酸镁铝,采用特殊工艺将磷肥生产企业产生的含氟废气进行洗涤、回收终制得。在无碱速凝剂添加剂的作用下,硫酸铝在水中的溶解度比较高,按照55%的比例加入水中也能完全溶解,且比较稳定。醇胺类物质有很明显的促凝增强效果,二乙醇胺的适应性要好于三乙醇胺,能够大幅度提高掺速凝剂水泥浆体的早期强度。该无碱速凝剂pH值1~3,密度1.4g/cm3,固含量为40~50%。

3、无碱速凝剂的性能研究

3.1无碱速凝剂的掺量对凝结时间的影响

表1 不同品种及掺量的速凝剂对基准水泥凝结时间的影响

3.2 无碱速凝剂对基准水泥强度的影响

表2 不同品种及掺量的速凝剂对基准水泥胶砂强度的影响


4、无碱速凝剂的促凝机理

无碱速凝剂的促凝机理与有碱速凝剂的不同,无碱速凝剂的加入,促进了C3S和C3A的水化而达到促凝效果。

掺加无碱速凝剂的水泥浆在水化早期生成大量的AlO2-和SO42-,速凝剂中的R-(负离子,主要为SO42-)和SO42-能消耗一部分Ca2+,Al3+能消耗一部分OH-离子,并且能降低Ca(OH)2的结晶能垒,使C3S表面的双电层难以形成;由于Ca2+被消耗,生成的C-S-H的C/S值较小,渗透性增加,水分能透过C-S-H向C3S内部扩散,且产物易向C-S-H外部迁移。在上述两种原因的共同作用下,使C3S的诱导期消失;速凝剂中的有机物能降低AFt的成核势垒,反应生成的次生石膏能与C3A反应,迅速在整个水泥浆体中析出大量的AFt,从而加速了C3A的水化。同时,速凝剂中的有机物能加速C3S的水化反应。C3S的迅速水化放热、C3A的迅速水化放热、水化产物的迅速结晶放热,这些放热反应集合在一起,使水泥浆体的温度急剧升高,进一步促使水泥水化反应的进行;水化产物的形成,结合了大量的游离水,使水泥迅速失去流动性,生成的钙矾石晶体外形呈短柱状,随机取向,无序分布于整个硬化体空间,大量的水化硅酸钙凝胶填充在钙矾石空间网格周围,同时,水化产物的结晶不断长大并互相交错形成一个紧密的网络结构,使水泥浆体迅速凝结并硬化,并与硅酸盐矿物水化后生成的C-S-H凝胶共同作用,使水泥硬化浆体的密实程度大为提高。

5、硬化混凝土抗软水侵蚀性

5.1软水侵蚀及评价方法

溶出性侵蚀又称软水侵蚀,发生的原因是由于水泥石中决定结晶结合强度的化合物被溶解析出。溶蚀可使液相石灰浓度下降,导致水泥水化产物分解,混凝土孔隙率增加,强度下降。

软水对混凝土的侵蚀破坏主要有两种形式,一种是在压力水作用下的渗透溶蚀,另一种是流动水对混凝土表面的接触溶蚀。。

云南速凝剂厂家对水工混凝土的抗软水侵蚀性作了模拟试验研究[4],采用模拟加速试验装置来评价混凝土抗软水侵蚀性,试验用搅拌机搅水来模拟水流。用砂浆试件替代混凝土试件,尺寸为100mm×35mm×8mm,用支架固定在水中,试验用水为去离子水,每隔3d换一次水,换水时对溶蚀水取样,进行化学分析。根据实际工程中混凝土表面溶蚀破坏情况,选用试件质量损失、总盐溶出量、CaO溶出量来评价混凝土表面溶蚀特性。

5.2掺有碱速凝剂硬化混凝土抗软水侵蚀性

使用有碱速凝剂进行隧道初期支护,原开挖面渗水量较大,喷射支护完成后,仍有水不断渗水,在渗水路线处产生大量的白色析晶,经分析其主要成分为Ca2CO3,含量占95%,碱含量(以Na+计)占3%。原因为已硬化混凝土中大量的Na+的溶出造成混凝土内部离子环境失衡,使Ca(OH)2大量溶出,遇空气反应沉淀。大量的析晶,造成原混凝土结构强度降低,同时,积聚于泄水孔处极易造成透水管路堵塞,使隧道防水层承受过高水压而遭受破坏,造成渗漏水。

5.3掺无碱速凝剂硬化混凝土抗软水侵蚀性

使用无碱速凝剂未发现5.2条中所述现象。

5.4试验对比

采用有碱、无碱速凝剂分别制作胶砂试件,标准养护3d后饱水,进行30d的软水浸泡,每3d更换去离子水一次,进行质量损失对比试验,同时,成型试件标养28d钻芯加工成φ100mm×50mm圆柱体试件并进行真空饱水后测试初始电阻,质量损失分别为5.3%和0.4%,28d初始电阻值分别为45.4Ω和634.5Ω。

所以,喷射混凝土应根据环境条件合理地采用不同品种的速凝剂,以达相应的耐久性效果。如干燥环境可选择各种速凝剂,渗水环境宜选掺无碱速凝剂。

6、无碱速凝剂的工程应用

6.1 工程概况

隧道设计使用C25湿喷混凝土,每方混凝土总碱含量不超过3.0kg,1d强度不小于10MPa。


6.2 施工用喷射混凝土配合比

使用无碱速凝剂时,因无碱速凝剂碱含量非常小,配合比的选择较容易,总碱含量易保证,但1d强度相对有碱速凝剂较低,因此,这成分有碱速凝剂进行配合比设计的瓶颈。

选定的混凝土配合比如下:

1、水泥:砂:碎石:福建减水剂:速凝剂(有碱):水=452:967:791:13.6:190,总碱含量为2.95kg/m3,1d强度为14.1MPa,28d强度为33.8MPa;

2、水泥:砂:碎石:减水剂:速凝剂(无碱):水=452:967:791:36.2:190,总碱含量为2.55kg/m3,1d强度为11.4MPa,28d强度为45.8MPa;

6.3 施工效果

相对配合比1,使用配合比2时的优点,速凝剂掺量大,且在掺量波动地情况下不影响凝结效果。

渗水部位喷射:为避免软水侵蚀的影响,宜选择无碱速凝剂喷射混凝土,使用有碱速凝剂进行渗水部位喷射作业,混凝土溶蚀无法避免。

6.4 成本分析

根据配合比1和2,因两种速凝剂成本差别较大,使用无碱速凝剂成本高至少约70元每方,不易被接受。

7、结论

通过分析对比试验,无碱速凝剂和有碱速凝剂的使用各有优缺点。按其特点,合理选择如下:

1、如果设计对混凝土的总碱含量要求严格,可考虑选择使用无碱速凝剂;

2、干燥环境,在湿喷机对速凝剂的计量较准确的前提下,可选择有碱速凝剂;

3、对早期强度要求较高的混凝土,可考虑选择有碱速凝剂;

4、对后期强度要求较高的混凝土,可考虑选择无碱速凝剂;

5、对混凝土耐久性要求较高的混凝土,应选择无碱速凝剂。

无碱速凝剂并非好的速凝剂产品,因其掺量大、价格高还不容易被接受,且1d强度相对较低,无法有效降低混凝土的水泥用量,混凝土施工成本很高。在一定的环境条件及设计要求下,可合理地选择有碱速凝剂,不能盲目追求高科技、新技术而造成施工质量隐患和无谓的成本浪费。

但无碱速凝剂的使用是喷射混凝土施工的发展方向,降低无碱速凝剂的掺量和成本,提高早期强度对喷射混凝土的生产、无碱速凝剂的应用有重要意义。

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