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用于噴射混凝土的低堿性速凝劑研究
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[摘要】選擇低堿性速凝、早強(qiáng)物質(zhì),采用外加劑復(fù)配的方法,通過對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)問,強(qiáng)度檢驗(yàn)的手段,進(jìn)行了正交試驗(yàn),確定了一種噴射混凝土用低堿性速凝外加劑的配方。通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出,AI2(SO4)3摻量在2%~ 4%之問時(shí).隨著摻量增大,初凝時(shí)問和終凝時(shí)問變短,摻量為4% 時(shí),初凝為14分,終凝25分;K2SO4摻量在2% 一4%之聞可以縮短水泥凝結(jié)時(shí)問,摻量為4% 時(shí),初凝為12分,終凝23分,當(dāng)其摻量超過4%時(shí).后期強(qiáng)度會(huì)下降;NaF的速凝效果十分顯著,當(dāng)摻量只有0.2% 時(shí)就可以使水泥的初凝時(shí)問控制在5分鐘,終凝控制在10分鐘。與傳統(tǒng)的高堿性外加劑不同,低堿性速凝劑可顯著提高噴射混凝土早期強(qiáng)度,1天強(qiáng)度可達(dá)9.6MPa,而且后期強(qiáng)度發(fā)展良好,28天強(qiáng)度達(dá)到45.5MPa。【關(guān)鍵詞] 噴射混凝土; 速凝; 早強(qiáng)
[中圖分類號(hào)】TU528.042 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)】1002—3550(2005)02—0059O 前言
近年來噴射混凝土發(fā)展迅速,應(yīng)用日益廣泛,不但在地下隧道,礦山井巷支護(hù)中,這種錨噴支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的比例越來越高。而且由于其施工簡單,在建筑物的加固、結(jié)構(gòu)修復(fù)及各種護(hù)坡中都全面應(yīng)用。國內(nèi)在噴射混凝土施工中,多采用堿性速凝劑,對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度削減較大,一般強(qiáng)度損失在20%~40%,而且回彈率大,這樣既浪費(fèi)材料又影響噴射混凝土的施工質(zhì)量。要提高噴射混凝土的性能簡單有效的辦法就是復(fù)合出低堿性并使水泥混凝土強(qiáng)度發(fā)展良好的速凝劑。
本研究從水泥的水化機(jī)理入手,選擇低堿性的水泥速凝劑,以區(qū)別與其它高堿性水泥速凝劑。AI2(SO4)3摻量在2%~4%之間時(shí),隨著摻量增大,初凝和終凝時(shí)間變短,摻量為4%時(shí),初凝為14分,終凝為25分;K2SO4摻量在2%~4%之間可以縮短水泥凝結(jié)時(shí)間,提高強(qiáng)度,摻量為4%時(shí),初凝為12分,終凝23分,當(dāng)摻量超過4%時(shí),后期強(qiáng)度會(huì)下降;NaF的速凝效果十分顯著,當(dāng)其摻量只有0.2%時(shí)就可以使水泥的初凝時(shí)間控制在5分鐘之內(nèi),終凝時(shí)間控制在10分鐘之內(nèi)。與傳統(tǒng)的高堿性外加劑不同,低堿性速凝劑可顯著提高噴射混凝土早期強(qiáng)度,一天強(qiáng)度可達(dá)9.6MPa,而且后期強(qiáng)度發(fā)展良好,28天強(qiáng)度達(dá)到45.5MPa。1 原材料
K2SO4、A12(SO4)3、NaF。 水泥采用冀東水泥有限公司的盾石牌普硅42.5水泥。 砂為河砂,細(xì)度模數(shù)為2.7。 水為自來水。 2 試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)Y(jié)時(shí)間按照GB/T 1346—89方法進(jìn)行。水泥抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度按照GB/T 177—85水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行測定。3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 3.1 組分材料摻量對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響 3.1.1 AI2(SO4)3摻量對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響 Al2(SO4)3摻量與水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的關(guān)系如 從圖1可以看出,Al2(SO4)3摻量在2% ~4%之間時(shí),隨著摻量增大,水泥初凝和終凝時(shí)間變短;當(dāng)其摻量超過4%時(shí),隨著摻量增大,初凝和終凝時(shí)間基本不變。這是因?yàn)锳l2(SO4)3主要是起早強(qiáng)和密實(shí)效果,通過快速生成鈣礬石使水泥凝結(jié)時(shí)間縮短,當(dāng)達(dá)到臨界摻量后,繼續(xù)加入Al2(SO4)3對(duì)水泥中鈣礬石的生成作用減少。
從圖2可以看出,Al2(SO4)3摻量在2% ~4%時(shí),隨著摻量增大,水泥早期強(qiáng)度明顯提高,可以提高40%以上;當(dāng)其摻量達(dá)到6% 時(shí),隨著摻量增加。水泥28d強(qiáng)度會(huì)降低,這是因?yàn)榧尤階l2(SO4)3后,電離出的SO42-;一能與水泥水化生成的ca(OH)2進(jìn)行反應(yīng),生成二水石膏NaOH,加快硫鋁酸鈣的生成,提高水泥的早期強(qiáng)度。具體反應(yīng)入下: Al3+ +3OH-=AI(OH)3,Ca2++SO2-4+2H2O=CaSO4·2H2O, 2C3A + 3CASO4·2H20 + 25H20 = 3Ca·Al203·3CaSO4·31H20, 當(dāng)其摻量過大時(shí),新生成的石膏過多。在水泥漿結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成后還會(huì)繼續(xù)生成膨脹性的硫鋁酸鈣,降低水泥的后期強(qiáng)度。3.1.2 K2SO4摻量對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響 k2SO4 摻量與水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的關(guān)系如圖3、圖4。 從圖3可以看出,K2SO4摻量在2% ~4%之間時(shí),隨著摻量的增加,水泥的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間縮短,當(dāng)摻量為4%時(shí),初凝12分,終凝23分。 從圖4可以看出,K2SO4摻量在2% ~4%之間時(shí),隨著K2SO4摻量的增加,水泥的早期強(qiáng)度增加,當(dāng)摻量超過4% 時(shí),后期強(qiáng)度會(huì)有所下降。K2SO4摻入水泥中作用和Al2(SO4)3基本相同,但K+ 極化度高,在水泥水化時(shí)生成不溶性復(fù)鹽,提高水泥強(qiáng)度。3.1.3 NaF摻量對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響NaF摻量與水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的關(guān)系如圖5、圖6。從圖5可以看出,NaF的速凝效果十分顯著,當(dāng)摻量只有0.2%時(shí)就可以使水泥的初凝時(shí)間控制在5分鐘之內(nèi),終凝控制在10分鐘之內(nèi)。
從圖6可以看出,NaF的早強(qiáng)作用也比較明顯,這是因?yàn)?,NaF中的F-在水泥漿體中與水化生成的Ca(OH)2,反應(yīng)生成溶解度更小的CaF,析出大量的晶體,由于大量的Ca2+ 被消耗,難以在C3S表面形成雙電層結(jié)構(gòu),使C3S誘導(dǎo)期消失,消除水泥中石膏的緩凝作用,水泥得以迅速凝結(jié),提高水泥的早期強(qiáng)度。3.2 Al2(SO4)3、K2SO4以及NaF的最佳摻量的確定上面試驗(yàn)已經(jīng)知道了Al2(SO4)3、K2SO4以及NaF的摻量范圍,即Al2(SO4)3、K2SO4的摻量都不要超過4%,否則后期強(qiáng)度損失大。在水泥中起作用的是SO2-4,要控制整個(gè)速凝劑SO2-4的含量,所以在實(shí)驗(yàn)中Al2(SO4)3的摻量控制為0.5% ~2.5% ;K2SO4的摻量控制為0.5%~ 1.5% ;NaF 的摻量控制為0.1%~0.5% 。通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),確定出各個(gè)物質(zhì)的最佳摻量,以達(dá)到較好的試驗(yàn)效果。試驗(yàn)采用L9(34)。以凝結(jié)時(shí)間以及水泥的1d、3d、28d的抗壓和抗折強(qiáng)度做考核指標(biāo)。Al2(SO4)3、K2SO4以及NaF的最佳摻量確定試驗(yàn)方案見表1,試驗(yàn)結(jié)果見表2,正交試驗(yàn)的極差分析和方差分析見表3和表4。 由正交試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果和方差分析結(jié)果可知,對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間影響非常顯著的因素是NaF,可見,NaF的促凝效果較好,K2SO4對(duì)初凝時(shí)間的影響是非常顯著的,而對(duì)終凝時(shí)間影響不明顯。從各齡期的抗壓強(qiáng)度來看,NaF對(duì)1d強(qiáng)度影響非常顯著,而A12(SO4)3對(duì)3d強(qiáng)度影響是非常顯著的,A12(SO4)3對(duì)28d強(qiáng)度的影響是非常顯著的,K2SO4對(duì)28d強(qiáng)度的影響是顯著的,NaF則沒有影響。 經(jīng)綜合分析評(píng)價(jià),確定了最佳配料組合為A2B1C2,復(fù)合配制的低回彈噴射混凝土外加劑,在沈陽五洲商廈基坑支護(hù)進(jìn)行了現(xiàn)場噴射混凝土試驗(yàn)?;貜椔蕿?.3% ,效果較好。4 結(jié)論 (1) Al2(SO4)3、K2SO4以及NaF等低堿性的早強(qiáng)物質(zhì)可以配制出對(duì)水泥混凝土后期強(qiáng)度影響小的速凝早強(qiáng)劑; (2)通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出, Al2(SO4)3摻量在2%~4%之間時(shí),隨著摻量增大,水泥初凝時(shí)間和終凝時(shí)間變短,摻量為4%時(shí),初凝為14分,終凝25分; (3)通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出,K2SO4摻量在2% ~4%之間時(shí),隨著摻量的增加,水泥初凝時(shí)間和終凝時(shí)間縮短,當(dāng)摻量為4% 時(shí),初凝12分,終凝23分; (4)通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出,NaF的速凝效果十分顯著,當(dāng)摻量只有0.2%時(shí)就可以使水泥的初凝時(shí)間控制在5分鐘之內(nèi),終凝控制在10分鐘之內(nèi); (5)該種速凝早強(qiáng)劑可以使水泥的1d強(qiáng)度達(dá)到9.6MPa,28d強(qiáng)度達(dá)到45.5MPa。
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