一种新型无机复合促凝剂的研究及应用

1、一种新型无机复合促凝剂的研究及应用于小钧，赵同习（济南高新区工业废石膏利用研发中心 济南 250353）摘要：针对低温条件下因水泥基抹灰砂浆凝结时间过长导致的各种不良后果，开发了一种无机复合促凝剂，并研究了该促凝剂对抹灰砂浆的凝结时间、泛碱情况及其强度的影响。研究表明：该复合促凝剂在一定的加入比例下能有效的缩短砂浆的凝结时间，无泛碱现象且可以较大幅度的提高砂浆的早期强度，这为抹灰砂浆在较低温度下的正常使用奠定了基础，有较高的应用价值。关键词：促凝剂；凝结时间；泛碱；强度；应用1. 前言众所周知，抹灰砂浆在建筑工程中有着极其重要的作用，其用量仅次于混凝土，也是干粉砂浆中占比例最大的部分。目前各种

2、抹灰砂浆已经得到了广泛的应用，技术也逐渐成熟。然而不可忽略的是，抛却实验室条件，在较低温度下大多数抹灰砂浆的凝结时间过长，且早期强度低，开裂的几率也较大。为此，人们开发了一系列促凝剂，例如各种无机盐、有机物，但这些促凝剂都存在一定的弊端，单一的促凝剂已经满足不了人们的需求。近年来，复合促凝剂引起了越来越多的学者的关注，其卓越的效果也达到了人们的预期要求。本文中我们研制出了一种以无机盐为主料的复合促凝剂（记为AC），应用的主要原理是通过降低浆体中硫酸钙的浓度，使水泥中的铝酸三钙（C3A）进入到溶液中，从而析出六角板状的水化铝酸钙（C3AH6），再经过化学反应形成铝酸四钙晶体(C4AH13)，最终

3、实现了浆体的早强。同时在这一过程中产生的水化热也加快了水泥的水化速率，这从另一方面提高了砂浆的早期强度。本文在标准状态下测试了加入AC后抹灰砂浆的各种性能并与空白实验进行对比，充分验证了AC在砂浆中的重要作用，为新型复合促凝剂的工业化应用打下了坚实的基础。2实验部分2.1 实验原料免煅烧脱硫石膏砂浆（济南高新区工业废石膏利用研发中心研制，记为DP1）复合促凝剂AC（济南高新区工业废石膏利用研发中心研发）普通水泥基抹灰砂浆（记为DP2）2.2 实验方法首先将复合促凝剂按照不同比例加入到砂浆中，随后加水拌合，将不同浆体样品的稠度调整到同一标准稠度，从而确定砂浆需水量。凝结时间按GB-1346进行，

4、通过JGJ 70测试砂浆的抗压强度。同时做空白试验一组。3结果与讨论3.1 需水量 表3-1为不同样品达到标准稠度时的需水量。从表中可以看出，空白实验中DP1达到标稠的需水量为19.8%，DP2为22%。所有添加AC的浆体样品需水量要略多，并随着AC添加量的增大而增多，但增幅不高。这是由于AC有较强的水解能力，因此需要一部分水分来进行水解反应。表3-1为不同样品达到标准稠度时的需水量样品需水量DP119.8%1%AC+DP120.3%1.5%AC+DP121.1%2%AC+DP121.9%DP222%1%AC+DP222.9%1.5%AC+DP223.6%2%AC+DP224.2%3.2 凝结

5、时间下表为不同浆体样品达到初凝时间和终凝时间的实验结果。从中可以看出，标准状态下这两种抹灰砂浆凝结时间符合国家标准，且由济南高新区工业废石膏利用研发中心研制的免煅烧脱硫石膏凝结时间更短。加入AC后可以普遍缩短砂浆的凝结时间，AC加入量越多凝结时间越短。表3-2 不同浆体样品达到初凝时间和终凝时间的实验结果样品初凝时间终凝时间DP15h50min7h10min1%AC+DP14h25min5h15min1.5%AC+DP13h43min4h20min2%AC+DP12h14min3h5minDP26h46min8h1%AC+DP25h20min6h4min1.5%AC+DP24h32min5h1

6、5min2%AC+DP22h48min3h38min从表中可以看出，AC促凝效果非常明显，砂浆凝结时间可以缩短20%甚至更多。国内外众多学者公认在温度较低时，市场上大部分砂浆初凝时间普遍超过8小时，甚至有的砂浆凝结时间要超过12小时，此时我们可以根据天气温度情况适当调整AC加入量，以满足施工要求。目前促凝剂的作用机理较多，至今尚未定论，但通过分析我们认为该复合促凝剂在浆体中发生以下化学反应：CO32-+CaO+H2OCaCO3+2OH- CO32-+CaSO4CaCO3+SO42-AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH- 2AlO2-+3CaO+7H2O3CaO?Al2O3?6H20+2OH

7、-2OH-+ CaSO4SO42-+ Ca(OH)2从上述化学反应中不难看出，该促凝剂主要作用是达到了氢氧根离子与石膏之间的平衡，也就是说降低了硫酸钙的浓度，从而极大的消除了其对水泥的缓凝作用。同时强烈的水解作用及一系列的化学反应会产生大量的热量，会为整个系统提供大约40的反应温度，分子运动速度加快，促进了水泥的水化作用，这也加速了浆体的凝结。3.3 AC对砂浆强度的影响砂浆的强度是砂浆最重要的性能之一，也是决定建筑物寿命的主导因素。目前市场上的部分促凝剂不但不能提高砂浆的早期强度，甚至会造成后期强度的大幅度降低。为此，我们针对这种情况综合研究了AC对砂浆早期及后期强度的影响，实验结果如表3-

8、3所示。从表中可以看出，AC能较大程度的提高砂浆的早期强度，并对砂浆的后期强度影响不大，很好的起到了早强促凝作用。由于AC复合促凝剂属于低碱度促凝剂，因此其增强机理可以解释为：促凝剂中的无机盐化合物与硅酸钙水化溶出的钙离子迅速化合生成钙矾石，从而为浆体提供了凝聚结构的骨架，由于液相中的钙离子被迅速化合，促使硅酸三钙水化形成的CSH的渗透性较好，促使水不断透过CSH向C3S内部扩散以致连续形成CSH，并与钙矾石骨架胶结而使水泥迅速凝结，实现早强。通过实验结果还可以看出，AC对砂浆的28天强度影响不大，但也有了一定的减弱。目前绝大多数促凝剂不仅加速硅酸二钙和硅酸三钙的水化，而且也加快了铁铝酸四钙(

9、C4AF)的水化速度，水化时生成的CFH胶体将C3S和C2S包裹，阻碍了其进一步水化，同时使CSH胶体填充物再结晶，形成了内部缺陷，降低了砂浆强度。而AC促凝剂将这一过程弱化，因此能最大程度的保留砂浆强度，目前我们正在进行其机理研究。表3-3 AC对浆体强度的影响样品7天强度(MP)14天强度(MP)21天强度(MP)28天强度(MP)DP12.54.66.88.91%AC+DP14.36.57.78.41.5%AC+DP14.96.77.68.62%AC+DP14.15.97.08.2DP22.24.36.37.61%AC+DP23.15.26.67.31.5%AC+DP23.65.16.8

10、7.62%AC+DP23.75.46.07.1我们选取DP1砂浆为对象研究了AC对砂浆强度影响的动力学曲线。从曲线中可以看出，砂浆的强度增强过程基本符合一级动力学方程，且未加AC的砂浆其强度曲线基本呈直线，说明水化过程一直平稳的进行，砂浆的强度也是逐步提高，而加入AC促凝剂的样品的强度均是前期增长快而后期变慢，但最终强度相差无几，充分验证了AC促凝剂的早强及保持后期强度的作用。图1 AC对DP1砂浆强度影响的动力学曲线3.4 泛碱情况将以上含有AC促凝剂的样品进行抹墙实验，静止1周后发现样品无任何开裂，验证了AC能起到早强的作用，且无泛碱现象。这主要是因为AC促凝剂加入后使浆体水化速度加快，浆体更加密实，内部毛细孔减少，从而阻断了各种离子“通往”砂浆表面的道路。4总结本文中研制了一种以