混凝土速凝劑主要品種及性能

    混凝土速凝劑是專門為噴射水泥混凝土施工特製的一種超快硬早強的水泥混凝土外加劑，摻配後水泥混凝土的初凝時間不超過3min,初凝後就具備了抵抗水泥混凝土自重脫落的能力。由於速凝劑具有這些優異特性，使其廣泛應用於公路隧道支護、邊坡防護、地下洞室、邊坡防護、水池、薄殼、水利、港口、修複加固等噴射或噴錨水泥混凝土結構，也可用於需要速凝堵漏的水泥混凝土或砂漿中。隨著噴射混凝土應用範圍不斷擴大，混凝土速凝劑的品種也越來越多，性能也越來越好。

一、混凝土速凝劑的分類

    混凝土速凝劑按形態不同劃分，主要有粉狀速凝劑和液態速凝劑。按其主要成分劃分有矽酸鹽、碳酸鹽、鋁酸鹽、氫氧化物、鋁鹽以及有機類速凝劑。其他具有速凝作用的無機鹽包括：氟鋁酸鈣、氟矽酸鎂、氟矽酸鈉、氯化物、氟化物等，可作為速凝劑的有機物則有烷基醇胺類和聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、羥基羚酸、丙烯酸鹽等。

    作為混凝土速凝劑，一般很少采用單一的化合物，多為各種具有速凝作用的化合物複合而成，這些速凝劑按其主要成分不同可以分為6類。由於氯化物速凝劑對鋼筋有腐蝕作用現已不用作噴射混凝土的速凝劑。

1.鋁氧熟料速凝劑

    鋁氧熟料速凝劑以鋁氧熟料為主要成分，可分為鋁氧熟料、碳酸鹽係和複合硫鋁酸鹽係。鋁氧熟料、碳酸鹽係速凝劑主要成分為鋁酸鈉、碳酸鈉或碳酸鉀和生石灰。這類速凝劑的主要缺點是含堿量較高，對混凝土後期強度影響比較大。

    複合硫鋁酸鹽係速凝劑，由於成分中加入石膏等硫酸鹽和硫鋁酸鹽，使後期強度與不摻的相比損失較小，含堿量較低，因而對人體的腐蝕性較小。

2.水玻璃類速凝劑

    水玻璃類速凝劑主要成分為水玻璃（矽酸鈉）。單一的水玻璃組分因過於黏稠無法噴射需要加入無機鹽（如重銘酸鉀降黏、三乙醇胺早強）以降以黏性，提高流動性，增加早期強度。其參量一般為水泥質量的8%~15%。

    水玻璃類速凝劑具有水泥適應性好、膠結效果好，與鋁酸鹽類速凝劑相比，堿含量小得多，對皮膚沒有太大腐蝕性等優點。但這類速凝劑會引起噴射混凝土後期強度降低，摻量過大會使混凝土產生較大的幹縮變形，同時噴射時的回彈率也較高。

3.鋁酸鹽液體速凝劑

    鋁酸鹽液體速凝劑在混凝土工程中應用比較廣泛，它既可以單獨使用，也可以與氫氧化物或碳酸鹽聯合使用。鋁酸鹽液體速凝劑有兩種：即鋁酸鈉和鋁酸鉀。這類速凝劑具有摻量較少、早期強度增長快等優點，但最終強度降低幅度比較大，有的達到30%~50%,且其pH值很高（>13),因而腐蝕性較強。

    此外，鋁酸鹽液體速凝劑對水泥品種非常敏感，因此在使用前應先測試所用水泥的相容性。鋁酸鉀速凝劑可以與多種類型的水泥相作用，通常可以比鋁酸鈉速凝劑有更快的凝結速率和更高的早期強度效果。

4.新型無機低堿速凝劑

    新型無機低堿速凝劑均為粉體，具有低堿或無堿、對混凝土的強度無影響、原料易得、生產工藝簡單等特點。用於幹噴混凝土，適合工程量較小的修補以及輸送距離長、不時有中斷時間的場合。

    新型無機低堿速凝劑按其組成主要有以下幾種：a.偏鋁酸鈉、瓦斯灰、矽粉等；b.鋁氧熟料、鍛燒明鞏石、硫酸鋅、硬石膏、生石灰等；c.硫酸鋁、氟化鈣等；d.氧化鋁、氧化鈣、二氧化矽等；e.無定形鋁化合物等。

5.新型液體無堿速凝劑

    新型液體無堿速凝劑按主要成分可分為有機物類速凝劑和無機液體速凝劑。價格適中性能優異的無機中性鹽液體無堿速凝劑得到廣泛關注，並已開始在國內外推廣應用。這類速凝劑大部分以鋁化合物為主要成分，代表了速凝劑無堿、液體化的發展方向。從主要成分上看，這類速凝劑又可分為兩類：一是羥基鋁係列；二是硫酸鋁係列。

6.防水速凝劑

    工程實踐證明，采用一般速凝劑配製的噴射混凝土存在收縮開裂的問題，隻能起支護作用而不能抗裂防滲。為解決噴射混凝土這一缺點，我國研製成功了兩種型號的防水速凝劑(FSA),這種速凝劑具有普通速凝劑的特性，又能使噴射混凝土具有不收縮或微膨脹性能，起到支護和抗裂防滲的功能。在北京地鐵工程中的成功應用證明，其凝固時間短，抗裂防水效果好，回彈率低，受到用戶的歡迎。

    噴射混凝土的配合比為122,水灰比為0.50,FSA-I的摻量為15%,FSA-Ⅱ的摻量為8%。FSA混凝土的性能如表10-6所列，FSA-I的物理性能如表10-7所列，FSA-II的物理性能如表10-8所列。
 

    前3種速凝劑產品均以碳酸鹽、鋁酸鹽和矽酸鹽等強堿弱酸鹽為主要原料製得，具有一定的腐蝕性、回彈率高、混凝土後期強度降低明顯等缺點。此外，因堿含量比較高，很有可能引起混凝土產生堿-集料反應。因此，國內外科學工作者致力於開發新型低堿或無堿速凝劑，如美國研製了HPS型速凝劑、瑞士生產了非堿性速凝劑、德國開發了中性鹽類和有機類速凝劑等。這些新型的速凝劑具有含堿量小或無堿、後期強度損失小、對人體無腐蝕或傷害很小等優點。

    為提高噴射混凝土的施工性能和工程質量、克服堿集料反應、方便施工、減少汙染和對人體的傷害，低堿或無堿液體速凝劑將是今後速凝劑的發展方向。

表10-9對堿性速凝劑和無堿速凝劑進行了詳細比較。無堿速凝劑的應用使得噴射混凝土的強度迅速發展、結構密實度大大提高，從而有效地減少了滲漏水。由於淘汰了傳統的高堿速凝劑，施工作業環境得到明顯改善，因而施工中的工傷事故大大減少。