一種新型低堿液態速凝劑的合成分析

冀芳（呂梁職業技術學院，孝義市科教文化產業園區

，山西 孝義 032300）

1 試驗

1.1 試驗材料及儀器設備

1.1.1試驗材料

氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋁、三乙醇胺：均為分析純產品，水玻璃：模數3.0-3.5的工業級產品，聚丙烯酰胺：相對分子質量為700萬的工業級產品，水：自來水。

1.1.2性能測試材料

基準水泥：P.I42.5級，海螺、紅獅、太行山三個品牌的水泥：均選P.O42.5級的產品，砂：選ISO標準砂。

1.1.3儀器設備

水泥標準稠度及凝結時間測試儀、水泥膠砂攪拌機、水泥凈漿攪拌機、水泥膠砂振動臺、水泥電動抗折試驗機，均選購山東路達公司的產品，型號分別為：ISO 型、JJ-5 型、NJ-160 型、ZT-95 型、KZJ-5000 型，壓力試驗機、聚四氟乙烯攪拌槳、電動攪拌器、蠕動泵、油浴鍋的生產廠家與型號分別為：山東科盛、YES-2000D型，上海書培、SP-250型，上海司樂、HD2010W型，保定雷弗、WX08型，上海丙林、GHX2型，四口燒瓶、溫度計、電子天平、燒杯等從市場上隨機購入。

1.2 合成方法

首先，在四口燒瓶中放置溫度控制器、攪拌器，將氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鋁和水四種合成原材料以一定的摩爾比例進行配比并共同加入到四口燒瓶當中；其次，將其加熱到80-120℃后反應1-3小時，隨后降溫冷卻到50℃左右；再次，將水玻璃（質量比為2-10%）、三乙醇胺（質量比為5-20%）和聚丙烯酰胺（質量比為0.1-0.5%）共同放進溫水中，攪拌直到溶解；最后，使用滴管將上述溶液加入到四口燒瓶中，在滴加結束后，繼續攪拌使其反應30分鐘，在冷卻到常溫狀態時可得到一種新型液態速凝劑，該速凝劑的固體含量為50%左右。

1.3 性能測試方法

在測試該型速凝劑的水泥凝結時間時，根據國標GB/T35159-2017《噴射混凝土用速凝劑》的相應規范要求，一等品速凝劑的凈漿初凝時間、凈漿終凝時間分別為≤3min、≤8min，合格品速凝劑的凈漿初凝時間、凈漿終凝時間分別為≤5min、≤12min。

在測試其水泥砂漿的強度時，根據國標GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》，一等品速凝劑的砂漿1d抗壓強度、砂漿28d 抗壓強度比分別為≥7.0MPa、≥75%，合格品速凝劑的砂漿1d抗壓強度、砂漿28d抗壓強度比分別為≥6.0MPa、

≥70%。

2 結果與討論

2.1 不同合成材料對速凝劑性能的影響

2.1.1組分摩爾比對速凝劑性能的影響

在此實驗中，首先將組分堿鋁的摩爾比固定為1.2；其次，水玻璃、三乙醇胺、聚丙烯酰胺三者的用量分別為0.5%、4%、0.4%；再次，試驗反應時間為2.5h，反應溫度為110℃。在此條件下，水泥的初凝時間、終凝時間都與組分摩爾比有著明顯的變化關系，整體上都是先短后長的。當摩爾比為1.4時，水泥的初凝時間和終凝時間均最短，且符合國標GB/T35159-2017 中明確的速凝劑一等品的標準要求。而當摩爾比為其他數值時，其終凝時間有不符合國標標準?？梢?，組分摩爾比是速凝劑性能的主要影響因素。本實驗認定其最佳組分配比為1.4。

2.1.2水玻璃用量對速凝劑性能的影響

在組分堿鋁摩爾比定為1.4、其他實驗條件不變的情況下，逐步添加水玻璃，當其用量從0.5%增加到2.0%時，水泥的初凝和終凝時間都有明顯的縮短，特別是其用量達到2.0%時，其促使水泥凝結的效果最為明顯；而當其用量再升高時，其初凝、終凝時間均沒有明顯變化。

水玻璃的主要組成成分是硅酸鈉，在與水泥的水化物氫氧化鈣發生化學反應時，可以產生大量的氫氧化鈉，其與水泥中的石膏發生化學反應，又可產生出硫酸鈉，進而加快水泥的凝固，使得水泥的初凝、終凝時間縮短。

因此，根據此次實驗，可以確定要想保障該型速凝劑的性能，水玻璃的最佳用量為2.0%。

2.1.3三乙醇胺用量對速凝劑性能的影響

在組分堿鋁摩爾比定為1.4、水玻璃用量為2.0%、其他實驗條件不變的情況下，逐步添加三乙醇胺時，當其用量從0.5%增加到2.0%時，水泥的初凝和終凝時間都有明顯的縮短，特別是其用量達到2.0%時，水泥的初凝時間和終凝時間均最短；而當其用量繼續增加時，其初凝、終凝時間略有延長，變化不大。

因此，本實驗選取三乙醇胺用量為2%，以實現最佳效果。

2.1.4聚丙烯酰胺用量對速凝劑性能的影響

在組分堿鋁摩爾比定為1.4、水玻璃用量為2.0%、三乙醇胺用量為2.0%、其他實驗條件不變的情況下，逐步添加聚丙烯酰胺時，當其用量從0.05%增加到0.20%時，水泥的初凝時間和終凝時間都有明顯的縮短，特別是其用量達到0.2%時，水泥的初凝時間和終凝時間均最短；而當其用量繼續增加時，其初凝、終凝時間的變化基本不大。

綜合分析，聚丙烯酰胺用量不宜過大，本工藝選取聚丙烯酰胺最佳用量為0.2%，效果最佳。

2.2 不同實驗條件對速凝劑性能的影響

本實驗通過對反應溫度、反應時間等2 個不同因素進行考察，測試其對該型速凝劑性能的影響程度。

2.2.1反應時間對速凝劑性能的影響

在組分堿鋁摩爾比定為1.4，水玻璃、三乙醇胺、聚丙烯酰胺三者的用量分別為2.0%、2.0%、0.2%，其他實驗條件不變的情況下，隨著反應時間的逐步延長，水泥的初凝時間和終凝時間不斷縮短，直到反應時間達到1.5h時，水泥的凝結時間最短，而當反應時間繼續延長后，變化總體不大。綜合來看，反應時間應選擇為1.5h。

2.2.2反應溫度對速凝劑性能的影響

在組分堿鋁摩爾比定為1.4，水玻璃、三乙醇胺、聚丙烯酰胺三者的用量分別為2.0%、2.0%、0.2%，試驗反應時間為1.5h，其他實驗條件不變的情況下，當反應溫度從80℃逐步升高到110℃時，水泥的凝結時間逐步縮短。當溫度處于110℃時，水泥凝結最明顯，當溫度再升高，基本無變化。綜合來看，本實驗選擇110℃為最佳反應溫度。

2.3 低堿速凝劑的基本性能研究

采取前述最佳工藝條件，選擇4 種不同品牌的水泥進行最終測試，當摻量為6%時，其測試結果如下：

基準水泥的初凝時間、終凝時間、砂漿1d 抗壓強度、砂漿28d 抗壓強度比分別為2:48、7:19、10.9、112.8,海螺水泥的上述四種指標數據分別為：2:57、6:58、10.2、105.6，紅獅水泥的上述四種指標數據分別為：2:56、7:29、11.4、103.0，太行山水泥的上述四種指標數據分別為：2:53、7:53、11.5、107.7。

對這一組數據進行分析，可以看出，對于不同品牌的水泥，其初凝時間、終凝時間均＜3、8，砂漿1d 抗壓強度均＞10、砂漿28d抗壓強度比均＞100，符合國標規定的一等品指標要求。

3 結語

文章經過實驗，以氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鋁為基礎組分，在“組分摩爾比1.4，水玻璃、三乙醇胺、聚丙烯酰胺用量分別為速凝劑質量的2.0%、2.0%、0.2%，反應時間1.5h，反應溫度110℃”的工藝條件下，合成了一種液態的低堿型速凝劑。

經過實驗初步驗證了該型速凝劑的性能，其初凝時間、終凝時間、砂漿的1d抗壓強度和28d抗壓強度比等指標均符合相關要求。證實該新型低堿液態速凝劑具有較好的保凝效果和水泥適應性。