新型混凝土速凝剂的性能试验研究.pdf

第 3 9 卷第 1 期 2 0 1 3 年1 月 水 力 发 电 新 型 混 凝 土 逮 凝 剂 的 性 能 放 验 研 究 郭文康 1 , 2 7王述银 1 ,2 7肖开 涛 1 ,2 ( 1 长江水利委 员会长江科 学院 ，湖北武汉4 3 0 0 1 0 ； 2 国家大坝安全工程技术研 究 中心 ，湖北武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘 要 ：液态无碱速凝剂在性能上可克服传统速凝剂的诸多缺陷 ，正逐渐取代传统速凝剂 ，成为新 型速凝剂的代表。 为了便 于更好地 了解液 态无 碱速凝剂 的性 能特点 ，选取 国 内外多个 厂家 的新型混凝土速凝 剂品种 ，参考欧洲标准 ， 提出新的性能检验方法 ，进行 了性 能试验 ，并 与传 统粉状碱性 和液 态低碱速凝剂 的性 能进行对 比。试验结果 表明 ， 新 型混凝 土速凝 剂在凝结时间 、后期抗压强度 、后 期抗 压强度增长率和强度 比等方面均 明显优于传统速凝剂 ；新型 速凝剂 和传统速凝剂各龄期胶砂抗压强度均呈对数增长关 系。 关键词 ：速凝剂 ；无碱 ；性能 ；抗压强度 ；凝结时间 ；强度 比 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n t h e Pe r f o r ma n c e o f Al k a l i - f r e e Li q u i d Co n c r e t e Ac c e l e r a t o r s GUO W e n k a n g W ANG S h u y i n XI AO Ka i t a o ， ( 1 Y a n g t z e R i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， H u b e i ， C h i n a ； 2 R e s e a r c h C e n t e r o f N a t i o n a l D a m S a f e t y E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， H u b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：B e c a u s e t h e a l k a l i - fl e e l i q u i d c o n c r e t e a c c e l e r a t o r i s a b l e t o o v e r c o me ma n y d e f e c t s o f t r a d i t i o n a l c o n c r e t e a c c e l e r a t o r ， i t h a s b e e n g o i n g t o r e p l a c i n g t h e t r a d i t i o n a l a c c e l e r a t o r a n d b e c o mi n g t h e r e p r e s e n t a t i v e o f n e w a c c e l e r a t o r s I n o r d e r t o u n d e r s t a n d t h e p e r f o r ma n c e s o f a l k a l i fle e a c c e l e r a t o r , a n u mb e r o f d o me s t i c a n d f o r e i g n a l k a l i - fle e a c c e l e r a t o r s a r e s e l e c t e d t o t e s t t h e i r p e r f o r ma n c e s ， i n wh i c h ， a n e w t e s t me t h o d i s e x p l o r e d b a s e d o n E u r o p e a n s t a n d a r d s T h e p e r f o rm a n c e s o f a l k a l i f r e e a c c e l e r a t o rs a r e a l s o c o mp a r e d wi t h t r a d i t i o n al p o wd e r a l k a l i n e a n d l i q u i d l o w- a l k a l i a c c e l e r a t o r s T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t ：( a ) n e w a c c e l e r a t o r s a r e s i g n i fi c a n t l y s u p e r i o r t o t h e t r a d i t i o n al a c c e l e r a t o rs i n s e t t i n g t i m e , e a r l y c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ， g r o w t h r a t e o f l a t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h r a t i o ； a n d ( b ) t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h s o f n e w a n d t r a d i t i o n a l a c c e l e r a t o r s i n e a c h a g e s a r e s a t i s fi e d wi t h t h e l o g a r i t h mi c gro w t h r e l a t i o n s h i p Ke y W o r d s ： a c c e l e r a t o r ；, a l k a l i - f r e e ； p e r f o rm a n c e ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth ； s e t t i n g t i me ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth r a t i o 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 8 5 0 4 0 引言 速 凝 剂 凭 借 其 在 速 凝 、早 强 方 面 显 著 的特 点 ， 已成 为 喷射 混凝 土重 要组 成 材料 之一 l 1 1 广泛 应用 于 水 利 工 程 的 地 下 洞 室 、地 下 厂 房 、边 坡 支 护 、交 通 隧道 和 部 分抢 修 工 程 。迄 今 为止 ，速 凝 剂 主要 经 历 了从 早 期 的碱 性 粉 状 速 凝 剂 到 中期 低 碱 速凝 剂 ，再 到 近 期 的 液 态 无 碱 速 凝 剂( 通 常 称 为“ 新 型 速 凝 剂 ” ) 的发 展 过程 2 1 。 由于 传 统 混 凝 土 速 凝 剂 不 便 于 喷 射 混凝 土 湿 法作 业 ，且 在 凝结 时 间 、早 期抗 压 强 度 、后 期 抗 压 强度 比 、施 工 人 身安 全 、扬 尘 和 回 弹 量等 方 面 存 在 明 显 的缺 陷 ，新 型混 凝 土 速凝 剂 凭 借 其优 良的性 能 ，正逐 步取 代 传 统 速凝 剂 ，成 为速 凝 剂 领域 的 主流l 。但 我 国至今 仍 未 出 台针 对新 型 混凝 土 速凝 剂 的性 能检 验 方法 ，为 了便 于更 好 地 了 解新 型混 凝 土速 凝 剂 的性 能 特点 选择 了多 个 厂家 生产 的具 有 代 表 性 的 国 内外 速凝 剂 品种 ，参 考 欧洲 相 关 标 准 ，提 出新 的 性 能 检 验 方 法 ， 验 证 多 种 新 型 混 凝 土 速凝 剂 的性 能 ，并 与传 统 速 凝剂 的性 能进 行 对 比 收稿 E t 期 ：2 0 1 2 0 3 1 6 基金项 目：水利部 公益性行 业科研专 项经费项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 6 ) ； 长江科学院中央级公 益性科研 院所基本科研项 目( C KS F 2 0 1 0 0 1 3 ) 作者简介 ：郭 丈康 ( 1 9 8 6 一) ，男 ，瑶族 ，湖南 郴州 人 ，硕士 研 究生 主要从事水工混 凝土性能及原 材料研究及应用 w m e r P o u w V o 1 3 9 N o 1固 1 试验方法与原材料 1 1 试 验 方法探 讨 传统 速 凝 剂( 碱 性粉 状 速 凝剂 、液 态低 碱 速 凝 剂 )性 能 检 验 试 验 方 法 选 用 我 国 建 材 行 业 标 准 J C 4 4 7 喷射 混 凝 土用 速 凝 剂。由于 目前我 国 尚无 专 门针 对 液态 无 碱速 凝 剂 的性 能 检验 试 验规 程 特 参 考 EN 9 3 4 5 Ad mi x t u r e s f o r s p r a y e d c o n c r e t e )、 B S E N l 9 6 1 Me t h o d s o f T e s t i n g Ce me n t ) 等 欧 洲 标 准 ，提 出更 加 适合 于 新 型? 昆凝 土速 凝 剂 的试 验 检 测方 法 和技术 要求 。 ( 1 )试 验 项 目。 由于新 型 混凝 土 速 凝 剂对 水 泥 砂 浆 和混 凝土 后 期 强度 影 响较 小 ，甚 至还 可使 其 有 所 提 高 根 据 性 能 特 点 ，在 J C 4 4 7的基 础 上 增 加 9 0 d抗 压 强 度 和 抗 压 强 度 比 C 9 0 C 0 2 8 ( C 。为 基 准 砂 浆 2 8 d抗 压 强 度 ，C 9 0为掺 速 凝 剂 砂 浆 9 0 d抗 压 强 度 ) 。 ( 2 ) 凝 结 时 间 试 验 方 法 。 减 水 剂 已 成 为 现 代 混 凝 土 工 程 中不可 或 缺 的原 材 料 ，绝 大 部分 喷 射混 凝 土在 施 工过 程 中掺 加 了高 效 或 者高 性 能减 水 剂 。 因 此 ，在 检 验 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 凝 结 时 间 时 ，在 J C 4 4 7的基 础 上 ，参 考 欧洲 标 准 ，根 据 所 用减 水 剂 的种 类 和性 能适 当掺 加 减水 剂 ，同 时将 试 验用 水 量 由 1 6 0 mL降低 至 1 4 0 mL。初 凝 和终 凝 时 间判 断方 法 为 ：从 加 水 时 起 至 试 针 沉 入 水 泥 净 浆 中 距 底 板 1 0 2 0 mm 所 需 时 间 为 初 凝 时 间 。至 试 针 沉 入 水 泥 净浆 中不 超过 1 0 mm时 所需 时间 为终凝 时 间。 ( 3 ) 胶 砂 强 度 试 验 方 法 。 在 J C 4 4 7的 基 础 上 ， 增掺 减水 剂 ，并 将灰 砂 比提 高 至 1 ： 2 0，具体 参数 如 下 ：水 泥 6 7 5 g、标准 砂 1 3 5 0 g 、拌 合水 3 3 8 g ( 扣 除速凝 剂 中含水 ) 。 1 2试 验原材 料 试 验 采用 华 新( 东 川 )水 泥股 份 有 限公 司生 产 的 P 04 2 5普 通 硅 酸盐 水 泥 、I S O标 准 砂 、巴斯 大 化学 建 材( 中国 )有 限公 司 生产 的 G l e n i u mS P 一 8 C N ( 标 准型 )聚羧 酸高性 能减 水剂 ，经 品质 检验 满 足 国 家相 关 标 准指 标 要 求 。速 凝 剂选 用 具有 代 表 性 的碱 性粉 状 和 液态 低 碱 速凝 剂 各 1种 液 态无 碱 速凝 剂 8种( 其 中包 括 国外厂 家生 产 的 2种 ) 。 2 新型混凝土速凝剂的性能 试 验 为 了 验 证 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 的 性 能 ，特 选 择 了碱 性 粉状 速 凝 剂 、液 态 低碱 速 凝 剂各 1种 ，其 凝 结 时 间 、水 泥 胶 砂 强 度 等 检 测 结 果 见 表 1 。 8种 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 性 能 检 验 结 果 见 表 2。 以 下 从 新 型 混 凝 土凝 结 时 间 、水 泥胶 砂 强 度 、抗 压 强度 比等 方 面进 行 分 析 。 2 1 凝 结时 间 从 表 1、2试 验 结 果 可 以 看 碱 性 粉 状 速 凝 剂 、液 态低 碱 速凝 剂 和 8种 液 态 无碱 速 凝 剂 的凝 结 时 间均 能 满 足 J C 4 4 7的技 术 标 准 要 求 ；8种 新 型 昆 凝 土 速 凝 剂 凝 结 时 间 除 AF A一 3初 凝 时 间 稍 长 ， AF A一 5终 凝 时间稍 长 外 ，其 余 6种凝 结 时 间均 比较 稳 定 初 凝 时 间 在 1 mi n 5 6 s 4 mi n 8 S之 间 ，终 凝 时 间 在 2 mi n 5 7 s 1 0 mi n 1 9 S 。 计 算 8种 新 型 速 凝 剂 的凝 结 时 间 的平 均值 ，初 凝 和 终凝 平 均 值 分别 为 表 1 传统混凝土速凝剂性能检验结果 第 3 9卷第 l 期 郭文康， 等： 新型混凝土速凝剂的性能试验研究 2 mi n 4 6 s和 6 rai n 4 2 S ， 与 两 种 传 统 速 凝 剂 的 凝 结 时 间 比 较 差 别 不 大 ，相 比 之 下 液 态 无 碱 速 凝 剂 和 液 态低 碱 速凝 剂 的凝结 时 间略优 于 碱性 粉状 速凝 剂 。 2 2水 泥胶砂 抗 压 强度 掺 8种 新 型 混 凝 土 速凝 剂 的各 龄期 水 泥 胶 砂 抗 压 强 度 见 图 1 。从 图 1可 以看 出 ，不 同厂 家 生 产 的 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 1 d胶 砂 抗 压 强 度 在 4 4 1 3 2 MP a 之 间 ， 波 动 较 大 ；2 8 、 9 0 d胶 砂 抗 压 强 度 分 别 在 3 9 4 4 3 MP a和 4 7 5 5 4 9 MP a之 间 ，抗 压 强 度 均 较 高 ，且 相对 稳 定 。较 高 的后 期 抗 压 强 度是 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 的 显 著 特 点 之 一 。 O 新 混凝土迷掀剂 种 图 1 不 同品种新型混凝土速凝剂各龄期胶砂抗压强度 计 算 8种 新 型 速 凝 剂 各 龄 期 的 胶 砂 抗 压 强 度 平 均 值 ， 1 、2 8、9 0 d龄 期 分 别 为 9 2、4 1 7、5 0 5 MP a ，与 两 种 传 统 速 凝 剂 的各 龄 期 胶 砂 抗 压 强 度 对 比 见 图 2 。 由 图 2可 知 ，综 合来 讲 ，传 统 速凝 剂 与 新 型速 凝 剂 1 d胶 砂 抗 压 强 度 差 别 不 大 ，但 新 型混 凝 土 速凝 剂 后 期 强度 明显 高 于 传统 速凝 剂 ，新 型 速 凝 剂 9 0 d抗 压 强 度 分 别 达 到 液 态 低 碱 速 凝 剂 和 碱 性 粉 状 速 凝 剂 的 1 3 7 和 1 5 4 。 因 此 ，新 型 速 凝 剂 后 期 强 度 高且 增 长 怏 ，可 以显 著 提 高 掺液 态 无 碱 速凝 剂 混凝 土 的物 理 力学 性 能 和 耐久 性 。分 别 计算 三种 不 同类 型速 凝 剂 各龄 期 的强 度增 长 率 并 对 掺 3种 不 同类 型 速凝 剂 的抗 压 强度( Rc )与龄 期( t )进行 回归 分 析 ，结 果 见 表 3 。从 表 3可 以看 出 ，液 态 无 碱 速凝 剂后 期 强 度增 长 率 远 大 于传 统 速 凝 剂 ：碱性 粉 状速 凝 剂 、液 态低 碱 速 凝 剂 和液 态 无 碱 速凝 剂 的 各龄 期胶 砂 强度增 长 规律 均符 合 对数 增长 关 系 。 2 3水 泥胶砂 抗 压 强度 比 皇 麓 图 2不 司类 型 混 凝 土速 凝 剂 各 龄 期 胶 砂 抗 压 强 度 如 图 3所 示 。从 图 3可 知 ，2 8 d抗 压 强 度 比( C2 8 C 。 2 8 ) 在 8 9 1 01 之 间 ，9 0 d抗 强 度 比( C9 0 C 8)在 1 0 9 一 1 2 6 2 问 ，新 型 混 凝 土 速 凝 剂 对 2 8 d抗 压 强度 无太 大 影 响 ，9 0 d抗 压 强 度 甚 至高 于 基 准 强 度 1 0 2 0 鹱 AF A一 1 AF A 2 AF A 3 AF A 4 AF A一 5 AF A 6 AF A 7 AF A_ 8 新型混凝上速凝剂品种 图 3不 同 品种 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 各 龄 期胶 砂 抗压 强度 比 计算 8种 新 型 速凝 剂 2 8 d和 9 0 d龄 期 的胶 砂 抗 压 强 度 比平 均 值 ，分 别 为 9 5 4 和 l 1 5 6 。 不 同 类 型 速 凝 剂 各 龄 期 抗 压 比 比较 见 图 4。 从 图 4可 以 看 出 ， 液 态 无 碱 速 凝 剂 2 8、9 0 d抗 压 强 度 比 均 最 大 ，液 态 低碱 速凝 剂 次 之 ，碱 性 粉状 速凝 剂 最 低 ； 三 种 速 凝 剂 2 8、9 0 d龄 期 抗 压 强 度 比均 呈 指 数 增 长 关 系 。 3 结论 ( 1 ) 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 在 凝 结 时 间 、后 期 抗 压 强 度 、后期 抗压 强度 比等方 面明 显优 于传统 速凝 剂 ， 且 性 能 稳 定 ， 可 广 泛 应 用 于 水 利 水 电 、交 通 、采 矿 、 抢 修 等工程 中。 掺 8种 液态 无 碱 速凝 剂 的 2 8、9 0 d抗 压 强度 比 ( 2 )我 国现 有 的建 材 行 业 性 能 检 验 标 准 J C 4 4 7 表 3 不 同类型 混凝 土速凝剂胶砂强度与龄期之间的关系 加 鲫 如 0 如 如 加 m 嘎 凝智雌 Z U1 3t F 1月 1 2 O 1 1 0 1 【 】 ( 】 9 0 稳 8 0 7 O 6 0 碱性粉状 液态低碱 液态无碱 速 凝荆类型 图 4不 同类 型 混 凝 土 速 凝剂 胶 砂 抗 压 强 度 比 喷射 混凝 土用 速凝 剂 已不适 用于 新 型混凝 土速 凝 剂 ，在 此基 础 上从 检 测 项 目 、凝 结 时 问 、抗 压 强 度 比等方面 探讨 了新 型混凝 土速 凝剂 的性 能检 验方 法 ， 新 的 试 验 方 法 更 加 客 观 的 反 应 了 新 型 混 凝 土 速 凝 剂 的优 良性 能 ，取得 了较好 的性 能试验 效果 。 ( 3)液 态 无碱 速 凝 剂 在凝 结 时 间上 与传 统速 凝 剂 相差 不大 ，相 比之下 略优 于传统 速凝 剂 。 ( 4 )新 型混凝 土 速凝 剂对 水泥 胶砂 2 8 d龄期 抗 压 强 度 影 响 较 小 ， 而 后 期 强 度 增 长 较 快 ，9 0 d抗 压 强度甚 至 高于基 准强 度达 1 0 2 0 。 ( 5 )碱性 粉状速凝 剂 、液 态低碱速 凝剂和液 态无 碱速凝 剂的各 龄期胶砂抗压强度均呈对数增长关 系。 ( 6)新 型 速凝 剂 2 8 、9 0 d抗 压 强 度 比均 最 大 ， 液 态 低 碱 速 凝 剂 次 之 ， 碱 性 粉 状 速 凝 剂 最 低 。 碱 性 粉状 、液 态低 碱 、液态 无碱 3种速 凝剂 2 8 、9 0 d龄 期 抗 压 强 度 比均 呈 指 数 增 长 关 系 。 参考文献 ： 1 青 义琢 混凝土速凝剂的研究成果与展望 J 云南 冶金 ，1 9 9 8， 2 7( 1 ) ：1 6 2 0 2 潘 志华 ，闾文 ，程建坤 无 碱液体速凝 剂的性能及 其促凝机 理 J 建 井技术 ，2 0 0 6 ，2 7 ( 5 ) ： 2 5 2 9 3 潘 志华 ，程建 坤 水泥速凝 剂研究现状 及发展方 向 J 建 井技 术 ，2 0 0 5，2 6 ( 2 ) ： 2 2 2 7 4 曾康生 ，刘 波 喷射混凝 土添加剂研 究现状与 发展趋势 J 中 国煤炭 ，1 9 9 8 ，2 4 ( 5 ) ： 1 8 2 4 5 V AR L E Y N _ Re s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t E x p e r i e n c e s w i t h t h e u s e o f a l k a l i f r e e a c c e l e r a t o r s i n A s i a J T u n n e l l i n g a n d U n d e r g r o u n d S p a c e T e c h n o l o g y 2 0 0 6 ，2 1 ( 3 - 4 ) ： 4 0 9 4 5 6 ( 责 任编 辑焦 雪梅 ) ( 上 接 第 7 8页)的技 术 方 案 ，除 常 规 设 计 内 容外 ， ( 5 )安全 鉴定专 家 团队在 队伍搭 建 、基 础 工作 、 还 包括 施 丁 质量 、缺 陷处 理 、监 测 成果 等 ，涉及 建 交 流 沟通 、组织 策 划及 质 量 控 制等 方 面也 需 采 取 相 设 、设计 、施 工和 监理 等参建 各方 。 应 的组织 措施 壮 )七 安 事 耋 在 警 参 考 文 献 ： 技 术 动 态 、收 集 T 程 资料 、归 纳 工 程 特 点 和难 点 、 。 分 析 设 计 变 更 及 重 视 永 临 结 合 建 筑 物 、工 程 质 量 1 S D J 2 7 5 8 8 水电站基本建设工程验收规程E S 缺 陷 处 理 、监 测 资 料 分 析 等 方 面 采 取 针 对 性 的技 2 D L 5 1 2 3 -2 0 0 0 水电站基本建设工程验收规程 s 术 措 施 。 ( 责任编 辑焦 雪梅 ) ( 上 接 第 8 4页)仪 都 成 功应 用 于 水 布垭 水 电站 面 板 挠 度 的安全 监 测 中 但 两 者 的监测 结 果 存在 显著 性 差 异 ，相 关 性 不 明显 。 ( 2 )监 测值 都 垂 直 面板 向下 ，光 纤 陀螺 仪 监 测 值 呈“ w”双 谷 形 ：倾 斜 仪 测值 变 化 不 连续 具 突变 性 。经 过方 差 分 析 和均 值 比较 ，光 纤 陀 螺仪 监 测 值 较 倾 斜 仪 的测 值 更 准确 地 反 映 大 坝 面 板 变 形 情 况 。 各 月 测 值 的 成 对 样 本 检 验 可 知 面 板 挠 度 在 2 0 1 0年 1 0月 以 后 趋 于 稳 定 ( 3 ) 随着 光纤 陀 螺 技术 的发展 ，陀 螺管 道 材 料 的改 进 ，光纤 陀 螺技 术 用 于 面板 挠度 监 测将 得 到 进 一 步 发 展 参考文献 ： 1 杨 泽艳 ，周建平 ，蒋 国澄 ，等 中国混凝 土面板堆石 坝的发展 I 强Wa r e r P o V o 1 3 9 N o 1 J 水力发 电2 0 1 1 ，3 7 ( 2 ) ：1 8 - 2 3 2 谭恺 炎 高混凝 土面板堆石 坝安全监测 若干问题 的讨 论 J 大 坝与安全 ，2 0 1 0 ( 3 ) ： 6 2 9 3 季凡 ，赵卫 水布垭水 电站大坝安全 监测 没计 与新型仪器 应用 f J 人民长江 2 0 0 7，3 8 ( 7 ) ： 1 2 4 1 2 6 4 吴铭江 ，袁培进 工程 安全 监测工作 回顾 J 中国水利 水电科 学研究院学报 ， 2 0 0 8 ，6 ( 4 ) ： 3 2 3 3 2 8 5 司洪洋当前 我国混凝 土面板坝监测 中的若 干问题 J 大坝观 测与土工测试， 1 9 9 7 ，2 1 ( 5 ) ： 8 - 1 1 ，2 7 6 朱联祥 ， 蔡德 所 全数字光纤 陀螺 闭环检测系统 J 光纤 与电 缆及其应用技术 ， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 2 1 2 5 7 刘 健夫 光纤陀螺监测 系统 研究及其 在面板挠 度监测 中的应用 D 宜 昌：三峡大学 ，2 0 1 2 8 石油 光纤陀螺连续测斜仪 J 军民两用技术与产品 ，2 0 1 0 ( 4) ： 29 ( 责任编辑杨 健)