一实验目的
1. 掌握配制水泥速凝剂的工艺
2. 了解水泥速凝剂的速凝机理以及各组分作用
二实验原理
1速凝剂特点
速凝剂是随着水泥混凝土的广泛使用而产生的，并且一直在不断地发展。
应用于喷射混凝土中可以大大提高喷射的速度和厚度，同时增加了强度和减少了回弹。
速凝剂能够使混凝土喷射到工作表面上后很快就能凝结。
因此，速凝剂必须具备以下几种性能：
(1)对混凝土无不利影响，如钢锈、碱－骨料反应、长期耐久性等；
(2)有较高的早期强度，后期强度降低不能太大（小于30%）；
(3)使混凝土喷出后3～5min内初凝，10min之内终凝；
(4)尽量减小水灰比，防止收缩过大，提高抗渗性能；
(5)使混凝土具有一定的粘度，防止回弹过高；
(6)对施工人员及环境无不良影响，对钢筋无腐蚀作用；
(7)原材料易得，价格较低。
2速凝剂速凝机理
各种不同的速凝剂可以使水泥很快就凝结，但其作用机理至今尚未定论，目前主要有以下几种观点。
(1)生成水化铝酸钙而速凝
速凝剂的各组分之间将发生如下反应，生成溶解度更低的盐类：
Na2CO3+CaO+H2O → CaCO3+NaOH
Na2CO3+CaSO4→ CaCO3+Na2SO4
铝酸盐水解,并进行中和反应:
NaAlO2+2H2O → Al(OH)3+NaOH
2NaAlO2+3CaO+7H2O →3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH
在反应过程中产生的NaOH与水泥中的石膏之间建立了以下平衡关系：
2NaOH+CaSO4→ Na2SO4+Ca(OH)2
速凝剂产生的NaOH与石膏作用生成Na2SO4，使水泥浆体中CaSO4的浓度明显降低，在这种条件下，水泥中C3A(3CaO·Al2O3)可以迅速地进入溶液，析出六角板状的水化产物C3AH6(3CaO·Al2O3·6H2O)进而生成C4AH13，CaSO4所起的缓凝作
用消失，水化热大量释放，从而导致水泥浆的迅速凝结。
(2)加快水泥水化速率而速凝
试验表明，掺有速凝剂的水泥中发生了如下反应：
Al2(SO4)3+3CaO+5H2O → 3CaSO4·2H2O+2Al(OH)3
2NaAlO2+3CaO+7H2O → 3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH
3CaO·Al2O3·6H2O+3CaSO4·2H2O+25H2O—3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
因此，在水泥－速凝剂－水的体系中，由于Al2SO4等电解质的解离，以及水泥粉磨过程中所加石膏的溶解，是水化初期溶液中的硫酸根离子浓度骤增并与溶液中的Al2O3、Ca(OH)2等组分急速反应，迅速生成微细针柱状的钙矾石及中间次生物石膏，这些新生晶体的生长、发展，在水泥颗粒之间交叉连接生成网络状结构而速凝。
同时，速凝剂中的铝氧熟料及石灰提供了有利的放热反应，为整个水化体系提供了40℃左右的反应温度，促进了水化产物的形成和发展。
(3)行成水化铝酸钙骨架并促进C3S(3CaO·SiO2)水化而速凝
中国建材研究院认为铝氧熟料促进水泥凝结的主要原因是：①铝氧熟料反应后得到NaOH促进C3S水化，硅离子溶出加快；②速凝剂的加入减弱并消除了C3S 初始生成的水化膜和双电子层的阻碍作用，导致了诱导期的缩短或消失；③熟料矿物初期水化得到的Ca2+与速凝剂中的AlO2-反应迅速生成水化铝酸钙晶体，搭接成网络；④铝氧熟料溶于水时放出大量的热，促进了水化铝酸钙的析晶放热和C3S的水化反应放热，这些放热反应的共同作用造成水泥浆体温度骤然升高，甚至可达40℃，进一步促进了水泥水化反应的进行；⑤水化产物的形成，尤其是水化铝酸钙的形成结合了大量的游离水，浆体迅速失去流动性；⑥水化产物的结晶和生长交叉形成网络结构，水化硅酸钙填充其间，促使水泥迅速凝结、硬化。
3速凝剂的使用
速凝剂主要用于喷射混凝土及补漏工程中。
在隧道、地下巷道等工程中可用喷射混凝土以达到快速、高质量的目的。
如何掺入速凝剂应该由工艺条件来确定。
用干法喷射混凝土施工时，当水泥、粗骨料、细骨料加料时同时加入粉末状速凝剂，经过压缩空气运送这些物料时就可将它们搅拌均匀了。
粉末状速凝剂液可用于湿法喷射中，但需要在喷嘴处以压气气流形式加入，而不能直接加到湿式喷射机或泵内。
液状速凝剂在喷射时先溶于水，在喷射时用水适量稀释后，
借助水泵或风压在喷嘴处加入，因而它易于做到使速凝剂掺入均匀。
硅酸盐类水泥中加入适量速凝剂，在一定水灰比及一定温度时，水泥净浆具有塑性，而其凝结时间可以控制在10min之内。
对速凝剂的一般要求是净浆有良好的流动性，并且不要在搅拌时出现迅速边干稠、无塑性的急凝现象。
4试验仪器及药品
1.试验仪器
50ml烧杯一次性塑料杯量筒计时器（或手机或手表1只）
电子天平（量程200g，分度值0.01）
2.试验药品
自来水氢氧化铝[Al(OH)3] 三聚氰胺硫酸铝[Al2(SO4)3]
氟化钠（NaF）【以上各药品均为分析纯级】水泥（东岳牌普通硅酸盐水泥 PC 32.5R）
5试验方法
(1) 对照组：用一次性纸杯称取水泥50g，加入15ml自来水，搅拌30s，并震荡30次后静置。
(2) 实验组1(速凝剂所占比例为2%)：在一个纸杯中称取NaF 0.74g、Al2(SO4)3 1.04g、三聚氰胺0.22g并用40ml水混合均匀，加入到100g水泥后迅速搅拌30s，并且震荡30次后静置并观察凝固速度
(3)实验组2(速凝剂所占比例为3%)：在一个纸杯中称取NaF 1.11g、Al2(SO4)3 1.56g、三聚氰胺0.33g并用40ml水溶解，加入100g水泥后迅速搅拌30s，并且震荡30次后静置并观察凝固速度
[硫酸铝的存在，促进了水泥组分中硅酸盐相的水化，使C3S水化加快，由于能提供较多的Al3＋及促进C3S水化，使钙矾石很快出现了晶体，这些晶体间互相搭结生长，表现出了明显的早强效果。
三聚氰胺具有较强的分散作用，使一部分较小的水泥颗粒能以细小的、分散的颗粒形式存在于液相中，这就加大了反应的表面积，可以使水泥的初期反应速度大大提高。
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