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，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
DP1	19.8%
1% AC+DP1	20.3%
1.5%AC+DP1	21.1%
2%AC+DP1	21.9%
DP2	22%
1% AC+DP2	22.9%
1.5%AC+DP2	23.6%
2%AC+DP2	24.2%

 

3.2  凝结时间

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
DP1	5h50min	7h10min
1% AC+DP1	4h25min	5h15min
1.5% AC+DP1	3h43min	4h20min
2% AC+DP1	2h14min	3h5min
DP2	6h46min	8h
1% AC+DP2	5h20min	6h4min
1.5% AC+DP2	4h32min	5h15min
2%AC+DP2	2h48min	3h38min

 

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：

CO₃^2-+CaO+H₂O→CaCO₃+2OH^-   

CO₃^2- +CaSO₄→CaCO₃+SO₄^2-

AlO₂^-+2H₂O →Al(OH)₃+OH^-    

2AlO₂^-+3CaO+7H₂O→3CaO? Al₂O₃?6H₂0+2OH^-

2OH^-+ CaSO₄→SO4^2-+ 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 -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(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)
DP1	2.5	4.6	6.8	8.9
1%AC+DP1	4.3	6.5	7.7	8.4
1.5%AC+DP1	4.9	6.7	7.6	8.6
2%AC+DP1	4.1	5.9	7.0	8.2
DP2	2.2	4.3	6.3	7.6
1%AC+DP2	3.1	5.2	6.6	7.3
1.5%AC+DP2	3.6	5.1	6.8	7.6
2% AC+DP2	3.7	5.4	6.0	7.1

 

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无机盐为主料的复合促凝 剂AC，通过改变AC在砂浆中的添加 比例研究了其对砂浆的性能影响。研究表明：

(1)  改变AC的 添加比例可以控制砂浆的凝结时间，这为砂浆在较低温度下的使用提供了基础。

(2)  AC的加入不会对砂浆造成泛碱现象。

(3)  AC促凝剂能较大程度的提高砂浆的早期强度，对后期强度的保持率也 很高，基本没有负面影响。