CN106082763A

CN106082763A - 一种无碱液态速凝剂及其制备方法和应用方法

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Publication number: CN106082763A
Application number: CN201610412483.5A
Authority: CN
Inventors: 李树忱; 宋庆华; 石伟; 宋玉庆
Original assignee: SHANDONG YUANLIHUA MINING EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SHANDONG YUANLIHUA MINING EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2016-11-09

Abstract

本发明公开了一种无碱液态速凝剂及其制备方法和应用方法，由下列组分按照重量百分比配制而成：硫酸铝35％～60％、氢氧化铝2％～8％、醇胺1％～5％、分散剂0.5％～1％、稳定剂0.1％～0.5％，余量为水。本发明的速凝剂呈中性，可有效避免后期的碱‑骨料反应，杜绝产生安全隐患；掺量低同时性能优越，初、终凝时间、后期强度均远远高于相关规范对于速凝剂一等品的规定；掺入本速凝剂进行喷射混凝土施工过程中，回弹量小，粉尘浓度低，可为施工人员提供一个安全健康的操作环境，同时降低工程造价，加快施工进度，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种无碱液态速凝剂及其制备方法和应用方法

技术领域

本发明涉及地下工程喷射混凝土施工领域，具体涉及一种无碱液态速凝剂及其制备方法和应用方法。

背景技术

喷射混凝土作为一种支护手段，在地下工程施工中的应用越来越普遍，速凝剂作为喷射混凝土中一种重要的添加剂，其研究正受到越来越多的关注，但市面上的速凝剂存在较大的弊端。

目前来说，喷射混凝土速凝剂包括粉状速凝剂和液态速凝剂两种类型，其弊端如下：

(1)速凝剂呈碱性，掺入喷射混凝土中后，后期会发生碱-骨料反应，生成碱-硅酸凝胶，吸水后发生较大的体积膨胀，导致混凝土胀裂现象；

(2)粉状速凝剂和液态速凝剂都存在掺量大的问题，特别是粉状速凝剂由于其固态粉状的物态导致拌合不均匀，带来掺量大的问题，造成施工成本增加；

(3)对喷射混凝土强度影响较大，由于速凝剂掺量大导致混凝土后期强度衰减幅度大，为工程带来一定的安全隐患；

(4)由于速凝剂掺入不均匀及性能问题导致喷射混凝土施工过程中回弹量大，粉尘多，工程施工成本增加，施工环境极其恶劣，严重影响施工人员的健康；

(5)速凝剂中通过添加碱土金属盐来促进水泥C3S的水化，为了削弱速凝剂的碱性再添加羟基羧酸，但是，碱土金属盐和羟基羧酸容易在溶液中发生交叉反应，易产生结晶、沉淀等，影响速凝效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有速凝剂呈碱性导致碱-骨料反应、掺量大、粉尘多、回弹大的问题，提供一种无碱液态速凝剂及其制备方法和应用方法，该速凝剂pH至为7左右、掺量少、性能优越。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无碱液态速凝剂，由下列组分按照重量百分比配制而成：硫酸铝35％～60％、氢氧化铝2％～8％、醇胺1％～5％、分散剂0.5％～1％、稳定剂0.1％～0.5％，余量为水。

本无碱液态速凝剂主要起速凝作用的成分为铝盐，即硫酸铝和活性氢氧化铝等，铝盐与水泥中的主要矿物成分进行反应，加速其水化、硬化，从而达到速凝的目的。本无碱液态速凝剂只要能有效提高溶液中铝离子的浓度及稳定性即可,不需要加入碱土金属盐和羟基羧酸，避免碱土金属盐和羟基羧酸在溶液中发生交叉反应导致的结晶、沉淀等，提高速凝效果。

本发明的无碱液态速凝剂硫酸铝含量为35％～60％，氢氧化铝含量为2％～8％，尽可能多的提高了溶液中的铝离子浓度，醇胺和稳定剂的添加，提高了硫酸铝和氢氧化铝的溶解性，使其充分的溶解、反应，提高溶液中的铝离子浓度。同时，醇胺还起到了早强剂的作用，可以提高混凝土的早期强度，加快凝结时间。

所述硫酸铝为工业级硫酸铝，其氧化铝含量不得低于15.6％，三氧化二铁含量不得高于0.5％，粉末或块状均可。硫酸铝纯度高、细度小、易溶解，可以提高硫酸铝在反应时的溶解度，减少杂质对溶液的影响。

所述氢氧化铝为工业级氢氧化铝，其氧化铝含量不得低于63.5％，含水量不得高于0.3％，呈粉末状。同样的，氢氧化铝也具有纯度高、细度小、易溶解的特点，硫酸铝和氢氧化铝在反应时溶解度高，提高了溶液中的铝离子的浓度，从而提高速凝效果。

所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种按任意比例混合而成。

优选的，所述醇胺为二乙醇胺、三异丙醇胺或二乙醇胺和三乙醇胺按任意比例混合而成的混合物。

所述分散剂可采用聚乙二醇200或者聚乙二醇400，优选采用聚乙二醇200。

所述聚乙二醇200和聚乙二醇400均为工业级聚乙二醇，水分含量不得高于1.0％。水分含量在1.0％以下，可提高溶液的含固量，提高有效成分含量，在保持溶液稳定不析出、不沉淀的基础上，最大限度的提高有效成分含量，从而能降低速凝剂使用掺量、提高凝结效果。

所述的稳定剂为极易溶于水的粉状有机羧酸。

该速凝剂的pH值呈中性。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：上述无碱液态速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将所述硫酸铝溶解于所述水中，而后加热至75～85℃；

步骤2：加入所述氢氧化铝，加入所述氢氧化铝的过程中保持温度在75～85℃并同时不断搅拌；

步骤3：所述硫酸铝和所述氢氧化铝溶解于水中后，停止加热，并冷却至室温；

步骤4：依次加入醇胺、分散剂和稳定剂，同时不断搅拌，直至形成透明均一稳定的液体，得到pH值呈中性的速凝剂。

本速凝剂pH值为7左右，为非碱性液态速凝剂。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：上述无碱液态速凝剂的应用方法，将无碱液态速凝剂在喷嘴处加入到喷射水泥组合物中，制备喷射混凝土，用量为混凝土中水泥重量的2.0％～4.0％，掺量低。

本发明具有以下有益效果：

1、产品组分中，氢氧化铝水解过后其水溶液呈弱碱性，而硫酸铝水解过后水溶液呈弱酸性，因此除稳定剂外无需再添加其他的酸类物质即可实现溶液呈非碱性，成分简单，制备方便，可有效避免现有碱性速凝剂导致的施工后期碱-骨料反应，保证结构的安全可靠。

2、本发明的速凝剂中，硫酸铝含量是氢氧化铝含量的10倍左右，硫酸铝水解过后水溶液呈弱酸性，既保证了溶液中铝离子含量的丰富，提升速凝效果、降低掺量，又可保证速凝剂溶液呈非碱性。

3、本速凝剂性能优越，促凝效果明显，初凝时间和终凝时间均远远高于规范规定，醇胺起到了早强剂的作用，可以提高混凝土的早期强度，加快凝结时间，初期强度增长迅速；铝盐与水泥中的主要矿物成分进行反应，加速其水化、硬化，后期强度衰减幅度小，完全满足各种工况对于喷射混凝土凝结时间的要求；在常温常压下，在一个合适的掺量条件下，现有技术中的速凝剂初凝时间一般为5min，终凝时间一般为10min；本发明的速凝剂以2.0％的掺量为例，初凝时间1～2min，终凝时间4～6min，相比于普通喷射混凝土(未掺加速凝剂)，本速凝剂1天抗压强度可提高100％～150％，后期抗压强度损失低于5％，喷射过程中粉尘浓度低、喷射混凝土回弹量少，施工环境良好，混凝土后期强度高。

4、本发明的无碱液态速凝剂硫酸铝含量为35％～60％，氢氧化铝含量为2％～8％，尽可能多的提高了溶液中的铝离子浓度，醇胺和稳定剂的添加，提高了硫酸铝和氢氧化铝的溶解性，使其充分的溶解、反应，提高溶液中的铝离子浓度。不需要加入传统速凝剂的碱土金属盐，避免碱土金属盐和羟基羧酸在溶液中发生交叉反应导致的结晶、沉淀等，提高速凝效果。

5、目前，液态速凝剂的掺量一般在8％～10％左右，本发明的速凝剂含固量高，铝离子浓度大，掺量只有2.0％～4.0％，掺量低，可大大降低工程造价。

6、因本发明的速凝剂为液态的速凝剂，且施工过程中混凝土回弹量少，混凝土迅速凝结硬化，所以掺入本速凝剂后，施工过程中粉尘浓度低，可为施工人员提供一个安全、健康的施工环境；在规范的喷射操作过程中，施工空间粉尘浓度小于6mg/m³，回弹量低于10％。

7、掺入适当比例的该速凝剂后，在规范的喷射操作工程中，喷射混凝土回弹量低，有效避免了拌合料的浪费，降低了工程造价。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

一种无碱液态速凝剂，由以下组分按照重量百分比配置：

硫酸铝：50％；

氢氧化铝：6％；

二乙醇胺：3％；

聚乙二醇200：0.8％；

稳定剂：0.3％；

水：39.9％。

制备方法如下：

先将硫酸铝溶解于水中，而后加热至80℃，加入氢氧化铝并不断搅拌，在上述两组分接近溶解时，停止加热，并冷却至室温，而后向其中依次加入二乙醇胺、聚乙二醇200、稳定剂，期间不断搅拌，直至形成透明均一稳定的液体即为本高效无碱液态速凝剂。

应用时，将无碱液态速凝剂在喷嘴处加入到喷射水泥组合物中，制备喷射混凝土，用量为混凝土中水泥重量的2.0％。

实施例2：

一种无碱液态速凝剂，由以下组分按照重量百分比配置：

硫酸铝：38％；

氢氧化铝：8％；

三异丙醇胺：4％；

聚乙二醇200：0.9％；

稳定剂：0.4％；

水：48.7％。

制备方法如下：

先将硫酸铝溶解于水中，而后加热至80℃，加入氢氧化铝并不断搅拌，在上述两组分接近溶解时，停止加热，并冷却至室温，而后向其中依次加入三异丙醇胺、聚乙二醇200、稳定剂，期间不断搅拌，直至形成透明均一稳定的液体即为本高效无碱液态速凝剂。

应用时，将无碱液态速凝剂在喷嘴处加入到喷射水泥组合物中，制备喷射混凝土，用量为混凝土中水泥重量的3.0％。

实施例3

一种无碱液态速凝剂，由以下组分按照重量百分比配置：

硫酸铝：55％；

氢氧化铝：4％；

二乙醇胺：2％；

三乙醇胺：1％；

聚乙二醇400：0.5％；

稳定剂：0.1％；

水：37.4％。

制备方法如下：

先将硫酸铝溶解于水中，而后加热至80℃，加入氢氧化铝并不断搅拌，在上述两组分接近溶解时，停止加热，并冷却至室温，而后向其中依次加入二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙二醇400、稳定剂，期间不断搅拌，直至形成透明均一稳定的液体即为本高效无碱液态速凝剂。

应用时，将无碱液态速凝剂在喷嘴处加入到喷射水泥组合物中，制备喷射混凝土，用量为混凝土中水泥重量的4.0％。

性能试验：

按照中国建材行业标准JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》的要求进行水泥净浆凝结时间和水泥砂浆强度试验，其中本发明的无碱液态速凝剂用量按水泥重量的百分比计算。

水泥净浆凝结时间测试：

拉法基PO.42.5水泥 400g；

水 160g。

水泥砂浆强度测试：

拉法基PO.42.5水泥 900g；

标准砂 1350g；

水 450g。

实施例1、实施例2和实施例3的速凝剂均按照水泥用量的2.0％掺入水泥浆体中，强度测试中，对未加入任何速凝剂的空白砂浆进行强度试验，用以测试掺有速凝剂的砂浆与其28天强度比值，试验结果见表1。

表1试验结果

从表1可以看出，本发明的无碱液态速凝剂在2.0％的掺量下，能够使水泥净浆的凝结时间满足初凝时间不大于2min，终凝时间不大于6min的一等品性能要求，能够使一天砂浆强度达到13.47MPa，远远超过一等品要求的7MPa，证明本速凝剂性能优越。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims

1.一种无碱液态速凝剂，其特征是，由下列组分按照重量百分比配制而成：硫酸铝35％～60％、氢氧化铝2％～8％、醇胺1％～5％、分散剂0.5％～1％、稳定剂0.1％～0.5％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种按任意比例混合而成。

3.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述醇胺为二乙醇胺、三异丙醇胺或二乙醇胺和三乙醇胺按任意比例混合而成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述分散剂为聚乙二醇200。

5.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述分散剂为聚乙二醇400。

6.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述分散剂中水分含量不高于1.0％。

7.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述硫酸铝中氧化铝含量不低于15.6％，三氧化二铁含量不高于0.5％，呈粉末状或者块状。

8.根据权利要求1所述的一种无碱液态速凝剂，其特征是，所述氢氧化铝中氧化铝含量不低于63.5％，含水量不高于0.3％，呈粉末状。

9.权利要求1～9任意一项所述的无碱液态速凝剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

10.权利要求1～9任意一项所述的无碱液态速凝剂的应用方法，其特征是，将无碱液态速凝剂在喷嘴处加入到喷射水泥组合物中，制备喷射混凝土，用量为混凝土中水泥重量的2.0％～4.0％。