CN106477960A - 一种高性能液体速凝剂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能液体速凝剂组合物及其制备方法。本发明是由下列重量百分比的原料组成：40～60%的无机盐、10～30%的流变剂、5～10%的多元醇、1～5%的无机酸、1～5%的絮凝剂、0.5～1%的消泡剂、余量为水；其中，上述各原料的重量百分比之和为100%。本发明的高性能液体速凝剂具有掺量低、无碱、无氯、储存稳定性好、无结晶沉淀、粘度低、后期无强度损失等优点，克服了现有液体速凝剂容易分层沉淀、粘度大和腐蚀性强等缺点。

Description

一种高性能液体速凝剂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能液体速凝剂组合物及其制备方法。

背景技术

喷射混凝土技术是根据喷射水泥砂浆原理发展起来的，与普通混凝土相比较，喷射混凝土具有凝结速度快和早期强度高等优点，作业方式灵活，适用于井下、隧道等特殊环境下施工作业。速凝剂应用技术在喷射混凝土实施过程中起到至关重要的作用，是喷射混凝土施工法中不可缺少的添加剂，其性能的优劣直接影响到喷射混凝土的喷射质量和使用性能。速凝剂不但可以加速水泥水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，而且可以增加喷射混凝土一次喷层厚度，缩短两次喷覆之间的时间间隔，从而保证特殊施工的要求。

20世纪30年代，国外就开始研究和在工程施工中应用速凝剂，最早投入工程的是以硅酸钠为主要原材的无味液体。后来，国外又相继出现了多种以碱金属的铝酸盐、碳酸盐为主要成分的速凝剂，这些速凝剂统称为传统碱性速凝剂，施工过程中对人体的皮肤有腐蚀伤害作用，促凝效果一般，而且多数含有碱、氯成份，影响混凝土的耐久性等性能。这类产品虽能满足施工中对混凝土的促凝要求,但是掺加该类速凝剂的混凝土后期强度损失非常严重，主要原因是传统碱性速凝剂碱含量高，掺加入喷射混凝土后使水泥在水化初期形成疏松的铝酸盐水化物结构，造成混凝土极易发生碱-骨料反应，对其后期强度的发挥非常不利。近二十年来，国内外开始使用钙盐和铝盐来代替硅酸盐和碳酸盐等碱金属盐来研制并生产无碱（低碱）速凝剂，掺加无碱（低碱）速凝剂后，速凝效果显著的同时亦能显著提高喷射混凝土的早期强度和减小其后期强度损失，且能提高混凝土的剪切强度和抗渗能力以及混凝土与钢筋的粘结力。但这类速凝剂产量大，容易分层沉淀，且对不同种类水泥的适应性问题、浆体的和易性很差。

如何结合工程实际情况，因地制宜、合理选材、对速凝剂进行改性、优化喷射混凝土的组成设计是保证喷射混凝土质量的重要因素，是目前亟需解决的重要课题。

发明内容

本发明针对目前喷射混凝土回弹大、耐久性能差的现状，通过化学改性，采用有机无机复合的技术手段，提供一种无碱、无氯、无毒、无味、无刺激，兼具速凝、低腐蚀、高强度的高性能液体速凝剂及其制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高性能液体速凝剂组合物，所述组合物由下列重量百分比的原料组成：40～60%的无机盐、10～30%的流变剂、5～10%的多元醇、1～5%的无机酸、1～5%的絮凝剂、0.5～1%的消泡剂、余量为水；其中，上述各原料的重量百分比之和为100%。

具体地，所述组合物包括以下七种方案：

方案一：无机盐50%、流变剂20%、多元醇8%、无机酸3%、絮凝剂5%、消泡剂1%、水13%；

方案二：无机盐43%、流变剂22%、多元醇6%、无机酸2%、絮凝剂2%、消泡剂0.5%、水24.5%；

方案三：无机盐41%、流变剂30%、多元醇5%、无机酸5%、絮凝剂3%、消泡剂0.8%、水15.2%；

方案四：无机盐47%、流变剂25%、多元醇10%、无机酸4%、絮凝剂1%、消泡剂1%、水12%；

方案五：无机盐53%、流变剂27%、多元醇7%、无机酸1%、絮凝剂4%、消泡剂0.7%、水7.3%；

方案六：无机盐55%、流变剂18%、多元醇9%、无机酸3%、絮凝剂2%、消泡剂0.9%、水12.1%；

方案七：无机盐58%、流变剂14%、多元醇8%、无机酸2%、絮凝剂5%、消泡剂0.5%、水12.5%。

具体地，所述无机盐选自硫酸铝、硝酸铝、硫酸钙、硝酸钙、硫酸铁、硝酸铁、氟化钠中的一种或多种。所属无机盐中的阴离子与水泥水化过程中产生的钙离子反应，使C3S表面难以形成双电层结构，从而使C3S的诱导期缩短甚至消失，进而缩短水泥的凝结时间，提高了水泥砂浆的早期强度，起到迅速缩短水泥初凝、终凝的作用。

具体地，所述流变剂选自羟基羧酸、萘磺酸甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂、芳香族氨基磺酸盐聚合物、脂肪族羟基磺酸盐聚合物、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、羟基聚醚中的一种或多种。流变剂的主要作用是促进无机离子与有机基团或官能团的配位结合，从而增加无机离子的稳定性。

具体地，所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、季戊四醇中的一种或多种。多元醇的主要作用是作为无机盐的共溶剂促进形成稳定的分散液，提高原料溶解性及产品稳定性。

具体地，所述无机酸选磷酸、氢氟酸、硫酸、高锰酸、过氧酸、硼酸中的一种或多种。无机酸的主要作用是为调节速凝剂PH值为酸性，防止速凝剂分层或析晶，达到延长其保质期的目的。

具体地，所述絮凝剂选自阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺、超高分子量聚丙烯酰胺中的一种或多种。絮凝剂水解后对电解质有很好的相容性，可以很好的吸附在水泥浆体颗粒表面，从而产生桥联效益，增稠速凝剂，以此提高喷射混凝土的粘度从而抑制喷射混凝土的回弹、增加喷射混凝土一次喷射厚度，达到节约材料、提高经济效益的目的。

具体地，所述消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。消泡剂的目的是降低表面张力，消除速凝剂加工过程中的有害气泡。

一种高性能液体速凝剂组合物的制备方法，包括以下步骤：在混料釜中加入水，然后加入无机盐，在95～105℃的条件下充分溶解搅拌2～4小时，然后加入多元醇、絮凝剂、消泡剂，再搅拌1～1.5小时，再加入无机酸搅拌均匀，冷却至常温，即得液体絮凝剂。

本发明可用于矿山巷道、交通隧道、水工隧道、地下铁道及各类用途的洞室（地下电站、仓库等）的喷射混凝土的支护衬砌工程；也可用于边坡、基坑、水库、堤岸渠道、水池等工程的岩石、护壁工程；还可用于桥梁、海堤、大坝、码头及房屋建筑的加固修复工程，以及各类结构的防腐、防水、封漏等防护工程。实际应用方法如下：将高性能液体速凝剂掺入混凝土配制成喷射混凝土或砂浆，均匀的喷涂即可。下面举例说明：

本发明在喷射混凝土、砂浆中的使用方法：①使用前，根据技术要求，应在工程实验室验证本发明的高性能液体速凝剂与水泥、骨料的适用性，确定最佳掺量值；②工程应用时，将该材料加入到喷射机的速凝剂料仓内；③根据实验室确定的速凝剂掺量，调整喷射机的相关控制参数，将速凝剂掺入喷射混凝土中；④喷射时，喷射机枪与基面保持一定角度。

本发明具有以下优点及有益效果：

（1）本发明的高性能液体速凝剂具有掺量低、无碱、无氯、储存稳定性好、无结晶沉淀、粘度低、后期无强度损失等优点，克服了现有液体速凝剂容易分层沉淀、粘度大和腐蚀性强等缺点。

（2）本发明在生产过程中无污染，克服了粉状速凝剂和有碱速凝剂对生产工人的健康损害。

（3）用本发明的液体速凝剂配制的喷射混凝土回弹率小、喷射混凝土抗渗性耐久性较好，节省原材料的消耗，增强喷射混凝土的抗渗性和耐久性。

（4）使用本发明的液体速凝剂配制喷射混凝土时，可以掺入高达30%的掺合料，不但降低喷射混凝土的成本，还降低了水泥的用量，间接的改善了环境污染。

（5）使用本发明的无碱液体速凝剂配制喷射混凝土时，掺量范围为0.5-3%，技能达到预期技术指标，远低于现有各类速凝剂6-10%的掺量。

（6）本发明与现有速凝剂和传统粉状速凝剂相比，具有明显的技术和经济优势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水235kg、硫酸铝450kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入190kg羟基聚醚、55kg丙二醇、40kg阴离子聚丙烯酰胺、10kg乳化硅油，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入20kg硫酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例2

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水365kg、硫酸铝310kg、硫酸钙130kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入110kg羟基聚醚、60kg乙二醇、10kg超高分子量聚丙烯酰胺、5kg乳化硅油，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入10kg硫酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例3

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水130kg、硝酸钙500kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入200kg羟基羧酸、80kg丙三醇、50kg非离子聚丙烯酰胺、10kg聚氧丙烯甘油醚，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入30kg高锰酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例4

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水245kg、硝酸铁430kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入220kg木质素磺酸钙、60kg异丙醇、20kg两性离子聚丙烯酰胺、5kg聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入20kg磷酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例5

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水152kg、氟化钠410kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入300kg磺化三聚氰胺甲醛树脂、50kg季戊四醇、30kg非离子聚丙烯酰胺、8kg聚二甲基硅氧烷，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入50kg硼酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例6

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水120kg、硝酸铝200kg、硫酸钙270kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入120kg木质素磺酸钙、130kg木质素磺酸钠、50kg乙二醇、50kg丙二醇、10kg阴离子超高分子量聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺、5kg乳化硅油、5kg高碳醇脂肪酸酯复合物，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入40kg过氧酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例7

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水73kg、硝酸钙200kg、硫酸铁330kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入270kg磺化三聚氰胺甲醛树脂、70kg异丙醇、40kg阴离子聚丙烯酰胺、7kg聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入10kg硫酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例8

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水121kg、硝酸铁200kg、氟化钠350kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入80kg萘磺酸甲醛缩合物、100kg磺化三聚氰胺甲醛树脂、40kg丙三醇、50异丙醇、20kg非离子聚丙烯酰胺、9kg聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入30kg磷酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

实施例9

以制备1000kg产品为例

制备高性能液体速凝剂组合物产品，其配比按照重量计，在混料罐中投入自来水125kg、硝酸钙580kg，在95～105℃的条件下搅拌2～4小时直至充分溶剂；然后依次加入140kg木质素磺酸镁、80kg异丙醇、50kg两性离子聚丙烯酰胺、5kg高碳醇脂肪酸酯复合物，搅拌1～1.5小时，过程中温度维持在95～105℃；再加入20kg硼酸，搅拌20～40min，使其混合均匀后冷却至常温，停机，即得本发明的高性能液体速凝剂产品。

本发明产品的性能指标如下：

高性能液体速凝剂组合物的检测项目和技术要求,分为匀质性指标和物理性能指标，检测项和技术指标见表1和表2。

表1产品的匀质性指标检测项和技术指标

检测项目	单位	指标
			外观	/	均匀液体，微黄色
密度	g/cm3	1.20±0.05
			含固量	m3	≥40
pH	/	2±1
			碱含量	%	≤0.1
Cl-	%	≤0.01
			气味	/	无

表2 物理性能检测项和技术指标

由上表可知，本发明的产品具有无碱、无氯、无毒、无味、无刺激，兼具速凝、低腐蚀、高强度等优点。

应当说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述组合物由下列重量百分比的原料组成：40～60%的无机盐、10～30%的流变剂、5～10%的多元醇、1～5%的无机酸、1～5%的絮凝剂、0.5～1%的消泡剂、余量为水；其中，上述各原料的重量百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述组合物包括以下七种方案：

方案一：无机盐50%、流变剂20%、多元醇8%、无机酸3%、絮凝剂5%、消泡剂1%、水13%；

方案二：无机盐43%、流变剂22%、多元醇6%、无机酸2%、絮凝剂2%、消泡剂0.5%、水24.5%；

方案三：无机盐41%、流变剂30%、多元醇5%、无机酸5%、絮凝剂3%、消泡剂0.8%、水15.2%；

方案四：无机盐47%、流变剂25%、多元醇10%、无机酸4%、絮凝剂1%、消泡剂1%、水12%；

方案五：无机盐53%、流变剂27%、多元醇7%、无机酸1%、絮凝剂4%、消泡剂0.7%、水7.3%；

方案六：无机盐55%、流变剂18%、多元醇9%、无机酸3%、絮凝剂2%、消泡剂0.9%、水12.1%；

方案七：无机盐58%、流变剂14%、多元醇8%、无机酸2%、絮凝剂5%、消泡剂0.5%、水12.5%。

3.根据权利要求1或2所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述无机盐选自硫酸铝、硝酸铝、硫酸钙、硝酸钙、硫酸铁、硝酸铁、氟化钠中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述流变剂选自羟基羧酸、萘磺酸甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂、芳香族氨基磺酸盐聚合物、脂肪族羟基磺酸盐聚合物、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、羟基聚醚中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、季戊四醇中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述无机酸选磷酸、氢氟酸、硫酸、高锰酸、过氧酸、硼酸中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述絮凝剂选自阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺、超高分子量聚丙烯酰胺中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述的一种高性能液体速凝剂组合物，其特征在于，所述消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。

9.权利要求1～8任一项所述的一种高性能液体速凝剂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在混料釜中加入水，然后加入无机盐，在95～105℃的条件下充分溶解搅拌2～4小时，然后加入多元醇、絮凝剂、消泡剂，再搅拌1～1.5小时，再加入无机酸搅拌均匀，冷却至常温，即得液体絮凝剂。