CN109678388A - 一种防冻无碱液态速凝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防冻无碱液态速凝剂，由硫酸铝30～50份；氢氧化铝3～10份；氢氟酸10～18份；镁盐8～20份；醇胺2～7份；稳定剂0.5～4份；防冻组分5～13份；水10～15份制备而成；将上述组分称量依次倒入混合容器，进行充分搅拌即可；本发明的优点在于：与水泥有较强的适应性，使用过程中，能耗低，性能良好，在负温下能够降低水的冰点，使冰的晶格构造严重变形，无法形成冰胀应力从而破坏水化产物构造，使混凝土强度受损，同时保证负温下施工的混凝土有足够的液态水可以继续促进水化反应，使混凝土强度增长，达到或超过混凝土受冻临界强度；生产工艺简单,易操作。

Description

一种防冻无碱液态速凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料添加剂，具体地说是一种防冻无碱液态速凝剂及其制备方法，适用于在隧道、地下矿井工程、有害的盐土介质工程以及需要在冬季环境下施工的工程，属于速凝剂领域。
背景技术
速凝剂是使水泥快速凝结硬化的外加剂，主要应用于喷射混凝土施工中。在隧道、地下矿井等工程施工中；喷射混凝土施工具有普通混凝土无可比拟的优越性，已经成为此类工程的必须措施。速凝剂的作用是加快喷射混凝土的凝结硬化，提高其早期强度，这样为快速施工奠定了基础。同时在一些严寒地区及冬季施工过程中，混凝土会受到一定的冻害作用，大幅降低混凝土的强度，影响施工质量。
目前，国内外在公知的技术中尚没有类似产品，近年来湿喷技术的发展，扩展了喷射混凝土的使用范围。用于湿喷混凝土的液体速凝剂包括有碱速凝剂和无碱速凝剂，从其应用来看存在以下问题：碱含量高、28d(28天）强度比降低、稳定期短、生产过程中能耗高等。同时现有的速凝剂产品中，都不能够满足负温下的施工要求，加大了施工难度与施工周期。
一般而言，碱含量低于1%的速凝剂称为无碱速凝剂，在现有的工艺中，有碱速凝剂的碱含量一般在18%以上；低碱速凝剂的碱含量大部分超过6%；而某些无碱速凝剂由于配方中引入了钠、钾离子，实际碱含量往往高于1%；高碱含量的速凝剂掺入混凝土中会影响混凝土的后期强度使得28d强度比降低，这样就直接影响了混凝土结构的耐久性，不利于工程质量的控制。
使用铝盐的速凝剂由于水解及溶解度问题，不同程度的存在储存期内的沉降、析晶问题，使得有效浓度降低，影响了速凝剂的使用效果。在现有工艺生产中，无论有碱还是无碱速凝剂生产过程中不同程度的需要加热，这样对设备的要求及能耗较高，在一些地区可能面临环境问题而影响生产。
混凝土随着水化反应的进行使其强度持续增长，但参与水化反应的水只占混凝土拌合物需水量的25%左右，其余水只是为了改善混凝土拌合物的工作性能。正常情况下，混凝土成型后，多余的水会随着时间的推移在混凝土内部蒸发掉；而在冬季或一些低温环境中，混凝土内部孔隙中的水会在负温下结成坚硬的块状晶体，使得刚成型的混凝土内部结构在这些块状晶体的冰胀应力的作用下被破坏，混凝土强度大幅度下降。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种防冻无碱液态速凝剂及其制备方法，与水泥有较强的适应性，使用过程中，能耗低，性能良好，在负温下能够降低水的冰点，使冰的晶格构造严重变形，无法形成冰胀应力从而破坏水化产物构造，使混凝土强度受损，同时保证负温下施工的混凝土有足够的液态水可以继续促进水化反应，使混凝土强度增长，达到或超过混凝土受冻临界强度。
本发明的技术方案为：
一种防冻无碱液态速凝剂，由下述重量份数的原料制成的：硫酸铝30～50份；氢氧化铝3～10份；氢氟酸10～18份；镁盐8～20份；醇胺2～7份；稳定剂0.5～4份；防冻组分5～13份；水10～15份。
所述硫酸铝中氧化铝的含量为16%～17%，采用工业含铁或无铁硫酸铝，所述硫酸铝为粉碎至直径为1mm或1mm以下的颗粒。
所述镁盐为工业氟硅酸镁、硫酸镁、硅酸镁中的一种。
所述氢氧化铝为工业级无定形氢氧化铝。
所述氢氟酸为工业级氢氟酸溶液，HF含量＞40%。
所述镁盐为工业氟硅酸镁。
所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种。
所述稳定剂为温轮胶、非离子型聚丙烯酰胺、EDTA中的一种。
所述防冻组分为甲醇。
上述防冻无碱液态速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量配比称取原料，将氢氧化铝置于反应釜中，在反应釜中加入水总重量的5%～10%，将氢氧化铝搅拌为糊状，再将氢氟酸缓慢加入，加入过程中保持搅拌状态，反应为放热反应，待温度达到50～553℃时分批加入硫酸铝继续搅拌；
（2）氢氟酸加完之后，加入剩余的硫酸铝并补足剩余的水，继续搅拌使硫酸铝充分溶解，整个过程维持保温状态，得到反应液；
（3）在反应液中加入镁盐，搅拌至镁盐溶解，再加入醇胺、稳定剂和防冻组分，搅拌，使溶液成为均匀混合液体，即得所述的低温无碱液态速凝剂。
所述步骤（1）中硫酸铝的加入量为其总质量的30%～55%，剩余的硫酸铝在步骤（2）中加入。
所述步骤（2）中整个过程维持保温状态的温度为51～53℃。
本发明防冻无碱液态速凝剂，属于无氯无碱液态防冻速凝剂，使用过程中无需加温养护，稳定期长，掺量为重量分数7%即可满足JC477《喷射混凝土用速凝剂》中一等品的要求，是一种性能良好的液体无碱速凝剂。
与已有技术相比，本发明具有以下优点：(1)碱含量低于重量分数1%，氯离子含量低于重量分数0.1%，属于无氯无碱液态速凝剂，可以降低碱集料反应的可能性；用于混凝土中早期强度高，后期强度不损失（28d抗压强度比大于100%)，提高混凝土的耐久性；
（2)在负温下使用，能够有效减低水的冰点，也能使该类物质水的晶格构造严重变形，同时促进混凝土的水化反应，能够有效提高混凝土的防冻性能；
（3)水泥适应性好。本发明制备的液态速凝剂对于基准水泥和各地的工程水泥凝结时间、强度相差不大。对于普通硅酸盐水泥掺量为重量分数2%～10%即可满足JC477《喷射混凝土用速凝剂》中一等品的要求；对于中热和低热硅酸盐水泥掺量重量分数7%～10%即可满足一等品要求，是一种多功能复合型混凝土添加剂，对负温下施工的喷射混凝土具有普通速凝剂无可比拟的优越性，适合应用于负温下喷射混凝土施工中。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中涉及到的百分号“%”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液100ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指20℃时容量的比例。
实施例1
制备100㎏的防冻无碱液态速凝剂，取：硫酸铝35㎏；氢氧化铝10㎏；氢氟酸13㎏；镁盐16㎏；醇胺5.5㎏；稳定剂2㎏；防冻组分8㎏；水10.5㎏；
所述硫酸铝中氧化铝的含量为17%，采用工业含铁或无铁硫酸铝，所述硫酸铝为粉碎至直径为1mm或1mm以下的颗粒。
所述镁盐为工业氟硅酸镁、硫酸镁、硅酸镁中的一种；
所述氢氧化铝为工业级无定形氢氧化铝。
所述氢氟酸为工业级氢氟酸溶液，HF含量＞40%。
所述镁盐为工业氟硅酸镁。
所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种。
所述稳定剂为温轮胶、非离子型聚丙烯酰胺、EDTA中的一种；
所述防冻组分为甲醇。
实施例2
制备100㎏的防冻无碱液态速凝剂，取：硫酸铝44㎏；氢氧化铝8㎏；氢氟酸10㎏；镁盐11㎏；醇胺3㎏；稳定剂3㎏；防冻组分12㎏；水9㎏；
所述硫酸铝中氧化铝的含量为17%，采用工业含铁或无铁硫酸铝，所述硫酸铝为粉碎至直径为1mm或1mm以下的颗粒。
所述镁盐为工业氟硅酸镁、硫酸镁、硅酸镁中的一种；
所述氢氧化铝为工业级无定形氢氧化铝。
所述氢氟酸为工业级氢氟酸溶液，HF含量＞40%。
所述镁盐为工业氟硅酸镁。
所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种。
所述稳定剂为温轮胶、非离子型聚丙烯酰胺、EDTA中的一种；
所述防冻组分为甲醇。
上述实施例1和实施例2的制备方法如下：
（1）按上述重量配比称取原料，将氢氧化铝置于反应釜中，在反应釜中加入水总重量的5%～10%，将氢氧化铝搅拌为糊状，再将氢氟酸缓慢加入，加入过程中保持搅拌状态，反应为放热反应，待温度达到50～553℃时分批加入硫酸铝继续搅拌；
（2）氢氟酸加完之后，加入剩余的硫酸铝并补足剩余的水，继续搅拌使硫酸铝充分溶解，整个过程维持保温状态，得到反应液；
（3）在反应液中加入镁盐，搅拌至镁盐溶解，再加入醇胺、稳定剂和防冻组分，搅拌，使溶液成为均匀混合液体，即得所述的低温无碱液态速凝剂。
所述步骤（1）中硫酸铝的加入量为其总质量的30%～55%，剩余的硫酸铝在步骤（2）中加入。
所述步骤（2）中整个过程维持保温状态的温度为51～53℃。
上述两种配方制成的防冻无碱液态速凝剂，均可用于喷射混凝土中，同时能满足JC477《喷射混凝土用速凝剂》标准要求。
本发明防冻无碱液态速凝剂，应用于隧道、地下矿井工程、有害的盐土介质工程以及需要在负温环境下施工的工程所需求，提供一种防冻无碱液态速凝剂，该速凝剂与水泥有较强的适应性，在使用过程中能耗低，性能良好，同时对负温下施工的喷射混凝土具有普通速凝剂无可比拟的优越性。该产品无碱、无氯、无氨，不会对混凝土的耐久性产生影响，同时能够有效的提高混凝土的防冻性能。生产工艺简单,易操作。将上述组分称量依次倒入混合容器，进行充分搅拌即可。
本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；本发明中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行，并无特别之处。

Claims (10)

1.一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：由下述重量份数的原料制成的：硫酸铝30～50份；氢氧化铝3～10份；氢氟酸10～18份；镁盐8～20份；醇胺2～7份；稳定剂0.5～4份；防冻组分5～13份；水10～15份。
2.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：所述镁盐为工业氟硅酸镁、硫酸镁、硅酸镁中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：所述稳定剂为温轮胶、非离子型聚丙烯酰胺、EDTA中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：所述防冻组分为甲醇。
5.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：所述硫酸铝为含铁硫酸铝，所述镁盐为工业氟硅酸镁。
6.根据权利要求5所述的一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：所述硫酸铝中氧化铝的含量为16％～17％，采用工业含铁或无铁硫酸铝，所述硫酸铝为粉碎至直径为1mm或1mm以下的颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂，其特征在于：所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的一种防冻无碱液态速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量配比称取原料，将氢氧化铝置于反应釜中，在反应釜中加入水总重量的5％～10％，将氢氧化铝搅拌为糊状，再将氢氟酸缓慢加入，加入过程中保持搅拌状态，反应为放热反应，待温度达到50～553℃时分批加入硫酸铝继续搅拌；
(2)氢氟酸加完之后，加入剩余的硫酸铝并补足剩余的水，继续搅拌使硫酸铝充分溶解，整个过程维持保温状态，得到反应液；
(3)在反应液中加入镁盐，搅拌至镁盐溶解，再加入醇胺、稳定剂和防冻组分，搅拌，使溶液成为均匀混合液体，即得所述的低温无碱液态速凝剂。
9.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中硫酸铝的加入量为其总质量的30％～55％，剩余所述硫酸铝在步骤(2)中加入。
10.根据权利要求1所述的一种防冻无碱液态速凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中整个过程维持保温状态的温度为51～53℃。
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