CN110255955B

CN110255955B - 一种无碱液体速凝剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110255955B
Application number: CN201910291018.4A
Authority: CN
Inventors: 谭洪波; 顾本庆; 邓秀峰; 张迅; 贺行洋; 苏英
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: CN110255955A

Abstract

本发明提供一种无碱液体速凝剂及其制备方法和应用，按质量百分数计，该无碱液体速凝剂的原料包括以下组分：硫酸铝：45％～55％，纳米氧化铝：5％～10％，氢氟酸：5％～10％，增溶组分：3％～7％，氟硅酸盐：2％～6％，早强组分：1％～4％，稳定组分：0.5～1％，水：20～32％。本发明的无碱液体速凝剂以硫酸铝为主要原料，配以纳米氧化铝、氢氟酸、增溶组分、氟硅酸盐、早强组分、稳定组分，使其具有良好的促凝效果、长期稳定性和较低的回弹率，其在7％的掺量下，各项性能均已达到标准JC477‑2005《喷射混凝土用速凝剂》对一等品速凝剂的要求，且本发明的无碱液体速凝剂可大大提高混凝土的早期强度，并可使后期强度具有较高的强度保留率。

Description

一种无碱液体速凝剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种无碱液体速凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

进入新世纪以来，基础设施建设大力展开，随着铁路、公路、城市轨道交通等交通设施的建设，大量的工程建设对喷射混凝土的需求量逐渐加大。作为一种具有特殊功能的特种混凝土施工作业方式，喷射混凝土在隧道建设，矿井加固等方面的应用巨大。因此，对喷射混凝土速凝剂的性能也提出了更高的要求。作为能够加速水泥水化，降低喷射混凝土回弹量的重要组分，速凝剂对喷射混凝土的施工具有重要影响。将无碱液体速凝剂加在喷射混凝土中不仅可以加快水泥的凝结和硬化速度，提高早期强度，后期强度影响较小，甚至不降低，而且大幅度提高混凝土及砂浆的粘聚性和粘接强度、降低回弹率，有效的降低了回弹造成的材料损失，提高了经济效益，并降低了空气中的碱性水泥粉尘,保护了环境、加快了施工进度。然而，无碱液体速凝剂依然面临着掺量高、回弹量大等问题，部分无碱液体速凝剂制备成本高，稳定性差等不利因素，也制约着无碱液体速凝剂在喷射混凝土中的推广应用。

为此，研制一种在低掺量下即具有回弹量小、性能稳定，且制备成本低的新型液体速凝剂已成当务之急。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种无碱液体速凝剂，以解决现有无碱液体速凝剂回弹量大、稳定性差、制备成本高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无碱液体速凝剂，按质量百分数计，所述无碱液体速凝剂的原料包括以下组分：硫酸铝：45％～55％，纳米氧化铝：5％～10％，氢氟酸：5％～10％，增溶组分：3％～7％，氟硅酸盐：2％～6％，早强组分：1％～4％，稳定组分：0.5～1％，水：20～32％。

可选地，所述硫酸铝的细度为10～200目，且所述硫酸铝含14～18个结晶水。

可选地，所述纳米氧化铝为γ型氧化铝，且所述纳米氧化铝的粒径小于500nm。

可选地，所述增溶组分为醇胺类有机物与尿素的混合物；所述醇胺类有机物与所述尿素的质量比为(8～10)∶2，且所述醇胺类有机物为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。

可选地，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁、氟硅酸铝中的一种。

可选地，所述早强组分为三异丙醇胺、甲酸钙的一种或多种。

可选地，所述稳定组分为阴离子型聚丙烯酰胺；所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为100～200万。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述无碱液体速凝剂的方法，该制备方法包括以下步骤：

1)将所述水加热，然后，将所述硫酸铝加入到所述水中，溶解，得到硫酸铝溶液；

2)向所述硫酸铝溶液中加入所述纳米氧化铝和所述氢氟酸，保温第一预设时间，再加入所述氟硅酸盐和所述早强组分，继续保温第二预设时间，然后，加入所述增稠组分，继续保温第三预设时间，得到无碱液体速凝剂。

可选地，所述步骤1)中所述加热的加热温度为80℃；所述步骤2)中所述第一预设时间为1h，所述第二预设时间为0.5-1h；所述第三预设时间为8～15min。

本发明的第三目的在于提供一种上述无碱液体速凝剂在喷射混凝土中的应用，在该应用中，所述喷射混凝土包括水泥；所述无碱液体速凝剂的用量为所述水泥的用量的5～10％。

相对于现有技术，本发明所述的无碱液体速凝剂具有以下优势：

1、本发明的无碱液体速凝剂以硫酸铝为主要原料，配以纳米氧化铝、氢氟酸、增溶组分、氟硅酸盐、早强组分、稳定组分，使其具有良好的促凝效果、长期稳定性和较低的回弹率，其在7％的掺量下，各项性能均已达到标准JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》对一等品速凝剂的要求，且本发明的无碱液体速凝剂可大大提高混凝土的早期强度，并可使后期强度具有较高的强度保留率。

2、本发明的无碱液体速凝剂无碱无氯，对不同水泥具有较好的适应性，其制备工艺简单，反应条件温和，制备过程易控制，制备成本低，且无毒害物质排出，易于工业化应用和推广。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

表1为本发明实施例1～实施例9的无碱液体速凝剂中各组分的配比。表2为本发明实施例1～实施例9中增溶组分、氟硅酸盐和早强组分的组成。表3为本发明实施例1～实施例9中硫酸铝、纳米氧化铝和稳定组分的性能参数。其中，纳米氧化铝来源于工业氧化铝，该工业氧化铝中纳米氧化铝的含量不小于15.8％，且纳米氧化铝为γ型氧化铝；稳定组分为阴离子型聚丙烯酰胺。

表1

表2

表3

采用下述方法制备实施例1～实施例9的无碱液体速凝剂，具体包括以下步骤：

按照上述组分配方，将水加入到反应装置，启动反应装置中的搅拌装置，并将水加热至80℃，然后，将硫酸铝加入到水中，待硫酸铝完全溶解，即溶液为透明状态，得到硫酸铝溶液；

向硫酸铝溶液中加入纳米氧化铝和氢氟酸，保温1h，待溶液呈无色透明状态，再加入氟硅酸盐和早强组分，继续保温0.5-1h，然后，加入增稠组分，继续保温10min，即得为透明或半透明的无色或浅绿色液体的无碱液体速凝剂。

将实施例1～实施例9的无碱液体速凝剂用于喷射混凝土的施工，在该应用中，喷射混凝土包括水泥；实施例1～实施例9的无碱液体速凝剂的用量(质量)为水泥的用量(质量)的7.0％。需要说明的是，本发明的无碱液体速凝剂不局限于喷射混凝土的施工，其也可用于其他要求在短时间内进行凝结的材料，且当喷射混凝土中的用于胶结骨料(如砂、石)的材料不仅仅包括水泥时，如在添加水泥的同时，还加入有改善混凝土性能的粉煤灰、矿粉等矿物掺合料，此时，将水泥与粉煤灰、矿粉等掺合料统称为胶凝材料，而无碱液体速凝剂的用量(质量)即为胶凝材料的用量(质量)的5～10％，即外掺本发明无碱液体速凝剂5～10％。

对实施例1～实施例9的无碱液体速凝剂的凝结时间以及其对喷射混凝土力学性能的影响进行测试，并将其与目前常用的市售无碱液体速凝剂进行对比(对比例)。测试结果如表4所示。

由表4可知，本发明实施例1～9的无碱液体速凝剂的初凝时间、终凝时间、早期强度及后期强度均明显高于市售无碱液体速凝剂(对比例)，其中，在掺量为7％时，本发明实施例1～9的无碱液体速凝剂的各项性能均已达到标准JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》对一等品速凝剂的要求，且本发明实施例1～9的无碱液体速凝剂对混凝土的28d强度均无不良影响，28d强度保留率均大于100％，且可提高混凝土早期强度。

表4

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims

1.一种无碱液体速凝剂，其特征在于，按质量百分数计，所述无碱液体速凝剂的原料包括以下组分：硫酸铝：45%~55%，纳米氧化铝：5%~10%，氢氟酸：5%~10%，增溶组分：3%~7%，氟硅酸盐：2%~6%，早强组分：1%~4%，稳定组分：0.5~1%，水：20~32%；

所述增溶组分为醇胺类有机物与尿素的混合物；所述醇胺类有机物与所述尿素的质量比为（8~10）∶2，且所述醇胺类有机物为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种；

所述早强组分为三异丙醇胺、甲酸钙的一种或多种；

所述稳定组分为阴离子型聚丙烯酰胺；所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为100~200万。

2.根据权利要求1所述的无碱液体速凝剂，其特征在于，所述硫酸铝的细度为10~200目，且所述硫酸铝含14~18个结晶水。

3.根据权利要求1所述的无碱液体速凝剂，其特征在于，所述纳米氧化铝为γ型氧化铝，且所述纳米氧化铝的粒径小于500nm。

4.根据权利要求1所述的无碱液体速凝剂，其特征在于，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁、氟硅酸铝中的一种。

5.权利要求1至4任一项所述的无碱液体速凝剂在喷射混凝土中的应用，其特征在于，所述喷射混凝土包括水泥；所述无碱液体速凝剂的质量为所述水泥的质量的5~10%。