CN113173727A - 一种新型环保液体无碱水泥速凝剂 - Google Patents

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朱平乐
刘宝举
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刘鹏
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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，所述水泥速凝剂包括基础原料和添加剂，基础原料包括：硫酸铝、硫酸镁、早强剂、稳定剂、调节剂、水；添加剂：改性气相二氧化硅。该水泥速凝剂对现有配方进行改进，通过增加添加剂改性气相二氧化硅，能够实现胶凝材料的凝结时间缩短，抗压强度提升、回弹率小、无碱无氟无氯，不会对人体和环境产生不利影响，符合现行铁路标准Q/CR807‑2020标准中所有技术要求。

Description

一种新型环保液体无碱水泥速凝剂
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体地，涉及一种新型环保液体无碱水泥速凝剂。
技术背景
水泥速凝剂是一种能够是水泥或者混凝土快速凝结的化学外加剂，又称促凝剂，它能使水泥混凝土在很短的时间内凝结硬化，一般是掺入喷射混凝土、滑模混凝土和裹沙混凝土中，广泛运用于薄壁结构、曲面结构、矿山竖井、巷道支护、隧道等地下工程、防护工程、维护工程、耐火衬里工程、边坡和基坑加固工程等，特别是对矿山、隧道等地下工程建设的喷射混凝土的施工中，除了对混凝土的强度有较高的要求外，还对其施工性能有很高的要求，尤其是对于繁忙路段的施工，往往要求即时喷射，即时使用。
速凝剂能够使混凝土或者砂浆迅速凝结硬化，加快混凝土拌合物的凝结，并能够一定程度上提高早起强度，速凝剂是喷射混凝土中必不可少的外加剂，然而在实际施工过程中，现行市面水泥速凝剂又普遍存在早期强度低、回弹率大、凝结时间不稳定，碱含量，氟离子含量超标等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术中水泥速凝剂存在早期强度低、回弹率大、凝结时间不稳定，碱含量，氟离子含量超标等缺点，对水泥速凝剂的配方进行改进，提供一种抗压强度提升、回弹率小、凝结时间短，碱含量极低，不含氟离子，氯离子的环保液体无碱水泥速凝剂。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：所述水泥速凝剂包括基础原料和添加剂，基础原料包括：铝盐、硫酸镁、早强剂、稳定剂、调节剂、水；添加剂：改性气相二氧化硅。
进一步地，所述基础原料其成分重量份数如下：
铝盐 300-650
硫酸镁 10-100
早强剂 5-100
稳定剂 10-50
调节剂 10-20
水 500-1500。
进一步地，所述改性气相二氧化硅由气相二氧化硅溶于水，添加醇胺类改性剂改性而成，所述改性气相二氧化硅的添加量基于基础原料用量的重量百分比为4%-6%。
进一步地，所述铝盐为硫酸铝、磷酸二氢铝、氢氧化铝、羟基铝及聚合硫酸铝中的一种或者两种。
进一步地，所述早强剂为：尿素、甲酸钙、硝酸钙、醇胺中的一种或几种。
进一步地，所述稳定剂为有机酸和醇胺类物质。
进一步地，所述有机酸为：乙酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸中的一种或几种。
进一步地，所述醇胺类物质为：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、改性醇胺中的一种或几种。
进一步地，所述调节剂为无机酸：硫酸、磷酸、硼酸、硝酸中的一种或几种。
本发明方案的有益效果是：将水泥速凝剂按照特定的组分和配比制备添加，加入改性二氧化硅添加剂，能够达到速凝剂凝结时间缩短和强度增加的效果。气相二氧化硅经过表面化学改性处理，气相二氧化硅表面由亲水变为疏水性，改善了纳米气相二氧化硅颗粒与基础原料分子之间的浸润性、分散性、界面结合强度，提高水泥速凝剂的综合性能。
试验中我们发现，在保持速凝剂基础原料掺量不变的情况下，增加添加剂的量，水泥浆料的凝结时间呈缩短趋势，当添加剂添加量为6%时，水泥浆料的初凝时间由4.9min缩短至2.3min，终凝时间由11.5min缩短至7min，所加入的添加剂能够促进水泥速凝的效果。在添加了速凝剂基础原料的水泥浆料中添加添加剂，随着添加剂量的增加，水泥砂浆的1d和28d的抗压强度均显著提高。同时，我们在对水泥砂浆湿法喷射施工测试中发现，该水泥速凝剂还能够降低喷射混凝土的回弹率，并且是随着添加剂的增加，回弹率降低，但掺加量不宜过高，过高则水泥浆料的流动性会显著下降，给施工带来不便，降低施工效率，改性气相二氧化硅的添加量基于基础原料用量的重量百分比在4%-6%效果最佳。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明中所使用的原材料在市面上均可购得，选用市售产品即可。
实施例1
制备速凝剂基础原料成分：水1500kg，依次加入硫酸铝500kg、硫酸镁60kg、尿素20kg、二乙醇胺30kg、乙二胺四乙酸20kg与40-75℃条件下搅拌溶解，然后加入磷酸15kg调节PH=3.5，然后降温出料备用。
制备添加剂：气相二氧化硅溶于水形成透明胶体溶液，向透明胶体溶液中添加乙醇胺改性剂，在持续搅拌的条件下加热到20℃-40℃。
实施例2
制备速凝剂基础原料成分：水1000kg，依次加入氢氧化铝300kg、硫酸镁40kg、硝酸钙130kg、乙醇胺20kg、柠檬酸10kg与40-75℃条件下搅拌溶解，然后加入稀硫酸10kg调节PH=3.5，然后降温出料备用。
制备添加剂：气相二氧化硅溶于水形成透明胶体溶液，向透明胶体溶液中添加三乙醇胺改性剂，在持续搅拌的条件下加热到30℃-50℃。
实施例3
制备速凝剂基础原料成分：水500kg，依次加入羧基铝300kg、硫酸镁10kg、甲酸钙20kg、三异丙醇胺30kg、草酸5kg与40-75℃条件下搅拌溶解，然后加入硼酸10kg调节PH=3.5，然后降温出料备用。
制备添加剂：气相二氧化硅溶于水形成透明胶体溶液，向透明胶体溶液中添加二乙醇胺改性剂，在持续搅拌的条件下加热到50-70℃。
实施例4
制备速凝剂基础原料成分：水800kg，依次加入聚合硫酸铝650kg、硫酸镁80kg、硝酸钙50kg、二乙醇胺20kg、二乙胺四乙酸30kg与40-75℃条件下搅拌溶解，然后加入硝酸15kg调节PH=3.5，然后降温出料备用。
制备添加剂：气相二氧化硅溶于水形成透明胶体溶液，向透明胶体溶液中添加三异丙醇胺改性剂，在持续搅拌的条件下加热到20℃-40℃。
为研究新配方的液体无碱水泥速凝剂的性能，我们以实施例1的速凝剂基础材料制备胶凝材料，具体胶凝材料的混合比如下表：
1 2 3 4
水泥 100% 100% 100% 100%
速凝剂基础原料 6% 6% 6% 6%
添加剂量 0% 2% 4% 6%
水 40% 40% 40% 40%
根据Q/CR807-2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》标准，测试水泥净浆凝结时间和水泥砂浆抗压强度。
（1）添加剂对胶凝材料凝结时间的影响
1 2 3 4
添加剂量 0% 2% 4% 6%
初凝时间 4.9min 3.7min 2.8min 2.3min
终凝时间 11.5min 9.3min 7.8min 7min
由上表可见，在保持速凝剂基础原料不变的条件下，随着添加剂的增加，胶凝材料的凝结时间呈缩短趋势，当添加剂的量达到6%时，胶凝材料的初凝时间由4.9min缩短到2.3min，终凝时间由11.5min缩短到7min，添加剂对促进胶凝材料凝结有积极的效果。
（2）添加剂对胶凝材料抗压强度的影响
1 2 3 4
添加剂量 0% 2% 4% 6%
6小时抗压强度 0 0 0.8 1.3
1d抗压强度 10.2MPa 10.9MPa 11.6MPa 12.1MPa
28d抗压强度 40.6 MPa 41.2MPa 44.9MPa 45.5MPa
由上表可见，在保持速凝剂基础原料不变的条件下，随着添加剂的增加，胶凝材料的抗压强度呈增强趋势，当添加剂的量达到6%时，胶凝材料的6小时强度由0提升到1.3兆帕，1d抗压强度由10.2MPa升高到到12.1MPa，28d抗压强度由40.6MPa升高到45.5MPa。
（3）添加剂对胶凝材料回弹率的影响
1 2 3 4
添加剂量 0% 2% 4% 6%
回弹率 13.2% 8.1% 6.5% 5.8%
由上表可见，在速凝剂中添加添加剂，可以显著降低喷射胶凝材料的回弹率，且随着添加剂掺量的增加，回弹率降低，当添加剂掺量达到6%时，回弹率从13.2%下降到5.8%。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解为：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述水泥速凝剂包括基础原料和添加剂，基础原料包括：铝盐、硫酸镁、早强剂、稳定剂、调节剂、水；添加剂：改性气相二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述基础原料其成分重量份数如下：
铝盐 300-650
硫酸镁 10-100
早强剂 5-100
稳定剂 10-50
调节剂 10-20
水 500-1500。
3.根据权利要求1所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述改性气相二氧化硅由气相二氧化硅溶于水，添加醇胺类改性剂改性而成，所述改性气相二氧化硅的添加量基于基础原料用量的重量百分比为4%-6%。
4.根据权利要求2所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述铝盐为硫酸铝、磷酸二氢铝、氢氧化铝、羟基铝及聚合硫酸铝中的一种或者两种。
5.根据权利要求2所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述早强剂为：尿素、甲酸钙、硝酸钙、醇胺及碳酸锂中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述稳定剂为有机酸和醇胺类物质。
7.根据权利要求6所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述有机酸为：乙酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸中的一种或几种。
8.根据权利要求3所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述醇胺类物质为：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、改性醇胺中的一种或几种。
9.根据权利要求2所述的一种新型环保液体无碱水泥速凝剂，其特征在于：所述调节剂为无机酸：硫酸、磷酸、硼酸、硝酸中的一种或几种。
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