CN113264711A - 一种粉体无碱速凝剂及其制备方法和使用方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉体无碱速凝剂及其制备方法和使用方法及应用。该粉体无碱速凝剂，其原料包括硫酸铝、氟硅酸镁、吸附剂、醇胺、早强剂、稳定剂以及任选的中和剂，所述粉体无碱速凝剂的含水量不大于2wt％。本发明的粉体无碱速凝剂能够降低其在恶劣环境及长距离运输过程中存储和运输成本，且使用方便和效果好，将本发明的粉体无碱速凝剂与水混合溶解后配置的液体无碱速凝剂，具有掺量低、凝时快、早期强度及后期强度保留率高等特点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种粉体无碱速凝剂及其制备方法和使用方法及应用。
背景技术
随着国家基础设施建设的发展，喷射混凝土在隧道、桥梁等工程中的应用越来越广泛，具有快速凝结硬化特点的速凝剂已成为现代喷射混凝土必不可少的外加剂之一。传统碱性速凝剂虽能满足喷射混凝土速凝的施工要求，但由于其碱含量过高且具有强腐蚀性，对混凝土的后期强度和耐久性会产生不利影响。与有碱速凝剂相比，以硫酸铝型为代表的液体无碱速凝剂以其较高的长期强度保留率、无碱无氯、安全环保和高耐久性等优点正逐渐取代有碱速凝剂成为速凝剂的发展方向。
然而，液体无碱速凝剂产品存在的存储及运输不便等问题愈发明显，尤其是冬季恶劣环境和长距离运输过程中，会导致成本显著增加。因此，发展无碱速凝剂粉体化是降低运输成本和推广无碱速凝剂在我国及世界各地广泛使用的重要条件。
CN102976648A公开了一种无氯低碱型粉体速凝剂，其中，粉体速凝剂包括硫酸铝以及偏铝酸钠和/或氟化钠，包括或者不包括其它成分；所述的低碱型是指速凝剂中不包括额外的碱。但是其存在水溶性差，无法采用湿喷工艺施工，只适用于干喷法，而干喷法存在回弹量大、作业环境恶劣、水灰比不易控制、混凝土质量不均匀等问题，且该低碱粉体速凝剂大量使用了偏铝酸钠和/或氟化钠，其碱含量已远远超过1％，仍存在与混凝土中的活性集料发生碱骨料反应的风险，影响混凝土的耐久性。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种新的粉体无碱速凝剂，该粉体无碱速凝剂能够降低其在恶劣环境及长距离运输过程中存储和运输成本，且水溶性好、使用方便和使用效果好，将本发明的粉体无碱速凝剂与水混合溶解后配置的液体无碱速凝剂，具有掺量低、凝时快、早期强度及后期强度保留率高等特点。
本发明第一方面提供了一种粉体无碱速凝剂，其原料包括硫酸铝、氟硅酸镁、吸附剂、醇胺、早强剂、稳定剂以及任选的中和剂，所述粉体无碱速凝剂的含水量不大于2wt％。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述粉体无碱速凝剂包括：硫酸铝650～850重量份、氟硅酸镁25～70重量份、吸附剂20～50重量份、醇胺40～100重量份、早强剂30～80重量份、稳定剂15～25重量份、中和剂0～25重量份。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述硫酸铝为工业硫酸铝，分子式为Al2(SO4)3·18H2O，且Al2O3含量不小于15.6wt％。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述硫酸铝的粒径≥20目，更优选地，所述硫酸铝的粒径为20目～3000目。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述氟硅酸镁的分子式为MgSiF6·6H2O，所述氟硅酸镁的粒径≥50目，更优选地，所述氟硅酸镁的粒径为50目～3000目。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述吸附剂选自沸石粉、活性氧化铝和硅酸钙中的至少一种。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述吸附剂的粒径≥1000目，优选地，所述吸附剂的粒径为1000目～5000目。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述醇胺选自乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述早强剂选自硫酸镁、硫酸镁水合物、硫酸锂、硫酸锂水合物、硫酸铁和硫酸铁水合物中的至少一种。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述稳定剂选自硅酸镁铝、水性有机膨润土和铝溶胶中的至少一种。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述中和剂为氧化镁和/或氢氧化镁。
根据本发明所述的粉体无碱速凝剂的一些实施方式，优选地，所述中和剂的粒径≥325目，优选地，所述中和剂的粒径为325目～3000目。
在本发明中，硫酸铝、氟硅酸镁、吸附剂、醇胺、早强剂、稳定剂以及中和剂均可以通过商购获得。
本发明第二方面提供一种上述的粉体无碱速凝剂的制备方法，包括：
步骤1、将吸附剂与醇胺进行第一混合，得到初料；
步骤2、将所述初料与硫酸铝、氟硅酸镁、早强剂、稳定剂以及任选的中和剂进行第二混合。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，优选地，所述醇胺的加料时间为15～45min。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，优选地，所述第一混合的时间为30～45min。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式，优选地，所述第二混合的时间为30～60min。
根据本发明所述的制备方法的一些具体实施方式，制备方法包括：
步骤1、将吸附剂加入立式双螺旋锥形混料机内，于投料口缓慢注入醇胺，醇胺的加料时间控制在15～45min；吸附剂与醇胺两种物料混合搅拌30～45min，得到初料；
步骤2、将硫酸铝、氟硅酸镁、早强剂、稳定剂以及任选的中和剂投入混料机内与所述初料混合，混合搅拌30～60min，使各物料混配均匀，即得所述粉体无碱速凝剂。
本发明第三方面提供了一种上述的粉体无碱速凝剂和/或根据上述的制备方法得到的粉体无碱速凝剂的使用方法，包括：将粉体无碱速凝剂与水以重量比为(6～7):(4～3)进行混合。
本发明第四方面提供了上述的粉体无碱速凝剂和/或根据上述的制备方法得到的粉体无碱速凝剂在混凝土领域中的应用。例如但不限于在隧道建设、煤矿矿井加固、城市道路和防水设施修复领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的粉体无碱速凝剂解决了常规液体无碱速凝剂在严寒等恶劣环境下运输易受冻结晶、存储困难等问题，降低了产品的包装成本以及偏远地区施工和长距离运输成本。
(2)本发明提供的粉体无碱速凝剂使用方便，将粉体与水按一定质量比搅拌溶解后即可用于喷射混凝土施工，产品性能不仅能满足GB/T 35159-2017标准要求，且对喷射混凝土具有优越的速凝效果，能够有效缩短混凝土初终凝时间，并提高早期强度及后期强度；
(3)本发明提供的粉体无碱速凝剂制备工艺简单、可操作性强、生产成本低，适用于工业化规模生产。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
在以下实施例和对比例中，
工业硫酸铝购自江西莱威新材料有限公司，产品型号JW-37，Al2O3含量为16％，粒径为50目。
氟硅酸镁购自云南氟业环保科技股份有限公司，粒径为100目，氟硅酸镁含量≥98％。
水性有机膨润土购自广州亿峰化工科技有限公司，粤江牌，牌号为TY-188B。
【实施例1】
一种粉体无碱速凝剂，工业硫酸铝750重量份、氟硅酸镁40重量份、3000目沸石粉30重量份、二乙醇胺70重量份、三异丙醇胺15重量份、七水硫酸镁65重量份、水性有机膨润土20重量份、重质氧化镁10重量份。
实施例1粉体无碱速凝剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将沸石粉加入立式双螺旋锥形混料机内，于投料口缓慢注入二乙醇胺和三乙醇胺溶液，加料时间30min；再将两种物料混合搅拌30min；
(2)将硫酸铝、氟硅酸镁、早强剂、稳定剂和中和剂投入混料机内，混合搅拌45min，使各物料混配均匀，即得粉体无碱速凝剂。在制备过程中并未添加水，含水量不大于2wt％。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比700:300搅拌溶解，编号AF-01。
【实施例2】
一种粉体无碱速凝剂，工业硫酸铝800重量份、氟硅酸镁50重量份、5000目沸石粉20重量份、二乙醇胺60重量份、无水硫酸镁35重量份、硅酸镁铝20重量份、氢氧化镁15重量份。制备方法与实施例1相同。得到粉体无碱速凝剂。在制备过程中并未添加水，含水量不大于2wt％。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比650:350搅拌溶解，编号AF-02。
【实施例3】
一种粉体无碱速凝剂，工业硫酸铝780重量份、氟硅酸镁35重量份、5000目沸石粉30重量份、二乙醇胺90重量份、无水硫酸镁40重量份、硅酸镁铝25重量份。制备方法与实施例1相同。得到粉体无碱速凝剂。在制备过程中并未添加水，含水量不大于2wt％。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比600:400搅拌溶解，编号AF-03。
【实施例4】
一种粉体无碱速凝剂，与实施例1基本相同，区别仅在于：将七水硫酸镁65重量份替换为七水硫酸镁50重量份、一水硫酸锂15重量份。其余物料和制备方法均与实施例1相同，得到粉体无碱速凝剂。在制备过程中并未添加水，含水量不大于2wt％。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比700:300搅拌溶解，编号AF-04。
【实施例5】
一种粉体无碱速凝剂，与实施例2基本相同，区别仅在于：将二乙醇胺60重量份替换为二乙醇胺40份、三乙醇胺20份，其余物料和制备方法均与实施例2相同，得到粉体无碱速凝剂。在制备过程中并未添加水，含水量不大于2wt％。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比650:350搅拌溶解，编号AF-05。
【实施例6】
一种粉体无碱速凝剂，与实施例1基本相同，区别仅在于：将3000目沸石粉替换为3000目活性氧化铝。其余物料和制备方法均与实施例1相同，得到粉体无碱速凝剂。在制备过程中并未添加水，含水量不大于2wt％。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比700:300搅拌溶解，编号AF-06。
【对比例1】
商购于江苏某公司液体无碱速凝剂，型号SL-15，乳黄色悬浮液，固含52.5％，pH值2.3，碱含量0.3wt％，氯离子含量0.05wt％。
【对比例2】
商购于山西某公司液体无碱速凝剂，型号AJ-1，淡黄色液体，固含45％，pH值2.8，碱含量0.5wt％，氯离子含量0.06wt％。
【对比例3】
一种粉体无碱速凝剂，与实施例2基本相同，区别仅在于：不使用氟硅酸镁。具体为：
一种粉体无碱速凝剂，工业硫酸铝800重量份、5000目沸石粉20重量份、二乙醇胺60重量份、无水硫酸镁35重量份、硅酸镁铝20重量份、氢氧化镁15重量份。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比650:350搅拌溶解，编号D-03。
【对比例4】
一种粉体无碱速凝剂，与实施例2基本相同，区别仅在于：不使用吸附剂及醇胺。具体为：
工业硫酸铝800重量份、氟硅酸镁50重量份、无水硫酸镁35重量份、硅酸镁铝20重量份、氢氧化镁15重量份。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比650:350搅拌溶解，编号D-04。
【对比例5】
一种粉体无碱速凝剂，与实施例2基本相同，区别仅在于：不使用早强剂。
具体为：
工业硫酸铝800重量份、氟硅酸镁50重量份、5000目沸石粉20重量份、二乙醇胺60重量份、硅酸镁铝20重量份、氢氧化镁15重量份。
粉体无碱速凝剂的使用方法：将所得粉体无碱速凝剂与水按质量比650:350搅拌溶解，编号D-05。
依据GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》标准中相关项目试验方法，对实施例1～6制备的粉体无碱速凝剂经加水溶解后所得的液体无碱速凝剂AF-01～AF-06及对比例1～5的液体无碱速凝剂进行水泥净浆凝结时间和水泥砂浆抗压强度测试，检测结果如表1所示。
表1
由表1中数据可以看出，实施例1～6制备的粉体无碱速凝剂与水按一定质量比溶解后所得的液体无碱速凝剂AF-01～AF-06满足GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》标准要求，其性能与市场上在售的液体无碱速凝剂对比例1及对比例2基本相当，而本发明的粉体无碱速凝剂能够降低其在恶劣环境及长距离运输过程中存储和运输成本。将本发明的粉体无碱速凝剂(实施例1～6)与对比例3～5所得粉体无碱速凝剂D-03～D-05相比表明，本发明所提供的粉体无碱速凝剂中各原料间的协同作用使得其具有更低的掺量，更优越的速凝效果、早期强度高、后期强度基本无损失等特点。综合考虑溶解后所得液体无碱速凝剂的稳定性及产品性能，所制备的粉体无碱速凝剂与水按质量比(650-700):(350-300)溶解使用为优。
以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种粉体无碱速凝剂，其原料包括硫酸铝、氟硅酸镁、吸附剂、醇胺、早强剂、稳定剂以及任选的中和剂，所述粉体无碱速凝剂的含水量不大于2wt％。
2.根据权利要求1所述的粉体无碱速凝剂，其特征在于，所述粉体无碱速凝剂包括：硫酸铝650～850重量份、氟硅酸镁25～70重量份、吸附剂20～50重量份、醇胺40～100重量份、早强剂30～80重量份、稳定剂15～25重量份、中和剂0～25重量份。
3.根据权利要求1或2所述的粉体无碱速凝剂，其特征在于，所述硫酸铝为工业硫酸铝，且Al2O3含量不小于15.6wt％；和/或，
所述硫酸铝的粒径≥20目，优选地，所述硫酸铝的粒径为20目～3000目。
4.根据权利要求1或2所述的粉体无碱速凝剂，其特征在于，所述氟硅酸镁的粒径≥50目，优选地，所述氟硅酸镁的粒径为50目～3000目。
5.根据权利要求1或2所述的粉体无碱速凝剂，其特征在于，所述吸附剂选自沸石粉、活性氧化铝和硅酸钙中的至少一种；和/或，
所述吸附剂的粒径≥1000目，优选地，所述吸附剂的粒径为1000目～5000目。
6.根据权利要求1或2所述的粉体无碱速凝剂，其特征在于，所述醇胺选自乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种；和/或，
所述早强剂选自硫酸镁、硫酸镁水合物、硫酸锂、硫酸锂水合物、硫酸铁和硫酸铁水合物中的至少一种；和/或，
所述稳定剂选自硅酸镁铝、水性有机膨润土和铝溶胶中的至少一种；和/或，
所述中和剂为氧化镁和/或氢氧化镁；和/或，所述中和剂的粒径≥325目，优选地，所述中和剂的粒径为325目～3000目。
7.一种权利要求1-6中任意一项所述的粉体无碱速凝剂的制备方法，包括：
步骤1、将吸附剂与醇胺进行第一混合，得到初料；
步骤2、将所述初料与硫酸铝、氟硅酸镁、早强剂、稳定剂以及任选的中和剂进行第二混合。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述醇胺的加料时间为15～45min；和/或，
所述第一混合的时间为30～45min；
所述第二混合的时间为30～60min。
9.一种权利要求1-6中任一项所述的粉体无碱速凝剂和/或根据权利要求7或8所述的制备方法得到的粉体无碱速凝剂的使用方法，包括：将粉体无碱速凝剂与水以重量比为(6～7):(4～3)进行混合。
10.权利要求1-6中任一项所述的粉体无碱速凝剂和/或根据权利要求7或8所述的制备方法得到的粉体无碱速凝剂在混凝土领域中的应用。
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