CN114835425A - 一种液态无碱速凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态无碱速凝剂及其制备方法。现有无碱速凝剂含大量氟离子、早期无强度、后期强度低、掺量较大、凝结时间较长、对钢筋骨架腐蚀性强，阻碍了喷射混凝土施工。本发明包括十八水合硫酸铝35‑50重量份、稳定剂3‑7重量份、表面活性剂0.5‑1.5重量份、早强剂3‑7重量份，余量为水；将稳定剂、早强剂溶于水中；再将十八水合硫酸铝加入，加热溶解；将混合液降温后，将表面活性剂和剩余水加入，搅拌反应，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。本发明所得的液态速凝剂中无氯无碱无氟，对混凝土后期强度无损失、腐蚀性小，不会污染环境，且不影响速凝剂对混凝土的凝结效果和剪切强度。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工和建筑材料技术领域，具体涉及一种液态无碱速凝剂及其制备方法。
背景技术
速凝剂主要用于喷射混凝土的施工，一般在隧道、涵洞、工矿建设中使用，在喷射混凝土使用时于喷嘴处加入使其快速硬化、凝固。传统速凝剂一般具有强碱性，虽然能满足喷射混凝土的使用要求，但同时也带来了很多问题：喷射混凝土后期强度损失大、腐蚀性强，此外还可能造成环境污染，特别是对地下水环境的污染，扬尘多、回弹量大，不便于喷射混凝土湿法作业等；另一方面也可能引起混凝土碱骨料反应，导致混凝土后期强度保留率不到75％。
针对碱性速凝剂的这些问题，国内很多研究人员已经着手研究不含碱的速凝剂，即无碱速凝剂。无碱速凝剂一般呈弱酸性，对皮肤腐蚀性大大降低，在环保观念日益加强的今天，无碱速凝剂逐步取代碱性速凝剂是大势所趋，西方欧美国家已经完全淘汰碱性速凝剂，还有很多国家也正在大力推广使用无碱速凝剂。但无碱速凝剂的发展才刚刚起步，技术还不成熟，仍存在许多急需解决的问题。
现有的无碱速凝剂含有大量氟离子、早期无强度、后期强度低、掺量较大、凝结时间较长、对钢筋骨架腐蚀性强，严重阻碍了喷射混凝土施工，影响了施工质量，施工安全性无法得到保障。综上所述，研制开发一种真正无碱并且性能优异的无氯无氟液态无碱速凝剂对国家隧道施工建设具有重大的意义。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种液态无碱速凝剂及其制备方法，解决了现有无碱速凝剂中氟、碱离子带来的腐蚀性大、前期无强度、后期强度低、生产污染性大的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种液态无碱速凝剂，组成成分为：
十八水合硫酸铝35-50重量份、稳定剂3-7重量份、表面活性剂0.5-1.5重量份、早强剂3-7重量份，余量为水。
具体地，所述十八水合硫酸铝中氧化铝含量为14-17％，水分含量不超过4.5％。
具体地，所述稳定剂为乙二胺、多乙烯多胺、三乙胺或二乙胺。
具体地，所述表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺、十二胺聚氧乙烯醚或聚醚胺。
具体地，所述早强剂为硅酸理或氢氧化锂。
一种液态无碱速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将稳定剂、早强剂溶解于水中；
步骤二：将十八水合硫酸铝加入到步骤一制备的混合液中，加热搅拌溶解；
步骤三：将步骤二制备的混合液降到一定温度后，将表面活性剂和剩余的水加入，搅拌反应，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
具体地，步骤一中，稳定剂和早强剂溶解温度为常温。
具体地，步骤二中，搅拌反应的温度为55-70℃，搅拌反应的转速为300-500rpm，搅拌反应的时间为30-50min。
具体地，步骤三中，搅拌反应的温度为30-40℃，继续搅拌的时间为50-60min。
本发明的有益效果：
1)本发明所得的液态速凝剂中无氯无碱无氟，对混凝土后期强度无损失、腐蚀性小，不会污染环境，不会危害人体健康，且在不掺加碱的情况下不影响速凝剂对混凝土的凝结效果和剪切强度；
2)本发明以十八水合硫酸铝为主要速凝组分；其中，十八水合硫酸铝可以显著缩短水泥的凝结时间；早强剂可显著提高混凝土前期强度，保障工程质量，确保施工安全；稳定剂在一定程度上缩短了水泥的凝结时间并大幅提高砂浆的抗压强度；表面活性剂为强阳离子聚电解质，凝聚力强，水解稳定性好，可以大幅度提高速凝剂的稳定性和适应性；
3)本发明所得的无氯无氟液态无碱速凝剂对普通硅酸盐水泥适应性好，凝结快，前期强度高，后期强度无损失；其制备过程中无污染，无外在废弃废水排放，是一种新型的地下工程喷射混凝土速凝材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明提供一种无氯无氟液态无碱速凝剂及其制备方法，该液态无碱速凝剂无氯无碱无氟，解决了现有无碱速凝剂中氟、碱离子带来的腐蚀性大、前期无强度、后期强度低、生产污染性大的问题；且生产环保，使用安全，所得的无氯无氟液态无碱速凝剂在7％掺量下，胶砂性能达到Q/CR 807-2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》的标准要求，6小时胶砂强度达到1.0MPa以上，一天砂浆强度达到10.0Mpa以上，后期强度基本不损失，回弹率低至5％以下，保质期长。
一种液态无碱速凝剂，组成成分为：十八水合硫酸铝35-50重量份，十八水合硫酸铝中氧化铝含量为14-17％，十八水合硫酸铝中水分含量不超过4.5％；十八水合硫酸铝为主要速凝组分，可以显著缩短水泥的凝结时间；
稳定剂3-7重量份，稳定剂为乙二胺、多乙烯多胺、三乙胺或二乙胺；稳定剂在一定程度上缩短了水泥的凝结时间并大幅提高砂浆的抗压强度；
表面活性剂0.5-1.5重量份，表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺、十二胺聚氧乙烯醚或聚醚胺；表面活性剂为强阳离子聚电解质，凝聚力强，水解稳定性好，可以大幅度提高速凝剂的稳定性和适应性；
早强剂3-7重量份，早强剂为硅酸理或氢氧化锂，可显著提高混凝土前期强度，保障工程质量，确保施工安全；余量为水。
一种液态无碱速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将稳定剂、早强剂溶解于水中，溶解温度为常温；
步骤二：将十八水合硫酸铝加入到步骤一制备的混合液中，加热搅拌溶解；搅拌反应的温度为55-70℃，搅拌反应的转速为300-500rpm，搅拌反应的时间为30-50min
步骤三：将步骤二制备的混合液降到一定温度后，将表面活性剂和剩余的水加入，搅拌反应，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂；搅拌反应的温度为30-40℃，继续搅拌的时间为50-60min。
1)实施例一
一种液态无碱速凝剂包括30kg三乙胺、5kg硅酸理、1500kg水、3500kg十八水合硫酸铝、10kg十二胺聚氧乙烯醚；制备方法包括以下步骤：
步骤1：30kg三乙胺、5kg硅酸理、1000kg水依次加入反应釜中，搅拌10min，混合均匀；
步骤2：缓慢加入3500kg十八水合硫酸铝，并加热，加热到70℃后停止加热，并搅拌30min；
步骤3：降到40℃后，加入10kg十二胺聚氧乙烯醚和500kg水，搅拌30min，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
2)实施例二
一种液态无碱速凝剂包括10kg二乙胺、10kg乙二胺、5kg硅酸理、1500kg水、3500kg十八水合硫酸铝、5kg十二胺聚氧乙烯醚；制备方法包括以下步骤：
步骤1：10kg二乙胺、10kg乙二胺、5kg硅酸理、1000kg水依次加入反应釜中，搅拌10min，混合均匀；
步骤2：缓慢加入3500kg十八水合硫酸铝，并加热，加热到70℃后停止加热，并搅拌30min；
步骤3：降到40℃后，加入5kg十二胺聚氧乙烯醚和500kg水，搅拌30min，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
3)实施例三
一种液态无碱速凝剂包括30kg多乙烯多胺、5kg硅酸理、1500kg水、3500kg十八水合硫酸铝、5kg十二胺聚氧乙烯醚、5kg十二烷基二甲基氧化胺；制备方法包括以下步骤：
步骤1：30kg多乙烯多胺、5kg硅酸理、1000kg水依次加入反应釜中，搅拌10min，混合均匀；
步骤2：缓慢加入3500kg十八水合硫酸铝，并加热，加热到70℃后停止加热，并搅拌30min；
步骤3：降到40℃后，加入5kg十二胺聚氧乙烯醚、5kg十二烷基二甲基氧化胺和500kg水，搅拌30min，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
4)实施例四
一种液态无碱速凝剂包括20kg多乙烯多胺、20kg乙二胺、10kg氢氧化锂、1500kg水、4000kg十八水合硫酸铝、5kg十二胺聚氧乙烯醚、5kg十二烷基二甲基氧化胺；制备方法包括以下步骤：
步骤1：20kg多乙烯多胺、20kg乙二胺、10kg氢氧化锂、1000kg水依次加入反应釜中，搅拌10min，混合均匀；
步骤2：缓慢加入4000kg十八水合硫酸铝，并加热，加热到70℃后停止加热，并搅拌30min；
步骤3：降到40℃后，加入5kg十二胺聚氧乙烯醚、5kg十二烷基二甲基氧化胺和500kg水，搅拌30min，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
5)实施例五
一种液态无碱速凝剂包括30kg三乙胺、10kg乙二胺、10kg氢氧化锂、1500kg水、4000kg十八水合硫酸铝、10kg十二烷基二甲基氧化胺；制备方法包括以下步骤：
步骤1：30kg三乙胺、10kg乙二胺、10kg氢氧化锂、1000kg水依次加入反应釜中，搅拌10min，混合均匀；
步骤2：缓慢加入4000kg十八水合硫酸铝，并加热，加热到70℃后停止加热，并搅拌30min；
步骤3：降到40℃后，10kg十二烷基二甲基氧化胺和500kg水，搅拌30min，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
6)对比例1
市面上无碱速凝剂原料组成：硫酸铝、氟硅酸、氟硅酸镁、氧化镁、水；
制备方法：将硫酸铝磨碎加工，过80～300目筛，加入氟硅酸、氟硅酸镁、氧化镁和水的混和溶液中，在40～100℃条件下溶解，同时用高速搅拌器强力搅拌10～30分钟，搅拌均匀后再用乳化机乳化5～10分钟，即得到所需要的无碱液态速凝剂。
按照国家Q/CR 807-2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》行业标准的要求，对实施例1-5所得的无氯无氟液态无碱速凝剂进行水泥净浆凝结时间测试，其中，测试中采用400g基准po42.5水泥和140g水，试验结果如表1所示。
对实施例1-5所得的无氯无氟液态无碱速凝剂进行砂浆强度测试，其中，测试中采用900g基准水泥、1350g标准砂和450g水，试验结果如表1所示。
本发明制得的无氯无氟液态无碱速凝剂按照水泥重量的7％掺加，强度测试中对没加速凝剂的空白砂浆也进行了强度试验，用以测试掺有砂浆与其的28天强度比，结果如下：
表1
由表1可知，本发明所得的无氯无氟液态无碱速凝剂在7％掺量下，能够使水泥净浆的凝结时间满足初凝时间小于5分钟，终凝时间小于12分钟的行业标准要求；且能够使6小时强度达到1.0MPa以上，一天砂浆强度达到10.0Mpa以上，28天强度比能达到100％以上。
实施例1-5所得的无氯无氟液态无碱速凝剂的初凝时间和终凝时间明显低于对比例1中现有的市场上无碱速凝剂，表明本发明所得的无氯无氟液态无碱速凝剂的凝结时间更短，对水泥的凝结效果更好。且实施例1-5所得的无氯无氟液态无碱速凝剂的1天强度明显高于对比例1中现有的市场上无碱速凝剂，表明本发明所得的无氯无氟液态无碱速凝剂的抗压强度更高。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种液态无碱速凝剂，其特征在于：组成成分为：
十八水合硫酸铝35-50重量份、稳定剂3-7重量份、表面活性剂0.5-1.5重量份、早强剂3-7重量份，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种液态无碱速凝剂，其特征在于：所述十八水合硫酸铝中氧化铝含量为14-17％，水分含量不超过4.5％。
3.根据权利要求2所述的一种液态无碱速凝剂，其特征在于：所述稳定剂为乙二胺、多乙烯多胺、三乙胺或二乙胺。
4.根据权利要求3所述的一种液态无碱速凝剂，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺、十二胺聚氧乙烯醚或聚醚胺。
5.根据权利要求4所述的一种液态无碱速凝剂，其特征在于：所述早强剂为硅酸理或氢氧化锂。
6.一种液态无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将稳定剂、早强剂溶解于水中；
步骤二：将十八水合硫酸铝加入到步骤一制备的混合液中，加热搅拌溶解；
步骤三：将步骤二制备的混合液降到一定温度后，将表面活性剂和剩余的水加入，搅拌反应，冷却至室温，得到液态无碱速凝剂。
7.根据权利要求6所述的一种液态无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：步骤一中，稳定剂和早强剂溶解温度为常温。
8.根据权利要求7所述的一种液态无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：步骤二中，搅拌反应的温度为55-70℃，搅拌反应的转速为300-500rpm，搅拌反应的时间为30-50min。
9.根据权利要求8所述的一种液态无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：步骤三中，搅拌反应的温度为30-40℃，继续搅拌的时间为50-60min。
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