CN114988752B - 一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备及使用方法，包括基台，湿喷混凝土喷头加入，通过纳米粒子Zeta电位随PH值的变化敏感性使其在PH>11条件下迅速团聚形成三维网络，实现初期支护从而降低喷射混凝土回弹，因其为物理团聚不会像传统速凝剂因水泥矿物相出现适应性问题。同时纳米溶胶中的分散剂通过与加入速凝剂中的成分形成π键从而团聚，使其失效，进一步加强混凝土自身内聚力和粘结力，降低喷射混凝土回弹。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备及使用方法。
背景技术
随着我国经济高速发展，我国综合交通网络规模和质量大幅进步，人民生活和幸福感实现跃升。而在交通网络建设中隧道施工占据着重要的角色，在施工过程中湿喷工艺混凝土又发挥着不可替代的作用。在湿喷混凝土往往是通过速凝剂实现快速凝结、高初期强度从而达到支护目的。但在实际应用中，喷射混凝土往往因为速凝剂与水泥适应性问题、混凝土粘聚性等问题导致有较大的回弹，增加现场施工粉尘以及增加施工成本。CN104446090《一种耐久性的无碱液体速凝剂及其制备方法》中将硅溶胶和铝溶胶加入速凝剂中，作为纳米溶胶在喷射混凝土应用。但是其这种添加方式利用的是溶胶在产品中形成凝胶增加速凝剂储存稳定性并不能在喷射时充分发挥胶凝作用。CN109553325《一种改性铝酸盐液体速凝剂的制备方法》利用二乙胺四乙酸强络合稳定铝溶胶，将其作为预凝胶可使得产品在喷射时发挥凝胶效果。但是二乙胺四乙酸加入混凝土体系后，其会对钙离子同样造成强络合，从而导致早期水化减弱，对凝结时间和初期强度均有一定的不利影响。CN111995285《一种喷射混凝土回弹抑制剂及其使用方法》中采用多种纳米粉体、增稠剂复配以掺合料形式加入混凝土中从而起到降低回弹的目的。但事实上直接将纳米颗粒添加入混凝土中会造成大量团聚使得混凝土粘度过高，为保证混凝土运输和泵送顺利需要混凝土具有较好的流动性和低粘度，往往加入大量分散剂从而实现目的。大量分散剂的使用也导致此种方式工程现场凝结时间和初期强度发展大打折扣。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备及使用方法，在保证证混凝土运输和泵送顺利同时，避免了常用技术手段实用分散剂对混凝土凝结时间以及初期强度的影响。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，包括以下步骤：向输送至喷头处的混凝土依次加入所述含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂和所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液，并随混凝土一起从喷头处喷出。
所述喷头上加装有雾化装置和两个具有计量功能的进料***。
所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液质量为混凝土质量的0.5％-2％。
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物，包括上述所述的含有芳香族分散剂 B的纳米悬浮液和含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂，所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液由以下重量份原料制成：10-20份纳米粉末、96-98份去离子水、2-4份饱和氢氧化钠溶液、4-7份芳香族分散剂B；所述含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂由以下重量份原料制成：98-102份速凝剂、0.5-2份乙氧基大分子聚合物。
所述纳米粉末为二氧化硅、氢氧化铝或碳酸钙中的任意一种。优选为推荐使用气相二氧化硅。
所述芳香族分散剂B为β基萘磺酸盐甲醛缩合物、蒽磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-苯乙烯聚合物、含有苯乙烯磺酸钠嵌段的聚羧酸盐中的任意一种。优选为β基萘磺酸盐甲醛缩合物
所述乙氧基大分子聚合物为水溶性聚氧乙烯基醚、羟甲基、羟乙基和羟丙基纤维素醚中的任意一种。优选为水溶性聚氧乙烯基醚。
一种制备上述组合物的方法，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、向去离子水中加入饱和氢氧化钠溶液，调节PH为8-10，制成混合液一；
a02、搅拌混合液一，控制搅拌速度>1000rpm，20-40分钟内分批次加入纳米粉末；
a03、稳定剪切20-40分钟，向混合液一内加入芳香族分散剂B并老化20-40 分钟制成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液；
b)、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、向速凝剂加入乙氧基大分子聚合物，搅拌制成含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂。
所述纳米粉末团聚状态小于0.2微米。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在PH＝8-10内为低粘度可泵送液体，当其在PH>11时(混凝土PH＝12-13)能快速团聚形成三维网络，增加喷射混凝土与界面粘结能力以及支护能力，从而降低混凝土回弹。
(2)当含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液和含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂相接触时，两者产生π键团聚，使分散剂失效，解决了分散剂对混凝土凝结时间和初期强度的影响，而且π键团聚还可以提高混凝土的粘度。
(3)纳米悬浮液不加入分散剂相对于加入分散剂，需要更高功率的泵机进行泵送，采用大功率泵机后很难保证计量准确性，会造成超量添加，从而导致材料浪费。
(4)本发明由于可以快速团聚形成三位网络，从而在湿喷剂喷头处加入，无需像CN111995285《一种喷射混凝土回弹抑制剂及其使用方法》中，在混凝土中加入，纳米颗粒从而造成大量团聚使得混凝土粘度过高，为保证混凝土运输和泵送顺利需要混凝土具有较好的流动性和低粘度，往往还需要加入大量分散剂从而实现目的。大量分散剂的使用也导致此种方式工程现场凝结时间和初期强度发展大打折扣。
(5)在湿喷机喷头处先加入含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂再加入含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液，从而使含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液中的铝离子能充分与硫酸根离子充分结合。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：
所述纳米粉末为二氧化硅、氢氧化铝或碳酸钙中的任意一种。
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、向装备有高速搅拌器的混合釜内加入96-98份去离子水，然后再向混合釜内加入2-4份饱和氢氧化钙溶液，制成混合液一，并调节混合液一的PH值为8-10；
a02、高速搅拌器运行，搅拌混合液一，控制搅拌速度>1000rpm，20-40分钟内分批次加入10-20份纳米粉末；
a03、在纳米粉末投料结束后稳定剪切20-40分钟，向混合液一内加入4-7 份芳香族分散剂B并老化20-40分钟制成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液；
b)、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、取98-102份速凝剂置于搅拌釜内，向搅拌釜内加入0.5-2份乙氧基大分子聚合物，搅拌制成含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂。
进一步的，所述芳香族分散剂B为β基萘磺酸盐甲醛缩合物、蒽磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-苯乙烯聚合物、含有苯乙烯磺酸钠嵌段的聚羧酸盐中的任意一种。
进一步的，所述乙氧基大分子聚合物为水溶性聚氧乙烯基醚、羟甲基、羟乙基和羟丙基纤维素醚中的任意一种。
进一步的，所述纳米粉末最大团聚尺寸<0.2微米。
进一步的，所述纳米粉末为二氧化硅、氢氧化铝或碳酸钙中的任意一种。
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，包括以下步骤：向输送至湿喷机喷头处的混凝土依次加入所述含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂和所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液，并随混凝土一起从湿喷机喷头处喷出。
进一步的，湿喷机喷头位置处随混凝土运输方向依次设置有供所述含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂进入的进料管和供含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液进入的进料管。两个进料管上设置有用于将含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂、含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液雾化的雾化装置和用于计量含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂、含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液进入量的计量装置。雾化装置为普通雾化喷头，型号可为恒腾喷雾-HTPW-022，计量装置为匡建仪表-商品编号100018623615。
进一步的，所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液质量为混凝土质量的 0.5％-2％。
进一步的，所述含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂用量为混凝土质量的 6-10％。
实施例1
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、在装备有高速搅拌器的混合釜中加入96份去离子水，加入4份饱和氢氧化钠溶液，调节PH为10；
a02、高速搅拌器开始搅拌，控制搅拌速度为1500rpm，30分钟内分批次加入10份气相二氧化硅；
a03、稳定剪切30分钟，加入β基萘磺酸盐甲醛缩合物分散剂4份并老化30 分钟；
b)、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、将100份市售硫酸铝速凝剂
液体置于搅拌釜内，并加入 0.5份水溶性聚氧乙烯基醚。
实施例2
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、在装备有高速搅拌器的混合釜中加入98份去离子水，加入2份饱和氢氧化钠溶液，调节PH为8；
a02、高速搅拌器开始搅拌，控制搅拌速度为1500rpm，30分钟内分批次加入20份气相二氧化硅；
a03、稳定剪切30分钟，加入β基萘磺酸盐甲醛缩合物分散剂5份并老化30 分钟；
b)、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、将100份市售硫酸铝速凝剂
液体置于搅拌釜内，并加入2 份水溶性聚氧乙烯基醚。
实施例3
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、在装备有高速搅拌器的混合釜中加入97份去离子水，加入3份饱和氢氧化钠溶液，调节PH为8；
a02、高速搅拌器开始搅拌，控制搅拌速度为1800rpm，20分钟内分批次加入15份氢氧化铝；
a03、稳定剪切30分钟，加入蒽磺酸盐甲醛缩合物分散剂4份并老化30分钟；
b)、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、将98份市售硫酸铝速凝剂
液体置于搅拌釜内，并加入1 份羟甲基。
实施例4
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、在装备有高速搅拌器的混合釜中加入97份去离子水，加入3份饱和氢氧化钠溶液，调节PH为9；
a02、高速搅拌器开始搅拌，控制搅拌速度为1200rpm，30分钟内分批次加入18份碳酸钙；
a03、稳定剪切30分钟，加入丙烯酸-苯乙烯聚合物分散剂7份并老化30分钟；
b)、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、将102份市售硫酸铝速凝剂
液体置于搅拌釜内，并加入 1.3份羟乙基。
实施例5
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，包括以下步骤：在正在喷射混凝土的湿喷机喷头位置先加入实施例1制备完成的含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂，再加入实施例1制备完成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液并随混凝土一起从湿喷机喷头喷出，并控制纳米悬浮液掺量为混凝土质量的2％，含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂用量为混凝土质量的10％。
实施例6
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，包括以下步骤：在正在喷射混凝土的湿喷机喷头位置先加入实施例2制备完成的乙氧基大分子化合物 A的速凝剂，再加入实施例2制备完成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液并随混凝土一起从湿喷机喷头喷出，并控制纳米悬浮液掺量为混凝土质量的0.5％，含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂用量为混凝土质量的6％。
实施例7
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，包括以下步骤：在正在喷射混凝土的湿喷机喷头位置先加入实施例3制备完成的乙氧基大分子化合物 A的速凝剂，再加入实施例3制备完成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液并随混凝土一起从湿喷机喷头喷出，并控制纳米悬浮液掺量为混凝土质量的1％，含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂用量为混凝土质量的8％。
实施例8
一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，包括以下步骤：在正在喷射混凝土的湿喷机喷头位置先加入实施例4制备完成的乙氧基大分子化合物A的速凝剂，再加入实施例4制备完成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液并随混凝土一起从湿喷机喷头喷出，并控制纳米悬浮液掺量为混凝土质量的1.2％，含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂用量为混凝土质量的9％。
测试结果
1.对纳米悬浮液评价
采用水泥(峨胜P.O42.5)200g与200g水搅拌混合均匀，将其加入250ml 玻璃量筒至200ml，再分别加纳米悬浮液(调节掺量直至满足试验要求倒置不流出为止，记录所用掺量)。用手指按住筒口上下摇动10S，将量筒倒置1min无浆体流出。实例5所需掺量为2％，实例6所需掺量为0.5％，实施例7所需掺量为 1％，实施例8所需掺量为1.2％，量筒内浆体因纳米颗粒团聚形成三维网络导致完全粘附在量筒中。
2.对喷射效果评价
采用水泥(峨胜P.O42.5)200g与200g水搅拌混合均匀，取20g浆体将其均匀铺展在50mmX50mm的玻璃板中心，然后将玻璃板垂直放置。在垂直的一瞬间，使用ZL-LS3手持式(作用半径65mm)喷雾器在5s内向玻璃板喷射1.2g 速凝剂以及使用2个ZL-LS3喷雾器在5S内同时向玻璃板喷射1.2g含有 POLYOX速凝剂以及0.4g实例5或0.1g实例6。观察浆体在玻璃板上停止流动的速度，单独使用速凝剂在40S完全停止流动，而实例5和6在7S内浆体停止流动完全粘附在玻璃板上。实施例7和实施例8在在5S内浆体停止流动完全粘附在玻璃板上。
按《水工混凝土试验规程》DL5721-2015对C30湿喷混凝土的边墙及顶拱回弹率进行测试，将单独使用速凝剂
作为基准组对比，测试结果如下：
表1各组实施例的回弹率
由表1测试数据可见，本发明对混凝土喷射回弹率的降低有明显的促进作用。
3.对凝结时间和强度影响
按GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》试验方法对传统速凝剂以及本发明进行凝结时间和强度测试。测试数据如下：
表2以传统速凝剂作为基准对比测试发明实例
由表2测试数据可见，本发明对凝结时间以及初期强度并无不利影响，对28d 强度有少量促进作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于降低喷射混凝土回弹组合物，其特征在于，包括含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液和含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂，所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液由以下重量份原料制成：10-20份纳米粉末、96-98份去离子水、2-4份饱和氢氧化钠溶液、4-7份芳香族分散剂B；所述含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂由以下重量份原料制成：98-102份速凝剂、0.5-2份乙氧基大分子聚合物; 所述芳香族分散剂B为ß基萘磺酸盐甲醛缩合物、蒽磺酸盐甲醛缩合物、丙烯酸-苯乙烯聚合物、含有苯乙烯磺酸钠嵌段的聚羧酸盐中的任意一种; 所述乙氧基大分子聚合物为水溶性聚氧乙烯基醚、羟甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚和羟丙基纤维素醚中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种用于降低喷射混凝土回弹组合物，其特征在于：所述纳米粉末为二氧化硅、氢氧化铝或碳酸钙中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于降低喷射混凝土回弹组合物，其特征在于：所述纳米粉末团聚状态小于0.2微米。
4.一种制备权利要求1-3中任一所述组合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)、制备含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液：
a01、向去离子水中加入饱和氢氧化钠溶液，调节PH为8-10，制成混合液一；
a02、搅拌混合液一，控制搅拌速度>1000rpm ，20-40分钟内分批次加入纳米粉末；
a03、稳定剪切20-40分钟，向混合液一内加入芳香族分散剂B并老化20-40分钟制成含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液；
b）、制备含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂：
b01、向速凝剂加入乙氧基大分子聚合物，搅拌制成含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂。
5.一种如权利要求1-3中任一所述组合物的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：向输送至喷头处的混凝土依次加入含有乙氧基大分子化合物A的速凝剂和含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液，并随混凝土一起从喷头处喷出。
6.根据权利要求5所述的一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，其特征在于：所述喷头上加装有雾化装置和两个具有计量功能的进料***。
7.根据权利要求5所述的一种用于降低喷射混凝土回弹组合物的使用方法，其特征在于：所述含有芳香族分散剂B的纳米悬浮液质量为混凝土质量的0.5%-2%。
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