一种无碱液体速凝剂及其制备方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及速凝剂技术领域，具体涉及一种无碱液体速凝剂及其制备方法。
[0003] 技术背景
[0004] 速凝剂是掺入混凝土中能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，是喷射混凝土施工法 中不可缺少的添加剂，加速水泥的水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，以保证特殊 施工的要求。随着技术的发展，目前无碱液体速凝剂是发展趋势，一般为铝盐和酸复合而成 的溶液或悬浮液，其碱含量一般为小于1%，主要用于隧道、矿山或者加固项目的喷射混凝 土。由于无碱液体速凝剂中不含氯离子、碱离子，从而不会锈蚀钢筋、不污染环境、不伤害作 业人员的身体。 如CN200810203051.9公开了一种喷射混凝土用环保型无碱液体速凝剂及其制备方 法，其由硫酸铝、氟化钠、三乙醇胺以及聚丙烯酰胺组成。水泥水化的早期行为主要受C3A 反应影响，凝结和早期强度的发展主要取决于硅酸盐尤其是C3S的水化程度。大量硫酸铝 的应用对水泥水化有一定的促进作用，但同时引入三氧化硫使得水泥中三氧化硫的含量超 标，硫酸盐类速凝剂掺量较高时，硫酸根离子的存在对混凝土的耐久性能产生不良影响。
[0005] CN10891852A公开一种无碱液体速凝剂，其中，其按照质量百分 比包括：十八水合硫酸铝：48% -58%，氟化钙：3% -5%，有机醇胺：1.5% -3.5%，纤维素：0.2% -0.5%，高分子聚合物：0.2% -0.5%，土状矿物：3% -6%，余量为 水。其配方复杂，制备成本高，不利于产业化发展工艺较复杂，且 专利CN201110112424公开了以硫酸铝为主要速凝成分的无碱液体速凝剂，有机胺 类作为增黏组分，提高喷射层厚度，降低回弹损失，但是该类速凝剂会引起后期强度的损 失。
[0006] 专利US2002035952A1公开了一种无碱液体速凝剂的制备方法，使用40%浓度 的氢氟酸溶解硫酸铝和氢氧化铝，并加入有机胺4.5~7.5%，其中硫酸铝的含量为20~ 40%，氢氧化铝含量为10%。虽然Al3+对水泥水化的加速凝结具有很好的促进作用，但氢氧 化铝粉末的溶解性极差，在水溶液中呈现非离子形态，与其他复合物混溶有明显的分层现 象，直接影响了其促凝效果。
[0007] 另外，磷肥生产企业在生产磷酸、磷酸二铵、普钙、重钙、磷酸氢钙时产生大量的主 要成分为HF和SiF4的含氟废气，直接排放会污染大气。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种新型无碱液体速凝剂及其制备方法。
[0010]本发明的技术方案如下： 一种无碱液体速凝剂，其是由三乙醇胺、硫酸铝、氟化镁和水制成用于强度等级C50以 上混凝土中的高强度无碱液体速凝剂，或是由硫酸铝、氟化镁和水制成用于强度等级C50以 下混凝土中的低强度无碱液体速凝剂； 所述高强度无碱液体速凝剂中各组份的质量百分比为:三乙醇胺5~6%、硫酸铝16~18%、 氟化镁26~30%、水补齐至100%; 所述低强度无碱液体速凝剂中各组份的质量百分比为:硫酸铝42~45%、氟化镁5~8%、水 补齐至100%。
[0011] 进一步方案，所述氟化镁是由氟硅酸和氧化镁经中和反应后分解制得。
[0012] 进一步方案，所述高强度无碱液体速凝剂的使用量为混凝土中胶凝材料重量的 5.0%~8.0%;所述低强度无碱液体速凝剂的使用量为混凝土中胶凝材料重量的6.0%~8.0%。
[0013] 本发明的另一个发明目的是提供上述一种无碱液体速凝剂的制备方法，其步骤如 下： (1) 将生产磷肥所产生的含氟废气用水吸收并过滤，得氟硅酸溶液； (2) 将氧化镁加入氟硅酸溶液中进行中和反应，过滤滤去沉淀物后得氟硅酸镁溶液； (3) 对氟硅酸镁溶液升温至105-500°C下进行蒸发、浓缩l_6h，分解为氟化镁； (4) 将氟化镁进行冷却后与硫酸铝、水搅拌溶解制得低强度无碱液体速凝剂，或将氟化 镁与三乙醇胺、硫酸铝、水搅拌溶解制得高强度无碱液体速凝剂。
[0014] 进一步方案，所述步骤(2)中氟硅酸镁与氟化镁的质量比为1:0.28。
[0015] 进一步方案，所述步骤(3)中蒸发分解同时产生SiF4气体和冷凝水，将SiF4气体进 行回收用做步骤(1)的反应原料，将冷凝水返回锅炉。
[0016] 本发明利用磷肥生产企业在生产磷酸、磷酸二铵、普钙、重钙、磷酸氢钙时产生大 量的主要成分为HF和SiF4的含氟废气，做为原料，用水对其吸收制得氟硅酸溶液，其化学反 应式如下： 3SiF4+3H2〇=2H2SiF6+Si〇2 · H20 2HF+SiF4=H2SiF6 然后用制得的氟硅酸与氟化镁合成反应成氟硅酸镁，再升温分解为氟化镁和SiF4,其 中氟化镁做为原料制备无碱液体速凝剂，SiF4回收做原料使用。其化学反应式如下： H2SiF6+Mg0=MgSiF6+ H2O MgSiF6=MgF2+SiF4 本发明中混凝土中胶凝材料主要指水泥、粉煤灰和矿粉。
[0017] 本发明具有以下有益效果： 1、本发明选用不含钾钠的无机盐和有机材料制备的无碱液体速凝剂，其中碱含量< 0.1%。从而在施工时不会对人、钢筋及工具等产生腐蚀性伤害，并极大程度地降低了由于引 入碱性物质对混凝土造成的破坏作用，在喷射过程中可降低粉尘浓度和回弹量等。
[0018] 2、本发明制备的无碱液体速凝剂的促凝机理为消除C3S的诱导期，在水化初期，生 成针柱状的水化硅酸钙晶体和Aft晶体，这些晶体迅速成核、长大，相互交叉连生形成网络 结构，使水泥浆体迅速初凝，其后的水化产物继续填充水泥颗粒间的空隙，使水泥浆体迅速 终凝，从而大大提高了其速凝效果。
[0019] 3、本发明制备的无碱液体速凝剂可显著提高混凝土的抗压强度、抗渗性和抗冻性 能。
[0020] 4、本发明利用磷肥厂所产生的氟废气作原材料来生产氟化镁，既解决了磷肥生产 过程中的环保问题，又将该氟废气重复利用，不产生第二次污染，并且整个工艺过程无废 气、废液排放，确保环保达标。
[0021] 5、本发明采用氟化镁作为无碱液体速凝剂的关键材料，对水泥稠化起到极大的促 进作用，且能提供较理想的促凝效果，开拓了氟化镁的应用领域。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0024] 实施例1: (1)将生产磷肥所产生的含氟废气用水吸收并过滤，得氟硅酸溶液； (2 )将氧化镁加入氟硅酸溶液中进行中和反应，过滤滤去沉淀物后得氟硅酸镁溶液;其 中氟硅酸镁与氟化镁的质量比为1: 〇. 28; (3) 对氟硅酸镁溶液升温至105°C下进行蒸发、浓缩lh，分解为氟化镁;蒸发分解同时产 生SiF4气体和冷凝水，将SiF4气体进行回收用做步骤(1)的反应原料，将冷凝水返回锅炉； (4) 称取冷却后的氟化镁3000kg与硫酸铝1600g、三乙醇胺500g、水4900g-同混合搅拌 至完全溶解，制得高强度无碱液体速凝剂。
[0025] 实施例2: (1)将生产磷肥所产生的含氟废气用水吸收并过滤，得氟硅酸溶液； (2 )将氧化镁加入氟硅酸溶液中进行中和反应，过滤滤去沉淀物后得氟硅酸镁溶液