一种低掺量高性能无碱无氯液体速凝剂及其制备方法与流程

文档序号：16671651发布日期：2019-01-18 23:37阅读：761来源：国知局

本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种低掺量高性能无碱无氯液体速凝剂及其制备方法。

背景技术：

由于湿法喷射混凝土具有施工效率高、施工环境友好、回弹量低的特点，逐步替代传统干法喷射混凝土的趋势。液体速凝剂主要应用于：高铁、高速、地铁隧道施工制备喷射混凝土。将速凝剂加入喷射水泥砂浆、混凝土中不仅可以加快水泥的凝结和硬化速度，提高早期强度，后期强度影响较小甚至不影响，并且大幅提高混凝土的粘聚性和粘结强度、减低回弹率，提高了经济效益，降低了空气中的碱性水泥粉尘，保护施工环境，加快施工进度。

用于湿法喷射混凝土的液体速凝剂包括有碱、低碱、无碱液体速凝剂，从其发展来看，存在的主要问题有:碱含量高、掺量大、稳定期短、1d强度低、28d强度比小于100％等。为了满足高质量的混凝土施工的要求，研发出一种同时满足掺量低、1d抗压强度高、28天抗压强度比高、水泥适应性强且稳定性好的无碱无氯速凝剂至关重要。

对于无碱液体速凝剂的研制，我国已经开展大量相关科研工作，但可供工业化生产、性能优异的产品并不多见。大部分研发成果仅仅停留在实验室阶段，一方面没有切合实际生产要求，另一方面由于价格高、掺量大，不能市场化、产品化，如中国发明专利申请200910028321.1——喷射混凝土用液体速凝剂及其制备方法，其公开了以硫酸铝、金属氟化物、胺类物质为主要成分的无碱速凝剂，加入ph调节剂和增稠物质，其对水泥的适应范围较窄，且掺量大。

因此，如何克服上述技术问题成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中掺量大的不足，本发明介绍了一种低掺量高性能无碱无氯液体速凝剂及其制备方法。

一种低掺量高性能无碱无氯液体速凝剂，其组分及各组分的质量份数如下：硫酸铝30～60份，硫酸镁0～20份，沉淀水合硅酸镁0.5～2.0份，氧化镁0.5～2.0份，氟硅酸镁1～3份，醇胺1～3份，高分子聚合物0.5～1.5份，稳定剂0.2～1.0份，母液5～40份和水30～50份。

作为优选，其组分及各组分的质量份数如下：硫酸铝40～55份，硫酸镁5～15份，沉淀水合硅酸镁0.5～1.0份，氧化镁1.0～1.5份，氟硅酸镁1～2份，醇胺1.5～2.5份，高分子聚合物0.8～1.0份，稳定剂0.4～0.8，母液10～20份和水35～45份。

作为优选，其组分及各组分的质量份数如下：硫酸铝45份，硫酸镁5份，沉淀水合硅酸镁0.8份，氧化镁1.2份，氟硅酸镁2份，醇胺1.5份，高分子聚合物1份，稳定剂1份，母液10份和水38份。

作为优选，所述的母液为氢氧化铝、氢氟酸和配位剂配制而成。

作为优选，所述的母液为氢氧化铝、氢氟酸和配位剂按质量份比30：61：9配制而成。

作为优选，所述醇胺为二乙醇胺或三乙醇胺。

作为优选，所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺。

作为优选，所述稳定剂为柠檬酸或乙二酸。

作为优选，所述的硫酸铝、硫酸镁、沉淀水合硅酸镁、氧化镁、氟硅酸镁、氢氧化铝和氢氟酸均为工业级。

作为优选，所述配位剂为模数1.5、波美度35.5～37.5的硅酸钠水溶液。

一种低掺量高性能无碱无氯液体速凝剂的制备方法，制作步骤如下：

(1)常温制备母液：先将一部分氢氟酸加入反应釜，然后投入氢氧化铝混合，搅拌10～15min，然后加入剩余的氢氟酸混合，搅拌10～15min，最后加入配位剂，搅拌18～25min，即得母液；

(2)加热制备速凝剂：按比例称取各物料，将水加入到反应釜内，升温至40℃；将沉淀水合硅酸镁、氟硅酸镁投入反应釜搅拌30min；将反应釜升温至70℃，投入硫酸铝、硫酸镁、稳定剂、高分子聚合物，投料结束后保温搅拌1h；停止加热，加入二乙醇胺、氧化镁搅拌8～15min；最后将步骤(1)的母液加入并搅拌1h，降温至室温，下料。

本发明中所采用的硫酸铝、氢氟酸、氢氧化铝为主要速凝成分，特别的，氟铝络合离子的反应活性比al³⁺更高，在较低的氟铝络合离子掺量下达到非常好的促凝效果。另外，f^-超强的络合al³⁺的能力，从而提高溶液中al³⁺或是游离态铝的浓度，增加硫酸铝的稳定性。硫酸镁、氧化镁、氟硅酸镁提供镁离子改善速凝剂对水泥的适应性及提高早期强度；氧化镁可与醇胺共同作用调节体系的ph值，使其呈弱酸性，避免对人据施工工具造成腐蚀；氟硅酸镁可与水玻璃一起共同引入硅，提高早期强度。水玻璃还可起到配位剂作用，由于速凝剂中的f^-虽具有速凝作用，但易造成硅酸盐矿物的水化产物c-s-h凝胶的解聚，使水化硅酸钙的聚合程度降低，水泥浆体的网络结构遭到破坏，对水泥强度的发展产生严重的影响。配位剂水玻璃的加入，可代替水化硅酸钙优先与f^-离子结合形成氟硅酸盐，保护水泥水化产物c-s-h凝胶，保证水泥具有较高的早期强度。

沉淀水合硅酸镁能分散为纳米级别状态，可改善体系流变性能，使得制备的速凝剂稳定性更好；乙二酸或柠檬酸亦有稳定作用。

高分子聚合物是一种有机增粘组分，可改善混凝土的粘聚性，提高一次喷射层的厚度并提高混凝土与基层间的粘结强度，降低喷射过程中的回弹损失，节约材料。

上述低掺量高性能无碱无氯液体速凝剂使用时采用湿喷工艺，在喷嘴处加入喷射混凝土拌合物制备喷凝土，其掺量为4～6wt％。

本发明与已有技术相比，本发明具有以下特点：

1)掺量低、性能高、水泥适应性好。本发明所述的无碱无氯液体速凝剂，综合了氟铝络合溶液和有效早强组分的优势，其中，氟铝络合溶液促凝效果显著、水泥适应性好，硫酸铝、硫酸镁、氧化镁、氟硅酸镁、醇胺组成了有效的早强体系。本发明研发路线为低氟和早强的发展路线，获得了显著的技术效果，其性能特点为：掺量低、水泥适应性好、早期强度高、28d抗压强度比大于100％。

2)稳定性高。本发明使用低浓度的氟铝络合溶液作为有效的促凝成分，可以有效避免硫酸铝含量高，可能出现制备的液体无碱无氯速凝剂粘度大，且稳定性差的问题。低浓度氟铝络合溶液、氟硅酸镁、沉淀硅酸镁、有机酸作稳定剂，为发明人创造性设计所得，按照该配方制备的液体无碱无氯速凝剂稳定性≥6个月，且粘度小利于现场机械泵送施工。

3)大批量工业化生产。本发明所述明确提出针对生产氟铝络合溶液的2步生产法。常温制备母液，目前工厂生产具有氟铝络合溶液的设备需用聚四氟乙烯反应釜，若使用加热设备成本会高几倍，本发明采用常温法制备氟铝络合溶液作母液，通过加入配位剂可有效调节该母液的ph至3～4，呈弱酸性，避免对人及生产工具造成腐蚀。加热生产速凝剂工序中，先分散沉淀水合硅酸镁、氟硅酸镁，因为溶液浓度低利于该物质分散溶解，然后加入硫酸铝，硫酸铝结晶水释放，然后加入其它原料，最后加入母液。整个生产过程所用设备均为常温常压设备，投资成本小，生产工艺易掌握，具有良好的普遍推广性，适合大批量工业化生产。

具体实施方式

以下实施例中采用的硫酸铝、硫酸镁、沉淀水合硅酸镁、氧化镁、氟硅酸镁、氢氧化铝和氢氟酸均为工业级

以下实施例仅用于说明本发明，但不限制本发明的保护范围。

实施例一

本实施例提供了一种用于喷射混凝土的无碱无氯液体速凝剂，其组分及各组分的质量份数如下：硫酸铝30份，硫酸镁10份，沉淀水合硅酸镁0.5份，氧化镁0.5份，氟硅酸镁1份，三乙醇胺2份，聚丙烯酰胺1份，柠檬酸0.5份，母液(氢氧化铝，氢氟酸，配位剂)40份和水30份。

母液为69重量份的氢氟酸，23重量份的氢氧化铝和8重量份的配位剂。

制备方法，包括如下步骤：

(1)常温制备母液：先将称取30重量份的氢氟酸常温搅拌，然后加入所述重量份的氢氧化铝混合搅拌10min，将剩余的重量份的氢氟酸加入并混合搅拌10min，最后加入所述重量份的配位剂搅拌30min，即得速凝剂母液。

(2)加热制备速凝剂：按照上述配方称取各物料，将所述水加热至40℃；在持续搅拌条件下加入沉淀水合硅酸镁、氟硅酸镁40℃恒温30min；升温至70℃后加入硫酸铝、硫酸镁，搅拌至全部溶解；加入柠檬酸、聚丙烯酰胺，搅拌15min；停止加热，加入所述三乙醇胺、氧化镁搅拌5min；最后将步骤(1)的母液加入并持续搅拌，至溶液冷却至室温，得到无碱无氯液体速凝剂。