一种MXenes低掺杂无碱液体速凝剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及到一种mxenes低掺杂无碱液体速凝剂及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，隧道工程项目与日俱增，尤其是川藏铁路工程，其隧道总长占全线总长的80％，喷射混凝土需求量巨大。速凝剂是喷射混凝土不可或缺的外加剂，随着喷射技术的不断发展，对速凝剂提出了新的要求。

2、随着湿喷工艺的推进，目前液体速凝剂占据主流，市售的液体速凝剂主要分为碱性液速凝剂和无碱液体速凝剂两类，随着施工对环保和后期性能关注的提升，无碱液体速凝剂已经成为行业发展主流方向。

3、但是现有无碱液体速凝剂普遍存在掺量高的问题，其掺量至少为7％，造成成本高昂的同时容易出现喷射混凝土回弹率高的现象；另外，目前无碱液体速凝剂普遍生产工艺在60-80℃，能耗高。

4、因此，亟需一种能降低掺杂量以及生产能耗的无碱液体速凝剂。

技术实现思路

1、为了解决现有喷射混凝土中的无碱液体速凝剂存在掺量高以及无碱液体速凝剂制备成本高的问题，本发明的目之一的是提供一种mxenes低掺杂无碱液体速凝剂。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，按重量百分比计，包括mxenes0.5％-1.5％、促凝剂47％～62％、稳定剂1.8％-3.8％、ph调节剂1.5％-3％和余量水；

4、促凝剂包括硫酸铝化合物、镁盐和七铝酸十二钙；

5、稳定剂为溶于水且含羟基的有机物；

6、ph调节剂为无机酸。

7、本发明的有益效果为：在本发明中，速凝剂引入了关键组分mxenes(简称mxe烯)，mxe烯自身能促进水泥的水化，特别是加速硅酸三钙、硅酸二钙的水化，使水泥水化更加充分；其次，当速凝剂与水泥接触后，mxe烯独特的片层结构将隔断水泥水化产物对水泥中铝酸三钙的裹附，解除石膏缓凝作用，加速水泥中铝酸三钙快速水化；同时，本发明中的促凝组分提供大量的al3+、ca2+和so42-，al3+在碱性环境中结合oh-并消耗ca2+生成水化铝酸钙，而so42-与ca2+生成活性较高的次生石膏，与水化铝酸钙发生反应生成大量钙矾石，进一步加快水泥原始铝酸三钙矿物水化，因此，只需要加入少量本发明中的无碱液体速凝剂就可实现速凝效果。由于mxe烯具有尺寸效应，本速凝剂使用后大量钙矾石、凝胶和mxe烯相互搭填充提高混凝土的密实性，使混凝土具有力学性能好的特点。此外，本发明中的稳定剂可避免so42-溶出时形成沉淀，减少分层，整体提高速凝剂的稳定性；ph调节剂可避免硫酸铝在碱性环境中析出沉淀，在一定程度上进一步提高速凝剂的稳定性。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

9、进一步，按重量百分比计，促凝剂包括硫酸铝化合物40-50％、镁盐6％-10％和七铝酸十二钙1％-2％；优选地，按重量百分比计硫酸铝化合物为45％、50％或40％，镁盐为8％或6％，七铝酸十二钙为2％、1％或1.5％。

10、进一步，硫酸铝化合物为十八水硫酸铝或聚合硫酸铝，镁盐为七水硫酸镁。

11、进一步，稳定剂包括二乙醇胺、三乙醇胺和丙三醇中至少一种。

12、进一步，按重量百分比计，稳定剂包括二乙醇胺1.5％-3％和丙三醇0.3％-0.8％；优选地，按重量百分比计，二乙醇胺为1.5％、3％或2％，丙三醇为0.5％、0.8％或0.6％。

13、进一步，所述ph调节剂为磷酸或二水合草酸；优选地，按重量百分比计，ph调节剂为2％、3％或1.8％，更进一步地，ph调节剂优选为磷酸。

14、进一步，mxenes为单层，mxenes为纳米级；优选地，mxenes的尺寸为800～1000nm。

15、采用上述进一步技术方案的有益效果为：由于mxe烯为纳米级材料且具有独特的片成结构，只需要的加入少量的mxe烯就可阻止了石膏的水化抑制作用，利于水泥充分水化而实现速凝。

16、本发明的目的之二是提供一种mxenes低掺杂无碱液体速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

17、步骤1、将稳定剂和ph调节剂加入至余量水中并搅拌10-20min；

18、步骤2、继续往余量水中加入硫酸铝化合物直至完全溶解后再加入镁盐和七铝酸十二钙搅拌并70-90min；

19、步骤3、加入mxenes搅拌30min，静置后获得mxenes低掺杂无碱液体速凝剂。

20、本发明的目的之三是提供一种mxenes低掺杂无碱液体速凝剂在喷射混凝土中的应用。

21、进一步，喷射混凝土中mxenes低掺杂无碱液体速凝剂掺量为3～55wt.％；优选地，喷射混凝土中mxenes低掺杂无碱液体速凝剂掺量为45wt.％；本发明中的掺量是以混凝土中的凝胶材料为基准。

22、本发明具有以下有益效果：

23、1、本发明在无碱速凝剂中引入纳米级的mxe烯，由于其独特的片层结构，在水泥水化初始阶段，阻止了石膏的水化抑制作用，同时利用其小尺寸效应，增加水泥的黏结度并协同七铝酸十二钙等极大的促进水泥凝结速度，降低本发明中的速凝剂在混凝土中的掺量。

24、2、在本发中，由于加入mxe烯，解决了水泥速凝水化不充分的问题，同时它能细化水泥孔结构，水泥砂浆后期强度显著增加，喷射混凝土耐久性增强。

25、3、本发明中mxe烯低掺杂无碱液体速凝剂在常温即可制得稳定的mxe烯低掺杂无碱液体速凝剂，此速凝剂为环保型无碱速凝剂。

技术特征：

1.一种mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，按重量百分比计，包括mxenes0.5％-1.5％、促凝剂47％～62％、稳定剂1.8％-3.8％、ph调节剂1.5％-3％和余量水；

2.根据权利要求1所述的mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，按重量百分比计，所述促凝剂包括硫酸铝化合物40-50％、镁盐6％-10％和七铝酸十二钙1％-2％。

3.根据权利要求2所述的mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，所述硫酸铝化合物为十八水硫酸铝或聚合硫酸铝，所述镁盐为七水硫酸镁。

4.根据权利要求1所述的mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，所述稳定剂包括二乙醇胺、三乙醇胺和丙三醇中至少一种。

5.根据权利要求4所述的mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，按重量百分比计，所述稳定剂包括二乙醇胺1.5％-3％和丙三醇0.3％-0.8％。

6.根据权利要求1所述的mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，所述ph调节剂为磷酸或二水合草酸。

7.根据权利要求1所述的mxenes低掺杂无碱液体速凝剂，其特征在于，所述mxenes为单层，所述mxenes为纳米级。

8.权利要求1～7任一项所述mxenes低掺杂无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求1～7所述mxenes低掺杂无碱液体速凝剂在制备喷射混凝土中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述喷射混凝土中mxenes低掺杂无碱液体速凝剂掺量为3～5wt.％。

技术总结
本发明公开了一种MXenes低掺杂无碱液体速凝剂及其制备方法和应用，按重量百分比计，MXenes低掺杂无碱液体速凝剂包括MXenes0.5％‑1.5％、促凝剂47％～62％、稳定剂1.8％‑3.8％、pH调节剂1.5％‑3％和余量水；促凝剂包括硫酸铝化合物、镁盐和七铝酸十二钙；稳定剂为溶于水且含羟基的有机物。在本发明中，加入的纳米级MXe烯，由于其独特的片层结构，在水泥水化初始阶段，阻止了石膏的水化抑制作用，同时利用其小尺寸效应，增加水泥的黏结度并协同七铝酸十二钙等极大的促进水泥凝结速度，为降低速凝剂掺量提供了可行方案。

技术研发人员：陈景,丁涛,毕耀,王少峰,汪金文,杨季雨,徐洪杰,牛德民
受保护的技术使用者：中建西部建设新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29