一种液体无碱无氯速凝剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料外加剂技术领域，具体涉及一种液体无碱无氯速凝剂及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 速凝剂是使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂，主要应用于隧道喷射混凝土施工 和砂浆抢修施工中。最早的速凝剂是西卡公司19世纪30-40年代开发的粉状速凝剂，而我 国从19世纪70年代开始研发速凝剂，相继取得了多项研究成果，包括红星I型、711型、阳 泉I型、尧山型、782型等。传统的速凝剂，其掺用量仅占混凝土中水泥用量的2% -3%，却 能使混凝土在5min内初凝，IOmin内终凝，具有促凝效果高和价格便宜的效果优势。然而粉 状速凝剂在施工时粉尘大，严重污染环境，又由于其含碱量高，容易对施工工人的眼睛和皮 肤造成严重的腐蚀，严重危害施工人员的身体健康，而且粉状速凝剂的加入容易导致碱集 料反应而最终导致混凝土的后期强度损失大，施工回弹率高。
[0003] 近年来，由于湿法喷射混凝土具有施工效率高，回弹率低，施工环境友好而有逐渐 取代传统干法喷射混凝土的趋势，目前用于湿法喷射混凝土的液体速凝剂包括有碱速凝剂 和无碱速凝剂。有碱速凝剂中碱含量较高，混凝土后期强度损失严重，一般损失可达30%甚 至更高，且容易导致碱集料反应，施工时严重腐蚀皮肤，对施工人员危害大，同时有碱速凝 剂中含有的氯离子还会腐蚀钢筋，影响使用寿命。无碱无氯液体速凝剂由于其具有施工方 便、安全、后期抗压强度比高等优势，越来越受到重视。如中国专利文献CN102923988A公开 的一种液体无碱无氯速凝剂及其制备、使用方法，其制备原料包括如下组分中一种或多种： 硫酸铝，硫酸镁、醇胺，早强剂，增效剂，水，硫酸铝为工业级水合硫酸铝，醇胺为一乙醇胺、 二乙醇胺、三乙醇胺或三异丙醇中的一种或多种，早强剂为硫酸钙、甲酸钙或亚硝酸钙中的 一种或多种，增效剂为氟硅酸镁和/或氟化镁。上述方案中提供的液体无碱无氯速凝剂具 有适应性良好、价格低廉、掺量低、性能良好、稳定性较好等特点，同时添加到混凝土中作为 喷射混凝土具有回弹率低、粉尘污染小等特点。上述无碱无氯速凝剂的初凝时间和终凝时 间短，但其1天抗压强度偏低，而且该速凝剂的后期强度损失大，其28天抗压强度比最高仅 为80%。而使用铝化合物为主要原料的液体无碱速凝剂，因铝离子的水解及铝盐溶解度小， 导致该无碱速凝剂存在稳定期短的问题，在贮存期间容易发生沉降分层、析晶、粘度变大等 现象，影响使用。
[0004] 因此，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初凝时间短、终 凝时间短、1天抗压强度高、28天抗压强度比高且稳定性好的无碱无氯速凝剂至关重要。
【发明内容】
[0005] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的液体无碱无氯速凝剂无法同 时具备初凝时间短、终凝时间短、1天抗压强度高、28天抗压强度比高和稳定性高等性能的 问题，进而提供一种同时满足初凝时间短、终凝时间短、1天抗压强度高、28天抗压强度比 高且稳定性高的液体无碱无氯速凝剂。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种液体无碱无氯速凝剂，其原料包括如下 重量份的组分：硫酸铝60-130份、促凝剂0. 5-2份、促凝早强剂0. 5-2份、早强剂0. 5-5份、 络合促进剂5-15份、稳定剂8-20份、无机酸1-5份、消泡剂0. 25-2份和水50-75。
[0007] 所述硫酸铝为 Al2 (SO4) 3 · 18H20。
[0008] 优选的，所述硫酸铝占总原料的重量百分比为50%。
[0009] 优选的，其原料包括如下重量份的组分：硫酸铝93份、促凝剂1份、促凝早强剂1 份、早强剂3份、络合促进剂10份、稳定剂14份、无机酸3份、消泡剂1份和水60份。
[0010] 所述的液体无碱无氯速凝剂，所述络合促进剂为硫酸亚铁。
[0011] 所述的液体无碱无氯速凝剂，所述促凝剂包括氟硅酸镁或硫酸镁中的一种或两 种；所述促凝早强剂包括氟硅酸铵或氧化镁中的一种或两种；所述早强剂包括甲酸钙或硝 酸钙中的一种或两种；所述稳定剂包括醇胺或m)TA与所述醇胺；所述无机酸包括氟硅酸、 磷酸、氢氟酸或硫酸中的任意一种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
[0012] 优选的，所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺中的任意一种或两种的混合。
[0013] 优选的，所述有机硅类消泡剂为聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷或乙二醇硅氧烷。
[0014] 本发明提供了一种制备所述的液体无碱无氯速凝剂的方法，包括如下步骤：
[0015] (1)按照选定的重量份数称取所述促凝剂、促凝早强剂、早强剂、络合促进剂、稳定 剂、无机酸、消泡剂和水在加热条件下混合并搅拌均匀，然后冷却至室温，即得所述速凝剂 母液，备用；
[0016] (2)将所述步骤（1)中获得的所述速凝剂母液加入到反应釜中加热，然后分批次 加入按照选定重量份数称取的硫酸铝，搅拌均匀，即得。
[0017] 所述的制备液体无碱无氯速凝剂的方法，所述步骤（1)中的所述速凝剂母液按照 如下步骤混合制备，包括：
[0018] 将称取的水加热，随后在搅拌条件下依次加入称取的促凝剂、促凝早强剂和早强 剂，待上述的混合物溶解后，加入称取的络合促进剂，然后分批次加入称取的稳定剂，随后 依次加入称取的无机酸和消泡剂，搅拌均匀，然后冷却至室温，即得所述速凝剂母液。
[0019] 所述的制备液体无碱无氯速凝剂的方法，在所述步骤（1)中，加热的温度为 40-60°C ;在所述步骤（2)中，所述速凝剂母液在反应釜中加热的温度为50-70°C。
[0020] 所述的制备液体无碱无氯速凝剂的方法，所述步骤（1)中的搅拌速度为40_80r/ min ;所述步骤（2)中的搅拌速度为100-200r/min。
[0021] 所述的制备液体无碱无氯速凝剂的方法，所述步骤（1)中所述稳定剂分2-3次加 料，每次间隔1-5分钟；所述步骤（2)中所述硫酸铝分8-10次加料，每次间隔3-5分钟。
[0022] 本发明还提供了一种所述的液体无碱无氯速凝剂的应用。
[0023] 所述的液体无碱无氯速凝剂的应用，所述液体无碱无氯速凝剂加入喷射混凝土混 合物中，以水泥重量作基准，所述液体无碱无氯速凝剂掺量为3 % -8 %。
[0024] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0025] (1)本发明所述的液体无碱无氯速凝剂，通过特定的选择包括硫酸铝、促凝剂、促 凝早强剂、早强剂、络合促进剂、稳定剂、无机酸、消泡剂和水为原料配制而成的液体无碱无 氯速凝剂解决了现有技术中制备的无碱无氯速凝剂不能同时兼顾初凝时间短、终凝时间 短、1天抗压强度高、28天抗压强度比高且稳定性好等性能的问题，获得了显著的技术效 果；
[0026] (2)本发明所述的液体无碱无氯速凝剂，通过控制硫酸铝和其他原料的组分以一 定重量份数比混合配制液体无碱无氯速凝剂，避免了由于其他原料组分含量低，而硫酸铝 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；其他原料组分含量高， 而硫酸铝含量低，可能出现制备的液体无碱无氯速凝剂的初凝时间长，且1天抗压强度低 的问题，本发明的液体无碱无氯速凝剂稳定性与1天抗压强度的性能显著提高；
[0027] (3)本发明所述的液体无碱无氯速凝剂，创造性的以硫酸亚铁作为络合物促进 剂，使硫酸亚铁与醇胺发生的络合反应，生成一种中间产物络合物，促进硫酸铝的分散及溶 解性，从而显著提高液体无碱无氯速凝剂的稳定性，控制硫酸铝占总原料的重量百分比为 50%，并配合促凝剂、促凝早强剂、早强剂、稳定剂、无机酸、消泡剂和水原料，配制而成的液 体无碱无氯速凝剂获得了初凝时间平均< 2min26s，终凝时间平均< 7min，l天抗压强度平 均彡10. 7Mpa，28天抗压强度比平均彡107%，碱含量彡1%，氯离子含量彡0. 1%，稳定性 多6个月的显著技术效果；
[0028] (4)本发明所述的液体无碱无氯速凝剂制备方法，通过先将促凝剂、促凝早强剂、 早强剂、络合促进剂、稳定剂、无机酸、消泡剂和水在加热条件下混合并搅拌均匀，然后将上 述步骤搅拌获得的所述速凝剂母液加入到反应釜中加热，然后分批次缓慢加入按照选定重 量份数称取的硫酸铝，搅拌均匀；通过上述方法制备的液体无碱无氯速凝剂各项性能显著 提尚；
[0029] (5)本发明所述的液体无碱无氯速凝剂制备方法，通过先按照选定的重量份数取 水，加热，随后在搅拌条件下先后加入按照选定的重量份数称取的促凝剂、促凝早强剂和早 强剂；待上述混合物溶解后，在搅拌条件下加入按照选定的重量份数称取的络合促进剂， 然后分批次缓慢加入按照选定重量份数称取的稳定剂，随后先后加入按照选定重量份数称 取的无机酸和消泡剂，搅拌均匀，然后冷却至室温，即得所述速凝剂母液；通过上述方法制 备得到的液体无碱无氯速凝剂更加稳定，不容易出现分层沉淀、粘度变大等现象，使用效果 好。
【具体实