一种形成互穿网络结构有机低碱速凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术是一种形成互穿网络结构液体低碱速凝剂，利用水泥水化形成的水化产物与高分子聚合物形成互穿网络结构达到速凝效果。本速凝剂由以下重量份数比的组分组成：聚合物单体5‑13份，交联剂0.3‑0.8份，引发剂1‑1.7份，催化剂0.5‑1.5份，水80‑85份。速凝剂凝结具有时间可调、对于环境变化和原材料变化容忍性好、与不同种类的水泥适应性良好等优点，无论是以水溶液的方式掺入，还是先以粉剂掺入拌合后再加水搅拌，都可以发挥互穿网络结构快速形成的速凝特性。这种有机‑无机互穿网络结构还明显改善水泥基材料的韧性，主要表现在抗裂性提高、抗折强度增加。添加本速凝剂水泥的初凝、终凝时间、28天抗压强度均满足国家标准的要求，与减水剂适应性良好。

An organic low alkali accelerating agent forming interpenetrating network structure and its preparation method

The invention relates to a liquid low alkali accelerator with interpenetrating network structure, which uses the hydration products formed by cement hydration and polymer to form interpenetrating network structure to achieve the accelerating effect. The accelerator consists of 5_13 parts of polymer monomer, 0.3_0.8 parts of crosslinking agent, 1_1.7 parts of initiator, 0.5_1.5 parts of catalyst and 80_85 parts of water. Accelerator has the advantages of adjustable setting time, good tolerance to environmental changes and raw material changes, and good adaptability to different types of cement. Whether it is mixed in aqueous solution, or mixed with powder first and then mixed with water, it can give full play to the rapid formation of interpenetrating network structure. This kind of organic-inorganic interpenetrating network structure also significantly improves the toughness of cement-based materials, mainly in the increase of crack resistance and flexural strength. The initial setting time, final setting time and 28-day compressive strength of the cement with the accelerator meet the requirements of the national standard, and have good adaptability to the water reducer.

【技术实现步骤摘要】
一种形成互穿网络结构有机低碱速凝剂及其制备方法
本专利技术是一种喷射混凝土用液体低碱速凝剂，属于建筑材料领域。
技术介绍
喷射混凝土已经广泛地用于隧道工程、地下工程、水工隧洞、护坡支护、水利水电、矿山坑道和工程修补等领域。速凝剂是喷射混凝土中必不可少的外加剂，其主要功能是加快喷射混凝土的凝结硬化速度，减少回弹损失，防止喷射混凝土因重力引起脱落，加大一次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间。速凝剂的发展经历了粉状高碱性、粉状低碱、液体高碱、液体低碱、液体无碱、有机无机复合速凝剂的发展历程，液体无碱速凝剂是速凝剂产品未来的研究发展方向。粉状高碱性速凝剂主要由石灰、工业铝酸钠、碱金属碳酸盐和硅酸盐等原料经煅烧粉磨而成。我国自红星1型速凝剂开始，发展了阳泉1型、711型、782型等多种粉状速凝剂。掺这类速凝剂的混凝土后期强度损失高达30％，但其速凝效果好、早强作用明显、掺量和生产成本低，在国内喷射混凝土施工中应用广泛。为避免粉状高碱速凝剂腐蚀性强、后期强度损失大等问题，新型的无碱粉状速凝剂逐渐发展起来。我国自20世纪九十年代研发出AC型、MJ-2000型等无碱粉状速凝剂。CN102992685A专利技术一种由硫酸铝、铝酸钠、碳酸锂、无定形二氧化硅、萘磺酸盐甲醛缩合物组成的钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，不含氯化物和氟化物，对混凝土中钢筋潜在的锈蚀危害性小、保证了施工现场人员的安全。CN102964076A专利技术了一种以石膏、硫酸铝、硫铝酸盐水泥熟料组成的无氯无碱速凝剂，可以在促进水泥水化的同时，不降低混凝土的早期或后期强度。但新型无碱粉状速凝剂和有机无机复合类速凝剂虽然具备后期强度损失小，生产和施工中粉尘小等优点，但它们要达到满意速凝效果的合适掺量一般比传统速凝剂大。随着湿法喷射技术发展和应用，速凝剂研发的方向也随之转向液体速凝剂，我国从20世纪末开始研究低碱液体速凝剂。开始的液体速凝剂主要成分是碱金属铝酸盐和有机增强相，如HL-801型、GK型液体速凝剂。之后液体速凝剂的研究方向是降低碱含量、提高混凝土后期强度，所用原料的品种也开始多样化。以水玻璃型和铝酸钠型为代表的高碱液体速凝剂对混凝土后期强度有一定不利影响，喷射混凝土回弹率高；同时碱性液体速凝剂的应用会带来恶化施工环境、腐蚀现场设施、影响施工者健康以及产生碱集料反应，降低耐久性等负面作用。以硫酸铝型为代表的无(低)碱速凝剂具有28d强度损失小、无碱无氯、安全环保和高耐久性等优点；但也存在掺量大、与水泥和其他外加剂以及工作环境适应性不稳定、促凝时间不稳定等需要解决的问题。此外无碱液体速凝剂可以以分散或溶液的形式存在，为达到促凝目的首先要保证分散体系高活性物质的含量，其次要保证溶液的稳定性，使得溶解的速凝剂成分不沉淀、结晶或形成凝胶。US8075688132专利技术一种以氧化铝、硫酸、氟化物、硅酸镁或高岭土做稳定剂的液体速凝剂，能在混泥土中较好的分散，促进凝结。EP0946451B1专利技术的一种液体速凝剂，以氢氧化铝、铝盐和有机羧酸为主要成分的液体速凝剂可以更容易地混合到混凝土中，但这类速凝剂在溶液中不稳定。AU2010227009A1在此基础上加入二乙醇胺、硅溶胶分别起到促进流动和稳定的作用。US9242904B2专利技术了一种用多种形式(液态、固态或粉末)聚合物醋酸乙烯酯或其共聚物改性铝盐、铝酸盐、碱金属硅酸盐速凝剂，从而达到多种聚合物与速凝剂成分在溶液中同时稳定存在。EP0812812B1公开了具有高活性物质含量的无碱加速剂分散剂，使用硫酸铝和至少一种烷醇胺和无机稳定剂硅酸镁，避免了添加酸或烷烃类容易渗出污染水体的材料，但早期强度仍需改善。US20160023950A1专利技术了一种硫酸铝、二乙醇胺、氢氧化铝、羧酸、硅酸镁稳定剂为主要成分的速凝剂也可以达到较好的速凝效果。喷射混凝土中细骨料的比例大，导致碱骨料反应的概率很高，在固化后会有产生裂缝的风险，从而损害了混凝土的耐久性，使用不会导致碱聚合反应或使用低碱式水泥的骨料很难完全避免这个问题。US7662230B2专利技术了一种硫酸铝和氢氟酸、氢氧化铝和一种或多种锂盐(锂的氢氧化物、碳酸锂和硫酸锂)组成的液体速凝剂，凝结时间与对强度的影响满足要求外，具有低温贮藏稳定性和对碱骨料反应的抑制作用。以上速凝剂都是通过改变水泥水化过程达到速凝效果，本专利技术借助互穿网络原理，有机高分子单体融入水泥浆体内部，在引发剂的作用下被激发，自聚生成长链结构；由于交联剂的存在，高分子链与链发生交联，形成了体型的网络结构，形成高分子网络结构使水泥初凝时间缩短；后期水泥继续水化凝固形成互穿网络结构达到增强的效果。有机物中的活性基团与水化产物发生化学键和作用，改善了水化产物界面之间的结合，提高了抗折强度；生成的高分子链同时具有增稠和降尘减弹等效果；此类速凝剂与多种高效减水剂适应性良好。
技术实现思路
本专利技术是一种高效环保的，与各种水泥适应性良好，通过聚合反应与水泥形成互穿网络结构从而提高喷射混凝土韧性的有机聚合物速凝剂。为达到上述目的本专利技术采用如下技术方案：一种新型液体低碱速凝剂，以重量份数计，该速凝剂的制备原料包括：所述的聚合物单体为丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸；所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺。所述氧化还原复合引发体系的引发剂和催化剂配伍为过氧化氢-亚铁盐类、过硫酸盐-亚铁盐类、过硫酸盐-亚硫酸盐类，还原剂是亚硫酸盐、雕白粉、硫代硫酸盐、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、VC。所述丙烯酰胺为分子式C3H5NO，分子量71.08。所述N-异丙基丙烯酰胺分子式C6H11NO，分子量113.16。甲基丙烯酰胺分子式为C4H7NO，分子量85.1。丙烯酸分子式为C3H4O2，分子量72.06。N,N-亚甲基双丙烯酰胺分子式为C7H10N2O2，分子量154.17。N-羟甲基丙烯酰胺结构式CH2＝CHCONHCH2OH，分子式为C4H7NO2，分子量101.10。所述过硫酸盐包括过硫酸钾(分子式K2S2O8，分子量270.32)或过硫酸铵(分子式(NH4)2S2O8，分子量228.201)，亚硫酸盐包括亚硫酸钠(分子式Na2SO3，分子量126.04)或亚硫酸氢钠(分子式NaHSO3，分子量104.06)，亚铁盐是硫酸亚铁(分子式Fe2SO4·7H2O，分子量278.02)，硫代硫酸钠(分子式Na2S2O3·5H2O)，所述N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(化学式(CH3)2NCH2CH2N(CH3)2，分子量116.21)，VC(分子式C6H8O6，分子量176.12)。本专利技术新型液体低碱速凝剂制备方法包括以下几点步骤：①称水160ml，分成100ml、40ml、20ml的三份置于烧杯中；②称取聚合物单体、交联剂、引发剂、催化剂，并将单体和交联剂溶于100毫升烧杯中，引发剂溶于40毫升烧杯中，催化剂溶于20毫升烧杯中，待用；参照胶砂、混凝土强度试验国家标准，依照标准的水灰比称取水泥，倒入净浆搅拌机的搅拌锅中，随后依次倒入有单体和交联剂溶液、引发剂溶液、催化剂溶液，搅拌混合20-40秒，迅速将浆体倒入模具进行后期测试。有机高分子单体融入水泥浆体内部，在引发剂的作用下被激发，具有了单体活性，自聚生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成互穿网络结构液体低碱速凝剂的制备方法，其特征在于以聚合物单体作为有机组份，添加到水泥中，单体在引发剂和催化剂作用下原位聚合以及水泥持续水化硬化从而形成互穿网络结构；原料为以下重量份数比的组份：

【技术特征摘要】
1.一种形成互穿网络结构液体低碱速凝剂的制备方法，其特征在于以聚合物单体作为有机组份，添加到水泥中，单体在引发剂和催化剂作用下原位聚合以及水泥持续水化硬化从而形成互穿网络结构；原料为以下重量份数比的组份：聚合物单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或丙烯酸。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子明，张琳，王亚丽，崔素萍，刘晓，毛倩瑾，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11