一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于速凝剂制备领域，具体涉及一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂及其制备方法，混凝土速凝剂包括以下重量百分比的组分：自制硫酸铝溶液70‑75％，活性氢氧化铝3‑8％，亚甲基二萘磺酸钠0.2‑0.6％，有机醇胺3‑6％，磺基甜菜碱0.1‑0.3％，余量为去离子水；其中，自制硫酸铝溶液为废旧易拉罐粉磨所得的铝渣粉与50％硫酸溶液按质量比1:13～16反应后经过滤制得。本发明专利技术以废旧易拉罐粉磨所得的铝渣粉与硫酸溶液反应后经过滤制得的硫酸铝溶液为主要原料，除具有常规促凝成分硫酸铝外，微米级碳化颗粒可作为晶种促进生成水化产物，从而加快水泥浆体稠化，填补颗粒间孔隙，提高早期强度。

A concrete accelerator with waste aluminum cans as raw material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂及其制备方法
本专利技术涉及速凝剂制备领域，具体涉及一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂及其制备方法。
技术介绍
在建筑领域，混凝土速凝剂应用广泛，它是一种能够加快混凝土凝结和硬化速度的一种化学外加剂。早期的速凝剂主要由铝酸盐、碳酸盐等组成，碱含量较高，存在浆体后期硬化强度损失大等缺陷；因而，近年来无碱液态速凝剂成为主流的主要方向。目前，国内外多采用有机无机复合的方法来研制性能更优越的无碱液体速凝剂，其中有机成分主要包括各种醇胺、酰胺、有机醇、羧酸等，无机成分主要以硫酸铝、铝酸盐为主。如中国专利号CN201910659832.7公开了一种早高强复合无碱液体速凝剂、制备方法及喷射混凝土；其无碱液体速凝剂包括以下组分：硫酸铝：45％～55％；活性氢氧化铝：5％～10％；氟化盐：5％～10％；醇胺：1.5％～4％；聚丙烯酰胺：0.5％～1％；有机减水剂：1％～3％；稳定剂：0.8％～1％；水：25％～35％。但是此配方中氟化盐含量过大，导致氟离子含量过大，氟离子若从混凝土中流出，将会污染地下水资源，会对人体的健康产生巨大的负面影响，且该无碱液体速凝剂存在混凝土早期强度低，且长期稳定性差的问题。另有中国专利号CN201611119241.3公开了一种水泥速凝剂及其制备方法，该液体速凝剂的原料组成为：硫酸铝：50～70％，磷酸：1～7％，酰胺：1～5％，氢氧化铝：1～10％，醇胺：1～8％，硅酸盐：1～5％，其余为水。但是该水泥速凝剂的掺量超过7％，在掺量高达9％时，初凝和终凝时间仍较长，分别超过2min20s和7min20s，且随着硫酸铝、硅酸盐、磷酸、氢氧化铝等主要组分含量的变化，初凝和终凝时间以及早期强度和后期强度波动范围大，产品性能不稳定。其次，上述速凝剂的主要原材料-硫酸铝均是采用市售的工业级原料，而工业生产硫酸铝是由铝土矿和硫酸加压反应，滤去不溶物再结晶制得，整个制备过程能耗高、原材料利用率低，且材料成本高，不利于市场推广使用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，同时提供了该混凝土速凝剂的制备方法；本专利技术以废旧易拉罐粉磨所得的铝渣粉与硫酸溶液反应后经过滤制得的硫酸铝溶液为主要原料，除具有常规促凝成分硫酸铝外，微米级碳化颗粒可作为晶种促进生成水化产物，从而加快水泥浆体稠化，填补颗粒间孔隙，提高早期强度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，包括以下质量分数的原料：自制硫酸铝溶液70-75％，活性氢氧化铝3-8％，亚甲基二萘磺酸钠0.2-0.6％，有机醇胺3-6％，磺基甜菜碱0.1-0.3％，余量为去离子水；其中，自制硫酸铝溶液为废旧易拉罐粉磨所得的铝渣粉与50％硫酸溶液按质量比1:13～16反应后经过滤制得。采用上述的技术方案：先采用预处理对废旧铝制易拉罐破碎粉磨成一定细度的铝渣粉，粉磨作用会破坏表面有机质漆层、增大颗粒的比表面积，提高后续酸溶解处理的化学反应活性；铝渣粉和过量的高浓度硫酸溶液(质量浓度，wt)在高温下反应，表层的有机质漆层会逐步碳化，形成微小的碳化颗粒悬浮于硫酸溶液中；之后有机质漆层内部的金属铝逐步溶解，同时排出氢气，最后过滤较大的废渣得到自制硫酸铝溶液，而所过滤的废渣可以重复酸溶解步骤，以提高金属铝的溶出度。将自制硫酸铝溶液用于速凝剂中，自制硫酸铝溶液中除了具有高浓度的促凝组分硫酸铝外，还含有一定量微米级碳化颗粒，能增加固体颗粒的比表面积，吸附更多水分子，也可作为晶种促进生成水化产物，从而加快水泥浆体稠化，填补颗粒间孔隙，提高早期强度。速凝剂中的活性氢氧化铝，一方面用于中和过量的硫酸，调整体系pH至1.8-2.3；另一方面可以提高速凝剂中氧化铝百分比，而氧化铝百分比和速凝剂的促凝效果正相关。速凝剂中的亚甲基二萘磺酸钠为阴离子表面活性剂，对强酸、强碱稳定，具有良好的润湿性能，可以增大水化反应体系中水化膜的破裂几率和程度，促使钙离子、铝离子溶解速率加快，且亚甲基二萘磺酸钠中含有电负性强的磺酸基，可络合金属阳离子，增大铝离子和钙离子的溶解度和分散性，使得反应体系中有效量的铝离子、钙离子增多，高含量铝离子、钙离子引起的化学不平衡促进早期水化产物的生成，从而增强速凝的效果。速凝剂中的磺基甜菜碱为两性离子表面活性剂，对强酸、强碱稳定，分子结构中含有大量的羟基、磺酸基、季铵盐阳离子等可以与水形成氢键，具有良好的增稠作用，有利于提高速凝剂的稳定性。亚甲基二萘磺酸钠和磺基甜菜碱复配，亚甲基二萘磺酸钠的疏水链较易插入到磺基甜菜碱的碳链中，形成稳定的三维网络空间结构，一方面使金属阳离子分散性得到改善，一方面有良好的增稠效应，在较低的添加量下即可提高体系粘度，增加硫酸铝析晶的阻力，应用于喷射混凝土时，有利于减少回弹损失。因此，适量的加入亚甲基二萘磺酸钠和磺基甜菜碱不仅改善速凝剂久置和低温稳定性，还可加速水泥浆体稠化，缩短凝结时间；但实验发现，过多的掺加会显著影响水泥的1d强度发展。进一步的，所述铝渣粉与50％硫酸溶液的反应温度为60±2℃。高温反应有利于碳化颗粒的生成，提高碳化颗粒的生成量。进一步的，所述铝渣粉与50％硫酸溶液反应完成后，反应液经高速剪切分散，之后过滤制得自制硫酸铝溶液。在高速剪切搅拌下，碳化颗粒成为微米级的颗粒悬浮于溶液中，有利于提高其比表面积和成核作用。进一步的，所述亚甲基二萘磺酸钠与磺基甜菜碱的质量比为2：1。进一步的，所述磺基甜菜碱为十二烷基磺丙基甜菜碱、羟丙基磺基甜菜碱、烷基酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种。进一步的，所述的有机醇胺为三乙醇胺、二乙醇胺和乙二醇单异丙醇胺的一种，含量≥85％。醇胺应用于速凝剂中时，可调节pH值，且提高硫酸铝的溶解度和低温稳定性；其在水泥中时，不仅能加速水泥中铝酸三钙的离子溶出速率和水化反应，促进水泥快速凝结，而且会缩短硅酸三钙的水化诱导期，具有一定促进早期强度发展的作用。进一步的，所述废旧铝制易拉罐中铝含量≥95％。进一步的，所述铝渣粉的目数为50～100。进一步的，所述活性氢氧化铝为非晶态的氢氧化铝，即水合氧化铝烘干制备而得，易溶解于酸。进一步的，所述的亚甲基二萘磺酸钠为工业级，含量≥98％，所述的磺基甜菜碱为工业级，固含量≥50％。本专利技术还公开了上述一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂的制备方法，包括如下步骤：S1、预处理：将回收的废旧铝制易拉罐粉磨破碎成为目数为50～100的铝渣粉；废旧铝制易拉罐内外表面存在有机物喷漆、氧化物钝化层等表层，显著阻断降低了其化学反应活性，若要提高其反应活性和回收效率，需将废旧铝制易拉罐进行破碎粉磨预处理，增加其比表面积，破坏表层的喷漆或钝化层等，制备成一定细度的铝渣粉；S2、酸溶解：将50％硫酸溶液加热至温度为60±2℃，随后加入铝渣粉，所述铝渣粉与50％硫酸溶液的质量比1:13～16，常压反应2-4h，直至剩余铝渣粉上不再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，包括以下质量分数的原料：自制硫酸铝溶液70-75％，活性氢氧化铝3-8％，亚甲基二萘磺酸钠0.2-0.6％，有机醇胺3-6％，磺基甜菜碱0.1-0.3％，余量为去离子水；/n其中，自制硫酸铝溶液为废旧易拉罐粉磨所得的铝渣粉与50％硫酸溶液按质量比1:13～16反应后经过滤制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，包括以下质量分数的原料：自制硫酸铝溶液70-75％，活性氢氧化铝3-8％，亚甲基二萘磺酸钠0.2-0.6％，有机醇胺3-6％，磺基甜菜碱0.1-0.3％，余量为去离子水；
其中，自制硫酸铝溶液为废旧易拉罐粉磨所得的铝渣粉与50％硫酸溶液按质量比1:13～16反应后经过滤制得。


2.如权利要求1所述的以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，所述铝渣粉与50％硫酸溶液的反应温度为60±2℃。


3.如权利要求1所述的以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，所述铝渣粉与50％硫酸溶液反应完成后，反应液经高速剪切分散，之后过滤制得自制硫酸铝溶液。


4.如权利要求1所述的以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，所述亚甲基二萘磺酸钠与磺基甜菜碱的质量比为2：1。


5.如权利要求1所述的以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，所述磺基甜菜碱为十二烷基磺丙基甜菜碱、羟丙基磺基甜菜碱、烷基酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种。


6.如权利要求1所述的以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，所述的有机醇胺为三乙醇胺、二乙醇胺和乙二醇单异丙醇胺的一种，含量≥85％。


7.如权利要求1所述的以废旧铝制易拉罐为原料的混凝土速凝剂，其特征在于，所述废旧铝制易...

【专利技术属性】
技术研发人员：董耀武，代柱端，陈健，周晓阳，
申请(专利权)人：武汉优城科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42