一种抗冻早强型无碱液体速凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗冻早强型无碱液体速凝剂及其制备方法。本发明专利技术所述速凝剂由调凝组分、增溶组分与防冻早强组分混合组成；所述调凝组分包括硫酸铝、氟硅酸盐、醇胺、稳定剂及水，所述增溶组分包括氨基酸及水，所述防冻早强组分包括硝酸盐、磺酸及水。本发明专利技术所述速凝剂通过降低速凝剂溶剂“水”的冰点，抑制铝离子水解为氢氧化铝凝胶沉淀，提高硫酸铝等无机盐的溶解稳定性，使其在低温环境中不冻结失效，免除了其运输与存储过程中的保温需求；本发明专利技术采用硝酸盐改善水泥水化液相离子构成，促进水化产物的形成；同时，磺酸可降低钙矾石抑制水泥水化的缓凝效果，促进水泥矿物的水化；两者协同作用，加速了水泥的凝结硬化进程，实现了其低温下快硬早强的效果。其低温下快硬早强的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种抗冻早强型无碱液体速凝剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种抗冻早强型无碱液体速凝剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]喷射混凝土具有工艺简捷、施工效率高、支护效果好、适应性强、经济效益显著等诸多优点，被广泛应用于矿井巷道与地下空间、水利电力、建筑结构补强与加固等大型工程建设。速凝剂赋予了水泥混凝土快速凝结硬化的特性，在喷射混凝土中起着决定性作用。目前，速凝剂按状态可分为粉体与液体，按碱含量可分为有碱、低碱和无碱，其中无碱液体速凝剂能够显著降低施工环境粉尘含量，且具有生产使用安全环保、凝结硬化快、强度保证率高、无碱集料危害等优点，是当前速凝剂研究开发应用的重要方向之一。
[0003]然而，我国幅员辽阔，高纬度与高海拔区域极易出现低温环境，如哈尔滨地区2018年1月份月最低气温不大于-20℃，低温极易导致速凝剂冰冻-结晶-沉淀，给其运输与存储带来严峻的挑战。无碱液体速凝剂采用高温水热合成制得，低温冰冻、结晶导致体系稳定性破坏，通过二次加热可使冰冻融化，但其有效成分难以再次完全溶解，导致调凝促硬性能降低。提高速凝剂自身的防冻能力，能降低其运输与存储过程中的保温需求，保障其凝结硬化效能的发挥，是其推广应用的关键问题之一。此外，低温环境中，如0℃时，水开始结冰，水泥混凝土的水化速率降低，凝结硬化效果变差，强度发展速率减缓。对于低温环境中的喷射混凝土，如何使其快速由“凝”向“硬”转变，实现快凝早强，也是无碱液体速凝剂研究开发的重要方向之一。
[0004]当前，在保障无碱液体速凝剂凝结硬化性能的同时，相关研究者对其抗冻性与早强性进行了研究。专利CN107840593A“一种喷射混凝土用早强型液体无碱速凝剂”采用醇胺、甘油和2-羟基丙酸复合改性用于提高速凝剂的促凝和早强性能，但该产品不具备防冻效果。专利CN110002781A“一种具有低温稳定与早强功能的液体速凝剂专用改性材料”采用乙二醇、丙三醇或其任意比例混合物作为防冻剂，但低碳醇丙三醇、乙二醇等延缓水泥水化进程，影响早期强度发展(闾文.低碱液态水泥速凝剂的合成和性能研究[D].2007.)，且未明确该速凝剂的低温早强效果。专利CN107298540A“一种抗冻型无碱速凝剂及其制备方法与应用”采用糊化可溶性淀粉作为防冻剂的主要组分，糊化后的淀粉吸附于水泥颗粒表面，抑制了石膏延缓铝酸盐矿物水化的能力，但水泥颗粒被吸附后其水化进程也受到阻碍，早期强度必然降低。此外，专利CN110002781A与CN107298540A中速凝剂的抗冻性均为速凝剂冻结后再溶解性能的评价，而非速凝剂低温不冻结性能，其评价标准与实际需求功能不相符。
[0005]文献调研铝相性能及无碱速凝剂制备过程发现，常温环境中无碱液体速凝剂中的硫酸铝等无机盐处于过饱和状态，采用络合、酸化或插层润湿等措施实现体系稳定存在。低温环境中，水结冰冻结，硫酸铝等无机盐溶解稳定性降低，体系稳定性遭到破坏，进而结晶、沉淀；水结冰后，水泥熟料矿物不能进行有效的水化，早期强度降低。因此，要提升无碱速凝
剂的抗冻早强性能应从降低溶剂“水”的冰点与提升硫酸铝等无机盐的溶解稳定性两个角度开展研究。

技术实现思路

[0006]针对低温环境下无碱液体速凝剂稳定性降低及其喷射混凝土早期强度低的问题，本专利技术提供一种抗冻早强型无碱液体速凝剂及其制备方法，可操作性强，可提升无碱速凝剂的低温抗冻与早强性能。
[0007]本专利技术研究者通过速凝剂制备及其调节水泥水化的研究发现，氨基酸具备酸碱两性特征，可络合铝离子，调控过饱和硫酸铝溶解一结晶-沉淀过程；氨基酸络合铝离子形成三维结构，抑制铝离子水解为氢氧化铝凝胶沉淀，进而提高体系稳定性。硝酸盐的水溶液具有更低的共熔温度，降低水的冰点，保证低温下溶剂“水”的液相特征；同时，硝酸盐可提高水泥水化所需的离子种类，促进水化产物的形成，加快水泥矿物水化进程，提高其强度；磺酸可调控钙矾石的结构形式，进而降低其吸附延缓水泥熟料矿物水化的效果。多重因素协同作用，提高低温下速凝剂的抗冻早强性能。
[0008]本专利技术提供一种抗冻早强型无碱液体速凝剂，由调凝组分、增溶组分与防冻早强组分混合组成，其中，增溶组分质量占比为2～5％，防冻早强组分质量占比为15～20％，余量为调凝组分；
[0009]所述调凝组分由以下成分按质量比组成：
[0010][0011]其余为水，
[0012]上述各组分质量比之和为100％；
[0013]所述增溶组分由以下成分按质量比组成：
[0014]氨基酸
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40％～50％，
[0015]其余为水，
[0016]上述各组分质量比之和为100％；
[0017]所述防冻早强组分由以下成分按质量比组成：
[0018]硝酸盐
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20％～30％，
[0019]磺酸
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5％～10％，
[0020]其余为水，
[0021]上述各组分质量比之和为100％。
[0022]所述氟硅酸盐为氟硅酸镁、氟硅酸钠、氟硅酸钾中的任意一种或几种组成。
[0023]所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙烯三胺、氨基乙基乙醇胺中的任意一种或几种组成。
[0024]所述稳定剂为改性水合硅酸镁、改性偏高岭土、改性硅藻土中的任意一种或几种组成。
[0025]所述氨基酸为谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸中的任意一种或几种组成。
[0026]所述硝酸盐为硝酸锂、硝酸铍、硝酸铋中的任意一种或几种组成。
[0027]所述磺酸为甲磺酸、苯磺酸、氨基磺酸中的任意一种或几种组成。
[0028]本专利技术提供了所述抗冻早强型无碱液体速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)调凝组分的制备：将硫酸铝、氟硅酸盐、醇胺与水混合，在温度70～80℃的条件下，保温1～3h；降温至40～50℃后加入稳定剂混合均匀即得调凝组分；
[0030](2)增溶组分的制备：将氨基酸与水混合，在温度40～50℃的条件下，保温搅拌0.5～1h即得所需的增溶组分；
[0031](3)防冻早强组分的制备：将硝酸盐、磺酸与水混合，在温度40～50℃的条件下，保温搅拌0.5～1h即得所需的防冻早强组分；
[0032](4)在温度40～50℃的条件下，将步骤(2)、(3)组分按比例依次加入至步骤(1)调凝组分中，混合均匀降温即得所述的抗冻早强型无碱液体速凝剂。
[0033]本专利技术的有益效果如下：
[0034](1)本专利技术提供的抗冻早强型无碱液体速凝剂，通过降低无碱液体速凝剂溶剂“水”的冰点，抑制铝离子水解为氢氧化铝凝胶沉淀，提高硫酸铝等无机盐的溶解稳定性，使其在低温环境中不冻结失效，免除了其运输与存储过程中的保温需求；
[0035](2)本专利技术提供的抗冻早强型无碱液体速凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗冻早强型无碱液体速凝剂，其特征在于：由调凝组分、增溶组分与防冻早强组分混合组成，其中，增溶组分质量占比为2～5％，防冻早强组分质量占比为15～20％，余量为调凝组分；所述调凝组分由以下成分按质量比组成：上述各组分质量比之和为100％；所述增溶组分由以下成分按质量比组成：氨基酸
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40％～50％，其余为水，上述各组分质量比之和为100％；所述防冻早强组分由以下成分按质量比组成：硝酸盐
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20％～30％，磺酸
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5％～10％，其余为水，上述各组分质量比之和为100％。2.根据权利要求1所述的一种抗冻早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述氟硅酸盐为氟硅酸镁、氟硅酸钠、氟硅酸钾中的任意一种或几种组成。3.根据权利要求1所述的一种抗冻早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙烯三胺、氨基乙基乙醇胺中的任意一种或几种组成。4.根据权利要求1所述的一种抗冻早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述稳定剂为改性水合硅酸镁、改性偏高岭土、改...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爽，乔敏，王伟，张小磊，曾鲁平，洪锦祥，冉千平，
申请(专利权)人：博特新材料泰州有限公司新疆苏博特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：