一种无碱无氟液体速凝剂及制备方法技术

本发明专利技术属于混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种无碱无氟液体速凝剂及制备方法；所述的速凝剂是由聚合硫酸铝、硫酸镁、二乙醇胺和乙二醇四种成分的母液配合添加改性二氧化硅、消泡剂和分散剂，形成了无碱无氟环保的液体速凝剂，该速凝剂的优选配比为聚合硫酸铝53

【技术实现步骤摘要】
一种无碱无氟液体速凝剂及制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土外加剂
，特别涉及一种无碱无氟液体速凝剂及制备方法。

技术介绍

[0002]在隧道施工中，使用喷射混凝土对围岩进行加固是常用的方法。喷射混凝土根据施工方式不同可以分为湿喷或干喷的方法。随着我国对喷射混凝土质量和作业环境要求的提高，未来干喷混凝土技术必将被湿喷混凝土技术淘汰，所以对优质液体速凝剂的需求量也会越来越大。
[0003]液体速凝剂目前使用的以碱性速凝剂居多，传统碱性液体速凝剂是以水玻璃(硅酸盐)为主要组分，再加入重铬酸钾、三乙醇胺等制备而成。这类速凝剂的碱含量高达25％，腐蚀性极强，同时其对混凝土后期强度损失极大，且其价格昂贵。以铝酸钠(钾)和有机增强剂为主要组分的低碱液体速凝剂可以将碱含量降低至10％～20％，为了使碱含量更低，研究者对低碱液体速凝剂进行改性研究，常用的改性剂有硫酸铝和氟化钠等。
[0004]但碱性液体速凝剂始终无法避免引入碱金属带来的一系列问题。碱金属所导致的问题主要是以下三个：一是较高的碱含量会对砂浆混凝土的后期强度造成损失。二是引入的碱容易引起碱集料反应，使混凝土容易产生膨胀破坏的不良现象，对混凝土的长期耐久性有不利影响。三是碱性速凝剂的腐蚀性强，容易损伤施工作业人员的呼吸系统、眼睛等重要器官，对人体危害极大。
[0005]另外，在液体速凝剂原材料的选择上，大量含氟化合物被大量使用，如氢氟酸、氟化钠、氟硅酸镁、氟化镁铝等。但是氟化物的存在除了会导致混凝土早期强度发展缓慢之外，含氟速凝剂在生产和应用过程中对人体及环境的危害亦不容小觑，人体氟蓄存量过高时会导致中毒，轻则导致氟斑牙，重则出现氟骨癌。
[0006]目前无碱(低碱)型液体速凝剂的研发及应用存在的主要问题仍然是促凝效能，储存稳定性以及适应性之间的矛盾。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的无碱/低碱液体速凝剂的促凝效果差，掺量较大，稳定性低的技术缺陷，通过对无碱无氟液体速凝剂组分设计、液体速凝剂的合成制备、无碱无氟液体速凝剂稳定性和适应性控制、液体速凝剂促凝控制、无碱无氟液体速凝剂工程应用技术等方面进行研究，从无碱无氟液体速凝剂组分优选出发，提供一种稳定性良好、强度保留率高的新型无碱无氟液体速凝剂及制备方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种无碱无氟液体速凝剂，该速凝剂包括以下质量百分比的原料：
[0010]聚合硫酸铝50
‑
60％，二乙醇胺4
‑
8％，硫酸镁1
‑
5％，乙二醇1
‑
4％，改性剂2
‑
5％，余量用水补至100％；
[0011]所述改性剂为改性二氧化硅；所述改性二氧化硅是以纳米二氧化硅为基体，采用硅烷偶联剂与所述纳米二氧化硅进行聚合作用而得。
[0012]本领域技术人员公知的增加必要的碱含量可以加快混凝土的凝结水化，满足初凝时间和终凝时间的技术要求。当不引入碱时，如何保证水泥净浆凝结时间的要求是一个技术难点；而氢氟酸或其他氟化物能够有效提高铝离子的溶解度，从而达到促凝、储存稳定的效果。选取何种稳定剂替代氟化物，才能既保证液体速凝剂的促凝效果，又能实现速凝剂的长久性稳定储存；本专利技术对液体速凝剂的碱含量做了较严格的技术要求，具体的提供一种复配组合物，其中以聚合硫酸铝为主要促凝剂，二乙醇胺、乙二醇作为络合剂，配合硫酸镁、改性二氧化硅作为早强剂，三者按照一定的比例复配得到具有较好速凝效果的无碱无氟液体速凝剂，该复配组合物结合了各组分的技术优点；使得水泥凝结的时间显著的缩短，同时保证了速凝剂的稳定性处于较高的水准。具有长时间不分层，不沉淀抗压强度好的特点；并对市面上的多种水泥产品均有良好的适应性。
[0013]作为主要速凝成分，硫酸铝中的铝离子可以与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等产物，使水泥浆体产生凝结。因此，要满足水泥的速凝要求，则必须增大Al2(SO4)3溶液的用量，以达到水泥水化环境中有足够的铝离子含量，但Al2(SO4)3溶液的用量过高会对速凝剂稳定性产生不利影响，Al2(SO4)3用量越大，速凝剂稳定性越差；优选的，所述聚合硫酸铝占速凝剂的比值为53
‑
57％；
[0014]本专利技术无碱无氟液体速凝剂的制备主要以醇胺为主要促溶组分来促进硫酸铝的溶解，利用络合反应改善液体速凝剂内部粒子相互作用状态，达到速凝效果。专利技术人通过对二乙醇胺进行不同比例的掺量实验发现，提高稳定性；但是随着掺量不断增加，虽然不会降低砂浆的后期强度，但对早期强度的却极为不利，故需要平衡二乙醇胺的添加用量比例，控制在适宜的范围内。
[0015]与二乙醇胺一样，乙二醇主要作为促溶组分来促进硫酸铝的溶解，增大硫酸铝在水溶液中的浓度，在对乙二醇单用掺量进行研究的过程中发现：随着乙二醇掺量增加，水泥净浆凝结时间与稳定性曲线呈现先减少后延长的趋势，在乙二醇掺量为2％时，无碱无氟液体速凝剂的作用效果最好，但是凝结时间无法达到国家标准中速凝剂合格品的标准。
[0016]为了弥补二乙醇胺与乙二醇两种材料自身存在的缺陷，本专利技术通过实验研究发现：两种材料之间协同，通过调节其比例，能有效的缩短速凝剂凝结时间。将二乙醇胺与乙二醇进行配合协同来提高速凝剂的稳定性，作为本专利技术的优选方案，所述二乙醇胺与乙二醇的比值为(4
‑
8)：1；优选的，所述二乙醇胺的掺量占速凝剂的比值为4
‑
5％。
[0017]通过进一步的研究硫酸镁在速溶剂中的不同掺入量对水泥的性能实验发现，硫酸镁的加入可加速C3S的水化，使水泥获得较高的早期强度。优选的，七水硫酸镁的最佳掺量范围为速凝剂总量的2％
‑
2.5％。
[0018]更优选的，该速凝剂包括以下重量份的原料：
[0019]聚合硫酸铝53
‑
57％、二乙醇胺4
‑
6％、硫酸镁2
‑
3％、乙二醇1
‑
2％。
[0020]在对该复配组合物进行研究的过程中发现，专利技术人经过大量优化实验意外的发现液体速凝剂的最佳配比，将聚合硫酸铝、二乙醇胺、硫酸镁、乙二醇这4个组分与水配制得到的母液按照7％的掺量进行水泥净浆凝结时间、水泥胶砂抗压强度等测定时，分别对初凝时间、终凝时间、1d抗压强度、28天抗压强度、28天抗压强度等指标进行研究复配优化。通过尝
试多种改性剂进行不同的掺量实验发现，纳米二氧化硅对砂浆早期强度的提升具有明显作用，优选的，纳米二氧化硅在母液的掺量在2％
‑
3％，纳米二氧化硅在碱性条件下，具有很强的水化特性，同时较小的颗粒粒径可以起到极好的填充作用，使砂浆和混凝土结构变得更为密实。
[0021]作为本专利技术的优选方案，所述改性剂具体按照如下方式进行改性：
[0022]以纳米二氧化硅为基体，采用硅烷偶联剂对纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体速凝剂，其特征在于，各组分质量百分比如下：聚合硫酸铝50
‑
60％，二乙醇胺4
‑
8％，硫酸镁1
‑
5％，乙二醇1
‑
4％，改性二氧化硅2
‑
5％，余量用水补至100％；所述改性二氧化硅是以纳米二氧化硅为基体，采用硅烷偶联剂与所述纳米二氧化硅进行聚合反应而得。2.根据权利要求1所述的液体速凝剂，其特征在于，各组分质量百分比如下：聚合硫酸铝53
‑
57％；二乙醇胺4
‑
6％；硫酸镁2
‑
3％；乙二醇1
‑
2％；改性二氧化硅2
‑
4％，余量用水补至100％。3.根据权利要求1所述的液体速凝剂，其特征在于，所述二乙醇胺与乙二醇的比值为(4
‑
8)：1。4.根据权利要求2所述的液体速凝剂，其特征在于，所述改性二氧化硅具体按照如下方式改性得到：以纳米二氧化硅为基体，采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行改性，同时加入稀硫酸促进硅烷偶联剂中羟基与二氧化硅产生聚合反应，将反应之后的溶液放置于超声分散仪3
‑
5min，即得所述改性纳米二氧化硅；所述改性二氧化硅的粒径为5
‑
15nm。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，李学友，王林，王莉，肖平，
申请(专利权)人：中铁二局第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：