一种无氟型高早强液体无碱速凝剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种无氟型液体无碱速凝剂及制备方法和应用，该无氟型液体无碱速凝剂包括如下重量份数的原料：硫酸铝450～600份、稳定剂5～20份、有机络合激发剂25～150份、醇胺20～100份、有机醇0～10份、早强剂10～75份、中和剂0～10份及去离子水。其中有机络合激发剂为不饱和酰胺、不饱和硅烷和不饱和磺酸单体经氧化还原引发聚合而得的高分子多元共聚物。本发明专利技术提供的液体无碱速凝剂具有6h和1d抗压强度发展迅速的特性，同时兼具无氟无氯、稳定性好、掺量低、凝结快、后期强度保留率高等特点，可广泛应用于铁路隧道、矿山巷道支护、修复加固和防水堵漏等工程建设中。固和防水堵漏等工程建设中。固和防水堵漏等工程建设中。

【技术实现步骤摘要】
一种无氟型高早强液体无碱速凝剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及建筑材料添加剂
，尤其涉及一种无氟型高早强液体无碱速凝剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着交通隧道、矿山巷道支护、修复加固和防水堵漏等工程的大量建设，具有快速凝结硬化功能的速凝剂成为现代喷射混凝土必不可少的外加剂。目前，湿法喷射混凝土使用的液体速凝剂主要以有碱速凝剂和无碱速凝剂为主。传统碱性速凝剂虽能满足喷射混凝土施工要求，但因其碱含量高、腐蚀性强，易引起碱骨料反应，存在后期强度损失大、耐久性差、喷射回弹量高、粉尘污染严重等诸多问题。液体无碱速凝剂克服了有碱速凝剂存在的弊端，具有施工环境友好、回弹量低、硬化混凝土收缩小及后期强度高等优势。近年来，液体无碱速凝剂已得到了广泛的研究和推广应用。
[0003]然而，目前市场上的液体无碱速凝剂仍存在稳定性差、掺量高、1d抗压强度低、碱含量超标、使用氢氟酸(HF)、氟硅酸(H2SiF6)或氟硅酸盐等含氟有毒原料等一系列问题。专利CN 201210495755.4公开了一种液体无碱速凝剂，其主要成分为硫酸铝、硫酸镁和氟硅酸镁，该含氟液体速凝剂掺量低、速凝效果好，但大量氟离子的引入使得其在水泥水化初期易形成CaF2，造成对水泥颗粒的包裹，阻碍了C3S的水化，导致水泥石早期强度偏低，6h强度更是远达不到；专利CN 109180053A公开了一种低回弹早强型液体无碱速凝剂及其制备方法，其原料组分配比为改性硫酸铝溶液60
‑
80％，氧化石墨烯0.5
‑
3％，稳定剂1
‑
5％，性能调节剂1
‑
5％，渗透剂0.5
‑
3％，pH缓冲剂0.1
‑
1％，余量为水。为了防止液体长期存放发生分层沉淀现象，该液体无碱速凝剂使用了乙二胺四乙酸、柠檬酸、水杨酸、磷酸等对水泥水化具有缓凝作用的有机/无机酸类稳定剂，不利于胶砂6h抗压强度的发展。
[0004]随着中国国家铁路集团有限公司企业标准Q/CR 807
‑
2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》正式实施，其对液体无碱速凝剂的性能提出了高于GB/T35159
‑
2017《喷射混凝土用速凝剂》的要求。例如：要求氟离子含量≤0.05％，砂浆6h抗压强度≥1.0MPa，1d抗压强度≥10MPa等指标。
[0005]因此，亟待开发一种无氟无氯、低掺量、高早强、综合性能优异的液体无碱速凝剂具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种无氟型高早强液体无碱速凝剂及制备方法和应用。
[0007]第一方面，本专利技术提出了一种无氟型高早强液体无碱速凝剂，原料包括硫酸铝、稳定剂、络合激发剂、醇胺、有机醇、早强剂以及任选的中和剂。
[0008]作为本专利技术的具体实施方式，以重量份计，其原料组成包括：硫酸铝450～600份、稳定剂5～20份、络合激发剂25～150份、醇胺20～100份、有机醇0～10份、早强剂10～75份、
中和剂0～10份，余量为去离子水，补足份数至1000份。
[0009]优选地，硫酸铝500～600份、稳定剂10～15份、络合激发剂50～100份、醇胺40～80份、有机醇2～5份、早强剂20～50份、中和剂0～5份，余量为去离子水，补足份数至1000份。
[0010]作为本专利技术的具体实施方式，所述无氟型高早强液体无碱速凝剂用于水泥胶砂检测时6h抗压强度≥1.0MPa、1d抗压强度≥10MPa。
[0011]作为本专利技术的具体实施方式，所述有机络合激发剂为包括单体为不饱和酰胺单体A、不饱和硅烷单体B与不饱和磺酸单体C的多元共聚物的水溶液，其浓度优选为10～30重量％，例如20重量％。
[0012]作为本专利技术的具体实施方式，所述不饱和酰胺单体A为丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、N
‑
羟乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二甲基甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基甲基丙烯酰胺中的至少一种。
[0013]所述不饱和硅烷单体B为烯基取代的硅烷中的任意一种或几种，优选三乙基乙烯基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲基硅烷、三乙酰氧基乙烯基硅烷、烯丙基三甲基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、二乙氧基甲基乙烯基硅烷、3
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、甲基乙烯基二乙酰氧基硅烷。
[0014]所述不饱和磺酸单体C为烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸中的至少一种。
[0015]作为本专利技术的具体实施方式，所述不饱和酰胺单体A、不饱和硅烷单体B与不饱和磺酸单体C的摩尔比为1:(0.01
‑
0.5):(0.1
‑
3.0)，优选为1:(0.05
‑
0.2):(0.5
‑
2.0)。
[0016]作为本专利技术的具体实施方式，所述有机络合激发剂是不饱和酰胺单体A、不饱和硅烷单体B与不饱和磺酸单体C在氧化剂、还原剂以及去离子水存在下进行自由基聚合反应制到，所述氧化剂的用量为单体总质量的0.2wt％
‑
3.0wt％，优选为0.5wt％
‑
2.0wt％；还原剂的用量为单体总质量的0.1wt％
‑
0.5wt％，优选为0.2wt％
‑
0.3wt％。
[0017]作为本专利技术的具体实施方式，有机络合激发剂的制备方法，例如：
[0018]将不饱和酰胺单体A、不饱和硅烷单体B、不饱和磺酸单体C、氧化剂及适量去离子水加入反应器内，搅拌混匀并将起始反应温度升温至30℃
‑
60℃；匀速滴加还原剂的水溶液，滴加时间0.5h
‑
1h，滴加结束后继续反应1h
‑
3h，降至室温，加入适量去离子水调整至适宜浓度。
[0019]作为本专利技术的具体实施方式，其制备中所用原料还包括氧化还原类引发剂以及去离子水，其中所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵或过硫酸钾中至少一种；所述还原剂为维生素C、吊白块、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠或硫酸亚铁中至少一种。
[0020]作为本专利技术的具体实施方式，络合激发剂的主体共聚物具有如下结构式：
[0021][0022]其中，R0、R7为H或CH3，R1、R2、R3、R4、R5和R6为符合结构式要求的任意官能团，如氢、烷基、羟烷基、酰氧基、烷氧基等；R8为CH2、C6H4或CONHC(CH3)2CH2；所述络合激发聚合物的数均分子量M
n
为15000～50000，优选20000～40000。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无氟型高早强液体无碱速凝剂，其特征在于，原料包括硫酸铝、稳定剂、络合激发剂、醇胺、任选的有机醇、早强剂以及任选的中和剂。2.根据权利要求1所述的无氟型高早强液体无碱速凝剂，其特征在于，以重量份计，其原料组成包括：硫酸铝450～600份、稳定剂5～20份、络合激发剂25～150份、醇胺20～100份、有机醇0～10份、早强剂10～75份、中和剂0～10份，余量为去离子水，补足份数至1000份；优选地，硫酸铝500～600份、稳定剂10～15份、络合激发剂50～100份、醇胺40～80份、有机醇2～5份、早强剂20～50份、中和剂0～5份，余量为去离子水，补足份数至1000份。3.根据权利要求1或2所述的无氟型高早强液体无碱速凝剂，其特征在于，所述无氟型高早强液体无碱速凝剂用于水泥胶砂检测时6h抗压强度≥1.0MPa、1d抗压强度≥10MPa。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的无氟型高早强液体无碱速凝剂，其特征在于，所述络合激发剂为包括单体为不饱和酰胺单体A、不饱和硅烷单体B与不饱和磺酸单体C的多元共聚物的水溶液，其浓度优选为10～30重量％，例如20重量％。5.根据权利要求4所述的无氟型高早强液体无碱速凝剂，其特征在于，所述不饱和酰胺单体A为丙烯酰胺、N
‑
羟甲基丙烯酰胺、N
‑
羟乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二甲基甲基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺、N,N
‑
二乙基甲基丙烯酰胺中的任意一种或几种；和/或所述不饱和硅烷单体B为烯基取代的硅烷中的任意一种或几种，优选三乙基乙烯基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲基硅烷、三乙酰氧基乙烯基硅烷、烯丙基三甲基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、二乙氧基甲基乙烯基硅烷、3
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、甲基乙烯基二乙酰氧基硅烷；和/或所述不饱和磺酸单体C为烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸中的任意一种或几种。6.根据权利要求4或5所述的无氟型高早强液体无碱速凝剂，其特征在于，所述不饱和酰胺单体A、不饱和硅烷单体B与不饱和磺酸单体C的摩尔比为1:(0.01
‑
0.5):(0.1
‑
3.0)，优选为1:(0.05
‑
0.2):(0.5
‑
2.0)。7.根据权利要求4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐忠洲，王宏维，王英维，
申请(专利权)人：山西佳维新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：