一种防冻无碱液体速凝剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及建筑材料技术领域，具体公开一种防冻无碱液体速凝剂及其制备方法和应用。所述防冻无碱液体速凝剂包括如下质量百分比的组分：铝盐50％

【技术实现步骤摘要】
一种防冻无碱液体速凝剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种防冻无碱液体速凝剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]川藏铁路东起西川成都，西至西藏拉萨，其中隧道共计198座，总长1223.451km，占线路总长的70.2％。川藏铁路大部分处于青藏高原，沿线地形起伏剧烈，海拔落差较大，平均海拔4000m以上，每年10月至次年5月平均气温低于5℃，年平均气温低于8℃。因此，对于川藏铁路道路建设中使用材料的性能具有较高的要求。
[0003]喷射混凝土作为隧道建设的第一道支护结构的组成材料，在川藏铁路建设中用量巨大。因此，对于在低压负压条件下提高喷射混凝土性能的研究是必不可少的。无碱速凝剂作为喷射混凝土湿喷工艺的重要组成材料，液体速凝剂具有显著降低喷射施工过程的喷射层滑落、提高一次喷射层厚度、加快喷射混凝土凝结硬化速率等特点。
[0004]目前，对于无碱液体速凝剂的研究，有研究人员利用硫酸铝、硫酸镁、有机胺、pH调节剂和降黏剂为主要组分制备无碱液体速凝剂，解决了现有技术中无碱液体速凝剂掺量高、凝结时间长、早期强度低和液体粘度高等问题。也有技术人员将硫酸铝、拟薄水铝石、亚氨基二琥珀酸或其盐、醇胺、烷基苯磺酸盐和气相白炭黑作为无碱液体速凝剂的主要成分，提高了无碱液体速凝剂在低温下的凝结速度和第一天强度；而以硫酸铝、有机胺、功能助剂和无机酸为主要成分的无碱液体速凝剂，可提供高无碱液体速凝剂的储存期和低温稳定性。但是，目前使用的无碱液体速凝剂由于碱含量低、硫酸铝含量高的原因，在高海拔、低压负温条件下施工仍然存在稳定性差、早期强度低、掺量高和水泥适应范围窄等问题。因此，研究一种适用于高海拔、低压负温条件下还能提高喷射混凝土性能的无碱液体速凝剂具有重要意义。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提供一种防冻无碱液体速凝剂及其制备方法，通过特定的铝盐组分和pH调节剂，结合各组分特定的配比，制备出防冻无碱液体速凝剂，可实现在高海拔、低压负温条件下应用于隧道施工，具有低温低压稳定性好、施工混凝土凝结时间优异、喷射施工回弹量低、凝结时间优异水泥适应性广和低温早期强度高优点。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]一种防冻无碱液体速凝剂，包括如下质量百分比的组分：铝盐50％
‑
65％，无机酸抑制剂2％
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4％，有机酸抑制剂2％
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4％，络合稳定剂8％
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12％，pH调节剂3％
‑
5％，余量为水；
[0008]其中，所述铝盐为质量比1:0.3
‑
3.2的十八水硫酸铝和聚合硫酸铝的混合物；所述络合稳定剂为三乙醇胺、二乙醇胺和三异丙醇胺的混合物；所述pH调节剂为普通拟薄水铝石或氢氧化铝中至少一种。
[0009]相对于现有技术，本专利技术提供的防冻无碱液体速凝剂，通过限定铝盐的具体组成，在使用十八水硫酸铝的同时引入聚合硫酸铝，利用聚合硫酸铝分子结构庞大、活性高和在水中溶解速度迅速等优点，改善速凝剂的防冻性能，提高速凝剂的低温稳定性；专利技术人意外发现，通过加入普通拟薄水铝石或氢氧化铝作为pH调节剂，能够缩短无碱液体速凝剂的凝结时间，并能保证无碱液体速凝剂的稳定性，通过进行大量的研究表明，特定使用量的上述pH调节剂，能与无机酸抑制剂和有机酸抑制剂协同作用，使得pH调节剂在速凝剂体系中引入Al
3+
，缩短无碱速凝剂的凝结时间；除此之外，pH调节剂还能中和速凝剂体系的酸性，提高pH，降低无碱液体速凝剂使的腐蚀性；特定比例的铝盐、普通拟薄水铝石或氢氧化铝和络合稳定剂作为促凝组分，三者协同作用，可在降低无碱液体速凝剂掺量的前提下，使其具有优异的水泥适应性，同时，达到缩短凝结时间，提高在高海拔、低压负温条件下的早期强度的目的；通过引入有机酸抑制剂和无机酸抑制剂，还能与特定的络合稳定剂协同作用，提高无碱液体速凝剂在低压负温条件下的稳定性，有效延缓Al
3+
的析出沉淀，解决了无碱液体速凝剂在低压负温条件下(0.06MPa，
‑
20℃)会出现上冻、结晶析出的问题，从而保证了喷射混凝土在高海拔、低压负温条件下顺利施工。
[0010]本专利技术通过限定特定质量百分比的铝盐、无机酸抑制剂、有机酸抑制剂、络合稳定剂和pH调节剂，通过协同作用，提高了无碱液体速凝剂的防冻性能和低温负压条件下的稳定性，使无碱液体速凝剂具有水泥适应性广的特点，将其应用于喷射混凝土，在降低无碱液体速凝剂掺量的前提下，还能缩短喷射混凝土的初凝时间和终凝时间，提高喷射混凝土在低压负温条件下的初期和后期的抗压强度。
[0011]优选的，所述十八水硫酸铝中氧化铝的含量为15.6％
‑
17％。
[0012]优选的，所述聚合硫酸铝中氧化铝的含量为15.6％
‑
17％。
[0013]优选的，所述无机酸抑制剂为氟硼酸和磷酸的混合物。
[0014]优选的，所述无机酸抑制剂为质量比为0.1
‑
0.5:1的氟硼酸和磷酸的混合物。
[0015]优选的，有机酸抑制剂为甲酸、乳酸或马来酸中至少一种。
[0016]优选的有机酸抑制剂和无机酸抑制剂能够在速凝剂体系中避免制备的无碱速凝剂在低压负温(0.06MPa，
‑
20℃)条件下出现上冻和结晶析出的问题。
[0017]优选的，所述氢氧化铝的粒径≥800目，氢氧化铝的含量≥99％。
[0018]优选的，所述络合稳定剂为质量比为1:0.85
‑
1.25:0.85
‑
1.25的三乙醇胺、二乙醇胺和三异丙醇胺的混合物。
[0019]优选的，本专利技术还提供上述所述防冻无碱液体速凝剂的制备方法，包括如下步骤：
[0020]按设计配比称取各组分，将称取的无机酸抑制剂、有机酸抑制剂和pH调节剂分散于水中，升温至70℃
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80℃加入45wt％
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55wt％的铝盐，保温25min
‑
30min，继续加入剩余的铝盐，保温1.5h
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2h，混合均匀，降温，加入称取的络合稳定剂进行反应，反应结束后冷却，得所述防冻无碱液体速凝剂。
[0021]本专利技术还提供上述所述防冻无碱液体速凝剂在喷射混凝土中的应用，所述喷射混凝土的施工条件为低压负温。
[0022]本专利技术包括如下几个专利技术点：
[0023](1)本专利技术通过引入有机酸抑制剂和无机酸抑制剂，还能与特定的络合稳定剂协同作用，提高无碱液体速凝剂在低压负温条件下的稳定性，可有效地延缓Al
3+
的析出沉淀，
解决了无碱液体速凝剂在低压负温条件下(0.06MPa，
‑
20℃)会出现上冻、结晶析出的问题，保证了喷射混凝土在高海拔、低压负温条件下顺利施工；
[0024](2)本专利技术添加的特定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防冻无碱液体速凝剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：铝盐50％
‑
65％，无机酸抑制剂2％
‑
4％，有机酸抑制剂2％
‑
4％，络合稳定剂8％
‑
12％，pH调节剂3％
‑
5％，余量为水；其中，所述铝盐为质量比1:0.3
‑
3.2的十八水硫酸铝和聚合硫酸铝的混合物；所述络合稳定剂为三乙醇胺、二乙醇胺和三异丙醇胺的混合物；所述pH调节剂为普通拟薄水铝石或氢氧化铝中至少一种。2.如权利要求1所述的防冻无碱液体速凝剂，其特征在于，所述十八水硫酸铝中氧化铝的含量为15.6％
‑
17％；和/或所述聚合硫酸铝中氧化铝的含量为15.6％
‑
17％。3.如权利要求1所述的防冻无碱液体速凝剂，其特征在于，所述无机酸抑制剂为氟硼酸和磷酸的混合物。4.如权利要求3所述的防冻无碱液体速凝剂，其特征在于，所述无机酸抑制剂为质量比为0.1
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0.5:1的氟硼酸和磷酸的混合物。5.如权利要求1所述的防冻无碱液体速凝剂，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：范冬冬，林春红，马腾飞，朱宗建，黄海，汪志勇，李瑞一，汪春满，李双，余锦南，张学亮，于春松，马亮东，张齐鑫，孔云，元强，路景海，
申请(专利权)人：高速铁路建造技术国家工程研究中心中铁四局集团有限公司云南中铁新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：