CN102992685A - 一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，由硫酸铝、铝酸钠、碳酸锂、无定形二氧化硅、萘磺酸盐甲醛缩合物组成，其中硫酸铝45-65%；铝酸钠10-15%；碳酸锂3-7%；无定形二氧化硅15-30%；萘磺酸盐甲醛缩合物5-10%。现对于传统的粉态速凝剂，本发明所提出的粉态速凝剂的优点是新拌浆体的粘度大、工作性好，喷射施工过程中回弹率小，具有复合促凝机理，对胶凝材料的适应性好。

Description

一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂

技术领域

本发明涉及一种铝硅酸盐胶凝材料技术，特别是一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂。

背景技术

在混凝土制备过程中掺入速凝剂，使得混凝土在施工后快速凝结和硬化，对于快速通车路面的施工、矿山开采、隧道建设、水利水电工程和建筑物的快速修补是不可或缺的。

速凝剂在混凝土中的作用效果取决于速凝剂的化学组成和掺量、水泥的矿物组成和含量、石膏的种类和含量、矿物掺合料的种类和用量、以及施工时的温度等多种因素。速凝剂对水泥的促凝机理通常包括如下三种：（1）通过自身的成分和水泥中的成分反应生成水化产物；（2）促进水泥中C3A矿物的水化；（3）促进水泥中C3S矿物的水化，不同品质的速凝剂在三种促凝机理中有所侧重或兼而有之。

粉态速凝剂的优点是制备过程简单、价格低廉。现有已有典型的粉态速凝剂包括我国二十世纪六十年代开发出的“红星一型速凝剂”、八十年代初开发出的“782型速凝剂”等，红星一型速凝剂的主要成分是铝氧熟料、碳酸钠和生石灰，782型速凝剂的主要成分是铝氧熟料、矾泥和生石灰（白云. 水泥速凝剂的发展现状, 建井技术, 1992, 01: 10-12）。粉态速凝剂缺点是在混凝土中的分散不均匀、施工过程中粉尘量大、回弹率高、后期强度损失大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，不含氯化物和氟化物，对混凝土中钢筋潜在的锈蚀危害性小、对施工现场空气质量和施工人员的健康危害小。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，其特征在于：所述的粉态速凝剂由硫酸铝、铝酸钠、碳酸锂、无定形二氧化硅、萘磺酸盐甲醛缩合物组成，各组分所占质量分数为：硫酸铝45-65%；铝酸钠10-15%；碳酸锂3-7%；无定形二氧化硅15-30%；萘磺酸盐甲醛缩合物5-10%。

进一步具体的，所述的硫酸铝不含有结晶水，氧化铝的含量大于29%，细度为200目；铝酸钠细度为200目；碳酸锂为分析纯产品，细度为300目；无定形二氧化硅为非晶态的无定形产品，二氧化硅含量大于90%，颗粒的最可几直径为100nm；萘磺酸盐甲醛缩合物固含量要大于95%，硫酸钠含量小于5%，减水率大于20%，细度为200目。

所述的萘磺酸盐甲醛缩合物是一种常规的商品化物质，可以作为一种高效减水剂，用于混凝土技术。具体优选的，所述的萘磺酸盐甲醛缩合物为β-萘磺酸钠甲醛缩合物。

本发明专利所提出的粉态速凝剂的制备方法是：首先是，使用研磨机将无定形二氧化硅外的各种原材料研磨至要求的细度，然后将计量好的各种原材料加入混料机中进行拌合，再将拌合后的物质传输至球磨机进行进一步的均化和研磨，最后将制备好的产品进行密封包装、备用。

在整个制备过程中要采取密封措施，避免扬尘和污染环境。

本发明提出一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，其用途是一种混凝土的外加剂，应用对象是喷射混凝土。该发明所针对的含钙铝硅酸盐胶凝材料包括我国国标GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中定义的：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。本发明的特点是：使得喷射混凝土的新拌工作性好、施工过程中回弹率小、后期强度损失率低；同时，本粉态速凝剂不含氯化物和氟化物，因此对混凝土中钢筋潜在的锈蚀危害性小、对施工现场空气质量和施工人员的健康危害小。

发明的机理：（1）通过速凝剂自身的组分和水泥在水化过程中释放的离子相化合，生成具有胶凝性能的水化产物，这些水化产物的彼此搭接和连生会加速水泥浆体的凝结；（2）通过速凝剂中的促凝组分来促进胶凝材料中C₃A和C₃S两种矿物的水化；（3）通过速凝剂中的无定形、高活性组分，增加早期混凝土浆体的粘聚性，降低回弹率，并通过生成凝胶体来增强混凝土的强度并优化混凝土基体的孔径分布；（4）通过速凝剂中的减水组分来提高新拌混凝土的工作性、降低回弹率、提高施工现场的空气质量。具体而言就是：速凝剂中的Al(OH)₄ ^-和SO₄ ^2-离子，与胶凝材料水化后形成的Ca²⁺化合，生成具有胶凝作用的钙矾石凝胶和晶体，同时，钙矾石形成过程中对石膏所释放出SO₄ ^2-的消耗，使得石膏对C₃A矿物的缓凝作用减弱或消失，导致C₃A矿物的快速水化，生成C₄AH₁₉和C₂AH₈等六方片状的水化产物，这些水化产物的形成也会加速胶凝材料的凝结；速凝剂中的Li⁺和OH^-会加速钙矾石的形成，碱金属离子Na⁺和Li⁺会加速C₃S的水化；速凝剂中的无定形二氧化硅微粉一方面会提高新拌混凝土浆体的粘度，另一方面会和胶凝材料水化后形成的Ca²⁺化合，生成CSH凝胶体，增强喷射混凝土后期的强度和抗渗透性；速凝剂中的萘磺酸盐甲醛缩合物可吸附于水化后的水泥颗粒的表面，起到润滑、分散的作用，从而提高新拌混凝土的工作性、降低回弹率、提高施工现场的空气质量。

这些技术方案，也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

现对于传统的粉态速凝剂，本发明所提出的粉态速凝剂的优点是新拌浆体的粘度大、工作性好，喷射施工过程中回弹率小，具有复合促凝机理，对胶凝材料的适应性好。

附图说明

图1是粉态速凝剂的制备工艺流程。

具体实施方式

下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。

粉态速凝剂由硫酸铝、铝酸钠、碳酸锂、无定形二氧化硅、萘磺酸盐甲醛缩合物组成。实施例的萘磺酸盐甲醛缩合物为β-萘磺酸钠甲醛缩合物。

硫酸铝的氧化铝的含量大于29%，细度为200目；铝酸钠细度为200目；碳酸锂为分析纯，细度为300目；无定形二氧化硅为非晶态，二氧化硅含量大于90%，颗粒的最可几直径为100nm；萘磺酸盐甲醛缩合物固含量要大于95%，硫酸钠含量小于5%，细度为200目。

在具体的使用过程中，采用的各原材料的组成比例如下表1所示：

表1 粉态速凝剂中各原材料的组成比例

依照粉体速凝剂的制备工艺，将研磨后的各种原材料按照上表所示的质量分数进行计量、配比后进行混料并球磨，然后即可出料、包装并运输到施工现场使用。

应用实例：按照我国建材行业标准JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》中的要求，进行本发明专利所提出的粉态速凝剂性能的测试，测试的内容包括水泥净浆凝结时间和砂浆的抗压强度。所用原材料的品质和所需原材料的质量分别如下表2和表3所示。

表2 原材料的品质

序号	原材料名称	品质
			1	水泥	基准水泥
2	砂	ISO标准砂
			3	水	自来水

表3 净浆和砂浆制备所需原材料的质量

注：速凝剂的掺量是水泥用量的质量百分数。

上述不同实例所制备粉态速凝剂，对水泥净浆凝结时间和砂浆抗压强度影响的测试结果如下表4所示。

表4 不同品质粉态速凝剂的测试结果

由表4的测试结果可见，使用本发明专利所提出的实例1和实例4所制备的粉态速凝剂，在掺量为水泥质量的6.0%时，其性能指标可达到行业标准JC477-2005中合格品的要求；使用本发明专利所提出的实例2和实例3所制备的粉态速凝剂，在掺量为水泥质量的6.0%时，其性能指标可达到行业标准JC477-2005中一等品的要求。

Claims (3)

1.一种用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，其特征是：所述的粉态速凝剂由硫酸铝、铝酸钠、碳酸锂、无定形二氧化硅、萘磺酸盐甲醛缩合物组成，各组分所占质量分数为：硫酸铝45-65%；铝酸钠10-15%；碳酸锂3-7%；无定形二氧化硅15-30%；萘磺酸盐甲醛缩合物5-10%。

2.根据权利要求1所述用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，其特征是：所述的硫酸铝不含有结晶水，氧化铝的含量大于29%，细度为200目；铝酸钠细度为200目；碳酸锂为分析纯产品，细度为300目；无定形二氧化硅为非晶态的无定形产品，二氧化硅含量大于90%，颗粒的最可几直径为100nm；萘磺酸盐甲醛缩合物固含量大于95%，硫酸钠含量小于5%，减水率大于20%，细度为200目。

3.根据权利要求1所述用于含钙铝硅酸盐胶凝材料的粉态速凝剂，其特征是：所述的萘磺酸盐甲醛缩合物为β-萘磺酸钠甲醛缩合物。