CN107417155A - 一种无碱无氯液体速凝剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种无碱无氯液体速凝剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无碱无氯液体速凝剂及其制备方法与应用，所述液体速凝剂为包含5～15份聚羧酸铝液体分散剂与30～50份硫酸铝的水溶液。本发明所述的液体速凝剂可广泛用于隧道、海工、地铁的支护、修补、防漏、堵水等。使用了所述速凝剂的混凝土，速凝效果显著、回弹率低，早期强度高。本发明无毒无害，综合成本低，生产运输使用全过程无污染。

Description

一种无碱无氯液体速凝剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种无碱无氯液体速凝剂及其制备方法与应用。
背景技术
速凝剂是喷射混凝土不可缺少的外加剂，其作用在于促进水泥凝结硬化，提高喷射混凝土早期强度，有助于加快施工工期。随着高速铁路、高速公路、城市地铁的飞速发展，喷射混凝土技术得到广泛推广，粉体速凝剂和有碱液体速凝剂已不能满足施工技术要求。
现有中国申请CN 101423356A公开了以硫酸铝、氟化钠、三乙醇胺为主要原料的速凝剂制备方法，但该速凝剂引入了钠盐，可能导致后期发生碱骨料反应影响混凝土的耐久性，其混凝土后期强度的保留值偏低。中国申请CN 101475335A公开了以硫酸铝、金属氟化物、胺类物质为主要成分的无碱速凝剂，加入pH调节剂和增稠物质，其对水泥的适应范围较窄，且掺量较大。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种无碱无氯液体速凝剂，所述液体速凝剂为包含5～15份聚羧酸铝液体分散剂与30～50份硫酸铝的水溶液。
所述硫酸铝优选采用十八水硫酸铝。
进一步提出地，所述液体速凝剂还包括0.3～5份质量浓度为40％～45％的氟类配位剂水溶液，优选为0.5～1份；
所述氟类配位剂选自氟化氢、氟化钙、氟硅酸、氟硅酸镁中的一种或多种；
其中，所述聚羧酸铝液体分散剂增大了液体速凝剂的铝离子含量和分散稳定性，提高了水泥水化效率和速凝效果。
所述聚羧酸铝液体分散剂的制备具体为：将质量浓度为40％～50％的聚羧酸减水剂母液与氢氧化铝按质量比10～15:0.25进行混合，即得。
其中，40％～50％的聚羧酸减水剂水溶液未添加其他溶剂，具体是在制备聚羧酸减水剂母液的过程中，其控制了最终产品浓度为40％～45％。
所述聚羧酸减水剂母液选自早强型聚羧酸系减水剂母液、标准型聚羧酸减水剂母液和缓凝型聚羧酸减水剂母液中一种；
所述氢氧化铝为α型氢氧化铝；α型氢氧化铝易溶，溶解速度高于一般的氢氧化铝细粉。
所述α型氢氧化铝的细度大于600目。
所述早强型聚羧酸系减水剂母液的制备具体为：将甲基烯丙基聚乙二醇与丙烯酸按摩尔比为1：5～6的比例聚合。
优选地，所述甲基烯丙基聚乙二醇采用特定3800分子量的效果最优。
所述缓凝型聚羧酸减水剂母液的制备具体为：将异戊烯基聚乙二醇2200、丙烯酸与丙烯酸羟乙酯按摩尔比为1：2～4：0.5～1.5的比例聚合；
优选地，所述甲基烯丙基聚乙二醇采用特定2400分子量的效果最优。
所述标准型聚羧酸减水剂母液的制备具体为：将甲基烯丙基聚乙二醇与丙烯酸按摩尔比为1：4～5的比例聚合。
优选地，所述甲基烯丙基聚乙二醇采用特定2400分子量的效果最优。
所述液体速凝剂的pH值为2～6；
优选地，所述液体速凝剂的pH值为3.0～4.5时，速凝效果最佳；
其中，所述液体速凝剂的pH值采用pH调节剂调整。
所述pH调节剂为有机胺碱性pH调节剂，所述有机胺碱性pH调节剂选自N-甲基二乙醇胺，二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或多种，优选为三乙醇胺。
所述pH调节剂可进一步促进铝盐形成稳定的络合物，提高了体系稳定性。
作为本发明的优选方案，提供一种无碱无氯液体速凝剂，所述液体速凝剂含如下质量百分比的组分：聚羧酸铝液体分散剂5％～15％、硫酸铝30％～50％、氟化钙0.5％～1％，其余量为水；
所述液体速凝剂的pH值至3.0～4.5。
本发明的第二目的在于提供一种上述无碱无氯液体速凝剂的制备方法，所述制备方法具体为：取聚羧酸铝液体分散剂，加热至50～80℃，加入水，再加入硫酸铝，搅拌10～40分钟，加入氟类配位剂和pH调节剂，继续搅拌10～40分钟，冷却即得。
本发明的第三目的在于提供上述的液体速凝剂在喷射混凝土上的应用。
所述应用，具体采用如下方法：将液体速凝剂按水泥5～8％的质量百分比掺入水泥中，凝固即可。
本发明可广泛用于隧道、海工、地铁的支护、修补、防漏、堵水等。使用本发明制备速凝剂的混凝土，速凝效果显著、回弹率低，早期强度高。本发明无毒无害，综合成本低，生产运输使用全过程无污染。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中所采用的聚羧酸减水剂母液按如下方法制备。
制备缓凝型聚羧酸减水剂母液：以摩尔比异戊烯基聚乙二醇：丙烯酸：丙烯酸羟乙酯＝1：3：1的比例，在通用的氧化还原水溶液体系生产工艺条件下合成，获得未中和的50％缓凝型聚羧酸减水剂母液。
制备缓凝型聚羧酸减水剂母液：以摩尔比异戊烯基聚乙二醇：丙烯酸：丙烯酸羟乙酯＝1：3：1的比例，在通用的氧化还原水溶液体系生产工艺条件下合成，获得未中和的50％缓凝型聚羧酸减水剂母液。
实施例1
一种无碱无氯液体速凝剂，所述液体速凝剂由如下质量百分比组分制得：10.25％聚羧酸铝液体分散剂、40％硫酸铝、1％氟化钙，加入1.5％三乙醇胺调节pH值，其余量为水。无碱无氯液体速凝剂成品的pH为4.5。
本实施例采用缓凝型聚羧酸减水剂母液配制聚羧酸铝液体分散剂。
实施例2
一种无碱无氯液体速凝剂，所述液体速凝剂由如下质量百分比组分制得：10.25％聚羧酸铝液体分散剂、65％十八水硫酸铝、0.5％氟硅酸，加入2.0％三乙醇胺调节pH值，其余量为水。无碱无氯液体速凝剂成品的pH为3.8。
本实施例采用缓凝型聚羧酸减水剂母液配制聚羧酸铝液体分散剂。
实施例3
一种无碱无氯液体速凝剂，所述液体速凝剂由如下质量百分比组分制得：10.25％聚羧酸铝液体分散剂、65％十八水硫酸铝、0.5％氟化钙，加入1.5％三乙醇胺调节pH值，其余量为水。无碱无氯液体速凝剂成品的pH为3.5。
本实施例采用标准型聚羧酸减水剂母液配制聚羧酸铝液体分散剂。
实施例4
一种无碱无氯液体速凝剂，所述液体速凝剂由如下质量百分比组分制得：10.25％聚羧酸铝液体分散剂、65％十八水硫酸铝、0.5％氟硅酸，加入2.0％三乙醇胺调节pH值，其余量为水。无碱无氯液体速凝剂成品的pH为3.0。
本实施例采用标准型聚羧酸减水剂母液配制聚羧酸铝液体分散剂。
实施例5
本实施例提供实施例1所述的液体速凝剂的制备方法，包括如下步骤：
取未中和50％缓凝型聚羧酸减水剂母液12.25kg，加入α型氢氧化铝0.25kg，加热至60℃，搅拌30分钟加水45kg，使氢氧化铝充分反应溶解；再加十八水硫酸铝80kg，搅拌20-30分钟，加入氟化钙1.0kg，三乙醇胺1.5kg，在60℃条件下搅拌20分钟，冷却至室温即得透明乳液状无碱无氯液体速凝剂成品ALQA-1。
经检测，无碱无氯液体速凝剂成品的浓度为46.1％。
实施例6
本实施例提供实施例2所述的液体速凝剂的制备方法，包括如下步骤：
取未中和50％缓凝型聚羧酸减水剂母液12.25kg，加入α型氢氧化铝0.25kg，加热至60℃，搅拌30分钟加水20kg，使氢氧化铝充分反应溶解；再加十八水硫酸铝65kg，搅拌20-30分钟，加入氟硅酸0.5kg，三乙醇胺2.0kg，在60℃条件下搅拌20分钟，再冷却至室温即得透明乳液状无碱无氯液体速凝剂成品ALQA-2。
经检测，无碱无氯液体速凝剂成品的浓度47.0％。
实施例7
本实施例提供实施例3所述的液体速凝剂的制备方法，包括如下步骤：
取未中和50％标准型聚羧酸减水剂母液12.25kg，加入α型氢氧化铝0.25kg，加热到60℃，搅拌30分钟加水20kg，使氢氧化铝充分反应溶解；再加十八水硫酸铝65kg，搅拌20-30分钟，加入氟化钙0.5kg，三乙醇胺1.5kg，在60℃条件下搅拌20分钟，再冷却至室温即得透明乳液状无碱无氯液体速凝剂成品ALQA-3。
实施例8
本实施例提供实施例4所述的液体速凝剂的制备方法，包括如下步骤：
取未中和50％标准型聚羧酸减水剂母液12.25kg，加入α型氢氧化铝0.25kg，加热至60℃，搅拌30分钟加水20kg，使氢氧化铝充分反应溶解；再加十八水硫酸铝65kg，搅拌20-30分钟，加入氟硅酸0.5kg，三乙醇胺2.0kg，在60℃条件下搅拌20分钟，再冷却至室温即得透明乳液状无碱无氯液体速凝剂成品ALQA-4。
实施例9
本实施例提供实施例1-4所述的液体速凝剂在喷射混凝土上的应用。将无碱无氯液体速凝剂按水泥6％的质量百分比掺入水泥中。
实施例1处理的水泥初凝时间为3分25秒，终凝时间为8分15秒，1天后，检测砂浆抗压强度为8.1Mpa；28天后，检测砂浆抗压强度比为108.2％。
实施例2处理的水泥初凝时间为2分55秒，终凝时间为6分45秒，1天后，检测砂浆抗压强度为7.5Mpa；28天后，检测砂浆抗压强度比为105.7％。
实施例3处理的水泥初凝时间为3min05s，终凝时间为7分53秒，1天后，检测抗压强度为10.1Mpa；28天后，检测抗压强度比为102.3％。
实施例4处理的水泥初凝时间为2分45秒，终凝时间为7分12秒，1天后，检测抗压强度为9.3Mpa；28天后，检测抗压强度比为100.1％。
采用C20～C40泵送混凝土检测，无碱液体速凝剂ALQA-1、ALQA-2、ALQA-3、ALQA-4的掺量分别控制在胶凝材料总量6～10％的范围内，结果满足混凝土初凝时间不超过3分钟，终凝时间不超过8分钟，1天后，检测抗压强度大于7.0Mpa；28天后，检测抗压强度比100％以上的要求。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无碱无氯液体速凝剂，其特征在于，所述液体速凝剂为包含5～15份聚羧酸铝液体分散剂与30～50份硫酸铝的水溶液。
2.根据权利要求1所述液体速凝剂，其特征在于，所述液体速凝剂还包括0.3～5份质量浓度为40％～45％的氟类配位剂水溶液，优选为0.5～1份；
更优选地，所述氟类配位剂选自氟化氢、氟化钙、氟硅酸、氟硅酸镁中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述液体速凝剂，其特征在于，所述聚羧酸铝液体分散剂的制备具体为：将质量浓度为40％～50％的聚羧酸减水剂母液与氢氧化铝按质量比10～15:0.25进行混合，即得。
4.根据权利要求3所述液体速凝剂，其特征在于，所述聚羧酸减水剂母液选自早强型聚羧酸系减水剂母液、标准型聚羧酸减水剂母液和缓凝型聚羧酸减水剂母液中的一种或多种；
和/或，所述氢氧化铝为α型氢氧化铝粉体。
5.根据权利要求4所述液体速凝剂，其特征在于，所述早强型聚羧酸系减水剂母液的制备具体为：将甲基烯丙基聚乙二醇与丙烯酸按摩尔比为1：5～6的比例聚合；
所述缓凝型聚羧酸减水剂母液的制备具体为：将异戊烯基聚乙二醇、丙烯酸与丙烯酸羟乙酯按摩尔比为1：2～4：0.5～1.5的比例聚合；
所述标准型聚羧酸减水剂母液的制备具体为：将甲基烯丙基聚乙二醇与丙烯酸按摩尔比为1：4～5的比例聚合。
6.根据权利要求1-5任一所述液体速凝剂，其特征在于，所述液体速凝剂的pH值为2～6，优选为3.0～4.5。
7.根据权利要求6所述的液体速凝剂，其特征在于，所述液体速凝剂的pH值采用pH调节剂调整，所述pH调节剂为有机胺碱性pH调节剂，所述有机胺碱性pH调节剂选自N-甲基二乙醇胺，二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的液体速凝剂，其特征在于，所述液体速凝剂含如下质量百分比的组分：聚羧酸铝液体分散剂5％～15％、硫酸铝30％～50％、氟化钙0.5％～1％，其余量为水；所述液体速凝剂的pH值为3.0～4.5。
9.权利要求1-8任一所述液体速凝剂的制备方法，其特征在于，取聚羧酸铝液体分散剂，加热至50～80℃，加入水，再加入硫酸铝，搅拌10～40分钟，加入氟类配位剂和pH调节剂，继续搅拌10～40分钟，冷却即得。
10.权利要求1-8任一所述的液体速凝剂在喷射混凝土上的应用；优选地，具体采用如下方法：所述液体速凝剂按5～8％的质量百分比掺入水泥。
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