CN107473620A - 一种无碱液体混凝土速凝剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：铝盐35～65份；无机纳米材料3～25份；第一含氟物质0.5～15份；减水剂0.5～5份；第二含氟物质0.5～10份；水20～50份；所述第一含氟物质包括氟化物、氟硅酸盐和氟硼酸盐中的一种或几种的混合物；所述第二含氟物质为氟硅酸盐。本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂速凝效果好，混凝土的后期强度保持率高，适用于喷射混凝土。

Description

一种无碱液体混凝土速凝剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及速凝剂的技术领域，特别涉及一种无碱液体混凝土速凝剂及其制备方法和应用。
背景技术
喷射混凝土是借助喷射机械，利用空气或其他动力将水泥、砂子、石子以及外加剂等混合料喷射到受喷面上，在短时间内凝结成密实均匀的混凝土，喷射混凝土一般应用于煤矿井下，环境特殊，对混凝土的耐久性和后期强度要求高。
为使喷射后的混凝土快速凝固，需要加入混凝土速凝剂来缩短混凝土由浆态变为固态所需的时间。目前常用的混凝土速凝剂是由铝氧熟、纯碱、增稠剂等多种组分配制而成的一种灰色粉状产品，粉状的混凝土速凝剂不易和混凝土混合均匀，且目前的混凝土速凝剂中一般都加入较多的纯碱，所得产品碱性较大，掺入后会使混凝土的后期强度发生大幅度强度降低，不能满足喷射混凝土的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种无碱液体混凝土速凝剂及其制备方法。本发明提供的混凝土速凝剂为液体速凝剂，应用方便，且成分中不包括纯碱，对混凝土的后期强度影响较小，能够满足喷射混凝土的要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：
所述第一含氟物质包括氟化物、氟硅酸盐和氟硼酸盐中的一种或几种的混合物；
所述第二含氟物质为氟硅酸盐。
优选的，所述铝盐包括硫酸铝、磷酸铝、硝酸铝和氯化铝中的一种或几种的混合物。
优选的，所述无机纳米材料包括纳米硅微粉、活性纳米氧化锌、轻质氧化镁和硅溶胶中的一种或几种的混合物。
优选的，所述氟化物包括氟化钾、氟化锂、氟化铵、氟化钠和氟化锌中的一种或几种的混合物；
所述第一含氟物质和第二含氟物质中的氟硅酸盐独立地包括氟硅酸钾、氟硅酸锂、氟硅酸铵、氟硅酸钠和氟硅酸锌中的一种或几种的混合物；
所述氟硼酸盐包括氟硼酸钾、氟硼酸锂、氟硼酸铵、氟硼酸钠和氟硼酸锌中的一种或几种的混合物。
优选的，所述减水剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、纤维素醚和淀粉醚中的一种或几种的混合物。
本发明提供了上述方案所述无碱液体混凝土速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
将铝盐、无机纳米材料、第一含氟物质、减水剂、第二含氟物质和水混合后搅拌2～8h，得到无碱液体混凝土速凝剂。
优选的，所述搅拌的温度为10～50℃。
优选的，所述搅拌的转速为100～800r/min。
本发明还提供了上述方案所述的无碱液体混凝土速凝剂或上述方案所述制备方法制备的无碱液体混凝土速凝剂在喷射混凝土中的应用。
本发明提供了一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：铝盐35～65份；无机纳米材料3～25份；第一含氟物质0.5～15份；减水剂0.5～5份；第二含氟物质0.5～10份；水20～50份；所述第一含氟物质包括氟化物、氟硅酸盐和氟硼酸盐中的一种或几种的混合物；所述第二含氟物质为氟硅酸盐。本发明提供无碱液体混凝土速凝剂速凝效果好，混凝土的后期强度保持率高，适用于喷射混凝土。实施例的结果表明，将本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂应用于喷射混凝土中，在添加量为混凝土中水泥质量的8％时，混凝土的初凝时间仅为2分15秒，终凝时间仅为4分10秒，且28d强度保留值可以达到95％。
本发明提供了上述技术方案所述无碱液体混凝土速凝剂的制备方法，将原料混合搅拌即得。本发明提供的制备方法步骤简单，成本低，易于工业化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：
所述第一含氟物质包括氟化物、氟硅酸盐和氟硼酸盐中的一种或几种的混合物；
所述第二含氟物质为氟硅酸盐。
本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂包括铝盐35～65质量份，优选为38～62质量份，更优选为40～60质量份。在本发明中，所述铝盐优选包括硫酸铝、磷酸铝、硝酸铝和氯化铝中的一种或几种的混合物；更优选为硫酸铝；本发明对所述铝盐的具体形态没有特殊要求，使用无水铝盐或含有结晶水的铝盐均可，优选为含有结晶水的铝盐，具体的如十八水硫酸铝；所述铝盐为铝盐混合物时，本发明对所述混合物中的铝盐种类和质量比没有特殊要求，可以采用任意种类的铝盐以任意质量比混合。
以35～65质量份的铝盐为基准，本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂包括无机纳米材料3～25质量份，优选为4～20质量份，更优选为5～15质量份。在本发明中，所述无机纳米材料优选为纳米硅微粉、活性纳米氧化锌、轻质氧化镁和硅溶胶中的一种或几种的混合物，更优选为硅溶胶；所述无机纳米材料的粒径优选为5～8nm，更优选为6～7nm；所述硅溶胶中二氧化硅的质量含量优选为20～35％，更优选为30％；所述硅溶胶优选为pH为1.5～3.0的酸性硅溶胶或pH值为4.0～7.5的中性硅溶胶。本发明利用无机纳米材料的渗透性填充混凝土凝固时产生的微细裂缝，提高混凝土的强度。
以35～65质量份的铝盐为基准，本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂包括第一含氟物质0.5～15质量份，优选为2～10质量份，更优选为3～8质量份。在本发明中，所述第一含氟物质包括氟化物、氟硅酸盐和氟硼酸盐中的一种或几种的混合物；所述氟化物优选包括氟化钾、氟化锂、氟化铵、氟化钠和氟化锌中的一种或几种的混合物，更优选为氟化钠和/或氟化锌；所述氟硅酸盐优选包括氟硅酸钾、氟硅酸锂、氟硅酸铵、氟硅酸钠和氟硅酸锌中的一种或几种的混合物；所述氟硼酸盐优选包括氟硼酸钾、氟硼酸锂、氟硼酸铵、氟硼酸钠和氟硼酸锌中的一种或几种的混合物。本发明利用含氟物质和混凝土中的石膏类物质反应，生成比石膏更难溶于水的氟化钙、氟硅酸钙、氟硼酸钙等物质，破坏石膏类物质的缓凝作用，加速混凝土的凝固。
以35～65质量份的铝盐为基准，本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂包括减水剂0.5～5质量份，优选为0.6～2质量份，更优选为0.8～1质量份。在本发明中，所述减水剂优选包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、纤维素醚和淀粉醚中的一种或几种的混合物，更优选为聚丙烯酰胺，最优选为非离子型聚丙烯酰胺。减水剂中含有的大量亲水性官能团，能吸附大量的水分，本发明利用减水剂的这一性质促进混凝土的凝固。
以35～65质量份的铝盐为基准，本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂包括第二含氟物质0.5～10份，优选为1～5份，更优选为2～3份。在本发明中，所述第二含氟物质为氟硅酸盐；所述氟硅酸盐优选包括氟硅酸钾、氟硅酸锂、氟硅酸铵、氟硅酸钠和氟硅酸锌中的一种或几种的混合物；更优选为氟硅酸镁。在本发明中，混凝土凝固时会释放出游离碱(氢氧化钙等物质)，本发明所述无碱液体混凝土速凝剂中的第二含氟物质和游离碱反应，第二含氟物质在游离碱的作用下发生水解，产生具有三维网络构造的水合硅胶(mSiO2·nH2O)，从而进一步加快混凝土的凝固，并提高混凝土的机械强度。
以35～65质量份的铝盐为基准，本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂包括水20～50质量份，优选为25～45质量份，更优选为30～40质量份。本发明对所述水没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的速凝剂用水即可，具体的如去离子水或工业用水。
本发明对上述方案所述的铝盐、无机纳米材料、第一含氟物质、减水剂、第二含氟物质和水的来源没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知来源的上述物质即可，具体的如市售的上述物质。
本发明提供了上述方案所述无碱液体混凝土速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
将铝盐、无机纳米材料、第一含氟物质、减水剂、第二含氟物质和水混合后搅拌2～8h，得到无碱液体混凝土速凝剂。
本发明优选将纳米材料、第一含氟物质、减水剂、第二含氟物质加入水中，搅拌均匀后再加入铝盐；本发明对所述无机纳米材料、第一含氟物质、减水剂、第二含氟物质的加料顺序没有特殊要求，采用任意的加料顺序均可。
本发明将上述原料混合后，搅拌2～8h，得到无碱液体混凝土速凝剂，更优选搅拌3～6h；本发明的搅拌时间自加入铝盐后开始计算。在本发明中，所述搅拌的温度优选为10～50℃，更优选为20～40℃，最优选为30℃；所述搅拌的转速优选为100～800r/min，更优选为200～600r/min，最优选为300～500r/min。
在本发明中，所述搅拌优选在不锈钢反应釜或搪玻璃反应釜中进行。
本发明还提供了上述方案所述的无碱液体混凝土速凝剂或上述方案所述制备方法制备的无碱液体混凝土速凝剂在喷射混凝土中的应用。在本发明中，所述无碱液体混凝土速凝剂在混凝土中的添加量优选为混凝土中水泥质量的6～10％，更优选为8％；本发明对所述无碱液体混凝土速凝剂在喷射混凝土中的具体应用方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的应用方法即可，具体的如直接和混凝土混合后再进行喷射施工。
下面结合实施例对本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝50份，酸性硅溶胶10份，氟化钠3份，非离子型聚丙烯酰胺1份，氟硅酸镁4份，水32份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌5h，搅拌转速为350r/min，搅拌温度为25℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
实施例2
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝50份，中性硅溶胶(SiO2含量为30wt％，粒径为8nm)10份，氟化钠3份，非离子型聚丙烯酰胺1份，氟硅酸镁4份，水32份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌8h，搅拌转速为150r/min，搅拌温度为10℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
实施例3
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝50份，酸性硅溶胶(SiO2含量为30wt％，粒径为6nm)10份，氟化锌3份，非离子型聚丙烯酰胺1份，氟硅酸镁4份，水32份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌2h，搅拌转速为250r/min，搅拌温度为20℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
实施例4
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝50份，中性硅溶胶(SiO2含量为30wt％，粒径为5nm)10份，氟化锌3份，非离子型聚丙烯酰胺1份，氟硅酸镁4份，水32份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌3h，搅拌转速为400r/min，搅拌温度为50℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
实施例5
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝60份，活性纳米氧化锌(粒径为8nm)5份，氟硼酸钠5份，纤维素醚2份，氟硅酸钠3份，水35份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌4h，搅拌转速为350r/min，搅拌温度为30℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
实施例6
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝40份，硅微粉(粒径为6nm)3份，氟硼酸铵2份，淀粉醚1份，氟硅酸锂2份，水50份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌6h，搅拌转速为300r/min，搅拌温度为40℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
实施例7
一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：硫酸铝40份，轻质氧化镁(粒径为5nm)2份，氟硅酸铵3份，聚丙烯酸2份，氟硅酸钾1份，水30份；
按照上述比例将水加入不锈钢反应釜中，然后将上述比例将酸性硅溶胶、氟化钠、非离子型聚丙烯酰胺和氟硅酸镁加入水中，搅拌均匀后加入硫酸铝，继续搅拌4.5h，搅拌转速为350r/min，搅拌温度为35℃，得到无碱液体混凝土速凝剂。
按照JC477-2005《喷射混凝土用速凝剂》中的方法对所得无碱液体混凝土速凝剂的性能进行检测(无碱液体混凝土速凝剂在混凝土中的掺量为混凝土中水泥质量的8％)，所得结果如表1所示；
表1实施例1～7所得无碱液体混凝土速凝剂的速凝效果
项目 初凝时间 终凝时间 1d强度(MPa) 28强度保留值(％)
实施例1 2min15s 4min50s 13.5 90.5
实施例2 2min50s 4min35s 13.9 92.0
实施例3 2min20s 4min20s 14.5 95.0
实施例4 2min45s 4min10s 15.0 91.8
实施例5 2min30s 4min15s 14.5 94.5
实施例6 2min15s 4min25s 15.0 93.5
实施例7 2min20s 4min10s 14.0 94.0
根据表1中的数据可以看出，本发明实施例得到的无碱液体混凝土速凝剂添加到混凝土中进行喷射施工，施工后混凝土的初凝时间低至为2min15s，终凝时间低至4min10s，1d强度最高可达到15.0MPa，28d强度保留值可以达到95％。说明本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂速凝效果好，且混凝土的后期强度保持值高。
由以上实施例可知，本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂速凝效果好，混凝土的后期强度保持率高，适用于喷射混凝土；且本发明提供的无碱液体混凝土速凝剂的制备方法简单，成本低，易于工业化生产。
由以上实施例可知，本发明以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无碱液体混凝土速凝剂，包括以下质量份数的组分：
所述第一含氟物质包括氟化物、氟硅酸盐和氟硼酸盐中的一种或几种的混合物；
所述第二含氟物质为氟硅酸盐。
2.根据权利要求1所述的无碱液体混凝土速凝剂，其特征在于，所述铝盐包括硫酸铝、磷酸铝、硝酸铝和氯化铝中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的无碱液体混凝土速凝剂，其特征在于，所述无机纳米材料包括纳米硅微粉、活性纳米氧化锌、轻质氧化镁和硅溶胶中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的无碱液体混凝土速凝剂，其特征在于，所述氟化物包括氟化钾、氟化锂、氟化铵、氟化钠和氟化锌中的一种或几种的混合物；
所述第一含氟物质和第二含氟物质中的氟硅酸盐独立地包括氟硅酸钾、氟硅酸锂、氟硅酸铵、氟硅酸钠和氟硅酸锌中的一种或几种的混合物；
所述氟硼酸盐包括氟硼酸钾、氟硼酸锂、氟硼酸铵、氟硼酸钠和氟硼酸锌中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的无碱液体混凝土速凝剂，其特征在于，所述减水剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、纤维素醚和淀粉醚中的一种或几种的混合物。
6.权利要求1～5任意一项所述无碱液体混凝土速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
将铝盐、无机纳米材料、第一含氟物质、减水剂、第二含氟物质和水混合后搅拌2～8h，得到无碱液体混凝土速凝剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的温度为10～50℃。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的转速为100～800r/min。
9.权利要求1～5任意一项所述的无碱液体混凝土速凝剂或权利要求6～8任意一项所述制备方法制备的无碱液体混凝土速凝剂在喷射混凝土中的应用。
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