CN108046639A - 一种高强型液体速凝剂及其制备方法 - Google Patents

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薛勇刚
李光辉
张营
白成毅
陈瑞
孙岩
宋峰
田晓霞
肖珊珊
刘晓溪
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    • C04B2103/10—Accelerators; Activators
    • C04B2103/12—Set accelerators

Abstract

本发明涉及一种高强型液体速凝剂，组成为：聚合硫酸铝40‑50%、硫酸镁10‑15%、纳米活性氧化锌1‑2%、有机早强剂5‑8%、无机稳定剂2‑4%、有机增黏剂0‑1%，余量为水，制备方法：常温下，将水注入容器中，然后将有机早强剂加入并搅拌均匀；进而将聚合硫酸铝缓慢投入，并继续搅拌至全部溶解；然后依次加入硫酸镁、纳米活性氧化锌、无机稳定剂，搅拌溶解；最后加入有机增黏剂，搅拌至液体呈淡黄色或浅绿色，即得。本发明速凝剂能够有效改善混凝土的初、终凝时间，增强了混凝土的后期强度，显著提高了混凝土的28d抗压强度比；其生产工艺简单，易于操作，且在常温条件下完成，无需高温或加热，降低了能耗，节省了生产成本。

Description

一种高强型液体速凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于公路工程材料中的混凝土（砂浆）速凝技术领域，具体涉及一种高强型液体速凝剂及其制备方法。
背景技术
速凝剂是使水泥快速凝结硬化、提高混凝土或砂浆早期强度的外加剂，是喷射混凝土或砂浆中必不可少的添加剂。速凝剂的研制始于上世纪30年代，发展初期以碱性粉体速凝剂为主，主要成分是铝酸钠、硅酸钠和碳酸钠等。由于混凝土粘聚性差、回弹率高，粉体速凝剂存在粉尘污染大的问题，严重影响施工安全性，且后期强度和耐久性能不能有效保证，碱性粉体速凝剂的发展及应用受到了很大的限制，目前已经处于淘汰状态。
随着喷射混凝土湿喷技术的发展，开始出现液体速凝剂，液体速凝剂主要有无碱液体速凝剂和有碱液体速凝剂。国外生产的部分液体速凝剂虽然性能优异，但是价格偏高。国内研制的部分液体速凝剂可以有效避免粉体速凝剂造成的粉尘污染、混凝土分散不均匀等问题，但从速凝剂工程应用情况来看仍存在一些问题，如速凝剂碱含量高、掺量大、28d抗压强度比不合格、产品储存稳定期短、制备过程需要高温等。
现行国家标准JGJ/T 372-2016《喷射混凝土应用技术规程》和JT/T 1088-2016《公路工程喷射混凝土用速凝剂》对速凝剂产品性能和喷射混凝土应用性能提出了更高的要求，迫切需要对现有工艺技术进行改进和改良，因此研发出一种节能环保、回弹率低、高强型无氯无碱液体速凝剂，对提高喷射混凝土施工效率、保证混凝土结构耐久性具有显著的经济和社会意义。
发明内容
本发明目的之一是提供一种产品性能稳定期长、1d和28d抗压强度比高的喷射混凝土用无氯无碱液体速凝剂，本发明目的之二是提供上述喷射混凝土用无氯无碱速凝剂的生产工艺简单且易于操作的常温制备方法。
为解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
设计一种高强型液体速凝剂，原料组成及质量百分数为：聚合硫酸铝40-50%、硫酸镁10-15%、纳米活性氧化锌1-2%、有机早强剂5-8%、无机稳定剂2-4%、有机增黏剂0-1%，余量为水。
优选的，所述聚合硫酸铝用Al2O3含量表征其纯度，要求Al2O3含量不小于17%，可以用工业无铁聚合硫酸铝和工业低铁聚合硫酸铝，使用之前先将聚合硫酸铝进行研磨，过200目的筛子，通过的粉末用于制备速凝剂。
优选的，所述硫酸镁为工业MgSO4 .7H2O。
优选的，所述纳米活性氧化锌是通过间接法生产的，氧化锌有效含量不小于99.7%。
优选的，所述有机早强剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
优选的，所述无机稳定剂为氢氟酸、磷酸、硫酸中的至少一种。
优选的，所述有机增黏剂为聚丙烯酰胺、丙烯酰胺中的至少一种。
上述高强型液体速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）常温条件下（5-35℃），先将水注入容器中，再将所述有机早强剂加入容器，搅拌均匀；
（2）在持续搅拌的条件下，将所述聚合硫酸铝分成等量的三份，每隔20min投入一份，并继续搅拌至聚合硫酸铝全部溶解；
（3）在持续搅拌的条件下，依次加入所述硫酸镁、纳米活性氧化锌、无机稳定剂，并继续搅拌至完全溶解；
（4）加入所述有机增黏剂，搅拌至液体呈淡黄色或浅绿色，即得高强型液体速凝剂，密度为1.3g-1.5g/cm3，pH值为2-4，碱含量小于1%，氯离子含量小于0.1%。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤（2）中，为促进聚合硫酸铝溶解，防止聚合硫酸铝结块，将配方用量的聚合硫酸铝分成等量的三份，在持续搅拌的条件下，每隔20min投入一份聚合硫酸铝，直至聚合硫酸铝全部溶解，并保持搅拌设备转速不低于500r/min。
本发明还提供了上述高强型液体速凝剂在喷射混凝土中的应用，应用时，高强型液体速凝剂掺量为混凝土中胶凝材料质量的3-5%。
本发明具有以下积极有益效果：
（1）本发明所用聚合硫酸铝可以显著缩短水泥的初、终凝时间；所用硫酸镁对水泥有一定的促凝作用，主要作用是提高混凝土的早期强度；所用有机早强剂可促进常温条件下（5-35℃）聚合硫酸铝的溶解，不需要进行加热处理，同时可提高混凝土的早期强度；所用无机稳定剂可促进溶液溶解均匀，调节pH值，从而抑制Al3+的水解，提高速凝剂的稳定性；所用有机增黏剂主要作用是增加液体速凝剂的粘度，改善混凝土的粘聚性，降低喷射混凝土的回弹率。
（2）本发明在速凝剂体系中引入纳米活性氧化锌，通过间接法进行工艺改造，氧化锌比表面积大，化学活性高，能够有效改善速凝剂的初、终凝时间，增强混凝土的后期强度，显著提高混凝土的28d抗压强度比。
（3）本发明提供的生产液体速凝剂的制备工艺简单，易于操作，且无需高温或加热，降低了能耗，节省了生产成本。
（4）本发明设计的喷射混凝土用速凝剂碱含量小于1%，氯离子含量小于0.1%，按照JT/T 1088-2016《公路工程喷射混凝土用速凝剂》属于无碱速凝剂；在较低掺量下（3-5%）即能使水泥在3min内初凝，8min内终凝，1d抗压强度大于12MPa，28d抗压强度比大于100%，C90/C028大于1.1，满足JT/T 1088-2016《公路工程喷射混凝土用速凝剂》一等品要求；且储存6个月不析晶、不沉淀，速凝效果无变化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
常温下，按重量份数，将6份二乙醇胺和27.5份水加入到容器内，搅拌5min使溶液混合均匀后，在持续搅拌（不低于500r/min）的条件下将50份聚合硫酸铝（细度为200目以上）分成等量的三份，每隔20min投入一份，直至聚合硫酸铝全部溶解，再在持续搅拌的条件下依次投入12份硫酸镁（工业MgSO4 .7H2O）、2份纳米活性氧化锌（间接法生产，氧化锌不小于99.7%）和2份磷酸，搅拌1h至完全溶解稳定，最后加入0.5份丙烯酰胺，搅拌均匀至液体呈淡黄色，即得到高强型液体速凝剂。
实施例2
常温下，按重量份数，将7份三乙醇胺和26.5份水加入到容器内，搅拌5min使溶液混合均匀后，在持续搅拌（不低于500r/min）的条件下将48份聚合硫酸铝（细度为200目以上）分成等量的三份，每隔20min投入一份，直至聚合硫酸铝全部溶解，再在持续搅拌的条件下依次投入13份硫酸镁（工业MgSO4 .7H2O）、2份纳米活性氧化锌（间接法生产，氧化锌不小于99.7%）和3份氢氟酸，搅拌1h至完全溶解稳定，最后加入0.5份聚丙烯酰胺，搅拌均匀至液体呈淡黄色，即得到高强型液体速凝剂。
实施例3
常温下，按重量份数，将8份一乙醇胺和26.5份水加入到容器内，搅拌5min使溶液混合均匀后，在持续搅拌（不低于500r/min）的条件下将46份聚合硫酸铝（细度为200目以上）分成等量的三份，每隔20min投入一份，直至聚合硫酸铝全部溶解，再在持续搅拌的条件下依次投入14份硫酸镁（工业MgSO4 .7H2O）、1份纳米活性氧化锌（间接法生产，氧化锌不小于99.7%）和4份硫酸，搅拌1h至完全溶解稳定，最后加入0.5份丙烯酰胺，搅拌均匀至液体呈浅绿色，即得到高强型液体速凝剂。
实施例4
常温下，按重量份数，将8份二乙醇胺和26.5份水加入到容器内，搅拌5min使溶液混合均匀后，在持续搅拌（不低于500r/min）的条件下将50份聚合硫酸铝（细度为200目以上）分成等量的三份，每隔20min投入一份，直至聚合硫酸铝全部溶解，再在持续搅拌的条件下依次投入10份硫酸镁（工业MgSO4 .7H2O）、1份纳米活性氧化锌（间接法生产，氧化锌不小于99.7%）和4份氢氟酸，搅拌1h至完全溶解稳定，最后加入0.5份丙烯酰胺，搅拌均匀至液体呈浅绿色，即得到高强型液体速凝剂。
应用实例：
按照JT/T 1088-2016《公路工程喷射混凝土用速凝剂》的试验方法，使用P.I 42.5基准水泥，速凝剂掺量为水泥重量的4%，试验结果见表1。
表1 速凝剂试验结果
JT/T 1088-2016《公路工程喷射混凝土用速凝剂》规范中，掺无碱速凝剂的净浆和硬化砂浆性能指标如表2 所示。
表2 掺无碱速凝剂的净浆和硬化砂浆性能指标
从表1中的数据可以看出，本发明的速凝剂属于无氯无碱液体速凝剂，可以有效提高水泥的初凝和终凝时间，且对1d抗压强度、28d抗压强度和90d抗压强度均有显著的提高，完全满足JT/T 1088-2016《公路工程喷射混凝土用速凝剂》中的一等品要求。该产品性能明显优于国内同类型产品。

Claims (10)

1.一种高强型液体速凝剂，其特征在于，原料组成及质量百分数为：聚合硫酸铝40-50%、硫酸镁10-15%、纳米活性氧化锌1-2%、有机早强剂5-8%、无机稳定剂2-4%、有机增黏剂0-1%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的高强型液体速凝剂，其特征在于：所述聚合硫酸铝中Al2O3含量不小于17wt%，细度为200目以上。
3.根据权利要求1所述的高强型液体速凝剂，其特征在于：所述硫酸镁为工业MgSO4 .7H2O。
4.根据权利要求1所述的高强型液体速凝剂，其特征在于：所述纳米活性氧化锌是通过间接法生产的，且氧化锌有效含量不小于99.7%。
5.根据权利要求1所述的高强型液体速凝剂，其特征在于：所述有机早强剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高强型液体速凝剂，其特征在于：所述无机稳定剂为氢氟酸、磷酸、硫酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的高强型液体速凝剂，其特征在于：所述有机增黏剂为聚丙烯酰胺、丙烯酰胺中的至少一种。
8.权利要求1所述高强型液体速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）常温条件下，将水注入容器中，再将所述有机早强剂加入容器并搅拌均匀；
（2）在持续搅拌的条件下，将所述聚合硫酸铝缓慢投入容器中，并继续搅拌至聚合硫酸铝全部溶解；
（3）在持续搅拌的条件下，依次加入所述硫酸镁、纳米活性氧化锌、无机稳定剂，并继续搅拌至完全溶解；
（4）加入所述有机增黏剂，搅拌至液体呈淡黄色或浅绿色，即得高强型液体速凝剂。
9.根据权利要求8所述高强型液体速凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，将配方用量的聚合硫酸铝分成等量的三份，在持续搅拌的条件下，每隔20min投入一份聚合硫酸铝，直至聚合硫酸铝全部溶解，并保持搅拌设备转速不低于500r/min。
10.根据权利要求8所述高强型液体速凝剂的制备方法，其特征在于：所述常温条件为5-35℃。
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