CN109206040B - 一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂，包括：35‑60重量份的水，40‑50重量份的聚合硫酸铝或硫酸铝，0‑5重量份的硫酸铁，0‑3重量份的络合剂，2‑5份的有机胺，2‑5重量份的早强剂，0‑2重量份的pH值调节剂，0.5‑1重量份的矿渣激发剂，0.1‑0.3重量份的消泡剂，2‑8重量份的氟化铝。本发明还提出所述液体无碱速凝剂的制备和应用。本发明提出的液体无碱速凝剂，特别适用于喷射混凝土，对各种水泥具有广泛适应性。可以改善无碱速凝剂对水泥的适用性，提高喷射混凝土强度，更广泛应用于各类工程。

Description

一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂

技术领域

本发明属于工程建设领域，具体涉及一种混凝土施工所用凝固剂。

背景技术

速凝剂是一种能够使水泥浆体、砂浆或混凝土迅速凝结硬化，而不过分影响其长期强度的化学外加剂。自速凝剂开始生产和使用以来，其凭借在速凝与早强方面的显著特点，现已成为喷射混凝土的重要组成材料之一。速凝剂的种类与品质直接影响喷射混凝土的质量，因此，国内外关于喷射混凝土的研究均把速凝剂放在非常重要的位置。

目前，我国多采用碱性液体速凝剂，其通常是以铝酸钠或硅酸钠为主要成分，再配以醇胺、增粘剂等组分溶于水而制成。其作用效果通常受水泥熟料的化学成分、混合材种类和掺量以及水泥的细度等多种因素的影响，并且由于碱性物质的存在，增加了碱集料反应的可能性，混凝土后期抗压强度损失较大(20％-50％)；且因其碱性较高，腐蚀性强，对施工人员伤害大，在施工过程中存在安全隐患。

与碱性速凝剂相比,液体无碱速凝剂具有对人体腐蚀性损伤小、后期抗压强度比值高、对混凝土耐久性无不良影响、增粘成分可降低喷射过程中的粉尘浓度和回弹量等优点。但是在实际工程应用中，采用液体无碱速凝剂时，发现液体无碱速凝剂存在的问题主要是与水泥的适应性问题。当水泥来源、品种甚至批次不同时，速凝剂的速凝效果都将发生改变。对于适应性较差的水泥，无碱速凝剂作用效果较差，主要表现在：(1)掺量增大，(2)凝结时间合格，但1d抗压强度较低(胶砂1d抗压强度﹤7MPa)，有的甚至没有强度，不能硬化。在我国水泥品种多、水泥混合材类型和掺量变化较大的现状下，这些液体无碱速凝剂很难完全适应水泥性质变化的情况。

因此，研发一种适应于我国多品种水泥、复杂喷射混凝土施工环境的高效液体无碱速凝剂，对于解决喷射混凝土施工中存在的关键问题，满足工程中喷射混凝土施工的现实需要，具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述无碱速凝剂对水泥适应性较差的问题，本发明的目的之一，是提供一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂，对各种水泥具有广泛适应性，可以更广泛应用于各个工程，提高喷射混凝土1天抗压强度和28天抗压强度比。

本发明的第二个目的在于提供所述液体无碱速凝剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述的液体无碱速凝剂的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂，包括：

35-60重量份的水，40-50重量份的聚合硫酸铝或硫酸铝，0-5重量份的硫酸铁，0-3重量份的络合剂，2-5份的有机胺，2-5重量份的早强剂，0-2重量份的pH值调节剂，0.5-1重量份的矿渣激发剂，0.1-0.3重量份的消泡剂，2-8重量份的氟化铝。

其中，所述聚合硫酸铝可以为市售聚合硫酸铝，包括工业含铁聚合硫酸铝和工业无铁聚合硫酸铝。所述硫酸铝可以为市售硫酸铝，包括工业含铁硫酸铝和工业无铁硫酸铝。所述硫酸铁可以为市售硫酸铁。

其中，所述络合剂为氟硅酸镁、氟化钠、氟硅酸锌、氟化镁铝、EDTA中的一种或几种；当所述络合剂为氟化钠时，络合剂的用量为0.1-1重量份。

其中，所述有机胺为三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种；所述早强剂为硫酸镁、硫酸锌、甲酸钙、尿素、乙二醇中的一种或几种；所述pH值调节剂为磷酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸中的一种。

其中，所述矿渣激发剂为磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、草酸中的一种；所述消泡剂为市售有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂中的一种。

其中，所述氟化铝是由氢氧化铝与氢氟酸反应得到。非晶的氢氧化铝与酸更容易反应，结晶的不与一般的酸反应。采用市售的非晶氢氧化铝即可。

上述成分中，水分不宜太多，水分超过50份会导致凝结时间长，其而稳定性变差；早强剂2-5重量份可达最优的强度。络合剂用于提高速凝剂的稳定性。

所述的液体无碱速凝剂，优选包括：

35-50重量份的水，40-50重量份的聚合硫酸铝或硫酸铝，2-5重量份的硫酸铁，0.2-2重量份的络合剂，3-5份的有机胺，2-5重量份的早强剂，0.05-1重量份的pH值调节剂，0.5-1重量份的矿渣激发剂，0.1-0.3重量份的消泡剂，2-6重量份的氟化铝。

本发明所述的液体无碱速凝剂的制备方法，包括步骤：

(1)氟化铝溶液的制备：将非晶氢氧化铝和氢氟酸混合后搅拌至氢氧化铝完全溶解；

(2)配制其他成分的溶液：将水、聚合硫酸铝或硫酸铝、硫酸铁、络合剂、有机胺、早强剂、pH值调节剂、矿渣激发剂、消泡剂混合成为溶液；

(3)液体无碱速凝剂的制备：步骤(2)所得溶液加入到步骤(1)得到的氟化铝溶液中。

进一步地，步骤(1)中，所述氢氟酸的质量浓度为20-50％，氢氧化铝和氢氟酸的质量比例为(4-8)：(8-15)。

更优选地，所述的制备方法，包括步骤：

(1)氟化铝溶液的制备：将4-5重量份的非晶氢氧化铝和8-12重量份的30-50％浓度的氢氟酸混合后搅拌至氢氧化铝完全溶解；

(2)配制其他成分的溶液：将去离子水、聚合硫酸铝或硫酸铝、硫酸铁、络合剂、有机胺、早强剂、pH值调节剂、矿渣激发剂、消泡剂混合后加热至70-85℃，搅拌2-3h；

(3)液体无碱速凝剂的制备：步骤(2)所得溶液加入到步骤(1)得到的氟化铝溶液中，搅拌20-60min，得液体无碱速凝剂。

本发明所述的液体无碱速凝剂在用各种水泥制备喷射混凝土中的应用。

可选地，所述的液体无碱速凝剂在水泥中的掺量为4-7％(按外掺计算)。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的液体无碱速凝剂，特别适用于喷射混凝土，对各种水泥具有广泛适应性。可以改善无碱速凝剂对水泥的适用性，提高喷射混凝土强度，更广泛应用于各类工程。

本发明提出的液体无碱速凝剂，对不同种类的水泥具有良好的适应性，掺量为4％-7％时即可达到喷射要求，符合国标《GB/T35159-2017喷射混凝土用速凝剂》，部分水泥胶砂1d抗压强度可达10MPa以上，28d抗压强度比大于95％，且本发明制备的液体无碱速凝剂无腐蚀性和刺激性气味，施工环境良好；储存稳定性良好，可达到储存180天无沉淀。

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。

如无特别说明，实施例中采用的试剂和物料均为市购。如无特别说明，实施例中采用的手段均为本领域已知的技术手段。

实施例1：

在一个装有电动搅拌器、温度计的250mL三口烧瓶中，加入40g非晶氢氧化铝，90g浓度为40％的氢氟酸，搅拌至溶液透明，得氟化铝溶液，出料备用。

在一个装有电动搅拌器、温度计的1000ml三口烧瓶中加入380g的去离子水，400g聚合硫酸铝，10g氟硅酸镁，30g三乙醇胺，45g硫酸镁，0.5g磷酸，1g磷酸一氢铵，1g有机硅消泡剂，搅拌加热至80℃，保温2-3h，是其全部溶解，成为透明溶液，冷却至40℃以下，加入氟化铝溶液搅拌均匀，得液体无碱速凝剂。

本液体无碱速凝剂pH值为1-4，碱当量≤1％。外观为透明液体，放置180天没有沉淀。

实施例2

在一个装有电动搅拌器、温度计的250ml三口烧瓶中，加入40g非晶氢氧化铝，90g浓度为40％的氢氟酸，搅拌至溶液透明，得氟化铝溶液，出料备用。

在一个装有电动搅拌器、温度计的1000ml三口烧瓶中加入380g的去离子水，400g聚合硫酸铝，30g硫酸铁，5g氟硅酸镁，5g氟硅酸锌，20g三乙醇胺，10g三异丙醇胺，20g尿素，2g乳酸，1g磷酸一氢铵，1g聚醚消泡剂，搅拌加热至80℃，保温2-3h，使其全部溶解，成为透明溶液，冷却至40℃以下，加入氟化铝溶液搅拌均匀，得液体无碱速凝剂。

本液体无碱速凝剂pH值为1-4，碱当量≤1％。外观为透明液体，放置180天没有沉淀。

实施例3

在一个装有电动搅拌器、温度计的250ml三口烧瓶中，加入50g非晶氢氧化铝，110g浓度为40％的氢氟酸，搅拌至溶液透明，得氟化铝溶液，出料备用。

在一个装有电动搅拌器、温度计的1000ml三口烧瓶中加入380g的去离子水，400g聚合硫酸铝，30g硫酸铁，10g氟硅酸镁，30g三乙醇胺，45g硫酸镁，0.5g磷酸，1g磷酸一氢铵，1g有机硅消泡剂，搅拌加热至80℃，保温2-3h，使其全部溶解，成为透明溶液，冷却至40℃以下，加入氟化铝溶液搅拌均匀，得液体无碱速凝剂。

本液体无碱速凝剂pH值为1-4，碱当量≤1％。外观为透明液体，放置180天没有沉淀。

实施例4

在一个装有电动搅拌器、温度计的250ml三口烧瓶中，加入50g非晶氢氧化铝，105g浓度为40％的氢氟酸，搅拌至溶液透明，得氟化铝溶液，出料备用。

在一个装有电动搅拌器、温度计的1000ml三口烧瓶中加入350g的去离子水，450g聚合硫酸铝，10g氟硅酸镁，20g三乙醇胺，30g硫酸锌，2g乳酸，1g草酸，1g有机硅消泡剂，搅拌加热至80℃，保温2-3h，使其全部溶解，成为透明溶液，冷却至40℃以下，加入氟化铝溶液搅拌均匀，得液体无碱速凝剂。

本液体无碱速凝剂pH值为1-4，碱当量≤1％。外观为透明液体，放置180天没有沉淀。

实施例5

在一个装有电动搅拌器、温度计的250ml三口烧瓶中，加入50g非晶氢氧化铝，70g浓度为40％的氢氟酸，搅拌2h，仍为混浊溶液，导致混浊的原因为氢氧化铝未完全溶解。

实施例6

在一个装有电动搅拌器、温度计的250ml三口烧瓶中，加入50g市售氟化铝，搅拌1h，450g聚合硫酸铝，10g氟硅酸镁，20g三乙醇胺，30g硫酸锌，2g乳酸，1g草酸，1g有机硅消泡剂，搅拌加热至80℃，保温2-3h，仍为混浊溶液，放置5h后，有大量沉淀产生。

实施例7

将实施例1-4的液体无碱速凝剂按照国标《GB/T35159-2017喷射混凝土用速凝剂》分别采用基准水泥，海螺水泥，怀宁上峰水泥，祁连山水泥、华新水泥进行检测，选用水泥均为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，以验证本发明制备液体无碱速凝剂对水泥的适应性。作为对比的速凝剂中市售有碱速凝剂pH值＞14(超过pH计量程)，放置一个月出现沉淀；市售无碱速凝剂的pH值为1-2，放置一个月出现沉淀。

制备的喷射混凝土检测结果如表1所示：

表1：喷射混凝土检测结果

从以上数据可以看出：本发明所制备的液体无碱速凝剂对各种水泥具有广泛适应性，掺量低，凝结时间短，胶砂1d抗压强度、28d抗压强度比以及90d抗压强度保持率均保持较高水平，符合国标《GB/T35159-2017喷射混凝土用速凝剂》的要求，可以广泛应用于水利、电力、铁路、公路等各种隧道、边坡工程的喷射混凝土施工中。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。对本领域技术人员来说，从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，或现有技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，都能实现本专利描述的功能和效果，均属本专利保护范围。

Claims (8)

1.一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂，其特征在于，

35-50重量份的水，40-50重量份的聚合硫酸铝或硫酸铝，2-5重量份的硫酸铁，0.2-2重量份的络合剂，3-5份的有机胺，2-5重量份的早强剂，0.05-1重量份的pH值调节剂，0.5-1重量份的矿渣激发剂，0.1-0.3重量份的消泡剂，2-6重量份的氟化铝；所述消泡剂为聚醚类消泡剂；所述矿渣激发剂为磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、草酸中的一种；所述早强剂为尿素、乙二醇中的一种或几种，所述各种型号水泥包括：基准水泥、海螺水泥、怀宁上峰水泥、祁连山水泥、华新水泥。

2.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于，所述络合剂为氟硅酸镁、氟化钠、氟硅酸锌、氟化镁铝、EDTA中的一种或几种；当所述络合剂为氟化钠时，络合剂的用量为0.1-1重量份。

3.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于，所述有机胺为三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种；所述pH值调节剂为磷酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸中的一种。

4.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于，所述氟化铝是由氢氧化铝与氢氟酸反应得到。

5.权利要求1-4任一项所述的液体无碱速凝剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)氟化铝溶液的制备：将氢氧化铝和氢氟酸混合后搅拌至氢氧化铝完全溶解；

(2)配制其他成分的溶液：将水、聚合硫酸铝或硫酸铝、硫酸铁、络合剂、有机胺、早强剂、pH值调节剂、矿渣激发剂、消泡剂混合成为溶液；

(3)液体无碱速凝剂的制备：步骤(2)所得溶液加入到步骤(1)得到的氟化铝溶液中。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氢氟酸的质量浓度为20-50％，氢氧化铝和氢氟酸的质量比例为(4-8)：(8-15)。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)氟化铝溶液的制备：将4-5重量份的非晶氢氧化铝和8-12重量份的30-50％浓度的氢氟酸混合后搅拌至氢氧化铝完全溶解；

(2)配制其他成分的溶液：将去离子水、聚合硫酸铝或硫酸铝、硫酸铁、络合剂、有机胺、早强剂、pH值调节剂、矿渣激发剂、消泡剂混合后加热至70-85℃，搅拌2-3h；

(3)液体无碱速凝剂的制备：步骤(2)所得溶液加入到步骤(1)得到的氟化铝溶液中，搅拌20-60min，得液体无碱速凝剂。

8.权利要求1-4任一项所述的液体无碱速凝剂在用各种水泥制备喷射混凝土中的应用。