CN109879631A - 一种高强增溶型液体速凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强增溶型液体速凝剂及其制备方法,其中液体速凝剂，以重量计，至少包含以下制备原材料：硫酸铝30～40；柠檬酸酸5～10；羟乙基纤维素2～8；pH调节剂1～10；络合增强剂5～15；稳定剂0.5～3；其余为水。本发明通过引入羟乙基纤维素用于合成液体速凝剂，通过络合增强剂、稳定剂和羟乙基纤维素在溶液中结合形成交联网状结构，能达到很好的增溶效果，产品浓度可高达80％，不会出现分层，沉淀析出的现象，产品溶解效果好，可降低液体速凝剂的运输成本。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强增溶型液体速凝剂及其制备方法。
背景技术
速凝剂是一种能使水泥混凝土快速凝结硬化的新型化学外加剂，为了增加喷射混凝土一次喷层厚度，喷射混凝土中必须掺加速凝剂，从而缩短两次喷覆之间的时间间隔，提高喷射混凝土的早期强度，降低喷射混凝土的回弹量，保证工程质量的稳定性，主要用于隧道、井巷、护坡等工程锚喷支护以及堵漏和抢修过程中。
速凝剂种类繁多，根据速凝剂的性质和状态，大致可以分为有碱粉状速凝剂、无碱粉状速凝剂、有碱液体速凝剂和无碱液体速凝剂四种。液体速凝剂相比于粉状速凝剂，液体速凝剂于物料的混合更均匀，提高了喷射混凝土的的品质并且克服了粉状速凝剂粉尘大、回弹量大的缺点。有碱液体速凝剂，因为碱含量高，会导致混凝土后期强度和耐久性下降，此外，还可能造成对环境的污染，特别是地下水环境的污染。无碱液体速凝剂与传统粉体速凝剂和有碱液体速凝剂相比能有效克服上述缺点，已经成为研究热点。但是，目前无碱液体速凝剂在生产和应用中也存在较多的问题，比如混凝土强度发展不稳定，产品容易分层产生沉淀，稳定性不好，生产浓度提不上去，提高浓度生产，产品稳定性差，运输成本高的问题，使得喷射混凝土在施工过程中质量不稳定，从而给生产施工中带来安全隐患。因此，开发出一种能够提高混凝土强度、提高浓度、稳定性好、碱含量低的液体速凝剂具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强增溶型液体速凝剂及其制备方法，以解决现有的速凝剂稳定性差，易分层产生沉淀，并且生产浓度提不上去等问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高强增溶型液体速凝剂，以重量计，至少包含以下制备原材料：
优选的，络合增强剂的制备方法是，将乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入醇胺和催化剂进行反应，在温度为70～100℃的条件下，反应1～4h，制得所述络合增强剂，其中，乙二胺四乙酸和醇胺的摩尔比为1：0.5～2，催化剂用量为乙二胺四乙酸和醇胺总质量的0.5～3.0％。
优选的，醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。
优选的，催化剂为对甲苯磺酸和/或浓硫酸。
优选的，稳定剂的制备方法为：在反应釜中加入底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为20～50℃，再分别往反应釜中滴加不饱和含氟化合物水溶液、丙烯酸水溶液、引发剂水溶液及分子量调节剂水溶液，滴加时间为1.0～4.0h，滴加完毕后，在温度为20～50℃条件下保温反应0～3.0h，制得所述稳定剂，其中，该步骤所用水的总量使得该稳定剂的质量浓度为5～40％，不饱和含氟化合物和丙烯酸的质量比为1:1～3，引发剂的用量为不饱和含氟化合物和丙烯酸的总质量的0.5～3.5％，分子量调节剂的用量为不饱和含氟化合物和丙烯酸总质量的0.2～2.5％。
优选的，不饱和含氟化合物为2-氟肉桂酸、3-氟肉桂酸、4-氟肉桂酸、2-(三氟甲基)肉桂酸、3-(三氟甲基)肉桂酸和4-(三氟甲基)肉桂酸中的至少一种。
优选的，引发剂为过硫酸铵。
优选的，分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸和巯基乙醇中的至少一种。
优选的，pH值调节剂为浓硫酸、对甲苯磺酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、乙二酸、氢氟酸中的至少一种。
本发明提供的一种高强增溶型液体速凝剂的制备方法，具体包括以下步骤：首先，将稳定剂和水加入到反应釜中进行搅拌，再加入pH调节剂搅拌均匀后，再分别加入硫酸铝、柠檬酸铝、羟乙基纤维素和络合增强剂进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为40～80℃的条件下，反应1.0～4.0h，反应完成后制得所述高强增溶型液体速凝剂。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过将乙二胺四乙酸和醇胺酯化制得络合增强剂，将其用于制备液体速凝剂的合成，能够提高混凝土的综合强度。
2、本发明通过将不饱和含氟化合物与丙烯酸共聚制得稳定剂，再将其运用于液体速凝剂的合成中，能够提高产品的稳定性。
3、本发明通过引入羟乙基纤维素用于合成液体速凝剂，通过络合增强剂、稳定剂和羟乙基纤维素在溶液中结合形成交联网状结构，能达到很好的增溶效果，产品浓度可高达80％，不会出现分层，沉淀析出的现象，产品溶解效果好，可降低液体速凝剂的运输成本。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)络合增强剂的制备:将100.00g乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入24.00g一乙醇胺和1.20g对甲苯磺酸进行反应，在温度为80℃下，反应3h，得到络合增强剂；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为40℃，再分别往反应釜中滴加2-氟肉桂酸与3-氟肉桂酸的混合溶液(其中2-氟肉桂酸为18.00g，3-氟肉桂酸为2.00g，水为20.00g)、丙烯酸水溶液(其中丙烯酸为46.00g，水为20.00g)、过硫酸铵水溶液(其中过硫酸铵为1.00g，水为10.00g)及巯基乙酸水溶液(其中巯基乙酸为0.60g，水为10.00g)，滴加时间为2.0h，滴加完毕后，在温度为40℃的条件下，保温1.0h，制得稳定剂；
(3)将2.00g步骤(2)制得的稳定剂和60.00g水加入到反应釜中进行搅拌，再加入5.00g浓硫酸，搅拌均匀后再分别加入37.00g硫酸铝、8.00g柠檬酸铝、6.00g羟乙基纤维素和12.00g步骤(1)制得的络合增强剂进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为50℃的条件下，反应3.0h，得到一种高强增溶型液体速凝剂KZJ-1。
实施例2
(1)络合增强剂的制备:将100.00g乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入36.00g二乙醇胺和2.00g浓硫酸进行反应，在温度为90℃下，反应3h，得到络合增强剂；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为30℃，再分别往反应釜中滴加2-氟肉桂酸与4-氟肉桂酸的混合溶液(其中2-氟肉桂酸为10.00g，4-氟肉桂酸为10.00g，水为20.00g)、丙烯酸水溶液(其中丙烯酸为37.00g，水为20.00g)、过硫酸铵水溶液(其中过硫酸铵为1.70g，水为10.00g)及巯基丙酸水溶液(其中巯基丙酸为1.00g，水为10.00g)，滴加时间为3.0h，滴加完毕后，在温度为30℃的条件下，保温1.0h，制得稳定剂；
(3)将1.80g步骤(2)制得的稳定剂和30.00g水加入到反应釜中进行搅拌，再加入8.00g乙二酸，搅拌均匀后再分别加入30.00g硫酸铝、6.00g柠檬酸铝、5.00g羟乙基纤维素和8.00g步骤(1)制得的络合增强剂进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为60℃的条件下，反应2.0h，得到一种高强增溶型液体速凝剂KZJ-2。
实施例3
(1)络合增强剂的制备:将100.00g乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入39.00g三乙醇胺和2.70g浓硫酸进行反应，在温度为70℃下，反应4h，得到络合增强剂；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为50℃，再分别往反应釜中滴加3-氟肉桂酸与2-(三氟甲基)肉桂酸的混合溶液(其中3-氟肉桂酸为16.00g，2-(三氟甲基)肉桂酸为4.00g，水为20.00g)、丙烯酸水溶液(其中丙烯酸为50.00g，水为20.00g)、过硫酸铵水溶液(其中过硫酸铵为2.00g，水为10.00g)及巯基乙醇水溶液(其中巯基乙醇为1.40g，水为10.00g)，滴加时间为2.0h，滴加完毕后，在温度为50℃的条件下，保温0.5h，制得稳定剂；
(3)将3.00g步骤(2)制得的稳定剂和20.00g水加入到反应釜中进行搅拌，再加入6.00g氢氟酸，搅拌均匀后再分别加入32.00g硫酸铝、7.00g柠檬酸铝、8.00g羟乙基纤维素和10.00g步骤(1)制得的络合增强剂进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为70℃的条件下，反应1.5h，得到一种高强增溶型液体速凝剂KZJ-3。
实施例4
(1)络合增强剂的制备:将100.00g乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入、69.00g三异丙醇胺和3.60g浓硫酸进行反应，在温度为100℃下，反应2h，得到络合增强剂；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为20℃，再分别往反应釜中滴加4-氟肉桂酸与3-(三氟甲基)肉桂酸的混合溶液(其中4-氟肉桂酸为6.00g，3-(三氟甲基)肉桂酸为14.00g，水为20.00g)、丙烯酸水溶液(其中丙烯酸为28.00g，水为20.00g)、过硫酸铵水溶液(其中过硫酸铵为0.80g，水为10.00g)及巯基乙酸水溶液(其中巯基乙酸为0.70g，水为10.00g)，滴加时间为3.0h，滴加完毕后，在温度为20℃的条件下，保温2.0h，制得稳定剂；
(3)将2.60g步骤(2)制得的稳定剂和50.00g水加入到反应釜中进行搅拌，再加入10.00g浓硫酸，搅拌均匀后再分别加入36.00g硫酸铝、10.00g柠檬酸铝、3.00g羟乙基纤维素和15.00g步骤(1)制得的络合增强剂进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为80℃的条件下，反应2.0h，得到一种高强增溶型液体速凝剂KZJ-4。
实施例5
(1)络合增强剂的制备:将100.00g乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入、46.00g二乙醇单异丙醇胺和3.20g对甲苯磺酸进行反应，在温度为85℃下，反应2h，得到络合增强剂；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为35℃，再分别往反应釜中滴加2-氟肉桂酸与4-(三氟甲基)肉桂酸的混合溶液(其中2-氟肉桂酸为7.00g，4-(三氟甲基)肉桂酸为13.00g，水为20.00g)、丙烯酸水溶液(其中丙烯酸为42.00g，水为20.00g)、过硫酸铵水溶液(其中过硫酸铵为2.60g，水为10.00g)及巯基丙酸水溶液(其中巯基丙酸为1.20g，水为10.00g)，滴加时间为2.5h，滴加完毕后，在温度为35℃的条件下，保温2.0h，制得稳定剂；
(3)将2.50g步骤(2)制得的稳定剂和40.00g水加入到反应釜中进行搅拌，再加入7.00g乙二酸，搅拌均匀后再分别加入35.00g硫酸铝、9.00g柠檬酸铝、7.00g羟乙基纤维素和11.00g步骤(1)制得的络合增强剂搅拌均匀，待物料完全搅拌均匀后在温度为40℃的条件下，反应2.0h，得到一种高强增溶型液体速凝剂KZJ-5。
对实施例1到实施例5所制得的高强增溶型液体速凝剂进行测试，选用海螺P.O42.5普通硅酸盐水泥。按照GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》对所得高强增溶型液体速凝剂进行水泥净浆凝结水时间和水泥砂浆强度试验。其中速凝剂用量按照水泥重量的百分比计算。
水泥净浆凝结时间测试
水泥 400g
水 140g
水泥砂浆强度测试
水泥 900g
标准砂 1350g
水 450g
速凝剂按照水泥重量的6％～9％加入水泥浆体中，同时上述用水量包含了液体速凝剂中所含的水。用目前市售液体速凝剂(样品1)作为对比，进行了水泥净浆凝结时间、砂浆强度、稳定性以及液体速凝剂含固量进行了试验。试验结果如表1和2。
表1水泥净浆凝结时间测试结果
表2水泥砂浆强度测试及稳定性
从表1和表2可以看出本发明的高强增溶型液体速凝剂的初凝时间和终凝时间都比市售液体速凝剂更短，1d抗压强度、28d抗压强度比和90d抗压强度保留率更高，含固量更高且稳定性更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，因此，只要运用本发明说明书内容所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述液体速凝剂，以重量计，至少包含以下制备原材料：
2.根据权利要求1所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述络合增强剂的制备方法是，将乙二胺四乙酸加入到反应釜中，开启搅拌装置，再一次性加入醇胺和催化剂进行反应，在温度为70～100℃的条件下，反应1～4h，制得所述络合增强剂，其中，乙二胺四乙酸和醇胺的摩尔比为1：0.5～2，所述催化剂用量为乙二胺四乙酸和醇胺总质量的0.5～3.0％。
3.根据权利要求2所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述催化剂为对甲苯磺酸和/或浓硫酸。
5.根据权利要求1所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述稳定剂的制备方法为：在反应釜中加入底水，开启搅拌装置，控制反应釜温度为20～50℃，再分别往反应釜中滴加不饱和含氟化合物水溶液、丙烯酸水溶液、引发剂水溶液及分子量调节剂水溶液，滴加时间为1.0～4.0h，滴加完毕后，在温度为20～50℃条件下保温反应0～3.0h，制得所述稳定剂，其中，该步骤所用水的总量使得该稳定剂的质量浓度为5～40％，不饱和含氟化合物和丙烯酸的质量比为1:1～3，引发剂的用量为不饱和含氟化合物和丙烯酸的总质量的0.5～3.5％，分子量调节剂的用量为不饱和含氟化合物和丙烯酸总质量的0.2～2.5％。
6.根据权利要求5所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述不饱和含氟化合物为2-氟肉桂酸、3-氟肉桂酸、4-氟肉桂酸、2-(三氟甲基)肉桂酸、3-(三氟甲基)肉桂酸和4-(三氟甲基)肉桂酸中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。
8.根据权利要求5所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸和巯基乙醇中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种高强增溶型液体速凝剂，其特征在于：所述pH值调节剂为浓硫酸、对甲苯磺酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、乙二酸、氢氟酸中的至少一种。
10.一种高强增溶型液体速凝剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：首先，将稳定剂和水加入到反应釜中进行搅拌，再加入pH调节剂搅拌均匀后，再分别加入硫酸铝、柠檬酸铝、羟乙基纤维素和络合增强剂进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为40～80℃的条件下，反应1.0～4.0h，反应完成后制得所述高强增溶型液体速凝剂。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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