CN110104987A

CN110104987A - 一种高早强型无碱液体速凝剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN110104987A
Application number: CN201910543136.XA
Authority: CN
Inventors: 顾本庆; 陈小龙; 钟开红; 孙申美; 熊旭锋
Original assignee: Guangzhou Institute of Building Science Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Institute of Building Science Co Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2039-06-21
Also published as: CN110104987B

Abstract

本发明涉及一种高早强型无碱液体速凝剂及其制备方法和应用，属于建筑材料外加剂技术领域。该速凝剂，由以下重量百分比的原料组成：40～50％的聚合硫酸铝，5～10％的偏高岭土，5～15％的纳米硅溶胶，3～6％的醇胺，1～4％的有机酸，0.01～0.05％的增稠剂，0.01～0.05％的分散剂，余量为水。该速凝剂在满足国家标准《喷射混凝土用速凝剂》(GB/T35159‑2017)基础上，还可有效提高水泥砂浆1天抗压强度，达到20MPa以上，部分水泥的砂浆1天抗压强度甚至能达到25MPa以上。

Description

一种高早强型无碱液体速凝剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料外加剂技术领域，特别是涉及一种高早强型无碱液体速凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

速凝剂作为喷射混凝土施工中不可或缺的外加剂，具有加速水泥凝结硬化，降低喷射混凝土回弹量的重要作用，在隧道施工，快速修补砂浆等方面应用广泛。随着国内外基础设施建设的不断推进，速凝剂的用量越来越大。然而，当前工程上采用的速凝剂品种多样，粉状速凝剂作为最早投入使用的速凝剂，尽管价格便宜，促凝效果好，但其粉尘污染严重，施工环保性差的缺陷严重制约其推广应用。

随着湿喷工艺的出现，液体速凝剂开始在众多工程项目中得到应用。有碱液体速凝剂在工程上应用较早，主要以铝酸钠、铝酸钾、硅酸钠等为主要促凝组分，掺量一般在胶材质量的3～6％，因其碱含量问题，导致喷射混凝土的后期强度损失较大，部分产品28天强度损失甚至能达到40％以上。同时，有碱速凝剂对施工人员具有较强的腐蚀性。基于施工环保和结构耐久性的高要求，无碱液体速凝剂在最近几年开始得到应用，作为最新一代速凝剂产品，无碱液体速凝剂克服了粉状速凝剂和有碱液体速凝剂的缺点，实现了施工的环保性和结构的耐久性。

然而，当前市场上无碱液体速凝剂品种繁多，各产品材料体系不尽相同，导致无碱液体速凝剂对不同水泥的适应性和水泥砂浆的早期强度发展效果不一。大部分无碱液体速凝剂以硫酸铝为主要促凝组分，同时采用一些氟化物和醇胺等一些促溶组分来提高硫酸铝的溶解度，比如专利(CN200910220171.4)中，介绍了一种采用硫酸铝、氟化钠、醇胺等材料制备而成的无碱液体速凝剂；专利(CN201710861526.2)中介绍了一种以硫酸铝、氟硅酸镁、氟化钠醇胺等材料制备而成的速凝剂。氟化物的加入能够显著缩短水泥的初、终凝时间，降低喷射混凝土的回弹量，但该类速凝剂面临最大的问题是早期强度较低，部分产品1天抗压强度甚至只有2～3MPa，严重危害施工安全。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种高早强型无碱液体速凝剂，该速凝剂在满足国家标准《喷射混凝土用速凝剂》(GB/T35159-2017)基础上，还可有效提高水泥砂浆1天抗压强度，达到20MPa以上，部分水泥的砂浆1天抗压强度甚至能达到25MPa以上。

一种高早强型无碱液体速凝剂，由以下重量百分比的原料组成：

上述高早强型无碱液体速凝剂，采用聚合硫酸铝-偏高岭土二元促凝组分，极大提高了无碱液体速凝剂的促凝效果，降低了无碱液体速凝剂的掺量，再配合纳米硅溶胶作为喷射混凝土强度调节剂，提高了速凝剂-喷射混凝土材料体系的早期强度，对后期强度的耐久性无不良影响。

在其中一个实施例中，所述聚合硫酸铝的细度模数≥10，Al₂O₃含量≥17％。

在其中一个实施例中，所述偏高岭土的细度模数≥200。

在其中一个实施例中，所述纳米硅溶胶中，二氧化硅的粒径≤20nm，固含为30％～32％。

在其中一个实施例中，所述醇胺选自：N,N-二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二甘醇胺中的至少一种；所述有机酸选自：丙烯酸、乙二酸中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素；所述分散剂选自：聚醚类聚羧酸减水剂，且减水率大于25％。

本发明还公开了上述的高早强型无碱液体速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)使水升温后，将所述聚合硫酸铝和偏高岭土加入水中，搅拌溶解；

(2)加入醇胺和有机酸，保温；

(3)加入分散剂和增稠剂，搅拌至液相呈半透明悬浮液，即得。

在其中一个实施例中，所述步骤(1)中，使水升温至60-80℃，并且将所述聚合硫酸铝和偏高岭土先后依次加入水中，搅拌溶解0.5-1h；

所述步骤(2)中，保温0.5-1hr。

在其中一个实施例中，所述步骤(3)中，在保温搅拌条件下加入分散剂和增稠剂，持续搅拌0.5～1h。

本发明还公开了上述的高早强型无碱液体速凝剂在湿法喷射混凝土施工中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种高早强型无碱液体速凝剂，采用硫酸铝-偏高岭土二元促凝组分，极大提高了无碱液体速凝剂的促凝效果，降低了无碱液体速凝剂的掺量，再配合纳米硅溶胶作为喷射混凝土强度调节剂，提高了速凝剂-喷射混凝土材料体系的早期强度，对后期强度的耐久性无不良影响。并且不使用含氟化合物，避免了氟的存在对环境和混凝土早期强度的不利影响，最终得到的高早强型无碱液体速凝剂掺量为水泥质量5％时，即能满足国家标准《喷射混凝土用速凝剂》(GB/T 35159-2017)的要求，且还可有效提高水泥砂浆1天抗压强度，达到20MPa以上，部分水泥的砂浆1天抗压强度甚至能达到25MPa以上。

本发明的一种高早强型无碱液体速凝剂的制备方法，步骤简单易操作，利于工业化大生产实现。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

以下实施例所用原料均为市售购得。

以下实施例的高早强型无碱液体速凝剂的制备方法如下：

(1)将水加入反应釜中，加热到60-80℃，将聚合硫酸铝和偏高岭土依次加入水中不断搅拌溶解0.5-1h；

(2)聚合硫酸铝完全溶解后，向反应釜中加入醇胺和有机酸，保温0.5～1h；

(3)在保温搅拌条件下加入分散剂和增稠剂，持续搅拌0.5～1h至液相呈半透明悬浮液，得到高早强型无碱液体速凝剂。

实施例1

一种高早强型无碱液体速凝剂，由以下重量百分比的原料组成。

聚合硫酸铝：40％，

偏高岭土：10％，

纳米硅溶胶：15％，

N,N-二甲基乙醇胺：6％，

有机酸：4％，

增稠剂：0.05％，

分散剂：0.05％，

水：24.9％

将上述原料按照上述制备方法制备得到高早强型无碱液体速凝剂。

实施例2

聚合硫酸铝：55％，

偏高岭土：5％，

纳米硅溶胶：5％，

二甘醇胺：4％，

有机酸：3％，

增稠剂：0.01％，

分散剂：0.01％，

水：27.98％。

实施例3

一种高早强型无碱液体速凝剂，由以下重量百分比的原料组成。聚合硫酸铝：50％，

偏高岭土：8％，

纳米硅溶胶：10％，

N-甲基二乙醇胺：3％，

有机酸：1％，

增稠剂：0.03％，

分散剂：0.02％，

水：27.95％。

实施例4

一种高早强型无碱液体速凝剂，由以下重量百分比的原料组成。聚合硫酸铝：47％，

偏高岭土：7％，

纳米硅溶胶：12％，

二甘醇胺：5％，

有机酸：2.5％，

增稠剂：0.02％，

分散剂：0.03％，

水：26.45％。

实施例5

一种高早强型无碱液体速凝剂，由以下重量百分比的原料组成。聚合硫酸铝：42％，

偏高岭土：8％，

纳米硅溶胶：8％，

二甘醇胺：4％，

有机酸：2％，

增稠剂：0.03％，

分散剂：0.02％，

水35.95％。

将上述实施例制备得到的高早强型无碱液体速凝剂分别以占水泥重量的5％加入水泥净浆或水泥砂浆试样中，依照《喷射混凝土用速凝剂》(GB/T35159-2017)的标准测试凝结时间与抗压强度，该标准要求的性能指标见下表。

表1掺速凝剂净浆及砂浆的性能要求

以上各实施例制备得到的高早强型无碱液体速凝剂性能测试结果如下表所示。

表2相关性能检测结果

注：市售速凝剂A为HB-2100型号，主要原料为硫酸铝、氟化钠；市售速凝剂B为AR-503型号，主要原料为硫酸铝、氢氟酸、氢氧化铝。

测试结果如上表所示，在掺量为5％时，本发明制备的高早强型无碱液体速凝剂即可满足标准要求，且最大的特点是早期强度高，如实施例3中，砂浆1d强度高达27.2MPa，28d强度比高达99％。而市售的两种速凝剂在掺量为水泥质量的5％时，尽管凝结时间和强度均能满足标准要求，但同本发明的一种高早强型无碱液体速凝剂相比较而言，凝结时间偏长，最关键的是1天抗压强度都只有10MPa左右,早期强度较低。

根据《喷射混凝土用速凝剂》(GB/T35159-2017)中关于对液体速凝剂稳定性的测试方法的规定，表3对比了实施例1～5所制备的一种高早强型无碱液体速凝剂的稳定性以及市售无碱液体速凝剂的稳定性。

表3速凝剂稳定性结果

	28天速凝剂分层量/mL
		实施例1	1.0
实施例2	2.5
		实施例3	1.5
实施例4	0.5
		实施例5	0.5
市售速凝剂A	6.0
		市售速凝剂B	8.0

上述结果显示，实例1-5所述的无碱液体速凝剂在静置28天时，分层量均小于标准规定的5mL，稳定性良好，根据后期观察，所制备的速凝剂在存放6个月时，几乎不分层；市售的速凝剂A和速凝剂B在28天时，即出现了大量分层现象，在静置存放6个月时，速凝剂分层较为严重，工程上已无法使用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：

2.根据权利要求1所述的高早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述聚合硫酸铝的细度模数≥10，Al₂O₃含量≥17％。

3.根据权利要求1-2任一项所述的高早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述偏高岭土的细度模数≥200。

4.根据权利要求1-2任一项所述的高早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述纳米硅溶胶中，二氧化硅的粒径≤20nm，固含为30％～32％。

5.根据权利要求1-2任一项所述的高早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述醇胺选自：N,N-二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二甘醇胺中的至少一种；

所述有机酸选自：丙烯酸、乙二酸中的至少一种。

6.根据权利要求1-2任一项所述的高早强型无碱液体速凝剂，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素；

所述分散剂选自：聚醚类聚羧酸减水剂，且减水率大于25％。

7.权利要求1-6任一项所述的高早强型无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使水升温后，将所述聚合硫酸铝和偏高岭土加入水中；

(2)加入醇胺和有机酸，保温；

8.根据权利要求7所述的高早强型无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于，

所述步骤(1)中，使水升温至60-80℃，并且将所述聚合硫酸铝和偏高岭土先后依次加入水中，搅拌溶解0.5-1h；

所述步骤(2)中，保温0.5-1h。

9.根据权利要求7所述的高早强型无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在保温搅拌条件下加入分散剂和增稠剂，持续搅拌0.5～1h。

10.权利要求1-6任一项所述的高早强型无碱液体速凝剂在湿法喷射混凝土施工中的应用。