CN110357488B - 一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法,其中所述具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂的制备方法，包含以下重量配比的制备原材料：改性铝酸盐；氢氧化铝；稳定剂；pH调节剂；乙醇胺磷酸酯；氟硅酸镁；木质素磺酸钠；其余为水。本发明其采用无机‑有机材料复合技术及速凝剂改性技术，对速凝剂性能进行优化，使其兼具速凝、无碱、稳定性好，早期强度高和后期强度保持性能的同时，还具有减水功能和防水作用，使配制的喷射混凝土十分具有应用价值，可广泛适用于桥梁、隧道和井下工程等领域。

Description

一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法。
背景技术
速凝剂按照状态可分为粉体速凝剂和液体速凝剂，粉体速凝剂于二十世纪三十年代在国外开始研究及应用，粉体速凝剂在干喷施工过程中容易造成粉尘污染，污染环境，混凝土分散不均匀，能耗大等缺点，同时在施工过程中对施工人员的身体有一定程度的伤害。二十世纪八十年代，随着喷射混凝土湿喷技术的发展，国际上开始出现液体速凝剂，液体速凝剂可以有效避免粉体速凝剂造成的施工效率低、回弹率高、粉尘污染、混凝土分散不均等问题，因此湿法喷射混凝土有逐渐取代传统干法喷射混凝土的趋势，因此为液体速凝剂的发展创造了巨大的空间目前，喷射混凝土在隧道开凿和岩石支护中获得了大量的应用。
但是，传统液体速凝剂具有较强的碱腐蚀性，会对施工人员和环境造成伤害，同时会导致混凝土后期强度降低30％甚至更高，严重影响了地下工程的支护质量；它们对混凝土虽有速凝作用，也可提高早期强度，但它们无减水功能，而且往往要增加施工需水量，这就势必增大水灰比，对混凝土的强度带来不利的影响。同时，对隧道工程的调查结果显示，防水问题一直是困扰隧道工程的难题，隧道出现渗水问题会给隧道施工带来极大困难，目前隧道施工过程中采取的防水措施通常是使用传统防水材料如EVA、ECB、PVC防水板或防水布做主要的防水层。
因此，开发出一种具有减水功能和防水功能，且稳定性好，强度高的无碱液体速凝剂，具有重大的意义。
发明内容
为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种具有碱水功能的防水型无碱液体速凝剂的制备方法，包括以下制备原料：改性铝酸盐溶液、氢氧化铝、稳定剂、pH调节剂、乙醇胺磷酸酯、氟硅酸镁、木质素磺酸钠和水。
在上述方案的基础上，优选地，包括以下质量分数的原料：
Figure BDA0002100430580000021
其余为水。
在上述方案的基础上，优选地，所述改性铝酸盐的制备方法为：
将硬脂酸加入到反应釜中，升温至70～80℃，优选为加热至熔融状态，并进行搅拌，再加入氢氧化锂进行反应，所述氢氧化锂的加入方式优选为一次性加入，反应时间优选为2～5h，降温至35～50℃后，往反应釜中加入柠檬酸铝和水，进行超声反应，所述超声反应的反应时间优选为1～4h，之后降至常温，再加入氢氧化钙进行反应，反应时间优选为0.5～1h，制得所述改性铝酸盐。
在上述方案的基础上，优选地，所述各种原材料的质量百分比为：15％～25％的硬脂酸，1.5％～3.0％的氢氧化锂，20％～40％的柠檬酸铝，4％～8％的氢氧化钙，30％～55％的水。
在上述方案的基础上，优选地，所述稳定剂的制备方法为：
将(三甲基甲硅烷基)乙酸加入到反应釜中进行搅拌，再加入氨基乙醇和催化剂搅拌后，所述氨基乙醇和催化剂的加入方式优选为一次性加入，并升温至60～90℃进行反应，反应时间优选为3～6h，反应完成后制得所述稳定剂。
在上述方案的基础上，优选地，所述催化剂为对甲苯磺酸和浓硫酸中的一种或多种。
在上述方案的基础上，优选地，所述(三甲基甲硅烷基)乙酸和所述氨基乙醇的摩尔比为1：0.5～3。
在上述方案的基础上，优选地，所述催化剂的用量为所述(三甲基甲硅烷基)乙酸和所述氨基乙醇总质量的0.5％～3.0％。
在上述方案的基础上，优选地，所述氨基乙醇为2-(甲胺基)乙醇、2-(二异丙氨基)乙醇和2-(乙氨基)乙醇中的一种或多种。
在上述方案的基础上，优选地，所述pH调节剂为磷酸、氢氟酸、丙烯酸、乙二胺四乙酸、水杨酸中的一种或多种。
本发明还提供一种具有碱水功能的防水型无碱液体速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
将稳定剂和水加入到反应釜中搅拌，加入pH调节剂并调节pH＝2～3，再分别加入改性铝酸盐溶液、氢氧化铝、乙醇胺磷酸酯、氟硅酸镁和木质素磺酸钠进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，将温度升至50～90℃进行反应，所述反应时间优选为2～6h，反应完成后制得所述具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂。
本发明提供的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂及其制备方法与现有的技术相比，具有以下技术原理和有益效果：
1.本发明其采用无机-有机材料复合技术及速凝剂改性技术，同时引入木质素磺酸钠和乙醇胺磷酸酯，对速凝剂性能进行优化，在速凝剂的分子结构中形成三维的网状交联结构，使得制备的速凝剂兼具速凝、无碱、早期强度高和后期强度保持性能的同时，还具有减水功能和防水作用，使配制的喷射混凝土具有很高的应用价值，可广泛适用于桥梁、隧道和井下工程等领域。
2、本发明采用硬脂酸、氢氧化锂、氢氧化钙和柠檬酸铝反应，制备改性铝酸盐溶液，将其用于制备无碱液体速凝剂的合成中，制得的无碱液体速凝剂具有防水功能，能提高混凝土的耐久性，混凝土的回弹率低。
3、本发明通过将(三甲基甲硅烷基)乙酸和氨基乙醇酯化制得稳定剂，能够提高产品的稳定性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还提供如下所示实施例：
实施例一：
(1)改性铝酸盐的制备:将20.00g硬脂酸加入到反应釜中，升温至75℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入2.00g氢氧化锂，搅拌均匀，反应3.0h，降温至35℃时，往反应釜中加入35.00g柠檬酸铝和37.00g水，进行超声反应3h，降至常温，再加入6.00g氢氧化钙，反应0.5h，得到改性铝酸盐；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g(三甲基甲硅烷基)乙酸，开启搅拌装置，再一次性加入85.00g2-(甲胺基)乙醇、10.00g2-(乙氨基)乙醇和2.50g对甲苯磺酸，搅拌均匀后开始升温，升温至75℃条件下反应3.0h，制得稳定剂；
(3)将4.00g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10.00g丙烯酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的32.00g改性铝酸盐溶液、17.00g氢氧化铝、4.00g乙醇胺磷酸酯、2.00g氟硅酸镁和4.00g木质素磺酸钠进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为60℃的条件下，反应5.0h，得到一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂KZJ-1。
实施例二
(1)改性铝酸盐的制备:将23.00g硬脂酸加入到反应釜中，升温至80℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入1.80g氢氧化锂，搅拌均匀，反应4.0h，降温至40℃时，往反应釜中加入30.00g柠檬酸铝和37.20g水，进行超声反应3h，降至常温，再加入8.00g氢氧化钙，反应1.0h，得到改性铝酸盐；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g(三甲基甲硅烷基)乙酸，开启搅拌装置，再一次性加入80.00g2-(二异丙氨基)乙醇、15.00g2-(甲胺基)乙醇和3.60g浓硫酸，搅拌均匀后开始升温，升温至65℃条件下反应4.0h，制得稳定剂；
(3)将3.00g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5.00g磷酸和2.00g水杨酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的35.00g改性铝酸盐溶液、15.00g氢氧化铝、3.00g乙醇胺磷酸酯、3.00g氟硅酸镁和3.00g木质素磺酸钠进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为80℃的条件下，反应5.5h，得到一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂KZJ-2。
实施例三
(1)改性铝酸盐的制备:将16.00g硬脂酸加入到反应釜中，升温至70℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入2.60g氢氧化锂，搅拌均匀，反应4.0h，降温至45℃时，往反应釜中加入26.00g柠檬酸铝和48.40g水，进行超声反应4h，降至常温，再加入7.00g氢氧化钙，反应1.0h，得到改性铝酸盐；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g(三甲基甲硅烷基)乙酸，开启搅拌装置，再一次性加入90.00g2-(乙氨基)乙醇、12.00g2-(甲胺基)乙醇和2.00g浓硫酸，搅拌均匀后开始升温，升温至70℃条件下反应3.5h，制得稳定剂；
(3)将4.00g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5.00g磷酸和3.00g乙二胺四乙酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的26.00g改性铝酸盐溶液、17.00g氢氧化铝、5.00g乙醇胺磷酸酯、3.00g氟硅酸镁和3.00g木质素磺酸钠进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为70℃的条件下，反应4.0h，得到一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂KZJ-3。
实施例四
(1)改性铝酸盐的制备:将20.00g硬脂酸加入到反应釜中，升温至75℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入1.60g氢氧化锂，搅拌均匀，反应5.0h，降温至50℃时，往反应釜中加入35.00g柠檬酸铝和38.40g水，进行超声反应2h，降至常温，再加入5.00g氢氧化钙，反应1.0h，得到改性铝酸盐；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g(三甲基甲硅烷基)乙酸，开启搅拌装置，再一次性加入96.00g2-(甲胺基)乙醇、20.00g 2-(乙氨基)乙醇和3.30g对甲苯磺酸，搅拌均匀后开始升温，升温至75℃条件下反应4.0h，制得稳定剂；
(3)将5.00g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5.00g氢氟酸和4.00g丙烯酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的25.00g改性铝酸盐溶液、16.00g氢氧化铝、3.00g乙醇胺磷酸酯、2.00g氟硅酸镁和2.00g木质素磺酸钠进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为85℃的条件下，反应3.0h，得到一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂KZJ-4。
实施例五
(1)改性铝酸盐的制备:将22.00g硬脂酸加入到反应釜中，升温至80℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入2.80g氢氧化锂，搅拌均匀，反应3.0h，降温至45℃时，往反应釜中加入38.00g柠檬酸铝和32.20g水，进行超声反应2.5h，降至常温，再加入5.00g氢氧化钙，反应0.5h，得到改性铝酸盐；
(2)稳定剂的制备：在反应釜中加入100.00g(三甲基甲硅烷基)乙酸，开启搅拌装置，再一次性加入30.00g 2-(二异丙氨基)乙醇、80.00g2-(乙氨基)乙醇和3.30g对甲苯磺酸，搅拌均匀后开始升温，升温至80℃条件下反应5.0h，制得稳定剂；
(3)将2.00g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5.00g氢氟酸和5.00g丙烯酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的37.00g改性铝酸盐溶液、14.00g氢氧化铝、6.00g乙醇胺磷酸酯、4.00g氟硅酸镁和4.00g木质素磺酸钠进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为75℃的条件下，反应4.5h，得到一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂KZJ-5。
对实施例一至实施例五所制得的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂进行测试，选用海螺P.O 42.5普通硅酸盐水泥。按照GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》对所得具有减水功能的防水型无碱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。按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对参有本发明的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂的混凝土进行抗渗等级测试。其中速凝剂用量按照水泥重量的百分比计算。
速凝剂按照水泥重量的6％～9％加入水泥浆体中，且试验用水量包含了无碱液体速凝剂中所含的水。用目前市售无碱液体速凝剂(样品1)作为对比，进行了水泥净浆凝结时间、砂浆强度、稳定性以及抗渗等级进行了试验。试验结果如表1和2。
表1水泥净浆凝结时间和混凝土抗渗等级测试表
Figure BDA0002100430580000081
表2水泥砂浆强度测试及稳定性表
Figure BDA0002100430580000082
Figure BDA0002100430580000091
从表1和表2可以看出本发明的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂与市售无碱液体速凝剂在初凝时间相当的情况下，本发明的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂的掺量比市售无碱液体速凝剂的掺量更低，由此可见本发明的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂的速凝效果较好；抗渗等级为P8(高于市售无碱液体速凝)，1d抗压强度、28d抗压强度比和90d抗压强度保留率更高，稳定性更好，由此说明，本发明的防水稳定型无碱液体速凝剂具有凝结时间短，稳定性好，早期和后期强度高，同时具有防水功能的优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂，其特征在于，
包括以下质量分数的原料：
改性铝酸盐溶液 20%～40%
氢氧化铝 10%～20%
稳定剂 1%～5%
pH调节剂 2%～12%
乙醇胺磷酸酯 2%～7%
氟硅酸镁 1%～6%
木质素磺酸钠 1%～5%；
其余为水；
所述改性铝酸盐的制备方法为：
将硬脂酸加入到反应釜中，升温至70～80℃并进行搅拌，再加入氢氧化锂进行反应，降温至35～50℃后，往反应釜中加入柠檬酸铝和水，进行超声反应，降至常温，再加入氢氧化钙进行反应，制得所述改性铝酸盐，各种原材料的质量百分比为：15%～25%的硬脂酸，1.5%～3.0%的氢氧化锂，20%～40%的柠檬酸铝，4%～8%的氢氧化钙，30%～55%的水；
所述稳定剂的制备方法为：
将（三甲基甲硅烷基）乙酸加入到反应釜中进行搅拌，再加入氨基乙醇和催化剂搅拌后，升温至60～90℃进行反应，制得所述稳定剂。
2.根据权利要求1所述的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述催化剂为对甲苯磺酸和浓硫酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述（三甲基甲硅烷基）乙酸和所述氨基乙醇的摩尔比为1：0.5～3。
4.根据权利要求1所述的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述催化剂的用量为所述（三甲基甲硅烷基）乙酸和所述氨基乙醇总质量的0.5%～3.0%。
5.根据权利要求1所述的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述氨基乙醇为2-（甲胺基）乙醇、2-（二异丙氨基）乙醇和2-（乙氨基）乙醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述pH调节剂为磷酸、氢氟酸、丙烯酸、乙二胺四乙酸、水杨酸中的一种或多种。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将稳定剂和水加入到反应釜中搅拌，加入pH调节剂并调节pH=2～3，再分别加入改性铝酸盐溶液、氢氧化铝、乙醇胺磷酸酯、氟硅酸镁和木质素磺酸钠进行搅拌，升温至50～90℃进行反应，制得所述具有减水功能的防水型无碱液体速凝剂。
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