CN110395939B - 一种防水增强型无碱液体速凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种防水增强型无碱液体速凝剂及其制备方法。速凝剂包括了改性铝酸盐溶液、稳定剂、pH调节剂、磷酸二氢镁和水；所述改性铝酸盐溶液的制备方法为：将硬脂酸加入到反应釜中，升温至70～80℃,加热至熔融状态，开启搅拌装置，加入氨水进行反应，降温至35～50℃，往反应釜中加入硫酸铝、异丙醇铝和水，进行超声反应，降至常温，再加入氢氧化钙反应，制得改性铝酸盐。该速凝剂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，能够提高产品的稳定性，对喷射混凝土的早期和后期强度具有明显的提高，在混凝土施工方面具有重要的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种防水增强型无碱液体速凝剂及其制备方法。
背景技术
速凝剂是加入水泥混凝土中能促进水泥迅速凝结硬化的一种化学添加剂，主要用于对水泥混凝土有速凝要求的场合，如矿井巷道的锚喷支护、抢险堵漏、矿山竖井、隧道等地下防护工程。
目前常用的液体速凝剂有以下几种类型：1、硅酸钠盐基液体速凝剂，其主要速凝成分为水玻璃，改性硅酸钠；2、铝酸盐基液体速凝剂，其主要速凝成分为铝酸钠、铝酸钾和硫酸铝；3、碳酸盐或氢氧化物基速凝剂，其主要速凝成分为碳酸钠、氢氧化钠。
在混凝土中掺入速凝剂后，水泥浆迅速水化形成大量钙矾石，钙矾石在三维空间的相互接搭使浆体快速凝结硬化。但是，在硬化早期，由于三维网络结构的快速生成，阻碍了正常结构的发展，使结构中存在缺陷，造成后期强度有所损失，通常混凝土的28d强度比小于100％，混凝土后期强度损失大，严重影响了混凝土的抗渗性、抗冻融性等耐久性功能。因此，开发一种防水增强型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提到的现有的速凝剂稳定性差，强度低的问题本发明提供一种防水增强型无碱液体速凝剂,包括了改性铝酸盐溶液、稳定剂、pH调节剂、磷酸二氢镁和水；
所述改性铝酸盐溶液的制备方法为：将硬脂酸加入到反应釜中，升温至70～80℃,加热至熔融状态，开启搅拌装置，加入氨水进行反应，优选反应2～5h，降温至35～50℃，往反应釜中加入硫酸铝、异丙醇铝和水，进行超声反应，优选反应1～4h，降至常温，再加入氢氧化钙反应，优选反应0.5～1h，制得改性铝酸盐。
在上述方案的基础上，进一步地，包括了以下质量分数的原料：改性铝酸盐溶液40％～70％，稳定剂1％～5％，pH调节剂2％～12％，磷酸二氢镁3％～8％，余量为水。
在上述方案的基础上，进一步地，所述改性铝酸盐溶液的制备方法中，以质量百分比计算，包括了硬脂酸15％～25％，氨水6％～10％，硫酸铝15％～30％，异丙醇铝8％～15％，氢氧化钙4％～8％，水30％～55％。
在上述方案的基础上，进一步地，除了现有技术可以用到的稳定剂，本发明还提供稳定剂的优选方案，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，开启搅拌装置，再一次性加入氨基乙醇和催化剂，搅拌均匀后开始升温，在温度为60～90℃的条件下反应3～6h，再加入醇胺继续反应1～4h，反应完成后得到所述稳定剂。
在上述方案的基础上，进一步地，所述(三甲基甲硅烷基)乙酸、氨基乙醇和醇胺的摩尔比为1：0.5～2：0.5～2。
在上述方案的基础上，进一步地，所述催化剂为对甲苯磺酸和/或浓硫酸；所述催化剂用量为所述(三甲基甲硅烷基)乙酸、氨基乙醇和醇胺总质量的0.5％～3.0％。
在上述方案的基础上，进一步地，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)乙醇中的至少一种。
在上述方案的基础上，进一步地，所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺以及二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。
在上述方案的基础上，进一步地，所述pH值调节剂为磷酸、氢氟酸、丙烯酸、乙二胺四乙酸、水杨酸中的至少一种。
本发明还提供如上任意所述防水增强型无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于：将稳定剂和水加入到反应釜中进行搅拌，再加入pH调节剂控制pH值为2～4，搅拌均匀后，再分别加入改性铝酸盐溶液和磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后在温度为50～90℃的条件下，反应2.0～6.0h，反应完成后即制得所述防水增强型无碱液体速凝剂。
本发明提供的防水增强型无碱液体速凝剂采用硬脂酸、氨水、氢氧化钙、硫酸铝和异丙醇铝反应，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。
此外，通过将(三甲基甲硅烷基)乙酸和氨基乙醇酯化后，再加入醇胺进一步酯化，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，对喷射混凝土的早期和后期强度具有明显的提高。
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1
(1)改性铝酸盐的制备:将18.00g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6.00g氨水，搅拌均匀，反应3.0h，降温至35℃时，往反应釜中加入20.00g硫酸铝铵12.00g异丙醇铝和37.00g水，进行超声反应3h，降至常温，再加入7.00g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97.00g 2-(甲胺基)乙醇和3.20g浓硫酸，搅拌均匀后开始升温，升温至65℃条件下反应5.0h，再加入73.00g一乙醇胺继续反应3.0h，制得稳定剂；
(3)制备速凝剂：将3.20g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7.00g乙二胺四乙酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的50.00改性铝酸盐溶液和7.00g磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为60℃的条件下，反应5.0h，得到一种防水增强型无碱液体速凝剂KZJ-1。
实施例2
(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72℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入7.00g氨水，搅拌均匀，反应2.0h，降温至40℃时，往反应釜中加入25.00g硫酸铝铵15.00g异丙醇铝和26.00g水，进行超声反应2h，降至常温，再加入7.00g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159.00g2-(二异丙氨基)乙醇和4.60g浓硫酸，搅拌均匀后开始升温，升温至60℃条件下反应4.0h，再加入105.00g二乙醇胺继续反应4.0h，制得稳定剂。
(3)制备速凝剂：将4.20g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6.00g磷酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的53.00改性铝酸盐溶液和5.00g磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为80℃的条件下，反应5.5h，得到一种防水增强型无碱液体速凝剂KZJ-2。
实施例3
(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8.00g氨水，搅拌均匀，反应4.0h，降温至40℃时，往反应釜中加入30.00g硫酸铝铵14.00g异丙醇铝和20.00g水，进行超声反应4h，降至常温，再加入8.00g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124.00g2-(乙氨基)乙醇和2.80g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，再加入119.00g三乙醇胺继续反应2.0h，制得稳定剂。
(3)制备速凝剂：将2.60g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3.00g氢氟酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的58.00改性铝酸盐溶液和7.00g磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为70℃的条件下，反应4.0h，得到一种防水增强型无碱液体速凝剂KZJ-3。
实施例4
(1)改性铝酸盐的制备:将25.00g硬脂酸加入到反应釜中，升温至78℃，加热至熔融状态，开启搅拌装置，再一次性加入10.00g氨水，搅拌均匀，反应5.0h，降温至45℃时，往反应釜中加入17.00g硫酸铝铵10.00g异丙醇铝和30.00g水，进行超声反应1h，降至常温，再加入8.00g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75.00g2-(甲胺基)乙醇、58.00g 2-(二异丙氨基)乙醇和5.70g浓硫酸，搅拌均匀后开始升温，升温至90℃条件下反应4.0h，再加入114.00g三异丙醇胺继续反应3.0h，制得稳定剂。
(3)制备速凝剂：将4.80g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水杨酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的46.00改性铝酸盐溶液和6.00g磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为85℃的条件下，反应3.0h，得到一种防水增强型无碱液体速凝剂KZJ-4。
实施例5
(1)改性铝酸盐的制备:将15.00g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7.00g氨水，搅拌均匀，反应3.0h，降温至40℃时，往反应釜中加入28.00g硫酸铝铵10.00g异丙醇铝和36.00g水，进行超声反应2h，降至常温，再加入4.00g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89.00g 2-(乙氨基)乙醇、29.00g 2-(二异丙氨基)乙醇和4.20g对甲苯磺酸，搅拌均匀后开始升温，升温至85℃条件下反应6.0h，再加入146.00g二乙醇单异丙醇胺继续反应1.0h，制得稳定剂。
(3)制备速凝剂：将1.90g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磷酸，搅拌均匀后，再分别加入步骤(1)制得的45.00改性铝酸盐溶液和4.00g磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为75℃的条件下，反应4.5h，得到一种防水增强型无碱液体速凝剂KZJ-5。
对实施例1到实施例5所制得的防水增强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》对所得防水增强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》对参有本发明的防水增强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、砂浆强度以及抗渗等级进行了试验。试验结果如表1和表2。
表1水泥净浆凝结时间和混凝土抗渗等级测试结果
表2水泥砂浆强度测试及稳定性
从表1和表2可以看出本发明的防水增强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，本发明的防水增强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，由此可见本发明的防水增强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)，具有抗渗作用；1d抗压强度、28d抗压强度比和90d抗压强度保留率明显高于市售无碱液体速凝剂，且后期强度明显提高，具有增强作用。由此可见，本发明的防水增强型无碱液体速凝剂具有凝结时间短，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)
1.一种防水增强型无碱液体速凝剂,其特征在于:包括了改性铝酸盐溶液、稳定剂、pH调节剂、磷酸二氢镁和水；
所述改性铝酸盐溶液的制备方法为：将硬脂酸加入到反应釜中，升温至70~80℃,加热至熔融状态，开启搅拌装置，加入氨水进行反应，反应2~5h，降温至35~50℃，往反应釜中加入硫酸铝铵、异丙醇铝和水，进行超声反应1~4h，降至常温，再加入氢氧化钙，反应0.5~1h，制得改性铝酸盐；
所述改性铝酸盐溶液的制备方法中，以质量百分比计算，包括了硬脂酸15%~25%，氨水6%~10%，硫酸铝铵15%~30%，异丙醇铝8%~15%，氢氧化钙4%~8%，水30%~55%；
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，开启搅拌装置，再一次性加入氨基乙醇和催化剂，搅拌均匀后开始升温，在温度为60~90℃的条件下反应3~6h，再加入醇胺继续反应1~4h，反应完成后得到所述稳定剂；
所述（三甲基甲硅烷基）乙酸、氨基乙醇和醇胺的摩尔比为1：0.5~2：0.5~2。
2.根据权利要求1所述的防水增强型无碱液体速凝剂，其特征在于，包括了以下质量分数的原料：改性铝酸盐溶液40%~70%，稳定剂1%~5%，pH调节剂2%~12%，磷酸二氢镁3%~8%，余量为水。
3.根据权利要求1所述的防水增强型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述催化剂为对甲苯磺酸和/或浓硫酸；所述催化剂用量为所述（三甲基甲硅烷基）乙酸、氨基乙醇和醇胺总质量的0.5%~3.0%。
4.根据权利要求1所述的防水增强型无碱液体速凝剂，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）乙醇中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的防水增强型无碱液体速凝剂，其特征在于：所述醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺以及二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的防水增强型无碱液体速凝剂，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、水杨酸中的至少一种。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述防水增强型无碱液体速凝剂的制备方法，其特征在于：将稳定剂和水加入到反应釜中进行搅拌，再加入pH调节剂控制pH值为2~4，搅拌均匀后，再分别加入改性铝酸盐溶液和磷酸二氢镁进行搅拌，待物料完全搅拌均匀后，在温度为50~90℃的条件下，反应2.0~6.0h，反应完成后即制得所述防水增强型无碱液体速凝剂。
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