CN110451838A - 一种新型节能环保无碱速凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型节能环保无碱速凝剂及其制备方法，属于化工技术领域。由下述重量份材料组成：防沉剂：0.5份‑0.9份；含氟化物：3份‑5份；醇胺溶液：4份‑8份；硫酸铝：40份‑60份；稳定剂：0.1份‑0.5份；甘油：1份‑5份；早强剂：1份‑3份；增粘剂：0.1份‑0.5份；激发剂：0.2份‑0.5份；PH值调节剂：2份‑6份；水：22份‑46份。本发明克服大量无碱速凝剂早期强度值低影响施工工期，后期强度保留率低，增加胶材用量保证混凝土强度等问题。
Description
技术领域
本发明属于工程用化工材料领域，具体涉及一种新型技能环保无碱速凝剂及其制备方法。
背景技术
当前工程运用中，工程广泛使用湿喷作业法施工，有的地区干喷作业已经明令 禁止(干喷作业队人体以及周边环境污染破坏严重)。而近几年湿喷作业推广越来 越宽广，但是使用液体有碱速凝剂施工过程中，速凝剂中含有的大量碱性物质会对 人体的皮肤、呼吸道及粘膜组织造成巨大的伤害，且对环境也具有一定破坏作用， 有碱速凝剂对喷射混凝土后期强度保留率很低，需要极大的水泥用量用于满足喷混 达到设计要求值，成本偏高，且后期碱含量超标的导致碱骨料反应发生，极大的缩 短隧道工程使用寿命。本发明公布的一种新型节能环保无碱速凝剂，不含氯离子， 对钢筋侵蚀性减小，碱金属离子含量低，能有效的抑制碱骨料反应的发生，且其早 期强度值，后期强度值保留率高，能够有效节约成本。
发明内容
为解决喷射混凝土对钢筋骨架的侵蚀，抑制碱骨料反应的发生，克服大量无碱 速凝剂早期强度值低影响施工工期，后期强度保留率低，增加胶材用量保证混凝土 强度等问题。本发明提供了一种新型节能环保无碱速凝剂及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型节能环保无碱速凝剂，由下述重量份材料组成：防沉剂：0.5份-0.9 份；含氟化物：3份-5份；醇胺溶液：4份-8份；硫酸铝：40份-60份；稳定剂： 0.1份-0.5份；甘油：1份-5份；早强剂：1份-3份；增粘剂：0.1份-0.5份；激 发剂：0.2份-0.5份；PH值调节剂：2份-6份；水：22份-46份。
进一步的，包括了如下重量份原料：防沉剂0.9份，含氟化物5份，醇胺溶液6份，硫酸铝50份，稳定剂0.2份，甘油1份，早强剂2份，增粘剂0.3份，激 发剂0.5份，PH值调节剂4份，水30.1份。
进一步的，所述防沉剂，为水合硅酸镁粉剂；所述含氟化物为氟化钠、氟化铝、 氟硅酸镁、氟硅酸钠中的一种；所述醇胺溶液为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、 三异丙醇胺中的一种。
进一步的，所述稳定剂为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸钠、硅酸钠、碳酸钠中 的一种；所述甘油为工业级甘油；所述早强剂为硝酸盐、亚硝酸盐类、尿素、乙二 酸、甲酸钙中的一种。
进一步的，所述增粘剂为改性纤维素醚、聚丙烯酰胺、丙烯酸酰胺、甲基丙烯 酸、聚丙烯酸钠中的一种。
进一步的，所述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。
进一步的，所述PH值调节剂为稀硝酸、稀硫酸、硼酸、磷酸、偏铝酸钠溶液 中的一种。
一种新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照以下比列称取的材料：防沉剂0.9份，含氟化物5份，醇胺溶液 6份，硫酸铝50份，稳定剂0.2份，甘油1份，早强剂2份，增粘剂0.3份，激 发剂0.5份，PH值调节4份，水30.1份。
步骤二：将称好的30.1份水中的20份水加入高速搅拌反应釜中，加入0.9 份防沉剂搅拌30min；
步骤三：待溶液分散完全，加入5份含氟化物混合物；
步骤四：待含氟化物溶解完全，加入6份醇胺溶液；
步骤五：待溶液搅拌反应生热至溶液重新变得澄清，加入50份硫酸铝，持续 搅拌2-3h；
步骤六：在速凝剂中间体反应过程中，用剩余的10.1份水将稳定剂混合溶解 均匀得稳定剂混合溶液，待速凝剂中间体搅拌为乳白色且无颗粒状固体物后，缓慢 加入稳定剂混合溶液；
步骤七：混合液充分搅拌后，搅拌10min，依次加入甘油、早强剂、增粘剂、 激发剂，持续搅拌；
步骤八：测定速凝剂PH值，用PH值调节剂调节速凝剂PH值处于3-5范围中， 即可获得成品的无碱速凝剂。
进一步的，在所述步骤二中，所述高速搅拌反应釜为转速大于120r/min且密 封性能好的反应设备。
进一步的，在所述步骤七中，依次加入甘油、早强剂、增粘剂、激发剂后持续 搅拌30min。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1、本发明不含腐蚀性原材料，对机械设备的损害降低，减少了施工设备的维 修次数，延长了施工设备使用寿命；
2、本发明不含氯离子，减少了喷射混凝土对钢筋的侵蚀作用，强化了工程质 量，延长了工程使用寿命；
3、本发明碱金属含量低，降低了发生碱骨料反应的可能性；
4、本发明添加的增稠剂，可有效降低喷射混凝土5％以上的回弹量；
5、本发明添加的早强剂，可有效提升混凝土早期强度值，施工更为流畅；
本发明中添加的激发剂，对矿物类材料具有一定的激发能力，可以提升喷射混 凝土的早期及后期强度值5％以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范 围。
实施例：
一种新型节能环保无碱速凝剂，由下述重量份材料组成：防沉剂：0.5份-0.9 份；含氟化物：3份-5份；醇胺溶液：4份-8份；硫酸铝：40份-60份；稳定剂： 0.1份-0.5份；甘油：1份-5份；早强剂：1份-3份；增粘剂：0.1份-0.5份；激 发剂：0.2份-0.5份；PH值调节剂：2份-6份；水：22份-46份。
更为优选的技术方案为，包括了如下重量份原料：防沉剂0.9份，含氟化物5 份，醇胺溶液6份，硫酸铝50份，稳定剂0.2份，甘油1份，早强剂2份，增粘 剂0.3份，激发剂0.5份，PH值调节剂4份，水30.1份。
更为优选的技术方案为，所述防沉剂，为水合硅酸镁粉剂；所述含氟化物为氟 化钠、氟化铝、氟硅酸镁、氟硅酸钠中的一种；所述醇胺溶液为一乙醇胺、二乙醇 胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种。
更为优选的技术方案为，所述稳定剂为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸钠、硅酸 钠、碳酸钠中的一种；所述甘油为工业级甘油；所述早强剂为硝酸盐、亚硝酸盐类、 尿素、乙二酸、甲酸钙中的一种。
更为优选的技术方案为，所述增粘剂为改性纤维素醚、聚丙烯酰胺、丙烯酸酰 胺、甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠中的一种。
更为优选的技术方案为，所述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。
更为优选的技术方案为，所述PH值调节剂为稀硝酸、稀硫酸、硼酸、磷酸、 偏铝酸钠溶液中的一种。
一种新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照以下比列称取的材料：防沉剂0.9份，含氟化物5份，醇胺溶液6份，硫酸铝50份，稳定剂0.2份，甘油1份，早强剂2份，增粘剂0.3份，激 发剂0.5份，PH值调节4份，水30.1份。
步骤二：将称好的30.1份水中的20份水加入高速搅拌反应釜中，加入0.9 份防沉剂搅拌30min；
步骤三：待溶液分散完全，加入5份含氟化物混合物；
步骤四：待含氟化物溶解完全，加入6份醇胺溶液；
步骤五：待溶液搅拌反应生热至溶液重新变得澄清，加入50份硫酸铝，持续 搅拌2-3h；
步骤六：在速凝剂中间体反应过程中，用剩余的10.1份水将稳定剂混合溶解 均匀得稳定剂混合溶液，待速凝剂中间体搅拌为乳白色且无颗粒状固体物后，缓慢 加入稳定剂混合溶液；
步骤七：混合液充分搅拌后，搅拌10min，依次加入甘油、早强剂、增粘剂、 激发剂，持续搅拌；
步骤八：测定速凝剂PH值，用PH值调节剂调节速凝剂PH值处于3-5范围中， 即可获得成品的无碱速凝剂。
进一步的，在所述步骤二中，所述高速搅拌反应釜为转速大于120r/min且密 封性能好的反应设备。
进一步的，在所述步骤七中，依次加入甘油、早强剂、增粘剂、激发剂后持续 搅拌30min。
防沉剂：所述防沉剂属于层状硅酸盐一类，其结构是由两层四面体二氧化硅单 元组成，通过一个氧原子和一层不连续的镁原子八面体连接组成，这种结构使得产 品具有微纤维的性能。使用中其晶体结构不膨胀，具有大比表面积，能够增稠触变， 防沉降，悬浮稳定等特点。
具体的，所述防沉剂为水合硅酸镁。
含氟化物：所述含氟化物，自身具有较好的促凝效果，通过和硫酸铝的之间互 相加强进一步起到促进凝结的作用。其中氟化铝的制备方法为：称取100g水，加 入40g质量分数55％的氢氟酸，再加入8g氢氧化铝，常温下搅拌15min即可制得 需求的氟化铝溶液。
醇胺溶液：所述醇胺溶液为优选的醇胺其的纯度≥99％，减少生产过程中进入 的杂质，进一步影响合成产品的性能，同时具有促凝、早强、提升溶解性。
硫酸铝：所述硫酸铝为无碱速凝剂中的主要成分，其主要和水泥中相应组份反应，不同含水量的硫酸铝，结晶水含量增加后会影响其中硫酸铝总体含量，结晶水 含量高，总的用量增加，结晶水含量低，所使用的硫酸铝量就应当适当降低，以免 硫酸铝含量过量，导致生产出现故障(硫酸铝质量分数过大会导致速凝剂合成中间 体产生自凝现象)。
稳定剂：所述稳定剂为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸钠属于螯合剂、络合剂， 能和碱金属、稀土金属和过度金属等形成稳定的水溶性络合物，是一种优良的钙镁 铁离子螯合剂，提高无碱速凝剂稳定性，并增强无碱速凝剂的凝结效果。硅酸钠、 碳酸钠其混合水溶液具有一定的粘性，且其中增加的一定量钠离子配合硫酸铝的情 况下可提升速凝剂凝结时间，并增强喷射混凝土早期强度值，对后期强度值无影响 等特点。
甘油：所述甘油为很多无机盐类的良好溶剂，能够增强溶液溶解性，保障材料 的匀质性，在相同用水量的配方中，提升原材料的掺入量，进而提升产品整体性能。
早强剂：所述早强剂，其主要作用为加快水泥水化速度和促进喷射混凝土凝结，促进喷射混凝土早期强度发展等功能。主要使用硝酸盐和亚硝酸盐类，其对水泥水 化过程起到促进作用，不仅仅起到促凝，还具有一定抗冻效果，并且该组份的掺入 还可以促进钢筋表面形成致密的保护膜，防止混凝土内部钢筋的锈蚀。而尿素、甲 酸钙、乙二酸等除具有一定早强效果外对喷射混凝土后期强度值也有比较明显的提 高。
增粘剂：所述增稠剂，其水溶液均呈现凝胶状，但其粘度不大，掺入适当的增 粘剂，在保持无碱速凝剂本身的稳定性之外，对于喷射混凝土颗粒之间间隙填充有 着较好的作用，增强喷射混凝土颗粒之间的粘聚性，降低喷射混凝土的回弹量，提 高原材料的利用率。
激发剂：所述激发剂，是一种矿质元素拮抗物其能够同喷射混凝土中矿料富余 钙铁离子持续反应，在水泥水化大量完成后，持续激发剩余活性物质，进一步提升 材料利用率，提升喷射混凝土成型后强度的发展。
PH值调节剂：所述PH值调节剂主要由无机酸碱组成，其主要作用为调节无碱 速凝剂PH值，调整无碱速凝剂PH值位于3-5之间，在保障无碱速凝剂稳定匀质性 的作用下，其中偏铝酸钠碱性调节剂还可参与水泥水化反应，促进喷射混凝土凝结。
本发明采用的原理为：
1、采用防沉剂悬浮更多原材料，并使用醇胺溶液促凝增强，增加原材料溶解 度；
2、采用PH值调节剂改善速凝剂整体PH值环境，有利于凝结时间和速凝剂的 稳定；
3、采用少量的氟化物产物，在控制范围内降低部分强度值的情况极大的增强 速凝剂凝结能力；
4、所用早强剂、稳定剂、增稠剂分别可在一定范围内，促凝，稳定速凝剂溶 液、降低回弹量的作用；
5、采用激发剂，进一步激发喷射混凝土中材料强度值，提升工程品质。
本无碱速凝剂性能指标如下表1：
表1
上述试验项目检测方法：
1、无碱速凝剂凝结时间、强度值测定：根据规范GB35159-2017上试验方法检 测。
2、无碱速凝剂碱含量及氯离子含量测定：根据规范GB8077-2012所述方法测 定。
实施例1:
一种新型节能环保无碱速凝剂，包括如下重量份原材料：防沉剂0.6份，含氟 化物5份，醇胺溶液8份、硫酸铝55份，稳定剂0.5份、甘油5份、早强剂3份、 增粘剂0.1份、激发剂0.2份，PH值调节剂1份，水22份。
本实施例还提供了上述新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，可按以下步骤进行：
步骤一：按照以下重量份称取材料：防沉剂0.6份，含氟化物5份，醇胺溶液 8份、硫酸铝55份，稳定剂0.5份、甘油5份、早强剂3份、增粘剂0.1份、激 发剂0.2份，PH值调节剂1份，水22份。
步骤二：将称好的10份水加入高速搅拌反应釜中，加入0.6份防沉剂搅拌 30min；
步骤三：待溶液分散完全，加入5份含氟化物混合物；
步骤四：待含氟化物溶解完全，加入8份醇胺溶液；
步骤五：待溶液搅拌反应生热至溶液重新变得澄清，加入55份硫酸铝，持续 搅拌2-3h；
步骤六：在速凝剂中间体反应过程中，取12份水将稳定剂混合溶解均匀，待 速凝剂中间体搅拌为乳白色且无颗粒状固体物后，缓慢加入稳定剂混合溶液；
步骤七：混合液充分搅拌后，待溶液搅拌10min后，依次加入甘油、早强剂、 增粘剂、激发剂，持续搅拌30min；
步骤八：测定速凝剂PH值，选用适宜的PH值调节剂调节速凝剂PH值处于3-5 范围中，即可获得成品的无碱速凝剂。
优选地：所述步骤二中高速搅拌反应釜为转速大于120r/min且密封性能好的 反应设备。
制得的无碱速凝剂：试验掺量6％；性能指标如下表2：
表2
| 序号 | 试验项目 | 测定值 |
| 1 | 初凝时间min | 1′38″ |
| 2 | 终凝时间min | 4′10″ |
| 3 | 1d强度值MPa | 17.6MPa |
| 4 | 28d抗压强度比％ | 94.7％ |
| 5 | 90d抗压强度保留率％ | 105.8％ |
| 6 | 碱含量％ | 0.56％ |
| 7 | 氯离子含量％ | 0％ |
实施例2：
一种新型节能环保无碱速凝剂，包括如下重量份原材料：防沉剂0.9份，含氟 化物3份，醇胺溶液4份，硫酸铝40份，稳定剂0.5份，甘油1份，早强剂1份， 增粘剂0.5份，激发剂0.5份，PH值调节剂3份，水46份。
本实施例还提供了上述新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，可按以下步骤进行：
步骤一：按照以下重量份称取材料：防沉剂0.9份，含氟化物3份，醇胺溶液 4份，硫酸铝40份，稳定剂0.5份，甘油1份，早强剂1份，增粘剂0.5份，激发 剂0.5份，PH值调节剂3份，水46份。
步骤二：将称好的36份水加入高速搅拌反应釜中，加入0.9份防沉剂搅拌 30min；
步骤三：待溶液分散完全，加入3份含氟化物混合物；
步骤四：待含氟化物溶解完全，加入4份醇胺溶液；
步骤五：待溶液搅拌反应生热至溶液重新变得澄清，加入40份硫酸铝，持续搅 拌2-3h；
步骤六：在速凝剂中间体反应过程中，取10份水将稳定剂混合溶解均匀，待速 凝剂中间体搅拌为乳白色且无颗粒状固体物后，缓慢加入稳定剂混合溶液；
步骤七：混合液充分搅拌后，待溶液搅拌10min后，依次加入甘油、早强剂、 增粘剂、激发剂，持续搅拌30min；
步骤八：测定速凝剂PH值，选用适宜的PH值调节剂调节速凝剂PH值处于3-5 范围中，即可获得成品的无碱速凝剂。
优选地：所述步骤二中高速搅拌反应釜为转速大于120r/min且密封性能好的反应设备。
制得的无碱速凝剂：试验掺量8％；性能指标如下表3：
表3
实施例3：
一种新型节能环保无碱速凝剂，包括如下重量份原材料：防沉剂0.5份，含氟 化物4份，醇胺溶液6份，硫酸铝45份，稳定剂0.3份，甘油3份，早强剂1.5 份，增粘剂0.4份，激发剂0.3份，PH值调节剂3份，水36份。
本实施例还提供了上述新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，可按以下步骤进行：
步骤一：按照以下重量份称取材料：防沉剂0.5份，含氟化物4份，醇胺溶液 6份，硫酸铝45份，稳定剂0.3份，甘油3份，早强剂1.5份，增粘剂0.4份，激 发剂0.3份，PH值调节剂3份，水36份。
步骤二：将称好的26份水加入高速搅拌反应釜中，加入0.5份防沉剂搅拌 30min；
步骤三：待溶液分散完全，加入4份含氟化物混合物；
步骤四：待含氟化物溶解完全，加入6份醇胺溶液；
步骤五：待溶液搅拌反应生热至溶液重新变得澄清，加入45份硫酸铝，持续搅 拌2-3h；
步骤六：在速凝剂中间体反应过程中，取10份水将稳定剂混合溶解均匀，待速 凝剂中间体搅拌为乳白色且无颗粒状固体物后，缓慢加入稳定剂混合溶液；
步骤七：混合液充分搅拌后，待溶液搅拌10min后，依次加入甘油、早强剂、 增粘剂、激发剂，持续搅拌30min；
步骤八：测定速凝剂PH值，选用适宜的PH值调节剂调节速凝剂PH值处于3-5 范围中，即可获得成品的无碱速凝剂。
优选地：所述步骤二中高速搅拌反应釜为转速大于120r/min且密封性能好的反应设备。
制得的无碱速凝剂：试验掺量7％；性能指标如下表4：
表4
| 序号 | 试验项目 | 测定值 |
| 1 | 初凝时间min | 3′55″ |
| 2 | 终凝时间min | 7′15″ |
| 3 | 1d强度值MPa | 12.4MPa |
| 4 | 28d抗压强度比％ | 100.4％ |
| 5 | 90d抗压强度保留率％ | 118.4％ |
| 6 | 碱含量％ | 0.43％ |
| 7 | 氯离子含量％ | 0％ |
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，凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、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)
1.一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于,由下述重量份材料组成：防沉剂：0.5份-0.9份；含氟化物：3份-5份；醇胺溶液：4份-8份；硫酸铝：40份-60份；稳定剂：0.1份-0.5份；甘油：1份-5份；早强剂：1份-3份；增粘剂：0.1份-0.5份；激发剂：0.2份-0.5份；PH值调节剂：2份-6份；水：22份-46份。
2.根据权利要求1所述的一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于：包括了如下重量份原料：防沉剂0.9份，含氟化物5份，醇胺溶液6份，硫酸铝50份，稳定剂0.2份，甘油1份，早强剂2份，增粘剂0.3份，激发剂0.5份，PH值调节剂4份，水30.1份。
3.根据权利要求1所述的一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于：所述防沉剂，为水合硅酸镁粉剂；所述含氟化物为氟化钠、氟化铝、氟硅酸镁、氟硅酸钠中的一种；所述醇胺溶液为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于：所述稳定剂为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸钠、硅酸钠、碳酸钠中的一种；所述甘油为工业级甘油；所述早强剂为硝酸盐、亚硝酸盐类、尿素、乙二酸、甲酸钙中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于：所述增粘剂为改性纤维素醚、聚丙烯酰胺、丙烯酸酰胺、甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于：所述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。
7.根据权利要求1所述的一种新型节能环保无碱速凝剂，其特征在于：所述PH值调节剂为稀硝酸、稀硫酸、硼酸、磷酸、偏铝酸钠溶液中的一种。
8.如权利要求1-7任一所述的一种新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：按照以下比列称取的材料：防沉剂0.9份，含氟化物5份，醇胺溶液6份，硫酸铝50份，稳定剂0.2份，甘油1份，早强剂2份，增粘剂0.3份，激发剂0.5份，PH值调节4份，水30.1份。
步骤二：将称好的30.1份水中的20份水加入高速搅拌反应釜中，加入0.9份防沉剂搅拌30min；
步骤三：待溶液分散完全，加入5份含氟化物混合物；
步骤四：待含氟化物溶解完全，加入6份醇胺溶液；
步骤五：待溶液搅拌反应生热至溶液重新变得澄清，加入50份硫酸铝，持续搅拌2-3h；
步骤六：在速凝剂中间体反应过程中，用剩余的10.1份水将稳定剂混合溶解均匀得稳定剂混合溶液，待速凝剂中间体搅拌为乳白色且无颗粒状固体物后，缓慢加入稳定剂混合溶液；
步骤七：混合液充分搅拌后，搅拌10min，依次加入甘油、早强剂、增粘剂、激发剂，持续搅拌；
步骤八：测定速凝剂PH值，用PH值调节剂调节速凝剂PH值处于3-5范围中，即可获得成品的无碱速凝剂。
9.根据权利要求8所述的一种新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述高速搅拌反应釜为转速大于120r/min且密封性能好的反应设备。
10.根据权利要求8所述的一种新型节能环保无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤七中，依次加入甘油、早强剂、增粘剂、激发剂后持续搅拌30min。
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