CN110950573A - 一种地铁施工用混凝土速凝剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁施工用混凝土速凝剂，包括以下重量份原料：20‑40份聚丙烯酸钠、30‑50份的异丙醇、20‑30份的海洋微藻多糖、20‑30份的硫酸铝、15‑25份的乙酸；本发明还提供一种地铁施工用混凝土速凝剂的制备方法，包括以下步骤：S1固液混合物制备；S2硫酸溶解沉淀；S3制备混合物；S4加热溶解处理，得到速凝剂；本发明的有益效果是：利用扁藻多糖，稳定的快速凝固混凝土，提高速凝混凝土的强度；采用超细研磨，再处理，色谱层析，保证制备出的扁藻多糖的纯净，为后续的易降解做准备；利用明矾，既能保证原料来源广泛，又能使铝离子充分被浸出，防止铝离子对环境的污染；水浴加热，控制温度变化，采取升温后恒温，得到速凝剂液体同时不产生毒害物质。

Description

一种地铁施工用混凝土速凝剂

技术领域

本发明涉及混凝土速凝剂领域，具体是一种铁施工用混凝土速凝剂及其制备方法。

背景技术

地铁是铁路运输的一种形式，涵盖了城市地区各种地下与地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系统，即“地下铁道”或“地下铁”的简称；地铁轨道一般在地质结构稳定地方，利用明挖回填法、钻挖法进行隧道挖掘，同时采用明挖顺作法、基坑盖挖顺作法和基坑盖挖逆作法进行车站建设；为了保证挖掘时以及挖掘后的孔洞、隧道的地质结构稳定，地铁施工阶段一般采用灌注混凝土的方式，支撑挖掘时与挖掘后的地址形态；但是普通的灌注混凝土其成型时间长，并且处于地铁施工阶段，需要注意渗水层的渗水情况和气道孔出气情况，因此，针对地铁施工中需要抢修加固阶段，一般采用喷射混凝土的方式进行快速加固。

喷射混凝土，是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法；是将预先配好的混凝土、砂、石子、水和一定数量的外加速凝剂，装入喷射机，利用高压空气将其送到喷头和速凝剂混合后，以很高的速度喷向岩石或混凝土的表面而形成，因此外加速凝剂决定了喷射后续的凝固阶段的凝固性能；速凝剂种类繁多，衡量速凝剂好坏的性能指标主要包括速凝剂本身的物理化学性质和状态，速凝效果、早期强度、后期强度、体积稳定性、耐久性等使用性能，以及分散均匀性、扬尘和喷射回弹率等喷射作业特性。按照现有的速凝剂状态，分为粉状速凝剂、液体速凝剂，其中粉状速凝剂因碱性大、工作面粉尘大、回弹量大等原因，容易影响施工人员的身体健康；而液态速凝剂与粉状速凝剂相比，更容易均匀地分散于混凝土拌合物中，从而可避免硬化混凝土质量波动。但是不可避免的，喷射混凝土所使用的速凝剂主要以高碱产品为主，具有较强的腐蚀性，对生产人员和施工人员的皮肤和眼睛造成很大伤害；并且强碱性溶液易导致铝酸盐产生集料现象，易导致凝固的混凝土不均匀。并且在速凝剂中，存在很多氯离子，容易浸入钢筋中，腐蚀钢筋材料，减少建筑使用寿命。

如发明为，一种无碱无氯液态混凝土速凝剂及其制备方法与应用(申请号：CN201110112424.3)，公开了一种无碱无氯液态混凝土速凝剂及其制备方法与应用，该产品包含以下重量份数比的组分：铝盐34-41份，无机酸0-5份，有机醇2-10份，醇胺0.2-2份，配位剂0.2-2份，水49-59份；虽然可利用了不含强碱和氯离子的原料，但是其醇胺采用了有致癌效果的二乙醇胺或三乙醇胺，在大量使用阶段会对人体产生安全隐患，同时大量使用有一定生理毒性的有机试剂，不易降解；并且采用丁炔二醇作为配位剂，在25℃空气中易发生潮解，进而影响速凝的混凝土的硬度与时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地铁施工用混凝土速凝剂及其制备方法，以至少达到无毒害作用、易降解、快速凝固的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种地铁施工用混凝土速凝剂，包括以下重量份原料：20-40份聚丙烯酸钠、30-50份的异丙醇、20-30份的海洋微藻多糖、20-30份的硫酸铝、15-25份的乙酸。

优选的，为了进一步限定海洋微藻多糖作为配位剂，所述的海洋微藻多糖为扁藻经过扩大繁殖后，从其光合作用产物中分离纯化出的扁藻多糖；所述的分离纯化为以下步骤：

S1将扁藻干粉称重，加入研磨介质，超细研磨成粉；

S2将得到的超细粉置于无水乙醇中洗涤纯化后，得到纯化沉淀，再加入三氯乙酸部分溶解纯化沉淀后，利用无水乙醇进一步洗涤沉淀，再经过丙酮溶解沉淀后，过滤，将滤液干燥成粉，得到粗制的扁藻多糖；

S3将得到的粗制的扁藻多糖经过色谱层析，提纯得到精制的扁藻多糖；所述的色谱层析为，采用长50cm、直径3cm的葡聚糖凝胶Sepha dex-G200柱，进行凝胶色谱层析；利用扁藻多糖作为配位剂，配合铝离子形成配合物同时作为聚丙烯酸钠的配合剂，使铝离子能被缓慢氧化，防止氧化速度过快而导致速凝后混凝土的空间结构被破坏，进而得到稳定的速凝混凝土，提高速凝后混凝土的强度；同时采用超细研磨后，再利用无水乙醇、三氯乙酸与丙酮依次处理后，通过色谱层析的方法，保证制备出的扁藻多糖的纯净，为后续的易降解做准备。

优选的，为了进一步得到较为纯净的硫酸铝，所述的硫酸铝为，明矾经过硫酸酸浸后，过滤后再洗涤沉淀废渣后得到的上清液，干燥，即为硫酸铝；利用常见的明矾矿物，既能保证原料来源广泛，又能利用明矾矿物疏松的矿物通道孔隙，使铝离子充分被浸出，防止生产工艺中铝离子对环境的污染。

优选的，为了进一步限定乙酸来源，所述的乙酸为，将酒糟发酵后的废弃酵渣经过后续的北纳生物的BNCC183302型醋酸杆菌发酵，制备得到的；利用废弃酵渣经过北纳生物的 BNCC183302型醋酸杆菌发酵得到乙酸，体现循环经济的同时，利用废弃的酵渣发酵后的乙酸，混合了乙醇，虽然纯度上有变化，但使乙酸能充分混其他原料，进而实现混匀，从而能使速凝剂能充分浸透混凝土，达到快速凝固的目的。

本发明还提供一种地铁施工用混凝土速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

S1将上述原料中的硫酸铝粉先经过去离子完全溶解后，在所得的溶液中依次加入乙酸、海洋微藻多糖，搅拌均匀，得到固液混合物；

S2将所述的固液混合物经过浓度0.1mol/L的质量分数70％硫酸溶解沉淀，形成均一的混合溶液；

S3将所得的混合溶液中依次加入异丙醇与聚丙烯酸钠，待溶液出现悬浮的固体颗粒为止，即得到混合物；

S4将所得的混合物进行加热溶解处理，直至混合物完全溶解成液体，即得到所述的速凝剂。

优选的，为了进一步限定加热溶解处理的反应条件，所述的加热溶解处理为，将混合物采用水浴加热的方式，在2-4h内上升到设定的50-70℃后恒温2-4h；采用水浴加热的方式，较为柔和的控制温度变化，同时利用异丙醇和乙酸的水溶特性，采取50-70℃的升温后恒温的方式，使混合反应完全，方便得到速凝剂液体，同时不产生对人体毒害的物质。

优选的，为了进一步使速凝剂剂中原料溶解更充分，所述的硫酸溶解为，将所述的固液混合物种缓慢加入硫酸，同时采用磁力搅拌方式，边搅拌边观察固液混合物的状态，待出现均一透亮、无杂质的溶液后，停止硫酸加入，即为得到所述的均一的溶液；通过硫酸溶解混合物，将其中的扁藻多糖和聚丙烯酸钠的溶解，保证速凝剂酸性的同时，能使扁藻多糖的配位键位更紧密。

本发明的有益效果是：

1.利用扁藻多糖作为配位剂，配合铝离子形成配合物同时作为聚丙烯酸钠的配合剂，使铝离子能被缓慢氧化，防止氧化速度过快而导致速凝后混凝土的空间结构被破坏，进而得到稳定的快速凝固混凝土，提高速凝混凝土的强度；同时采用超细研磨后，再利用无水乙醇、三氯乙酸与丙酮依次处理后，通过色谱层析的方法，保证制备出的扁藻多糖的纯净，为后续的易降解做准备。

2.利用常见的明矾矿物，既能保证原料来源广泛，又能利用明矾矿物疏松的矿物通道孔隙，使铝离子充分被浸出，防止生产工艺中铝离子对环境的污染。

3.采用水浴加热的方式，较为柔和的控制温度变化，同时利用异丙醇和乙酸的水溶特性，采取50-70℃的升温后恒温的方式，使混合反应完全，方便得到速凝剂液体，同时不产生对人体毒害的物质。

附图说明

图1为本发明各个实施例与对比例的混凝土速凝剂从混凝土开始凝结到凝结完毕所需的时间情况图；

图2为本发明各个实施例与对比例的不同速凝剂形成混凝土的强度在1-28d内强度变化之差情况图；

图3为本发明各个实施例与对比例的不同速凝剂15d时各个混凝土浸出液中有害物质的残余含量占总浸出液的质量之比的情况图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

一种地铁施工用混凝土速凝剂，包括以下重量份原料：35份聚丙烯酸钠、40份的异丙醇、 25份的海洋微藻多糖、25份的硫酸铝、20份的乙酸；了进一步限定海洋微藻多糖作为配位剂，所述的海洋微藻多糖为扁藻经过扩大繁殖后，从其光合作用产物中分离纯化出的扁藻多糖；所述的分离纯化为以下步骤：

S1将扁藻干粉称重，加入钛粉颗粒作为研磨介质，超细研磨成粉；

S2将得到的超细粉置于无水乙醇中洗涤纯化后，得到纯化沉淀，再加入三氯乙酸部分溶解纯化沉淀后，利用无水乙醇进一步洗涤沉淀，再经过丙酮溶解沉淀后，过滤除去钛粉颗粒，将滤液干燥成粉，得到粗制的扁藻多糖；

S3将得到的粗制的扁藻多糖经过色谱层析，提纯得到精制的扁藻多糖；所述的色谱层析为，采用长50cm、直径3cm的葡聚糖凝胶Sepha dex-G200柱，进行凝胶色谱层析；利用扁藻多糖作为配位剂，配合铝离子形成配合物同时作为聚丙烯酸钠的配合剂，使铝离子能被缓慢氧化，防止氧化速度过快而导致速凝后混凝土的空间结构被破坏，进而得到稳定的速凝混凝土，提高速凝后混凝土的强度；同时采用超细研磨后，再利用无水乙醇、三氯乙酸与丙酮依次处理后，通过色谱层析的方法，保证制备出的扁藻多糖的纯净，为后续的易降解做准备；为了进一步得到较为纯净的硫酸铝，所述的硫酸铝为，明矾经过硫酸酸浸后，过滤后再洗涤沉淀废渣后得到的上清液，干燥，即为硫酸铝；利用常见的明矾矿物，既能保证原料来源广泛，又能利用明矾矿物疏松的矿物通道孔隙，使铝离子充分被浸出，防止生产工艺中铝离子对环境的污染；为了进一步限定乙酸来源，所述的乙酸为，将酒糟发酵后的废弃酵渣经过后续的北纳生物的BNCC183302型醋酸杆菌发酵，制备得到的；利用废弃酵渣经过北纳生物的 BNCC183302型醋酸杆菌发酵得到乙酸，体现循环经济的同时，利用废弃的酵渣发酵后的乙酸，混合了乙醇，虽然纯度上有变化，但使乙酸能充分混其他原料，进而实现混匀，从而能使速凝剂能充分浸透混凝土，达到快速凝固的目的。

本发明还提供一种地铁施工用混凝土速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

S1将上述原料中的硫酸铝粉先经过去离子完全溶解后，在所得的溶液中依次加入乙酸、海洋微藻多糖，搅拌均匀，得到固液混合物；

S2将所述的固液混合物经过浓度0.1mol/L的质量分数70％硫酸溶解沉淀，形成均一的混合溶液；具体为：将所述的固液混合物种缓慢加入硫酸，边搅拌边观察固液混合物的状态，待出现均一透亮、无杂质的溶液后，停止硫酸加入，即为得到所述的均一的溶液；通过硫酸溶解混合物，将其中的扁藻多糖和聚丙烯酸钠的溶解，保证速凝剂酸性的同时，能使扁藻多糖的配位键位更紧密；

S3将所得的混合溶液中依次加入异丙醇与聚丙烯酸钠，待溶液出现悬浮的固体颗粒为止，即得到混合物；

S4将所得的混合物进行加热溶解处理，直至混合物完全溶解成液体，即得到所述的速凝剂；具体为：将混合物采用水浴加热的方式，在2-4h内上升到设定的50-70℃后恒温2-4h；采用水浴加热的方式，较为柔和的控制温度变化，同时利用异丙醇和乙酸的水溶特性，采取 50-70℃的升温后恒温的方式，使混合反应完全，方便得到速凝剂液体，同时不产生对人体毒害的物质。

实施例2

将速凝剂中原料采用20份聚丙烯酸钠、30份的异丙醇、20份的海洋微藻多糖、20份的硫酸铝、25份的乙酸，其余步骤及原料同实施例1。

实施例3

将速凝剂中原料采用40份聚丙烯酸钠、50份的异丙醇、30份的海洋微藻多糖、30份的硫酸铝、25份的乙酸，其余步骤及原料同实施例1。

对比例1

将扁藻多糖更正为丁炔二醇，其他原料及步骤同实施例1，考察采用扁藻多糖作为配位剂和常用的丁炔二醇作为配位剂，对速凝剂的速凝质量的影响。

对比例2

将乙酸更替为二乙醇胺，其他原料及步骤同实施例1，考察采用乙酸作为醇胺和常用的二乙醇胺作为醇胺，对速凝剂的速凝质量的影响。

对比例3

将硫酸铝直接采用加热加压方法制备，其他原料及步骤同实施例1，考察不同硫酸铝来源对于速凝剂的速凝质量的影响。

对比例4

不采用水浴加热，直接采用加热器直接加热，其他原料及步骤同实施例1，考察稳定控制温度的方式与瞬时加温的方式对混合物进行处理，对速凝剂的速凝质量的影响。

控制用量及喷射时环境相同，将上述各个实施例与对比例的混凝土速凝剂从混凝土开始凝结到凝结完毕所需的时间；以及采用规格完全相同的水泥原料，经过不同速凝剂的喷射混凝土后，其形成混凝土的强度在1-28d内强度变化之差；同时针对15d时各个混凝土浸出液中有害物质的残余含量占总浸出液的质量之比，得到表1：

表1各实施例与对比凝结时间、速凝混凝土强度和有害物质残余含量的情况表

如图1所示以及由表1可知，当采用35份聚丙烯酸钠、40份的异丙醇、25份的海洋微藻多糖、25份的明矾经过硫酸酸浸后的硫酸铝、20份的乙酸的原料时候，同时采用水浴加热的速凝剂，其速凝时间为4.8min，速凝得到混凝土强度之差为33.2MPa，有毒物质残余量为8.5*10^-5；其中图1为各个实施例与对比例的混凝土速凝剂从混凝土开始凝结到凝结完毕所需的时间情况图；图2为各个实施例与对比例的不同速凝剂形成混凝土的强度在1-28d内强度变化之差；图3为各个实施例与对比例的不同速凝剂15d时各个混凝土浸出液中有害物质的残余含量占总浸出液的质量之比。由此说明了本发明的优越性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种地铁施工用混凝土速凝剂，其特征在于：包括以下重量份原料：20-40份聚丙烯酸钠、30-50份的异丙醇、20-30份的海洋微藻多糖、20-30份的硫酸铝、15-25份的乙酸。

2.根据权利要求1所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂，其特征在于：所述的海洋微藻多糖为扁藻经过扩大繁殖后，从其光合作用产物中分离纯化出的扁藻多糖。

3.根据权利要求2所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂，其特征在于：所述的分离纯化为以下步骤：

S1将扁藻干粉称重，加入研磨介质，超细研磨成粉；

S2将得到的超细粉置于无水乙醇中洗涤纯化后，得到纯化沉淀，再加入三氯乙酸部分溶解纯化沉淀后，利用无水乙醇进一步洗涤沉淀，再经过丙酮溶解沉淀后，过滤，将滤液干燥成粉，得到粗制的扁藻多糖；

S3将得到的粗制的扁藻多糖经过色谱层析，提纯得到精制的扁藻多糖。

4.根据权利要求3所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂，其特征在于：所述的色谱层析为，采用长50cm、直径3cm的葡聚糖凝胶Sepha dex-G200柱，进行凝胶色谱层析。

5.根据权利要求1所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂，其特征在于：所述的硫酸铝为，明矾经过硫酸酸浸后，过滤后再洗涤沉淀废渣后得到的上清液，干燥，即为硫酸铝。

6.根据权利要求1所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂，其特征在于：所述的乙酸为，将酒糟发酵后的废弃酵渣经过后续的醋酸杆菌发酵，制备得到的。

7.一种地铁施工用混凝土速凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1将上述原料中的硫酸铝粉先经过去离子完全溶解后，在所得的溶液中依次加入乙酸、海洋微藻多糖，搅拌均匀，得到固液混合物；

S2将所述的固液混合物经过浓度0.1mol/L的质量分数70％硫酸溶解沉淀，形成均一的混合溶液；

S3将所得的混合溶液中依次加入异丙醇与聚丙烯酸钠，待溶液出现悬浮的固体颗粒为止，即得到混合物；

S4将所得的混合物进行加热溶解处理，直至混合物完全溶解成液体，即得到所述的速凝剂。

8.根据权利要求7所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂的制备方法，其特征在于：所述的加热溶解处理为，将混合物采用水浴加热的方式，在2-4h内上升到设定的50-70℃后恒温2-4h。

9.根据权利要求7所述的一种地铁施工用混凝土速凝剂的制备方法，其特征在于：所述的硫酸溶解为，将所述的固液混合物种缓慢加入浓度0.1mol/L的质量分数70％的硫酸，边搅拌边观察固液混合物的状态，待出现均一透亮、无杂质的溶液后，停止硫酸加入，即为得到所述的均一的溶液。

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