CN111704379A - 混凝土速凝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了混凝土速凝剂及其制备方法，混凝土速凝剂按重量份计包括废铝灰50‑60重量份；铝矾土3‑8重量份；纯碱15‑25重量份；硅粉6‑10重量份；生石灰6‑10重量份；稳定剂2‑6重量份；混凝土速凝剂的制备方法，包括将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。本申请通过独特的配方获得了更短的初凝和终凝时间；且具备更好的抗压强度；配方中采用到了废铝灰，能够合理的进行废物利用；本申请制备过程中做到了不出现废气、废水和废烟；本申请的制备方法中采用到旋窑进行混合原料的焙烧，窑温易控，且选用了独特的焙烧工艺，使得本申请能有效改善混凝土速凝剂的性能。

Description

混凝土速凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及混凝土速凝剂及其制备方法。
背景技术
速凝剂是掺入混凝土中能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。主要种类有无机盐类和有机物类。粉状固体，其掺用量仅占混凝土中水泥用量2%～3%，却能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝。以达到抢修或井巷中混凝土快速凝结的目的。是喷射混凝土施工法中不可缺少的添加剂。它们的作用是加速水泥的水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，以保证特殊施工的要求。
现有技术速凝剂主要为铝氧熟料(即铝矾土、纯碱、生石灰按比例烧制成的熟料)经磨细而制成。
其中：铝矾土为矾土或铝土矿，主要成分是氧化铝，系含有杂质的水合氧化铝，是一种土状矿物。白色或灰白色，因含铁而呈褐黄或浅红色。密度3.9～4g/cm3，硬度1～3，不透明，质脆。极难熔化。不溶于水，能溶于硫酸、氢氧化钠溶液。主要用于炼铝，制耐火材料。
其中：碳酸钠常温下为白色粉末或颗粒。无气味。有碱性。是碱性的盐。有吸水性。露置空气中逐渐吸收 1mol/L水分(约15%)。400℃时开始失去二氧化碳。遇酸分解并泡腾。溶于水（室温时3.5份，35℃时2.2份）和甘油，不溶于乙醇。水溶液呈强碱性，pH11.6。相对密度2.53。熔点851℃。116.6mg/kg。有刺激性。可由氢氧化钠和碳酸发生化学反应结合而成。溶液呈碱性。碳酸钠是重要的化工原料之一，广泛应用于轻工日化、建材、化学工业、食品工业、冶金、纺织、石油、国防、医药等领域， 用作制造其他化学品的原料、清洗剂、洗涤剂，也用于照相术和分析领域。绝大部分用于工业，一小部分为民用。在工业用纯碱中，主要是轻工、建材、化学工业，约占2/3；其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其它工业。玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。
其中：生石灰外形为白色（或灰色、棕白），无定形，在空气中吸收水和二氧化碳。氧化钙与水作用生成氢氧化钙，并放出热量。溶于酸水，不溶于醇。系属无机碱性蚀物品。生石灰是采用化学吸收法除去水蒸气的常用干燥剂，也用于钢铁、农药、医药、干燥剂、制革及醇的脱水等。生石灰中一般都含有过火石灰，过火石灰熟化慢，若在石灰浆体硬化后再发生熟化，会因熟化产生的膨胀而引起隆起和开裂。为了消除过火石灰的这种危害，石灰在熟化后，还应“陈伏”2周左右。生石灰与水会发生化学反应，接着就会立刻加热到超越300℃的高温。
混凝土速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类两类。我国常用的速凝剂是无机盐类，主要型号有红星Ⅰ型、7Ⅱ型、782型、8604型等。红星Ⅰ型速凝剂是由铝氧熟料（主要成分是铝酸钠）、碳酸钠、生石灰按质量1：1：0.5的比例配制而成的一种粉状物，适宜掺量为水泥质量的2.5%~4.0%。7Ⅱ型速凝剂是铝氧熟料与无水石膏按质量比3：1配合粉末而成，适宜掺量为水泥质量的3%~5%。782型混凝土由矾泥、铝氧熟料、生石灰配制而成，适宜掺量为5%~7%。速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就可产生强度，1d强度提高2~3倍，但后期强度会下降，28d强度约为不掺时的80%~90%。速凝剂的速凝早强作用机理是使水泥中的石膏变成Na2SO4，失去缓凝作用，从而促使C3A迅速水化，并在溶液中析出其水化产物晶体，导致水泥浆迅速凝固。速凝剂主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程。
现有技术中的混凝土速凝剂在初凝时间内只能做到5min内初凝，10min内终凝，且是贴近此时间点，并不能将时间做到更少；
且现有技术中混凝土速凝剂不能进行废铝灰的利用；
且现有技术中的混凝土速凝剂生产会产生大量的废气、废水和废烟；
且现有技术中的混凝土速凝剂制备方法亦不能做到有效改善混凝土速凝剂的性能；
为了解决以上问题我方研发出了混凝土速凝剂及其制备方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供混凝土速凝剂及其制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
混凝土速凝剂，混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰50-60重量份；
铝矾土3-8重量份；
纯碱15-25重量份；
硅粉6-10重量份；
生石灰6-10重量份；
稳定剂2-6重量份。
混凝土速凝剂的制备方法，，包括以下步骤：
A1；将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。
焙烧包括以下步骤：
B1；将混合物以1-2℃/min的升温速率升温至150-250℃，保温20-40min；
B2；再以6-10℃/min的升温速率升温至800-900℃，保温40-80min；
B3；经上一步骤处理后，再输送至冷却机，再以20-30℃/min的降温速率降温至40-70℃；
B4；将冷却后的混合物输送到球磨机中，以240-320r/min的球磨转速球磨1.5-2.5h，得到混凝土速凝剂。
本发明的有益效果在于：
本发明的混凝土速凝剂及其制备方法；
1、本申请通过独特的配方获得了更短的初凝和终凝时间；且具备更好的抗压强度；
2、本申请的配方中采用到了废铝灰，能够合理的进行废物利用；
3、本申请制备过程中不用水、不外排、无尘渣，原辅材料全用尽，亦做到了不出现废气、废水和废烟；
4、本申请的制备方法中采用到旋窑进行混合原料的焙烧，窑温易控，且选用了独特的焙烧工艺，使得本申请能有效改善混凝土速凝剂的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明提供的混凝土速凝剂及其制备方法作进一步说明。（下述实施方法中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；下述实验例中所用的实验材料，如无特殊说明，均为自常规商店购买得到的；下述实验例中的定量实验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。）
实施例1，
混凝土速凝剂，混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰50-60重量份；
铝矾土3-8重量份；
纯碱15-25重量份；
硅粉6-10重量份；
生石灰6-10重量份；
稳定剂2-6重量份。
其中稳定剂按重量份计包括：
元明粉5-10重量份；
碳酸钾8-14重量份；
氯化钙21-29重量份；
麦饭石24-36重量份；
三乙醇胺22-30重量份。
制备混凝土速凝剂：
A1；将废铝灰、铝矾土、纯碱、硅粉、生石灰、元明粉、碳酸钾、氯化钙、麦饭石、三乙醇胺各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧；
焙烧包括以下步骤：
B1；将混合物以1-2℃/min的升温速率升温至150-250℃，保温20-40min；
B2；再以6-10℃/min的升温速率升温至800-900℃，保温40-80min；
B3；经上一步骤处理后，再输送至冷却机，再以20-30℃/min的降温速率降温至40-70℃；
B4；将冷却后的混合物输送到球磨机中，以240-320r/min的球磨转速球磨1.5-2.5h，得到混凝土速凝剂。
各原料组分均采用粉料。
实施例2，
本实施例与实施例1的区别在于：
混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰55重量份；
铝矾土5重量份；
纯碱20重量份；
硅粉8重量份；
生石灰8重量份；
稳定剂4重量份；稳定剂中按重量份计，包括：元明粉8重量份、碳酸钾11重量份、氯化钙25重量份、麦饭石30重量份、三乙醇胺26重量份。
制备混凝土速凝剂：
将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。其中，焙烧具体包括步骤：将混合物以1.5℃/min的升温速率升温至200℃，保温30min，再以8℃/min的升温速率升温至850℃，保温60min，然后输送至冷却机，再以25℃/min的降温速率降温至55℃。将冷却后的混合物输送到球磨机中，以280r/min的球磨转速球磨2h，得到混凝土速凝剂。
实施例3，
本实施例与实施例1的区别在于：混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰50重量份；
铝矾土3重量份；
纯碱15重量份；
硅粉6重量份；
生石灰6重量份；
稳定剂2重量份；稳定剂中按重量份计，包括：元明粉5重量份、碳酸钾8重量份、氯化钙21重量份、麦饭石24重量份、三乙醇胺22重量份。
制备混凝土速凝剂：
将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。其中，焙烧具体包括步骤：将混合物以1℃/min的升温速率升温至150℃，保温20min，再以6℃/min的升温速率升温至800℃，保温40min，然后输送至冷却机，再以20℃/min的降温速率降温至40℃。将冷却后的混合物输送到球磨机中，以240r/min的球磨转速球磨1.5h，得到混凝土速凝剂。
实施例4，
本实施例与实施例1的区别在于：混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰60重量份；
铝矾土8重量份；
纯碱25重量份；
硅粉10重量份；
生石灰10重量份；
稳定剂6重量份；稳定剂中按重量份计，包括：元明粉10重量份、碳酸钾14重量份、氯化钙29重量份、麦饭石36重量份、三乙醇胺30重量份。
制备混凝土速凝剂：
将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。其中，焙烧具体包括步骤：将混合物以2℃/min的升温速率升温至250℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至900℃，保温80min，然后输送至冷却机，再以30℃/min的降温速率降温至70℃。将冷却后的混合物输送到球磨机中，以320r/min的球磨转速球磨2.5h，得到混凝土速凝剂。
对比例1；
本对比例提供一种混凝土速凝剂，原料组成按重量份计，包括：铝矾土5重量份、纯碱20重量份、硅粉8重量份、生石灰8重量份、稳定剂4重量份。
稳定剂的原料组分按重量份计，包括：元明粉8重量份、碳酸钾11重量份、氯化钙25重量份、麦饭石30重量份、三乙醇胺26重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的制备方法，制备混凝土速凝剂：
将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。其中，焙烧具体包括步骤：将混合物以1.5℃/min的升温速率升温至200℃，保温30min，再以8℃/min的升温速率升温至850℃，保温60min，然后输送至冷却机，再以25℃/min的降温速率降温至55℃。将冷却后的混合物输送到球磨机中，以280r/min的球磨转速球磨2h，得到混凝土速凝剂。
对比例2；
本对比例提供一种混凝土速凝剂，原料组成按重量份计，包括：废铝灰55重量份、铝矾土5重量份、纯碱20重量份、硅粉8重量份、生石灰8重量份、稳定剂4重量份。
稳定剂的原料组分按重量份计，包括：元明粉8重量份、碳酸钾11重量份、氯化钙25重量份、麦饭石30重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的制备方法，制备混凝土速凝剂：
将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。其中，焙烧具体包括步骤：将混合物以1.5℃/min的升温速率升温至200℃，保温30min，再以8℃/min的升温速率升温至850℃，保温60min，然后输送至冷却机，再以25℃/min的降温速率降温至55℃。将冷却后的混合物输送到球磨机中，以280r/min的球磨转速球磨2h，得到混凝土速凝剂。
对比例3；
本对比例提供一种混凝土速凝剂，原料组成按重量份计，包括：铝矾土60重量份、纯碱20重量份、硅粉8重量份、生石灰8重量份、稳定剂4重量份。
稳定剂的原料组分按重量份计，包括：元明粉8重量份、碳酸钾11重量份、氯化钙25重量份、麦饭石30重量份、三乙醇胺26重量份。
按上述的原料，采用本发明提供的制备方法，制备混凝土速凝剂：
将各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧。其中，焙烧具体包括步骤：将混合物以1.5℃/min的升温速率升温至200℃，保温30min，再以8℃/min的升温速率升温至850℃，保温60min，然后输送至冷却机，再以25℃/min的降温速率降温至55℃。将冷却后的混合物输送到球磨机中，以280r/min的球磨转速球磨2h，得到混凝土速凝剂。
将本发明实施例1至实施例3制备得到的混凝土速凝剂进行净浆初凝时间、终凝时间，砂浆抗压强度的测定，并以对比例1至对比例3制备得到的混凝土速凝剂作为对照。测定得到的结果如表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
需要说明的是：按国标一等品净浆初凝时间不大于3min，终凝时间不大于8min，砂浆1d抗压强度不小于7.0 MPa，28d抗压强度不小于75%。合格品净浆初凝时间不大于5min，终凝时间不大于12min，砂浆1d抗压强度不小于6.0 MPa，28d抗压强度不小于70%。传统工艺配方净浆初凝时间不大于3min，终凝时间不大于7min，砂浆1d抗压强度大于7.0 MPa，28d抗压强度大于70%。本发明出厂控制值净浆初凝时间不大于3min，终凝时间不大于5min，砂浆1d抗压强度大于9.0 MPa，28d抗压强度大于80%。本发明制备的混凝土速凝剂在终凝时间和抗压强度上明显优于传统工艺配方。
单位产品传统工艺余本发明新工艺生产原料成本核算如表2所示，示出了本发明每吨成品生产成本减少330元，降幅约为35%的情况，证明本申请的成本较现有技术大幅降低，且产品的性能缺大幅提高。
表2
Figure 93650DEST_PATH_IMAGE002
在表3中给出废铝灰的X射线荧光分析结果：
表三
组分 单位 结果
F Mass% 0.8731
Na2O Mass% 2.0142
Mgo Mass% 8.8284
Al2o3 Mass% 71.1325
SiO2 Mass% 7.0539
P2O5 Mass% 0.1140
SO3 Mass% 0.9684
Cl Mass% 2.1992
K2O Mass% 0.2171
CaO Mass% 3.0505
TiO2 Mass% 0.5800
V205 Mass% 0.0135
Cr2O3 Mass% 0.0578
MnO Mass% 0.2264
Fe2O3 Mass% 1.3236
Co2O3 Mass% 0.0029
NiO Mass% 0.0316
CuO Mass% 0.4080
ZnO Mass% 0.4062
Ga2O3 Mass% 0.0044
Br Mass% 0.0061
Rb2O Mass% 0.0007
SrO Mass% 0.0392
ZrO2 Mass% 0.0091
SnO2 Mass% 0.0164
BaO Mass% 0.3907
PbO Mass% 0.0318
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (7)

1.混凝土速凝剂，其特征在于，混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰50-60重量份；
铝矾土3-8重量份；
纯碱15-25重量份；
硅粉6-10重量份；
生石灰6-10重量份；
稳定剂2-6重量份。
2.根据权利要求1所述的混凝土速凝剂，其特征在于，稳定剂按重量份计包括：
元明粉5-10重量份；
碳酸钾8-14重量份；
氯化钙21-29重量份；
麦饭石24-36重量份；
三乙醇胺22-30重量份。
3.根据权利要求2所述的混凝土速凝剂，其特征在于，混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰55重量份；
铝矾土5重量份；
纯碱20重量份；
硅粉8重量份；
生石灰8重量份；
稳定剂4重量份；稳定剂中按重量份计，包括：元明粉8重量份、碳酸钾11重量份、氯化钙25重量份、麦饭石30重量份、三乙醇胺26重量份。
4.根据权利要求2所述的混凝土速凝剂，其特征在于，混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰50重量份；
铝矾土3重量份；
纯碱15重量份；
硅粉6重量份；
生石灰6重量份；
稳定剂2重量份；稳定剂中按重量份计，包括：元明粉5重量份、碳酸钾8重量份、氯化钙21重量份、麦饭石24重量份、三乙醇胺22重量份。
5.根据权利要求2所述的混凝土速凝剂，其特征在于，混凝土速凝剂按重量份计包括：
废铝灰60重量份；
铝矾土8重量份；
纯碱25重量份；
硅粉10重量份；
生石灰10重量份；
稳定剂6重量份；稳定剂中按重量份计，包括：元明粉10重量份、碳酸钾14重量份、氯化钙29重量份、麦饭石36重量份、三乙醇胺30重量份。
6.混凝土速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1；将废铝灰、铝矾土、纯碱、硅粉、生石灰、元明粉、碳酸钾、氯化钙、麦饭石、三乙醇胺各原料组分按比例精确称量，之后将混合物经输送系统输送到旋窑进行焙烧；
焙烧包括以下步骤：
B1；将混合物以1-2℃/min的升温速率升温至150-250℃，保温20-40min；
B2；再以6-10℃/min的升温速率升温至800-900℃，保温40-80min；
B3；经上一步骤处理后，再输送至冷却机，再以20-30℃/min的降温速率降温至40-70℃；
B4；将冷却后的混合物输送到球磨机中，以240-320r/min的球磨转速球磨1.5-2.5h，得到混凝土速凝剂。
7.混凝土速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：各原料组分均采用粉料。
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