CN113024147B - 一种喷射混凝土用无碱粉状速凝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种喷射混凝土用无碱粉状速凝剂及其制备方法,原料包括活性组分10‑15wt%、调凝组分50‑55wt%、增强组分25‑30wt%、助磨组分1‑2wt%和增粘组分5‑10wt%;活性组分的制备方法为:先按特定比例称取氢氧化铝、改性剂、抗裂剂、纯碱,改性剂为磷酸二氢铵、磷酸钙、磷酸二氢钙中至少一种;再将氢氧化铝、改性剂、纯碱搅拌均匀,在650‑850℃条件下保温0.8‑1.5h,得到混合料;最后将抗裂剂加至混合料中混匀即得活性组分。本发明的无碱粉状速凝剂生产效率更高,能耗更少;掺入喷射混凝土中与调凝组分、增强组分发挥协同作用,一定程度缩短了喷射混凝土的初凝和终凝时间,喷射混凝土的早期、后期强度和抗裂性也有明显提升。

Description

一种喷射混凝土用无碱粉状速凝剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂领域,特别是喷射混凝土用无碱粉状速凝剂。
背景技术
目前,中国已成为世界上隧道工程建设规模最大、数量最多、难度最高的国家;国内也仍有许多工程需要护坡设计,这给速凝剂的应用提供了广阔的前景。速凝剂是喷射混凝土施工中重要的外加剂,主要功能是使喷射混凝土迅速凝结硬化,减少回弹损失,防止喷射混凝土因重力引起脱落,加大一次喷射厚度、缩短喷射层间的间隔时间。相较于无碱液体速凝剂,粉体速凝剂拥有着价格优势,在满足施工要求条件下依旧被工程项目所青睐,依旧占据着不错的市场份额。然而,市面上常用的粉状速凝剂多为碱性,碱含量高,后期强度损失大,喷射混凝土回弹量大,对人体伤害太大;同时还含有氯离子,对钢筋结构存在腐蚀性。并且烧结法生产的粉状速凝剂温度较高,对能耗要求高,且存在危险性。
现有技术中,中国专利申请CN110451838A提供的一种新型节能环保无碱速凝剂,其原料包括防沉剂、含氟化物、醇胺溶液、硫酸铝、稳定剂、甘油、早强剂、增粘剂、激发剂、pH值调节剂、水,制备的无碱速凝剂为液态的,不易携带储存。又例如中国专利申请CN109206040A提供的一种广泛适应各种型号水泥的液体无碱速凝剂,其原料包括水,、聚合硫酸铝或硫酸铝、硫酸铁、络合剂、有机胺、早强剂、pH值调节剂、矿渣激发剂、消泡剂、氟化铝;并且消泡剂为聚醚类消泡剂;矿渣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;早强剂为尿素、乙二醇,该无碱速凝剂同样为液态的,适用的水泥型号包括基准水泥、海螺水泥、怀宁上峰水泥、祁连山水泥、华新水泥等。上述这两种液体速凝剂加至基准水泥或海螺水泥中制备的喷射混凝土初凝和终凝时间较长,抗压强度也有待提高。
发明内容
针对以上现有技术的不足,本发明提供了一种喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,能够显著降低喷射混凝土的回弹量,同时还能一定程度缩短初凝和终凝时间,提升喷射混凝土的早期、后期强度和抗裂性,具体通过以下技术实现。
一种喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,其原料包括活性组分10-15wt%、调凝组分50-55wt%、增强组分25-30wt%、助磨组分1-2wt%和增粘组分5-10wt%;
所述活性组分的制备方法为:
S1、称取55-65wt%氢氧化铝、18-26wt%改性剂、9-18wt%抗裂剂、8-15wt%纯碱,所述改性剂为磷酸二氢铵、磷酸钙、磷酸二氢钙中至少一种;
S2、将氢氧化铝、改性剂、纯碱搅拌均匀,在650-850℃条件下保温0.8-1.5h,得到混合料;
S3、将抗裂剂加至步骤S2的混合料中混匀即得活性组分;
所述调凝组分为粉体硫酸铝、硫酸亚铁、白糖、硫铝酸钙、铝酸钙、葡萄糖酸钠中至少一种;所述增强组分为矿粉、硅灰、甲酸钙、草酸中至少一种;所述助磨组分为超细二氧化硅、超细二氧化锆中至少一种;所述增粘组分为纤维素醚、钠基膨润土、淀粉中至少一种。
上述无碱粉状速凝剂无氯、无碱,产品性能好。采用活性组分,通过预先将氢氧化铝与改性剂、纯碱在特定温度下反应,由于氢氧化铝分解主要产物γ-Al2O3烧结活化能低于相变活化能,因此在高温煅烧条件下先发生烧结现象,磷的掺入能够抑制γ-Al2O3的烧结现象,显著改善了氢氧化铝晶型结构,改善了氢氧化铝活性、热稳定性。因此氢氧化铝反应所需温度更低,带来的性能提升表现在凝结时间的缩短上,相较于传统在1300℃下煅烧所得到的粉状速凝剂有明显优势。同时与调凝组分、增强组分发挥协同作用,一定程度缩短了喷射混凝土的初凝和终凝时间,喷射混凝土的早期、后期强度和抗裂性也有明显提升。本发明的活性组分的制备方法与传统的烧结方法相比,烧结温度更低、烧结时间更短,仅需在700-800℃条件下烧制1-1.2h即可制得。
优选地,其原料包括活性组分13wt%、调凝组分52wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%。
优选地,所述活性组分的制备方法中,步骤S1为称取59wt%氢氧化铝、20wt%改性剂、11wt%抗裂剂、10wt%纯碱。
优选地,所述活性组分的制备方法中,步骤S2的反应温度为750℃,保温时间为1.2h。
本发明还提供了上述喷射混凝土用无碱粉状速凝剂的制备方法,先按比例称取所述活性组分、调凝组分、增强组分、增粘组分,混合搅拌8-12min,再加入助磨组分后研磨16-24min,出料即得无碱粉状速凝剂。
优选地,上述制备方法中,混合搅拌的时间为10min,研磨时间为20min。
本发明提供的上述无碱粉状速凝剂的使用掺量为胶凝材料质量的4-6%。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:
1、烧结温度更低、烧结时间更短,仅需在700-800℃条件下烧制1-1.2h。所制得的成品粉状速凝剂无氯、无碱,保障产品性能;前置产品活性更高,提升了混凝土抗裂性能,增强组分的加入补足了混凝土早期抗压强度及后期抗压强度保留率。
2、活性组分中的氢氧化铝通过采用特殊方法和原料进行改性,改善了氢氧化铝的晶型结构,提高了氢氧化铝活性、热稳定性,相较于传统在1300℃下煅烧所得到的粉状速凝剂有明显优势。
3、活性组分与调凝组分、增强组分发挥协同作用,一定程度缩短了喷射混凝土的初凝和终凝时间,喷射混凝土的早期、后期强度和抗裂性也有明显提升。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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条件下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,在不做特殊说明的前提下,都采用以下制备方法制备而成:
先按比例称取所述活性组分、调凝组分、增强组分、增粘组分,混合搅拌约10min,再加入超细二氧化硅(助磨组分,市售,或者还可选用超细二氧化锆,5000目,纯度高≥99%)后研磨20min,出料即得无碱粉状速凝剂。
实施例1
本实施例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,其原料包括活性组分13wt%、调凝组分52wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%。调凝组分为硫酸铝粉末、白糖、硫酸亚铁,增强组分为矿粉,增粘组分为钠基膨润土,助磨组分为超细二氧化硅。
活性组分的制备方法为:
S1、称取59wt%氢氧化铝、20wt%磷酸钙(改性剂)、11wt%水化热抑制剂(抗裂剂,武汉三源特种建材有限责任公司生产)、10wt%纯碱;
S2、将氢氧化铝、磷酸钙、纯碱搅拌均匀,在750℃条件下保温1.2h,得到混合料;
S3、将水化热抑制剂加至步骤S2的混合料中混匀即得活性组分。
实施例2
本实施例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1的不同之处在于:其原料包括活性组分15wt%、调凝组分50wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%。助磨组分为超细二氧化锆。
实施例3
本实施例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1的不同之处在于:其原料包括活性组分10wt%、调凝组分55wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%。
实施例4
本实施例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,活性组分的制备方法中,步骤S1具体为:称取65wt%氢氧化铝、18wt%磷酸氢钙(改性剂)、9wt%水化热抑制剂(抗裂剂,江苏福嘉利建材科技有限公司生产)、8wt%纯碱。
实施例5
本实施例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,活性组分的制备方法中,步骤S1具体为:称取55wt%氢氧化铝、26wt%磷酸二氢铵(改性剂)、9wt%水化热抑制剂(抗裂剂,江苏苏博特新材料股份有限公司生产)、10wt%纯碱。
对比例1
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,其原料包括活性组分18wt%、调凝组分47wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%。
对比例2
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,其原料包括活性组分5wt%、调凝组分60wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%。
对比例3
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,活性组分的制备方法中,步骤S1具体为:S1、称取70wt%氢氧化铝、10wt%磷酸钙(改性剂)、5wt%水化热抑制剂(抗裂剂,武汉三源特种建材有限责任公司生产)、15wt%纯碱。
对比例4
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,活性组分的制备方法中,步骤S1具体为:S1、称取50wt%氢氧化铝、30wt%磷酸钙(改性剂)、15wt%水化热抑制剂(抗裂剂,武汉三源特种建材有限责任公司生产)、5wt%纯碱。
对比例5
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,其原料包括石粉13wt%、调凝组分52wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%, 不含活性组分。石粉不发挥与活性组分类似的功能。
对比例6
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,其原料包括活性组分13wt%、石粉52wt%、石粉28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%,即不含 调凝组分。石粉不发挥调凝功能。
对比例7
本对比例提供的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,与实施例1不同之处在于,其原料包括活性组分13wt%、调凝组分52wt%、石粉28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%, 不含增强组分。石粉不发挥增强组分的功能。
实验例:实施例1-5和对比例1-7制备的无碱粉状速凝剂得性能测试
按照GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》标准要求测试无碱粉状速凝剂工作性能。将上述实施例和对比例制备的无碱粉状速凝剂,按照占胶凝材料质量4%的掺量加至水泥净浆、砂浆及混凝土中,检测其(水泥净浆)凝结时间、(水泥砂浆)抗压强度及(混凝土)回弹量,结果如下表2所示:
表2不同实施案例检测结果
Figure BDA0002990830000000051
Figure BDA0002990830000000061
由此可见,采用本发明的配方和方法制备的无碱粉状速凝剂,尤其是加入了改性组分后,研磨生产的效率更高,产品质量更好。当无碱粉状速凝剂掺入混凝土后,混凝土的初凝和终凝的时间均有明显缩短,早期和后期抗压强度也有一定程度提升,劈裂抗拉强度和喷射混凝土回弹量也明显降低。这也说明采用本发明的配方和方法制备的无碱粉状速凝剂品质高,生产效率明显提升,对喷射混凝土的凝结时间、早期强度、后期强度和回弹性都有明显的改善。

Claims (5)

1.一种喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,其特征在于,其原料包括活性组分13wt%、调凝组分52wt%、增强组分28wt%、助磨组分1wt%和增粘组分6wt%;
所述活性组分的制备方法为:
S1、称取55-65wt%氢氧化铝、18-26wt%改性剂、9-18wt%抗裂剂、8-15wt%纯碱,所述改性剂为磷酸二氢铵、磷酸钙、磷酸二氢钙中至少一种;
S2、将氢氧化铝、改性剂、纯碱搅拌均匀,在650-850℃条件下保温0.8-1.5h,得到混合料;
S3、将抗裂剂加至步骤S2的混合料中混匀即得活性组分;
所述调凝组分为粉体硫酸铝、硫酸亚铁、白糖、硫铝酸钙、铝酸钙、葡萄糖酸钠中至少一种;所述增强组分为矿粉、硅灰、甲酸钙、草酸中至少一种;所述助磨组分为超细二氧化硅、超细二氧化锆中至少一种;所述增粘组分为纤维素醚、钠基膨润土、淀粉中至少一种。
2.根据权利要求1所述的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,其特征在于,所述活性组分的制备方法中,步骤S1为称取59wt%氢氧化铝、20wt%改性剂、11wt%抗裂剂、10wt%纯碱。
3.根据权利要求1所述的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂,其特征在于,所述活性组分的制备方法中,步骤S2的反应温度为750℃,保温时间为1.2h。
4.一种权利要求1所述的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂的制备方法,其特征在于,先按比例称取所述活性组分、调凝组分、增强组分、增粘组分,混合搅拌8-12min,再加入助磨组分后研磨16-24min,出料即得无碱粉状速凝剂。
5.根据权利要求4所述的喷射混凝土用无碱粉状速凝剂的制备方法,其特征在于,混合搅拌的时间为10min,研磨时间为20min。
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