CN115784664B - 抗渗型速凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗渗型速凝剂及其制备方法，抗渗型速凝剂的制备原料包括按重量百分比计的以下组分：60%‑70%促凝剂，6%‑10%增溶剂，2%‑3%早强剂，2%‑3%回弹抑制剂，1%‑2%降粘剂，1%‑1.5%萘系减水剂，0.5%‑1%悬浮剂，0.01%‑0.02%消泡剂，其余为水；回弹抑制剂包括丁苯胶乳和疏水化合孔栓物中的至少一种。该抗渗型速凝剂加入的上述原料，协同作用，可以提高喷射混凝土的抗渗性能。

Description

抗渗型速凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土建筑材料领域，特别涉及一种抗渗型速凝剂，同时本发明还涉及一种上述抗渗型速凝剂的制备方法。

背景技术

速凝剂作为喷射混凝土必不可少的一种外加剂，可促进水泥混凝土快速凝结硬化，被广泛应用于铁路和公路等工程项目的隧道建设。用于隧道湿喷施工的液体速凝剂分为有碱速凝剂和无碱速凝剂两大类。有碱（低碱）液体速凝剂，其碱含量一般大于1%，这类液体速凝剂或多或少会对混凝土的力学性能和耐久性产生不良影响。液体无碱速凝剂，由于碱含量低，腐蚀性小，不影响混凝土的混凝土后期强度和耐久性能，近几年得到了广泛应用。但市面上的液体无碱速凝剂，目前普遍存在掺量较高，稳定性差，早期强度低，与水泥适应性差，回弹率较高等缺点。

地质环境的限制增加了隧道建设难度和受灾风险，尤其是受地下水影响。喷射混凝土易受到地下水的影响，即使水量很小，也比较容易出现渗漏水现象，严重影响了初期支护喷射混凝土的使用功能。为了提高喷射混凝土的抗渗性能，常用的措施是在喷射混凝土中掺入硅粉、粉煤灰等掺合料来改善其抗渗性能，其虽可以提高喷射混凝土的抗渗性，但作用非常有限。同时，在隧道围岩作业面存在渗水、超挖等复杂情况下，液体无碱速凝剂应用效果往往不理想，喷射混凝土回弹率高达20%以上，且喷射混凝土抗渗性较差，抗渗等级不高，隧道初期支护喷射混凝土渗漏水病害时有发生。

液体无碱速凝剂在隧道喷射混凝土中的应用，受到渗水超挖、软弱围岩需要超快支护的施工环境的巨大考验，特别是隧道作业面大量渗水的施工条件下，对液体无碱速凝剂提出了更高要求。因此，有必要开发一种喷射混凝土用抗渗型无碱液体速凝剂，其在施工作业面渗水、超挖等复杂条件下，亦可大大降低喷射混凝土回弹率，同时提高喷射混凝土的力学性能和抗渗性等耐久性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种抗渗型速凝剂，以提高喷射混凝土的抗渗性能。

为达上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种抗渗型速凝剂，所述抗渗型速凝剂的制备原料包括按重量百分比计的以下组分：60%-70%促凝剂，6%-10%增溶剂，2%-3%早强剂，2%-3%回弹抑制剂，1%-2%降粘剂，1%-1.5%萘系减水剂，0.5%-1%悬浮剂，0.01%-0.02%消泡剂，其余为水；所述回弹抑制剂包括丁苯胶乳和疏水化合孔栓物中的至少一种。

进一步的，所述促凝剂包括以质量比(8.5-9):(1-1.5)的A、B组分，A组分包括工业级十八水硫酸铝和聚合硫酸铝中的至少一种, B组分包括碱式碳酸铝，三甲酸铝，磷酸二氢铝和无定形氢氧化铝中的至少一种。

进一步的，所述增溶剂包括以质量比（4-5）：1的甲基二乙醇胺和甘油。

进一步的，所述早强剂包括纳米水化硅酸钙、氧化镁和氢氧化锂中的至少一种。

进一步的，所述降粘剂包括甲酸、磷酸、草酸和乙二胺四乙酸中的至少一种。

进一步的，所述悬浮剂包括硅酸镁锂、凹凸棒土和超细海泡石中的至少一种。

进一步的，所述悬浮剂采用硅烷偶联剂进行改性制备。

进一步的，所述萘系减水剂包括萘系磺酸盐缩合物。

本发明的抗渗型速凝剂，铝含量高，具有较低的粘度和较高的稳定性，稳定期大于6个月，拌入混凝土的掺量低，可以提高混凝土的早期强度高，特别是超早龄期6h抗压强度和1d抗压强度，后期强度不损失，90d抗压强度保留率高。掺入本发明的抗渗型速凝剂的喷射混凝土，在渗水环境下施工回弹率低，抗渗性好，特别适用于岩层存在渗水等情况的隧道施工项目。

本发明还提出了一种抗渗型速凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

在反应容器中加入水和悬浮剂，在转速2000-3000rpm下搅拌剪切分散，得到预分散的悬浮剂浆料；将所述预分散的悬浮剂浆料和水混合，开启搅拌和加热，加入促凝剂和增溶剂，升温至60-70℃，保温搅拌1-2h，得到浑浊状液体；将所述浑浊状液体与早强剂混合，搅拌均匀，然后加入降粘剂、消泡剂、萘系减水剂、回弹抑制剂，搅拌均匀，得到所述抗渗型速凝剂。

进一步的，在搅拌剪切分散得到预分散的悬浮剂浆料前，反应容器中还加入硅烷偶联剂。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。

一种抗渗型速凝剂，抗渗型速凝剂的制备原料按重量百分比计包括以下组分：60%-70%促凝剂，6%-10%增溶剂，2%-3%早强剂，2%-3%回弹抑制剂，1%-2%降粘剂，1%-1.5%萘系减水剂，0.5%-1%悬浮剂，0.01%-0.02%消泡剂，其余为水；所述回弹抑制剂包括丁苯胶乳和疏水化合孔栓物中的至少一种。

促凝剂通常含有一定量的硫酸铝，硫酸铝在水中解离，其水解产生的硫酸根离子与水泥水化产生的钙离子反应生成细小的次生石膏，比水泥中原有石膏活性大，加速了与水泥中铝酸三钙的反应进程，更易生成针状的钙矾石晶体，并且硫酸铝与液相中的氢氧化钙可以直接迅速反应生成钙矾石，钙矾石体积膨胀，相互交错形成致密的网状结构，填充孔缝，使浆体致密，有利于强度发展，使水泥混凝土快速凝结；另一方面，由于液相中钙离子的浓度降低，促进了铝酸三钙的溶解；铝离子还能够加快C-S-H凝胶体的生成，使硅酸三钙诱导期变短，从而加速硅酸三钙的进一步水化，从而使水泥迅速凝结。

本发明的促凝剂优选采用包括以质量比(8.5-9):(1-1.5)的A、B组分，A组分包括工业级十八水硫酸铝和聚合硫酸铝中的至少一种，B组分包括碱式碳酸铝，三甲酸铝，磷酸二氢铝和无定形氢氧化铝中的至少一种。双组分的促凝剂相比传统单一硫酸铝组分（铝与硫酸根的摩尔比为0.66），提高了铝含量，降低了硫酸根含量，促凝剂中铝与硫酸根的摩尔比提高到0.9~1.2，克服了单一硫酸铝组分促凝效果有限、硫酸根过高容易降低混凝土耐久性的缺点。

增溶剂组分可有效提高对铝离子的络合能力，极大促进液相中铝离子充分溶解，使得本发明所述的具有更高铝含量的抗渗型速凝剂在较低掺量5%~6%下即可达到速凝要求。增溶剂可以优选为有机醇和醇胺类物质，比如包括以质量比（4-5）：1的甲基二乙醇胺和甘油。甘油不仅能够作为硫酸铝的共溶剂，还能增强硫酸铝的硬化特性，从而提高混凝土的早强强度和后砌墙强度，降低混凝土的强度损失

早强剂可降低水泥水化的成核势垒，提供水泥水化产物的成核生长点，加快水泥水化进程，有效提高掺有抗渗型速凝剂的砂浆和混凝土的超早期6h~24h抗压强度，同时后期强度保证率高。早强剂优选采用包括纳米水化硅酸钙、氧化镁和氢氧化锂中的至少一种。其中的纳米水化硅酸钙可以采用石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-3Z纳米微晶材料，C-S-H水化硅酸钙悬浮液，其纳米水化硅酸钙的粒径为20~50nm，对早期强度的提升作用好。

降粘剂可以抑制抗渗型速凝剂中铝离子的水解沉淀，同时降低了液体抗渗型速凝剂的粘度，避免较长存储时间后或者低温环境下粘度过大，喷射设备不易抽取的问题。本发明的降粘剂优选包括甲酸、磷酸、草酸和乙二胺四乙酸中的至少一种。

悬浮剂通常是含硅酸盐矿物，吸水后呈现三维网状结构，因此能吸附悬浮状态的铝，避免部分悬浮状态的铝相物质在常温存储一段时间或者低温下析晶，提高抗渗型速凝剂的稳定性。悬浮剂优选包括硅酸镁锂、凹凸棒土和超细海泡石中的至少一种。本发明加入的悬浮剂可以采用高速剪切搅拌进行预分散处理，使悬浮剂颗粒分散均匀，吸附能力提高，相比直接添加未经预分散改性的悬浮剂，能使本发明的抗渗型速凝剂中过饱和铝相物质的悬浮效率大大提高，并在上述的降粘剂的协同作用下，避免部分悬浮状态的铝相物质常温或者低温下出现析晶现象，稳定性大大提高。

悬浮剂更优选的还可以采用硅烷偶联剂进行改性制备，使悬浮剂表面接枝硅烷氧基，改性后的悬浮剂颗粒间可以产生空间位阻和静电斥力，使悬浮剂分散更均匀，三维网状结构更舒展，络合铝离子的效果更好。

喷射混凝土通常在制备过程加入聚羧酸减水剂，以提高混凝土的工作性能和流动性，但是喷射至作业面以后则容易回弹，因此本发明还加入萘系减水剂，萘系减水剂可与喷射混凝土拌合物中本身含有的聚羧酸减水剂梳型结构分子间缠绕，破坏聚羧酸减水剂的减水效果，使得含有聚羧酸减水剂的喷射混凝土拌合物，在喷射过程中，流动性损失加快，粘聚性大大提高，进而降低喷射混凝土的回弹率。萘系减水剂优选采用包括萘系磺酸盐缩合物，如石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-3A。

喷射混凝土喷射过程中通常会带入一定的气泡，使混凝土强度降低。本发明的抗渗型速凝剂因此加入了消泡剂，消泡剂可以选取常规的日本东邦化学910Z型消泡剂和赢创surfynol DF-110型消泡剂中的至少一种。

回弹抑制剂采用丁苯胶乳和疏水化合孔栓物中的至少一种，回弹抑制剂可以提高喷射混凝土与施工作业面的粘结强度，在存在渗水情况的施工条件下，快速固化，降低喷射混凝土的回弹率，其与消泡剂组分协同作用，共同降低喷射混凝土的孔隙率，大大提高喷射混凝土的抗渗性能。疏水化合孔栓物可以采用石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-KSW孔栓物，其与混凝土的钙和镁元素可以生产硬脂酸盐，硬脂酸盐可以填充混凝土的空隙，堵塞毛细孔，而且疏水化合孔栓物疏水性好，降低混凝土的吸水率，防止水分进入混凝土。丁苯胶乳可以选用106型、SD623型中的至少一种。

本发明的抗渗型速凝剂，铝含量高，具有较低的粘度和稳定性，稳定期大于6个月，拌入混凝土的掺量低，可以提高混凝土的早期强度高，特别是超早龄期6h抗压强度和1d抗压强度，后期强度不损失，90d抗压强度保留率高。掺入本发明的抗渗型速凝剂的喷射混凝土，在渗水环境下施工回弹率低，抗渗性好，特别适用于岩层存在渗水等情况的隧道施工项目。

本发明还提出了一种抗渗型速凝剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

按上述原料配比称量，在反应容器中加入1/2总水量的水和悬浮剂，通过高速剪切分散机，在转速2000-3000rpm下，高速搅拌30-60min，即得到预分散的粘稠状悬浮剂浆料。在上述步骤制得的悬浮剂浆料中，加入剩余1/2的水，开启搅拌和加热开关，在搅拌状态下，先加入促凝剂B组分，搅拌10~20min；加入增溶剂，搅拌10~20min；然后加入促凝剂A组分，升温60~70℃下，保温搅拌1~2h，关闭加热开关，得到均匀浑浊状液体。然后加入早强剂，搅拌10~20min；加入降粘剂、消泡剂，搅拌20~30min；加入减水剂、回弹抑制剂，搅拌30~60min，得到所述抗渗型速凝剂。

为了使悬浮剂的吸附效果更好，本发明的制备方法在制备预分散的粘稠状悬浮剂浆料时，还能采用以下方式：在反应容器中加入1/2总水量的水和悬浮剂，以及悬浮剂的质量5%～10%的硅烷偶联剂，然后通过高速剪切分散机，在转速2000-3000rpm下，高速搅拌30-60min，即得到预分散的粘稠状悬浮剂浆料。

下面对本发明的具体实现方案做详细的描述。

实施例1

本实施例抗渗型速凝剂包括以下重量份原料：60%促凝剂，6%增溶剂，2%早强剂，3%回弹抑制剂，1%降粘剂，1%减水剂，0.5%悬浮剂，0.01%消泡剂，其余为水。

上述的促凝剂由A、B组分以8.5: 1.5的质量比组成，A组分为工业级十八水硫酸铝, B组分为碱式碳酸铝，促凝剂中铝与硫酸根的摩尔比为0.9~1.2；增溶剂为甲基二乙醇胺和甘油以4：1质量比组成；早强剂为GK-3Z纳米微晶材料（粒径为20~50nm的纳米C-S-H水化硅酸钙悬浮液，石家庄市长安育才建材有限公司生产）；上述的降粘剂为甲酸；悬浮剂为硅酸镁锂；回弹抑制剂为106型丁苯胶乳。减水剂为萘系磺酸盐缩合物，石家庄市长安育才建材有限公司生产GK-3A。消泡剂为日本东邦化学910Z型消泡剂。

该抗渗型速凝剂的制备方法如下：

制备改性悬浮剂浆料：按原料配比称量，在反应容器中依次加入1/2水，悬浮剂，通过高速剪切分散机，在转速2000rpm下，高速搅拌30min即得到预分散的粘稠状悬浮剂浆料。

在制得的悬浮剂浆料中，加入剩余1/2水，开启搅拌和加热开关，在搅拌状态下，先加入促凝剂B组分，搅拌10min；加入增溶剂，搅拌10min；然后加入促凝剂A组分，60℃下，保温搅拌1h，关闭加热开关，得到无固体颗粒物的均匀浑浊状液体。

加入早强剂，搅拌10min；依次加入降粘剂、消泡剂，搅拌20min；依次加入减水剂、回弹抑制剂，搅拌30min，即得到抗渗型速凝剂。

实施例2：

本实施例抗渗型速凝剂包括以下重量份原料：63%促凝剂，7.5%增溶剂，2.5%早强剂，2.5%回弹抑制剂，1.5%降粘剂，1 %减水剂，0.6%悬浮剂，0.01%消泡剂，其余为水。

上述的促凝剂由A、B组分以8.5:1.5的质量比组成，A组分为工业级聚合硫酸铝, B组分为三甲酸铝，促凝剂中铝与硫酸根的摩尔比为0.9~1.2；增溶剂为甲基二乙醇胺和甘油以4.5：1质量比组成；早强剂为氢氧化锂；上述的降粘剂为乙二胺四乙酸；悬浮剂为凹凸棒土；回弹抑制剂为SD623型丁苯胶乳。减水剂为萘系磺酸盐缩合物，石家庄市长安育才建材有限公司生产GK-3A。消泡剂为赢创surfynol DF-110型消泡剂。

该抗渗型速凝剂的制备方法如下：

按原料配比称量，在反应容器中依次加入1/2水、悬浮剂、硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的用量是悬浮剂质量的10%，然后通过高速剪切分散机，在转速2500rpm下，高速搅拌45min即得到预分散的粘稠状悬浮剂浆料。

在制得的悬浮剂浆料中，加入剩余1/2水，开启搅拌和加热开关，在搅拌状态下，先加入促凝剂B组分，搅拌10min；加入增溶剂，搅拌10min；然后加入促凝剂A组分，65℃下，保温搅拌1h，关闭加热开关，得到无固体颗粒物的均匀浑浊状液体。

加入早强剂，搅拌10min；依次加入降粘剂、消泡剂，搅拌20min；依次加入减水剂、回弹抑制剂，搅拌45min，即得到抗渗型速凝剂。

实施例3：

本实施例抗渗型速凝剂包括以下重量份原料：67%促凝剂，8.5%增溶剂，3%早强剂，2.5%回弹抑制剂，1.5%降粘剂，1.5 %减水剂，0.8%悬浮剂，0.02%消泡剂，其余为水。

上述的促凝剂由A、B组分以9:1的质量比组成，A组分为工业级聚合硫酸铝, B组分为磷酸二氢铝，促凝剂中铝与硫酸根的摩尔比为0.9~1.2；增溶剂为甲基二乙醇胺和甘油以4.5：1质量比组成；早强剂为氢氧化锂与GK-3Z按1：1质量比组成；上述的降粘剂为磷酸；悬浮剂为超细海泡石；回弹抑制剂为石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-KSW孔栓物。减水剂为萘系磺酸盐缩合物，石家庄市长安育才建材有限公司生产GK-3A。消泡剂为赢创surfynol DF-110型消泡剂。

该抗渗型速凝剂的制备方法如下：

按原料配比称量，在反应容器中依次加入1/2水、悬浮剂、硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的用量是悬浮剂质量的5%，然后通过高速剪切分散机，在转速3000rpm下，高速搅拌45min即得到预分散的粘稠状悬浮剂浆料。

在制得的悬浮剂浆料中，加入剩余1/2水，开启搅拌和加热开关，在搅拌状态下，先加入促凝剂B组分，搅拌15min；加入增溶剂，搅拌15min；然后加入促凝剂A组分，65℃下，保温搅拌1.5h，关闭加热开关，得到无固体颗粒物的均匀浑浊状液体。

加入早强剂，搅拌15min；依次加入降粘剂、消泡剂，搅拌20min；依次加入减水剂、回弹抑制剂，搅拌60min，即得到抗渗型速凝剂。

实施例4：

本实施例抗渗型速凝剂包括以下重量份原料：70%促凝剂，9.5%增溶剂，2.5%早强剂，3%回弹抑制剂，2%降粘剂，1.5 %减水剂，1%悬浮剂，0.02%消泡剂，其余为水。

上述的促凝剂由A、B组分以9:1的质量比组成，A组分为工业级十八水硫酸铝, B组分为无定形氢氧化铝，促凝剂中铝与硫酸根的摩尔比为0.9~1.2；增溶剂为甲基二乙醇胺和甘油以5：1质量比组成；早强剂为氢氧化锂；上述的降粘剂为草酸；悬浮剂为凹凸棒土；回弹抑制剂为石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-KSW孔栓物。减水剂为萘系磺酸盐缩合物，石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-3A。消泡剂为赢创surfynol DF-110型消泡剂。

本实施例抗渗型速凝剂的制备方法如下：

按原料配比称量，在反应容器中依次加入1/2水，悬浮剂，通过高速剪切分散机，在转速2500rpm下，高速搅拌60min即得到预分散的粘稠状改性悬浮剂浆料。

在制得的改性悬浮剂浆料中，加入剩余1/2水，开启搅拌和加热开关，在搅拌状态下，先加入促凝剂B组分，搅拌20min；加入增溶剂，搅拌20min；然后加入促凝剂A组分，70℃下，保温搅拌2h，关闭加热开关，得到无固体颗粒物的均匀浑浊状液体。

加入早强剂，搅拌20min；依次加入降粘剂、消泡剂，搅拌30min；依次加入减水剂、回弹抑制剂，搅拌60min，即得到抗渗型速凝剂。

以下为本发明的试验部分（测试组）：

本发明所述的抗渗型速凝剂，在喷射混凝土中的推荐掺量为胶凝材料总量的4%~7%。Q/CR 807-2020对无碱速凝剂的通用要求为：碱含量≤1.0%，氯离子含量≤0.05%，氟离子含量≤0.05%；经测试，实施例1~实施例4制备的抗渗型速凝剂，其碱含量、氯离子和氟离子含量均满足上述要求。对掺有液体无碱速凝剂（掺量要求6%~8%）的净浆和砂浆性能要求如表1所示。因GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的性能指标要求低于Q/CR 807-2020标准，若满足Q/CR 807-2020标准要求，则肯定满足GB/T 35159-2017标准要求。

表1 掺有液体无碱速凝剂净浆和砂浆性能要求（标准Q/CR807-2020）

测试组1

按照Q/CR 807-2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》规定的检测方法，将实施例1~实施例4制备的各抗渗型速凝剂进行凝结时间，抗压强度等指标检测。测试水泥为基准水泥P.I42.5。

以未加速凝剂的试验例作为空白组。

对比例1的速凝剂，与实施例1基本相同，不同的是对比例1不加入早强剂组分。

对比例2的速凝剂，与实施例1基本相同，不同的是对比例2不加入促凝剂B组分。

对比例3的速凝剂，与实施例1基本相同，不同的是对比例3的悬浮剂不经改性制成浆料，直接加入计量用水中普通搅拌。

对比例4的速凝剂，与实施例1基本相同，不同的是对比例4不加入回弹抑制剂组分。

对比例5的速凝剂，与实施例2基本相同，不同的是对比例5的悬浮剂在改性制成浆料过程中，未加入硅烷偶联剂。

对比例6的速凝剂，采用专利公开号CN 113603384 A实施例1的方法制备速凝剂。

测试结果如表2所示。

表2 各速凝剂性能对比（基准水泥）

从表2数据可以看出，本发明的抗渗型速凝剂，性能优异，掺量4%~6%，低于标准Q/CR 807-2020要求掺量（6%~8%）和GB/T 35159-2017要求掺量（6%~9%），更有利于节约项目成本。各实施例在4%~6%掺量下，采用基准水泥检测，各项性能指标均满足Q/CR 807-2020和GB/T 35159-2017两个标准要求。6小时抗压强度均大于3.5MPa，甚至高达4.8MPa，1天抗压强度大于18.0MPa，6%掺量甚至大于20MPa， 6小时~24小时超早龄期强度高，保证了施工安全和施工进度，特别适用于存在软弱围岩等复杂地质条件、需要快速支护的工程项目。后期强度不倒缩，甚至有所提高，28天抗压强度比大于100%，90天抗压强度保留率大于110%。

对比例1的速凝剂，相比实施例1未加早强剂，则6h抗压强度低于2MPa，1d强度低于15MPa，28d抗压强度比小于100%，90d抗压强度比小于105%，90d抗压强度比指标不满足Q/CR807-2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》标准要求；对比例2的速凝剂，相比实施例1未加促凝剂B组分，导致5%掺量下，凝结时间明显变慢，终凝大于12min，凝结时间不满足Q/CR 807-2020的要求；对比例3（相比实施例1悬浮剂未改性）、对比例4（相比实施例1未加回弹抑制剂）和对比例5（相比实施例2悬浮剂改性时未加入硅烷偶联剂）的速凝剂，相比本发明所述的抗渗型速凝剂，凝结时间和强度等指标性能差别不大，进一步进行回弹率和稳定性试验对比，见测试组2和测试组3。对比例6的速凝剂，同掺量下，凝结时间均比本发明各实施例慢，特别是5%掺量时，初凝时间大于5min，终凝时间大于12min，凝结时间不合格。

测试组2

根据Q/CR 807-2020标准中速凝剂稳定性的测试方法，将各实施例的抗渗型速凝剂置于不同温度下，储存一定时间，若100ml液体速凝剂中上清液（或底部沉淀物）体积≤5mL，则认为在该储存期稳定性合格，反之则稳定性不合格。同时存储至3个月时，测试速凝剂的粘度，测试结果如表3所示。对比例3和对比例5的速凝剂与测试组1的对比例3和对比例5相同。

表3 速凝剂稳定性及粘度（“√”:稳定性合格，“×”:稳定性不合格）

从表3可以看出，本发明的抗渗型速凝剂稳定性和抗冻性良好，常温20℃保质期（储存期）可达9个月以上，负温-18℃储存期可达6个月以上（甚至9个月），本发明的抗渗型速凝剂存储至3个月，负温18℃液体粘度仍然较低（小于700mPa.s），保质期时间长，适用于各类复杂施工环境的工程项目。对比例3的速凝剂（所含悬浮剂未经改性），稳定性较差，常温保质期小于3个月，负温保质期小于1个月，且负温存储3个月的粘度明显增大，超过1500mPa.S，施工设备软管堵塞风险巨大，工程上难以应用。对比例5的速凝剂相比于实施例2来说，所含悬浮剂改性时未加入硅烷偶联剂，对比例5的速凝剂9个月的负温稳定性不合格，较实施例2差。

测试组3

根据JGJ/T372-2016《喷射混凝土应用技术规程》中附录G提及的方法，在围岩存在渗水情况的施工环境中，测试掺有本发明的抗渗型速凝剂的喷射混凝土回弹率；根据JGJ/T372-2016《喷射混凝土应用技术规程》和GB/T 50082-2019《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，测试掺有本发明的抗渗型速凝剂的喷射混凝土抗渗性能（抗渗等级），测试结果如表4所示。测试所用水泥为峨胜P.O42.5水泥，减水剂为石家庄市长安育才建材有限公司生产的GK-3000聚羧酸高性能减水剂。对比例4和对比例6的速凝剂与测试组1的对比例4和对比例6相同。

表4 掺有速凝剂的喷射混凝土回弹率

从表4可以看出，在相同喷射混凝土配合比下，采用本发明的抗渗型速凝剂，在掺量5%~6%下，喷射混凝土的回弹率均较低（<5%），应用效果良好。同时，掺有本发明所述的抗渗型速凝剂的喷射混凝土，抗渗性能优异，抗渗等级均达到了P10以上。对比例4的液体无碱速凝剂，相比实施例1，由于不含回弹抑制剂组分，导致即使掺量比实施例1高，喷射混凝土回弹率仍然远高于实施例1，回弹率超过了15%，而且掺有对比例4速凝剂的喷射混凝土抗渗等级较低，仅为P6，不满足JGJ/T372-2016《喷射混凝土应用技术规程》中规定的含水岩层中的喷射混凝土抗渗等级不应低于P8的要求。对比例6的液体速凝剂，相比本发明所述的抗渗型速凝剂，回弹率较高，回弹率大于5%，抗渗性能较差，抗渗等级低于P10，仅达到P8。

综上所述，本发明的抗渗型速凝剂，综合性能良好，低掺量4%~6%下，即可满足标准Q/CR 807-2020《隧道喷射混凝土用液体无碱速凝剂》和GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的性能指标要求，砂浆6h抗压强度≥3.5MPa，1d抗压强度>18MPa，90d抗压强度保留率>110%，具有超早龄期6h~24h砂浆抗压强度高，后期强度保留率高，稳定性和抗冻性好的特点。同时，使用本发明所述抗渗型速凝剂，喷射混凝土回弹率低和抗渗性能优异。本发明的抗渗型速凝剂，制备工艺简单，无氟无碱无氯，绿色环保，非常适合推广应用，特别适用于渗水、严寒、软弱围岩等复杂施工环境、需要快速支护的工程项目。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (5)

1.一种抗渗型速凝剂，其特征在于：所述抗渗型速凝剂的制备原料包括按重量百分比计的以下组分：60%-70%促凝剂，6%-10%增溶剂，2%-3%早强剂，2%-3%回弹抑制剂，1%-2%降粘剂，1%-1.5%萘系减水剂，0.5%-1%悬浮剂，0.01%-0.02%消泡剂，其余为水；所述回弹抑制剂包括丁苯胶乳和疏水化合孔栓物中的至少一种；悬浮剂包括硅酸镁锂、凹凸棒土和超细海泡石中的至少一种；悬浮剂采用硅烷偶联剂进行改性制备；所述增溶剂包括甲基二乙醇胺和甘油，甲基二乙醇胺和甘油的质量比为（4-5）：1；所述降粘剂包括甲酸、磷酸、草酸和乙二胺四乙酸中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的抗渗型速凝剂，其特征在于：所述促凝剂包括以质量比(8.5-9):(1-1.5)的A、B组分，A组分包括工业级十八水硫酸铝和聚合硫酸铝中的至少一种, B组分包括碱式碳酸铝，三甲酸铝，磷酸二氢铝和无定形氢氧化铝中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的抗渗型速凝剂，其特征在于：所述早强剂包括纳米水化硅酸钙、氧化镁和氢氧化锂中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的抗渗型速凝剂，其特征在于：所述萘系减水剂包括萘系磺酸盐缩合物。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的抗渗型速凝剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在反应容器中加入水和悬浮剂，在转速2000-3000rpm下搅拌剪切分散，得到预分散的悬浮剂浆料；

将所述预分散的悬浮剂浆料和水混合，加入硅烷偶联剂，开启搅拌和加热，加入促凝剂和增溶剂，升温至60-70℃，保温搅拌1-2h，得到浑浊状液体；

将所述浑浊状液体与早强剂混合，搅拌均匀，然后加入降粘剂、消泡剂、萘系减水剂、回弹抑制剂，搅拌均匀，得到所述抗渗型速凝剂。