一种无碱无氟液体速凝剂及制备和应用
阅读说明：本技术 一种无碱无氟液体速凝剂及制备和应用 (Alkali-free fluorine-free liquid accelerator and preparation and application thereof ) 是由 王林 李超 舒春雪 贺鑫鑫 宋少民 魏子程 雍涵 于 2021-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种无碱无氟液体速凝剂的制备和使用方法。无碱无氟液体速凝剂由促凝组分、有机醇、醇胺、悬浮稳定剂、纳米材料、pH调节剂和水组成。本发明的有益效果是,本发明的无碱无氟液体速凝剂能有效提高喷射混凝土早期强度,缩短喷射混凝土凝结时间,减少喷射混凝土的回弹率,对环境友好,无腐蚀和污染。本发明适用于隧道、涵洞、边坡、基坑等工程的面层支护以及堵漏或抢修工程。(The invention belongs to the technical field of building materials, and particularly relates to a preparation and use method of an alkali-free fluorine-free liquid accelerator. The alkali-free and fluorine-free liquid accelerator consists of a coagulation accelerating component, organic alcohol, alcohol amine, a suspension stabilizer, a nano material, a pH regulator and water. The alkali-free fluorine-free liquid accelerator has the beneficial effects that the alkali-free fluorine-free liquid accelerator can effectively improve the early strength of sprayed concrete, shorten the setting time of the sprayed concrete, reduce the rebound rate of the sprayed concrete, and is environment-friendly and free from corrosion and pollution. The invention is suitable for surface layer support and plugging or rush-repair engineering of tunnels, culverts, side slopes, foundation pits and other engineering.)
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种应用于隧道、涵洞、边坡、基坑等工程的面层支护以及堵漏或抢修工程的无碱无氟液体速凝剂及其制备与应用。
背景技术
随着湿喷混凝土在隧道建设中所占比重越来越大，对优质液体速凝剂的需求量也会越来越大。现阶段我国无碱液体速凝剂产业处于快速发展阶段，技术尚未成熟，有许多问题亟待解决。就速凝剂而言，主要存在以下几个问题：
(1)稳定性较差，目前所研究的速凝剂普遍存在保存期限较短的问题，在短时间内出现分层现象，严重影响其使用。
(2)掺量高，为了保证混凝土凝结效果，往往会增加速凝剂掺量，这就必然导致生产成本的大幅提升，为企业生产效益带来不利影响。
(3)生产原料毒性较大，硫酸铝是目前最常用于制备速凝剂的原料，但其稳定性较低，通常生产企业会加入含氟物通过络合作用来提高其稳定性，但是往往会降低混凝土的早期强度。另外氟对人体是有害的，长期接触会导致严重疾病的产生，严重威胁施工人员的健康与安全。
(4)碱含量较高。碱含量高腐蚀性大，同时对喷射混凝土后期强度影响加大。
(5)喷射混凝土由于凝结时间长且早期强度不足，导致喷射
混凝土反弹率大，灰尘多。
因此在当前速凝剂需求量激增的背景下，研究出一种速凝效果好、早期强度高、掺量低、无碱、无氯、价格低廉、稳定性好、符合绿色发展要求的液体速凝剂是非常急迫的。
发明内容
本发明公开了一种无碱无氟液体速凝剂及制备和应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种无碱无氟液体速凝剂的配制，所述无碱无氟液体速凝剂的各个组分为：促凝组分、有机醇、醇胺、悬浮分散剂、纳米材料、pH调节剂、水。
进一步，所述无碱无氟液体速凝剂的各个组分的重量比为：促凝组分55-60％、有机醇1-3％、醇胺2-5％、悬浮分散剂1-4％、纳米材料1-5％、pH调节剂0.2-1％，剩余为水。
所述促凝组分为硫酸铝和硫酸镁，比例关系为28:1。所述悬浮分散剂由硅酸铝镁、黄原胶、聚羧酸盐复配而成。
进一步，所述有机醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种；所述醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种；所述纳米材料选自纳米二氧化硅、纳米氢氧化铝中的至少一种；所述pH调节剂选自浓硫酸。
本发明的另一目的是提供一种上述的无碱无氟液体速凝剂的制备工艺，所述工艺具体包括以下步骤：
S1)按照设计成分分别称取各个组分，备用；
S2)将S1)中醇胺、有机醇与水进行搅拌混合,得到混合溶液；
S3)将S2)中混合液加热至50-60℃，加入聚合硫酸铝与硫酸镁混合研磨所制得的混合材料并恒温搅拌至溶液透明；
S4)向S3)中所得溶液中加入其他组份，等待最后的组分充分溶解，停止搅拌静待配置的无碱无氟液体速凝剂溶液自然冷却，装瓶放置在干燥的环境下等待使用。最终得到所述无碱无氟液体速凝剂。
进一步，所述步骤S3)与S4)中搅拌转速为250-350r/min，优选275-295r/min(转速/分钟)；步骤S4)中,所述混合的时间为不小于50分钟,优选50分钟～120分钟。
进一步，所述无碱无氟液体速凝剂，其水泥净浆初凝时间不大于3min(分钟)，终凝时间不大于5min，所制得水泥胶砂6h强度不小于1.5Mpa，1d抗压强度不小于13Mpa，28d(天)抗压强度比大于110％。
本发明还提供一种上述的无碱无氟液体速凝剂在喷射混凝土中的应用，所述方法具体包括以下步骤：
所述无碱无氟液体速凝剂在混凝土中的掺量为5％～8％,更优选为5％-7％。
本发明中促凝组分的主要成分是硫酸铝，其加入会同时提高“水泥-速凝剂-水”系统中液相中的Al3+、SO4 2-和H+离子含量，由于水泥液相的高pH值，Al3+会转化成[Al(OH)4]-与Ca2+和SO4 2-反应快速生成棒状或针状钙矾石晶体，大量针棒状钙矾石相互拼接在一起形成空间紧密的网络结构，起到促凝和提高早期强度的作用。为改善传统液体无碱速凝剂稳定性差的问题，常常利用络合反应原理，添加醇胺与有机醇来改善液体速凝剂内部粒子的存在状态，提高稳定性。纳米材料作为一种兼具填充作用和反应活性的无机材料,在分散剂作用下均匀分散在溶液中，其在混凝土材料中的应用可以显著改善混凝土的早期强度。一方面是因为纳米材料能填充混凝土的孔隙，另一方面，某些纳米材料起到了晶核诱导的作用，加速了水泥单矿的水化。另外加入pH调节剂能提高速凝剂的稳定性，pH值越低，铝离子的水解越难发生，速凝剂的稳定性越好。在制备无碱液体速凝剂时，还需要通过加入稳定剂来进一步改善其稳定性，但稳定剂的掺量不宜过多。
本发明为乳白色液体，使用时，无碱无氟液体速凝剂在混凝土中的掺量为5％～8％,更优选为5％-7％。
使用本发明能有效避免喷射混凝土速凝剂因腐蚀性大、掺量高、稳定性差、反弹率高等缺陷导致的混凝土问题，可满足喷射混凝土对凝结时间及早期强度的要求，保证后期强度，符合绿色发展要求。
本发明对混凝土结构内部的钢筋无锈蚀作用，可广泛应用于隧道、涵洞、边坡、基坑等工程的面层支护以及堵漏或抢修工程。
附图说明
图1为本发明一种无碱无氟液体速凝剂的制备方法流程框图。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明一种无碱无氟液体速凝剂，所述无碱无氟液体速凝剂的各个组分为：促凝组分、有机醇、醇胺、悬浮分散剂、纳米材料、pH调节剂、水。
所述无碱无氟液体速凝剂的各个组分的重量比为：促凝组分55-60％、有机醇1-3％、醇胺5-8％、稳定剂1-4％、纳米材料1-5％、pH调节剂0.2-1％，剩余为水。
所述促凝组分为硫酸铝和硫酸镁按28:1比例混合所得。
所述悬浮分散剂由硅酸铝镁、黄原胶、聚羧酸盐复配而成。
所述有机醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种；所述醇胺选自二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种；所述纳米材料选自纳米二氧化硅、纳米氢氧化铝中的至少一种；所述pH调节剂选自浓硫酸。
如图1所示，本发明的另一目的是提供一种上述的无碱无氟液体速凝剂的制备工艺，所述工艺具体包括以下步骤：
S1)按照设计成分分别称取各个组分，备用；
S2)将S1)中醇胺、有机醇与水进行搅拌混合,得到混合溶液；
S3)将S2)中混合液加热至50-60℃，加入聚合硫酸铝与硫酸镁，并恒温搅拌至溶液透明；
S4)向S3)中所得溶液中加入其他组份，等待最后的组分充分溶解，通过硫酸来调整溶液的pH值，溶液的pH值控制在2-3，停止搅拌静待配置的无碱无氟液体速凝剂溶液自然冷却，装瓶放置在干燥的环境下等待使用。最终得到所述无碱无氟液体速凝剂。
所述步骤S3)与S4)中搅拌转速为250-350r/min，优选275-295r/min；步骤S4)中,所述混合的时间为不小于50分钟,优选50分钟～120分钟。
所述无碱无氟液体速凝剂，其水泥净浆初凝时间不大于3min，终凝时间不大于5min，所制得水泥胶砂6h强度不小于1.5Mpa，1d抗压强度不小于13Mpa，28d抗压强度比大于110％。
本发明还提供一种上述的无碱无氟液体速凝剂在喷射混凝土中的应用，所述方法具体包括以下步骤：
所述无碱无氟液体速凝剂在混凝土中的掺量为5％～8％,更优选为5％-7％。
实例一
无碱无氟液体速凝剂按聚合硫酸铝57％，硫酸镁2％，二乙醇胺3％，乙二醇2％，悬浮分散剂4％，纳米二氧化硅4％，浓硫酸1％，水27％配制而成。其水泥净浆初凝时间为2min15s，终凝时间为4min23s，所制得水泥胶砂6h强度为1.6Mpa，1d抗压强度为14.2Mpa，28d抗压强度比为125％，90d抗压强度保留率为122％。
实例二
无碱无氟液体速凝剂按聚合硫酸铝30％(重量百分比，同下)，硫酸铝25％，三乙醇胺6％，丙三醇2％，悬浮分散剂2％，纳米二氧化硅2％，浓硫酸1％，水32％配制而成。其水泥净浆初凝时间为2min34s，终凝时间为5min，所制得水泥胶砂6h强度为1.3Mpa，1d抗压强度为13.6Mpa，28d抗压强度比为110％，90d抗压强度保留率为110％。
以上对本申请实施例所提供的一种无碱无氟液体速凝剂及制备和使用方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请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，并能够在本文所述申请构想范围内，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申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
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