一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂及制备方法
阅读说明：本技术 一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂及制备方法 (Low-resilience alkali-free liquid accelerator for concrete and preparation method thereof ) 是由 倪锐 胡凯伟 刘子毅 于浩 沈学涛 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂,属于混凝土外加剂应用领域。所述低回弹无碱液体速凝剂为水分散溶液,由如下质量百分含量的组分制备而成：改性明矾27％～45％、分散剂5％～10％、絮凝剂2％～6％、乳化剂0.4％～1.0％、纳米纤维0.1％～0.5％、水45％～65％。本发明低回弹无碱液体速凝剂能够有效的降低喷射回弹量,并提高喷射混凝土早期硬化强度,本发明环保无碱、无氯离子、工艺简单、性能稳定。(The invention relates to a low-resilience alkali-free liquid accelerator for concrete, belonging to the field of application of concrete admixtures. The low-resilience alkali-free liquid accelerator is an aqueous dispersion solution and is prepared from the following components in percentage by mass: 27-45% of modified alum, 5-10% of dispersant, 2-6% of flocculant, 0.4-1.0% of emulsifier, 0.1-0.5% of nano-fiber and 45-65% of water. The low-resilience alkali-free liquid accelerator can effectively reduce the spraying resilience amount and improve the early hardening strength of sprayed concrete, and is environment-friendly, alkali-free, chloride-ion-free, simple in process and stable in performance.)
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂应用领域，具体涉及一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂及制备方法。
背景技术
我国自20世纪90年代开始推广混凝土湿喷施工工艺以来，对于要求具有高强度、高耐久性的高性能喷射混凝土来说，如何既保证喷射混凝土成品的质量，又能顺利喷射一直是工程施工的关键问题之一。研制出性能优越、促凝效果好的液体速凝剂是在我国普及湿喷工艺的前提。目前研制的液体速凝剂还存在稳定性差，碱含量高，喷射粘度高，稳定期短，1d抗压强度小于6Mpa，对水泥适应性不良等问题。更甚者，我国北方和青藏高原地区，冬季持续时间长，随着工程建设的发展，漫长的寒冷气温对混凝土冬季施工带来了诸多问题。通常通过在混凝土中加入工业盐来降低冰点，可以保证一定负温下混凝土中水泥水化所需的液态水。但液体速凝剂遇到负温环境或低温环境，会出现粘度增高，不利于喷射泵吸，严重影响掺量，导致回弹率增加，初始硬化强度降低。
专利(US2002035952A1)公开了一种无碱液体速凝剂的制备方法，使用40％浓度的氢氟酸溶解硫酸铝和氢氧化铝，并加入有机胺4.5～7.5％，其中硫酸铝的含量为20～40％，氢氧化铝含量为10％。氢氟酸为高危化工原料，对人体腐蚀性极强，不利于生产使用。目前大多速凝剂中含有有机醇胺组分，以及对其改性的有机醇胺类化学物质。有机醇胺对水泥的促凝作用主要原因是使C3A的水化加速，加速钙矾石和高CaO/SiO2比的C-S-H凝胶的形成，加速水铝石的形成并快速地向立方体晶型转变；同时由于可溶性络合物的形成，降低了水泥浆体中Ca2+和Al3+的浓度，从而促进了其他水泥矿物的反应，但有机醇胺随着温度降低容易导致速凝剂体系粘度增大，更不利于冬季负温或低温环境下使用。
发明内容
本发明的目的在于公开一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂，改进现有速凝剂用于喷射混凝土中的技术不足，可以有效改善无碱速凝剂在喷射时产生的应力自重严重掉块的现象；本发明的另一目的是提供上述混凝土低回弹无碱液体速凝剂的制备方法。
本发明的技术方案为：一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂，其特征在于，其原料组分及各组分的质量百分数为：
优选上述的改性明矾为将明矾与水合硅酸镁溶于水后，再滴加纳米铝溶胶，滴加反应在50℃～70℃时进行1～2h改性得到；其中所述明矾、纳米铝溶胶、水合硅酸镁和水按照以下质量比例制备而成：明矾18％～25％；纳米铝溶胶12％～18％；水合硅酸镁0.5％～1％；水58％～64％。
优选所述的分散剂为磷酸三乙酯、亚磷酸二甲酯或2-乙基己基二苯基磷酸酯。
优选所述的絮凝剂为聚合硫酸铁或聚硅酸硫酸铁。
优选所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或蓖麻油聚氧乙烯醚。
优选所述的纳米纤维为直径80nm～100nm。
本发明还提供了一种制备上述的混凝土低回弹无碱液体速凝剂的方法，其具体步骤为：按照原料组分的质量百分比称取各原料，然后将称取的各原料于反应釜中，置于温度为50℃～60℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂。
本发明通过改性明矾，对明矾表面结构进行处理，使得其水解后的氢氧化铝更具吸附性能，再通过分散剂、絮凝剂及乳化剂的二次改性，使无碱液体速凝剂体系更具锚固作用，有效降低混凝土回弹率。本发明无碱无氯无腐蚀，显著提高隧道喷射混凝的施工能力，且降低回弹量大造成的成本浪费。该发明不会出现分层现象，制备工艺简单、原料环保无污染，适合大规模推广使用。
具体实施方式
实例1
一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂的制备方法为：
步骤1：将180g明矾与10g水合硅酸镁溶于630g水后，再滴加180g纳米铝溶胶，滴加反应在50℃时进行1h，得到改性明矾；
步骤2：
按照质量百分比称取各原料
步骤3：将称取的各原料于反应釜中，置于温度为50℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂。
实例2
一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂的制备方法为：
步骤1：将250g明矾与5g水合硅酸镁溶于580g水后，再滴加165g纳米铝溶胶，滴加反应在70℃时进行2h，得到改性明矾；
步骤2：
按照质量百分比称取各原料
步骤3：将称取的各原料于反应釜中，置于温度为60℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂。
实例3
一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂的制备方法为：
步骤1：将200g明矾与8g水合硅酸镁溶于640g水后，再滴加152g纳米铝溶胶，滴加反应在60℃时进行1h，得到改性明矾；
步骤2：
按照质量百分比称取各原料
步骤3：将称取的各原料于反应釜中，置于温度为50℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂。
实例4
一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂的制备方法为：
步骤1：将230g明矾与10g水合硅酸镁溶于640g水后，再滴加120g纳米铝溶胶，滴加反应在55℃时进行2h，得到改性明矾；
步骤2：
按照质量百分比称取各原料
步骤3：将称取的各原料于反应釜中，置于温度为50℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂。
实例5
一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂的制备方法为：
步骤1：将220g明矾与5g水合硅酸镁溶于595g水后，再滴加180g纳米铝溶胶，滴加反应在70℃时进行2h，得到改性明矾；
步骤2：
按照质量百分比称取各原料
步骤3：将称取的各原料于反应釜中，置于温度为55℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种混凝土低回弹无碱液体速凝剂。
对比例1
步骤1：按照质量百分比称取各原料
步骤2：将称取的各原料于反应釜中，置于温度为55℃的水浴锅中搅拌均匀，即得到一种无碱液体速凝剂。
应用实例1
水泥净浆凝结时间测试
基准水泥 400g
水 140g
砂浆组合物由以下材料组成：
基准水泥 900g
标准砂 1350g
水 450g
喷射混凝土配合比：
以上水均包含速凝剂中的水。将速凝剂按照水泥重量的6％加入到水泥浆体中。按照GB/T35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的要求进行水泥净浆凝结时间和水泥胶砂强度试验，并依据C30喷射混凝土配合比进行喷射实验测试回弹率。
试验结果见表1.
从表1中的数据可以看出，本发明可有效提高水泥净浆的初凝和终凝时间，检测指标满足国标要求，回弹率较市售BASF-160无碱液体速凝剂和对比例均明显降低，利于隧道混凝土喷射使用。
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