一种液体无碱速凝剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种液体无碱速凝剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.作为喷射混凝土湿喷工艺的重要组成材料，液体速凝剂具有显著降低喷射施工过程的喷射层滑落、提高一次喷射层厚度、加快喷射混凝土凝结硬化速率等特点。
3.目前我国市场上的液体速凝剂有两种：一种是有碱速凝剂，一种是无碱速凝剂。有碱速凝剂具有长期储存稳定性良好、掺量低、适应性好等优点，但因其碱含量高(可达20wt％以上)，对作业人员腐蚀性极强，而且混凝土收缩大，后期强度损失较大(28d强度损失约30％)，于是正在逐步被新型液体无碱速凝剂所替代。液体无碱速凝剂不含氯离子、不锈蚀钢筋、不污染环境以及不伤害作业人员的身体。在喷射水泥浆、水泥砂浆、混凝土中掺入高性能的液体无碱速凝剂，能加快水泥的凝结和硬化速度，提高早期强度，对后期强度影响较小，甚至不降低，并大幅度提高混凝土及砂浆的粘聚性和粘接强度、回弹率降低量达80％以上，有效地降低了回弹造成的材料损失，提高了经济效益。由于回弹率大幅度降低，空气中污染和伤害人体的碱性水泥粉尘大幅度减少，保护了环境、加快了施工进度。液体无碱速凝剂还具有微膨胀减缩抗裂功效，大幅度提高了抗渗防水性能，并且具有抗蚀防腐功能，比普通速凝剂抗蚀系数提高50％以上。在环保工程中，高性能的液体无碱速凝剂是喷射高性能混凝土、碱骨料活性混凝土和耐久性混凝土的首选材料，因此，液体无碱速凝剂取代碱性速凝剂是大势所趋。
4.目前液体无碱速凝剂应用最多的是硫酸铝系。硫酸铝系速凝剂的主要成分是硫酸铝。铝离子可以与水泥水化产物反应使水泥浆体产生凝结，起到速凝效果。硫酸铝作为促凝组分具有很好的效果，提高液体速凝剂的速凝效果，用硫酸铝饱和溶液作为液体速凝剂时，一般掺量达12％时才能满足要求，但过高的掺量会使速凝剂分散不均匀，且对环境有一定的危害，从而降低其适用性。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种的液体无碱速凝剂，以期望解决现有技术中同类速凝剂掺量高，导致速凝剂分散不均匀、环境危害较大、原材料价格昂贵、现场生产较难推广等技术问题。
6.为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
7.一种液体无碱速凝剂，包括如下重量百分比的组分：硫酸铝20％～50％，十二水硫酸铝钾10％～30％，多元醇5％～10％，有机酰胺1％～5％，烷基木质素磺酸钠1％～5％和甲基丁烯酸3％～5％，溶剂为水。
8.相比于现有方法，本发明提供的液体无碱速凝剂具有以下优势：
9.本发明起速凝作用的主要为铝盐，硫酸铝产生的铝离子能够与水泥中的水化产物反应，达到速凝效果；十二水硫酸铝钾为体系引入附加的活性铝离子，缓冲水泥水化后ph的
显著变化，稳定体系酸碱度，增加水化产物强度，提高水泥凝结和水化速率，能显著提升速凝效果，增强早期水泥抗压强度；通过引入有机酰胺和多元醇，有效增强了硫酸铝和十二水硫酸铝钾的溶解度，进而获得一种高活性铝离子交联体系，大大提高了水泥的水化速率和早期强度；甲基丁烯酸用于控制体系ph值，提高速凝剂的稳定性，加快水泥水化速率；烷基木质素磺酸钠能够大幅改善水泥的流动性和可塑性，而且可降低有害孔隙，增强抗压强度。
10.优选地，所述多元醇为聚酯多元醇或聚醚多元醇中的至少一种。
11.其中，所述聚酯多元醇为聚己二酸二乙二醇酯二醇、聚丁二酸丙二醇酯二醇、聚戊二酸新戊二醇脂三醇、甲基丙烯酸二乙二醇酯三醇或聚己二酸季戊四醇酯三醇中的一种或两种。
12.所述聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃中的一种或两种。
13.通过上述多元醇中羟基的极化作用，可减少水泥团聚，提高铝离子在水泥中的分散性和溶解性，由此使硫酸铝和十二水硫酸铝钾混合分布更加均匀，加速水泥的水化，提高水泥的早期强度，特别是可以提高水泥的1d强度。
14.优选地，所述有机酰胺选自甲基丁内酰胺或甲基已内酰胺中的至少一种。
15.优选地，所述烷基木质素磺酸钠为甲基木质素磺酸钠或磺甲基木质素磺酸钠中的至少一种。
16.优选地，所述硫酸铝的来源为工业硫酸铝或无铁硫酸铝中的一种，所述工业硫酸铝或无铁硫酸铝中的铝元素含量以al2o3计，al2o3含量≥15wt％，fe含量≤0.5wt％。
17.当al2o3含量低于硫酸铝总重量的15wt％时，会导致有效成分不足，进而速凝效果变差，并且fe含量高于硫酸铝总重量的0.5wt％会引入不必要的杂质成分，与速凝剂中的其他成份产生螯合作用，影响速凝效果。
18.以及，本发明还提供了一种上述液体无碱速凝剂的制备工艺，具体包括以下步骤：
19.步骤a、按上述液体无碱速凝剂的组分重量百分比称取各组分，备用；
20.步骤b、向所述水先加入所述十二水硫酸铝钾加热至60～80℃，搅拌溶解后再加入所述硫酸铝，加热至60～80℃继续搅拌溶解，得到第一混合液；
21.步骤c、向所述第一混合液中加入所述有机酰胺，搅拌均匀后再加入所述多元醇，在50～70℃下搅拌混匀，得到第二混合液；
22.步骤d、向所述第二混合液中加入所述烷基木质素磺酸钠，搅拌均匀后再加入所述甲基丁烯酸，在50～60℃下搅拌下调节ph至5～6、冷却，即得液体无碱速凝剂。
23.整个制备过程中安全可靠、操作简便，对环境安全，制备得到的液体无碱速凝剂对不同品种的水泥均具有良好的适用性，缩短了水泥净浆初凝和终凝时间，提升了砂浆强度，在水泥相关领域具有广泛的应用前景。
24.优选地，步骤b中，加入所述十二水硫酸铝钾的搅拌速度为250～350r/min，搅拌时间为30～60min。
25.优选地，步骤b中，加入所述硫酸铝的搅拌速度为450～550r/min，搅拌时间为30～60min。
26.优选地，步骤c中，加入所述有机酰胺的搅拌速度为260
‑
300r/min，搅拌时间为20～40min。
27.优选地，步骤c中，加入所述多元醇的搅拌速度为350～450r/min，搅拌时间为60～
120min。
28.优选地，步骤d中，加入所述烷基木质素磺酸钠的搅拌速度为350～450r/min，搅拌时间为20～30min。
29.优选地，步骤d中，加入所述甲基丁烯酸的搅拌速度为150～250r/min，搅拌时间为30～60min。
30.以及，本发明还提供了一种上述液体无碱速凝剂的应用，将上述液体无碱速凝剂掺入到水泥中，其中，掺入量为所述水泥用量的2wt％～8wt％。
31.按照gb/t 35159
‑
2017的实验条件，本发明提供的速凝剂在较小的掺量下(2wt％～8wt％)，水泥净浆初凝时间2～4min、终凝时间6～8min。
32.按照gb/t 35159
‑
2017的实验条件，本发明提供的速凝剂可使砂浆1d的抗压强度达到12～16mpa，28d抗压强度比大于105％，90d抗压强度保留率大于120％，均优于国标规定。
33.该液体速凝剂能够作为混凝土外加剂加入水泥中使用，还可以用于水泥件制品的制备，如制备水泥波形瓦、瓦片、水泥粘结剂、水泥地坪砖、水泥管道、水泥装饰板、内墙水泥护板、水泥夹芯板以及水泥刨花板等水泥制品中，能够加速水泥水化反应，缩短早期凝结时间，提高混凝土或水泥制品的强度和性能，在上述应用领域中具有无可替代的优势。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.实施例1：
36.一种液体无碱速凝剂，由如下重量百分比的组分组成：硫酸铝40％，十二水硫酸铝钾20％，聚己二酸二乙二醇酯二醇8％，甲基丁内酰胺3％，磺甲基木质素磺酸钠5％，甲基丁烯酸3％和水21％。
37.其制备工艺具体包括以下步骤：
38.步骤a、按该液体无碱速凝剂各组分的重量百分比称取各组分，备用；
39.步骤b、向上述水中先加入十二水硫酸铝钾加热至80℃，以300r/min的转速搅拌60min，再加入硫酸铝，继续在80℃下以500r/min的转速搅拌60min，得到第一混合液；
40.步骤c、向上述第一混合液中加入甲基丁内酰胺，以300r/min的转速搅拌30min后加入聚己二酸二乙二醇酯二醇，在70℃下以400r/min的转速搅拌120min，得到第二混合液；
41.步骤d、向所述第二混合液中加入磺甲基木质素磺酸钠，以400r/min的转速搅拌30min后加入甲基丁烯酸，在50℃下以200r/min的转速搅拌60min，调节ph为5，冷却至30℃，即得液体无碱速凝剂。
42.实施例2：
43.一种液体无碱速凝剂，由如下重量百分比的组分组成：硫酸铝30％，十二水硫酸铝钾15％，聚丁二酸丙二醇酯二醇5％，甲基己内酰胺3％，磺甲基木质素磺酸钠3％，甲基丁烯酸4％和水40％。
44.其制备工艺具体包括以下步骤：
45.步骤a、按该液体无碱速凝剂各组分的重量百分比称取各组分，备用；
46.步骤b、向上述水中先加入十二水硫酸铝钾加热至75℃，以300r/min的转速搅拌55min，再加入硫酸铝，继续在75℃下以500r/min的转速搅拌40min，得到第一混合液；
47.步骤c、向上述第一混合液中加入甲基己内酰胺，以280r/min的转速搅拌30min后加入聚丁二酸丙二醇酯二醇，在60℃下以400r/min的转速搅拌80min，得到第二混合液；
48.步骤d、向所述第二混合液中加入磺甲基木质素磺酸钠，以400r/min的转速搅拌30min后加入甲基丁烯酸，在55℃下以200r/min的转速搅拌40min，调节ph为6，冷却至30℃，即得液体无碱速凝剂。
49.实施例3：
50.一种液体无碱速凝剂，由如下重量百分比的组分组成：硫酸铝50％，十二水硫酸铝钾10％，聚酯多元醇5％，甲基己内酰胺2％，甲基木质素磺酸钠4％，甲基丁烯酸3％和水26％，其中，聚酯多元醇为质量比为1:1的甲基丙烯酸二乙二醇酯三醇和聚己二酸季戊四醇酯三醇。
51.其制备工艺具体包括以下步骤：
52.步骤a、按该液体无碱速凝剂各组分的重量百分比称取各组分，备用；
53.步骤b、向上述水中先加入十二水硫酸铝钾加热至65℃，以300r/min的转速搅拌35min，再加入硫酸铝，加热至75℃，以500r/min的转速搅拌35min，得到第一混合液；
54.步骤c、向上述第一混合液中加入甲基己内酰胺，以290r/min的转速搅拌30min后加入聚酯多元醇，在65℃下以400r/min的转速搅拌80min，得到第二混合液；
55.步骤d、向所述第二混合液中加入甲基木质素磺酸钠，以400r/min的转速搅拌20min后加入甲基丁烯酸，在55℃下以200r/min的转速搅拌40min，调节ph为6，冷却至40℃，即得液体无碱速凝剂。
56.实施例4：
57.一种液体无碱速凝剂，由如下重量百分比的组分组成：硫酸铝35％，十二水硫酸铝钾30％，聚乙二醇10％，甲基己内酰胺4％，甲基木质素磺酸钠5％，甲基丁烯酸3％和水13％。
58.其制备工艺具体包括以下步骤：
59.步骤a、按该液体无碱速凝剂各组分的重量百分比称取各组分，备用；
60.步骤b、向上述水中先加入十二水硫酸铝钾加热至60℃，以300r/min的转速搅拌30min，再加入硫酸铝，加热至75℃，以500r/min的转速搅拌45min，得到第一混合液；
61.步骤c、向上述第一混合液中加入甲基己内酰胺，以260r/min的转速搅拌30min后加入聚乙二醇，在65℃下以400r/min的转速搅拌70min，得到第二混合液；
62.步骤d、向所述第二混合液中加入甲基木质素磺酸钠，以400r/min的转速搅拌20min后加入甲基丁烯酸，在55℃下以200r/min的转速搅拌40min，冷却至30℃，调节ph为5，即得液体无碱速凝剂。
63.实施例5：
64.一种液体无碱速凝剂，由如下重量百分比的组分组成：硫酸铝45％，十二水硫酸铝钾25％，聚己二酸季戊四醇酯三醇8％，甲基丁内酰胺3％，磺甲基木质素磺酸钠5％，甲基丁烯酸4％和水10％。
65.其制备工艺具体包括以下步骤：
66.步骤a、按该液体无碱速凝剂各组分的重量百分比称取各组分，备用；
67.步骤b、向上述水中先加入十二水硫酸铝钾加热至65℃，以300r/min的转速搅拌55min，再加入硫酸铝，加热至75℃，以500r/min的转速搅拌45min，得到第一混合液；
68.步骤c、向上述第一混合液中加入甲基丁内酰胺，以270r/min的转速搅拌30min后加入聚己二酸季戊四醇酯三醇，在70℃下以400r/min的转速搅拌80min，得到第二混合液；
69.步骤d、向所述第二混合液中加入磺甲基木质素磺酸钠，以400r/min的转速搅拌25min后加入甲基丁烯酸，在55℃下以200r/min的转速搅拌50min，冷却至40℃，调节ph为6，即得液体无碱速凝剂。
70.对比例1：
71.在实施例1的基础上将十二水硫酸铝钾替换为硫酸铝，其他成分与制备方法均不变。
72.对比例2：
73.在实施例1的基础上省去聚己二酸二乙二醇酯二醇，其他成分与制备方法均不变。
74.对比例3：
75.在实施例1的基础上省去磺甲基木质素磺酸钠，其他成分与制备方法均不变。
76.应用例1
77.将实施例1～5所得的液体无碱速凝剂作为处理组，将未添加速凝剂的净浆和砂浆作为空白组以及对比例1～3所得的液体无碱速凝剂作为对照组进行对比试验，按照gb/t 35159
‑
2017《喷射混凝土用速凝剂》的要求进行水泥净浆和砂浆凝结时间、砂浆抗压强度的试验。其中，速凝剂的掺入量按照水泥质量的百分比计算，测试结果如表1所示：
78.表1 测试结果
[0079][0080]
从表1的测试结果来看，本发明实施例所提供的速凝剂在5.0％掺量下能够使水泥净浆的凝结时间远远低于gb/t 35159
‑
2017所规定初凝时间≤5min、凝结时间≤12min的要求，砂浆1d抗压强度均大于12mpa，28d抗压强度比大于105％，90d抗压强度保留率保持在120％以上，均高于国标规定1d抗压强度均大于10mpa，28d抗压强度比大于100％，90d抗压强度保留率保持在100％以上要求的数值。
[0081]
因此，本发明提供的液体无碱速凝剂能够解决现有技术中同类速凝剂掺量高，导致速凝剂分散不均匀、环境危害较大、原材料价格昂贵、现场生产较难推广的技术问题，并且缩短了水泥净浆初凝和终凝时间，提升了砂浆强度，在水泥相关领域具有广泛的应用前景。
[0082]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。