一种防冻型无碱液体速凝剂及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土助剂技术领域，具体涉及一种防冻型无碱液体速凝剂及制备该防冻型无碱液体速凝剂的方法。


背景技术：

2.近年来，喷射混凝土在我国的城市建设以及道路建设工程中广泛应用，特别是我国西部地区的铁路、公路，由于西部多山，在修建过程中会建设大量的隧道，要求喷射混凝土具有较快的初凝和终凝速度，同时，其1d抗压强度尽可能高，后续的抗压强度损失率尽可能低。
3.速凝剂是喷射混凝土中不可或缺的关键材料，速凝剂分为有碱速凝剂和无碱速凝剂，目前，无碱液体速凝剂是速凝剂的主要发展方向。其具有施工环境友好、对施工工人伤害小，同时降低了碱骨料反应。目前的无碱液体速凝剂存在降低水泥石后期的强度问题，同时，掺有现有的无碱液体速凝剂的混凝土，其在低温下的凝结速度和1d强度仍有待提高。


技术实现要素：

4.为解决前述问题，本发明提出了一种制备防冻型无碱液体速凝剂，其初凝和终凝时间较短，后期强度较高。
5.本发明的技术方案如下：一种防冻型无碱液体速凝剂，以重量份计，包括15
‑
30份硫酸铝、5
‑
15份拟薄水铝石、1
‑
5份亚胺基二琥珀酸或其盐、0.5
‑
1份三异丙醇胺、4
‑
10份乙二醇、2
‑
5份烷基苯磺酸盐、1
‑
4份亲水性气相白炭黑、2
‑
5份木质素磺酸盐、100份水，所述硫酸铝以无水硫酸铝计，即将水合硫酸铝中的水排出，单以无水硫酸铝计算，比如，对于十八水合硫酸铝，按照本发明的计算方式为：w＝(w/666.43)
×
342.15，式中，w为以无水硫酸铝计的硫酸铝的重量，w为十八水合硫酸铝的重量，666.43为十八水合硫酸铝的摩尔质量，342.15为无水硫酸铝的摩尔质量。
6.本发明的一种实施方式在于，所述硫酸铝为聚合硫酸铝、无水硫酸铝、十八水合硫酸铝中的一种。
7.本发明的一种实施方式在于，所述亚氨基二琥珀酸盐为亚氨基二琥珀酸四钠。
8.本发明的一种实施方式在于，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠。
9.本发明的一种实施方式在于，所述烷基苯磺酸盐的烷基链为链长为10
‑
20的直链烷烃，处于此范围内的烷基苯磺酸盐，具有较好的增加混凝土强度的效果，优选为十二烷基苯磺酸钠。
10.优选的，以重量份计，包括18
‑
25份硫酸铝，8
‑
10份拟薄水铝石，1
‑
3份亚氨基二琥珀酸或其盐，0.6
‑
0.8份三异丙醇胺、5
‑
8份乙二醇、3
‑
3.5份烷基苯磺酸盐、2
‑
3份亲水性气相白炭黑、3.5
‑
5份木质素磺酸盐、100份水。
11.本发明的另一个目的是提供一种制备上述的防冻型无碱液体速凝剂的方法，包括以下步骤：取亲水性气相白炭黑，使其均匀分散于水中，后加入亚氨基二琥珀酸或其盐、硫
酸铝、拟薄水铝石，搅拌至少30min，此处对搅拌速度基本无要求，但优选100
‑
200r/min，搅拌结束后，加入乙二醇、三异丙醇胺、烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐，搅拌使其混合均匀后将整个体系的ph调节至6
‑
8即可。
12.本发明的防冻型无碱液体速凝剂，采用硫酸铝和拟薄水铝石为速凝剂主剂，具有良好的促凝效果；选用的亚氨基二琥珀酸或其盐，对铝离子具有较好的络合效果，同时，亚氨基二琥珀酸或其盐对钙离子的络合度要大于对铝离子的络合度，因此，当本发明的防冻型无碱液体速凝剂接触到水泥后，亚氨基二琥珀酸铝会迅速变为亚氨基二琥珀酸钙并释放出铝离子，加速整个体系的促凝效果；三异丙醇胺会增加速凝剂的稳定性，加入混凝土后，会增强水泥石的强度；乙二醇、烷基苯磺酸盐能够增加整个体系的抗冻性能，使得混凝土在
‑
20℃的条件下仍然能够以符合标准的凝结速度凝结，同时不会对混凝土后期强度造成影响；亲水性气相白炭黑、木质素磺酸盐能够增加整个体系的强度。
13.本发明的有益效果：
14.本发明的防冻型无碱液体速凝剂，选用亚氨基二琥珀酸或其盐作为铝离子的稳定剂，该稳定剂具有较好的选择性，且对钙离子的络合度大于对铝离子的络合度，将防冻型无碱液体速凝剂加入混凝土后，亚氨基二琥珀酸铝会释放出铝离子，加快混凝土的初凝和终凝速度；同时添加有亲水性气相白炭黑、木质素磺酸盐，能够增加水泥石后期的强度；通过添加乙二醇和烷基苯磺酸盐，能够增加整个体系的抗冻性。
具体实施方式
15.为使本发明的技术方案和技术优点更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的实施过程中的技术方案进行清楚、完整的描述。
16.下面通过具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
17.以下实施例中的试剂，如无特殊说明，均是工业纯。
18.以下实施例中，所述的份数均为重量份。
19.实施例1
20.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入3份亚氨基二琥珀酸、22份无水硫酸铝、8份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入7份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、4份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂f1。
21.实施例2
22.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入2份亚氨基二琥珀酸、50份十八水合硫酸铝、8份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入5份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、5份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂f2。
23.实施例3
24.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入5份亚氨基二琥珀酸、18份无水硫酸铝、8份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入5份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、5份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂f3。
25.实施例4
26.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入3份亚氨基二琥珀酸、15份无水硫酸铝、14份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入5份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、5份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂f4。
27.实施例5
28.取1份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入3份亚氨基二琥珀酸、22份无水硫酸铝、8份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入7份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、2份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂f5。
29.对比例1
30.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入3份柠檬酸、22份无水硫酸铝、8份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入7份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、4份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂d1。
31.对比例2
32.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入3份亚氨基二琥珀酸、22份无水硫酸铝、8份拟薄水铝石，混合均匀后，继续加入7份乙二醇、0.8份三异丙醇胺、3份十二烷基苯磺酸钠、4份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂d2。制备成功后，在会发现整个体系中会出现少许絮凝物，一段时间后，会出现少量沉淀。
33.对比例3
34.取3份亲水性气相白炭黑，超声5min将其均匀分散于100份水中，加入3份亚氨基二琥珀酸、22份无水硫酸铝、8份拟薄水铝石，在100r/min的条件下持续搅拌30min，搅拌结束后，继续加入0.8份三异丙醇胺、4份木质素磺酸钠，搅拌使所有物料混合均匀后，将体系的ph调节至7即得防冻型无碱液体速凝剂d3。
35.为了进一步说明本发明的效果，以下采用多种实验对其性能进行说明。
36.1、凝结时间和抗压强度
37.采用基准水泥，按照gb/t 35159
‑
2017《喷射用混凝土用速凝剂》进行测试。其中，测量过程中，所用水泥为基准水泥，所用砂为标准砂。
38.表1测试温度为20
±
1℃时的测试结果
[0039][0040]
表2测试温度为
‑
20
±
1℃时的测试结果
[0041][0042][0043]
表2中，“__”表示由于该值远超出gb/t 35159
‑
2017对速凝剂的规定。
[0044]
从表1和表2中可以看出，对于防冻型无碱液体速凝剂f1
‑
f2，由于其各类组分的配比相对较优，因此，无论是初凝时间还是终凝时间，其均远优于gb/t 35159
‑
2017中对添加有防冻型无碱液体速凝剂的混凝土的凝结时间的规定，同时，其在
‑
20℃条件下仍然能够满足gb/t 35159
‑
2017中的规定；同时，其1d抗压强度较高，在后续过程中的抗压强度保留率仍然超过gb/t 35159
‑
2017的规定，即使在
‑
20℃条件下，f1和f2仍然具有较高的强度；其综合性能远优于现有的防冻型无碱液体速凝剂。即使是对于不在本发明的优选范围内的防冻型无碱液体速凝剂j3
‑
j5，其效果仍然符合gb/t 35159
‑
2017的规定，且优于目前大多数的防冻型无碱液体速凝剂。
[0045]
对于d1，和f1相比，其仅仅是将亚胺基二琥珀酸替换成了目前市面上常用的柠檬酸，由于柠檬酸对铝离子也有一定的络合、稳定作用，因此，也是目前速凝剂中常用的一种稳定剂。但是，根据表1的结果可以看出，无论是凝结速度还是抗压强度都明显低于d1，说明柠檬酸的效果远不如亚胺基二琥珀酸。
[0046]
对于d2，和f1相比，其在添加无水硫酸铝等原料后，并未对其进行充分搅拌，导致亚氨基二琥珀酸对铝离子的络合效果并不明显，使得添加的亚氨基二琥珀酸并未发挥其效果，因此，无论是凝结速度还是抗压性能都明显低于d1。
[0047]
对于d3，和f1相比，d3中未添加乙二醇和十二烷基苯磺酸钠，因此，导致其抗冻能力较差。
[0048]
综上所述，实施例1
‑
5的防冻型无碱液体速凝剂，其掺量在4％时，就能够满足gb/t35159
‑
2017中对防冻型无碱液体速凝剂无论是凝结速度还是抗压强度的要求，同时其效果远优于现有的防冻型无碱液体速凝剂；当面对
‑
20℃的恶劣温度环境时，仅需要将掺量提高至7％，其效果符合gb/t 35159
‑
2017的规定且远优于现有的防冻型无碱液体速凝剂。
[0049]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。