无碱无氯无氟的环保型液体速凝剂、制备方法及其应用

1.本发明产品属于建筑材料领域，特别是涉及一种无碱无氯无氟的环保型液体速凝剂、制备方法及其应用。


背景技术：

2.速凝剂是一种使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，它们的主要作用是加速水泥水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，以保证特殊施工的要求。近年来，速凝剂在基坑、隧道、巷道等建筑支护，加固补修以及桩间裂隙止水等方面得到了广泛的应用。速凝剂一般分为粉状速凝剂和液体速凝剂两种形式。一般粉状速凝剂用于干喷法，干喷法粉尘浓度较高，回弹量较大，这类速凝剂渐渐被淘汰。另一类速凝剂是液体速凝剂，相对于粉状速凝剂，液体速凝剂可以与物料混合得更加均匀，克服了粉状速凝剂粉尘大、回弹量大的缺点。无碱速凝剂越来越受欢迎。目前市场上较多是碱性的速凝剂，对后期混凝土的强度有很大的影响，市场上也存在一些无碱速凝剂，大多都存在掺量多，成本高，适应性较差，对人体有危害等问题。
3.专利号cn107935432公开了一种新型有机无机酸合成无碱速凝剂及其制备方法，但是在制备过程中，加入了氢氟酸，并且温度保持在80-90℃，氟化氢极易挥发，是一种无色有刺激性气味的有毒气体，并且氢氟酸可以透过皮肤被黏膜、呼吸道及肠胃道吸收，对人体有极大的危害。
4.专利号cn108793806a公开了一种无碱液体速凝剂及其制备方法，但是该速凝剂的一天强度较低，不适合用于工程迅速止水。
5.专利号cn102219426a公开了一种低碱液态速凝剂及其制备方法，其溶液显碱性，速凝效果较好，但是后期强度较低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂及其制备方法与应用，用以实现制备更加环保、安全、性能更佳的无碱液体速凝剂，以解决现有无碱液态速凝剂存在质量不佳而导致的喷射混凝土出现凝结时间长，早期强度低，喷射回弹大，生产施工对人员有危害等问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种无碱无氯无氟的环保型液体速凝剂，组成成分按重量配比如下：硫酸铝40％-48％、偏铝酸钠10％-15％、硫酸镁5％-10％、有机酸2％-5％、稳定剂5％-7％、絮凝剂0.2％-1％，其余为水。
9.优选地，组成成分按重量配比为：硫酸铝45％、偏铝酸钠10％、硫酸镁5％、有机酸2％、稳定剂7％、絮凝剂1％和水30％。
10.所述有机酸为柠檬酸、乙酸中的一种或两种混合；所述稳定剂为三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或两种混合；所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钙、甲基丙烯酸中的一种或两
种以上混合。
11.优选地，所述有机酸为柠檬酸；所述稳定剂为三乙醇胺；所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
12.所述硫酸铝为含量≥99.0％的分析纯试剂；所述硫酸镁为含量≥99.0％的分析纯试剂；所述偏铝酸钠为含量≥98.0％的分析纯试剂；所述柠檬酸为含量≥99.5％的分析纯试剂；所述三乙醇胺为含量≥99.0％的分析纯试剂；所述聚丙烯酰胺为含量≥99.0％的分析纯试剂。
13.上述无碱无氯无氟的环保型液体速凝剂的制备方法，包括如下步骤：
14.第一步：将硫酸铝、硫酸镁、偏铝酸钠、水、有机酸按照配比混合，搅拌溶解，得到溶液a；
15.第二步：对溶液a进行加热，温度控制在60℃-70℃，加热0.5-1小时，并不断搅拌，得到溶液b；
16.第三步：向溶液b中按照配比加入稳定剂和絮凝剂，继续保持温度控制在60℃-70℃搅拌0.5-1小时，得到溶液c；
17.第四步：继续搅拌溶液c直至温度恢复室温，得到无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂。
18.上述无碱无氯无氟的环保型液体速凝剂用于喷射混凝土中，其掺量为水泥质量的3～7％。
19.有益效果：
20.本发明的无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂，首先能使混凝土迅速凝结，缩短混凝土的凝结时间(初凝时间和终凝时间)；添加该速凝剂可以提高混凝土1天和28天之后的抗压强度；并且制备方法简单，成本较低，制备后为液体状态，便于与混凝土混合均匀，且在生产和使用的过程中速凝剂的组成成分不含碱、氯、氟等物质，无碱不会降低混凝土后期的强度，无氯不会腐蚀混凝土里面的钢筋，无氟不会生成hf等有害物质，安全性高，并且粘结性好、通过稳定剂的添加，提高其存储时间，防止其变质，液体速凝剂回弹量低，在喷射混凝土中添加本发明的无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂，可提高施工效率，市场价值可观。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
22.实施例1：
23.一种无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂，包括以下组分，按重量计算，硫酸铝40％，偏铝酸钠15％，硫酸镁10％，乙酸2％，二乙醇胺7％，聚丙烯酸钙1％，水25％。
24.制备方法：
25.a.第一步：将硫酸铝、硫酸镁、偏铝酸钠、水、乙酸按照比例倒入三口烧瓶中，进行搅拌溶解；
26.b.对三口烧瓶进行加热，温度控制在65℃，加热半个小时并不断搅拌；
27.c.在上一步的基础上，将二乙醇胺和聚丙烯酸钙按照比例加入到三口烧瓶中，保持温度65℃搅拌30分钟；
28.d.停止加热，搅拌30分钟直至液体温度恢复室温，得到成品。
29.实施例2：
30.一种无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂，包括以下组分，按重量计算，硫酸铝45％，偏铝酸钠10％，硫酸镁5％，柠檬酸2％，三乙醇胺7％，聚丙烯酰胺1％，水30％。
31.制备方法：
32.a.第一步：将硫酸铝、硫酸镁、偏铝酸钠、水、柠檬酸按照比例倒入三口烧瓶中，进行搅拌溶解；
33.b.对三口烧瓶进行加热，温度控制在65℃，加热半个小时并不断搅拌；
34.c.在上一步的基础上，将三乙醇胺和聚丙烯酰胺按照比例加入到三口烧瓶中，保持温度65℃搅拌30分钟；
35.d.停止加热，搅拌30分钟直至液体温度恢复室温，得到成品。
36.实施例3：
37.一种无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂，包括以下组分，按重量计算，硫酸铝48％，偏铝酸钠10％，硫酸镁10％，柠檬酸5％，三乙醇胺5％，甲基丙烯酸0.2％，其余为水。
38.制备方法：
39.a.第一步：将硫酸铝、硫酸镁、偏铝酸钠、水、柠檬酸按照比例倒入三口烧瓶中，进行搅拌溶解；
40.b.对三口烧瓶进行加热，温度控制在65℃，加热半个小时并不断搅拌；
41.c.在上一步的基础上，将三乙醇胺和甲基丙烯酸按照比例加入到三口烧瓶中，保持温度65℃搅拌30分钟；
42.d.停止加热，搅拌30分钟直至液体温度恢复室温，得到成品。
43.实施例4：
44.一种无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂，包括以下组分，按重量计算，硫酸铝44％，偏铝酸钠12％，硫酸镁8％，乙酸3％，二乙醇胺7％，甲基丙烯酸0.6％，其余为水。
45.制备方法：
46.a.第一步：将硫酸铝、硫酸镁、偏铝酸钠、水、乙酸按照比例倒入三口烧瓶中，进行搅拌溶解；
47.b.对三口烧瓶进行加热，温度控制在65℃，加热半个小时并不断搅拌；
48.c.在上一步的基础上，将二乙醇胺和甲基丙烯酸按照比例加入到三口烧瓶中，保持温度65℃搅拌30分钟；
49.d.停止加热，搅拌30分钟直至液体温度恢复室温，得到成品。
50.按照gb/t 35159-2017《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砂浆抗压强度的试验。
51.测试方法：
52.将称量好的水(140克减去无碱液态速凝剂中的水量)、400克水泥(p
·
o42.5级水泥)放入搅拌锅内，启动搅拌机低速搅拌30秒后停止。一次性添加称量好的无碱液态速凝剂，低速搅拌5秒，再高速搅拌15秒，搅拌结束，立即装入圆模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆，抹平表面。从加无碱液态速凝剂时算起，全部操作时间不应超过50秒。
53.按gb/t 1346的方法测定初凝时间和终凝时间。每隔10秒测试一次，直至初凝和终
凝为止。
54.将称量好的水(450克减去无碱液态速凝剂中的水量)、900克水泥依次放入搅拌锅内，启动搅拌机低速搅拌30秒，然后在第二个30秒低速搅拌过程中均匀地将标准砂加入，接着高速搅拌30秒。停拌90秒，在停止搅拌中的第一个15秒内用胶皮刮具将叶片和锅壁上的砂浆刮入搅拌锅中。再继续高速搅拌30秒。然后立即加入无碱液态速凝剂，低速搅拌5秒，再高速搅拌15秒，搅拌结束。尽快用拌制好的砂浆装入水泥砂浆试模中。从加无碱液态速凝剂时算起，全部操作时间不应超过50秒。
55.表1实施例性能测试结果
[0056][0057]
注：上述实施例在进行性能测试时，所用的水泥为基准水泥p
·o·
42.5。实验温度18～22℃，河沙为中粗砂，细度模数2.6；碎石粒径为5-10mm。
[0058]
通过上表1可知，通过对比，实施例2掺入量为5％时，本发明所提供的速凝剂组分其速凝时间最短，1d和28d的抗压强度最好。结果表明：本发明制作的液体无碱无氯无氟速凝剂在掺量为5％时可以满足目前喷射混凝土领域对速凝剂的效果要求，当无碱无氯无氟速凝剂掺入量为5％时，能使水泥净浆的初凝时间小于5分钟，终凝时间小于12分钟，砂浆1d抗压强度大于7mpa，28d抗压强度比大于95％，各项性能指标均能达到并优于国家标准gb/t 35159-2017的规定。当实施例2中的速凝剂掺入量为5％时，速凝时间以及强度最好，因此实施例2为综合性能最佳的方案。
[0059]
本发明中的速凝剂已经在大连地铁5号线工程中得到了应用，有效解决了围护桩间裂隙水渗漏的问题。本发明所提供的无碱无氯无氟的绿色环保型液体速凝剂不仅具有优异的性能，还能够解决氟化氢、二氧化氮等有害气体对施工人员和环境的影响，相对现有的
液体无碱速凝剂，性能更加突出，除此之外，本发明的制备方法简单，操作容易，成本低。