一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法及应用与流程

1.本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法及应用。


背景技术：

2.速凝剂是一种能使水泥快速凝结的化学外加剂，它的使用能够使水泥在很短的时间内凝结硬化，主要应用于喷射混凝土和喷射砂浆工程施工中。近年来，湿法喷射混凝土工艺由于施工环境好、回弹量低、施工效率高等优点而逐步取代传统的干喷工艺，得到了广泛的应用。
3.目前湿法喷射混凝土常用的液体速凝剂包括以硅酸钠、铝酸钠为主的碱性液体速凝剂和低碱(或无碱)液体速凝剂。其中，碱性液体速凝剂的含碱量高，对于不同水泥的适应性差，且易对施工工人的身体造成伤害，其掺入混凝土后，使喷射混凝土的后期强度明显降低以及抗渗等耐久性能下降。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法，将氢氧化钠、三水铝石、正硅酸乙酯与硫酸亚铁混合配比制成改性聚合硅酸溶液，再将改性聚合硅酸溶液与硫酸铝、氟化钠和有机增粘剂进行复配，实现了al
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、fe
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42-、si基团、f基团的离子基团稳定存在于速凝剂中，更有利于打破水泥颗粒表面的的电位平衡，加速水泥颗粒的絮凝和凝结作用，缩短凝结时间、有效提高水泥适应性和提高混凝土强度；
5.水泥中掺入聚合硫酸铝改性速凝剂后，促进了浆体中颗粒的水化，形成更多的水化产物，降低了孔隙率，密实了微观结构，从而提升了样品的渗透性能。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法，包括以下步骤:
8.步骤一：在室温下向水中逐步缓慢加入无机分散剂，混匀，得到乳白色胶体分散液；
9.步骤二：按配比将氢氧化钠溶解水中，加热至95℃，再加入三水铝石粉末反应，制备成铝酸钠浓度为70％的溶液，停止加热后加入冷水降温并恒定于50℃，在300r/min的搅拌速度条件下加入正硅酸乙酯、硫酸亚铁，继续搅拌30min,得到改性聚合硅酸溶液；
10.步骤三：将改性聚合硅酸溶液缓慢加入乳白色胶体分散液中，边加入边搅拌均匀，并加入氟化钠和有机增粘剂，混匀，升温至75℃，再加入硫酸铝，搅拌均匀后，保温反应1.5-3.0h后得到所述聚合硫酸铝改性速凝剂。
11.作为本发明进一步的方案：步骤一中无机分散剂由质量比为1:1的硅酸镁锂和海泡石硅酸镁混合制成。
12.作为本发明进一步的方案：步骤一中的搅拌转速600-800r/min，搅拌30-60min。
13.作为本发明进一步的方案：氢氧化钠、三水铝石、正硅酸乙酯与硫酸亚铁的质量比
为0.5-0.7:0.8-1:0.3-0.5:0.1-0.3。
14.作为本发明进一步的方案：正硅酸乙酯的纯度≥99％。
15.作为本发明进一步的方案：硫酸铝、改性聚合硅酸溶液、氟化钠、有机增粘剂与无机分散剂的质量比为4-6:4-6:1-3:0.5-0.7：1.2-1.4。
16.作为本发明进一步的方案：步骤三中的有机增粘剂为聚丙烯酰胺。
17.作为本发明进一步的方案：步骤三中的硫酸铝在加入过程中分多次添加，且添加的次数不少于三次。
18.作为本发明进一步的方案：一种聚合硫酸铝改性速凝剂的应用,所述聚合硫酸铝改性速凝剂适用于喷射混凝土，其掺量为喷射混凝土水泥用量的6-8wt％。
19.本发明的有益效果：
20.(1)本发明将氢氧化钠、三水铝石、正硅酸乙酯与硫酸亚铁混合配比制成改性聚合硅酸溶液，再将改性聚合硅酸溶液与硫酸铝、氟化钠和有机增粘剂进行复配，实现了al
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42-、si基团、f基团的离子基团稳定存在于速凝剂中，更有利于打破水泥颗粒表面的的电位平衡，加速水泥颗粒的絮凝和凝结作用，缩短凝结时间、有效提高水泥适应性和提高混凝土强度；
21.(2)本发明聚合硫酸铝改性速凝剂，与硅酸盐水泥还有着良好的协同作用，能够有效促进浆体中颗粒的水化，形成更多的水化产物，降低了孔隙率，密实了微观结构，从而提升了样品的渗透性能，应用于喷射混凝土时，可以进一步地提升喷射混凝土的早期强度和后期强度，并且降低混凝土早期凝固时间的功能。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例1
24.一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法，包括以下步骤:
25.步骤一：在室温下向水中逐步缓慢加入无机分散剂，混匀，得到乳白色胶体分散液；
26.其中，无机分散剂由质量比为1:1的硅酸镁锂和海泡石硅酸镁混合制成，在室温25℃的条件下搅拌转速700r/min，搅拌60min；
27.步骤二：按配比将氢氧化钠溶解水中，加热至95℃，再加入三水铝石粉末反应，制备成铝酸钠浓度为70％的溶液，停止加热后加入冷水降温并恒定于50℃，在300r/min的搅拌速度条件下加入正硅酸乙酯、硫酸亚铁，继续搅拌30min,得到改性聚合硅酸溶液；
28.其中，氢氧化钠、三水铝石、正硅酸乙酯与硫酸亚铁的质量比为 0.6:0.9:0.4:0.2；
29.步骤三：将改性聚合硅酸溶液缓慢加入乳白色胶体分散液中，边加入边搅拌均匀，并加入氟化钠和有机增粘剂，混匀，升温至75℃，再加入硫酸铝，搅拌均匀后，保温反应1.5-3.0h后得到所述聚合硫酸铝改性速凝剂；
30.硫酸铝、改性聚合硅酸溶液、氟化钠、有机增粘剂与无机分散剂的质量比为5:5:2:0.6：1.3。
31.步骤二中的正硅酸乙酯的纯度≥99％。
32.步骤三中的有机增粘剂为聚丙烯酰胺。
33.步骤三中的硫酸铝在加入过程中分多次添加，且添加的次数不少于三次，且每次加入过程中均以500r/min对溶液进行搅拌。
34.实施例2
35.一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法，包括以下步骤:
36.步骤一：在室温下向水中逐步缓慢加入无机分散剂，混匀，得到乳白色胶体分散液；
37.步骤一中无机分散剂由质量比为1:1的硅酸镁锂和海泡石硅酸镁混合制成，在室温25℃的条件下搅拌转速700r/min，搅拌60min；
38.步骤二：按配比将氢氧化钠溶解水中，加热至95℃，再加入三水铝石粉末反应，制备成铝酸钠浓度为70％的溶液，停止加热后加入冷水降温并恒定于50℃，在300r/min的搅拌速度条件下加入正硅酸乙酯、硫酸亚铁，继续搅拌30min,得到改性聚合硅酸溶液；
39.其中，氢氧化钠、三水铝石、正硅酸乙酯与硫酸亚铁的质量比为 0.5:0.8:0.3:0.1；
40.步骤三：将改性聚合硅酸溶液缓慢加入乳白色胶体分散液中，边加入边搅拌均匀，并加入氟化钠和有机增粘剂，混匀，升温至75℃，再加入硫酸铝，搅拌均匀后，保温反应1.5-3.0h后得到所述聚合硫酸铝改性速凝剂；
41.其中，硫酸铝、改性聚合硅酸溶液、氟化钠、有机增粘剂与无机分散剂的质量比为4：4：1：0.5：1.2；
42.步骤二中的正硅酸乙酯的纯度≥99％。
43.步骤三中的有机增粘剂为聚丙烯酰胺。
44.步骤三中的硫酸铝在加入过程中分多次添加，且添加的次数不少于三次，且每次加入过程中均以500r/min对溶液进行搅拌。
45.实施例3
46.一种聚合硫酸铝改性速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
47.步骤一：在室温下向水中逐步缓慢加入无机分散剂，混匀，得到乳白色胶体分散液；
48.其中，无机分散剂由质量比为1:1的硅酸镁锂和海泡石硅酸镁混合制成，在室温25℃的条件下搅拌转速700r/min，搅拌60min；
49.步骤二：按配比将氢氧化钠溶解水中，加热至95℃，再加入三水铝石粉末反应，制备成铝酸钠浓度为70％的溶液，停止加热后加入冷水降温并恒定于50℃，在300r/min的搅拌速度条件下加入正硅酸乙酯、硫酸亚铁，继续搅拌30min,得到改性聚合硅酸溶液；
50.其中，氢氧化钠、三水铝石、正硅酸乙酯与硫酸亚铁的质量比为0.7:1:0.5:0.3；
51.步骤三：将改性聚合硅酸溶液缓慢加入乳白色胶体分散液中，边加入边搅拌均匀，并加入氟化钠和有机增粘剂，混匀，升温至75℃，再加入硫酸铝，搅拌均匀后，保温反应1.5-3.0h后得到所述聚合硫酸铝改性速凝剂；
52.其中，硫酸铝、改性聚合硅酸溶液、氟化钠、有机增粘剂与无机分散剂的质量比为6:6:3:0.7：1.4；
53.步骤二中的正硅酸乙酯的纯度≥99％。
54.步骤三中的有机增粘剂为聚丙烯酰胺。
55.步骤三中的硫酸铝在加入过程中分多次添加，且添加的次数不少于三次，且每次加入过程中均以500r/min对溶液进行搅拌。
56.实施例4
57.一种聚合硫酸铝改性速凝剂的应用,所述聚合硫酸铝改性速凝剂适用于喷射混凝土，其掺量为喷射混凝土水泥用量的6-8wt％；
58.上述实施例1-3中的聚合硫酸铝改性速凝剂的掺量优选7wt％。
59.对比例1
60.采用专利号为cn102219426b及一种低碱液态速凝剂及其制备方法，：所述的低碱液态速凝剂由硫酸铝、铝酸钠、稳定剂以及水组成；各成分的质量百分比为：硫酸铝0～60％，铝酸钠6～12％，稳定剂0～0.2％，其余部分为水；所述的低碱液态速凝剂，以硫酸铝溶液和铝酸钠溶液中和生成氢氧化铝溶胶，再以硫酸铝在原溶液体系内与氢氧化铝溶胶聚合反应形成聚合硫酸铝使速凝剂溶液具有较高的铝离子含量及液态稳定性。
61.对实施例1-3及对比例1对速凝剂的凝结时间和1d抗压强度、28d 抗压强度比保留率测试方法参照gb35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》标准进行掺速凝剂净浆凝结时间、砂浆1d抗压强度和28d抗压强度比测试:
62.测试结果如下表所示：
63.初凝/min终凝/min1d抗压强调/mpa28d抗压强调/mpa实施例11:252:5413.5123实施例21:403:2612.7116实施例31:303:1513.2121对比例12:354:3512.6117
64.通过上表可得本技术的聚合硫酸铝改性速凝剂对不同水泥性能的检测，可以看出，在掺量7wt％条件下水泥均可实现快速凝结硬化，凝结时间、1d抗压强度均满足行业标准gb/t 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》要求；
65.与对比例1相比，说明聚合硫酸铝改性速凝剂通过将改性聚合硅酸溶液与硫酸铝、氟化钠和有机增粘剂进行复配，实现了al
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42-、si基团、f基团的离子基团稳定存在于速凝剂中，更有利于打破水泥颗粒表面的的电位平衡，加速水泥颗粒的絮凝和凝结作用，缩短凝结时间、有效提高水泥适应性和提高混凝土强度，1d抗压强度和28d抗压强度均有明显提高。
66.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。