[发明专利]一种耐久性的无碱液体速凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无碱液体速凝剂及其制备方法，具体涉及一种无硫酸根离子、碱金属离子、氯离子以及其他腐蚀性物质的耐久性的无碱液体速凝剂及其制备方法。

背景技术

速凝剂是喷射混凝土中必不可少的一种外加剂组分，其主要目的在于加快混凝土拌合物的凝结时间，减少回弹，提高早期强度，满足特殊工程的施工要求。

我国目前大多数使用碱性粉状速凝剂，其主要成分为硅酸钠、铝酸钠和碳酸钠等。虽然能满足混凝土速凝的指标要求，但其存在很多缺陷，例如腐蚀性强、严重影响混凝土的后期强度和耐久性、料浆的粘聚性差从而导致喷射混凝土的回弹量增加，粉尘污染大。

为了充分利用速凝剂在喷射混凝土中的速凝优势，科研人员进行了很多研究工作。中国建筑材料科学研究总院专利CN201110112424公开了以硫酸铝为主要速凝成分的无碱液体速凝剂，有机胺类作为增黏组分，提高喷射层厚度，降低回弹损失，但是该类速凝剂会引起后期强度的损失。西卡专利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％。韩国专利KB100623674B公开了一种以氟硅酸镁为主要速凝成分的速凝剂，由于氟硅酸镁有毒性，不利于大规模推广使用。

水泥水化的早期行为主要受C₃A反应影响，凝结和早期强度的发展主要取决于硅酸盐尤其是C₃S的水化程度。大量硫酸铝的应用对水泥水化有一定的促进作用，但同时引入三氧化硫使得水泥中三氧化硫的含量超标，硫酸盐类速凝剂掺量较高时，硫酸根离子的存在对混凝土的耐久性能产生不良影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决了上述无碱液体速凝剂的应用缺陷，而提供了一种无硫酸根离子、碱金属离子、氯离子以及其他腐蚀性物质的耐久性的无碱液体速凝剂，本发明的另一目的是提供上述耐久性的无碱液体速凝剂的制备方法；本发明还有一目的是提供上述无碱液体速凝剂的用途。

本发明的技术方案为：经研究发现，Al³⁺对水泥水化的加速凝结具有很好的促进作用，但氢氧化铝粉末的溶解性极差，在水溶液中呈现非离子形态，与其他复合物混溶有明显的分层现象，直接影响了其促凝效果。

研究发现，水泥凝结取决于水泥浆体内网状结构的形成，而硅溶胶表面结合了大量的羟基而形成硅醇键，具有很强的表面活性，容易凝胶团聚，利用硅烷偶联剂改性硅溶胶，使硅溶胶表面具有更强的分散性能和界面粘结状态，对水泥硬化浆体的抗压强度和抗折强度均有所提高。

研究者还发现，将有机醇胺与不饱和羧酸、酸酐复合改性后，可以有效地提高速凝剂的促凝和早强性能，以提高喷射混凝土与基体的粘结力，降低喷射过程中的回弹损失量。

本发明的具体技术方案为：一种耐久性的无碱液体速凝剂，其特征在于其原料组分及各组分占原料总量的质量百分比分别为：氢氧化铝溶胶：20％～28％；改性硅溶胶：10％～16％；改性醇胺：5％～9％；纤维素纤维：4％～6％；稳定剂：1％～3％；水：40％～60％。

优选上述稳定剂为乙二胺四乙酸、氨基三乙酸或柠檬酸中的一种。

本发明还提供了上述的无碱液体速凝剂的方法，其具体步骤如下：

(1)氢氧化铝溶胶的制备：将氨水滴加到氢氧化铝中，恒温水浴至氢氧化铝沉淀分散，得到稳定透明溶胶；其中氢氧化铝和氨水的质量百分量分别为10％～30％和70％～90％；

(2)改性硅溶胶的制备：将硅溶胶、硅烷偶联剂和水混合，升温搅拌制得；其中硅溶胶、硅烷偶联剂和水的质量百分量分别为1％～3％、20％～60％和37％～79％；

(3)改性醇胺的制备：将三乙醇胺与羟基乙酸按摩尔比为1:(1～3)在恒温水浴中反应制得；

(4)将步骤(1)、(2)及(3)中制备的产品中加入纤维素纤维和稳定剂，混合后在75～85℃下搅拌4～6h即得成品。

优选步骤(1)中氢氧化铝为氧化铝质量含量为60％～65％的工业无定形氢氧化铝；氨水的浓度为15～20mol/L；恒温水浴的温度为75～85℃；氨水滴加时间为30～60min。

优选步骤(2)中将硅溶胶中二氧化硅质量含量为27％～30％；硅烷偶联剂为12～18个C的硅烷偶联剂；升温至50～60℃搅拌2～3h。

优选步骤(3)中恒温水浴的温度为75℃～90℃，反应时间为2～3.5h。