[发明专利]一种无碱高强混凝土速凝剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种无碱高强混凝土速凝剂。

背景技术

混凝土速凝剂也称促凝剂,是一种能促进水泥或混凝土快速凝结的化学外加剂,在矿山井巷、隧道等工程锚喷支护,以及堵漏和抢修工程中得到广泛应用。速凝剂作为一种化工产品,其生产和使用可以追溯到20世纪30年代。速凝剂的诞生和使用使得喷射混凝土施工成为可能,对井巷锚喷支护技术的创立起到重要作用。衡量速凝剂好坏的性能指标主要包括速凝剂本身的物理化学性质和状态,速凝效果、早期强度、后期强度、体积稳定性、耐久性等使用性能,以及分散均匀性、扬尘和喷射回弹率等喷射作业特性。速凝剂种类繁多,根据速凝剂的性质和状态,大致可以分为碱性粉状、无碱粉状、碱性液态和无碱液态四大类国外速凝剂研究情况。

国外研制的速凝剂品种甚多,较早的速凝剂有日本的海德库斯、前西德的Isocrete、前苏联的澳矮斯、瑞士和西德等的Sigunite。这些速凝剂主要由铝酸盐、碳酸盐等组成,为碱性粉状速凝剂。它们虽然能满足施工中速凝的要求,但是混凝土强度很低,28d强度保留率一般只有65%左右。公认的原因之一是传统速凝剂中大量碱性物质的引入,20世纪70年代末期,国外开始研究无碱(低碱)速凝剂。

日本研制的无碱速凝剂较少,主要集中在低碱速凝剂的研究上。一般都是在碱金属铝酸盐、碳酸盐的基础上再加入一些其它无碱成分。Nitto化学工业有限公司采用碱金属硫酸盐或碳酸盐再加入一种水溶性铝盐或碳酸镁合成速凝剂。Hirose等研制的一种速凝剂,其成分为70%铝酸钙、25%铝酸钠和5%碳酸钠,其中碳酸钠和铝酸钠的粒度均小于149μm。该速凝剂掺量为7%时,水泥浆初凝时间为40s,终凝时间为4min,1d抗压强度为16MPa。近年来,日本在速凝剂方面的研究仍以低碱速凝剂为主。美国及欧洲各国使用钙盐和铝盐代替碱金属盐来研制和生产无碱速凝剂,早期使用的CaCl2就是其中的一例。但Cl- 的引入会引起混凝土中的钢筋锈蚀,所以CaCl2现已不再用作喷射混凝土速凝剂。Harald使用一种改性硝酸钙做速凝剂,成分为xNH4NO3yCa(NO3)2zH2O。其中硫酸盐合成速凝剂。当速凝剂成分为50份的碱性硫酸铝和50份的Al2(SO4)3·6H2O,以水泥重量的6%掺入时,水泥浆初凝时间为9min,终凝时间为18min。以30%的铝酸钙、40%的碱性硫酸铝和30%的Al2(SO4)3·6H2O为配料的速凝剂,掺量为4.1%时,水泥砂浆1d抗压强度大于15MPa,28d抗压强度为38.3MPa。实践证明,无碱(低碱)速凝剂确实能大大减少混凝土后期强度损失。但是,施工中往往存在速凝剂对水泥种类适应性差、料浆和易性差、扬尘和回弹大等问题。

在无机速凝剂中添加少量有机物质,能显著改善喷射混凝土拌合料的粘聚性,提高喷射混凝土与基体的粘着力,增加一次喷射厚度;也可减小施工水灰比,提高早期和后期强度;有的还可扼制施工过程中的扬尘,或减少回弹。能与无机速凝成分复合使用的有机物很多,如二乙醇胺、链烷醇胺、有机减水剂、羧酸等。日本曾使用含氧羧酸与无机物质制备有机无机复合型速凝剂。Terashima等将含氧羧酸加入到含有铝酸钙、石膏、碱金属铝酸盐和碱金属碳酸盐的无机速凝基料中,得到一种有机无机复合型速凝剂。使用该速凝剂的优点是喷射混凝土施工中粉尘小。此外,日本还专门研制多种回弹抑制剂,将抑制剂和无机速凝成分联合使用,能大大减少施工中的回弹量。美国及欧洲各国研制了多种有机无机复合速凝剂。Sommer等使用水溶性的含铝盐氟化物与配位剂、胺、增粘剂一起作为速凝剂。据称这种速凝剂与含碱速凝剂相比,抗压强度发展快;与市面上以硫酸铝和有机酸为基础的无碱速凝剂相比,后期不会形成钙矾石而引起混凝土开裂。配料如果为水55%、氢氧化铝12%、氢氟酸25%、配位剂0.5%、胺7.5%,掺量为6%时,水泥浆初凝时间为6min,终凝时间为20min。Sommer等人还使用含氟的铝盐和含铝盐的硫酸盐研制速凝剂。含氟的铝盐由Al(OH)3或Al2O3与HF反应而得,其中就添加了胺(烷美国及欧洲各国还采用硝基乙醇、二乙醇胺、乙二醇、氨基酸的衍生物等有机物与无机速凝成分联合使用,制备有机无机复合速凝剂。有机无机复合速凝剂确实解决了无机速凝剂存在的诸多问题。如增加了水泥浆的粘聚性使施工中回弹量大大减少,粉尘浓度大幅度降低。但这种速凝剂大多数属于粉状速凝剂,施工中容易产生速凝剂在混凝土拌合料中分散不均匀,进而引起混凝土质量波动问题。