一種耐久性的無堿液體速凝劑及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種耐久性的無堿液體速凝劑及其制備方法，由如下質量百分含量的組分制備而成：氫氧化鋁溶膠：20％～28％；改性硅溶膠：10％～16％；改性醇胺：5％～9％；纖維素纖維：4％～6％；穩定劑：1％～3％；水：40％～60％。具體包括如下步驟：(1)氫氧化鋁溶膠的制備；(2)改性硅溶膠的制備；(3)改性醇胺的制備；(4)加增強纖維和穩定劑和水，75～85℃下攪拌4～6h即得成品。本發明不含有硫酸根離子、堿金屬離子、氯離子以及其他腐蝕性物質，制備得穩定的溶液體系，常溫儲存6個月以上無分層現象，成本低廉且后期強度幾乎無損失，應用于噴射混凝土施工中，對提高混凝土的耐久性能有積極作用。
【專利說明】一種耐久性的無堿液體速凝劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種無堿液體速凝劑及其制備方法，具體涉及一種無硫酸根離子、堿 金屬離子、氯離子以及其他腐蝕性物質的耐久性的無堿液體速凝劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 速凝劑是噴射混凝土中必不可少的一種外加劑組分，其主要目的在于加快混凝土 拌合物的凝結時間，減少回彈，提高早期強度，滿足特殊工程的施工要求。
[0003] 我國目前大多數使用堿性粉狀速凝劑，其主要成分為硅酸鈉、鋁酸鈉和碳酸鈉等。 雖然能滿足混凝土速凝的指標要求，但其存在很多缺陷，例如腐蝕性強、嚴重影響混凝土的 后期強度和耐久性、料漿的粘聚性差從而導致噴射混凝土的回彈量增加，粉塵污染大。
[0004] 為了充分利用速凝劑在噴射混凝土中的速凝優勢，科研人員進行了很多研宄工 作。中國建筑材料科學研宄總院專利CN201110112424公開了以硫酸鋁為主要速凝成分的 無堿液體速凝劑，有機胺類作為增黏組分，提高噴射層厚度，降低回彈損失，但是該類速凝 劑會引起后期強度的損失。西卡專利US2002035952A1公開了一種無堿液體速凝劑的制備 方法，使用40%濃度的氫氟酸溶解硫酸鋁和氫氧化鋁，并加入有機胺4. 5?7. 5%，其中硫 酸鋁的含量為20?40%，氫氧化鋁含量為10%。韓國專利KB100623674B公開了一種以氟 硅酸鎂為主要速凝成分的速凝劑，由于氟硅酸鎂有毒性，不利于大規模推廣使用。
[0005] 水泥水化的早期行為主要受C3A反應影響，凝結和早期強度的發展主要取決于硅 酸鹽尤其是C 3S的水化程度。大量硫酸鋁的應用對水泥水化有一定的促進作用，但同時引 入三氧化硫使得水泥中三氧化硫的含量超標，硫酸鹽類速凝劑摻量較高時，硫酸根離子的 存在對混凝土的耐久性能產生不良影響。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了解決了上述無堿液體速凝劑的應用缺陷，而提供了一種無硫 酸根離子、堿金屬離子、氯離子以及其他腐蝕性物質的耐久性的無堿液體速凝劑，本發明的 另一目的是提供上述耐久性的無堿液體速凝劑的制備方法；本發明還有一目的是提供上述 無堿液體速凝劑的用途。
[0007] 本發明的技術方案為：經研宄發現，Al3+對水泥水化的加速凝結具有很好的促進 作用，但氫氧化鋁粉末的溶解性極差，在水溶液中呈現非離子形態，與其他復合物混溶有明 顯的分層現象，直接影響了其促凝效果。
[0008] 研宄發現，水泥凝結取決于水泥漿體內網狀結構的形成，而硅溶膠表面結合了大 量的羥基而形成硅醇鍵，具有很強的表面活性，容易凝膠團聚，利用硅烷偶聯劑改性硅溶 膠，使硅溶膠表面具有更強的分散性能和界面粘結狀態，對水泥硬化漿體的抗壓強度和抗 折強度均有所提高。
[0009] 研宄者還發現，將有機醇胺與不飽和羧酸、酸酐復合改性后，可以有效地提高速凝 劑的促凝和早強性能，以提高噴射混凝土與基體的粘結力，降低噴射過程中的回彈損失量。
[0010] 本發明的具體技術方案為：一種耐久性的無堿液體速凝劑，其特征在于其原料組 分及各組分占原料總量的質量百分比分別為：氫氧化鋁溶膠：20%?28% ;改性硅溶膠： 10%?16% ;改性醇胺：5%?9% ;纖維素纖維：4%?6% ;穩定劑：1%?3% ;水：40%? 60%〇
[0011] 優選上述穩定劑為乙二胺四乙酸、氨基三乙酸或檸檬酸中的一種。
[0012] 本發明還提供了上述的無堿液體速凝劑的方法，其具體步驟如下：
[0013] (1)氫氧化鋁溶膠的制備：將氨水滴加到氫氧化鋁中，恒溫水浴至氫氧化鋁沉淀 分散，得到穩定透明溶膠；其中氫氧化鋁和氨水的質量百分量分別為10%?30%和70%? 90% ；
[0014] (2)改性硅溶膠的制備：將硅溶膠、硅烷偶聯劑和水混合，升溫攪拌制得；其中硅 溶膠、硅烷偶聯劑和水的質量百分量分別為1%?3%、20%?60%和37%?79% ;
[0015] (3)改性醇胺的制備：將三乙醇胺與羥基乙酸按摩爾比為I: (1?3)在恒溫水浴 中反應制得；
[0016] (4)將步驟（1)、⑵及（3)中制備的產品中加入纖維素纖維和穩定劑，混合后在 75?85°C下攪拌4?6h即得成品。
[0017] 優選步驟（1)中氫氧化鋁為氧化鋁質量含量為60%?65%的工業無定形氫氧 化鋁；氨水的濃度為15?20mol/L ;恒溫水浴的溫度為75?85°C ;氨水滴加時間為30? 60min〇
[0018] 優選步驟（2)中將硅溶膠中二氧化硅質量含量為27%?30%;硅烷偶聯劑為12? 18個C的硅烷偶聯劑；升溫至50?60°C攪拌2?3h。
[0019] 優選步驟（3)中恒溫水浴的溫度為75°C?90°C，反應時間為2?3. 5h。
[0020] 本發明還提供了上述的耐久性的無堿液體速凝劑在噴射混凝土中的應用。將無堿 液體速凝劑按照水泥質量的4?6% (優選5%?6%)加入到拌合物中用于噴射混凝土施 工。
[0021] 有益效果：
[0022] (1)具有穩定的溶液體系，常溫儲存6個月以上無分層現象；
[0023] (2))按照JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》的實驗條件，本發明的無堿液體速 凝劑在較低的摻量下（5%?6% )即能夠使水泥在3min內初凝，在8min內終凝；
[0024] (3)按照JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》的實驗條件，采用本發明制備的無堿 液體速凝劑能夠是水泥砂漿的Id強度大于18MPa，28d強度基本無損失；
[0025] (4)本發明專利所提供的噴射混凝土用無堿液體速凝劑不含有硫酸根離子、堿金 屬離子、氯離子以及其他腐蝕性物質并且摻入纖維素纖維，對混凝土耐久性能起到積極作 用。
【具體實施方式】 [0026] 實施例L
[0027] (1)改性氫氧化鋁溶膠制備
[0028] 在30(^氧化鋁含量63.5%的無定形氫氧化鋁中滴加15111〇1/1的濃氨水70(^，滴 加時間35min，80°C水浴恒溫直至將氫氧化鋁沉淀分散，得到穩定透明氫氧化鋁溶膠。
[0029] (2)改性硅溶膠的制備
[0030] 將2g二氧化硅含量為27%的硅溶膠與40g 12個C的硅烷偶聯劑混合在158g的 水溶液中，60°C恒溫水浴中攪拌2h，配制成改性硅溶膠溶液；
[0031] (3)改性醇胺的制備
[0032] 將IOOg三乙醇胺與50. 3g羥基乙酸（三乙醇胺與羥基乙酸的摩爾比為1:1)
[0033] 在75°C恒溫水浴中反應3h，冷卻得到改性醇胺。
[0034] (4)按以下各組分依次加入進行在混合、75°C攪拌6h :
[0035] 改性氫氧化鋁溶膠：270g
[0036] 改性硅溶膠：140g
[0037] 改性醇胺：90g
[0038] 纖維素纖維：50g
[0039] 乙二胺四乙酸：30g
[0040] 水：420g
[0041] 制備實施例2.
[0042] (1)改性氫氧化鋁溶膠制備
[0043] 在20(^氧化鋁含量65%的無定形氫氧化鋁中滴加18111〇1/1的濃氨水80(^，滴加 時間45min，85°C水浴恒溫直至將氫氧化鋁沉淀分散，得到穩定透明氫氧化鋁溶膠。
[0044] (2)改性硅溶膠的制備
[0045] 將4g二氧化硅含量為28 %的硅溶膠與80g 12個C的硅烷偶聯劑混合在116g的 水溶液中，55°C恒溫水浴中攪拌2h，配制成改性硅溶膠溶液；
[0046] (3)改性醇胺的制備
[0047] 將50g三乙醇胺與50. 3g羥基乙酸（三乙醇胺與羥基乙酸的摩爾比為1:2)在
[0048] 80 °C恒溫水浴中反應2. 5h，冷卻得到改性醇胺。
[0049] (4)按以下各組分依次加入進行混合、85°C攪拌5h :
[0050] 改性氫氧化鋁溶膠：200g
[0051] 改性硅溶膠：IOOg
[0052] 改性醇胺：50g
[0053] 纖維素纖維：40g
[0054] 氨基三乙酸：IOg
[0055] 水：600g
[0056] 制備實施例3.
[0057] (1)改性氫氧化鋁溶膠制備
[0058] 在10(^氧化鋁含量60%的無定形氫氧化鋁中，滴加20111〇1/1的濃氨水90(^，滴加 時間60min，85°C水浴恒溫直至將氫氧化鋁沉淀分散，得到穩定透明氫氧化鋁溶膠。
[0059] (2)改性硅溶膠的制備
[0060] 將6g二氧化硅含量為27%的硅溶膠與120g 18個C的硅烷偶聯劑混合在74g的 水溶液中，60°C恒溫水浴中攪拌3h，配制成改性硅溶膠溶液；
[0061] (3)改性醇胺的制備
[0062] 將50g三乙醇胺與75. 5g羥基乙酸（三乙醇胺與羥基乙酸的摩爾比為1:3)在
[0063] 75 °C恒溫水浴中反應3h，冷卻得到改性醇胺。
[0064] (4)按以下各組分依次加入進行混合、85°C攪拌4h :
[0065] 改性氫氧化鋁溶膠：230g
[0066] 改性硅溶膠：120g
[0067] 改性醇胺：70g
[0068] 纖維素纖維：60g
[0069] 檸檬酸：20g
[0070] 水：500g
[0071] 對照實施例1
[0072] 按以下各組分依次加入進行混合、攪拌：
[0073] 無定形氫氧化鋁溶膠：260g
[0074] 改性硅溶膠：IlOg
[0075] 改性醇胺：60g
[0076] 纖維素纖維：50g
[0077] 乙二胺四乙酸：20g
[0078] 水：500g
[0079] 對照實施例2
[0080] 按以下各組分依次加入進行混合、攪拌：
[0081] 改性氫氧化鋁溶膠：200g
[0082] 硅溶膠：160g
[0083] 改性三乙醇胺：80g
[0084] 纖維素纖維：40g
[0085] 氨基三乙酸：30g
[0086] 水：490g
[0087] 對照實施例3
[0088] 按以下各組分依次加入進行混合、攪拌：
[0089] 改性氫氧化鋁溶膠：280g
[0090] 改性硅溶膠：150g
[0091] 三乙醇胺：90g
[0092] 纖維素纖維：40g [0093]檸檬酸：10g
[0094] 水：430g
[0095] 應用實例1
[0096] 水泥凈漿凝結時間測試
[0097] 基準水泥400g
[0098] 水 160g
[0099] 砂漿組合物由以下材料組成：
[0100] 基準水泥900g
[0101] 標準砂 1350g
[0102] 水 450g
[0103] 以上水均包含速凝劑中的水。將速凝劑按照水泥重量的5%和6%加入到水泥漿 體中。按照中國建材行業標準JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》的要求進行水泥凈漿凝 結時間和水泥膠砂強度試驗。試驗結果見表1.
[0104] 表1.試驗結果
【權利要求】
1. 一種耐久性的無堿液體速凝劑，其特征在于其原料組分及各組分占原料總量的質量 百分比分別為： 氫氧化鋁溶膠：20%?28% ;改性硅溶膠：10%?16% ;改性醇胺：5%?9% ;纖維素 纖維：4%?6% ;穩定劑：1 %?3% ;水：40%?60%。
2. 如權利要求1所述的無堿液體速凝劑，其特征在于所述穩定劑為乙二胺四乙酸、氨 基三乙酸或梓檬酸中的一種。
3. -種制備如權利要求1所述的無堿液體速凝劑的方法，其具體步驟如下： (1) 氫氧化鋁溶膠的制備：將氨水滴加到氫氧化鋁中，恒溫水浴至氫氧化鋁沉淀分散， 得到穩定透明溶膠；其中氫氧化鋁和氨水的質量百分量分別為10%?30%和70%?90%; (2) 改性硅溶膠的制備：將硅溶膠、硅烷偶聯劑和水混合，升溫攪拌制得；其中硅溶膠、 硅烷偶聯劑和水的質量百分量分別為1 %?3%、20%?60%和37%?79% ; (3) 改性醇胺的制備：將三乙醇胺與羥基乙酸按摩爾比為1: (1?3)在恒溫水浴中反 應制得； (4) 將步驟（1)、（2)及（3)中制備的產品中加入纖維素纖維和穩定劑，混合后在75? 85°C下攪拌4?6h即得成品。
4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟（1)中氫氧化鋁為氧化鋁質量含量為 60%?65%的工業無定形氫氧化鋁；氨水的濃度為15?20mol/L ;恒溫水浴的溫度為75? 85°C ;氨水滴加時間為30?60min。
5. 如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟（2)中將硅溶膠中二氧化硅質量含量為 27 %?30% ;硅烷偶聯劑為12?18個C的硅烷偶聯劑；升溫至50?60°C攪拌2?3h。
6. 如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟（3)中恒溫水浴的溫度為75°C?90°C， 反應時間為2?3. 5h。
7. -種如權利要求1所述的耐久性的無堿液體速凝劑在噴射混凝土中的應用。
8. 如權利要求7所述的應用，其特征在于將無堿液體速凝劑按照水泥質量的4?6% 加入到拌合物中用于噴射混凝土施工。
【文檔編號】C04B24/12GK104446090SQ201410742161
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】仇影, 丁蓓 申請人:江蘇奧萊特新材料有限公司