本發明涉及一種高性能液體速凝劑組合物及其制備方法。
背景技術：
：噴射混凝土技術是根據噴射水泥砂漿原理發展起來的，與普通混凝土相比較，噴射混凝土具有凝結速度快和早期強度高等優點，作業方式靈活，適用于井下、隧道等特殊環境下施工作業。速凝劑應用技術在噴射混凝土實施過程中起到至關重要的作用，是噴射混凝土施工法中不可缺少的添加劑，其性能的優劣直接影響到噴射混凝土的噴射質量和使用性能。速凝劑不但可以加速水泥水化硬化，在很短的時間內形成足夠的強度，而且可以增加噴射混凝土一次噴層厚度，縮短兩次噴覆之間的時間間隔，從而保證特殊施工的要求。20世紀30年代，國外就開始研究和在工程施工中應用速凝劑，最早投入工程的是以硅酸鈉為主要原材的無味液體。后來，國外又相繼出現了多種以堿金屬的鋁酸鹽、碳酸鹽為主要成分的速凝劑，這些速凝劑統稱為傳統堿性速凝劑，施工過程中對人體的皮膚有腐蝕傷害作用，促凝效果一般，而且多數含有堿、氯成份，影響混凝土的耐久性等性能。這類產品雖能滿足施工中對混凝土的促凝要求,但是摻加該類速凝劑的混凝土后期強度損失非常嚴重，主要原因是傳統堿性速凝劑堿含量高，摻加入噴射混凝土后使水泥在水化初期形成疏松的鋁酸鹽水化物結構，造成混凝土極易發生堿-骨料反應，對其后期強度的發揮非常不利。近二十年來，國內外開始使用鈣鹽和鋁鹽來代替硅酸鹽和碳酸鹽等堿金屬鹽來研制并生產無堿（低堿）速凝劑，摻加無堿（低堿）速凝劑后，速凝效果顯著的同時亦能顯著提高噴射混凝土的早期強度和減小其后期強度損失，且能提高混凝土的剪切強度和抗滲能力以及混凝土與鋼筋的粘結力。但這類速凝劑產量大，容易分層沉淀，且對不同種類水泥的適應性問題、漿體的和易性很差。如何結合工程實際情況，因地制宜、合理選材、對速凝劑進行改性、優化噴射混凝土的組成設計是保證噴射混凝土質量的重要因素，是目前亟需解決的重要課題。技術實現要素：本發明針對目前噴射混凝土回彈大、耐久性能差的現狀，通過化學改性，采用有機無機復合的技術手段，提供一種無堿、無氯、無毒、無味、無刺激，兼具速凝、低腐蝕、高強度的高性能液體速凝劑及其制備方法。本發明通過下述技術方案實現：一種高性能液體速凝劑組合物，所述組合物由下列重量百分比的原料組成：40～60%的無機鹽、10～30%的流變劑、5～10%的多元醇、1～5%的無機酸、1～5%的絮凝劑、0.5～1%的消泡劑、余量為水；其中，上述各原料的重量百分比之和為100%。具體地，所述組合物包括以下七種方案：方案一：無機鹽50%、流變劑20%、多元醇8%、無機酸3%、絮凝劑5%、消泡劑1%、水13%；方案二：無機鹽43%、流變劑22%、多元醇6%、無機酸2%、絮凝劑2%、消泡劑0.5%、水24.5%；方案三：無機鹽41%、流變劑30%、多元醇5%、無機酸5%、絮凝劑3%、消泡劑0.8%、水15.2%；方案四：無機鹽47%、流變劑25%、多元醇10%、無機酸4%、絮凝劑1%、消泡劑1%、水12%；方案五：無機鹽53%、流變劑27%、多元醇7%、無機酸1%、絮凝劑4%、消泡劑0.7%、水7.3%；方案六：無機鹽55%、流變劑18%、多元醇9%、無機酸3%、絮凝劑2%、消泡劑0.9%、水12.1%；方案七：無機鹽58%、流變劑14%、多元醇8%、無機酸2%、絮凝劑5%、消泡劑0.5%、水12.5%。具體地，所述無機鹽選自硫酸鋁、硝酸鋁、硫酸鈣、硝酸鈣、硫酸鐵、硝酸鐵、氟化鈉中的一種或多種。所屬無機鹽中的陰離子與水泥水化過程中產生的鈣離子反應，使C3S表面難以形成雙電層結構，從而使C3S的誘導期縮短甚至消失，進而縮短水泥的凝結時間，提高了水泥砂漿的早期強度，起到迅速縮短水泥初凝、終凝的作用。具體地，所述流變劑選自羥基羧酸、萘磺酸甲醛縮合物、磺化三聚氰胺甲醛樹脂、芳香族氨基磺酸鹽聚合物、脂肪族羥基磺酸鹽聚合物、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、木質素磺酸鎂、羥基聚醚中的一種或多種。流變劑的主要作用是促進無機離子與有機基團或官能團的配位結合，從而增加無機離子的穩定性。具體地，所述多元醇選自乙二醇、丙二醇、丙三醇、異丙醇、季戊四醇中的一種或多種。多元醇的主要作用是作為無機鹽的共溶劑促進形成穩定的分散液，提高原料溶解性及產品穩定性。具體地，所述無機酸選磷酸、氫氟酸、硫酸、高錳酸、過氧酸、硼酸中的一種或多種。無機酸的主要作用是為調節速凝劑PH值為酸性，防止速凝劑分層或析晶，達到延長其保質期的目的。具體地，所述絮凝劑選自陰離子聚丙烯酰胺、非離子聚丙烯酰胺、兩性離子聚丙烯酰胺、超高分子量聚丙烯酰胺中的一種或多種。絮凝劑水解后對電解質有很好的相容性，可以很好的吸附在水泥漿體顆粒表面，從而產生橋聯效益，增稠速凝劑，以此提高噴射混凝土的粘度從而抑制噴射混凝土的回彈、增加噴射混凝土一次噴射厚度，達到節約材料、提高經濟效益的目的。具體地，所述消泡劑選自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一種或多種。消泡劑的目的是降低表面張力，消除速凝劑加工過程中的有害氣泡。一種高性能液體速凝劑組合物的制備方法，包括以下步驟：在混料釜中加入水，然后加入無機鹽，在95～105℃的條件下充分溶解攪拌2～4小時，然后加入多元醇、絮凝劑、消泡劑，再攪拌1～1.5小時，再加入無機酸攪拌均勻，冷卻至常溫，即得液體絮凝劑。本發明可用于礦山巷道、交通隧道、水工隧道、地下鐵道及各類用途的洞室（地下電站、倉庫等）的噴射混凝土的支護襯砌工程；也可用于邊坡、基坑、水庫、堤岸渠道、水池等工程的巖石、護壁工程；還可用于橋梁、海堤、大壩、碼頭及房屋建筑的加固修復工程，以及各類結構的防腐、防水、封漏等防護工程。實際應用方法如下：將高性能液體速凝劑摻入混凝土配制成噴射混凝土或砂漿，均勻的噴涂即可。下面舉例說明：本發明在噴射混凝土、砂漿中的使用方法：①使用前，根據技術要求，應在工程實驗室驗證本發明的高性能液體速凝劑與水泥、骨料的適用性，確定最佳摻量值；②工程應用時，將該材料加入到噴射機的速凝劑料倉內；③根據實驗室確定的速凝劑摻量，調整噴射機的相關控制參數，將速凝劑摻入噴射混凝土中；④噴射時，噴射機槍與基面保持一定角度。本發明具有以下優點及有益效果：（1）本發明的高性能液體速凝劑具有摻量低、無堿、無氯、儲存穩定性好、無結晶沉淀、粘度低、后期無強度損失等優點，克服了現有液體速凝劑容易分層沉淀、粘度大和腐蝕性強等缺點。（2）本發明在生產過程中無污染，克服了粉狀速凝劑和有堿速凝劑對生產工人的健康損害。（3）用本發明的液體速凝劑配制的噴射混凝土回彈率小、噴射混凝土抗滲性耐久性較好，節省原材料的消耗，增強噴射混凝土的抗滲性和耐久性。（4）使用本發明的液體速凝劑配制噴射混凝土時，可以摻入高達30%的摻合料，不但降低噴射混凝土的成本，還降低了水泥的用量，間接的改善了環境污染。（5）使用本發明的無堿液體速凝劑配制噴射混凝土時，摻量范圍為0.5-3%，技能達到預期技術指標，遠低于現有各類速凝劑6-10%的摻量。（6）本發明與現有速凝劑和傳統粉狀速凝劑相比，具有明顯的技術和經濟優勢。具體實施方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的實施方式并不限于此。實施例1以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水235kg、硫酸鋁450kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入190kg羥基聚醚、55kg丙二醇、40kg陰離子聚丙烯酰胺、10kg乳化硅油，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入20kg硫酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例2以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水365kg、硫酸鋁310kg、硫酸鈣130kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入110kg羥基聚醚、60kg乙二醇、10kg超高分子量聚丙烯酰胺、5kg乳化硅油，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入10kg硫酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例3以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水130kg、硝酸鈣500kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入200kg羥基羧酸、80kg丙三醇、50kg非離子聚丙烯酰胺、10kg聚氧丙烯甘油醚，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入30kg高錳酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例4以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水245kg、硝酸鐵430kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入220kg木質素磺酸鈣、60kg異丙醇、20kg兩性離子聚丙烯酰胺、5kg聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入20kg磷酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例5以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水152kg、氟化鈉410kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入300kg磺化三聚氰胺甲醛樹脂、50kg季戊四醇、30kg非離子聚丙烯酰胺、8kg聚二甲基硅氧烷，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入50kg硼酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例6以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水120kg、硝酸鋁200kg、硫酸鈣270kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入120kg木質素磺酸鈣、130kg木質素磺酸鈉、50kg乙二醇、50kg丙二醇、10kg陰離子超高分子量聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺、5kg乳化硅油、5kg高碳醇脂肪酸酯復合物，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入40kg過氧酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例7以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水73kg、硝酸鈣200kg、硫酸鐵330kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入270kg磺化三聚氰胺甲醛樹脂、70kg異丙醇、40kg陰離子聚丙烯酰胺、7kg聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入10kg硫酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例8以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水121kg、硝酸鐵200kg、氟化鈉350kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入80kg萘磺酸甲醛縮合物、100kg磺化三聚氰胺甲醛樹脂、40kg丙三醇、50異丙醇、20kg非離子聚丙烯酰胺、9kg聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入30kg磷酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。實施例9以制備1000kg產品為例制備高性能液體速凝劑組合物產品，其配比按照重量計，在混料罐中投入自來水125kg、硝酸鈣580kg，在95～105℃的條件下攪拌2～4小時直至充分溶劑；然后依次加入140kg木質素磺酸鎂、80kg異丙醇、50kg兩性離子聚丙烯酰胺、5kg高碳醇脂肪酸酯復合物，攪拌1～1.5小時，過程中溫度維持在95～105℃；再加入20kg硼酸，攪拌20～40min，使其混合均勻后冷卻至常溫，停機，即得本發明的高性能液體速凝劑產品。本發明產品的性能指標如下：高性能液體速凝劑組合物的檢測項目和技術要求,分為勻質性指標和物理性能指標，檢測項和技術指標見表1和表2。表1產品的勻質性指標檢測項和技術指標檢測項目單位指標外觀/均勻液體，微黃色密度g/cm31.20±0.05含固量m3≥40pH/2±1堿含量%≤0.1Cl-%≤0.01氣味/無表2物理性能檢測項和技術指標由上表可知，本發明的產品具有無堿、無氯、無毒、無味、無刺激，兼具速凝、低腐蝕、高強度等優點。應當說明的是，以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍中。當前第1頁1 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