CN107986669A - 液体无碱速凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体无碱速凝剂及其制备方法，属一种建筑材料辅助剂，所述的速凝剂包括以重量百分比计的硫酸铝30％至70％，含氟镁盐5％至20％，偏铝酸钠0至4％，链烷醇胺0至10％，多元醇0至10％，水20％至50％。通过上述成分复配的液体无碱速凝剂碱含量小于1％，凝结时间满足国家相关标准要求，1天强度较高，28天强度无损失，并且生产工艺简单，整个生产过程不用加热，无需能源消耗，利于产品的生产与推广，并且速凝剂不含任何剧毒和危险原料，呈弱酸性，pH在4‑6之间，对皮肤几乎没有腐蚀，对生产区域的周边环境影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料辅助剂，更具体的说，本发明主要涉及一种液体无碱速凝剂及其制备方法。
背景技术
随着湿喷技术的发展，市场对液体速凝剂的需求越来越大，喷射混凝土主要用于支护工程，为了满足支护结构要求，喷射混凝土必须快速硬化，在短时间内达到初凝和终凝，速凝剂是掺入混凝土中能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，它的作用是增大水泥的水化速度，使混凝土在很短的时间内形成足够的强度，以保证支护工程的施工要求。现在国内喷射混凝土施工大量采用液体碱性速凝剂，它的前期强度较高，但后期强度损失严重，可能对工程的安全造成隐患。碱性速凝剂一般有很高的碱含量，在施工时，碱性速凝剂不仅污染环境，对人体也有很强的腐蚀性，时刻威胁工人的身体健康，特别是溅射到人眼可以导致失明。针对碱性速凝剂的这些问题，国内很多研究人员已经着手研究不含碱的速凝剂，即无碱速凝剂。无碱速凝剂一般呈弱酸性，对皮肤腐蚀性大大降低，在环保观念日益加强的今天，无碱速凝剂逐步取代碱性速凝剂是大势所趋，西方欧美国家已经完全淘汰碱性速凝剂，还有很多国家也在正在大力推广使用无碱速凝剂。但是从现在申请的大量无碱速凝剂相关的专利来看，还是存在很大的问题：一是使用剧毒或高腐蚀性物质，例如公开号为CN105503016的中国发明专利中的无碱速凝剂使用了三氟乙酸(剧毒物质，有很大的危险性)；又如公开号为CN105000820、CN102219425及CN104193211中国发明专利中的无碱速凝剂均使用了氢氟酸。其中三氟乙酸属剧毒物质，有很大的危险性，氢氟酸属挥发性、剧烈刺激性气味的腐蚀性液体，吸入其蒸汽和和接触都会对皮肤造成难以愈合的灼伤，并且对环境危害较大。二是相关性能指标不满足要求，如公开号为CN102173630的专利中的无碱速凝剂凝结性能达标，1天强度非常低，无法满足国家相关标准要求；公开号为CN106830803的专利中的无碱速凝剂原料中加入的氟化钠的量已经使其碱含量大于1％，不符合无碱速凝剂碱含量要求。三是价格昂贵难以推广，如公开号为CN105271867及CN106587704均采用了氢氧化铝凝胶，原材价格非常昂贵，产品价格较高。四是必须进行工厂化加热制备，除增加能源消耗外，现场生产较难推广，长距离运输及包装等沉没成本无法避免。因此有必要针对现有的无碱速凝剂的成分及制备方法做进一步的研究和改进。
发明内容
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种液体无碱速凝剂及其制备方法，以期望解决现有技术中同类速凝剂易灼伤皮肤，且对环境危害较大，原材料价格昂贵，且制备时需加热制备，现场生产较难推广等技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种液体无碱速凝剂，所述的速凝剂包括以重量百分比计的硫酸铝30％至70％，含氟镁盐5％至20％，偏铝酸钠0至4％，链烷醇胺0至10％，多元醇0至10％，水20％至50％。
作为优选，进一步的技术方案是：所述硫酸铝为工业硫酸铝或无铁硫酸铝，其中Al2O3含量大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量小于或等于硫酸铝总重量的0.5％。
更进一步的技术方案是：所述含氟镁盐为氟硅酸镁与氟化镁当中的任意一种或两者的混合物。
更进一步的技术方案是：所述偏铝酸钠为工业级固体偏铝酸钠或液体偏铝酸钠，所述液体偏铝酸钠的浓度为40％至60％。
更进一步的技术方案是：所述链烷醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺与三异丙醇胺当中的任意一种或多种的混合物。
更进一步的技术方案是：所述多元醇为乙二醇、丙三醇与聚乙二醇当中的任意一种或多种的混合物。
本发明另一方面提供了一种上述液体无碱速凝剂的制备方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤A、称取适宜量的硫酸铝、含氟镁盐、偏铝酸钠、链烷醇胺、多元醇与水，备用；
步骤B、将水加入反应容器中，再将偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将含氟镁盐加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入硫酸铝，继续搅拌至硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤C、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入链烷醇胺与多元醇，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
作为优选，进一步的技术方案是：所述硫酸铝为工业硫酸铝或无铁硫酸铝，其中Al2O3含量大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量小于或等于硫酸铝总重量的0.5％；含氟镁盐为氟硅酸镁与氟化镁当中的任意一种或两者的混合物。
更进一步的技术方案是：所述偏铝酸钠为工业级固体偏铝酸钠或液体偏铝酸钠，所述液体偏铝酸钠的浓度为40％至60％；所述链烷醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺与三异丙醇胺当中的任意一种或多种的混合物。
更进一步的技术方案是：所述多元醇为乙二醇、丙三醇与聚乙二醇当中的任意一种或多种的混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过上述成分合成的液体无碱速凝剂碱含量小于1％，凝结时间满足国家相关标准要求，1天强度较高，28天强度无损失，并且生产工艺简单，整个生产过程不用加热，能源消耗较低，利于产品的生产与推广，并且速凝剂不含任何剧毒和危险原料，呈弱酸性，pH在4-6之间，对皮肤几乎没有腐蚀，对生产区域的周边环境影响较小，同时本发明所提供的一种液体无碱速凝剂成分简单，生产工艺简便，适于在各类地区实施，应用范围广阔。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
本实施例为一种液体无碱速凝剂，液体无碱速凝剂制备的总重量为500g，称取325g的无铁硫酸铝，75g的氟化镁(即含氟镁盐)，5g的固体偏铝酸钠，25g的二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺混合物(即链烷醇胺)，30g的乙二醇、丙三醇、聚乙二醇混合物(即多元醇)，余量是水；按照如下步骤进行制备：
步骤S11、将水加入反应容器中，再将固体偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将氟化镁加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入无铁硫酸铝，继续搅拌至无铁硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤S12、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺混合物，以及与乙二醇、丙三醇、聚乙二醇混合物，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
在本实施例中，硫酸铝可以和水泥中的石膏反应，短时间内，Aft晶体大量形成，整体析出及相互搭接，导致水泥浆体凝结加速。Aft空间网络的形成，使得浆体迅速失去流动性，大量的水化硅酸钙凝胶填充子Aft空间网络周围，水泥石结构迅速致密，从而起到早强作用。
上述偏铝酸钠可以和硫酸铝在溶液中反应，生成的活性氢氧化铝可以和硫酸铝形成络合物，促凝效果大大优于单纯的硫酸铝，同时这种络合物溶解度比硫酸铝大很多，相当于增大了硫酸铝在水中的溶解度，提高了速凝剂的稳定性。
上述含氟镁盐在水中可以电离出氟离子，氟离子可以加速水泥水化产物的生成，氟硅酸镁可以降低溶液pH，促进硫酸铝和偏铝酸钠生成活性氢氧化铝，同时使含铝络合物能够充分的溶解。
上述链烷醇胺可以和硫酸铝反应生成络合物，提高硫酸铝溶解度，同时可以加速C3A的水化，加快凝结，另外，它可以显著提高混凝土的早期强度。而多元醇可以作为硫酸铝的共溶剂并且可以促进水泥的水化，但其含量不宜超过5％。正常情况下，本实施例中制备的速凝剂在-5℃至40℃的温度下可以稳定储存半年。
实施例2
本实施例为一种液体无碱速凝剂，液体无碱速凝剂制备的总重量为2kg，称取900g的工业硫酸铝，160g的氟硅酸镁，40g的液体偏铝酸钠，20g的三乙醇胺，40g的丙三醇，余量是水；前述的工业硫酸铝中的Al2O3含量应大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量应小于或等于硫酸铝总重量的0.5％，且前述的液体偏铝酸钠的浓度应控制在40％至60％之间，按照如下步骤进行制备：
步骤S21、将水加入反应容器中，再将液体偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将氟硅酸镁加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入工业硫酸铝，继续搅拌至工业硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤S22、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入三乙醇胺与丙三醇，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
实施例3
本实施例为一种液体无碱速凝剂，液体无碱速凝剂制备的总重量为5kg，称取2.9kg的工业硫酸铝，0.5kg的氟硅酸镁，0.1kg的固体偏铝酸钠，0.1kg的二乙醇胺，0.2kg的丙三醇，余量是水；前述的工业硫酸铝中的Al2O3含量应大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量应小于或等于硫酸铝总重量的0.5％，按照如下步骤进行制备：
步骤S31、将水加入反应容器中，再将固体偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将氟硅酸镁加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入工业硫酸铝，继续搅拌至工业硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤S32、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入二乙醇胺与丙三醇，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
实施例4
本实施例为一种液体无碱速凝剂，液体无碱速凝剂制备的总重量为10kg，称取3kg的无铁硫酸铝，2kg的氟化镁，0.1kg的固体偏铝酸钠，1kg的二乙醇胺与三乙醇胺的混合物，1kg的乙二醇与丙三醇的混合物，余量是水；前述的无铁硫酸铝中的Al2O3含量应大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量应小于或等于硫酸铝总重量的0.5％，按照如下步骤进行制备：
步骤S41、将水加入反应容器中，再将固体偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将氟化镁加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入无铁硫酸铝，继续搅拌至无铁硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤S42、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入二乙醇胺与三乙醇胺的混合物，以及与乙二醇与丙三醇的混合物，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
实施例5
本实施例为一种液体无碱速凝剂，液体无碱速凝剂制备的总重量为20kg，称取14kg的无铁硫酸铝，1kg的氟化镁，0.8kg的液体偏铝酸钠，0.4kg的三乙醇胺与三异丙醇胺的混合物，0.2kg的丙三醇与聚乙二醇的混合物，余量是水；前述的无铁硫酸铝中的Al2O3含量应大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量应小于或等于硫酸铝总重量的0.5％，且前述的液体偏铝酸钠的浓度应控制在40％至60％之间，按照如下步骤进行制备：
步骤S51、将水加入反应容器中，再将液体偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将氟化镁加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入无铁硫酸铝，继续搅拌至无铁硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤S52、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入三乙醇胺与三异丙醇胺的混合物，以及丙三醇与聚乙二醇的混合物，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
实施例6
本实施例为一种液体无碱速凝剂，液体无碱速凝剂制备的总重量为50kg，称取27.5kg的工业硫酸铝，2.5kg的氟化镁，0.75kg的固体偏铝酸钠，2kg的二乙醇胺，0.5kg的乙二醇，余量是水；前述的无铁硫酸铝中的Al2O3含量应大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量应小于或等于硫酸铝总重量的0.5％，按照如下步骤进行制备：
步骤S1、将水加入反应容器中，再将固体偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将氟化镁加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入工业硫酸铝，继续搅拌至工业硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤S2、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入二乙醇胺与乙二醇，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
发明人将本实施例1所制备的本发明高性能液体无碱速凝剂按照JGJT 372-2016《喷射混凝土应用技术规程》的要求，对不同品牌的水泥进行凝结时间和砂浆强度的检测，试验结果如表1所示：
表1
从表1可以看出，本发明高性能液体无碱速凝剂能够使不同品牌的水泥满足喷射混凝土的使用需求，凝结时间短，1天和28天都有很高的强度，具有良好的水泥适应性。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本说明书公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (10)
1.一种液体无碱速凝剂，其特征在于：所述的速凝剂包括以重量百分比计的硫酸铝30％至70％，含氟镁盐5％至20％，偏铝酸钠0至4％，链烷醇胺0至10％，多元醇0至10％，水20％至50％。
2.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述硫酸铝为工业硫酸铝或无铁硫酸铝，其中Al2O3含量大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量小于或等于硫酸铝总重量的0.5％。
3.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述含氟镁盐为氟硅酸镁与氟化镁当中的任意一种或两者的混合物。
4.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述偏铝酸钠为工业级固体偏铝酸钠或液体偏铝酸钠，所述液体偏铝酸钠的浓度为40％至60％。
5.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述链烷醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺与三异丙醇胺当中的任意一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述多元醇为乙二醇、丙三醇与聚乙二醇当中的任意一种或多种的混合物。
7.一种权利要求1至6任意一项所述液体无碱速凝剂的制备方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
步骤A、称取适宜量的硫酸铝、含氟镁盐、偏铝酸钠、链烷醇胺、多元醇与水，备用；
步骤B、将水加入反应容器中，再将偏铝酸钠加入水中，搅拌溶解，然后再将含氟镁盐加入反应容器中，搅拌均匀，再然后向反应容器中的溶液中加入硫酸铝，继续搅拌至硫酸铝完全溶解在溶液中；
步骤C、按任意顺序在上一步骤所制得的溶液中加入链烷醇胺与多元醇，然后搅拌0.5h至1h，即得到液体无碱速凝剂成品。
8.根据权利要求7所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述硫酸铝为工业硫酸铝或无铁硫酸铝，其中Al2O3含量大于或等于硫酸铝总重量的15.6％，Fe含量小于或等于硫酸铝总重量的0.5％；所述含氟镁盐为氟硅酸镁与氟化镁当中的任意一种或两者的混合物。
9.根据权利要求7所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述偏铝酸钠为工业级固体偏铝酸钠或液体偏铝酸钠，所述液体偏铝酸钠的浓度为40％至60％；所述链烷醇胺为二乙醇胺、三乙醇胺与三异丙醇胺当中的任意一种或多种的混合物。
10.根据权利要求1所述的液体无碱速凝剂，其特征在于：所述多元醇为乙二醇、丙三醇与聚乙二醇当中的任意一种或多种的混合物。
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