噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，是通過以下步驟來實現(xiàn)的：1）鋁酸鹽母液的制備；2）改性劑的制備；3）低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備；本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所公開的低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑均一穩(wěn)定，適應性強，摻量為水泥質量的2%～4%，初凝時間為2min以內，終凝時間為5min以內，混凝土后期強度損失在10%以內，使用該液態(tài)速凝劑，能有效降低噴射混凝土施工中的粉塵量和回彈量，提高噴射混凝土強度。
【專利說明】噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑材料領域，具體涉及一種噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]噴射混凝土技術廣泛應用于巖土工程及地下工程的圍巖支護中，速凝劑是噴射混凝土中必不可少的外加劑，它能使水泥快速凝結硬化，減少回彈損失，防止噴射混凝土因重力作用所引起的脫落，提高它在潮濕或含水巖層中使用的適應性能，并產(chǎn)生較高的早期強度，增大一次噴射厚度，其性能對噴射混凝土的有較大影響。
[0003]速凝劑主要分為粉狀速凝劑和液態(tài)速凝劑，粉狀速凝劑大多用于干噴混凝土中，液態(tài)速凝劑主要用于濕噴混凝土中。傳統(tǒng)速凝劑多為粉狀速凝劑，且堿性較大，對噴射混凝土后期強度損失影響很大，同時對施工人員的身體健康造成一定的威脅。目前，速凝劑正朝著低堿(無堿)、液態(tài)發(fā)展。國外最早是由瑞士和奧地利研制的西卡(Sika)速凝劑，這種速凝劑的主要成分為硅酸鈉，是一種無味的液體，對人體的皮膚有強烈的腐蝕傷害作用。70年代相繼出現(xiàn)了以鋁酸鹽、碳酸鹽為主要成分的速凝劑，被稱為傳統(tǒng)堿性速凝劑。如今，國外已研制出了一些無堿速凝劑，但價格昂貴。
[0004]目前，我國大部分工程仍在使用潮噴工藝，工藝中使用粉狀速凝劑，在噴射過程中，存在粉塵量很大、落漿和回彈量大等缺陷，對施工造成很大的影響。粉狀速凝劑添加時分散不均勻，造成大量的浪費和混凝土后期強度損失嚴重。國內生產(chǎn)的液態(tài)速凝劑質量很不穩(wěn)定，適應性差，添 加量高，一般都在6%~10%，且堿性強，對施工人員的身體造成很大危害。而且，我國現(xiàn)今生產(chǎn)的液態(tài)速凝劑性能單一，不能滿足噴射混凝土各方面的要求，如混凝土的強度、與圍巖的粘結性、回彈和粉塵等。速凝劑的作用效果與水泥中的礦物組分及含量有著密切的關系，然而水泥的生產(chǎn)受到原材料、生產(chǎn)工藝等眾多因素的影響，礦物組成差異明顯。在我國，普通硅酸鹽水泥中可以含有不大于20%的非活性摻合料，而且摻合料種類繁多，因此，液態(tài)速凝劑與水泥的適應性問題非常突出，嚴重影響其在噴射混凝土中的應用。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供一種噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，所制備的液態(tài)速凝劑與水泥有較強的適應性，能有效降低噴射混凝土施工中的回彈量和粉塵量，同時，低堿性與有機減水劑的加入能提高噴射混凝土的和易性和后期強度，而且本發(fā)明制備的液態(tài)速凝劑用量少但具有高效性。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，是通過以下步驟來實現(xiàn)的:
[0008]I)鋁酸鹽母液的制備[0009]將氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于水，加熱到120°C，加入氫氧化鋁，攪拌反應2~3h，即可得到鋁酸鹽母液；當原料為氫氧化鉀和氫氧化鋁時，氫氧化鉀占整個母液的質量比例為30%~40%,氫氧化招質量比例為35%~45%,余量為水，且鉀元素與招元素的摩爾比為1.1:1~1.5:1 ;當原料為氫氧化鈉和氫氧化鋁時，氫氧化鈉占整個母液的質量比例為26%~35%,氫氧化招質量比例為40%~48%,余量為水,且鈉元素與招元素的摩爾比為
1.1:1~1.5:1 ;當原料為氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋁時，氫氧化鉀質量比例為10%~25%,氫氧化鈉為10%~25%,氫氧化招為35%~50%,余量為水,且鉀鈉兩元素的摩爾數(shù)之和與招元素的摩爾數(shù)比為1.1:1~1.5:1 ;
[0010]2)改性劑的制備
[0011]將碳酸鈉溶于水，加熱至70°C~80°C，然后加入硅酸鈉，反應0.5h，形成透明的溶液，即得改性劑，其中碳酸鈉占整個改性劑的質量比例為13%~25%，硅酸鈉的質量比例為20%~40%，余量為水；
[0012]3)低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備
[0013]將步驟I)得到的鋁酸鹽母液加入三口燒瓶中，進行500rpm/min的高速剪切攪拌，同時步驟2)制得的改性劑滴定加入得到混合液，所述改性劑與鋁酸鹽母液的質量比為1:1~1: 3，待所述混合液出現(xiàn)膠體，加入所述混合液質量3%~6%的高分子聚合物和2%~5%的穩(wěn)定劑，繼續(xù)反應I~2h，待所述混合液變成透明溶液時，即得低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。
[0014]所述有機高分子聚合物為質量比為1:1:1的增稠劑、有機減水劑和可溶脹聚合物的混合物，是為了滿足噴射混凝土各方面性能的要求，如降低噴射混凝土施工中的回彈量和粉塵量、提高混凝土后期強度。
`[0015]所述增稠劑為聚丙烯酰胺。
[0016]優(yōu)選地，有機減水劑為濃度為40%的磺化三聚氰胺甲醛樹脂。
[0017]所述可溶脹聚合物為甲基纖維素、羥乙基纖維素或羥丙基纖維素。
[0018]所述穩(wěn)定劑為質量比為1:1~2:1的葡萄糖酸和乙醇酸，葡萄糖酸的作用是防止氫氧化鋁從溶液中沉淀出來，乙醇酸起穩(wěn)定作用。
[0019]所述氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋁的純度均大于98%。
[0020]步驟3)中改性劑滴定的溫度控制在40~60°C。
[0021]所述改性劑的制備，是為了降低鋁酸鹽母液的pH值，避免發(fā)生混凝土堿骨料反應，減少噴射混凝土后期強度損失。
[0022]本發(fā)明對于噴射混凝土有如下積極的效果:
[0023]1.按照JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》中標準要求，對水泥進行凈漿試驗，該液態(tài)速凝劑在較低摻量(水泥質量的2%~4%)下，初凝時間在2min以內，終凝時間在5min之內；利用該液態(tài)速凝劑進行水泥砂漿試驗，測定I天強度為12.8MPa，28天強度比為90%以上；
[0024]2.采用鋁酸鹽改性劑，有效控制液態(tài)速凝劑的凝結時間，同時降低鋁酸鹽母液的堿性，滿足低堿要求，pH值為9~11 ;
[0025]3.有機高分子聚合物的加入，能提高該速凝劑與水泥的適應性，提高噴射混凝土各方面性能，降低噴射施工中的回彈量和粉塵量；[0026]4.該液態(tài)速凝劑速凝效果好，穩(wěn)定性強，不產(chǎn)生沉淀和結晶，無毒、無刺激性氣味，不會對施工人員的身體造成傷害，主要用于噴射混凝土技術中，被廣泛應用于隧道工程、礦建工程、邊坡工程和建筑物補強加固中。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0028]實施例1
[0029]噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，是通過以下步驟來實現(xiàn)的:1)鋁酸鹽母液的制備
[0030]將質量比35%的氫氧化鉀、45%的氫氧化鋁加入到20%的水中，在120°C的溫度下，用電攪拌棒攪拌3h，制得鋁酸鹽母液；
[0031]2)改性劑的制備
[0032]將20%的碳酸鈉溶于水，加熱至70°C，然后加入40%的硅酸鈉，反應0.5h，形成透明的溶液即為改性劑；
[0033]3)低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備
[0034]將步驟I)得到的鋁酸鹽母液加入三口燒瓶中，進行500rpm/min的高速剪切攪拌，同時步驟2)制得的改性劑滴定加入得到混合液，所述改性劑與鋁酸鹽母液的質量比為1:2，溫度為60°C，待所述混合液出現(xiàn)膠體，加入所述混合液質量3%的高分子聚合物、1%的乙醇酸和2%的葡萄糖酸，其中有機高分子聚合物為質量比為1:1:1的聚丙烯酰胺、濃度為40%的磺化三聚氰胺甲醛樹脂和 甲基纖維素，繼續(xù)反應lh，待所述混合液變成透明溶液時，即可得到該低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。實施例2
[0035]噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，是通過以下步驟來實現(xiàn)的:
[0036]I)鋁酸鹽母液的制備
[0037]將質量比35%的氫氧化鉀、45%的氫氧化鋁加入到20%的水中，在120°C的溫度下，用電攪拌棒攪拌3h，制得鋁酸鹽母液；
[0038]2)改性劑的制備
[0039]將16%的碳酸鈉溶于水，加熱至70°C，然后加入30%的硅酸鈉，反應0.5h，形成透明的溶液即為改性劑；
[0040]3)低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備
[0041]將步驟I)得到的鋁酸鹽母液加入三口燒瓶中，進行500rpm/min的高速剪切攪拌，同時步驟2)制得的改性劑滴定加入得到混合液，所述改性劑與鋁酸鹽母液的質量比為1:1，溫度為50°C，待所述混合液出現(xiàn)膠體，加入所述混合液質量3%的高分子聚合物、1%的乙醇酸和2%的葡萄糖酸，其中有機高分子聚合物為質量比為1:1:1的聚丙烯酰胺、濃度為40%的磺化三聚氰胺甲醛樹脂和甲基纖維素，繼續(xù)反應lh，待所述混合液變成透明溶液時，即可得到該低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。
[0042]實施例3
[0043]噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，是通過以下步驟來實現(xiàn)的:[0044]I)鋁酸鹽母液的制備
[0045]將質量比30%的氫氧化鈉、45%的氫氧化鋁加入到25%的水中，在120°C的溫度下，用電攪拌棒攪拌3h，制得鋁酸鹽母液；
[0046]2)改性劑的制備
[0047]將16%的碳酸鈉溶于水，加熱至70°C，然后加入30%的硅酸鈉，反應0.5h，形成透明的溶液即為改性劑；
[0048]3)低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備
[0049]將步驟I)得到的鋁酸鹽母液加入三口燒瓶中，進行500rpm/min的高速剪切攪拌，同時步驟2)制得的改性劑滴定加入得到混合液，所述改性劑與鋁酸鹽母液的質量比為1:1，溫度為40°C，待所述混合液出現(xiàn)膠體，加入所述混合液質量4.5%的高分子聚合物、1%的乙醇酸和2%的葡萄糖酸，其中有機高分子聚合物為質量比為1:1:1的聚丙烯酰胺、濃度為40%的磺化三聚氰胺甲醛樹脂和甲基纖維素，繼續(xù)反應lh，待所述混合液變成透明溶液時，即可得到該低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。
[0050]實施例4
[0051]噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，是通過以下步驟來實現(xiàn)的:
[0052]I)鋁酸鹽母 液的制備
[0053]將質量比20%的氫氧化鉀、15%的氫氧化鈉和45%的氫氧化鋁加入到20%的水中，在120°C的溫度下，用電攪拌棒攪拌3h，制得鋁酸鹽母液；
[0054]2)改性劑的制備
[0055]將25%的碳酸鈉溶于水，加熱至70°C，然后加入40%的硅酸鈉，反應0.5h，形成透明的溶液即為改性劑；
[0056]3)低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備
[0057]將步驟I)得到的鋁酸鹽母液加入三口燒瓶中，進行500rpm/min的高速剪切攪拌，同時步驟2)制得的改性劑滴定加入得到混合液，所述改性劑與鋁酸鹽母液的質量比為1: 2，溫度為60°C，待所述混合液出現(xiàn)膠體,加入所述混合液質量4.5%的高分子聚合物、1%的乙醇酸和2%的葡萄糖酸，其中有機高分子聚合物為質量比為1:1:1的聚丙烯酰胺、濃度為40%的磺化三聚氰胺甲醛樹脂和甲基纖維素，繼續(xù)反應lh，待所述混合液變成透明溶液時，即可得到該低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。
[0058]本發(fā)明經(jīng)試驗和試用，均取得了滿意的技術效果，有效試驗資料如下:
[0059]按照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砂漿抗壓強度的試驗。其中，液態(tài)速凝劑的摻量根據(jù)水泥重量的百分比計算，所用液態(tài)速凝劑為實施例1~4制備的產(chǎn)品，編號分別為L-l，L-2，L-3，L-4。
[0060]水泥凈漿凝結時間測定:
[0061]水泥400g
[0062]水155g
[0063]水泥砂漿抗壓強度測定:
[0064]水泥900g
[0065]標準砂1350g[0066]水450g
[0067]試驗結果如表1所示:
[0068]表1該液態(tài)速凝劑應用效果
【權利要求】
1.一種噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征是，是通過以下步驟來實現(xiàn)的: 1)鋁酸鹽母液的制備 將氫氧化鈉或氫氧化鉀溶于水，加熱到120°C,加入氫氧化鋁,攪拌反應2~3h，即可得到鋁酸鹽母液；當原料為氫氧化鉀和氫氧化鋁時，氫氧化鉀占整個母液的質量比例為30%~40%,氫氧化招質量比例為35%~45%,余量為水，且鉀元素與招元素的摩爾比為1.1:1~1.5:1 ;當原料為氫氧化鈉和氫氧化鋁時，氫氧化鈉占整個母液的質量比例為26%~35%,氫氧化招質量比例為40%~48%,余量為水,且鈉元素與招元素的摩爾比為.1.1:1~1.5:1 ;當原料為氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋁時，氫氧化鉀質量比例為10%~25%,氫氧化鈉為10%~25%,氫氧化招為35%~50%,余量為水,且鉀鈉兩元素的摩爾數(shù)之和與招元素的摩爾數(shù)比為1.1:1~1.5:1 ; 2)改性劑的制備 將碳酸鈉溶于水，加熱至70°C~80°C，然后加入硅酸鈉，反應0.5h，形成透明的溶液，即得改性劑，其中碳酸鈉占整個改性劑的質量比例為13%~25%，硅酸鈉的質量比例為20%~40%，余量為水； 3)低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備 將步驟1)得到的鋁酸鹽母液進行500rpm/min的高剪切攪拌，同時步驟2)制得的改性劑滴定加入得到混合液，所述改性劑與鋁酸鹽母液的質量比為1:1~1:3，待所述混合液出現(xiàn)膠體，加入所述混合液質量3%~6%的高分子聚合物和2%~5%的穩(wěn)定劑，繼續(xù)反應I~2h,待所述混合液變成透明溶液時，即得低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。
2.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，所述有機高分子聚合物為質量比為1:1:1的增稠劑、有機減水劑和可溶脹聚合物的混合物。
3.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，所述增稠劑為聚丙烯酰胺。
4.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，有機減水劑為濃度為40%的磺化三聚氰胺甲醛樹脂。
5.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，所述可溶脹聚合物為甲基纖維素、羥乙基纖維素或羥丙基纖維素。
6.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為質量比為1:1~2:1的葡萄糖酸和乙醇酸。
7.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋁的純度均大于98%。
8.如權利要求1所述的噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑的制備方法，其特征在于，步驟3)中改性劑滴定的溫度控制在40~60°C。
9.利用權利要求1~8任一項所述的方法制備的一種噴射混凝土用低堿聚合物高效液態(tài)速凝劑。
【文檔編號】C04B22/10GK103819114SQ201410053101
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2014年2月17日
【發(fā)明者】李樹忱, 張露晨, 徐咸輝, 李術才, 馮丙陽 申請人:山東大學