用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂及制备方法

用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂及制备方法

技术领域

本发明涉及用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂及制备方法。

背景技术

速凝剂是使含水泥的胶结料快速凝结硬化并产生一定强度的外加剂，广泛应用于 隧道喷射砂浆或混凝土施工、抢修施工中，其主要目的在于加快胶结料的凝结时间，加快施 工速度，减少回弹，提高早期强度且后期强度不降低，满足特殊工程的施工要求。

在通过喷嘴喷涂含水泥的胶结料的施工过程中，水泥胶结料必须在一个规定的时 间内固化，以加快喷涂施工速度；目前使用的无碱速凝剂都是以硫酸铝为主要组分其硫酸 根含量大。专利(CN100450956C)公开的无碱速凝剂由硫酸铝、硫酸镁、醇胺、稳定剂消泡剂 等组成；专利(CN103553406B)公开的无碱速凝剂由聚合硫酸铝、硫酸镁、醇胺、无机酸和稳 定剂组成。大量硫酸根的引入会引起混凝土中二次钙矾石的生成，在混凝土内部形成极大 的膨胀应力，进而导致混凝土后期强度的倒缩，因此目前急需一种高强型无碱速凝剂。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述无碱速凝剂面临的问题，而提供一种用于含水泥胶结料 的高强型无碱速凝剂；本发明的另一目的是提供上述用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝 剂的制备方法。

本发明采用以下技术方案：

一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，其原料组分及各组分占原料总量的重量 百分比如下：磷酸二氢铝：15～25％；磷酸二氢镁：10～15％；消泡剂：0.01～0.1％；多羟基 分散增强剂：20～30％；改性稳定剂：2～5％；磺化石墨烯：3～6％；余量为水，总重补足 100％。

本发明在速凝剂体系中引入磺化石墨烯，其独特的层状结构，每一层的石墨烯单 片中都引入了磺酸基功能团，具有极强的亲水分散作用，使得本发明产品能够增强混凝土 抗压强度的发展；该功能化的石墨烯能够作为一种有效的固体粒子稳定剂，在一定用量和 温度下，能够与其他无机盐和多羟基有机物等物质形成络合物，提高无碱速凝剂稳定性，并 且增加喷射混凝土后期强度。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述消泡剂为 非硅烷类消泡剂。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述的多羟基 分散增强剂为乙二醇、聚乙二醇中的至少一种。

具体的，聚乙二醇使用低聚物，优选使用聚乙二醇400或聚乙二醇600；对于聚乙二 醇或多醇，其用量最多在速凝剂中不超过30%，优选的用量在20%～25%之间。并不是每一种 配方中需要加入多种多羟基有机物，对于不同的水泥胶结料，效果最优的多羟基有机物并 不经常相同，但是从速凝剂本身来说，需要至少添加其中的一种来保持住自身的稳定性。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述的改性稳 定剂为改性水合硅酸镁。

优选上述改性稳定剂为改性水合硅酸镁，这是一种用于防止本发明速凝剂沉淀或 形成溶胶，并且在施工过程中有利于增加水泥胶结料的黏性而防止过大的回弹率，在没有 改性稳定剂存在的条件下，速凝剂可以很好的达到速凝剂的效果，但是很难达到长时间（通 常为6个月以上）的储存稳定性需求。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述改性稳定 剂由以下方法制得：取一份水合硅酸镁置于0.6～1.5倍重量份的水中预糊化0.5～1.5h；然 后置于1.8～3.0倍重量份的羟基乙酸中陈化4～8h即得所述改性稳定剂。

本发明另一方面提供一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂的方法，包括如 下步骤：

（1）制备改性稳定剂；

（2）将磷酸二氢铝和磷酸二氢镁加入水中，在持续搅拌条件下加热到60～80℃；

（3）加入多羟基分散增强剂和磺化石墨烯，在持续搅拌条件下保温0.5～1h；

（4）将步骤（1）制备的改性稳定剂加入到步骤（3）制备的悬浮液中，在持续搅拌条件下 加入消泡剂，然后放入转速在3000～5000r/min之间的乳化机中乳化0.5～1h，得到用于含 水泥胶结料的高强型无碱速凝剂。

本发明的有益效果在于：

本发明无碱液体速凝剂碱含量小于1％，大大减低了喷射混凝土发生碱集料反应的可 能，提高混凝土耐久性；本发明制备的速凝剂不引入硫酸盐，并在速凝剂体系中引入磺化石 墨烯，其独特的层状结构，使得本发明产品不仅能够增加混凝土早期抗压强度，且对于喷射 混凝土后期强度的增长十分有利，尤其适用于硫酸盐腐蚀环境下的喷射混凝土、砂浆或抢 修加固混凝土、砂浆，大大提高了喷射混凝土的耐腐蚀性和适用性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行 详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有 其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在任一实施例中，本发明提供的一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，其 原料组分及各组分占原料总量的重量百分比如下：磷酸二氢铝：15～25％；磷酸二氢镁：10 ～15％；消泡剂：0.01～0.1％；多羟基分散增强剂：20～30％；改性稳定剂：2～5％；磺化石 墨烯：3～6％；余量为水，总重补足100％。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述消泡剂为 非硅烷类消泡剂。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述的多羟基 分散增强剂为乙二醇、聚乙二醇中的至少一种。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述的改性稳 定剂为改性水合硅酸镁。

进一步的，本发明涉及的用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝剂，所述改性稳定 剂由以下方法制得：取一份水合硅酸镁置于0.6～1.5倍重量份的水中预糊化0.5～1.5h；然 后置于1.8～3.0倍重量份的羟基乙酸中陈化4～8h即得所述改性稳定剂。

在任一实施例中，本发明另一方面提供一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速凝 剂的方法，包括如下步骤：

（1）制备改性稳定剂；

（2）将磷酸二氢铝和磷酸二氢镁加入水中，在持续搅拌条件下加热到60～80℃；

（3）加入多羟基分散增强剂和磺化石墨烯，在持续搅拌条件下保温0.5～1h；

（4）将步骤（1）制备的改性稳定剂加入到步骤（3）制备的悬浮液中，在持续搅拌条件下 加入消泡剂，然后放入转速在3000～5000r/min之间的乳化机中乳化0.5～1h，得到用于含 水泥胶结料的高强型无碱速凝剂。

在一种具体的实施例X中，本发明提供的一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速 凝剂，其制备方法，包括：

（1）制备改性稳定剂：取一份水合硅酸镁置于0.6倍重量份的水中预糊化1.5h；然后置 于1.8倍重量份的羟基乙酸中陈化8h即得所述改性稳定剂；

（2）将15份磷酸二氢铝和15份磷酸二氢镁加入水中，在持续搅拌条件下加热到60℃；

（3）加入20份乙二醇和3份磺化石墨烯，在持续搅拌条件下保温0.5h；

（4）将步骤（1）制备的改性稳定剂取5份加入到步骤（3）制备的悬浮液中，在持续搅拌条 件下加入0.01份消泡剂，然后放入转速在3000r/min的乳化机中乳化0.5h，得到用于含水泥 胶结料的高强型无碱速凝剂。

在一种具体的实施例Y中，本发明提供的一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速 凝剂，其制备方法，包括：

（1）制备改性稳定剂：取一份水合硅酸镁置于1.5倍重量份的水中预糊化0.5h；然后置 于3倍重量份的羟基乙酸中陈化4h即得所述改性稳定剂；

（2）将25份磷酸二氢铝和10份磷酸二氢镁加入水中，在持续搅拌条件下加热到80℃；

（3）加入30份聚乙二醇400和6份磺化石墨烯，在持续搅拌条件下保温1h；

（4）将步骤（1）制备的改性稳定剂取2份加入到步骤（3）制备的悬浮液中，在持续搅拌条 件下加入0. 1份消泡剂，然后放入转速在5000r/min的乳化机中乳化1h，得到用于含水泥胶 结料的高强型无碱速凝剂。

在一种具体的实施例Z中，本发明提供的一种用于含水泥胶结料的高强型无碱速 凝剂，其制备方法，包括：

（1）制备改性稳定剂：取一份水合硅酸镁置于1.0倍重量份的水中预糊化1h；然后置于 2.6重量份的羟基乙酸中陈化6h即得所述改性稳定剂；

（2）将20份磷酸二氢铝和13份磷酸二氢镁加入水中，在持续搅拌条件下加热到70℃；

（3）加入25份聚乙二醇600和5份磺化石墨烯，在持续搅拌条件下保温0.8h；

（4）将步骤（1）制备的改性稳定剂取4份加入到步骤（3）制备的悬浮液中，在持续搅拌条 件下加入0. 06份消泡剂，然后放入转速在4000r/min的乳化机中乳化0.8h，得到用于含水 泥胶结料的高强型无碱速凝剂。

将制备实施例的每种速凝剂分别以占水泥重量的5～6％的量加入水泥净浆或水 泥砂浆试样中，依照GB 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的标准测试凝结时间与抗压强 度。按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试碱含量，以未加任何速凝剂为 空白。

水泥净浆凝结时间测试配比为：基准水泥:水＝400:160。

水泥砂浆抗压强度测试配比为：基准水泥:标准砂:水＝900:1350:450。

以上水包括速凝剂中的水，配制时水量应根据实测速凝剂固含量扣除速凝剂中的 水的用量。

相关性能检测结果如表1所示；

表1本发明速凝剂相关性能检测结果

测试结果如表1所示，各实施例碱含量均小于1％，属于无碱无氯型速凝剂；根据GB 35159-2017的标准分析，本发明制备的无碱速凝剂掺量在5％～6％能满足要求。另外，本发 明制备的速凝剂的特点是强度高，如实施例Z中，砂浆1d强度高达23.0MPa，28d强度比高达 127％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。