[发明专利]一种基于工业聚合硫酸铝的无碱无氯液体速凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料外加剂技术领域，特别是涉及一种隧道和巷道湿法喷射混凝土施工用无碱无氯液体速凝剂及其制备方法。

背景技术

速凝剂是使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂，主要应用于隧道喷射混凝土施工和砂浆抢修施工中。投入使用最早的速凝剂是西卡公司19世纪30-40年代开发的粉状速凝剂。我国从19世纪70年代开始研发速凝剂，相继取得了多项研究成果，包括红星Ⅰ型、711型、阳泉Ⅰ型、尧山型、782型等。这些粉状速凝剂虽然促凝效果很好，价格便宜，但因其含碱量高，对施工工人眼睛和皮肤造成较严重的腐蚀，后期强度损失大，容易引起碱集料反应、施工中回弹率高、粉尘污染严重等问题。

近年来，由于湿法喷射混凝土具有施工效率高，回弹率低，施工环境友好而有逐渐取代传统干法喷射混凝土的趋势，用于湿法喷射混凝土的液体速凝剂包括有碱速凝剂和液体无碱速凝剂，从其发展来看，存在的主要问题有：碱含量高、掺量大、稳定期短、28d强度比小于100％等。

1.碱含量高。根据欧洲标准EN934-5“Admixture for Sprayed Concrete-Definitions，Requirements，Conformity，Marking and Labelling”中的定义，将碱含量小于1％的速凝剂称为无碱速凝剂。沈阳工业大学梁克民研制的“一种新型喷射混凝土用液态无碱速凝剂”（专利申请号：200910220171.4）其碱含量高达29.51％；中铁隧道集团有限公司贺雄飞等人研制的“一种无碱液态速凝剂及其制备方法”（专利申请号：201110095008.7），名为无碱速凝剂，而实际配方中碱含量最高可达2.54％；中铁隧道集团有限公司陈洪光等人研制的“一种低碱液态速凝剂及其制备方法”（专利申请号：201110095016.1）其碱含量最高达4.54％。当前，部分专利申请名为液体无碱速凝剂，而实际上其配方中掺有少量碱，含碱速凝剂因其碱含量相对偏高，对施工工人身体带来一定的危害，掺入混凝土后还会引起混凝土后期强度损失，影响混凝土的抗渗性、抗冻融性等耐久性问题。

2.掺量大。用于制备液体无碱速凝剂的常用原材料为硫酸铝和氢氧化铝等，这类速凝剂要达到一定的速凝剂效果，需要速凝剂的掺量很大。中国水利水电科学研究院马临涛等人研制的“一种无碱无氯高早强液体无碱速凝剂”（专利申请号：201110145555.1）；江苏博特新材料有限公司周静等人研制的“喷射混凝土用液体无碱速凝剂”（专利申请号：200610098296.0）；瑞士MBT控股有限公司的Hofmann等人研制的“Concrete Admixture”（专利申请公开号：WO00/78688A1）等文献中均使用了硫酸铝和氢氧化铝中的一种或两种作为主要促凝组分。这类速凝剂虽然不含碱金属离子，但是这类液体无碱速凝剂促凝效果较差，在混凝土中掺量大，通常掺量为水泥的7-10％，有的甚至高达12％，混凝土的生产成本高。如何提高速凝剂的速凝效果，降低掺量，降低生产成本，是液体无碱速凝剂发展面临的重大难题。

3.稳定期短。使用铝化合物为主要原材料的液体无碱速凝剂，因铝离子的水解及铝盐溶解度较小，无一不面临稳定期短的问题，贮存期间容易发生沉淀析晶现象。Elena Kolomiets等人于2012年研制的“Accelerator Mixture and Method of Use”（专利文献公开号：US2012/0085266A1）稳定期仅为一个月；Angelskaar Terje等人于2012年研制的“Setting Accelerator For Sprayed Concrete”（专利文献公开号：US8118930B2）稳定期为8周；Weibel Martin于2010年研制的“Stable Sprayed Concrete Accelerator Dispersion Having a High Active Substance Content”（专利文献公开号：US2010/0003412A1）稳定期为三个月。提高贮存稳定期是研究这类液体无碱速凝剂的关键。