[发明专利]无硫无碱液体速凝剂

说明书

技术领域

本发明涉及含水泥的胶结料用速凝剂及制备方法和应用。

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，以加快隧道喷涂施工速度，对于这样的要求，传统的使用铝酸钠和碱金属氢氧化物达到了强力的凝结时间促进效果；但是由于此类速凝剂的高度碱性，对于工作环境造成了非常恶劣的影响，并且在水泥胶结料硬化后对于其长龄期强度有非不利的影响以及不可忽视的潜在的碱集料反应，基于以上原因，该类速凝剂并非优选采用的速凝剂。

江苏中铁奥莱特新材料有限公司的专利（CN201510957363.9）公开了以纳米氧化铝、纳米二氧化硅、三氟乙酸、氨基酸等为主要原料制备液体速凝剂，用三氟乙酸溶解纳米氧化铝引入铝离子，起到速凝和增强作用，同时少量氟的引入有助于缩短水泥凝结时间，利用有机分散剂使纳米二氧化硅颗粒呈均匀分散状态，并使用α-氨基酸和悬浮剂来维持溶液的长期稳定性；通过研究发现该类速凝剂在引入铝离子的过程中存在纳米氧化铝反应不完全并且溶解效率低的现象，单纯使用三氟乙酸并不能达到最优的效果。

发明内容

本发明目的在于改进现有技术的不足并提供一种无硫无碱液体速凝剂，所述的无硫无碱液体速凝剂对于硬化后的水泥胶结料而言均具有后期强度不损失、较低的喷射回弹率，适中的掺量及长时间的储存稳定性。本发明的另一目的是提供上述含氟无碱液体速凝剂的制备方法。本发明还有一目的是提供所述的无硫无碱液体速凝剂在喷射施工及增材制造建筑物、构筑物或其构件中的应用。

本发明提供了如下的技术方案：

本发明涉及一种无硫无碱液体速凝剂，其原料组分及各组分占原料总量的重量百分比如下：

氢氧化铝：10～20％；气相二氧化硅：3～9％；含三氟乙酸的混合羧酸：6～15％；多羟基分散增强剂：2～30％；改性稳定剂：1～6％；余量为水，总重补足100％。

优选上述的碱含量小于0.6%。

优选上述的的氢氧化铝为氧化铝质量含量为60％～65％的无定形氢氧化铝，优选新制的无定形氢氧化铝凝胶。

优选上述的的气相二氧化硅的比表面积大于240㎡/g。

优选上述的含三氟乙酸的混合羧酸为三氟乙酸与羧酸的混合物，所述羟基羧酸为羟基乙酸、羟基丙酸或甲酸中的至少一种。三氟乙酸单独溶解纳米氧化铝或无定形氢氧化铝凝胶往往并不能达到令人满意的结果，但是研究发现，用羧酸和三氟乙酸混合而成的混合羧酸具有意想不到的效果，尤其是三氟乙酸与羟基乙酸和甲酸的混合羧酸，其溶解无定形氢氧化铝凝胶的效率非常高。相对于现有技术的改进，本发明提供的混合羧酸对于纳米氧化铝的溶解速度也有提高，但是对于工业应用而言，即使改进的结果其效率也略显不够，这也是本发明选用新制的无定形氢氧化铝凝胶而非纳米氧化铝的原因之一。

优选上述的多羟基分散增强剂为乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺中的一种或多种；原料中的纳米二氧化硅以硅溶胶形式均匀分散在溶液中，并且对于水泥胶结料的凝结时间和强度有促进作用，要在此速凝剂溶液中得到长期稳定的硅溶胶并进一步增加其在水泥胶结料中的使用效果，需要用多羟基有机物对其进行改性。对于含硅溶胶的无硫无碱液体速凝剂稳定分散效果依次为聚乙二醇、丙三醇、乙二醇、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺，对于含硅溶胶的无硫无碱液体速凝剂在水泥胶结料中的强度和凝结时间促进效果依次为二乙醇单异丙醇胺、甲基二乙醇胺、二乙醇胺、乙二醇、聚乙二醇、丙三醇。

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，其用量最多在无硫无碱液体速凝剂中不超过30%，优选的用量在2%～25%之间；对于醇胺，其用量最多在无硫无碱液体速凝剂中不超过20%，优选的用量在2%～12%之间。当然，并不是每一种配方中都要加入这两种多羟基有机物，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，但是从无硫无碱液体速凝剂本身来说，需要至少添加其中的一种来保持住自身的稳定性。