[發明專利]一種低堿性液體速凝劑的制備方法

有效

• 申請號: 200910183568.0
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101665336A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 劉加平;張建綱;冉千平;繆昌文;周偉玲
• 申請（專利權）人: 江蘇博特新材料有限公司;江蘇省建筑科學研究院有限公司
• 主分類號: C04B24/12
• 分類號: C04B24/12;C04B103/12
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及一種低堿液體速凝劑的制備方法，所制得的低堿液體速凝劑適用于濕法 噴射混凝土。

背景技術

噴射混凝土在地下施工和巖石支護中有很多優越性，已經成為現代地下工程中一項 非常重要和必須的措施。隨著濕拌噴射混凝土技術的發展，大大擴展了噴射混凝土在地 下工程中的使用范圍。噴射混凝土用液體速凝劑最重要的作用是加快混凝土拌和物的凝 結，提高早期強度，這樣可以增加噴層厚度并縮短噴射下一層的間隔時間。

傳統的噴射混凝土速凝劑一般包括堿金屬鋁酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽等物質。由于這 些物質都具有強堿性，在施工的同時往往帶來很多問題。比如，堿金屬鋁酸鹽速凝劑往 往具有很強的堿腐蝕性，容易對施工人員造成傷害；會對環境造成不良的影響。同時由 于堿性物質的大量使用，混凝土后期強度會存在30％甚至更大的降低。

為了解決以上問題，人們開發出了一些不含堿金屬離子的液體速凝劑。例如德國建 筑研究及技術有限責任公司研制了一種“用于噴射混凝土的速凝劑”(中國專利申請號為 200580025329.2)，它是由硫酸鋁與溶解氫氧化鋁、羥基羧酸以及醇胺類物質組成的一種 溶液或微懸浮液。瑞士MBT控股有限公司公開了“一種混凝土用速凝劑的制備”(中國專 利號為00816806.7)，它是由硫酸鋁和無定型氫氧化鋁溶于含有胺的水中，并添加穩定劑 以及消泡劑制得。上述無堿速凝劑在一定程度上解決了噴射混凝土的堿骨料反應問題， 但是由于使用時摻量很高，造成噴射混凝土成本大幅提高，不利于推廣應用。此外，與 堿性速凝劑一樣，現有無堿速凝劑并沒有很好地解決水泥適應性問題。

液體速凝劑加入到噴射混凝土拌合物中與水泥中的礦物發生快速的水化反應，使水 泥在短時間內凝結，早期強度迅速增長。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，然而水泥的生產受到原材料、生產工藝等眾多因素的影響，礦物組成 差異明顯。在中國，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，因此液體速凝劑的水泥適應性問題非常突出，影響其在噴射混凝土中的使用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有堿性速凝劑與無堿速凝劑各自的缺點，提代一種低堿性 的噴射混凝土用液體速凝劑的制備方法。

申請人認為，以鋁酸鹽為主要成分的堿性速凝劑主要是與水泥中的石膏發生快速的 反應，消除其對水泥中鋁酸鈣的緩凝作用而使水泥快速凝結。而無堿速凝劑主要是其中 的硫酸鋁通過與水泥漿體中的氫氧化鈣、鋁酸鈣、以及石膏反應迅速生成鈣礬石而使水 泥快速凝劑。可見這兩種速凝劑對于水泥的促凝作用有著很強的互補性，為解決速凝劑 對水泥適應性問題提供了思路。

基于上述思路，申請人經研究這發現，以鋁酸鹽為主要成分的液體速凝劑如再輔以 部分硫酸鋁同時摻入水泥漿體中，其促凝效果會顯著提高，對于鋁酸鹽速凝劑適應性差 的水泥起作用尤為明顯。

由于液體鋁酸鈉和硫酸鋁是兩種酸堿性完全相反的物質，使用常規方法很難實現在 溶液中共存。但是，借鑒其他技術領域的相關技術，在高剪切的條件下，液體鋁酸鈉能 夠溶解于硫酸鋁溶液中并形成穩定的溶液，這樣就可將鋁酸鈉與硫酸鋁這兩種常規條件 下難以混溶的物質結合為一種均勻的溶液。

申請人經研究還發現，雖然將單一組分的鋁酸鈉在高剪切條件下能夠逐漸溶解于硫 酸鋁溶液中，但是其穩定性較差，而經過硅酸鹽、碳酸鹽改性的鋁酸鈉溶液能夠明顯的 提高最終產品的穩定性。

上述高剪切攪拌條件是一種化工領域眾所周知的技術條件，可用常見的混合機、均 化機實現。流體剪切速度的基本定義為速度梯度dv/dy，其單位為時間的倒數(S^-1)。

基于上述研究，申請人提出一種低堿性液體速凝劑的制備方法，該方法包括如下步 驟：

1)液體鋁酸鈉制備：將氫氧化鈉和氫氧化鋁按照1.1∶1.5的摩爾比制備成液體鋁 酸鈉，其中氧化鋁的含量為20～30wt％；

2)液體鋁酸鈉的改性：首先將硅酸鈉、碳酸鈉加入水中配制成改性劑，該改性劑中 硅酸鈉的含量為15～45％，碳酸鈉含量為5～15％；其次，將步驟1)制得的液體鋁酸鈉加 入改性劑中，鋁酸鈉與改性劑的質量比為6∶1～2.5∶1；液體鋁酸納改性過程中，需加入 水，水的加入量為液體鋁酸鈉的重量的50％；