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一种喷射混凝土聚合物速凝剂及其制备方法

阅读:227发布:2024-02-29

专利汇可以提供一种喷射混凝土聚合物速凝剂及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种喷射 混凝土 用 聚合物 低 碱 速凝剂 ,包括按 质量 百分比计的如下组分: 铝 酸盐20~30%,磷钨酸盐10~20%,低分子量聚合物5~10%,高分量聚合物5~10%, 水 30~50%。另外,本发明还提供了该喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂的制备方法。该发明大大降低产生碱 骨料 反应的可能性,解决了现有 水泥 速凝剂碱含量偏高易发生 碱骨料反应 导致混凝土后期强度和耐久性下降的问题,同时通过低分子量聚合物和高分子量聚合物的级配,解决了喷射过程中粉尘大、回弹大的问题,而且在喷射混凝土湿喷工艺中使用,稳定期超过6个月,较低的掺量下可使不同品种的普通 硅 酸盐水泥在3分钟内初凝,10分钟内终凝,水泥 砂浆 1d强度达到7MPa以上,28d抗压强度比大于85%。,下面是一种喷射混凝土聚合物速凝剂及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种喷射混凝土聚合物速凝剂,其特征在于,包括按质量百分比计的如下组分:酸盐20~30%,磷钨酸盐10~20%,低分子量聚合物5~10%,高分量聚合物5~10%,30~50%。
2.如权利要求1所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,其特征在于,所述铝酸盐的组成包括按质量百分比计的如下组分:碱金属氢化物20~40%,氢氧化铝30~50%,余量为水。
3.如权利要求1所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,其特征在于,所述磷钨酸盐的组成包括按质量百分比计的如下组分:碱金属氢氧化物20~40%,磷酸20~30%,钨酸
10~20%,余量为水。
4.如权利要求1所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,其特征在于,所述低分子量聚合物为含有磺酸基、酰胺基、季铵基团、羧基、酯基官能团的离子聚合物,其分子量达到
10万以上。
5.如权利要求4所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,其特征在于,所述低分子量聚合物为聚丙烯酰胺、聚甲基苯磺酸、聚酰亚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酸和磷酸单酯中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,其特征在于,所述高分子量聚合物为非离子型聚合物,其分子量达到100万。
7.如权利要求6所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,其特征在于,所述高分子量聚合物为聚乙二醇、聚氧乙烯醚中的一种或两种。
8.如权利要求1~7任一项所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂的制备方法,其特征在于,其过程如下:
先分别制备铝酸盐和磷钨酸盐,备用;再按照设计量分别称取铝酸盐、磷钨酸盐、低分子量聚合物、高分量聚合物及水,将铝酸盐和磷钨酸盐混合并搅拌升温至60℃,然后加入低分子量聚合物、高分量聚合物及水,并在恒温下搅拌反应;待反应完全后,继续恒温搅拌1h后冷却至室温,即得聚合物低碱速凝剂。
9.如权利要求8所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂的制备方法,其特征在于,所述铝酸盐制备过程如下:将氢氧化铝、碱金属氢氧化物、水按设计量加入容器中,在反应温度80~140℃条件下反应20min~5h,即得铝酸盐。
10.如权利要求8所述的一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂的制备方法,其特征在于,所述磷钨酸盐制备过程如下:将磷酸、钨酸、碱金属氢氧化物、水按设计量加入容器中,在反应温度40~80℃条件下反应20min~2h,即得磷钨酸盐。

说明书全文

一种喷射混凝土聚合物速凝剂及其制备方法

[0001]

技术领域

[0002] 本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂及其制备方法。

背景技术

[0003] 速凝剂的是一种广泛应用于喷射混凝土的外加剂。其作用是加速泥的水化和硬化,使混凝土达到早强的效果,以满足施工的特殊要求。20世纪中期,日本和欧洲一些国家研制成功了喷射机械和速凝剂。此后,欧美、苏联和日本等国也相继推广应用和发展喷射混凝土施工技术以及速凝剂生产技术。随着国外学者对喷射混凝土施工技术的深入研究,喷射混凝土施工工艺由干喷法施工逐渐发展为湿喷法施工,传统粉状速凝剂也在逐渐发展为液体速凝剂。20世纪末期,欧美和日本等国逐步将低碱液体速凝剂应用于喷射混凝土施工,但是这些低碱液体速凝剂的价格都比较高。1965年,喷射混凝土施工技术开始在国内使用,随后其发展比较迅速,逐渐大规模地应用于矿井、交通、水利等行业领域。与此同时,国内的学者也在不断的研发、改良速凝剂新品种,相继出现了红星I型、711型、782型等多种粉状速凝剂。在湿喷技术引入我国以后,国内的学者不断的重视液体速凝剂的研究,研制成功了NC300、KR-P、WJ-1型、AC型、GK型和SL型等液体速凝剂,大的推进了我国湿喷技术的发展。与低碱液体速凝剂相比较而言,传统粉状碱性速凝剂在生产、施工中存在诸多问题,总结起来有以下几点:(1)生产过程能耗大,环境污染严重。粉状速凝剂在生产过程大致分为生料制备、熟料煅烧、成品粉磨等过程,但其中粉磨和煅烧过程需要消耗大量的能源,同时产生大量的粉尘和废气,环境污染较为严重。另外,由于粉状速凝剂的碱性高,其生产耗碱量较高,约为300~500kg/t。(2)施工扬尘多,碱性大、腐蚀性强。粉状速凝剂主要适用于干喷法施工,施工时粉尘较多,工作环境恶劣;同时粉状速凝剂碱含量较大、腐蚀性强,施工时容易造成施工人员皮肤、眼睛灼伤等伤害,对施工人员的身体健康影响较大。(3)回弹量大,一次喷层薄。掺粉状速凝剂的喷射混凝土粘性差,回弹率高(一般为30%~40%),一次喷层薄(一般为3~7cm)。多次喷射不但工作量增多,而且总体回弹率也会急剧增加,浪费较多的水泥骨料等原材料,间接增加了施工成本和施工人员的工作量,而且降低了工作效率,影响施工进度。(4)混凝土后期强度损失较大。由于粉状速凝剂具有强碱性,一般会使混凝土的
28d抗压强度损失高达30%~50%左右。同时速凝剂的碱性成分使水泥浆体过快凝结,导致混凝土结构的发展不正常,喷射混凝土后期强度损失较大,也影响混凝土的抗渗性耐久性。
(5)混凝土质量不稳定。干喷法施工主要的特点是水在喷头位置加入,水量的大小依靠施工工人根据需要调节,造成喷射混凝土质量波动较大,密实度不高。根据传统粉状速凝剂存在的诸多缺点,如生产能耗大、环境污染严重、对施工人员伤害大、混凝土质量不稳定等,可见传统粉状速凝剂不仅社会成本高,而且混凝土质量得不到有效的保证。为了改善和克服传统粉状速凝剂对施工人员、混凝土的危害。因而,非常
需要通过工艺的改进,以开发出一款低碱液体速凝剂。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对传统粉状速凝剂对混凝土质量的影响,提供一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,解决了现有水泥速凝剂碱含量偏高易发生碱骨料反应导致混凝土后期强度和耐久性下降的问题。
[0005] 本发明的技术方案是提供了一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,包括按质量百分比计的如下组分:酸盐20~30%,磷钨酸盐10~20%,低分子量聚合物5~10%,高分量聚合物5~10%,水30~50%。
[0006] 进一步地,所述铝酸盐的组成包括按质量百分比计的如下组分:碱金属氢化物20~40%,氢氧化铝30~50%,余量为水。
[0007] 进一步地,所述磷钨酸盐的组成包括按质量百分比计的如下组分:碱金属氢氧化物20~40%,磷酸20~30%,钨酸10~20%,余量为水。
[0008] 进一步地,所述低分子量聚合物为含有磺酸基、酰胺基、季铵基团、羧基、酯基官能团的离子聚合物,其分子量达到10万以上。
[0009] 进一步地,所述低分子量聚合物为聚丙烯酰胺、聚甲基苯磺酸、聚酰亚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酸和磷酸单酯中的一种或几种。
[0010] 进一步地,所述高分子量聚合物为非离子型聚合物,其分子量达到100万。
[0011] 进一步地,所述高分子量聚合物为聚乙二醇、聚氧乙烯醚中的一种或两种。
[0012] 另外,本发明还提供了上述喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂的制备方法,其过程如下:先分别制备铝酸盐和磷钨酸盐,备用;再按照设计量分别称取铝酸盐、磷钨酸盐、低分子量聚合物、高分量聚合物及水,将铝酸盐和磷钨酸盐混合并搅拌升温至60℃,然后加入低分子量聚合物、高分量聚合物及水,并在恒温下搅拌反应;待反应完全后,继续恒温搅拌1h后冷却至室温,即得聚合物低碱速凝剂。
[0013] 具体地,所述铝酸盐制备过程如下:将氢氧化铝、碱金属氢氧化物、水按设计量加入容器中,在反应温度80~140℃条件下反应20min~5h,即得铝酸盐。
[0014] 具体地,所述磷钨酸盐制备过程如下:将磷酸、钨酸、碱金属氢氧化物、水按设计量加入容器中,在反应温度40~80℃条件下反应20min~2h,即得磷钨酸盐。
[0015] 本发明中,通过使用铝酸盐引入无定型氢氧化铝,提高了速凝剂中铝离子的含量;使用磷钨酸盐引入了原子半径更大的磷、钨原子,引起的化学不平衡可导致石膏和C3A(铝酸三)更加容易溶解,从而促进早期大量钙矾石的生成,而达到速凝的效果;同时,本发明中采用不同分子量的低分子量聚合物和高分子量聚合物的级配,可以有效的提高速凝剂的促凝和早强性能,以提高喷射混凝土与基体的粘结力,降低喷射混凝土的回弹率。
[0016] 与现有技术相比,本发明的有益效果:(1)本发明提供的这种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂按照常规方法添加到喷射水泥组合物中,混凝土的早期强度迅速发展,并且对后期强度也没有太大影响,克服了传统强碱性速凝剂使混凝土后期强度明显下降且用量越高下降越大的弊端。
[0017] (2)本发明提供的这种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂大大降低混凝土产生碱骨料反应的可能性,解决了现有水泥速凝剂碱含量偏高易发生碱骨料反应导致混凝土后期强度和耐久性下降的问题,同时通过不同分子量的低分子量聚合物和高分子量聚合物的级配,解决了喷射过程中粉尘大、回弹大的问题。
[0018] (3)本发明提供的这种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂与水泥的适应性良好,对不同品牌的水泥均满足喷射混凝土施工的要求,而且在喷射混凝土湿喷工艺中使用,稳定期超过6个月,较低的掺量下可使不同品种的普通酸盐水泥在3分钟内初凝,10分钟内终凝,水泥砂浆1d强度达到7MPa以上,28d抗压强度比大于85%。

具体实施方式

[0019] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0020] 本发明提供了一种喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂,包括按质量百分比计的如下组分:铝酸盐20~30%,磷钨酸盐10~20%,低分子量聚合物5~10%,高分量聚合物5~10%,水30~50%。
[0021] 其中,铝酸盐以氢氧化铝、碱金属氢氧化物、水为原料,且碱金属氢氧化物20~40wt%,氢氧化铝30~50wt%,余量为水,在反应温度80~140℃条件下反应20min~5h得到,氢氧化铝为普通商购的工业氢氧化铝,一般优选100目左右细度的氢氧化铝;碱金属氢氧化物可以是氢氧化、氢氧化钠、氢氧化锂,优选符合国家标准的工业级合格品或一级品。该反应所用的容器可以是敞开式容器也可以是密封式容器,或带回流装置的反应釜,优选带回流装置的反应釜;加热方式可以是明火加热,电加热或水蒸气夹套加热,优选通过反应釜夹套用水蒸气加热;反应温度优选为90~130℃,反应时间优选为30min~2h。
[0022] 磷钨酸盐以磷酸、钨酸、碱金属氢氧化物、水为原料,且碱金属氢氧化物20~40wt%,磷酸20~30wt%,钨酸10~20wt%,余量为水,在反应温度40~80℃条件下反应
20min~2h得到。磷酸和钨酸为工业级,磷酸纯度在85%左右,钨酸纯度在99.5%左右;同样碱金属氢氧化物可以是氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂,优选符合国家标准的工业级合格品或一级品。该反应所用的容器可以是敞开式容器也可以是密封式容器,或带回流装置的反应釜,优选带回流装置的反应釜;加热方式可以是明火加热,电加热或水蒸气夹套加热,优选通过反应釜夹套用水蒸气加热;反应温度优选为50~70℃,反应时间优选为30min~1h。
[0023] 低分子量聚合物使用离子型聚合物,可选用聚丙烯酰胺、聚甲基苯磺酸、聚酰亚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酸和磷酸单酯中的一种或几种,分子量一般选用10万以上。
[0024] 高分子量聚合物使用非离子型聚合物,可选用聚乙二醇、聚氧乙烯醚中的一种或两种,其分子量一般在100万左右。
[0025] 下面通过具体实施例对本发明的喷射混凝土用聚合物低碱速凝剂制备过程及应用效果进行说明。
[0026] 实施例1:取重量百分比计的如下原料:氢氧化铝(工业一级品):42%,氢氧化钠:28%,自来水
30%;将以上原料一次加入反应釜中搅拌并加热,反应温度控制在80~120℃,反应时间控制在1~2h,即可得到铝酸钠溶液。
[0027] 取重量百分比计的如下原料:磷酸(工业一级品):20%,钨酸:20%,氢氧化钠:40%,自来水:20%;将以上原料一次加入反应釜中搅拌并加热,反应温度控制在50~70℃,反应时间控制在0.5~1h,即可得到磷钨酸钠溶液。
[0028] 取上述制备的铝酸钠溶液20份、磷钨酸钠溶液10份混合并搅拌升温至60℃,然后加入聚丙烯酰胺5份、聚酰亚胺5份、聚乙二醇10份及水50份,在恒温下搅拌反应,确保其充分络合,继续恒温搅拌1h后冷却至室温,即得聚合物低碱速凝剂,其中碱含量低于7%。
[0029] 实施例2:取重量百分比计的如下原料:氢氧化铝(工业一级品):42%,氢氧化钠:28%,自来水:
30%;将以上原料一次加入反应釜中搅拌并加热,反应温度控制在80~120℃,反应时间控制在1~2h,即可得到铝酸钠溶液。
[0030] 取重量百分比计的如下原料:磷酸(工业一级品):30%,钨酸:20%,氢氧化钠:40%,自来水:10%;将以上原料一次加入反应釜中搅拌并加热,反应温度控制在50~70℃,反应时间控制在0.5~1h,即可得到磷钨酸钠溶液。
[0031] 取上述制备的铝酸钠溶液30份、磷钨酸钠溶液10份混合并搅拌升温至60℃,然后加入聚氧乙烯醚5份、聚乙二醇5份、聚酰亚胺10份及水40份,在恒温下搅拌反应,确保其充分络合,继续恒温搅拌1h后冷却至室温,即得聚合物低碱速凝剂,其中碱含量低于8%。
[0032] 实施例3:取重量百分比计的如下原料:氢氧化铝(工业一级品):42%,氢氧化钠:28%,自来水:
30%;将以上原料一次加入反应釜中搅拌并加热,反应温度控制在80~120℃,反应时间控制在1~2h,即可得到铝酸钠溶液。
[0033] 取重量百分比计的如下原料:磷酸(工业一级品):30%,钨酸:10%,氢氧化钠:40%,自来水:20%;将以上原料一次加入反应釜中搅拌并加热,反应温度控制在50~70℃,反应时间控制在0.5~1h,即可得到磷钨酸钠溶液。
[0034] 取上述制备的铝酸钠溶液30份、磷钨酸钠溶液20份混合并搅拌升温至60℃,然后加入聚氧乙烯醚5份、聚乙二醇5份、聚二甲基二烯丙基氯化铵5份、聚酰亚胺5份及水30份,在恒温下搅拌反应,确保其充分络合,继续恒温搅拌1h后冷却至室温,即得聚合物低碱速凝剂,其中碱含量低于9%。
[0035] 将上述实施例1~3制得的聚合物低碱速凝剂,以及购得的商品有碱速凝剂(型号:JL-1,碱含量18.6%),中国建材行业标准JC477-2005,分别以占水泥重量的4%的添加量加入水泥净浆中,测试水泥净浆的初终凝时间,其测试结果如表1所示。其中,水泥净浆由以下重量份材料组成:普硅水泥400份、自来水160份,该自来水包括速凝剂中的水。
[0036] 表1:低碱液体速凝剂与有碱液体速凝剂应用效果对比由表1可知,实施例1、2、3制得的聚合物低碱速凝剂在较低的掺量下可使普通硅酸盐水泥在3分钟内初凝,10分钟内终凝,水泥砂浆1d强度达到7MPa以上,28d抗压强度比大于
85%;而且实施例1、2、3制得的聚合物低碱速凝剂对水泥净浆的初终凝时间均快于商品有碱速凝剂,且均能满足JC477-2005标准中对水泥净浆凝结时间的要求。
[0037] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
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