[发明专利]一种喷射混凝土用减水剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种喷射混凝土用减水剂及其制备方法。本发明所述喷射混凝土用减水剂由以下组分按重量百分比配制而成：聚羧酸减水剂（折算为固体）10‑18%；粘度调节剂0.05‑0.2%；离子螯合剂1‑5%；促凝助剂2‑10%；引气剂0‑0.2%；余量为水。本发明所述喷射混凝土用减水剂的减水率可以达到15%以上，混凝土坍落度保持时间可达2h；可应用于C20‑C50的喷射混凝土，满足较长距离的运输需求，且能够减少喷射混凝土回弹量，相同速凝剂掺量的条件下能够明显缩短凝结时间，亦或在满足凝结时间要求的条件下能够显著降低喷射混凝土液体速凝剂掺入量；显著提高喷射混凝土的施工质量，同时保证喷射混凝土的长期力学性能和耐久性能。

技术领域

本发明涉及一种用于湿法喷射混凝土施工的外加剂，具体为一种喷射混凝土用减水剂及制备方法，属于混凝土外加剂领域。

背景技术

喷射混凝土在地下施工和岩石支护中有很多优越性，已经成为现代地下工程中一项非常重要和必须的措施。采用预拌混凝土的湿法喷射施工是目前广泛采用的施工方式。为了保证喷射混凝土具有良好的工作性能并保证后期强度，湿喷混凝土中普遍使用减水剂来降低用水量、改善混凝土工作性能、提高混凝土强度和耐久性。同时为了加快施工进度、减少混凝土回弹量，湿法喷射混凝土中普遍使用液体速凝剂来缩短凝结时间、加速混凝土早期强度发展，使喷射混凝土快速对岩石形成有效地支护。

已有的研究结果表明，速凝剂主要通过与水泥水化初期液相中的硫酸盐反应，消除其对水泥的缓凝作用，进而促进水泥中的铝酸钙矿物快速水化，从而使喷射混凝土快速凝结，提供早期强度，实现对岩石的初期支护。然而湿法喷射混凝土一般是在搅拌站集中拌合，然后运输至施工现场，从混凝土拌合完成到开始喷射施工需要一定的时间，这一时间与运输距离以及施工速度有关，短则半小时，长可达数小时。按照水泥的水化理论，在这段时间内，水泥已经发生了一定的初始水化反应，溶解到液相中的硫酸盐与水泥的铝酸盐矿物发生反应生成钙矾石包裹在水泥颗粒表面，从而阻止水泥的闪凝，以保障混凝土具有一定时间可塑性和工作性。在已经发生水化的水泥浆体中，早期的可溶性钙离子、硫酸盐被大量消耗，因此，主要通过与水泥中的钙离子、硫酸根离子作用而使水泥速凝的液体速凝剂的效果会被削弱，喷射混凝土凝结时间变长，实际施工中往往需要通过提高速凝剂的掺量才能满足喷射支护要求；而大掺量的速凝剂又会带来后期强度下降，耐久性不足等问题。此外，由于湿喷工艺采用预拌混凝土集中搅拌的生产工艺，受限于运输距离，混凝土需要在运到施工现场时需要具有满足喷射施工的流动性能，因此往往通过在添加一定的缓凝、保坍组分，这些成分对于速凝剂的作用效果也会产生不利的影响。

通过优化速凝剂配方的技术方案能够在一定程度上解决上述问题。如中国专利CN201611088659.2公布了一种改性铝酸盐速凝剂的方法，其方法是通过引入更高水化活性的两性金属氧化物以及硫酸盐、多元醇的物质促进水泥的水化。中国专利CN200910183568.0公布了一种采用硫酸铝与铝酸钠制备碱式硫酸铝的方法来改善速凝剂的性能，改善液体速凝剂适应性。这些方法虽然能够有效地缩短已水化水泥的凝结时间、一定程度上改善水泥适应性，但是对于采取了缓凝、长时间保坍措施的预拌混凝土的促凝效果仍然不明确，同时复杂的速凝剂组分储存稳定性较差，另外也会增加工程建设的成本。

聚羧酸减水剂由于其分子结构可设计性强，通过不同功能结构单元的优化组合，可以制备得到具有特殊功能的产品，同时通过功能性助剂的复配可以实现对水泥水化历程以及水泥及材料性能的调控。因此通过开发具有水泥水化历程控制功能的聚羧酸减水剂进而改善喷射混凝土拌合物与液体速凝剂之间的适应性，缩短喷射混凝土凝结时间，降低回弹量对于喷射混凝土施工具有重要的价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够控制水泥矿物中铝酸盐与硫酸盐的早期水化、使之在遇到液体速凝剂后再快速水化的聚羧酸减水剂，从而缩短喷射混凝土的凝结时间，降低混凝土回弹量，并可以减少速凝剂的掺量，进而保障混凝土的后期强度和耐久性。