[发明专利]一种纳米晶种增强型无碱速凝剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米晶种增强型无碱速凝剂及其制备方法，该速凝剂由以下质量份的原料组成：硫酸锂0%~15%，硫酸铝30%~50%，硫酸镁5%~10%，改性纳米二氧化硅微球5%~15%，有机醇胺5%~10%，无机酸3%~5%，余量为水。本发明所提供的纳米晶种增强型无碱速凝剂通过引入具有双亲特性的改性纳米二氧化硅微球，使其在水泥水化过程中充当晶核，从而有效提高喷射混凝土中水泥的水化速率，显著提高喷射混凝土早期与后期强度。该新型无碱速凝剂具有掺量低、稳定性好、强度保留率高和生产环境友好等突出特点，可以有效提高喷射混凝土的力学性能与耐久性能。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种纳米晶种增强型无碱速凝剂。

背景技术

速凝剂是一种可以使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，主要用于喷射混凝土的施工。速凝剂分为有碱速凝剂和无碱速凝剂两类。其中，有碱速凝剂指的是Na₂O当量含量大于1.0%的速凝剂，该类速凝剂虽然可以满足喷射混凝土初期凝结硬化的使用要求，但是由于其碱含量较高，使得喷射混凝土微结构疏松，导致其出现后期强度损失大、耐久性不足等问题。因此，研发无碱速凝剂已成为国际速凝剂领域的研究热点。

目前，国内外研究人员对无碱速凝剂已进行了广泛探索，但其中仍存在诸多问题。主要体现在如下三方面：（1）部分无碱速凝剂碱含量仍较高。从目前公开的速凝剂专利来看，虽然名为无碱速凝剂，但是其实际组分中碱含量仍较高，如中国专利CN106866017A“一种无碱速凝剂及其制品”，其氟化钠质量份数为10~15%；又如中国专利CN107857501A“一种含促凝早强剂有机胺类物质的无碱速凝剂及其制备方法”，其氟化钠质量份数最高可达15%；再如中国专利CN107298540A“一种抗冻型无碱速凝剂及其制备方法与应用”，其实际组分含有氟化钠且最高质量份数也可达3%。这些速凝剂不能满足新颁布的《喷射混凝土用速凝剂》（GB∕T 35159-2017）中碱含量不应大于1.0%的要求。（2）部分无碱速凝剂难以协调凝结时间与早期强度之间的矛盾。无碱速凝剂中不含碱金属类物质，促凝效果低于传统的有碱速凝剂。为满足凝结时间要求，人们通常采用增大无碱速凝剂掺量的方法来缩短凝结时间。如中国专利CN1974466A中无碱速凝剂掺量高达水泥质量的10%，德国巴斯夫生产MEYCOSA160型速凝剂建议掺量更高达水泥质量的11%。较高的速凝剂掺量虽能缩短水泥浆体/混凝土的凝结时间，但引入硫酸铝等无机盐在水泥水化初期产生大量钙矾石的空间网络孔隙并未得到密实填充，将显著影响水泥浆体/混凝土的早期强度。（3）部分无碱速凝剂的生产与使用对环境影响较大。现有专利中部分无碱速凝剂使用氢氟酸作为稳定剂，该原料的使用虽然提高了无碱速凝剂的稳定性，但是其生产及使用过程将对环境和作业人员健康带来不利影响。由上述分析可知，研发一种高稳定、早强、后期强度不倒缩的环境友好型无碱速凝剂，对提升喷射混凝土综合性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统无碱速凝剂稳定性差、掺量高、早期强度不足、环境影响大等不足而提出的一种纳米晶种增强型无碱速凝剂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米晶种增强型无碱速凝剂包括以下质量份的原料：硫酸锂0%~15%，硫酸铝30%~50%，硫酸镁5%~10%，改性纳米二氧化硅微球5%~15%，有机醇胺5%~10%，无机酸3%~5%，余量为水。

所述硫酸锂为市售工业级硫酸锂。

所述硫酸铝为市售工业级硫酸铝，其中Al₂O₃含量大于17%。

所述硫酸镁为市售工业级七水硫酸镁，其中有效成分含量大于99%。