[发明专利]一种低硫聚合铝型无碱速凝剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低硫聚合铝型无碱速凝剂及其制备方法。本发明所述无碱速凝剂由以下组分按质量百分比组成：40‑50%硝酸铝，10‑20%硫酸铝，5‑10%醇胺，1‑3%铵盐，2.1‑3%有机组分A，0.1‑0.2%流变剂，余量为水；所述有机组分A将丙烯酸、壳聚糖、高岭土、水、氢氧化钠、引发剂和交联剂在微波辐射条件下发生聚合反应，经造粒、干燥、粉碎和过筛后制得。本发明采用硝酸铝代替大部分硫酸铝，降低无碱速凝剂硫酸盐含量；可以显著提升吸收定量的硫酸铝和硝酸铝溶液，以及聚合铝盐的生成都可以进一步增加无碱速凝剂中活性铝的含量；最终达到缩短凝结时间和提高1d抗压强度的目的。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种低硫聚合铝型无碱速凝剂及其制备方法。

背景技术

速凝剂是一种使水泥或混凝土快速凝结和硬化的混凝土外加剂。其主要作用是可以增加喷射混凝土一次喷涂厚度，缩短二次喷射之间的间隔，同时提高混凝土早期强度，以便及时提供支护抗力，目前已经广泛应用于现代地下工程、矿山工程、堵漏和抢险等工程。

无碱速凝剂由于对混凝土后期强度几乎没有影响，正成为速凝剂发展的主要方向，以硫酸铝为主要成分的无碱速凝剂是由于原料来源易得，制备工艺简单，是速凝剂的主要研究对象。但是大量引入的硫酸根会与水泥水化产物反应生成二水石膏，其在硬化的混凝土内部与水化铝酸钙二次反应生成钙矾石，导致水泥石固相体积增加，产生巨大的结晶压力，造成水泥石开裂甚至破坏。因此低硫型无碱速凝剂的开发和应用就显得非常重要。

铝盐在较低温度下的溶解度都较低。为了提升无碱速凝剂的综合性能，常采用添加铝离子络合剂或者协同增效组分来提升速凝剂中活性铝浓度，如氢氧化铝、氟化钠、醇胺和氢氟酸等。氢氧化铝干凝胶在硫酸铝溶液中容易溶解，且不会引入有害物质，张小磊等人将其引入到无碱速凝剂中，可以有效促进水泥水化，提升产品的水泥适应性(张小磊.氢氧化铝干凝胶改性无碱速凝剂的制备与性能研究[J].新型建筑材料,2018:34-35)。氢氟酸中的氟离子可以和铝离子进行络合，进而提升无碱速凝剂铝离子的浓度，但是高氟掺量不仅会显著降低早期强度，而且也会影响现场施工人员的身体健康。

发明内容

为了解决现有无碱速凝剂高硫和低铝含量等缺点，本发明提供了一种低硫聚合铝型无碱速凝剂及其制备方法。

硫酸铝是无碱速凝剂的关键材料，大量离子态的铝离子可以有效缩短凝结时间，提升无碱速凝剂的抗压强度。但是硫酸铝溶解度较低，导致无碱速凝剂固含较低，有效速凝组分少，影响产品实际使用。此外引入的大量硫酸盐，对混凝土耐久性和开裂也有较大影响。

本发明所述一种低硫聚合铝型无碱速凝剂由以下组分按质量百分比组成：

上述各组分质量百分比之和为100％；

所述醇胺为二乙醇胺或三乙醇胺，所述铵盐为碳酸氢铵或碳酸铵；所述流变剂为阴离子型聚丙烯酰胺，所述阴离子型聚丙烯酰胺的重均分子量为1000w；

所述有机组分A的制备方法为：将丙烯酸、壳聚糖、高岭土和水搅拌均匀，然后加入氢氧化钠，中和完成后依次加入引发剂和交联剂，在微波辐射条件下发生聚合反应，经造粒、干燥、粉碎和过筛后得到200-300目有机组分A；

所述有机组分A的制备步骤中，其中壳聚糖、高岭土、氢氧化钠、引发剂和交联剂的质量分别为丙烯酸质量的10-15wt％、10-15wt％、40-60wt％、0.1-1wt％、1-3wt％，丙烯酸和水的质量比为1:3-4；

所述引发剂为氧化还原引发剂，包括摩尔比2-5:1的氧化剂和还原剂，其中所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的任意一种，所述还原剂为亚硫酸氢钠；

所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；