[发明专利]一种无碱液体速凝剂及其制备方法

说明书

本发明涉及无碱液体速凝剂，由溶液A和溶液B按比例混合配制而成，以质量百分比计，配制溶液A的原料组份包括45‑60%十八水合硫酸铝、0.05‑1%氟化钠、2‑5%无机促凝组份、2‑4%有机早强剂和35‑50%水；配制溶液B的原料包括45‑55%十八水合硫酸铝、8‑15%偏铝酸钠、2‑4%有机早强剂、3‑6%增粘剂和25‑40%水。溶液A和溶液B的稳定性好，现场复配可以调节速凝剂的性能，一方面可以克服施工过程中因温度、胶凝材料变化等因素带来的影响，提高其对环境适应性；另一方面可以使速凝剂适用于多种类型的水泥。其原料安全易得、便于运输，且工艺简单、易于操作。

技术领域

本发明涉及速凝剂技术领域，具体而言，涉及一种无碱液体速凝剂及其制备方法。

背景技术

速凝剂是喷射混凝土中必不可少的外加剂，它使得水泥胶凝材料在几分钟之内初凝并硬化，在十几分钟之内即可达到终凝。正是速凝剂确保了喷射混凝土具有速凝、快硬、早强等性能，满足了工程建设中特殊施工工艺的要求，极大地拓展了喷射混凝土的应用领域。因此，新型高效速凝剂的研发一直是喷射混凝土科研的重点，受到国内外混凝土研究者的关注。

根据速凝剂的性质和状态可以分为粉体和液体两种。粉体速凝剂不溶于水，在喷射混凝土中以粉状喷射形式使用，回弹量大、施工现场粉尘浓度非常大，容易造成环境污染和损害操作人员身体健康，而且后期强度和耐久性能不能有效保证，粉体速凝剂的发展和应用已经受到了很大限制，目前面临淘汰的局面。

随着喷射混凝土技术的发展，出现了液体速凝剂。液体速凝剂相对粉体速凝剂施工质量稳定，耐久性好，具有明显的性能优势。液体速凝剂按碱含量可分为高碱、低碱和无碱液体速凝剂，按主要促凝组分可分为水玻璃型、铝酸钠型、硫酸铝型和无硫无碱无氯型。以水玻璃型和铝酸钠型为代表的高碱液体速凝剂存在以下几个问题：1）28ｄ抗压强度保有率低；2）高的碱含量，损害施工员的健康，也增大了发生碱骨料反应的概率，导致混凝土耐久性下降。以硫酸铝型为代表的无碱液体速凝剂以其高的长期强度保有率、无碱无氯、安全环保和高耐久性等优点正逐渐取代高碱液体速凝剂成为液体速凝剂发展的方向。

当前，国际上比较知名的无碱液体速凝剂均属于硫酸铝系：意大利Mapequick AF系列、Sika的Sigunite AF系列和巴斯夫Master SA系列。因此，液体无碱速凝剂的研发一直围绕着如何提高速凝剂中铝离子浓度或活性铝浓度并使其稳定存在。根据无机促凝组份，文献（隧道建设，2017，37（5），543-552）公开了当前液体无碱速凝剂制备的几种方法：硫酸铝系列，硫酸铝、氢氧化铝系列，硫酸铝、氢氧化铝、氢氟酸系列，硫酸铝、氟化镁铝系列，硫酸铝、氟化钠系列。各系列的特点如下：硫酸铝系列速凝剂掺量较大，速凝剂中有机络合剂掺量大，原料成本和使用成本较高；硫酸铝、氢氧化铝系列速凝剂虽然具有高早强、低回弹率、高长期强度保有率、耐久性好等优点，但是活性Al(OH)₃ 原料不易得，聚合硫酸铝稳定性差，需加入大量的稳定剂，速凝剂成本高；硫酸铝、氢氧化铝、氢氟酸系列速凝剂掺量低、水泥适应性好、一般早期强度增长较慢、后期强度较高、28ｄ抗压强度比大于100%；硫酸铝、氟化镁铝系列速凝剂具有水泥适应性好、后期强度较高等优点，在添加时如何使氟化镁铝与硫酸铝反应生成稳定的溶液是此系列的关键技术；硫酸铝、氟化钠系列速凝剂具有生产简单，原料易得，成本低，碱含量低，混凝土和易性好，黏度增长快，１d龄期内强度发展迅速，28ｄ抗压强度比大于85％等优点，同时该类型速凝剂具有掺量大、对温度敏感、适应性一般等不足。

目前，国内市场上出售的液体无碱速凝剂主要是硫酸铝、氢氧化铝、氢氟酸系列速凝剂。然而，受以下几方面因素影响，该系列速凝剂面临前所未有的挑战：氢氟酸具有强腐蚀性和剧毒性，属于高危化学品，操作过程中稍有不慎，就会给操作人员带来伤害，甚至致残；氢氟酸的生产、运输都需要特定的设备，这使得该工艺只能在特定的地域进行，限制了其在大范围内推广；另外，自2018年下半年开始，氢氟酸的价格不断上涨，使得该工艺的价格优势荡然无存。因此，开发出工艺简单、原料安全易得的高性能液体无碱速凝剂迫在眉睫。

发明内容