[发明专利]一种无碱速凝剂及其制备工艺

说明书

一种无碱速凝剂及其制备工艺，涉及混凝土外加剂领域。本发明在传统无碱速凝剂中引入螯合剂、稳定剂、增强剂，促进早期钙矾石的沉淀结晶，调控水泥石及水化产物的微结构，缩短水泥的初凝和终凝时间，促进混凝土的早后期强度发展。采用本发明制备的无碱速凝剂具有无腐蚀、无污染、掺量低、增强效果显著、性价比高的特点，而且具有良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂领域，涉及一种无碱速凝剂及其制备工艺。

背景技术

速凝剂是用于促进水泥混凝土凝结硬化、提高早期强度的功能型混凝土外加剂，适用于高速公路、高速铁路和隧道工程等领域。按碱含量划分，速凝剂有分为无碱速凝剂(Na₂O eq≤1％)和有碱速凝剂(Na₂O eq＞1％)。目前有碱速凝剂存在的问题为(1)危害身体健康；(2)稳定性差。因此，开发无碱速凝剂成为国内外加剂企业的重要研发方向。

速凝剂能够调控水泥混凝土的凝结硬化性能主要是机理主要表现在：(1)促进铝相和铁相的早期水化形成钙矾石，钙矾石的相互作用形成网络状的结构，从而缩短初凝和终凝时间；(2)促进硅酸盐(C₃S和C₂S)的水化形成C-S-H，从而提高力学性能。

通过调研无碱速凝剂的研究现状，可知：无碱速凝剂的组成通常包括：(1)铝质原料包括聚合硫酸铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝、铝矾土、粉煤灰等；(2)胺类物质包括单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、N-甲基二乙醇胺、脂肪酸甲醇酰胺等；(3)有机聚合物：包括磺酸盐聚合物、羧酸盐聚合物；(4)其它有机或无机组分：柠檬酸、磷酸、硅粉、甲酸钙、氟硅酸镁、氟化镁、纤维素(醚)、消泡剂等。通过上述原材料制备出的无碱速凝剂通常能够缩短初凝和终凝时间，但是掺量较高，通常为胶材质量的6％～8％且对早后期增强效果不明显。此外，液体的无碱速凝剂的通常不稳定，容易出现分层现象，降低其促凝增强效果。出现上述问题的主要原因在于：(1)掺量高：没有显著提高钙矾石的生产速率；(2)增强效果不显著：膨胀性钙矾石的大量形成导致结构不够致密，且水化产物之间缺乏共价键作用；(3)稳定性差：缺少体系的稳定剂。

因此，本专利通过对原材料及制备工艺上的调整，组分包括原料A1和A2、螯合剂、pH调节剂、稳定剂和增强剂；其中螯合剂与Al之间通过化学键作用增加Al的溶解性；稳定剂和pH调节剂主要用于改善无碱速凝剂的稳定性，增强剂调节水泥石的微结构以促进其增强作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无碱速凝剂及其制备工艺，以解决无碱速凝剂掺量高、增强效果差及不稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种无碱速凝剂及其制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将原料A1和A2加入到反应釜中，用去离子水进行溶解制备成A溶液，控制温度为40～80℃，A1和A2的总质量为每30～40份对应去离子水100份；

(2)在步骤1)得到的A溶液中加入螯合剂B，其中B与A1和A2总质量比例为1:3～1:6；然后加入pH调节剂C调节溶液pH值至3～5，控制温度40～80℃，反应时间1～3h，得到ABC溶液；

(3)在步骤2)得到的ABC溶液中加入稳定剂D和增强剂E1和E2，D的质量为ABC溶液质量的1％～5％；E1和E2的总质量为ABC溶液质量的1％～5％；控制温度40～80℃，反应时间1～3h，得到一种无碱速凝剂。

上述的一种无碱速凝剂及其制备工艺，所述的步骤1)中，原料A1为三氟甲磺酸铝、醋酸铝中的一种；

上述的一种无碱速凝剂及其制备工艺，所述的步骤1)中，原料A2为硫酸镁、硫酸铁、硫酸锌中的一种或两种；