[发明专利]一种有机改性聚合硫酸铝无碱液体速凝剂及其制备方法和早强无碱液体速凝剂

说明书

本发明公开了一种有机改性聚合硫酸铝无碱液体速凝剂及其制备方法和一种早强型液体无碱速凝剂，本发明所述有机改性聚合硫酸铝无碱液体速凝剂，是一种有机改性聚合硫酸铝乳液，其由以下原料合成，包括硫酸铝50%~60%，氨水2%~5%，醇胺3%~5%；聚合单体1%~2%，分散剂0.5%~1%，引发剂0.01%~0.05%，其余为水。所述无碱液体速凝剂的合成方法可操作性强，其具有优异的速凝效果的同时具有较好的产品稳定性，且其可与早强组分复配获得早强型液体无碱速凝剂，可兼顾产品稳定性和早强性能。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种有机改性聚合硫酸铝无碱液体速凝剂及其制备方法和早强液体无碱速凝剂。

背景技术

无碱液体速凝剂能够显著降低施工环境粉尘含量，且具有生产使用安全环保、凝结硬化快、强度保证率高、无碱集料危害等优点，在喷射混凝土中被广泛应用。铝相材料能够促进钙矾石的生成，缩短水泥基材料的凝结硬化进程，是无碱速凝剂的核心材料，如十八水合硫酸铝，但常规的十八水合硫酸铝溶解度低，为了改善速凝剂凝结硬化效果，采用聚合硫酸铝提高铝相含量是最有效的方式之一。

CN103553406 A“一种基于工业聚合硫酸铝的无碱无氯液体速凝剂及制备方法”直接采用工业聚合硫酸铝制备速凝剂，该速凝剂具有较好的适应性；CN105271867 A“一种基于合成聚合硫酸铝新型无碱液体速凝剂”采用氨水与硫酸铝水解制备聚合硫酸铝，该速凝剂可以有效避免碱含量过高带来的不利影响，与水泥品种适应性好。

然而，同常规十八水合硫酸铝一样，聚合硫酸铝存在水解—结晶—沉淀的问题，影响速凝剂体系稳定性；同时，高铝相条件下，会导致短时间内大量钙矾石生成，包裹在水泥颗粒表面，阻碍其进一步水化，使得水泥基材料早期强度发展缓慢。

因此，改善聚合硫酸铝速凝剂的稳定性并提高早期强度发展是无碱速凝剂产品开发的热点之一。

酸化、醇胺络合、无机或有机增稠与插层润湿等方式被用来提高无碱速凝剂的稳定性。

专利CN 103803838 A“一种速凝剂”采用聚乙烯亚胺和木质素磺酸钠提高聚合硫酸铝的稳定性，实现速凝剂的稳定存放。专利CN 102219426 A“一种低碱液体速凝剂及其制备方法”采用醇胺类与酰胺类有机物提高聚合硫酸铝的稳定，醇胺类与酰胺类有机物包括二乙醇胺、三乙醇胺、丙醇胺、丙烯酰胺与聚丙烯酰胺。专利CN 109133707 A“一种无碱液体速凝剂及其制备方法”选用的稳定剂为水杨酸与柠檬酸，该速凝剂适应性好，掺量低，凝结速度快，质量稳定。专利CN 107963827 A“有机无机复合型无碱速凝剂及其制备方法”采用防沉剂与润湿剂提高硫酸根的溶解度，提高产品的稳定性，防沉剂由改性有机膨润土和改性氢化蓖麻油制备，润湿剂由磷酸单酯和聚醚制备。由此可见，采用有机物提高聚合硫酸铝的稳定性是实现其凝结硬化效果的重要方式。

同无机盐与有机物早强组分相比，水化硅酸钙作为水泥的主要水化产物之一，用作晶核制备水泥基早强剂不改变水化产物的类型与种类。水化硅酸钙能够加速水泥的水化放热速率，促进早期水化产物生成，提高水泥体系8、12、16h的抗压强度(胡建伟,谢永江,刘子科,等.纳米C-S-H/PCE对硅酸盐—硫铝酸盐复合水泥凝结硬化的影响[J].土木与环境工程学报(中英文).)。在速凝剂中，水化硅酸钙也被用作提高其早期强度。专利CN 110963736A“一种纳米凝胶聚合铝型液体无碱速凝剂及其制备方法”、CN 108585587 A“一种常温合成早强型液体无碱速凝剂及其制备方法”与CN 107840593 A“一种喷射混凝土用早强型液体无碱速凝剂及其制备方法”均采用制备的水化硅酸钙或硅溶胶性能调节剂提高速凝剂早期强度。由此可见，在聚合硫酸铝中引入水化硅酸钙是制备早强速凝剂的重要措施。

然而，为了提高无碱速凝剂中聚合硫酸铝的稳定性及其早强效果，上述专利采用无机酸或醇胺类与酰胺类等作为的稳定组分，一方面酸会影响水化硅酸钙的稳定性，导致其晶核效应不能实现，进而破坏速凝剂的早强效果；另一方面传统的醇胺类与酰胺类在高盐溶液相易发生“团聚”，增加制备分散负担，且影响其产品匀质性能。