本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種無堿無氟無氯高效速凝劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、速凝劑是指摻入混凝土中能使噴射混凝土迅速凝結(jié)硬化的外加劑。速凝劑按產(chǎn)品形態(tài)，可分為粉狀和液體（按照固體物質(zhì)在其中的分散狀態(tài)分為：溶液型和懸浮型），速凝劑按堿含量來分，可分為有堿和無堿，有堿速凝劑是指氧化鈉當(dāng)量含量大于1.0%且小于生產(chǎn)廠控制值的速凝劑，無堿速凝劑是指氧化鈉當(dāng)量含量不大于1.0%的速凝劑。

2、含堿含氟含氯速凝劑有以下問題存在：對人體有危害，在沒有防護(hù)措施的情況下會導(dǎo)致人體骨骼骨骼軟化，嚴(yán)重會導(dǎo)致不可逆的傷殘。吸入氫氟酸酸霧會引起支氣管炎和肺水腫，氫氟酸也可經(jīng)皮膚吸收引起嚴(yán)重中毒。對機(jī)械有危害，具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，在短時間內(nèi)，會對使用該速凝劑的設(shè)備（泵送系統(tǒng)）以及輸送管道、噴頭成嚴(yán)重的腐蝕。對施工產(chǎn)生影響，24小時強(qiáng)度很難達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，在第二天開挖作業(yè)時，因強(qiáng)度不足、爆破作業(yè)震動等原因容易造成混凝土的坍塌以及隧道內(nèi)塌方。其他隱蔽危害，混凝土發(fā)生滲水，或在潮濕環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成混凝土強(qiáng)度降低，從而造成無法挽回的損失。

3、早期的速凝劑主要以堿金屬鋁鹽和偏鋁酸鹽等為主要成分，具有優(yōu)異的速凝效果，但因為含堿較高，易于與混凝土中的活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng)，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部膨脹降低混凝土的耐久性，因而速凝劑逐漸向低堿、無堿的方向發(fā)展。速凝劑中含有氯離子會對混凝土內(nèi)配制的鋼筋和其它金屬預(yù)埋件有嚴(yán)重的侵蝕作用，具體為氯離子會穿透鋼筋表面的鈍化膜，從而加速鋼筋銹蝕，速凝劑中含有過量氟離子會降低噴射混凝土的早期強(qiáng)度，對施工人員的身體健康也有一定危害。由此，無堿無氯無氟速凝劑得到越來越多的關(guān)注，但此類產(chǎn)品應(yīng)用后的早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度、速凝效果等有較多差異，還有待進(jìn)一步開發(fā)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于以上問題，本發(fā)明提供一種無堿無氟無氯高效速凝劑，以聚合硫酸鋁作為主要成分，搭配自制的多聚增稠劑及硬化促進(jìn)劑等，其中多聚增稠劑效果要優(yōu)于常規(guī)增稠劑，能盡量減少實際應(yīng)用過程中噴射混凝土的回彈，硬化促進(jìn)劑能加快水化進(jìn)程，從而縮短凝固時間并提升強(qiáng)度等，改性納米二氧化硅能穩(wěn)定速凝劑各組成成分。本發(fā)明制備的無堿無氟無氯高效速凝劑，其性能經(jīng)測試后符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，成品對人體危害較小，初凝與終凝時間較短，使用后混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度與保留率，各項性能優(yōu)越。

2、本發(fā)明提供一種無堿無氯無氟高效速凝劑，其組成成分按質(zhì)量份計如下：40-50份聚合硫酸鋁、3-8份三甲酸鋁、1-1.5份乙二醇乙醚、2-3份多聚增稠劑、1-3份改性納米二氧化硅、3-5份硬化促進(jìn)劑、1-2份甲酸鈣和50-60份水；

3、進(jìn)一步地，聚合硫酸鋁的質(zhì)量份為45-48份；

4、進(jìn)一步地，三甲酸鋁的質(zhì)量份為4-6份。

5、所述多聚增稠劑的制備方法如下：

6、v1.將丙烯酸和n,n-二甲基丙烯酰胺按照摩爾比1-3：1稱量獲得混合物1，按照體積比1：10-15稱量混合物1和水，調(diào)節(jié)ph為7.0，獲得混合物2，往混合物2中通入氮?dú)?，滴入過硫酸銨溶液，加熱并持續(xù)攪拌4-5h，冷卻至室溫獲得混合物3；

7、v2.將步驟v1所獲混合物3以4000-5000g離心力離心，棄上清液，沉淀采用去離子水洗滌3-5次，再次離心后的沉淀干燥后獲得多聚增稠劑。

8、較佳地，步驟v1中，優(yōu)選氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph，氮?dú)獾耐ㄈ肓績?yōu)選8-10l/min，過硫酸銨溶液的質(zhì)量百分比濃度為1-3%，過硫酸銨溶液的滴入量為混合物2體積的5-8%，加熱的溫度優(yōu)選60-70℃，攪拌的轉(zhuǎn)速優(yōu)選80-120rpm。

9、所述改性納米二氧化硅的制備方法如下：

10、l1.將硬脂酸與無水乙醇按照質(zhì)量體積比1g：5-7ml混合，加熱至45-55℃，以500-600rpm的轉(zhuǎn)速攪拌至分散均勻后獲得溶液1；

11、l2.將納米二氧化硅顆粒加入到步驟l1所獲溶液1中，超聲處理分散后加熱至55-65℃并維持2-3h，結(jié)束后過濾、無水乙醇洗滌，干燥后獲得改性納米二氧化硅。

12、較佳地，步驟l2中，納米二氧化硅顆粒優(yōu)選粒徑在20-100nm、純度達(dá)到99%以上的產(chǎn)品，超聲優(yōu)選在150-200w功率下進(jìn)行。

13、所述硬化促進(jìn)劑的制備方法如下：

14、s1.將硝酸鋁和硝酸鋰加入到水中，攪拌至分散均勻后獲得溶液2，將氫氧化鈉和碳酸鈉加入到水中，攪拌至分散均勻或獲得溶液3；

15、s2.將步驟s1所獲溶液2與溶液3滴加并研磨混合，結(jié)束后在80-90℃下靜置1-3h，離心獲取沉淀，沉淀采用去離子水洗滌3-5次，將鹽酸多巴胺溶液加入，室溫下以280-320rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2-3h，結(jié)束后離心，所獲沉淀干燥后即得硬化促進(jìn)劑。

16、較佳地，步驟s1中，硝酸鋁：硝酸鋰的摩爾比為1：1，溶液2中硝酸鋁的濃度為1.2-1.5mol/l，氫氧化鈉：碳酸鈉的摩爾比為1.2：1，溶液3中氫氧化鈉的濃度為0.9-1.2mol/l；

17、較佳地，步驟s2中，研磨優(yōu)選以3500-4000rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的膠體磨進(jìn)行3-5min，鹽酸多巴胺溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.5-0.8%，沉淀：鹽酸多巴胺溶液的質(zhì)量體積比為1g：10-15ml。

18、本發(fā)明還提供一種無堿無氯無氟高效速凝劑的制備方法，具體步驟如下：

19、m1.按照質(zhì)量份稱量各組成成分，將聚合硫酸鋁溶解在10-20份水中，然后加入硬化促進(jìn)劑和乙二醇乙醚，加熱至70-80℃攪拌至分散均勻，獲得溶液4；

20、m2.將三甲酸鋁、甲酸鈣和改性納米二氧化硅溶解在剩余質(zhì)量份的水中，攪拌至分散均勻，獲得溶液5；

21、m3.將步驟m1所獲溶液4與步驟m2所獲溶液5混合，同時將多聚增稠劑緩慢加入，攪拌至分散均勻后即獲得無堿無氯無氟高效速凝劑。

22、本發(fā)明的有益效果如下：

23、無堿速凝劑通常是以硫酸鋁作為主要成分，結(jié)合增稠劑、醇胺、有機(jī)酸或無機(jī)酸等其他成分合理配置后獲得，本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，采用聚合硫酸鋁作為主要成分，聚合硫酸鋁的優(yōu)勢在于其al2o3含量更高且成本更低，能降低速凝劑的生產(chǎn)成本。除此之外，本發(fā)明采用三甲酸鋁、乙二醇乙醚、甲酸鈣能作為輔助，最終獲得的速凝劑整個體系較為穩(wěn)定，ph在3.0附近，能有效抑制硫酸鋁的水解和聚集等。本發(fā)明制備多聚增稠劑代替常規(guī)速凝劑產(chǎn)品中使用的增稠劑（如聚丙烯酰胺），多聚增稠劑能增強(qiáng)噴射混凝土的粘度，并在實際應(yīng)用過程中減少噴射混凝土的回彈，不僅能避免材料浪費(fèi)，也對施工人員起到一定保護(hù)，本發(fā)明制備的改性納米二氧化硅具體是采用硬脂酸對納米二氧化硅顆粒進(jìn)行改性，改性后的納米二氧化硅添加到速凝劑中后，能促進(jìn)硅酸鹽水泥的水化，穩(wěn)定速凝劑各組成成分，本發(fā)明制備的硬化促進(jìn)劑是借助于層狀雙氫氧化物的的優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上采用鹽酸多巴胺進(jìn)行修飾，實際應(yīng)用后能提升速凝劑的各項性能，特別是對硅酸鹽水泥凝固及強(qiáng)度的性能提升。

24、本發(fā)明制備的無堿無氟無氯高效速凝劑，其性能經(jīng)測試后符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，成品對人體危害較小，初凝與終凝時間較短，使用后混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度與保留率，可高效應(yīng)用于建筑行業(yè)。