一种喷射混凝土施工用速凝剂及其制备方法与流程

来源:米乐网    发布时间:2026-05-30 13:28:38



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  本发明针对传统速凝剂存在液态析出沉淀、含碱腐蚀钢筋及引发碱集料反应的问题,创新性开发固态无碱速凝剂。通过多聚谷氨酸与聚乙二醇单甲醚复合改性,结合超细硅灰石粉等组分协同作用,实现速凝剂固态稳定存储与高效促凝功能,有很大成效避免碱性腐蚀及析出隐患,提升混凝土施工性能。

  本发明涉及混凝土附加剂技术领域,具体涉及一种喷射混凝土施工用速凝剂及其制备方法。

  喷射混凝土,是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法,常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层。喷射混凝土是将预先配好的水泥、砂、石子、水和少数的外加剂,装入喷射机,利用高压空气将其送到喷头和速凝剂混合后,以很高的速度喷向岩石或混凝土的表面而形成。

  目前,速凝剂通常为含碱速凝剂,其中铝酸盐速凝剂在湿混喷射混凝土工程中应用效果相对较好,比无碱速凝剂促进凝结时间更短。常用的含碱速凝剂主要成分为偏铝酸钠,属于过饱和溶液,稳定性差,在低温度的环境或者存放时间过长后易析出沉淀,不利于低温度的环境下的施工以及速凝剂的存放。

  此外,含碱速凝剂存在的碱性物质会与混凝土集料中某些活性矿物(活性氧化硅、活性氧化铝等)发生化学反应,生成膨胀物质(或吸水膨胀物质)而引起混凝土产生内部自膨胀应力而开裂的现象,以此来降低混凝土的耐久性。

  本发明所要解决的技术问题就在于提供一种速凝效果非常明显、稳定性高且避免碱集料反应以及腐蚀钢筋隐患的喷射混凝土施工用速凝剂及其制备方法。

  多聚谷氨酸35-45份、聚乙二醇单甲醚20-25份、超细硅灰石粉15-20份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5-10份、阳离子聚丙烯酰胺5-10份、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚1-5份、微晶纤维素1-5份、沥青乳化剂0.5-2份、氢化蓖麻油0.5-2份。

  所述阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)搅拌下向土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2-5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌2-5h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌15-30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌5-10min,并加入三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌15-30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向阳离子聚丙烯酰胺中加入沥青乳化剂,并加热至115-125℃保温搅拌10-15min,再加入氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌10-15min,即得助剂;

  (4)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入超细硅灰石粉、微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  所述超细硅灰石粉经过改性处理,其具体改性方法为:将超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥5-8h,经自然冷却至室温,并分散于3-5倍重量份的水中,再加入甲基丙烯酸羟乙酯、二甲基丙烯酸镁和过硫酸钾,充分混合后利用微波处理器微波回流处理5min,间隔5min后继续微波回流处理5min,间隔5min后再次微波回流处理5min,如此反复,控制微波回流处理总时间在30-45min,所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干,最后利用超微粉碎机制成微粉,即得改性硅灰石粉。

  所述超细硅灰石粉、甲基丙烯酸羟乙酯、二甲基丙烯酸镁和过硫酸钾的重量比为10-15∶1-5∶1-5∶0.01-0.05。

  上述所制速凝剂在使用时先采用预混装置与水泥拌合,所述预混装置包含由进料室和混料室组成的混合罐以及罐体支撑台,所述进料室与混料室之间水平设有过料筛网,进料室顶部设有袋装水泥进料口和早强减水剂进料口,进料室侧壁设有一个排渣气缸和两个相对称的切袋气缸,切袋气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有相匹配的半环形切袋刀片,排渣气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有与过料筛网垂直贴合的排渣板,排渣板正对的进料室侧壁上设有排渣门,所述混料室中水平设有由电机驱动旋转的螺旋混料叶片,混料室底部设有出料口,混料室上侧外壁对称设有振动电机、下侧外壁对称设有与罐体支撑台垂直连接的振动弹簧。

  所述袋装水泥进料口上垂直设有一对进料限位板,两个进料限位板之间形成卡合袋装水泥的限位空间。

  使用时,先关闭出料口,打开袋装水泥进料口和振动电机开关,利用起吊设备将袋装水泥垂直卡在限位空间中且袋装水泥底部伸入进料室中,然后打开切袋气缸工作开关,利用切袋刀片将袋装水泥的包装袋切开,流出的水泥在振动电机作用下通过过料筛网进入混料室,待袋中中水泥完全流出后利用起吊设备将水泥包装袋提起并送至指定位置,切袋刀片往复运动以逐一对后续利用起吊设备送入进料室中的袋装水泥进行切袋放料;并打开排渣气缸工作开关,利用排渣板和排渣门将切割下的水泥包装袋和未过筛的水泥渣排出进料室;再打开电机工作开关和减水剂进料口向进料室加入减水剂,电机驱动螺旋混料叶片旋转以将减水剂均匀分散于水泥中,并通过喷雾加湿嘴对混合物料进行加湿,以减少混料室内部粉尘压力同时促进减水剂在水泥中的进一步均匀分散;混料结束后打开出料口,将混合好的水泥与减水剂混合料排出。

  (1)甲基丙烯酸羟乙酯与二甲基丙烯酸镁经化学交联反应在硅灰石粉表面及其颗粒内部结构中形成丙烯酸树脂,在增强硅灰石粉使用性能的同时提高硅灰石粉与速凝剂其余制备原料以及水泥的共混相容性;

  (2)多聚谷氨酸与聚乙二醇单甲醚经酯化反应与改性处理后制得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚,所制改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚作为速凝剂主料,发挥显著的速凝效果;

  (3)所制速凝剂在其掺量为水泥用量的2%时即可显现优异的速凝效果,加速水泥的水化硬化,使初凝时间在1-5min,终凝时间在5-10min;并且在短时间内能使混凝土形成足够的强度,从而适用于喷射混凝土的施工,同时适用于2-5℃的低温施工环境;

  (4)所制速凝剂属于固态无碱型速凝剂,固态的存在形式避免液态速凝剂存在的存放时间过长后易析出沉淀进而影响速凝效果的问题,无碱型的存在形式避开使用含碱速凝剂存在的碱集料反应以及腐蚀钢筋的隐患,来保证混凝土工程的耐久性;

  (5)通过该装置的结构设置,实现水泥与减水剂的自动化混料,节省人力的同时提高混料均匀度,使减水剂均匀分散于水泥中;并减轻水泥切袋过程中所产生粉尘对工作环境的污染,同时实现水泥的过筛,防止结块水泥在混料过程中发生团聚现象进而影响减水剂的均匀分散;还通过振动电机和振动弹簧的设置,加快物料的过筛速度以及提高混料均匀度,以及通过喷雾加湿嘴对混合物料进行加湿以减少混料室内部粉尘压力同时促进减水剂在水泥中的进一步均匀分散。

  其中:1-进料室;2-混料室;3-罐体支撑台;4-过料筛网;5-袋装水泥进料口;6-早强减水剂进料口;7-排渣气缸;8-切袋气缸;9-切袋刀片;10-排渣板;11-排渣门;12-螺旋混料叶片;13-出料口;14-振动电机;15-振动弹簧;16-进料限位板;17-限位空间;18-喷雾加湿嘴;19-弹簧限位柱;20-筛网置台;21-电机。

  为了使本发明实现的技术方法、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。

  (1)搅拌下向40g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入20g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌3h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌10min,并加入5g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和3g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向5g阳离子聚丙烯酰胺中加入0.5g沥青乳化剂bh-z1,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入1g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌10min,即得助剂;

  (4)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入15g超细硅灰石粉、3g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)搅拌下向45g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入25g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌4h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌10min,并加入10g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和5g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向8g阳离子聚丙烯酰胺中加入1g沥青乳化剂bh-z2,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入0.5g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌15min,即得助剂;

  (4)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入20g超细硅灰石粉、5g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)搅拌下向40g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入20g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌3h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌10min,并加入5g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和3g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向5g阳离子聚丙烯酰胺中加入0.5g沥青乳化剂bh-z1,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入1g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌10min,即得助剂;

  (4)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入15g超细硅灰石粉、3g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  超细硅灰石粉的改性:将15g超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥8h,经自然冷却至室温,并分散于3倍重量份的水中,再加入5g甲基丙烯酸羟乙酯、3g二甲基丙烯酸镁和0.05g过硫酸钾,充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波处理器微波回流处理5min,间隔5min后继续微波回流处理5min,间隔5min后再次微波回流处理5min,如此反复,控制微波回流处理总时间在30min,所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干,最后利用超微粉碎机制成微粉,即得改性硅灰石粉。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)搅拌下向45g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入25g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌4h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌10min,并加入10g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和5g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向8g阳离子聚丙烯酰胺中加入1g沥青乳化剂bh-z2,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入0.5g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌15min,即得助剂;

  (4)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入20g超细硅灰石粉、5g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  超细硅灰石粉的改性:将10g超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥8h,经自然冷却至室温,并分散于3倍重量份的水中,再加入3g甲基丙烯酸羟乙酯、2g二甲基丙烯酸镁和0.05g过硫酸钾,充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波处理器微波回流处理5min,间隔5min后继续微波回流处理5min,间隔5min后再次微波回流处理5min,如此反复,控制微波回流处理总时间在30min,所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干,最后利用超微粉碎机制成微粉,即得改性硅灰石粉。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)搅拌下向45g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入25g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌4h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌10min,并加入10g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和5g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入20g超细硅灰石粉、5g微晶纤维素和8g阳离子聚丙烯酰胺,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)搅拌下向45g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入25g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌4h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)向8g阳离子聚丙烯酰胺中加入1g沥青乳化剂bh-z2,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入0.5g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌15min,即得助剂;

  (3)向多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入20g超细硅灰石粉、5g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  (1)向8g阳离子聚丙烯酰胺中加入1g沥青乳化剂bh-z2,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入0.5g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌15min,即得助剂;

  (2)向45g土壤级多聚谷氨酸中加入25g聚乙二醇单甲醚750、20g超细硅灰石粉、5g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  将等量实施例1-4、对照例1-3所制速凝剂参照gb8076-2016《混凝土外加剂》测定混凝土减水率与凝结时间,并参照gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能测试方法标准》测定抗住压力的强度,测定结果如表1所示。并设置分别以专利cn106279496a实施例1、cn104310849a实施例1所制速凝剂作为对照例4、对照例5。

  混凝土拌合:p.042.5水泥、细度模数2.6中砂、5-10mm连续级配碎石的重量配比360∶780∶1080,调整用水量使新拌混凝土初始坍落度为210±10mm,早强减水剂掺量为水泥重量的2%。

  (1)搅拌下向45g土壤级多聚谷氨酸中加水直至完全溶解,滴加2.5wt%稀硫酸溶液调节ph值至3-4,再加入25g聚乙二醇单甲醚750,补加水直至聚乙二醇单甲醚750完全溶解,然后加热至回流状态保温搅拌4h,所得混合物经减压浓缩成固含量45-55%的膏体,并以5℃/min的冷却速度降温至0-5℃保温搅拌30min,最后送入冷冻干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (2)将多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚加热至115-125℃保温搅拌10min,并加入10g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和5g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚,再在115-125℃下继续保温搅拌30min,自然冷却至室温,即得改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚;

  (3)向8g阳离子聚丙烯酰胺中加入1g沥青乳化剂bh-z2,并加热至115-125℃保温搅拌10min,再加入0.5g氢化蓖麻油,继续在115-125℃下保温搅拌15min,即得助剂;

  (4)向改性多聚谷氨酸/聚乙二醇单甲醚中加入20g超细硅灰石粉、5g微晶纤维素和助剂,充分混合后经线h,最后经超微粉碎机制成微粉,即得速凝剂。

  超细硅灰石粉的改性:将10g超细硅灰石粉置于130-140℃烘箱中干燥8h,经自然冷却至室温,并分散于3倍重量份的水中,再加入3g甲基丙烯酸羟乙酯、2g二甲基丙烯酸镁和0.05g过硫酸钾,充分混合后利用微波频率2450mhz、输出功率700w的微波处理器微波回流处理5min,间隔5min后继续微波回流处理5min,间隔5min后再次微波回流处理5min,如此反复,控制微波回流处理总时间在30min,所得混合物于65-75℃下搅拌至水分挥干,最后利用超微粉碎机制成微粉,即得改性硅灰石粉。

  其中,超细硅灰石粉的平均粒径在15-20μm;阳离子聚丙烯酰胺的分子量在800-1200万,阳离子浓度在10-70%。

  上述所制速凝剂在使用时先采用预混装置与水泥拌合,预混装置包含由进料室1和混料室2组成的混合罐以及罐体支撑台3,所述进料室与混料室之间水平设有过料筛网4,进料室顶部设有袋装水泥进料口5和早强减水剂进料口6,进料室侧壁设有一个排渣气缸7和两个相对称的切袋气缸8,切袋气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有相匹配的半环形切袋刀片9,排渣气缸的导杆垂直穿入进料室中且前端设有与过料筛网垂直贴合的排渣板10,排渣板正对的进料室侧壁上设有排渣门11,所述混料室中水平设有由电机21驱动旋转的螺旋混料叶片12,混料室底部设有出料口13,混料室上侧外壁对称设有振动电机14、下侧外壁对称设有与罐体支撑台垂直连接的振动弹簧15。

  切袋刀片闭合后形成的圆环内径小于袋装水泥的横向直径,袋装水泥进料口上垂直设有一对进料限位板16,两个进料限位板之间形成卡合袋装水泥的限位空间17,混料室内壁设有多个朝向螺旋混料叶片的喷雾加湿嘴18,罐体支撑台上垂直设有套在振动弹簧内部的弹簧限位柱19,进料室与混料室连接处设有安装过料筛网的筛网置台20。

  以上显示和描述了本发明的基础原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书里面描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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