一種無堿液體速凝劑及其制備方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及速凝劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無堿液體速凝劑及其制備方法。
[0003] 技術(shù)背景
[0004] 速凝劑是摻入混凝土中能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的外加劑，是噴射混凝土施工法 中不可缺少的添加劑，加速水泥的水化硬化，在很短的時(shí)間內(nèi)形成足夠的強(qiáng)度，以保證特殊 施工的要求。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前無堿液體速凝劑是發(fā)展趨勢(shì)，一般為鋁鹽和酸復(fù)合而成 的溶液或懸浮液，其堿含量一般為小于1%，主要用于隧道、礦山或者加固項(xiàng)目的噴射混凝 土。由于無堿液體速凝劑中不含氯離子、堿離子，從而不會(huì)銹蝕鋼筋、不污染環(huán)境、不傷害作 業(yè)人員的身體。 如CN200810203051.9公開了一種噴射混凝土用環(huán)保型無堿液體速凝劑及其制備方 法，其由硫酸鋁、氟化鈉、三乙醇胺以及聚丙烯酰胺組成。水泥水化的早期行為主要受C3A 反應(yīng)影響，凝結(jié)和早期強(qiáng)度的發(fā)展主要取決于硅酸鹽尤其是C3S的水化程度。大量硫酸鋁 的應(yīng)用對(duì)水泥水化有一定的促進(jìn)作用，但同時(shí)引入三氧化硫使得水泥中三氧化硫的含量超 標(biāo)，硫酸鹽類速凝劑摻量較高時(shí)，硫酸根離子的存在對(duì)混凝土的耐久性能產(chǎn)生不良影響。
[0005] CN10891852A公開一種無堿液體速凝劑，其中，其按照質(zhì)量百分 比包括：十八水合硫酸鋁：48% -58%，氟化鈣：3% -5%，有機(jī)醇胺：1.5% -3.5%，纖維素：0.2% -0.5%，高分子聚合物：0.2% -0.5%，土狀礦物：3% -6%，余量為 水。其配方復(fù)雜，制備成本高，不利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展工藝較復(fù)雜，且 專利CN201110112424公開了以硫酸鋁為主要速凝成分的無堿液體速凝劑，有機(jī)胺 類作為增黏組分，提高噴射層厚度，降低回彈損失，但是該類速凝劑會(huì)引起后期強(qiáng)度的損 失。
[0006] 專利US2002035952A1公開了一種無堿液體速凝劑的制備方法，使用40%濃度 的氫氟酸溶解硫酸鋁和氫氧化鋁，并加入有機(jī)胺4.5~7.5%，其中硫酸鋁的含量為20~ 40%，氫氧化鋁含量為10%。雖然Al3+對(duì)水泥水化的加速凝結(jié)具有很好的促進(jìn)作用，但氫氧 化鋁粉末的溶解性極差，在水溶液中呈現(xiàn)非離子形態(tài)，與其他復(fù)合物混溶有明顯的分層現(xiàn) 象，直接影響了其促凝效果。
[0007] 另外，磷肥生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)磷酸、磷酸二銨、普鈣、重鈣、磷酸氫鈣時(shí)產(chǎn)生大量的主 要成分為HF和SiF4的含氟廢氣，直接排放會(huì)污染大氣。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種新型無堿液體速凝劑及其制備方法。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種無堿液體速凝劑，其是由三乙醇胺、硫酸鋁、氟化鎂和水制成用于強(qiáng)度等級(jí)C50以 上混凝土中的高強(qiáng)度無堿液體速凝劑，或是由硫酸鋁、氟化鎂和水制成用于強(qiáng)度等級(jí)C50以 下混凝土中的低強(qiáng)度無堿液體速凝劑； 所述高強(qiáng)度無堿液體速凝劑中各組份的質(zhì)量百分比為:三乙醇胺5~6%、硫酸鋁16~18%、 氟化鎂26~30%、水補(bǔ)齊至100%; 所述低強(qiáng)度無堿液體速凝劑中各組份的質(zhì)量百分比為:硫酸鋁42~45%、氟化鎂5~8%、水 補(bǔ)齊至100%。
[0011] 進(jìn)一步方案，所述氟化鎂是由氟硅酸和氧化鎂經(jīng)中和反應(yīng)后分解制得。
[0012] 進(jìn)一步方案，所述高強(qiáng)度無堿液體速凝劑的使用量為混凝土中膠凝材料重量的 5.0%~8.0%;所述低強(qiáng)度無堿液體速凝劑的使用量為混凝土中膠凝材料重量的6.0%~8.0%。
[0013] 本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供上述一種無堿液體速凝劑的制備方法，其步驟如 下： (1) 將生產(chǎn)磷肥所產(chǎn)生的含氟廢氣用水吸收并過濾，得氟硅酸溶液； (2) 將氧化鎂加入氟硅酸溶液中進(jìn)行中和反應(yīng)，過濾濾去沉淀物后得氟硅酸鎂溶液； (3) 對(duì)氟硅酸鎂溶液升溫至105-500°C下進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮l_6h，分解為氟化鎂； (4) 將氟化鎂進(jìn)行冷卻后與硫酸鋁、水?dāng)嚢枞芙庵频玫蛷?qiáng)度無堿液體速凝劑，或?qū)⒎?鎂與三乙醇胺、硫酸鋁、水?dāng)嚢枞芙庵频酶邚?qiáng)度無堿液體速凝劑。
[0014] 進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中氟硅酸鎂與氟化鎂的質(zhì)量比為1:0.28。
[0015] 進(jìn)一步方案，所述步驟(3)中蒸發(fā)分解同時(shí)產(chǎn)生SiF4氣體和冷凝水，將SiF4氣體進(jìn) 行回收用做步驟(1)的反應(yīng)原料，將冷凝水返回鍋爐。
[0016] 本發(fā)明利用磷肥生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)磷酸、磷酸二銨、普鈣、重鈣、磷酸氫鈣時(shí)產(chǎn)生大 量的主要成分為HF和SiF4的含氟廢氣，做為原料，用水對(duì)其吸收制得氟硅酸溶液，其化學(xué)反 應(yīng)式如下： 3SiF4+3H2〇=2H2SiF6+Si〇2 · H20 2HF+SiF4=H2SiF6 然后用制得的氟硅酸與氟化鎂合成反應(yīng)成氟硅酸鎂，再升溫分解為氟化鎂和SiF4,其 中氟化鎂做為原料制備無堿液體速凝劑，SiF4回收做原料使用。其化學(xué)反應(yīng)式如下： H2SiF6+Mg0=MgSiF6+ H2O MgSiF6=MgF2+SiF4 本發(fā)明中混凝土中膠凝材料主要指水泥、粉煤灰和礦粉。
[0017] 本發(fā)明具有以下有益效果： 1、本發(fā)明選用不含鉀鈉的無機(jī)鹽和有機(jī)材料制備的無堿液體速凝劑，其中堿含量< 0.1%。從而在施工時(shí)不會(huì)對(duì)人、鋼筋及工具等產(chǎn)生腐蝕性傷害，并極大程度地降低了由于引 入堿性物質(zhì)對(duì)混凝土造成的破壞作用，在噴射過程中可降低粉塵濃度和回彈量等。
[0018] 2、本發(fā)明制備的無堿液體速凝劑的促凝機(jī)理為消除C3S的誘導(dǎo)期，在水化初期，生 成針柱狀的水化硅酸鈣晶體和Aft晶體，這些晶體迅速成核、長大，相互交叉連生形成網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，使水泥漿體迅速初凝，其后的水化產(chǎn)物繼續(xù)填充水泥顆粒間的空隙，使水泥漿體迅速 終凝，從而大大提高了其速凝效果。
[0019] 3、本發(fā)明制備的無堿液體速凝劑可顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性 能。
[0020] 4、本發(fā)明利用磷肥廠所產(chǎn)生的氟廢氣作原材料來生產(chǎn)氟化鎂，既解決了磷肥生產(chǎn) 過程中的環(huán)保問題，又將該氟廢氣重復(fù)利用，不產(chǎn)生第二次污染，并且整個(gè)工藝過程無廢 氣、廢液排放，確保環(huán)保達(dá)標(biāo)。
[0021] 5、本發(fā)明采用氟化鎂作為無堿液體速凝劑的關(guān)鍵材料，對(duì)水泥稠化起到極大的促 進(jìn)作用，且能提供較理想的促凝效果，開拓了氟化鎂的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0024] 實(shí)施例1: (1)將生產(chǎn)磷肥所產(chǎn)生的含氟廢氣用水吸收并過濾，得氟硅酸溶液； (2 )將氧化鎂加入氟硅酸溶液中進(jìn)行中和反應(yīng)，過濾濾去沉淀物后得氟硅酸鎂溶液;其 中氟硅酸鎂與氟化鎂的質(zhì)量比為1: 〇. 28; (3) 對(duì)氟硅酸鎂溶液升溫至105°C下進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮lh，分解為氟化鎂;蒸發(fā)分解同時(shí)產(chǎn) 生SiF4氣體和冷凝水，將SiF4氣體進(jìn)行回收用做步驟(1)的反應(yīng)原料，將冷凝水返回鍋爐； (4) 稱取冷卻后的氟化鎂3000kg與硫酸鋁1600g、三乙醇胺500g、水4900g-同混合攪拌 至完全溶解，制得高強(qiáng)度無堿液體速凝劑。
[0025] 實(shí)施例2: (1)將生產(chǎn)磷肥所產(chǎn)生的含氟廢氣用水吸收并過濾，得氟硅酸溶液； (2 )將氧化鎂加入氟硅酸溶液中進(jìn)行中和反應(yīng)，過濾濾去沉淀物后得氟硅酸鎂溶液