一种适用于喷射混凝土的速凝剂及其制备方法

摘要

本发明公开一种适用于喷射混凝土的速凝剂及其制备方法，包括组分A和组分B，所述组分A中的物料组成：CaO·AI2O3为2‑4份、4CaO·AI2O3·Fe2O3为4‑6份、CaO·SiO2为3‑5份、AI2O3为3‑7份、Na3C6H5O7·2H2O为0.5‑1.5份、PDMS为4‑7份、SPEOT为2‑3份、TEOA为2‑4份、H2O为40‑60份；所述组分B中的物料组成：NaOH为20‑23份、AI(OH)3为25‑35份、C6H8O7·H2O为1‑3份、R2O·nSiO2为2‑5份、H2O为40‑50份；其中，组分A与组分B混合的质量比为2:1‑3；速凝剂的检测数据参数如下：回弹率≤5％。本发明提供的速凝剂中组份A与组份B混合使用，从经济成本上可得到20‑30％的节省，并到达使喷射混凝土的回弹率小于5％的优点，同时加快混凝土的速凝时间，大大提高了施工进度。

权利要求

1.一种适用于喷射混凝土的速凝剂，包括组分A和组分B，其特征在于，所述组分A中的物料组成：CaO·Al2O3为2-4份、4CaO·Al2O3·Fe2O3为4-6份、CaO·SiO2为3-5份、Al2O3为3-7份、Na3C6H5O7·2H2O为0.5-1.5份、PDMS为4-7份、SPEOT为2-3份、TEOA为2-4份、H2O为40-60份；

SPEOT为大单体，带有可聚合端基的线型聚合物，分子量在1000-2000；

所述组分B中的物料组成：NaOH为20-23份、Al(OH)3为25-35份、C6H8O7·H2O为1-3份、R2O·nSiO2为2-5份、H2O为40-50份；

其中，组分A与组分B混合的质量比为2:1-3；

速凝剂的检测数据参数如下：回弹率≤5%。

2.根据权利要求1所述的适用于喷射混凝土的速凝剂，其特征在于，所述组分A中的物料组成：CaO·Al2O3为2份、4CaO·Al2O3·Fe2O3为5份、CaO·SiO2为4份、Al2O3为5份、Na3C6H5O7·2H2O为1份、PDMS为5份、SPEOT为3份、TEOA为3份、H2O为50份；

所述组分B中的物料组成：NaOH为22份、Al(OH)3为28份、C6H8O7·H2O为2份、R2O·nSiO2为

3份、H2O为46份；

其中，组分A与组分B混合的质量比为2:3；

速凝剂的检测数据参数如下：回弹率≤4.5%。

3.根据权利要求2所述的适用于喷射混凝土的速凝剂，其特征在于，所述组分B中的R2O·nSiO2为水溶性硅酸钠，其中n≥10。

4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于喷射混凝土的速凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按重量份称取CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3、CaO·SiO2、Al2O3、Na3C6H5O7·2H2O置于反应釜中，加入水并加热到150℃搅拌120分钟后，静置取其上清液，随后在上清液中加入PDMS、SPEOT、TEOA置于混拌机中搅拌，得组分A；

S2、按重量份称取NaOH、Al(OH)3、C6H8O7·H2O、R2O·nSiO2置于反应釜中，加入水并加热至100℃搅拌15min，随后常温冷却，获得组分B；

S3、将组分A与组分B按照质量比为2:1-3混合，获得速凝剂。

5.根据权利要求4所述的适用于喷射混凝土的速凝剂的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中加热时控制反应釜的压力为2-3MPa。

6.根据权利要求4所述的适用于喷射混凝土的速凝剂的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中混拌机搅拌的转速为300-400r/min，并且混拌机的工作温度为23-25℃的常温环境。

7.根据权利要求1所述的适用于喷射混凝土的速凝剂的制备方法，其特征在于，所述速凝剂适用于隧道施工用喷射混凝土的使用。

说明书

一种适用于喷射混凝土的速凝剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于混凝土施工技术领域，具体涉及一种适用于喷射混凝土的速凝剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着今年来我国的大兴土木的基础建设，隧道施工作为建筑施工的一种，其难度相比较于其他的施工方法更加复杂。在隧道施工技术的发展历史上，国内外普遍采用的是上世纪50年代奥地利学者拉布西维兹发明的“新奥法”施工方法，这个方法用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层和围岩紧密结合形成支护系统，历经六十多年过去了，全球大部分隧道仍然采用这个方法进行施工。这种盾构法施工方法所采用的喷射混凝土由干法作业转向湿法作业方向发展，速凝剂由干粉转向液体方向发展，碱性速凝剂逐渐转向酸性速凝剂方向发展。

[0003] 我国在混凝土速凝剂的应用上大致分为无碱液体速凝剂和有碱液体速凝剂两大类，酸性液体速凝剂对喷射混凝土后期强度保持较好，但是，它无法克服掺量大，回弹率高(一般能达到15-30％之间)，并且酸性液体对设备腐蚀性较为严重，并且采购的成本较高；碱性液体速凝剂虽然掺量小(一般控制在5％以内)，但无法解决喷射混凝土后期强度损失大的缺陷。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于喷射混凝土的速凝剂及其制备方法，解决了现有技术中存在隧道施工用的喷射混凝土使用时其回弹率高，并且成型后的强度较小的问题。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0006] 一种适用于喷射混凝土的速凝剂，包括组分A和组分B，所述组分A中的物料组成：CaO·Al2O3为2-4份、4CaO·Al2O3·Fe2O3为4-6份、CaO·SiO2为3-5份、Al2O3为3-7份、Na3C6H5O7·2H2O为0.5-1.5份、PDMS(聚二甲基硅氧烷)为4-7份、SPEOT(大单体，带有可聚合端基的线型聚合物，一般分子量在1000-2000，分子量分布窄，在于混凝土混合时，可吸附在胶凝材料颗粒表面，起到“锚固”作用，也可以起到空间位阻的作用)为2-3份、TEOA(三乙醇胺)为2-4份、H2O为40-60份；

[0007] 所述组分B中的物料组成：NaOH为20-23份、Al(OH)3为25-35份、C6H8O7·H2O为1-3份、R2O·nSiO2为2-5份、H2O为40-50份；

[0008] 其中，组分A与组分B混合的质量比为2:1-3；

[0009] 速凝剂的检测数据参数如下：回弹率≤5％。

[0010] 进一步地，所述包括组分A和组分B，其特征在于，所述组分A中的物料组成：CaO·Al2O3为2份、4CaO·Al2O3·Fe2O3为5份、CaO·SiO2为4份、Al2O3为5份、Na3C6H5O7·2H2O为1份、PDMS为5份、SPEOT为3份、TEOA为3份、H2O为50份；

[0011] 所述组分B中的物料组成：NaOH为22份、Al(OH)3为28份、C6H8O7·H2O为2份、R2O·nSiO2为3份、H2O为46份；

[0012] 其中，组分A与组分B混合的质量比为2:3；

[0013] 速凝剂的检测数据参数如下：回弹率≤4.5％。

[0014] 进一步的，所述组分A与组分B混合的速凝剂参量≤5％。

[0015] 进一步的，所述组分B中的R2O·nSiO2为水溶性硅酸钠，其中n≥10。

[0016] 一种适用于喷射混凝土的速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

[0017] S1、按重量份称取CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3、CaO·SiO2、Al2O3、Na3C6H5O7·2H2O置于反应釜中，加入重量份的水并加热到150℃搅拌120分钟后，静置取其上清液，随后在上清液中加入PDMS、SPEOT、TEOA置于混拌机中搅拌，得组分A；

[0018] S2、按重量份称取NaOH、Al(OH)3、C6H8O7·H2O、R2O·nSiO2置于反应釜中，加入水并加热至100℃搅拌15min，随后常温冷却，获得组分B；

[0019] S3、将组分A与组分B按照质量比为2:1-3混合，获得速凝剂。

[0020] 进一步的，所述S1步骤中加热时控制反应釜的压力为2-3MPa。

[0021] 进一步的，所述S1步骤中混拌机搅拌的转速为300-400r/min，并且混拌机的工作温度为23-25℃的常温环境。

[0022] 进一步的，所述速凝剂适用于隧道施工用喷射混凝土的使用。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] 1、本发明通过在速凝剂组分A的成分实现成型的混凝土抗压强度较大，强度损失小，并且还能替代减水剂的使用，具有调整混凝土与速凝剂适应性的功能，回弹率小。

[0025] 2、本发明通过在速凝剂组分B可以起到平衡矫正混凝土中微量元素的作用，并且提高喷射混凝土的初凝时间，其成型的早期强度不受到影响，不易脱落，加快了喷射混凝土的施工进度。

[0026] 3、速凝剂中组份A与组份B混合使用，从经济成本上可得到20-30％的节省并到达使喷射混凝土的回弹率小于5％的优点。

具体实施方式

[0027] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0028] 实施例1：

[0029] 本实施例提供一种适用于喷射混凝土的速凝剂，包括组份A和组份B，组份A中的物料组成：CaO·Al2O3为2kg、4CaO·Al2O3·Fe2O3为5kg、CaO·SiO2为4kg、Al2O3为5kg、Na3C6H5O7·2H2O为1kg、PDMS为5kg、SPEOT为3kg、TEOA为3kg、H2O为50kg；

[0030] 所述组份B中的物料组成：NaOH为22kg、Al(OH)3为28kg、C6H8O7·H2O为2kg、Na2O·10SiO2为3kg、H2O为46kg。

[0031] 组份A与组份B之间的重量比为2：1。

[0032] 实施例2：

[0033] 本实施例提供一种适用于喷射混凝土的速凝剂，包括组份A和组份B，组份A中的物料组成：CaO·Al2O3为3kg、4CaO·Al2O3·Fe2O3为5kg、CaO·SiO2为3kg、Al2O3为3kg、Na3C6H5O7·2H2O为0.5kg、PDMS为7kg、SPEOT为2kg、TEOA为2kg、H2O为45kg；

[0034] 所述组份B中的物料组成：NaOH为20kg、Al(OH)3为31kg、C6H8O7·H2O为1kg、Na2O·10SiO2为4kg、H2O为40kg。

[0035] 组份A与组份B之间的重量比为1：1。

[0036] 实施例3：

[0037] 本实施例提供一种适用于喷射混凝土的速凝剂，包括组份A和组份B，组份A中的物料组成：CaO·Al2O3为2kg、4CaO·Al2O3·Fe2O3为6kg、CaO·SiO2为5kg、Al2O3为7kg、Na3C6H5O7·2H2O为1.2kg、PDMS为6kg、SPEOT为2kg、TEOA为4kg、H2O为60kg；

[0038] 所述组份B中的物料组成：NaOH为23kg、Al(OH)3为35kg、C6H8O7·H2O为3kg、Na2O·10SiO2为2kg、H2O为50kg。

[0039] 组份A与组份B之间的重量比为2：3。

[0040] 实施例4：

[0041] 本实施例提供一种适用于喷射混凝土的速凝剂，包括组份A和组份B，组份A中的物料组成：CaO·Al2O3为4kg、4CaO·Al2O3·Fe2O3为4kg、CaO·SiO2为4kg、Al2O3为4kg、Na3C6H5O7·2H2O为1.5kg、PDMS为4kg、SPEOT为3kg、TEOA为4kg、H2O为40kg；

[0042] 所述组份B中的物料组成：NaOH为21kg、Al(OH)3为25kg、C6H8O7·H2O为2kg、Na2O·11SiO2为5kg、H2O为42kg。

[0043] 组份A与组份B之间的重量比为2：3。

[0044] 一种适用于喷射混凝土的速凝剂的制备方法，包括以下步骤：

[0045] S1、按重量份称取CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3、CaO·SiO2、Al2O3、Na3C6H5O7·2H2O置于反应釜中，加入重量份的水并加热到150℃搅拌120分钟后，并控制反应釜的压力为2-3MPa，反应完成后静置取其上清液，随后在上清液中加入PDMS、SPEOT、TEOA置于混拌机中搅拌，混拌机搅拌的转速为300-400r/min，并且混拌机的工作温度为23-25℃的常温环境，得组份A；

[0046] S2、按重量份称取NaOH、Al(OH)3、C6H8O7·H2O、R2O·nSiO2置于反应釜中，加入水并加热至100℃搅拌15min，随后常温冷却，获得组份B；

[0047] S3、将组份A与组份B按照质量比为2:1-3混合，获得速凝剂。

[0048] 速凝剂适用于隧道施工用喷射混凝土的使用。

[0049] 表1为本发明提供的速凝剂与市场上销售的速凝剂参数对比

[0050]

[0051]

[0052] 其中：对比例1为酸性速凝剂，对比例2为碱性速凝剂，同时3d、28d抗压强度是按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002，制作边长为150mm的立方体在标准养护(温度20±2℃、相对湿度在95％以上)条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度。

[0053] 综上所述，本发明提供的速凝剂及其制备方法，在速凝剂中，速凝剂掺量较小，并且无碱性成分的组份A的添加在28d后的抗压强度较大，强度损失较小，并且组份A在添加预拌的混凝土选用小砂率，作业时不易堵管，能确保证实体混凝土强度。同时组份A具有调整混凝土与速凝剂适应性的功能，还有代替减水剂，满足喷射作业状态等要求。

[0054] 组份B可以起到平衡矫正混凝土中微量元素的作用，达到将喷射混凝土预制到一个最佳喷射状态的实际效果。同时组份B可快速提高初凝时间，初终凝快，早期强度高，成型后不易掉块，加快了喷射混凝土的施工进度，由于组份B的含量占比较小，整体的速凝剂含碱量较低，不会对成型的混凝土强度有影响。

[0055] 同时速凝剂中组份A与组份B混合使用，从经济成本上可得到20-30％的节省并到达使喷射混凝土的回弹率小于5％的优点。

[0056] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0057] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中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。