本發明涉及一種用于濕法噴射混凝土施工的外加劑，具體為一種噴射混凝土用液體速凝劑及其制備方法，屬于混凝土外加劑領域。
背景技術：
：噴射混凝土在地下施工和巖石支護中有很多優越性，已經成為現代地下工程中一項非常重要和必須的措施。速凝劑是噴射混凝土施工中的重要化學外加劑,其重要作用是是加快混凝土拌和物的凝結，減少噴射混凝土的回彈并增加噴層厚度，同時加快混凝土早期強度發展，及時為巖石提供支護。已有的研究結果表明，速凝劑主要通過與水泥水化初期液相中的硫酸鹽反應，消除其對水泥的緩凝作用，進而使水泥中的鋁酸鈣礦物快速水化，從而使噴射混凝土快速凝結，提供早期強度，實現對巖石的初期支護。粉體速凝劑被大量地應用于噴射混凝土中，由于其預先加入到混凝土干料中，水在噴射時加入，速凝劑與水泥水化同步進行，促凝效果好，混凝土凝結時間短。然而，由于噴射施工中拌合物難以攪拌均勻，導致回彈量大、粉塵污染嚴重，施工環境惡劣，因此使用受到限制。為了改善施工條件，減少噴射回彈量，液體速凝劑被用于噴射混凝土中，并形成了濕法噴射工藝，其中鋁酸鹽液體速凝劑的應用最為廣泛，其主要原理是通過與水泥水化初期的可溶性硫酸鹽和鈣鹽反應，消除其對水泥的調凝作用，從而使水泥凝結。然而濕法噴射工藝中采用的是預拌混凝土，在噴射之前，水泥已經發生了一定時間的水化。水泥顆粒表面已經被早期水化產生的鈣礬石覆蓋，并消耗了大部分可溶性硫酸鹽，因此液體速凝劑的作用效果被減弱，噴射混凝土凝結時間變長。然而，現有標準評價液體速凝劑的方法與粉體速凝劑相近，速凝劑在加水之后數十秒就加入了速凝劑，因此實際工程中往往會出現速凝劑凝結時間檢測合格，但在應用于噴射混凝土中卻凝結緩慢、回彈量大，效果變差。此外，由于濕噴工藝采用預拌混凝土集中攪拌的生產工藝，受限于運輸距離，混凝土需要在運到施工現場時仍然具有滿足噴射施工的坍落度，因此超塑化劑也被應用于濕法噴射混凝土中。為了滿足坍落度保持的需求，超塑化劑一般都具有一定的抑制水泥礦物水化的功能，也會對速凝劑的促凝效果產生不利的影響。對于鋁酸鹽液體速凝劑的改性國內外相關專利也有一定的報道，中國專利200910183428.3報道了通過硅酸鈉改性鋁酸鈉液體速凝劑的方法，該方法對于速凝劑的性能有一定的改善，尤其能夠縮短初終凝時間差。中國專利200910183568.0報道了一種低堿液體速凝劑的制備方法，通過硫酸鋁和鋁酸鈉在高剪切攪拌條件下反應得到一種液體速凝劑，該速凝劑能夠改善水泥的適應性。但是上述專利都沒有涉及已經水化的水泥漿體及混凝土的促凝效果的改善。技術實現要素：針對于現有鋁酸鹽類液體速凝劑在預拌混凝土中應用效果差的問題，本發明提供一種特別適用于長時間、長距離運輸的預拌噴射混凝土的液體速凝劑。已有文獻表明，具有兩性特征的金屬離子對于水泥的水化有明顯地促進作用，能夠與水泥礦物中的鈣離子、硅酸根離子發生水化反應，形成早期水化產物，進而促進水泥的凝結；申請人研究發現，在鋁酸鹽存在的條件下，引入部分可溶性硫酸鹽能夠在已經水化的顆粒表面持續生成鈣礬石，有利于漿體網絡的搭接，加速絮凝體的形成；引入部分硅酸鹽能夠在水化反應的早期就形成大量的水化硅酸鈣凝膠，其多孔結構能夠大量消耗自由水，從而加速水泥的凝結硬化。此外，申請人研究發現，在水泥水化過程中引入適量的具有多元醇結構的有機物，能夠加速水泥顆粒鈣離子的溶出速度，進而促進水泥的早期水化。基于以上技術原理，本發明提供一種噴射混凝土用液體速凝劑，以鋁酸鹽為主要組分，并復合含有硅酸鹽、硫酸鹽、兩性金屬離子、多元醇以及醇胺；所述鋁酸鹽為鋁酸鈉，所述硅酸鹽為硅酸鈉，所述硫酸鹽為硫代硫酸鈉，所述兩性金屬離子包括Zn2+、CrO42-。所述多元醇為二縮二乙二醇、一縮二丙二醇、山梨醇的任意一種。所述醇胺為三異丙醇胺(TIPA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)的任意一種。本發明所述的一種噴射混凝土用液體速凝劑的制備方法，為首先制備鋁酸鈉溶液，然后在硅酸鈉存在的條件下制備改性劑溶液，最后將兩種溶液與多元醇、醇胺復合而成液體速凝劑。本發明所述噴射混凝土用液體速凝劑的制備方法，具體包括如下步驟：(1)鋁酸鈉溶液的制備：將氫氧化鋁在90-100℃條件下溶解到氫氧化鈉溶液中，反應時間為3-5h，制得所述鋁酸鈉溶液；(2)改性劑溶液的制備：在60-100℃條件下，首先將硅酸鈉溶解到氫氧化鈉溶液中，然后在持續攪拌的過程中將氧化鋅加入到該溶液中，待氧化鋅完全溶解后加入硫代硫酸鈉和鉻酸鉀，并攪拌至溶解，制得所述改性劑溶液；(3)液體速凝劑的制備：室溫條件下，在持續攪拌的過程中將步驟(2)制得的改性劑溶液加入到步驟(1)所制得的液體鋁酸鈉溶液中，然后再加入多元醇和醇胺，制得所述液體速凝劑；步驟(1)所述鋁酸鈉溶液中氧化鋁(Al2O3)的質量濃度為20-30％，堿鋁摩爾比為1.2:1～1.5:1；所述氫氧化鋁為普通工業氫氧化鋁；步驟(2)中制備改性劑溶液所需各組分質量比為：氫氧化鈉(NaOH)25-30％，硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O)5-10％，氧化鋅8-15％，硫代硫酸鈉(Na2S2O3·5H2O)2-8％，鉻酸鉀(K2CrO4)1-5％，其余為水。步驟(3)所述各物質所占的質量比為：鋁酸鈉溶液50-85％，改性劑溶液10-40％，多元醇2-8％，醇胺0.5-5％。本發明所述的一種噴射混凝土用液體速凝劑的應用方法，所述液體速凝劑用于噴射混凝土中的摻量為膠凝材料質量的2-6％。與現有技術相比，本發明復合了多種促凝組分，能夠進一步縮短噴射混凝土的凝結時間，改善水泥適應性。此外，本發明中引入的多元醇、醇胺組分能夠加速水泥顆粒中鈣離子的溶出速度，可溶性硫酸鹽為鈣礬石的生長提供了充足的硫酸根來源，兩性金屬離子和硅酸鹽組分更夠加速水化硅酸鈣的形成，因此本發明對于已經發生了初始水化的預拌混凝土具有良好的促凝效果，能夠明顯地縮短混凝土的凝結時間，提高早期強度。特別適用于長時間、長距離運輸的預拌混凝土噴射施工。具體實施方式下面結合具體實例對本發明進行進一步的說明。需要說明的是，以下實例只是對本發明的進一步說明，并不能理解為對本發明權利保護范圍的限制。步驟1.鋁酸鈉溶液的制備按照下表所示的原材料和工藝參數制備鋁酸鈉溶液，制備方法為，首先將氫氧化鈉溶解到水中，然后在加熱條件下將氫氧化鋁加入到氫氧化鈉溶液中，攪拌反應至氫氧化鋁完全溶解。表1鋁酸鈉溶液編號堿鋁摩爾比氧化鋁濃度反應溫度反應時間/hA-11.5020.0％100℃3.0A-21.3726.5％95℃3.2A-31.230.0％90℃5.0步驟2.改性劑溶液的制備按照下表所示的原材料和工藝參數制備改性劑溶液。制備方法為首先將氫氧化鈉溶解到水中，然后在加熱條件下加入硅酸鈉并攪拌至完全溶解，再加入氧化鋅并持續攪拌至完全溶解，最后加入硫代硫酸鈉和鉻酸鉀，最后攪拌至形成穩定澄清的溶液。表2改性劑溶液制備實施例按照下表所示的物質及比例配制液體速凝劑，配制溫度在本發明中沒有限制，投料的先后順序并沒有限制，各組分按比例加入到容器中攪拌均勻即可。表3液體速凝劑的配制應用實施例1將實施例得到的液體速凝劑樣品按照JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》進行凝結性能測試。試驗采用基準水泥以及ISO標準砂。對比樣采用可商購的鋁酸鹽液體速凝劑具體測試結果如下：表4凝結性能測試測試結果表中試驗結果可以看出，相對于普通的鋁酸鹽液體速凝劑，本發明提供的液體速凝劑樣品能夠明顯地縮短凝結時間，同時1d強度和28天強度比也有明顯的提高。應用實施例2結合施工要求，水泥凈漿攪拌均勻，漿體放置30min，然后加入速凝劑，其他過程與JC477-2005中凝結時間測試過程相同，凝結時間從加入速凝劑開始計。試驗使用海螺PO42.5水泥，對比樣采用可商購的鋁酸鹽液體速凝劑表5凝結時間測試結果以上試驗結果表明，對于已經水化了30min的水泥漿體，本發明提供的速凝劑仍然有良好的促凝效果。應用實施例3對比了不同水泥的應用情況，試驗方法同應用實施例2，對比樣采用可商購的鋁酸鹽液體速凝劑表6不同水泥凝結時間測試結果以上試驗結果表明，本發明提供的液體速凝劑，對于不同品牌和種類的水泥具有良好的適應性。當前第1頁1 2 3