本发明涉及速凝剂及其生产技术领域，是一种无氟无碱速凝剂及其制备方法。
背景技术：
传统速凝剂碱含量高，造成混凝土后期碱集料反应，使得混凝土寿命降低，近年来，在国外已在喷射混凝土中大量应用无碱类速凝剂，国内喷射混凝土领域无碱速凝剂的运用起步时间不长，发展迅速，现有的无碱速凝剂以硫酸铝为主成分，配以有机醇胺、氟盐或氢氟酸、稳定剂等成分，其中氟盐或氟化氢起到加速混凝土凝结的作用，从而降低喷射混凝土的回弹率，减少混凝土的浪费。但是，氟盐和氟化氢中的氟离子极易游离，首先会对喷射混凝土施工环境造成污染，使长期接触的施工人员产生职业病，另外，游离的氟离子会对水环境产生氟污染。由于隧道施工、水利施工中无碱速凝剂被大量使用，研发无氟的无碱速凝剂，环保意义重大。
技术实现要素：
本发明提供了一种无氟无碱速凝剂及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有无碱速凝剂存在的氟离子污染喷射混凝土施工环境的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种无氟无碱速凝剂，原料按重量份数计包括十八水合硫酸铝40份至60份、异丙醇胺4份至6份、酸性硅溶胶10份至12份、醋酸1份至4份和软化水30份至60份。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述无氟无碱速凝剂按下述方法得到：将所需量的十八水合硫酸铝、异丙醇胺、酸性硅溶胶、醋酸和软化水在80℃至100℃搅拌混合2小时至3小时后，降温至30℃以下得到无氟无碱速凝剂。
上述十八水合硫酸铝按下述方法得到：向反应釜加入软化水和氢氧化铝，搅匀，然后滴加硫酸进行反应，反应温度为100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为3至4，反应终止后，继续搅拌2.0小时至2.5小时后得到十八水合硫酸铝。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种技术方案之一所述无氟无碱速凝剂的制备方法，按下述方法进行：将所需量的十八水合硫酸铝、异丙醇胺、酸性硅溶胶、醋酸和软化水在80℃至100℃搅拌混合2小时至3小时后，降温至30℃以下得到无氟无碱速凝剂。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述十八水合硫酸铝按下述方法得到：向反应釜加入软化水和氢氧化铝，搅匀，然后滴加硫酸进行反应，反应温度为100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为3至4，反应终止后，继续搅拌2.0小时至2.5小时后得到十八水合硫酸铝。
本发明所述无氟无碱速凝剂既无氟离子，也无无碱金属离子，不仅能避免碱金属离子造成的碱集料反应，使混凝土具有耐久性的优点，又在组分中无含氟成分，避免氟离子在施工过程对人和环境的侵害，也避免了氟离子对环境的水质污染，在此前提下，具有更短的凝结时间，更高的砂浆强度。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：该无氟无碱速凝剂，原料按重量份数计包括十八水合硫酸铝40份至60份、异丙醇胺4份至6份、酸性硅溶胶10份至12份、醋酸1份至4份和软化水30份至60份；
按下述方法得到：将所需量的十八水合硫酸铝、异丙醇胺、酸性硅溶胶、醋酸和软化水在80℃至100℃搅拌混合2小时至3小时后，降温至30℃以下得到无氟无碱速凝剂。
一般情况下，温度最低降温至室温即可得到无氟无碱速凝剂。
实施例2：该无氟无碱速凝剂，原料按重量份数计包括十八水合硫酸铝40份或60份、异丙醇胺4份或6份、酸性硅溶胶10份或12份、醋酸1份或4份和软化水30份或60份；
按下述方法得到：将所需量的十八水合硫酸铝、异丙醇胺、酸性硅溶胶、醋酸和软化水在80℃或100℃搅拌混合2小时或3小时后，降温至30℃以下得到无氟无碱速凝剂。
实施例3：作为上述实施例的优化，十八水合硫酸铝按下述方法得到：向反应釜加入软化水和氢氧化铝，搅匀，然后滴加硫酸进行反应，反应温度为100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为3至4，反应终止后，继续搅拌2.0小时至2.5小时后得到十八水合硫酸铝。
通过实施例3所述方法制备的十八水合硫酸铝，含铝离子较多，能够提高混凝土速凝效果。
本发明中的十八水合硫酸铝除了可按实施例3所述方法制备得到以外，也可采用市售的十八水合硫酸铝。
本发明所述无氟无碱速凝剂既无氟离子，也无无碱金属离子，不仅能避免碱金属离子造成的碱集料反应，使混凝土具有耐久性的优点，又在组分中无含氟成分，避免氟离子在施工过程对人和环境的侵害，也避免了氟离子对环境的水质污染。
十八水合硫酸铝能够显著的提高混凝土速凝效果，是对混凝土起速凝功效的主要成分。
异丙醇胺对混凝土具有增加强度、早强（促进混凝土早期强度）的功效，还具有较好的粘聚性能，降低喷射混凝土施工的回弹量，减少混凝土的浪费。
酸性硅溶胶是现有市售的一种纳米材料，能够加速混凝土的水化反应，并有填充喷射混凝土凝固时所产生的微细裂缝，提高混凝土的抗渗性和强度。
醋酸具有增加无氟无碱速凝剂稳定性的功能。
下面以实施例4至7为例具体说明。
实施例4：该无氟无碱速凝剂，按下述制备方法得到：先向反应釜加软化水55克、加氢氧化铝9克，搅匀，连续滴加硫酸16克，硫酸1小时加完，控制温度100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为3，反应终止，搅拌2.0小时，然后加入异丙醇胺6克、酸性硅溶胶10克、醋酸4克，搅拌3小时后，降温至30℃，得到无氟无碱速凝剂。
实施例5：该无氟无碱速凝剂，按下述制备方法得到：先向反应釜加软化水60克、加氢氧化铝10克，搅匀，连续滴加硫酸18克，硫酸1小时加完，控制温度100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为4，反应终止，搅拌2.5小时，然后加入异丙醇胺4克、酸性硅溶胶12克、醋酸2克，搅拌2小时后，降温至30℃，得到无氟无碱速凝剂。
实施例6：该无氟无碱速凝剂，按下述制备方法得到：将十八水合硫酸铝40克、异丙醇胺5克、酸性硅溶胶10克、醋酸2克和软化水30克在95℃搅拌混合3小时后，降温至30℃得到无氟无碱速凝剂。
实施例7：该无氟无碱速凝剂，按下述制备方法得到：将十八水合硫酸铝60克、异丙醇胺4克、酸性硅溶胶12克、醋酸4克和软化水50克在95℃搅拌混合2小时后，降温至30℃得到无氟无碱速凝剂。
对比例：采用市售以硫酸铝为主成分的无碱速凝剂（由百强建筑材料厂公司提供）。
（一）碱含量、氟离子含量
按照gb/t35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》中的检测方法检测对比例和上述实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的碱含量。采用现有公知的氟离子含量检测方法检测对比例和上述实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的的氟离子含量，检测结果见表1。
如表1所示，实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的氟离子含量均未检出，且碱含量均≤1.0，均符合国标的要求。
（二）凝结时间和砂浆强度
试验样品：将对比例和上述实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂以5%掺量分别掺入净浆和砂浆中，混匀。
按照gb/t35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》对上述试验样品的掺加净浆凝结时间和砂浆强度进行检测，检测结果见表2。
通过表2可知，上述实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的初凝时间和终凝时间均明显少于对比例，说明实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的凝结时间更短，凝结的更快。
并且实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的1d抗压强度、28d抗压强度比、90d抗压强度保留率数据均分别高于对比例相应的指标，说明实施例4至实施例7制备的无氟无碱速凝剂的砂浆强度更高。
综上所述可知，本发明所述无氟无碱速凝剂既无氟离子，也无无碱金属离子，不仅能避免碱金属离子造成的碱集料反应，使混凝土具有耐久性的优点，又在组分中无含氟成分，避免氟离子在施工过程对人和环境的侵害，也避免了氟离子对环境的水质污染，在此前提下，具有更短的凝结时间，更高的砂浆强度。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
1.一种无氟无碱速凝剂，其特征在于原料按重量份数计包括十八水合硫酸铝40份至60份、异丙醇胺4份至6份、酸性硅溶胶10份至12份、醋酸1份至4份和软化水30份至60份。
2.根据权利要求1所述的无氟无碱速凝剂，其特征在于按下述方法得到：将所需量的十八水合硫酸铝、异丙醇胺、酸性硅溶胶、醋酸和软化水在80℃至100℃搅拌混合2小时至3小时后，降温至30℃以下得到无氟无碱速凝剂。
3.根据权利要求1或2所述的无氟无碱速凝剂，其特征在于十八水合硫酸铝按下述方法得到：向反应釜加入软化水和氢氧化铝，搅匀，然后滴加硫酸进行反应，反应温度为100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为3至4，反应终止后，继续搅拌2.0小时至2.5小时后得到十八水合硫酸铝。
4.一种根据权利要求1所述的无氟无碱速凝剂的制备方法，其特征在于按下述方法进行：将所需量的十八水合硫酸铝、异丙醇胺、酸性硅溶胶、醋酸和软化水在80℃至100℃搅拌混合2小时至3小时后，降温至30℃以下得到无氟无碱速凝剂。
5.根据权利要求4所述的无氟无碱速凝剂的制备方法，其特征在于十八水合硫酸铝按下述方法得到：向反应釜加入软化水和氢氧化铝，搅匀，然后滴加硫酸进行反应，反应温度为100℃，氢氧化铝完全溶解后，ph值控制为3至4，反应终止后，继续搅拌2.0小时至2.5小时后得到十八水合硫酸铝。
技术总结