一种硬化调控外加剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硬化调控外加剂及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

灌浆料的发展有着悠久的历史。在1802年，成功研制出世界上最早的灌浆料—粘土灌浆料，并将粘土灌浆料应用到地层加固中。随着波特兰水泥的出现，研制出水泥基灌浆料，由于水泥基灌浆料的性能比粘土灌浆料的性能更加优异，所以在实际工程中用水泥基灌浆料逐渐取代粘土灌浆料。随着科学技术的进步和发展，由于所发明的化学灌浆料能够更好的填补微裂缝，并且在二十世纪四十年代以后，化学灌浆料又得到发展，由无机化合物逐渐发展到有机化合物，而且性能也更加优异，所以在实际工程中用化学灌浆料逐渐取代了水泥基灌浆料。然而，化学灌浆料的发展在1974年出现转折，源于日本发生的丙烯酰胺中毒事件，化学灌浆料在日本、美国等地的应用受到了限制，而无毒的水玻璃灌浆材料在性能上又不能满足工程的要求，人们将发展方向再次定在水泥基灌浆料上。当时水泥基灌浆料的性能还不能满足应用的要求，因此很多学者开始了对水泥基灌浆料的深入研究。目前，水泥基灌浆料，由于具有无毒、无味、取材方便、成本低、强度高、耐久性好等优点，水泥基灌浆料的初凝时间为1h以内，终凝时间为4-5h。可用作套筒灌浆料、支座灌浆料、裂缝灌浆料、结构加固灌浆料、预应力孔道灌浆料，在建筑工程和风电工程、索道工程等特种构筑物建造中得到广泛应用。

桩基础的工作原理是桩基通过与周边土的摩阻力，将桩基上部的荷载传给桩基周边土，因此，要想提高桩基础的工作性能，需要提高基与周边土的摩阻力。为了提高桩基与周边土的摩阻力，需要从注浆孔中向桩基周边土中注入灌浆料，在桩基周边土体硬化之后，桩基周边土体的密实度会提高，从而提高了桩基与周边土的摩阻力。但是在实际的工程中，发明人发现，对于钻孔深度较大的注浆孔，并不能一次就能完成向桩基周边土注入灌浆料的这一过程，而是根据实际工程情况，从注浆孔中分段向桩基周边的土注入灌浆料，但是只有等已经注入桩基周边土中的灌浆料硬化之后，才可以开始下一段的灌浆料的注入，施工速度较慢。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种硬化调控外加剂及其制备方法和应用。涉及对的硬化调控外加剂有助于缩短浆料的硬化时间，并且灌浆料能够达到规定的强度。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种硬化调控外加剂，包括无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硫酸铝、无水硅酸钠、EDTA-5钠。

所述硬化调控外加剂具有促进水泥基灌浆料硬化的作用，提高水泥基灌浆料的早期强度，并且不降低水泥基灌浆料在后期的强度，同时还能控制水泥基灌浆料硬化时间。

第二方面，上述硬化调控外加剂的制备方法，所述方法为：将无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠混合加热反应；反应后的产物进行粉碎，与无水硫酸铝混合得到硬化调控外加剂。

第三方面，上述硬化调控外加剂在水泥基浆料的固化领域中的应用。

第四方面，一种水泥基浆料，包括硅酸盐水泥、上述的硬化调控外加剂、水。

第五方面，上述水泥基浆料在建筑领域中的应用。

能够使水泥在5分钟内初凝，1h内终凝，早期强度迅速发展的同时，后期强度不降低。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

硬化调控剂在水泥基浆料中具有较好的调控硬化的作用，而且可以产生很好的效果，能够使水泥在5分钟内初凝，1h内终凝，早期强度迅速发展的同时，后期强度不降低，由于制备方法简单，成本低，对仪器设备要求低，还能适用于大批量工业化生产。

由硬化调控剂和水泥、水组成的水泥基灌浆料具有无毒、无臭、不燃，不伤害人体的优点。在建筑领域具有广泛的应用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，一种硬化调控外加剂，原料包括无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硫酸铝、无水硅酸钠、EDTA-5钠。

所述硬化调控外加剂具有促进水泥基灌浆料的硬化作用，其调控硬化的作用是原理是：无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠在100-150℃反应生成含有Na、Si、Ca、C、H、O等元素的高分子有机盐。将这种高分子有机盐与无水硫酸铝混合加入到水泥基灌浆料中，会促进水泥基灌浆料中硅酸二钙和硅酸三钙反应，反应生成钙矾石和铝胶。其产物能够提高水泥基灌浆料的早期强度，并且不降低水泥基灌浆料在后期的强度，同时通过调节硬化调控外加剂的掺量还能控制水泥基灌浆料硬化时间。

在本发明的一些实施方式中，所述硬化调控外加剂包括如下重量份的原料：无定型硅酸钙37-45份、三乙醇胺5-7份、无水硅酸钠13-19份、EDTA-5钠10-15份、无水硫酸盐铝22-29份。

第二方面，上述硬化调控外加剂的制备方法，所述方法为：将无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠混合加热反应；反应后的产物进行粉碎，与无水硫酸铝混合得到硬化调控外加剂。

无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠先进行反应的原理是无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠在100-150℃反应生成含有Na、Si、Ca、C、H、O等元素的高分子有机盐。将这种高分子有机盐与无水硫酸铝混合加入到水泥基灌浆料中，会促进水泥基灌浆料中硅酸二钙和硅酸三钙反应，反应生成钙矾石和铝胶。其产物能够提高水泥基灌浆料的早期强度，并且不降低水泥基灌浆料在后期的强度。

在本发明的一些实施方式中，加热反应的温度为100-150℃，反应的时间为60-100min；优选的，加热反应的温度为110-130℃，反应的时间为70-90min。

在本发明的一些实施方式中，反应后的产物与无水硫酸铝混合后进行磨细，磨细后的细度为300-400目。磨细后有助于硬化调控外加剂与水泥进行充分的接触和发挥作用。

第三方面，上述硬化调控外加剂在水泥基浆料的固化领域中的应用。

第四方面，一种水泥基浆料，包括硅酸盐水泥、上述的硬化调控外加剂、水。

在本发明的一些实施方式中，硅酸盐水泥、硬化调控剂、水的重量比为5-9:1-7:3-8。

在本发明的一些实施方式中，水灰比为0.6-0.8，硬化调控剂占硅酸盐水泥和硬化调控剂总质量的质量分数为10％-50％。在硬化调控外加剂掺量一定条件下，随着水灰比不断地增大，水泥基灌浆料的硬化初凝时间增大，终凝时间增大。在水灰比一定条件下，随着硬化调控外加剂的掺量不断增大，水泥基灌浆料的硬化初凝时间从3min到1min，终凝时间从40min到9min。

第五方面，上述水泥基浆料在建筑领域中的应用。

在本发明的一些实施方式中，在桩基础的水泥基灌浆料中的应用。

能够使水泥在5分钟内初凝，1h内终凝，早期强度迅速发展的同时，后期强度不降低。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

硬化调控外加剂，包括无定型硅酸钙39份、三乙醇胺6份、无水硅酸钠16份、EDTA-5钠12份。

制备方法为：将无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠混合加热120℃反应80min；反应后的产物进行粉碎，与无水硫酸铝26份混合后进行混磨得到硬化调控外加剂。

实施例2

硬化调控外加剂，包括无定型硅酸钙37份、三乙醇胺5份、无水硅酸钠13份、EDTA-5钠10份。

制备方法为：将无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠混合加热110℃反应70min；反应后的产物进行粉碎，与无水硫酸铝25份混合后进行混磨得到硬化调控外加剂。

实施例3

硬化调控外加剂，包括无定型硅酸钙45份、三乙醇胺7份、无水硅酸钠19份、EDTA-5钠15份。

制备方法为：将无定型硅酸钙、三乙醇胺、无水硅酸钠、EDTA-5钠混合加热130℃反应90min；反应后的产物进行粉碎，与无水硫酸铝23份混合后进行混磨得到硬化调控外加剂。

实施例4

水泥基浆料包括P·O 42.5硅酸盐水泥、实施例1硬化调控外加剂和自来水，固化可调控外加剂的掺量为水泥用量的10％，掺入的方式为内掺。在水灰比为0.8条件下，硅酸盐水泥、硬化调控外加剂和自来水按照质量比例9:1:8在水泥净浆搅拌机中进行搅拌，搅拌完成后，浇入模具，测试初凝时间和终凝时间，测试在第1d和28d的抗压强度，同时与未掺入硬化调控外加剂的空白水泥1进行对比。测试结果见表1。

实施例5

水泥基浆料包括P·O 42.5硅酸盐水泥、实施例2硬化调控外加剂和自来水，硬化调控外加剂的掺量为水泥用量的30％，掺入的方式为内掺。在水灰比为0.6条件下，硅酸盐水泥、硬化调控外加剂和自来水按照质量比例7:3:6在水泥净浆搅拌机中进行搅拌，搅拌完成后，浇入模具，测试初凝时间和终凝时间，测试在第1d和28d的抗压强度，同时与未掺入硬化调控外加剂的空白水泥2进行对比。测试结果见表1。

实施例6

水泥基浆料包括P·O 42.5硅酸盐水泥、实施例3硬化调控外加剂和自来水。在水灰比为0.6条件下，硬化调控外加剂和自来水按照质量比例5:3在水泥净浆搅拌机中进行搅拌，搅拌完成后，浇入模具，测试初凝时间和终凝时间，测试在第1d和28d的抗压强度，同时与未掺入硬化调控外加剂的空白水泥2进行对比。测试结果见表1。

固化可调控外加剂测试结果如表1所示，其中空白水泥1的组成为P·O 42.5硅酸盐水泥和自来水，水灰比为0.8。空白水泥2的组成为P·O 42.5硅酸盐水泥和自来水，水灰比为0.6。通过表1可以得到，加入硬化调控外加剂后水泥基浆料的初凝时间缩短，终凝时间缩短，提高了抗压强度。

表1固化可调控外加剂测试结果

实施例7

相比于实施例1，硅酸盐水泥、硬化调控外加剂和自来水按照质量比例9:7:8，其它制备条件与实施例1、实施例4相同。

得到的水泥的初凝时间为1:30min(1分30秒)，终凝时间为14min。

对比例1

相比于实施例1，各物质没有进行加热反应，直接混合后磨细得到硬化调控外加剂。将硬化调控外加剂按照实施例4得到水泥浆。测试其初凝时间为5min，终凝时间为56min，早期强度降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。