專利名稱：為水泥組合物提供抗凍－融性的制作方法
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背景技術(shù)：
眾所周知，凍-融循環(huán)對(duì)水飽和硬化水泥組合物，如混凝土，會(huì)具有極大傷害。為防止或減輕造成傷害的最著名技術(shù)是在組合物中結(jié)合進(jìn)微細(xì)孔隙或空洞。這些孔隙或空洞起內(nèi)部膨脹腔的作用，因此能通過釋放由于凍結(jié)前沿在混凝土中不斷推進(jìn)所造成的水力壓力來保護(hù)混凝土免遭霜凍損傷。在混凝土中人為地造成此種空洞的現(xiàn)有技術(shù)采取的方法是利用加氣劑，它能穩(wěn)定在混合期間被夾雜在混凝土中的微小(空)氣泡。
這些空氣空洞通常是通過在濕澆鑄混凝土的混合加工期間使用表面活性劑而變得穩(wěn)定的。遺憾的是，此種在混凝土中夾帶空氣空洞的做法被許多生產(chǎn)和澆注問題所困擾，這些問題中的一些是空氣含量——水泥混合物中空氣含量的變化可導(dǎo)致混凝土抗凍-融龜裂性能的惡化，如果空氣含量隨時(shí)間下降；或者會(huì)降低混凝土的壓縮強(qiáng)度，如果空氣含量隨時(shí)間推移而增加。例子是用泵壓送混凝土(由于壓縮，空氣含量減少)、高效塑化劑的現(xiàn)場(chǎng)加入(常常提高空氣含量或使空氣空洞體系失穩(wěn))、特定摻混物與空氣夾帶表面活性劑的相互作用(會(huì)增加或減少空氣含量)。
空氣空洞穩(wěn)定——不能穩(wěn)定氣泡，可能是由于吸附穩(wěn)定作用表面活性劑的材料，即具有高表面面積碳的飛灰的存在，或者水分不足以使表面活性劑恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用，即，低坍落度混凝土。
空氣空洞特征——過大氣泡的生成以致不能提供抗凍-融特性，可導(dǎo)致質(zhì)量不良或骨料粒度分布不良、其它穩(wěn)定氣泡的摻混物的使用等。此種空洞通常不穩(wěn)定并且趨于浮到新混凝土的表面上。
過分抹光——通過過分抹光去除空氣雖能從混凝土表面趕走空氣，但通常造成，由于鄰近被過分抹光表面的水泥漿的卸載區(qū)的結(jié)垢而龜裂。
在混合時(shí)空氣的產(chǎn)生和穩(wěn)定化以及保證它保留恰當(dāng)數(shù)量和空氣空洞尺寸直至混凝土硬化為止，依然是目前北美現(xiàn)成混合的混凝土生產(chǎn)商每天面臨的最大挑戰(zhàn)。
夾帶足夠空氣量的混凝土依然是最難配制的混凝土類型之一。夾帶到混凝土中的空氣空洞體系的空氣含量和特征不能通過直接定量手段加以控制，而只能間接地通過加入到混合物中的加氣劑的數(shù)量/類型來控制。諸如混合物中骨料的組成和顆粒形狀、水泥的類型和數(shù)量、混凝土的稠度、所用混合機(jī)的類型、混合時(shí)間和溫度之類的因素都影響夾帶劑的表現(xiàn)。在普通加氣混凝土中空洞尺寸的分布可表現(xiàn)出非常寬的波動(dòng)范圍，介于10～3,000μm之間或更寬。在此種混凝土中，除了對(duì)抗循環(huán)凍-融性能必不可少的小空洞之外，較大空洞——雖對(duì)混凝土的耐久性沒有什么貢獻(xiàn)并且會(huì)降低混凝土強(qiáng)度——卻不得不作為一種不可避免的特征予以接受。
硬化混凝土中的空氣空洞體系的特性按照硬化混凝土中空氣空洞體系的參數(shù)的顯微測(cè)定的ASTM C457標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法確定。這些特征被表示為一系列參數(shù)，它們是平均空洞尺寸(比表面面積)、體積豐度(空氣含量)和空洞之間的平均距離(間距系數(shù))的指標(biāo)。這些數(shù)值在混凝土工業(yè)中被用于確定混凝土在水飽和循環(huán)凍結(jié)環(huán)境中的預(yù)期性能和耐久性。ACI準(zhǔn)則建議，比表面積應(yīng)大于600英寸-1，間距系數(shù)等于或小于0.008英寸以保證抗凍-融循環(huán)性能。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已懂得通過遵照制造加氣混凝土的適當(dāng)規(guī)則來控制這些影響。然而，它們?cè)谥圃齑祟惢炷恋倪^程中卻要特別小心并不斷檢查空氣含量，因?yàn)槿绻諝夂窟^低，混凝土的耐霜凍能力將不足，而另一方面，如果空氣含量過高，它將對(duì)壓縮強(qiáng)度具有負(fù)面影響。
在現(xiàn)有技術(shù)中控制空氣空洞的方法常常導(dǎo)致不一致的表現(xiàn)。如果沒有通過混合加入可接受尺寸和間距的氣泡，則任何數(shù)量的氣泡穩(wěn)定化學(xué)體系都無法在硬化混凝土中產(chǎn)生可接受的空氣空洞結(jié)構(gòu)。
因此，可心的是提供一種摻混物，它能在濕澆鑄水泥混合物中直接產(chǎn)生耐持久凍-融的空洞結(jié)構(gòu)，而不要求在混合期間施加剪切條件來生成尺寸恰當(dāng)?shù)臍馀?。該空洞結(jié)構(gòu)可包含在濕澆鑄混合物中最佳尺寸的空洞，從而提供水泥組合物改進(jìn)的抗凍-融耐久性。此種摻混物也可減少或消除用包含傳統(tǒng)加氣化學(xué)摻混物的濕澆鑄混合物制造的產(chǎn)品的壓縮強(qiáng)度降低。
發(fā)明概述提供一種水泥抗凍-融損傷的濕澆鑄組合物，它包含水凝水泥、發(fā)氣添加劑以及任選地聚合物微球。
提供一種制備抗凍-融損傷濕澆鑄水泥組合物的方法，它包括形成一種水和水凝水泥、發(fā)氣添加劑以及任選地聚合物微球的混合物。
發(fā)明詳述提供一種抗凍-融耐久性改進(jìn)的濕澆鑄水泥組合物。該組合物采用一種當(dāng)分散到水泥混合物中時(shí)產(chǎn)生氣體的添加的化學(xué)品或化學(xué)品的共混物，以及任選地直接摻混到混合物中的發(fā)泡或未發(fā)泡聚合物微球。該聚合物微球以各種各樣商品名生產(chǎn)和銷售并采用各種各樣聚合物材料成形其顆粒的壁。
發(fā)氣劑和任選地聚合物微球的使用能基本上消除現(xiàn)有技術(shù)中存在的大多數(shù)問題。它還提供采用某些此材料，即，低檔、高碳飛灰的可能性，這些飛灰，由于不經(jīng)進(jìn)一步加工本不能用于加氣混凝土，故迄今一直送去填埋了之。這將導(dǎo)致水泥的節(jié)省，因此也是經(jīng)濟(jì)上的節(jié)省。由此種方法“造成”的空洞比由傳統(tǒng)加氣劑(AEA)獲得的那些空洞小得多，達(dá)到要求耐久性所需要的空洞體積比傳統(tǒng)加氣混凝土低得多(不足4％(體積)，而通常則要5～6％)。因此，采用新方法，在同樣抗凍-融保護(hù)水平能達(dá)到較高壓縮強(qiáng)度。結(jié)果，為達(dá)到強(qiáng)度所使用的最昂貴組分，即，水泥，可以節(jié)省。
該濕澆鑄水泥組合物及其生產(chǎn)方法采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)氣配合聚合物微球的任選加入從而在最終凝固前在水泥材料基質(zhì)中提供空洞空間，而此種空洞空間起到提高水泥材料抗凍-融耐久性的作用。聚合物微球和現(xiàn)場(chǎng)發(fā)氣將空洞引入到濕澆鑄水泥組合物中從而在混凝土中產(chǎn)生一種充分成形的空洞結(jié)構(gòu)，它能耐受凍-融循環(huán)所產(chǎn)生的降解卻不依靠濕澆鑄水泥組合物混合期間的氣泡穩(wěn)定化措施。由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)氣和聚合物微球產(chǎn)生的抗凍-融耐久性的提高基于釋放水泥材料中水結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力的物理機(jī)理。在傳統(tǒng)做法中，恰當(dāng)尺寸和間距的空洞在硬化材料中的形成依靠采用化學(xué)摻混物來穩(wěn)定混合期間被夾帶到混凝土混合物中的空氣空洞。在傳統(tǒng)混凝土混合物中，這些化學(xué)摻混物，作為一類，統(tǒng)稱為加氣劑。在本發(fā)明水泥組合物和方法中，最終凝固前一定時(shí)間在濕澆鑄水泥混合物中產(chǎn)生的氣體以及任選加入的聚合物微球在硬化材料中產(chǎn)生空洞。該方法采取現(xiàn)場(chǎng)發(fā)氣和聚合物微球的任選加入來形成空洞結(jié)構(gòu)，而不要求混合過程中夾帶空氣的產(chǎn)生和/或穩(wěn)定化。
在一種實(shí)施方案中，聚合物微球與一種酰肼的組合使用加強(qiáng)了質(zhì)量控制?，F(xiàn)有技術(shù)依賴采用一種壓力法的夾帶空氣的體積測(cè)定。由于該酰肼最初不釋放氣體，因此要確定它是否實(shí)際上加入到了混凝土中是困難的。相比之下，聚合物微球則可借助rollameter在塑性混凝土中辨認(rèn)出來。由于酰肼可以與聚合物微球共摻混，故可以推測(cè)出酰肼的存在。
一般所提供的水泥濕澆鑄組合物包含水凝水泥、發(fā)氣添加劑以及任選地聚合物微球。加水以便使水泥混合物成形為糊料(＝淤漿或泥漿)。該水泥濕澆鑄組合物包括傾倒的水泥組合物和由水泥組合物成形的制品。
水凝水泥可以是普通水泥、鋁酸鈣水泥、磷酸鎂水泥、磷酸鎂鉀水泥、硫代鋁酸鈣水泥或任何其它合適的水凝水泥。骨料可包括在水泥濕澆鑄混合物中。骨料可以是二氧化硅、石英、沙子、碎大理石、玻璃球、花崗巖、石灰石、方解石、長石、砂礦沙、任何其它耐久骨料及其混合物。
鋁粉的使用在歷史上是一種在水泥體系中產(chǎn)生氣體的手段。使用酰肼具有許多優(yōu)于鋁粉的長處。第一，是生成氮?dú)舛皇菤錃?鋁粉與水在堿性pH下起反應(yīng)生成的)，要安全得多。第二，鋁粉的顆粒一般比酰肼粉末大，并且產(chǎn)生的氣泡較大并趨于在結(jié)構(gòu)中形成溝槽。結(jié)果，鋁粉不總是能在硬化混凝土體系中產(chǎn)生對(duì)抗凍-融來說好的氣泡結(jié)構(gòu)。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，鋁粉的反應(yīng)強(qiáng)烈地依賴溫度，不像酰肼的水解反應(yīng)。
發(fā)氣添加劑可以干水泥的約0.005％～約2wt％固體的數(shù)量加入到水泥組合物中。發(fā)氣添加劑可以是任何產(chǎn)生氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳、一氧化碳、氨氣或甲烷氣的化合物，并選自一系列化學(xué)品，例如，產(chǎn)生氮?dú)獾幕衔锶珉隆Ⅴｋ?、疊氮化物、偶氮化合物、偶氮二酰胺、甲苯磺酰肼、苯磺酰的酰肼、甲苯磺酰丙酮腙、甲苯磺酰半卡巴肼、苯基四唑、二亞硝基-五亞甲基四胺；氫氣發(fā)生化合物，例如，硼氫化鈉；氧氣發(fā)生化合物，例如，有機(jī)過氧化物；二氧化碳發(fā)生化合物，例如，碳酸氫鈉或其它堿金屬或堿土金屬碳酸鹽；以及發(fā)生空氣的化合物，例如，活性炭。酰肼的例子是4，4”-氧聯(lián)二苯磺?；ｋ?。4，4”-氧聯(lián)二苯磺?；ｋ碌哪承傩允?，它在水泥組合物澆注后分解并且它相對(duì)地不溶于水；結(jié)果，它在運(yùn)輸期間不顯著地受機(jī)械作用的影響。該材料歷來被用于提供一定膨脹以抵消砂漿和水泥漿中的化學(xué)收縮，但從未用于減輕因水泥組合物因受凍-融循環(huán)而造成的損傷的方法中。發(fā)氣劑和任選地聚合物微球的組合提供抗凍-融循環(huán)的本體耐受力和抗表面結(jié)垢的能力。
該聚合物微球的平均直徑等于或小于約100μm，而在某些實(shí)施方案中，平均直徑小于約25μm，具有中空芯和可壓縮壁。發(fā)泡的聚合物微球(利用自含的液體變?yōu)闅庀嗟呐蛎浶纬?或未發(fā)泡聚合物微球(含未發(fā)泡液相)都可使用。聚合物微球的內(nèi)部包含空腔或空洞，可含有氣體(充注氣體)，正如在發(fā)泡聚合物微球中那樣，或者液體(充注液體)例如，在未發(fā)泡的聚合物微球中那樣。
聚合物微球可包含選自以下聚合物的至少一種聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚鄰氯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯及其共聚物，例如，偏二氯乙烯-丙烯腈、聚丙烯腈-共聚-甲基丙烯腈、聚偏二氯乙烯-聚丙烯腈或氯乙烯-偏二氯乙烯等共聚物。由于聚合物微球由聚合物構(gòu)成，故其壁是柔性的，因此，它受到壓力而動(dòng)。這與玻璃、陶瓷或其它非撓性材料不同，后者所生產(chǎn)的微球具有剛性結(jié)構(gòu)，受壓時(shí)破裂。構(gòu)成聚合物微球的材料因此既柔軟卻又耐受水泥組合物的堿性環(huán)境。
在某些實(shí)施方案中，微球的尺寸將是小于約10μm平均直徑的那些。聚合物微球的直徑越小，達(dá)到要求的間距系數(shù)(一種抗凍-融的指標(biāo))所要求的(用量)越少。這從性能的角度是有利的，因?yàn)橛捎谒鼈兊募尤雺嚎s強(qiáng)度下降得較少，正如從經(jīng)濟(jì)的角度一樣，因?yàn)橐筝^少質(zhì)量的微球。類似地，聚合物微球的壁厚應(yīng)盡可能薄，以便使材料成本保持最低，但仍應(yīng)厚到足以抵抗在水泥組合物混合、澆注、搗實(shí)和抹光等過程期間的損傷/破裂。
要加入到水泥組合物中的聚合物微球的數(shù)量介于總體積的約0.05％～4％，或干水泥重量的約0.01wt％～約4wt％。
發(fā)氣劑和聚合物微球可以多種形式加入到水泥組合物中。第一種是作為干粉末，其中可采用專門用于堆密度非常低的干粉末操作設(shè)備。聚合物微球以打濕的粉末供應(yīng)，其中包含85wt％水。在某些實(shí)施方案中，采用液態(tài)摻混物，例如，糊料或淤漿能大大減少混合機(jī)裝料期間材料的損失。第三種形式是作為壓緊的塊狀物，例如，類似于Degussa Admixtures公司(克利夫蘭，俄亥俄)銷售的DELVO ESC摻混物的塊或puck。聚合物微球和發(fā)氣添加劑粉末借助膠粘劑預(yù)成形為在水中將解體的分立的單元。
這里所描述的水泥組合物可包含其它添加劑或成分，且不應(yīng)局限于所述配方?？杉尤氲乃嗵砑觿┌ǖ幌抻诩託鈩⒐橇?、火山灰、分散劑、凝固和強(qiáng)度加速劑/強(qiáng)化劑、緩凝劑、減水劑、緩蝕劑、潤濕劑、水溶性聚合物、流變改進(jìn)劑、拒水劑、纖維、防潮摻混物、減滲劑、泵送劑、真菌殺傷摻混物、殺菌摻混物、殺蟲摻混物、精細(xì)分散礦物摻混物、堿-活性減少劑、粘合摻混物、減縮摻混物以及任何其它摻混物或添加劑，只要對(duì)水泥組合物的性能不產(chǎn)生負(fù)面影響。
骨料可包括在水泥制劑中以提供包括細(xì)骨料的砂漿，以及也包括粗骨料的混凝土。細(xì)骨料是幾乎可全部通過4號(hào)篩(ASTM C 125和ASTM C 33)的材料，例如，二氧化硅沙。粗骨料是大多數(shù)被截留在4號(hào)篩(ASTM C 125和ASTM C 33)上面的材料，例如，二氧化硅、石英、碎大理石、玻璃球、花崗巖、石灰石、方解石、長石、砂礦沙、任何其它耐久骨料及其混合物。
火山灰是一種具有很小或沒有水泥價(jià)值的硅質(zhì)或鋁硅質(zhì)材料，但在水的存在下并處于精細(xì)分散形式時(shí)，能與普通水泥水化期間產(chǎn)生的氫氧化鈣起化學(xué)反應(yīng)生成具有水泥性質(zhì)的材料。硅藻土、蛋白石(opalinecherts)、粘土、頁巖、飛灰、爐渣、硅灰、火山凝灰?guī)r和浮石是某些公知的火山灰。某些磨碎的粒狀高爐爐渣和高鈣飛灰具有火山灰和水泥二者的性能。天然火山灰是一個(gè)技術(shù)用語，用于定義天然存在的火山灰，例如，火山凝灰?guī)r、浮石、火山土、硅藻土、蛋白石、燧石和某些頁巖。一般地，惰性材料也可包括精細(xì)分散的原石英、白云石、石灰石、大理石、花崗巖等。飛灰被定義在ASTM C618中。
使用的話，硅灰可以是未壓實(shí)的或者可部分地壓實(shí)或以淤漿形式加入。另外，硅灰還與水泥粘結(jié)劑的水化副產(chǎn)物起反應(yīng)，從而提供最終制品提高的強(qiáng)度并降低最終制品的滲透性。硅灰或其它火山灰如飛灰或煅燒粘土，例如，偏高嶺土，可加入到水泥濕澆鑄混合物中，加入量介于約5％～約70％，以水泥材料的重量為基準(zhǔn)計(jì)。
分散劑，若被用于水泥組合物中，可以是任何合適的分散劑，例如，木素磺酸鹽、β-萘磺酸鹽、磺化蜜胺甲醛縮合物、聚天門冬氨酸鹽、帶有或不帶聚醚單元的聚羧酸鹽分散劑、萘磺酸鹽甲醛縮合物樹脂，例如，LOMAR D分散劑(Cognis公司，辛辛那提，俄亥俄)，或低聚物分散劑。
可使用聚羧酸鹽分散劑，這種分散劑指的是，一種具有帶側(cè)鏈的碳主鏈的分散體，其中側(cè)鏈的至少一部分通過羧基或醚基基團(tuán)連接在主鏈上。術(shù)語分散劑還涵蓋也起水泥組合物用的塑化劑、高端減少劑、流化劑、防絮凝劑或超塑化劑的那些化學(xué)品。聚羧酸鹽分散劑的例子可見諸于U.S.公開No.2002/0019459 A1，美國專利No.6,267,814，美國專利No.6,290,770，美國專利No.6,310,143，美國專利No.6,187,841，美國專利No.5,158,996，美國專利No.6,008,275，美國專利No.6,136,950，美國專利No.6,284,867，美國專利No.5,609,681，美國專利No.5,494,516；美國專利No.5,674,929，美國專利No.5,660,626，美國專利No.5,668,195，美國專利No.5,661,206，美國專利No.5,358,566，美國專利No.5,162,402，美國專利No.5,798,425，美國專利No.5,612,396，美國專利No.6,063,184，和美國專利No.5,912,284，美國專利No.5,840,114，美國專利No.5,753,744，美國專利No.5,728,207，美國專利No.5,725,657，美國專利No.5,703,174，美國專利No.5,665,158，美國專利No.5,643,978，美國專利No.5,633,298，美國專利No.5,583,183，和美國專利No.5,393,343，在此全部收作參考。
該體系中使用的聚羧酸鹽分散劑可以是通式a)～j)分散劑中的至少一種
a)通式(I)的分散劑 其中在通式(I)中，X是氫、堿金屬離子、堿土金屬離子、銨離子或胺中的至少一種；R是C1～C6(亞)烷基醚或其混合物或者C1～C6(亞)烷基亞胺或其混合物中的至少一種；Q是氧、NH或硫中的至少一種；p是1～約300的數(shù)值，從而形成線型側(cè)鏈或支化側(cè)鏈至少之一；R1是氫、C1～C20烴或官能化烴，后者含有-OH、-COOH、-COOH的酯或酰胺衍生物、磺酸、磺酸的酯或酰胺衍生物、胺或環(huán)氧中的至少一種；Y是氫、堿金屬離子、堿土金屬離子、銨離子、胺、起消泡劑作用的疏水烴或聚氧化烯部分中的至少一種；m、m’、m”、n、n’和n”各自獨(dú)立地是0或1～約20之間的整數(shù)；Z是含有下列至少之一的部分i)至少1個(gè)胺和1個(gè)酸基團(tuán)，ii)2個(gè)能結(jié)合到主鏈中的官能團(tuán)，選自二酐、二醛和二酰氯，或者iii)酰亞胺殘基；并且其中a、b、c和d反映每種單元的摩爾分?jǐn)?shù)，其中a、b、c和d之和等于1，其中a、b、c和d每一個(gè)是大于或等于0并小于1的數(shù)值，并且a、b、c和d中至少2個(gè)大于0；
b)通式(II)的分散劑 其中在通式(II)中A是COOM或者任選地在該“y”結(jié)構(gòu)中形成一種酸酐基團(tuán)(-CO-O-CO-)以替代A基團(tuán)所鍵合的碳原子之間的A基團(tuán)，從而形成酸酐；B是COOMM是氫、過渡金屬陽離子、疏水鏈烷二醇或聚硅氧烷的殘基、堿金屬離子、堿土金屬離子、亞鐵離子、鋁離子、(醇)銨離子或(烷基)銨離子；R是C2～6亞烷基基團(tuán)；R1是C1～20烷基、C6～9環(huán)烷基或苯基基團(tuán)；x、y和z是0.01～100的數(shù)值；m是1～100的數(shù)值；以及n是10～100的數(shù)值；c)包含至少一種聚合物或其鹽的分散劑，具有由以下組分構(gòu)成的共聚物形式，i)馬來酐與通式RO(AO)mH的化合物的半酯，其中R是C1～C20烷基基團(tuán)，A是C2～4亞烷基基團(tuán)，并且m是2～16的整數(shù)；并且ii)通式CH2＝CHCH2-(OA)nOR的單體，其中n是介于1～90的整數(shù)，R是C1～20烷基基團(tuán)；
d)由以下單體共聚制取的分散體5～98wt％以下通式(1)代表的(烷氧基)聚亞烷基二醇的單(甲基)丙烯酸酯單體(a)， 其中R1代表氫原子或甲基基團(tuán)，R2O代表1種或2或更多種2～4個(gè)碳原子氧亞烷基基團(tuán)的混合物，只要該混合物的2或更多種可以嵌段形式或者以無規(guī)形式加成，R3代表氫原子或1～5個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)，并且m指出氧亞烷基基團(tuán)的平均加成摩爾數(shù)的數(shù)值，是介于1～100的整數(shù)，95～2wt％以上通式(2)代表的(甲基)丙烯酸單體(b)，其中R4和R5各自獨(dú)立地是氫原子或甲基基團(tuán)，并且M1代表氫原子或甲基基團(tuán)、一價(jià)金屬原子、二價(jià)金屬原子、銨基團(tuán)，或有機(jī)胺基團(tuán)，以及0～50wt％可與這些單體共聚的其它單體(c)，條件是(a)、(b)和(c)的總和是100wt％；e)接枝聚合物，它是聚羧酸或其鹽，具有由選自低聚亞烷基二醇、聚醇、聚氧亞烷基胺和聚亞烷基二醇的至少一種衍生的側(cè)鏈；f)通式(III)的分散劑
其中在通式(III)中D＝選自結(jié)構(gòu)d1、結(jié)構(gòu)d2及其混合物的成分；X＝H、CH3、C2～C6烷基、苯基、對(duì)甲基苯基，或磺化苯基；Y＝H或-COOM；R＝H或CH3；Z＝H、-SO3M、-PO3M、-COOM、-O(CH2)nOR3，其中n＝2～6，-COOR3或-(CH2)nOR3，其中n＝0～6，-CONHR3、-CONHC(CH3)2CH2SO3M、-COO(CHR4)nOH，其中n＝2～6，或-O(CH2)nOR4，其中n＝2～6；R1、R2、R3、R5各自獨(dú)立地是-(CHRCH2O)mR4無規(guī)共聚物，由氧亞乙基單元和氧亞丙基單元組成，其中m＝10～500且其中，氧亞乙基在無規(guī)共聚物中的含量介于約60％～100％，且氧亞丙基在無規(guī)共聚物中的含量介于約0％～約40％；R4＝H、甲基，C2～約C6烷基，或者約C6～約C10芳基；M＝H、堿金屬、堿土金屬、銨、胺、三乙醇胺、甲基，或C2～約C6烷基；a＝0～約0.8；b＝約0.2～約1.0；c＝0～約0.5；d＝0～約0.5；其中a、b、c和d代表每種單元的摩爾分?jǐn)?shù)并且a、b、c和d之和是1.0；其中a可代表2更多在同一分散劑結(jié)構(gòu)中的不同成分?jǐn)?shù)；其中b可代表2更多在同一分散劑結(jié)構(gòu)中的不同成分?jǐn)?shù)；其中c可代表2更多在同一分散劑結(jié)構(gòu)中的不同成分?jǐn)?shù)；其中d可代表2更多在同一分散劑結(jié)構(gòu)中的不同成分?jǐn)?shù)；
g)通式(IV)的分散劑 其中在通式(IV)中“b”結(jié)構(gòu)是以下之一羧酸單體、烯屬不飽和單體，或馬來酐，其中形成酸酐基團(tuán)(-CO-O-CO-)以替代基團(tuán)Y和Z分別鍵合在的碳原子之間的基團(tuán)Y和Z，并且“b”結(jié)構(gòu)必須包括至少一個(gè)具有側(cè)鏈酯鍵的部分和至少一個(gè)具有側(cè)鏈胺鍵的部分；X＝H、CH3、C2～C6烷基、苯基、對(duì)甲基苯基、對(duì)乙基苯基、羧基化苯基，或磺化苯基；Y＝H、-COOM、-COOH或W；W＝疏水消泡劑，由通式R5O-(CH2CH2O)s-(CH2C(CH3)HO)t-(CH2CH2O)u代表，其中s、t和u是0～200的整數(shù)，條件是，t＞(s+u)且其中疏水消泡劑的總量小于聚羧酸鹽分散劑重量的約10wt％；Z＝H、-COOM、-OC(CH2)nOR3，其中n＝2～6，-COOR3，-(CH2)nOR3，其中n＝0～6或-CONHR3；R1＝H或CH3；R2、R3各自獨(dú)立地是通式-(CH(R1)CH2O)mR4的氧亞乙基單元和氧亞丙基單元的無規(guī)共聚物，其中m＝10～500且其中，氧亞乙基在無規(guī)共聚物中的含量介于約60％～100％，且氧亞丙基在無規(guī)共聚物中的含量介于約0％～約40％；R4＝H、甲基，C2～C8烷基；R5＝C1～C18烷基或C6～C18烷基芳基；M＝堿金屬、堿土金屬、氨、胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、嗎啉、咪唑；a＝0.01～0.8；b＝0.2～約0.99；c＝0～約0.5；
其中a、b、c代表每種單元的摩爾分?jǐn)?shù)并且a、b和c之和是1；其中a可代表2更多在同一分散劑結(jié)構(gòu)中的不同成分?jǐn)?shù)；其中c可代表2更多在同一分散劑結(jié)構(gòu)中的不同成分?jǐn)?shù)；h)對(duì)應(yīng)于下式(V)的無規(guī)共聚物，呈酸或其鹽的形式，具有以下單體單元和單體單元數(shù) 其中A選自部分(i)或(ii)(i)-CR1R2-CR3R4- 其中R1和R3選自取代的苯、C1～8烷基、C2～8鏈烯基、C2～8烷羰基、C1～8烷氧基、羧基、氫和一個(gè)環(huán)，R2和R4選自氫和C1～4烷基，其中R1和R3可與R2和/或R4合在一起，當(dāng)R2和/或R4是C1～4烷基時(shí)，構(gòu)成該環(huán)；R7、R8、R9和R10各自選自氫、C1～6烷基和C2～8烴鏈，其中R1和R3與R7和/或R8、R9和R10合在一起構(gòu)成連接它們所連接的碳原子的C2～8烴鏈，該烴鏈任選地具有至少一個(gè)陰離子基團(tuán)，其中至少一個(gè)陰離子基團(tuán)任選地是磺酸的；M選自氫和疏水聚亞烷基二醇或聚硅氧烷的殘基，條件是當(dāng)A是(ii)且M是疏水聚亞烷基二醇的殘基時(shí)，M必須不同于基團(tuán)-(R5O)mR6；R5是C2～8亞烷基基團(tuán)；R6選自C1～20烷基、C6-9環(huán)烷基和苯基；
n、x和z是1～100的數(shù)值；y是0～100；m是2～1000；x比(y+z)的比值介于1∶10～10∶1，并且y∶z的比值介于5∶1～1∶100；i)氧亞烷基二醇-鏈烯基醚與不飽和單和/或二羧酸的共聚物，包含i)0～90 mol％至少一種通式3a或3b的組分 或 其中M是氫原子、一-或二價(jià)金屬陽離子、銨離子或有機(jī)胺殘基，a是1，或者當(dāng)M是二價(jià)金屬陽離子時(shí)，a是1/2；其中X是-OMa，-O-(CmH2mO)n-R1，其中R1是氫原子、含1～20個(gè)碳原子的脂族烴基、含5～8個(gè)碳原子的環(huán)脂族烴基或者任選地羥基、羧基、C1～14烷基，或者磺酸取代的含6～14個(gè)碳原子的芳基，m是2～4并且n是0～100，-NHR2、-N(R2)2或其混合物，其中R2＝R1或-CO-NH2；并且其中Y是氧原子或-NR2；ii)1～89mol％通式4的成分 其中R3是氫原子或含1～5個(gè)碳原子的脂族烴基，p是0～3，而R1是氫、含1～20個(gè)碳原子的脂族烴基、含5～8個(gè)碳原子的環(huán)脂族烴基，或者任選地羥基、羧基、C1～14烷基，或者磺酸取代的含6～14個(gè)碳原子的芳基，m獨(dú)立地是2～4且n是0～100，以及iii)0～10mol％至少一種通式5a或5b的組分 或 其中S是氫原子或-COOMa或-COOR5，T是COOR5、-W-R7、-CO-[-NH-(CH2)3]s-W-R7、-CO-O-(CH2)z-W-R7、以下通式的基 或-(CH2)z-V-(CH2)z-CH＝CH-R1，或當(dāng)S是-COOR5或-COOMa，U1是-CO-NHM-，-O-或-CH2O，U2是-NH-CO-，-O-或-OCH2，V是-O-CO-C6H4-CO-O-或-W-，以及W是 R4是氫原子或甲基，R5是含3～20個(gè)碳原子的脂族烴基、含5～8個(gè)碳原子的環(huán)脂族烴基或者含6～14個(gè)碳原子的芳基，R6＝R1或者
或 R7＝R1或 或 r是2～100，s是1或2，x是1～150，y是0～15且z是0～4；iv)0～90mol％至少一種通式6a、6b或6c的組分 或 或 其中M是氫原子、一-或二價(jià)金屬陽離子、銨離子或有機(jī)胺殘基，a是1，或當(dāng)M是二價(jià)金屬陽離子時(shí)a是1/2；其中X是-OMa，
-O-(CmH2mO)n-R1，其中R1是氫原子、含1～20個(gè)碳原子的脂族烴基、含5～8個(gè)碳原子的環(huán)脂族烴基或者任選地羥基、羧基、C1～14烷基，或者磺酸取代的含6～14個(gè)碳原子的芳基，m是2～4并且n是0～100，-NH-(CmH2mO)n-R1，-NHR2、-N(R2)2或其混合物，其中R2＝R1或-CO-NH2；以及其中Y是氧原子或-NR2；j)二羧酸衍生物與氧亞烷基二醇-鏈烯基醚的共聚物，包含i)1～90mol％選自通式7a和通式7b的結(jié)構(gòu)單元中的至少一種 其中M是H、一價(jià)金屬陽離子、二價(jià)金屬陽離子、銨離子或有機(jī)胺；a是1/2當(dāng)M是二價(jià)金屬陽離子時(shí)；或者是1當(dāng)M是一價(jià)金屬陽離子時(shí)；其中R1是-OMa，或-O-(CmH2mO)n-R2，其中R2是H、C1～20脂族烴、C5～8環(huán)脂族烴，或C6～14芳基，其上任選地取代上選自COOMa、-(SO3)Ma和-(PO3)Ma2中的至少一種；m是2～4；n是1～200；ii)0.5～80mol％通式8的結(jié)構(gòu)單元
其中R3是H或C1～5脂族烴；p是0～3；R2是H、C1～20脂族烴、C5～8環(huán)脂族烴，或者C6～14芳基，其上任選地取代上選自COOMa、-(SO3)Ma和-(PO3)Ma2中的至少一種；m是2～4；n是1～200；iii)0.5～80mol％選自通式9a和通式9b中的結(jié)構(gòu)單元 其中R4是H或C1～20脂族烴，其上任選地取代上至少一個(gè)羥基基團(tuán)、-(CmH2mO)n-R2、-CO-NH-R2、C5～8環(huán)脂族烴；或者C6～14芳基，其上任選地取代上選自COOMa、-(SO3)Ma和-(PO3)Ma2中的至少一種；M是H、一價(jià)金屬陽離子、二價(jià)金屬陽離子、銨離子或有機(jī)胺；a是1/2當(dāng)M是二價(jià)金屬陽離子時(shí)；或者是1當(dāng)M是一價(jià)金屬陽離子時(shí)；R2是H、C1～20脂族烴、C5～8環(huán)脂族烴，或者C6～14芳基，其上任選地取代上選自COOMa、-(SO3)Ma和-(PO3)Ma2中的至少一種；
m是2～4；n是1～200；iv)1～90mol％通式10的結(jié)構(gòu)單元 其中R5是甲基，或亞甲基基團(tuán)，其中R5與R7構(gòu)成1或多個(gè)5～8元環(huán)；R6是H、甲基或乙基；R7是H、C1～20脂族烴、C6～14芳基，其上任選地取代上選自COOMa、-(SO3)Ma和-(PO3)Ma2中的至少一種、C5～8環(huán)脂族烴、-OCOR4、-OR4和-COOR4，其中R4是H、C1～20脂族烴，其上任選地取代上至少一個(gè)-OH、-(CmH2mO)n-R2、-CO-NH-R2，C5～8環(huán)脂族烴，或者C6～14芳基殘基，其上任選地取代上選自COOMa、-(SO3)Ma和-(PO3)Ma2中的至少一種；在通式(e)中，“衍生的”一詞并非一般地指衍生物，而是指低聚亞烷基二醇、聚醇和聚亞烷基二醇的任何聚羧酸/鹽側(cè)鏈衍生物，只要與分散劑的性質(zhì)相容并且不破壞接枝聚合物。
在通式(i)的含6～14個(gè)碳原子的任選取代的芳基中的取代基，可以是羥基、羧基、C1～14烷基，或磺酸鹽基團(tuán)。
在取代的苯中的取代基可以是羥基、羧基、C1～14烷基或磺酸鹽基團(tuán)。
術(shù)語低聚分散體指的是以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物的低聚物(k)成分A，任選地成分B和成分C；其中每個(gè)成分A獨(dú)立地是吸附在水泥顆粒表面的非聚合物官能部分并包含至少一個(gè)由選自以下的部分衍生的第一成分的殘基磷酸鹽、膦酸鹽、次膦酸鹽、次磷酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、亞磺酸鹽、烷基三烷氧基硅烷、烷基三酰氧基硅烷、烷基、三芳氧基硅烷、硼酸鹽(borate)、硼酸鹽(boronate)、環(huán)硼氧烷、磷酰胺、胺、酰胺、季銨鹽基團(tuán)、羧酸、羧酸酯、醇、碳水化合物、糖的磷酸酯、糖的硼酸酯、糖的硫酸酯、任何以上部分的鹽，及其混合物；其中組分B是任選的部分，若存在的話，每個(gè)成分B獨(dú)立地是配置在成分A部分與成分C部分之間的非聚合物部分，并且由選自以下的部分的第二成分衍生線型飽和烴、線型不飽和烴、飽和支化烴、不飽和支化烴、脂環(huán)族烴、雜環(huán)烴、芳基、磷酯、含氮化合物及其混合物；且其中組分C是至少一個(gè)線型或支化水溶性非離子聚合物，基本上不吸附在水泥顆粒上的部分，并且選自聚(氧亞烷基二醇)、聚(氧亞烷基胺)、聚(氧亞烷基二胺)、一烷氧基聚(氧亞烷基胺)、一芳氧基聚(氧亞烷基胺)、一烷氧基聚(氧亞烷基二醇)、一芳氧基聚(氧亞烷基二醇)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基乙烯基醚)、聚(乙烯亞胺)、聚(丙烯酰胺)、聚唑，或其混合物，它們公開中美國專利6,133,347、美國專利6,492,461和美國專利6,451,881，在此收作參考。
可使用的凝固和強(qiáng)度加速劑包括但不限于，堿金屬、堿土金屬或鋁的硝酸鹽；堿金屬、堿土金屬或鋁的亞硝酸鹽；堿金屬、堿土金屬或鋁的硫氰酸鹽；堿金屬、堿土金屬或鋁的硫代硫酸鹽；堿金屬、堿土金屬或鋁的氫氧化物；堿金屬、堿土金屬或鋁的羧酸鹽(優(yōu)選甲酸鈣)；多羥烷基胺；堿金屬、堿土金屬或鋁的鹵化物鹽(優(yōu)選溴化物)。可使用的加速劑的例子包括但不限于，POZZOLITH NC534，無氯型加速劑和/或RHEOCRETE CNI亞硝酸鈣基緩蝕劑，二者都以Degussa Admixtres公司(克利夫蘭，俄亥俄)的商品名銷售。
硝酸鹽具有通式M(NO3)a，其中M是堿金屬、堿土金屬或鋁，且其中a，對(duì)堿金屬鹽而言是1，對(duì)堿土金屬鹽而言是2，對(duì)鋁鹽而言是3。優(yōu)選的是Na、K、Mg、Ca和Al的硝酸鹽。
亞硝酸鹽具有通式M(NO2)a，其中M是堿金屬、堿土金屬或鋁，且其中a，對(duì)堿金屬鹽而言是1，對(duì)堿土金屬鹽而言是2，對(duì)鋁鹽而言是3。優(yōu)選的是Na、K、Mg、Ca和Al的亞硝酸鹽。
硫氰酸鹽具有通式M(SCN)b，其中M是堿金屬、堿土金屬或鋁，且其中b，對(duì)堿金屬鹽而言是1，對(duì)堿土金屬鹽而言是2，對(duì)鋁鹽而言是3。這些鹽已知有各種各樣名稱，包括磺基氰酸鹽、rhodanates(硫氰酸鹽)或rhodanide(硫氰酸鹽)鹽。優(yōu)選的是Na、K、Mg、Ca和Al的硫氰酸鹽。
醇胺是一類化合物的屬名，其中三價(jià)氮直接連接在烷基醇的碳原子上。通式為N[H]c[(CH2)dCHRCH2R]e，其中R獨(dú)立地是氫或OH，c是3-e，d是0～約4并且e是1～約3。例子包括但不限于，一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和三異丙醇胺。
硫代硫酸鹽具有通式Mf(S2O3)g，其中M是堿金屬、堿土金屬或鋁，且其中f是1或2，而g是1、2或3，取決于M金屬元素的化合價(jià)。優(yōu)選的是Na、K、Mg、Ca和Al的硫代硫酸鹽。
羧酸鹽具有通式RCOOM，其中R是H或C1～約C10烷基，且M是堿金屬、堿土金屬或鋁。優(yōu)選的是Na、K、Mg、Ca和Al的羧酸鹽。羧酸鹽的例子是甲酸鈣。
多羥烷基胺可具有通式 其中h是1～3，i是1～3，j是1～3，并且k是0～3。優(yōu)選的多羥烷基胺是四羥乙基亞乙基二胺。
緩凝劑或者所謂延遲-凝固，或水化控制摻混物被用于阻滯、延遲或減慢水泥組合物的凝固速度。它們可在首批澆鑄以后，或者在水化過程開始以后的一段時(shí)間加入。緩凝劑被用于抵消炎熱天氣對(duì)水泥組合物凝固的加速作用，或者當(dāng)出現(xiàn)澆注困難的情況，或者由于遞送到現(xiàn)場(chǎng)有問題，或者留出一定時(shí)間以便進(jìn)行特殊表面修整時(shí)延遲原來的凝固速度。大多數(shù)緩凝劑還起一種低水平減水劑的作用并且也可用于將一些空氣夾帶到水泥組合物中。木素磺酸鹽、羥基化羧酸、硼砂、葡糖酸、酒石酸和其它有機(jī)酸及其對(duì)應(yīng)鹽，膦酸鹽、某些碳水化合物，例如，糖、多糖和糖酸及其混合物可用作緩凝摻混物。
緩蝕劑在水泥組合物中起到保護(hù)埋置的鋼免遭腐蝕的作用。水泥組合物的高堿本性導(dǎo)致鈍化和在鋼表面生成非腐蝕性保護(hù)氧化膜。然而，碳酸化和來自除冰劑或海水的氯離子的存在，連同氧氣的作用能破壞或滲透該膜并導(dǎo)致腐蝕。緩蝕摻混物化學(xué)地減慢此種腐蝕反應(yīng)。用于緩蝕的最普通的材料是亞硝酸鈣、亞硝酸鈉、苯甲酸鈉、某些磷酸鹽或氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽、胺、有機(jī)基拒水劑和相關(guān)化學(xué)品。
在建筑領(lǐng)域，近年來開發(fā)出許多保護(hù)水泥組合物免遭拉伸應(yīng)力以及隨后龜裂的方法。一種現(xiàn)代方法涉及將纖維沿著新鮮水泥混合物整個(gè)體積分布。硬化后，此種水泥組合物被稱作纖維-增強(qiáng)水泥。纖維可由鋯材料、碳、鋼、玻璃纖維或合成材料，例如，聚丙烯、尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、人造絲、高強(qiáng)度芳族聚酰胺或其混合物制成。
防潮摻混物能降低具有低水泥含量、高水-水泥比，或者在骨料部分中缺乏細(xì)顆粒的混凝土的滲透性。這些摻混物阻滯水分向濕混凝土內(nèi)部的滲透，包括某些皂、硬脂酸鹽和石油產(chǎn)品。
減滲劑被用于降低水在壓力下透過水泥組合物傳播的速度。硅灰、飛灰、研磨爐渣、偏高嶺土、天然火山灰、減水劑和膠乳可用于降低水泥組合物的滲透性。
泵送助劑加入到水泥混合物中用以改善泵送特性。這些摻混物能增稠流態(tài)水泥組合物，即，增加其粘度，以減少泥漿在泵的壓力下的脫水。在可用作水泥組合物中的泵送助劑的材料當(dāng)中，有有機(jī)和合成聚合物、羥乙基纖維素(HEC)或者HEC與分散劑的共混物、多糖、有機(jī)絮凝劑、石蠟、煤焦油、瀝青、丙烯酸、膨潤土和煅燒二氧化硅的有機(jī)乳液、納米二氧化硅、天然火山灰、飛灰和熟石灰。
細(xì)菌和真菌在硬化水泥組合物表面或內(nèi)部的生長可通過真菌殺傷劑、殺菌劑和殺蟲劑摻混物部分地加以控制。為此目的最有效的材料是多鹵化酚、dialdrin乳液和銅化合物。
著色摻混物通常由顏料，或者有機(jī)的，例如，酞菁，或者無機(jī)顏料，例如，含金屬顏料，后者包括但不限于，金屬氧化物，等組成，并包括但不限于，含氧化鐵顏料如CHROMIXL(Degussa Admixtures公司(克利夫蘭，俄亥俄))、氧化鉻、氧化鋁、鉻酸鉛、氧化鈦、鋅白、氧化鋅、硫化鋅、鉛白、鐵錳黑、鈷綠、錳藍(lán)、錳紫、硫硒化鎘、鎘橙、鎳鈦黃、鉻鈦黃、硫化鎘、鋅黃、群青藍(lán)和鈷藍(lán)。
堿-反應(yīng)性降低劑能減少堿-聚集反應(yīng)和限制此種反應(yīng)可能在硬化水泥組合物中產(chǎn)生的破壞性膨脹力。火山灰(飛灰、硅灰)、高爐爐渣、鋰和鋇的鹽尤其有效。
可使用的減縮劑包括但不限于RO(AO)1～10H，其中R是C1～5烷基或C5～6環(huán)烷基，并且A是C2～3亞烷基、堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、堿土金屬氧化物，優(yōu)選硫酸鈉和氧化鈣。TETRAGUARD摻混物是可使用的減縮劑的一個(gè)例子(由Degussa Admixtures公司(克利夫蘭，俄亥俄)供應(yīng))。
試驗(yàn)了前面描述的實(shí)施方案的例子的抗凍-融(F/T)耐久性作用?；炷翗悠钒慈缦滤鲋苽湓谵D(zhuǎn)鼓混合機(jī)中加入水，隨后加入粗骨料和水泥。隨后，在這些材料上面加入發(fā)氣添加劑，然后加入沙子，并開動(dòng)轉(zhuǎn)鼓。如果混合物包含傳統(tǒng)加氣劑(AEA)，則將它加在沙子上面。隨后，在混合期間加入進(jìn)一步的水以達(dá)到所要求的坍落度水平。讓混合機(jī)以20rpm轉(zhuǎn)動(dòng)5min。5min后，停下混合機(jī)，并測(cè)定坍落度和空氣，并澆鑄樣品。任選地，混合機(jī)可再倒轉(zhuǎn)(20rpm或3～4rpm)并混合一段附加時(shí)間以模擬水泥罐車的拖運(yùn)時(shí)間?；旌蠙C(jī)在規(guī)定的時(shí)間間隔停下并再次測(cè)定坍落度和空氣。隨后，澆鑄附加的樣品，若需要的話。
相關(guān)ASTM試驗(yàn)程序是巖相學(xué)檢驗(yàn)(ASTM C457)；凍-融試驗(yàn)(ASTM C 666-程序A)-[大于60被認(rèn)為可接受]；鹽結(jié)垢試驗(yàn)(ASTM C672)-
；壓縮強(qiáng)度測(cè)定(ASTM C 39)；空氣含量，壓力法(ASTM C 231)；單位重量(ASTM C 138)。
制備表1中的樣品以確定不同溫度對(duì)來自酰肼發(fā)氣劑的氮生成的影響并研究在低轉(zhuǎn)速下延長混合時(shí)間的效應(yīng)。
表1

AEA＝加氣劑W/C比＝水與水泥之比樣品顯示，溫度或延長混合時(shí)間對(duì)氣體的產(chǎn)生沒有明顯影響，正如塑性空氣含量或單位重量沒有某些改變所證明的。
制備表2中的樣品以研究硬化狀態(tài)中的空洞體系特性。樣品顯示有關(guān)比表面和間距系數(shù)等參數(shù)一般可以接受，能賦予在嚴(yán)酷環(huán)境中良好抗凍-融循環(huán)的能力。
表2

W/C比＝水與水泥之比制備表3中的樣品以確定氮?dú)獍l(fā)生劑提供混凝土抗凍-融保護(hù)的能力。樣品是與采用傳統(tǒng)表面活性劑加氣的加氣混凝土對(duì)照著試驗(yàn)的。
表3

AEA＝加氣劑W/C比＝水與水泥之比表3顯示，少到0.2％酰肼(以水泥重量為基準(zhǔn)計(jì))(樣品8和9)的加入提供了充分的對(duì)水泥組合物抗凍-融損傷保護(hù)并具有類似或比含傳統(tǒng)加氣劑的混合物略好的抗表面結(jié)垢能力。
表4中的樣品按照如同表1～3中的樣品一樣制備，只是另外在水、粗骨料和水泥上面加入了聚合物微球和發(fā)氣添加劑，然后加入沙。
對(duì)表4中的樣品進(jìn)行試驗(yàn)，以考察20～40μm平均直徑發(fā)泡聚合物微球通同聚合物微球與發(fā)氣劑的過協(xié)使用提供混凝土抗凍-融保護(hù)和改善在該領(lǐng)域中的經(jīng)濟(jì)性和性能的能力。
表4

AEA＝加氣劑W/C比＝水與水泥之比*Mix6包含40μm聚合物微球；或者20μm聚合物微球樣品顯示，經(jīng)300次凍-融循環(huán)試驗(yàn)以后，為提供目標(biāo)抗凍-融損傷程度在混凝土混合物中需要的單獨(dú)20μm發(fā)泡微球的最低數(shù)量是1.0％(體積)(樣品13～15)。然而，少量(水泥的0.05％一一樣品7)發(fā)氣劑配合0.5％(體積)20μm發(fā)泡微球聯(lián)用則給出比單獨(dú)用0.5％(體積)聚合物微球好的保護(hù)。改進(jìn)的耐久性在0.5％(體積)聚合物微球和0.1％發(fā)氣劑的情況中觀察到。
在一種實(shí)施方案中，該水泥抗凍-融濕澆鑄組合物包含水凝水泥、水、發(fā)氣添加劑和任選地聚合物微球。在某些實(shí)施方案，發(fā)氣添加劑可以是酰肼，在一種實(shí)施方案中，發(fā)氣添加劑可以是4，4′-氧聯(lián)二苯磺?；ｋ隆＞酆衔镂⑶蚩梢允浅錃?發(fā)泡)或充液(未發(fā)泡)的。另外，聚合物微球可包含至少一種下列物質(zhì)聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚鄰氯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯，或者其共聚物或混合物，例如但不限于，例如，偏二氯乙烯-丙烯腈、聚丙烯腈-共聚甲基丙烯腈、聚偏二氯乙烯-共聚丙烯腈或氯乙烯-偏二氯乙烯的共聚物。
在另一種實(shí)施方案中，水泥濕澆鑄組合物包含至少一種以下特征發(fā)氣添加劑以干水泥的約0.005％～約5wt％的數(shù)量存在；聚合物微球以干水泥的約0.01％～約4wt％的數(shù)量存在；聚合物微球的平均直徑小于約100μm；聚合物微球的平均直徑小于約25μm；或聚合物微球的平均直徑小于約20μm。
在另一種實(shí)施方案中，上面描述的濕澆鑄組合物還包含至少一種分散劑、加氣劑、凝固和強(qiáng)度加速劑/強(qiáng)化劑、緩凝劑、減水劑、骨料、緩蝕劑、潤濕劑、水溶性聚合物、流變改進(jìn)劑、拒水劑、纖維、防潮摻混物、減滲劑、泵送助劑、真菌殺傷摻混物、殺菌摻混物、殺蟲摻混物、精細(xì)分散礦物摻混物、著色摻混物、堿-反應(yīng)性降低劑、粘合摻混物、減縮摻混物或其混合物。
在另一種實(shí)施方案中，提供一種制備抗凍-融濕澆鑄水泥組合物的方法，它包括提供水凝水泥、水、發(fā)氣添加劑以及任選地聚合物微球的混合物。在某些實(shí)施方案，發(fā)氣添加劑和聚合物微球各自獨(dú)立地作為壓實(shí)塊狀、粉末或液態(tài)摻混物如糊料或淤漿的至少之一的形式加入。
要知道，這里所描述的實(shí)施方案不過是例子而已，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明精神和范圍的條件下制定出各自變換和修改方案。所有這些變換和修改方案都應(yīng)被包括在此前所描述的本發(fā)明范圍之內(nèi)。另外，這里所描述的所有實(shí)施方案不一定存在于替代方案中，因?yàn)楸景l(fā)明的各種實(shí)施方案可組合起來提供所要求的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種抗凍融損傷水泥濕澆鑄組合物，它包含水凝水泥、發(fā)氣添加劑以及任選地聚合物微球。
2.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中發(fā)氣添加劑包含，在凝固前在水泥濕澆鑄組合物中發(fā)生氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳、一氧化碳、氨或甲烷氣的化合物?br> 3.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中發(fā)氣添加劑是酰肼、肼、疊氮化物或偶氮化合物中的至少一種。
4.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中發(fā)氣添加劑是偶氮二酰胺、碳酸氫鈉、有機(jī)過氧化物、無機(jī)過氧化物、甲苯磺酰酰肼、苯磺酰酰肼、甲苯磺酰丙酮腙、甲苯磺酰半卡巴肼、苯基四唑、硼氫化鈉、活性炭或二亞硝基-五亞甲基四胺。
5.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中發(fā)氣添加劑是4，4’-氧聯(lián)二苯磺酰基酰肼。
6.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中發(fā)氣添加劑以水泥的約0.005％～約2wt％的數(shù)量存在。
7.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中空洞的體積等于或小于約4％體積。
8.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中水泥濕澆鑄組合物包含聚合物微球。
9.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，其中聚合物微球包含至少一種以下聚合物聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚鄰氯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯，或者其共聚物或混合物。
10.權(quán)利要求8的水泥濕澆鑄組合物，其中聚合物微球包含至少一種以下共聚物偏二氯乙烯-丙烯腈、聚偏二氯乙烯-共聚丙烯腈、聚丙烯腈-共聚甲基丙烯腈、氯乙烯-偏二氯乙烯的共聚物或其混合物。
11.權(quán)利要求8的水泥濕澆鑄組合物，其中聚合物微球以約總體積的約0.05％～4％的數(shù)量存在。
12.權(quán)利要求8的水泥濕澆鑄組合物，其中聚合物微球的平均直徑等于或小于約100μm。
13.權(quán)利要求8的水泥濕澆鑄組合物，其中聚合物微球的平均直徑等于或小于約10μm。
14.權(quán)利要求8的水泥濕澆鑄組合物，其中聚合物微球是充氣的或充液的當(dāng)中至少一種。
15.權(quán)利要求1的水泥濕澆鑄組合物，還包含下列至少一種加氣劑、骨料、火山灰、分散劑、凝固和強(qiáng)度加速劑和/或強(qiáng)化劑、緩凝劑、減水劑、緩蝕劑、潤濕劑、水溶性聚合物、流變改進(jìn)劑、拒水劑、纖維、防潮摻混物、減滲劑、泵送助劑、真菌殺傷摻混物、殺菌摻混物、殺蟲摻混物、細(xì)分割礦物摻混物、著色摻混物、堿-活性降低劑、粘合摻混物、減縮摻混物或其混合物。
16.權(quán)利要求15的水泥濕澆鑄組合物，其中分散劑是至少一種下列物質(zhì)木素磺酸鹽、β-萘磺酸鹽、磺化蜜胺甲醛縮合物、聚天冬氨酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合物樹脂、低聚物、聚羧酸鹽或其混合物。
17.一種制備抗凍融損傷濕澆鑄水泥組合物的方法，包括形成一種水、水凝水泥、發(fā)氣添加劑以及任選地聚合物微球的混合物。
18.權(quán)利要求17的方法，其中發(fā)氣添加劑或聚合物微球以下列形式中至少一種加入到混合物中a.壓實(shí)的團(tuán)塊；b.粉末；或c.液態(tài)摻混物。
19.權(quán)利要求17的方法，其中發(fā)氣添加劑包含，在凝固前在水泥濕澆鑄組合物中發(fā)生氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳、一氧化碳、氨或甲烷氣的化合物?br> 20.權(quán)利要求17的方法，包括在混合物中加入聚合物微球。
21.權(quán)利要求17的方法，其中發(fā)氣添加劑是酰肼、肼、疊氮化物和偶氮化合物中的至少一種。
全文摘要
提供一種改良的抗凍熔耐久性濕澆鑄水泥組合物，它采用發(fā)氣添加劑的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)氣以及任選地可直接摻混到混合物中的聚合物微球。該發(fā)氣添加劑和聚合物微球在材料基質(zhì)中提供空洞空間，而此種空洞空間起到提高材料的抗凍熔耐久性的作用。
文檔編號(hào)C04B16/08GK1980869SQ200580019836
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者B·J·克里斯坦森, T·M·小維克斯 申請(qǐng)人:建筑研究及技術(shù)有限責(zé)任公司