用于自壓實混凝土的具有羥乙基甲基纖維素的砂漿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合用于自壓實混凝土調(diào)配物中的砂漿，并且具體來說，包含羥乙基 甲基纖維素的此類砂漿。
【背景技術(shù)】
[0002] 被稱為自壓實混凝土（self-compacting concrete，SCC)，也被稱為自密實混凝土 的專門混凝土是相對較新的專門材料。SCC的發(fā)展已經(jīng)歸因于日本研宄人員，其發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在 被稱為SCC的混凝土調(diào)配物。SCC組合物與其它混凝土調(diào)配物不同。SCC可以僅僅在其自身 的重量下繞流模具中的障礙物并且流入模具的拐角而無需振動以將混凝土分布于模具中。 SCC傾向于在不截留空氣的情況下流動，從而在無澆鑄期間振動結(jié)構(gòu)以分布材料和去除空 氣的復(fù)雜化的情況下實現(xiàn)具有復(fù)雜形狀的持久混凝土結(jié)構(gòu)的澆鑄。
[0003] 為了實現(xiàn)SCC的所需性能，調(diào)配物必須具有較低的屈服應(yīng)力和較高的塑性粘度。 屈服應(yīng)力是使SCC流動所需的能量的量的量度。為了成為合格的SCC，混凝土必須在其自身 的重量下流動。要使混凝土在其自身的重量下流動，其必須具有較低的屈服應(yīng)力。塑性粘 度是由于內(nèi)部摩擦力而流動的材料所具有的阻力的量度。SCC必須具有較高的塑性粘度以 保留懸浮集料的均質(zhì)混合物而不是允許集料在混凝土調(diào)配物內(nèi)偏析（segregate)。SCC必 須具有較高的塑性粘度，同時避免偏析、過度泌水和過度的空氣截留。為了實現(xiàn)這些合乎需 要的性質(zhì)，SCC具有獨特的組成并且對組成變化較敏感。
[0004] 通過SCC的砂漿（即SCC砂漿性質(zhì)）來指定SCC的屈服應(yīng)力、塑性粘度和其它流 變性質(zhì)。通常首先通過產(chǎn)生具有合乎需要的流變性質(zhì)的砂漿組合物來產(chǎn)生混凝土調(diào)配物。 可以隨后用適當?shù)募险{(diào)配砂漿形成SCC。用于表征砂漿以確定其是否適合作為SCC砂漿 的適用方法包括落測試（slump test)、V形漏斗出料時間和泌水值（bleeding value)。 為了適合用于SCC調(diào)配物中，尤其需要砂漿同時具有大于290毫米的坍落值、少于五秒的V 形漏斗出料時間以及小于百分之三的泌水值。
[0005] 通常用于SCC和SCC砂衆(zhòng)的組分中的一者為粘度調(diào)節(jié)劑（viscosity modifying agent，VMA)。VMA典型地用來提高砂漿和混凝土的粘度。VMA有助于防止偏析和泌水并且 提供對水的變化和原材料變化具有穩(wěn)固性的混凝土調(diào)配物。然而，選擇適合的VMA具有挑 戰(zhàn)性，因為當合乎需要地提高粘度時，VMA可能還會不合需要地提高SCC的屈服應(yīng)力并且從 而抑制其自壓實性質(zhì)或提高其截留氣泡的可能性。因此，為SCC和SCC砂漿選擇適當?shù)腣MA 主要限制為極小的材料組。用于SCC的常見VMA實例包括淀粉（其傾向于不利地影響屈服 應(yīng)力）、粘土（其傾向于不利地影響屈服應(yīng)力）、韋蘭膠（Welan gum)和迪優(yōu)坦膠（diutan gum)(其為昂貴的并且其傾向于不利地影響塑性粘度）、羥乙基纖維素（其傾向于不利地影 響流動性質(zhì)）以及基于聚丙烯酸酯的合成聚合物（其為昂貴的并且其傾向于不利地影響屈 服應(yīng)力）。
[0006] 需要鑒別適合用于SCC和SCC砂漿中的提供優(yōu)于當前VMA的優(yōu)勢的替代VMA。舉 例來說，輕乙基甲基纖維素（hydroxyethyl methyl cellulose，HEMC)是比多種常見VMA便 宜的VMA。然而，未在SCC調(diào)配物中使用HEMC聚合物，因為其傾向于具有過高的粘度，這產(chǎn) 生對于合格的SCC來說過低的坍落值。HEMC還傾向于引起砂漿和混凝土中夾帶空氣，從而 產(chǎn)生較低密度和較低品質(zhì)的砂漿和混凝土。需要鑒別適合于調(diào)配出同時具有大于290毫 米的坍落值、少于五秒的V形漏斗出料時間以及小于百分之三的泌水值的SCC砂漿的替代 VMA。進一步需要的是VMA不會導(dǎo)致如典型的HEMC所經(jīng)歷的不合需要的較高空氣截留。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供適合作為SCC砂漿或甚至SCC的砂漿，其包含替代VMA。具體來說，本 發(fā)明提供see砂漿，其包含出人意料地提供滿足SCC砂漿需要的適合性質(zhì)組合的專門HEMC。 與大多數(shù)HEMC相反，本發(fā)明中所使用的HEMC并不具有過高的粘度（對于2重量％的水溶 液大于30,000毫帕斯卡*秒（111；[111?380318*860011(1))并且可以產(chǎn)生具有合乎需要的_落 度（大于290毫米）、五秒或更短的V形漏斗出料時間以及小于百分之三的泌水值的SCC砂 漿。HEMC進一步出人意料地引起比其它HEMC選擇方案少的空氣截留。
[0008] 出人意料地，產(chǎn)生本發(fā)明的研宄顯示在2重量百分比水溶液中具有低于30, 000毫 帕斯卡*秒的粘度并且特征在于輕乙基分子取代（molecular substitution ;MS)和甲基 取代度（degree of substitution ;DS)的總和為1. 90或更高以及2. 30或更低的HEMC可 以用作制備如SCC砂漿的可接受砂漿（即，具有前述合乎需要的坍落值、V形漏斗出料時間 和泌水值的砂漿）中適合的粘度調(diào)節(jié)劑，甚至在其它HEMC并不適合于此類用途中時也是如 此。更出人意料地，進一步以大于0.01并且是0.5或更小的MS值與大于1.65并且是2. 2 或更小的DS值的組合為特征的特定HEMC在實現(xiàn)合乎需要的坍落值、V型漏斗出料時間和 泌水值同時實現(xiàn)比其它HEMC少的空氣截留方面是尤其有利的。
[0009] 在第一方面中，本發(fā)明是包含水泥、一種或一種以上礦物質(zhì)添加劑、超塑化劑、集 料、羥乙基甲基纖維素以及水的砂漿，其中羥乙基甲基纖維素的特征在于其羥乙基分子取 代和甲基取代度的總和為1. 90或更高以及2. 30或更低，并且其呈2重量百分比水溶液形 式的粘度低于30, 000毫帕斯卡*秒。
[0010] 本發(fā)明尤其適用作自壓實混凝土，其供用于目前使用自壓實混凝土的任何地方。
【具體實施方式】
[0011] 除非測試方法編號包括不同日期，否則測試方法指的是截至本文獻的優(yōu)先權(quán)日期 最近的測試方法。提及測試方法含有提及測試協(xié)會和測試方法編號。以下測試方法縮寫 應(yīng)用于本文中：ASTM指的是ASTM國際組織（以前被稱為美國測試與材料協(xié)會（American Society for Testing and Materials)) ;EN 指的是歐洲標準（European Norm) ;NF 指的 是法國標準協(xié)會（association francaise de normalization) ;DIN指的是德國標準協(xié)會 (Deutsches Institute fUr Normung);并且 ISO 指的是國際標準化組織（International Organization for Standards)〇
[0012] "多個"意味著兩個或更多個。"和/或"意味著"和，或作為一個替代方案"。除非 另外指示，否則所有范圍都包括端點。"Comp Ex"和"比較實例"是可互換的，"實例"和"Ex" 同樣也是。
[0013] "砂漿"在本文中指的是包含水泥、水和任選地額外添加劑的調(diào)配物。砂漿典型地 進一步包含礦物質(zhì)添加劑、集料和粘度調(diào)節(jié)劑。
[0014] "混凝土"在本文中指的是包含粗集料（coarse aggregate)的砂衆(zhòng)。
[0015] 本發(fā)明的砂漿包含水泥、水、細粒、超塑化劑、集料和羥乙基甲基纖維素并且尤其 適合用于自壓實混凝土調(diào)配物中。
[0016] 水泥可以是適合用于自壓實混凝土（SCC)調(diào)配物中的任何水泥。舉例來說，水泥 可以是選自硅酸鈣水凝水泥、含石灰水泥、堿性水泥、灰泥以及石膏的一種以上水泥中的一 者或任何組合。尤其合乎需要的是波特蘭水泥（Portland cement)，尤其是類型CEM I、II、 III、IV以及V和/或氧化鋁水泥（鋁酸鹽水泥）。
[0017] 礦物質(zhì)添加劑選自熔渣（如NF EN 197-1標準，段落5. 2. 2中所定義）；火山灰材 料（如NF EN197-1標準，段落5. 2. 3中所定義）；渣灰（如NF En 197-1標準，段落5. 2. 4 中所定義）；飛灰（如NF EN 197-1標準段落5. 2. 4中所定義）；頁巖（如NF EN 197-1標 準段落5. 2. 5中所定義）；石灰石（如NF EN 197-1標準段落5. 2. 6中所定義）；和/或硅 石煙（如NF EN 197-1標準段落5. 2. 7中所定義）。
[0018] 超塑化劑是SCC砂漿的特征組分，其提高砂漿的流動性，其使SCC砂漿（或SCC自 身）能夠易于圍繞障礙物貼合并且填充空間中的空隙。超塑化劑也被稱作減水劑，因為其 可以降低砂漿的水-水泥比率。適合用于本發(fā)明的砂漿中的超塑化劑包括適合用于SCC調(diào) 配物中的那些超塑化劑中的任一者。適合用于本發(fā)明的砂漿中的超塑化劑的實例包括磺化 三聚氰胺甲醛縮合物、磺化萘甲醛縮合物、木質(zhì)素磺酸鹽以及聚羧酸鹽。超塑化劑典型地以 按水泥總重量計0. 1重量％或更高以及2. 0重量％或更低的濃度存在。
[0019] 集料典型地被歸類為細集料和粗集料。本發(fā)明的砂漿可以僅含有細集料，僅含有 粗集料或優(yōu)選地細集料與粗集料的組合。根據(jù)ASTM C33的分類法將集料分級為細的或粗 的。一般來說，細集料完全通過9. 5毫米（mm)的篩并且最多10質(zhì)量百分比將通過150微 米篩（第100號篩）。根據(jù)ASTM C33將粗集料分類成多個不同等級并且其具有比細集料大 的總尺寸分布。集料一般是天然存在的無機材料，如石頭和/或礦物質(zhì)，其中石頭一般由數(shù) 種礦物質(zhì)構(gòu)成。細集料一般是一種形式的砂。粗集料通常選自礫石、碎石和類似材料。
[0020] 本發(fā)明的砂漿進一步包含特定類型的羥乙基甲基纖維素（HEMC)。出人意料地，本 發(fā)明是發(fā)現(xiàn)適合用于砂漿，尤其SCC砂漿中的特定類型的HEMC的結(jié)果。本發(fā)明的HEMC化 合物獨特地提供砂漿中理想的屈服點和塑性粘度水平。進一步發(fā)現(xiàn)，與其它HEMC化合物相 比，某些HEMC化合物截留較少的空氣，從而在砂漿中產(chǎn)生比其它HEMC化合物少的空氣截 留。一般來說，HEMC用以在不會將屈服點提高到不合需要的較高水平的情況下提高砂漿中 的塑性粘度。本發(fā)明的HEMC化合物具有特定水平和類型的取代，已出人意料地發(fā)現(xiàn)所述取 代在不會將屈服點提高到不合需要的較高水平的情況下提高砂漿中的塑性粘度。此外，本 發(fā)明的HEMC提供具有合乎需要的坍落度（大于290毫米）、合乎需要的V形漏斗出料（在 本文所描述的測試中少于五秒）以及合乎需要的泌水值（小于百分之三）的砂漿。與使用 其他HEMC制得的砂漿相比，本發(fā)明的優(yōu)選實施例進一步具有較少的截留空氣。
[0021] 本發(fā)明的HEMC的特征可以在于其MS值和DS值。MS值是HEMC中纖維素主鏈每脫 水葡萄糖單元的羥乙基的分子取代水平的量度（即羥乙基分子取代度）。DS值是纖維素主 鏈每