[发明专利]生产胶凝组合物的方法

说明书

技术领域

本发明提供一种使可膨胀聚合物微球膨胀的方法和一种制备胶凝组合物(cementitious material)的方法，所述胶凝组合物的制备方法包括使可膨胀聚合物微球膨胀以及使膨胀的、可膨胀聚合物微球与水泥和水混合以形成胶凝组合物。

背景技术

冻融循环(freeze-thaw)可严重地损伤水饱和(water-saturated)硬化的胶凝组合物，例如混凝土。防止或减少这种损伤发生的最熟知的技术是在组合物中掺入显微镜可见的细孔(fine pore)或孔隙(void)。孔或孔隙起到内部膨胀室的作用，由此可通过减少冻融循环引起的液压变化而使组合物免受冻融损伤。用于在胶凝组合物产生这类孔隙的传统方法是通过将加气剂(air-entraining agent)引入至组合物中，从而使得在混合过程中夹带于组合物中的微小气泡稳定。

不幸的是，这种在胶凝组合物中生成孔隙的方法被大量的生产和存放问题所困扰，其中某些问题如下：

含气量：胶凝组合物的含气量的变化会导致如下结果，如果含气量随着时间下降，则组合物对冻融损伤的耐受性较差；如果含气量随时间增加，则会降低组合物的抗压强度。其实例为泵送胶凝组合物(通过压缩减少含气量)，施工现场添加超增塑剂(通常用于提高含气量或打破气孔体系的稳定性)，并使特定的掺合剂与加气表面活性剂相互作用(可能增加或减少含气量)。

气孔稳定性：无法使气泡稳定可能是由于存在吸附于稳定性表面活性剂的材料造成，即具有高表面积碳或水分不足的粉煤灰或使表面活性剂不能正常工作，即低坍落度混凝土。

气孔特性：骨料质量较差或分级不良、使用打破气泡稳定性的其他掺合剂等会造成形成的气泡太大以至于不能提供耐冻融损伤性。这种孔隙通常不稳定且倾向浮于新拌混凝土的表面。

过度修整(Overfinishing)：通过过度修整以除去空气，将空气从混凝土表面移除，通常会通过接近过度修整表面的水泥浆动变区(detrained zone)的剥落导致损伤。

混合时空气的产生和稳定化以及确保其保持在合适的数量和气孔尺寸下直至胶凝组合物硬化对于北美的胶凝组合物制造商而言仍是最大的日常挑战。胶凝组合物中夹带的气孔体系的含气量和特性无法通过直接量化的方式控制，而只能间接地通过加入到胶凝组合物中的加气剂的数量和/或类型控制。例如骨料的组成和颗粒形状、混合物中水泥的类型和用量、胶凝组合物的稠度、使用的混合器的类型、混合时间和温度等因素都会影响加气剂的性能。在夹带的空气的普通水泥中孔隙尺寸可显示出非常宽的变化范围，在10至3000微米之间或更多。在这种胶凝组合物中，除了对于耐冻融循环损伤是必要的小孔隙之外，大孔隙的存在——对胶凝组合物的耐久性几乎没有作用，并可能降低组合物的强度——被视为不可避免的特征。

当由于大量原因中的任何一个(某些原因如上所述)造成胶凝组合物的表面破裂时，加气剂已经显示出提供了耐冻融损伤性，以及耐剥落损伤(scaling damage resistance)性。然而，因为常规加气剂遭受上述问题，因此胶凝组合物行业正在寻找新的、更好的掺合剂以提供目前常规加气剂所提供的性能。

一个近期的进展是使用聚合物微球以在胶凝组合物内部生成尺寸可控的孔隙。然而，仍在持续开发以改善聚合物微球在胶凝组合物中的作用，并降低包括聚合物微球的胶凝组合物的成本。

为了提供适当尺寸的气孔，聚合物微球在掺入到胶凝组合物中之前需要被膨胀。膨胀后的可膨胀聚合物微球的体积可高达至未膨胀微球体积的约75倍。由于与运输包括高容量(high-volume)可膨胀聚合物微球的掺合剂——特别是如果含有在包括大量水的水性浆料中——相关的运输费用较高，因此将包括可膨胀聚合物掺合剂微球提供给胶凝组合物是昂贵的。

所需要的是以一种合理价格来提供用于胶凝组合物和胶凝制品中的聚合物微球的方法。

附图说明

本发明的实施方案参照相应的附图进行阐述，且仅用于说明性目的。本发明不应将其应用限于附图中所示部件的结构或布置的细节。类似的编号用于表示类似的组件，除非另有说明。

图1为用于实施本发明方法的装置的一个实施方案示意图。

图2为用于实施本发明方法的装置的一个实施方案示意图。

图3为含有85％水分的膨胀微球的照片。

图4为分散于水中的膨胀微球的照片。

图5为混凝土制品中的膨胀微球的照片。

发明内容