[发明专利]向含绿土混凝土中添加氧化烯基超塑化剂的混合材和方法

说明书

本申请是1997年6月25日提出的临时发明申请系列号60/050697的部分后续申请。

发明领域

本发明涉及提高水硬性水泥组合物例如波特兰水泥混凝土中使用的混合材的用量效率，更具体地说，涉及提高聚合物添加剂的效率，所述的聚合物具有氧化烯基或所谓的“EO/PO”基团，并且包括主链(例如碳主链)上连接有氧化烯基团的梳型高聚物。

发明背景

众所周知，诸如波特兰水泥混凝土类的水硬性水泥组合物使用所谓的“EO/PO”或氧化烯聚合物。例如，Darwin等人的美国专利US5393343公开了用作超塑化剂或减水剂的EO/PO型梳型高聚物，使混凝土在整个过程中具有高坍落度(例如高流动性)，该文献引入本文作为参考。正如本文所使用的，术语“EO/PO”的含义与术语“氧化烯基团”的相同，主要是便于速记，表示聚氧化烯基团(例如环氧乙烷/环氧丙烷共聚物)。因此，对于本发明来说，术语“EO/PO型梳型高聚物”是指主链(例如碳主链)上连接有羧酸基团(在胶凝混合物中起水泥结合基作用)和侧基例如环氧乙烷(EO)基团、环氧丙烷(PO)基团，和/或EO/PO混合基团的聚合物。侧基可以是离子或非离子型的。US4946904、4471100、5100984和5369198公开了EO/PO型梳型高聚物超塑剂和减水剂的其他实例。这些专利描述了梳型高聚物，例如聚羧酸单体如马来酸或酐和含可聚合EO/PO的单体如聚(亚烷基)二醇单烯丙基醚等的共聚物。

尽管已经发现上述EO/PO梳型高聚物超塑化剂是有效的，但是，在不同的水泥或混凝土混合物中，用量效率(为获得要求的流动性或增塑性所需的聚合物的量)是不同的。

发明概述

我们在进行了基本研究后发现：改变EO/PO增塑剂用量效率的问题可能是由于制备混凝土或砂浆用的集料(例如砂子)中存在的某些溶脏性粘土，即绿土例如钠蒙脱石引起的。已经发现在EO/PO超塑化剂和含绿土的砂浆或混凝土之间发生了不利的相互作用。理论上，这类粘土开始遇混合水时发生膨胀，在膨胀状态下吸收或捕获超塑化剂。这些不利的相互作用导致新拌砂浆或混凝土的和易性变差，使得用量效应变差。另外，我们已经发现了有效提高这些超塑化剂用量效应的几种途径。有效途径一般包括在使粘土和超塑化剂接触之前减少或防止粘土膨胀；改变混合次序；添加可溶性钙盐(例如亚硝酸钙、硝酸钙)；和向新拌砂浆或混凝土中添加EO或EO/PO二元醇。兼顾这些途径可使性能达到最佳，尤其对于极粗、质量差(混有粘土)的砂子而言。

广义地说，本发明涉及含水水泥组合物的制备方法和提供一种有效改变粘土活性的添加剂，所述组合物除了含有增塑剂外，还含有粘土，该粘土遇水发生膨胀。例如降低粘土吸收EO/PO增塑剂的能力。在向粘土中加水之前，最好先将粘土活性改性剂加入到粘土中，当然，在某些情况下，如果对粘土的亲合力超过对EO/PO增塑剂的亲合力，那么可按任何顺序加入该添加剂。

在另一个示例性的方法中，粘土是绿土，增塑剂包括EO/PO聚合物(包括在主链和/或侧基上有EO/PO部分的梳型高聚物)。在再一个示例性的方法中，粘土活性改性剂包括无机阳离子、有机阳离子、能被粘土吸收的极性有机分子，粘土分散剂(例如多磷酸盐)或它们的混合物。如果使用阳离子或极性有机分子，那么在制备含水的胶凝性组合物时，在加水湿润粘土之前，先向粘土中加入粘土活性改性剂。如果粘土活性改性剂是粘土分散剂，例如多磷酸盐，或者阳离子对阳离子交换的亲合力比增塑剂的强(例如季铵类有机阳离子)，那么可在向粘土中加水前后或加水期间添加该添加剂。

本发明人相信：改变粘土至少有三种可能的机理。一种机理是降低粘土的表面活性(或反应性)，例如降低粘土颗粒吸收EO/PO增塑剂的能力。第二种机理或作用模式是降低使混凝土具有总坍落度的粘土的粘度。这可通过分散粘土(由此使单个的粘土片分开)或絮凝粘土(由此将粘土破碎或聚集成致密体，从而降低其在混凝土混合物中的粘度)来实现。第三种作用模式是用牺牲剂预吸收粘土。

如上所述，本发明也涉及含EO/PO增塑剂和粘土活性改性剂的混合材。本发明优选的混合材组合物含有EO/PO增塑剂，优选EO/PO梳型高聚物(在主链和/或侧基上连接有EO/PO基团)和粘土分散剂，例如多磷酸盐，或对粘土有强亲合力的有机阳离子，例如季铵，含EO/PO的聚合物(与掺入到水泥混合物中的EO/PO增塑剂不同)，或它们的混合物。

借助于下面的详细描述，本发明的其他优点和特征将更显而易见。

实施方式的详细描述