[發明專利]用于硅酸鹽水泥混凝土的經表面處理的添加劑

無效

• 申請號: 97180423.0
• 申請日: 1997-12-09
• 公開（公告）號: CN1239937A
• 公開（公告）日: 1999-12-29
• 發明（設計）人: C·J·姆克尼;M·皮爾德舍;D·J·夏伊盧克
• 申請（專利權）人: 福汀煤炭有限公司
• 主分類號: C04B40/06
• 分類號: C04B40/06;C04B20/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 白益華

發明的領域

本發明涉及混入包含硅酸鹽水泥和水的粘結化合物(cementitious?compound)中的添加劑。本發明還涉及制備該添加劑的方法和制備包含硅酸鹽水泥、水和添加劑的粘結化合物的方法。

發明的背景

混凝土這種粘結化合物被認為是一種在世界上有最多用途和最廣泛被制造的建筑材料。混凝土是一種凝膠(gel)，是由灰泥和骨料(aggregate)組成的顆粒增強的陶瓷-基體復合材料。灰泥通常由水硬水泥(如硅酸鹽水泥熟料)、水和砂一同組成。因此在混凝土中，在由水泥熟料和水組成的硅酸鹽水泥漿料多相基體中砂和石頭成為了分散顆粒。

硅酸鹽水泥熟料是相對無水的，因此它往往具有與水的親合力。因此，當水加入熟料中時熟料與水反應形成水泥漿料。在水泥漿料中能發現這一反應的化學產物，它向混凝土提供了強度和粘結性。隨著時間推移，水泥還產生更多的反應產物。因此，粘結化合物或水泥的強度和粘結性通常隨著時間的推移而提高。

已知，雖然混凝土在壓縮下較堅固，但是它在張力下往往會較弱一些，在彎曲下也是如此。盡管在混凝土中增加水泥熟料或輔助性的粘結材料的用量(如下所述)會提高混凝土的拉伸和彎曲強度，同時也提高壓縮強度，但是這往往在成本上是不允許的，并且會在保持所需的水/水泥比上產生問題。例如，已知在常規混凝土中彎曲強度往往約為壓縮強度的15％或1/7。因此，彎曲強度每增加一個所需的強度單位(如1Mpa)，壓縮強度必須增加7個強度單位(7Mpa)。

結果，工業上尋求其它途徑來增強混凝土以提高其強度，尤其是其拉伸強度和彎曲強度。一種方法是向混凝土中混入鋼筋以得到所需的拉伸強度和彎曲強度。混凝土提供了強堿環境以與鋼筋相容，還提供了物理屏障將鋼筋與外界環境隔開。

近年來，工業上研制了許多添加劑，加入或混入混凝土中以提高混凝土的各種性能，包括其拉伸、彎曲和壓縮的強度。提高強度的添加劑是固體，它們往往是惰性或反應性的，惰性添加劑只是存在于混凝土中以提高其強度，而反應性添加劑參與形成那些向混凝土提供強度和其它所需性能的反應產物。

廢產物，如飛灰、高爐礦渣和凝聚的二氧化硅飛粉(condensed?silica?fume)，是一類通常加入混凝土中的用來提高強度的反應性添加劑。這些廢產物的加入往往會減少制備混凝土的混合物中水泥的所需量，這可以節約成本。而且，除此之外幾乎無用的這些廢產物，變得有用了，因此這些廢產物混入有用的產品中而不再需要處理也有利于環境。然而，也許最顯著的是，混凝土的性能(尤其是其強度)往往會顯著地提高。

然而，許多添加劑(包括上述廢產物)是硅酸鹽，這些硅酸鹽往往是不同程度親水的。結果，使用這些添加劑通常需要增加混凝土的水含量。此外，廢產物通常是細粒或非常細粒的粉末，由于它們較大的表面積也會增加混凝土的需水量。因此，當這些添加劑加入混凝土中時，通常必須加入較大量的水，這使得混凝土的水/水泥比增加。為了適當地水化混凝土以使其成為可施工的(workable)，需要最低限度的水/水泥比，或者較佳范圍的水/水泥比。然而，較好的是使得任何過量的水最小化，因為太高的水/水泥比會降低混凝土的強度，并對其性能有其它不利影響。

水/水泥比(水質量與干燥水泥質量的比)是決定硬化混凝土性能的最重要的參數。理論上，熟料完全水化所需的水/水泥比約為0.23。然而，混凝土的凝膠孔隙中所含水的總體積使得所需水含量增加了約0.19，這使得完全水化所需的總的最小水/水泥比的理論值約為0.42。然而實際上，由于多種因素，通常需要額外的水來制得可施工的混合物。必須根據混凝土中過量水和高水/水泥比的已知不利影響來仔細考慮制得可施工的混合物所需的水/水泥比。

混合物中任何過量的水容易存在于初始水泥顆粒之間和水泥與任何骨料之間的空隙內。這些空隙并未被凝膠完全填滿，而是形成了含水的“毛細管孔隙”網絡。如上所述，需要向混凝土中加入足夠的水以得到可施工的混合物，同時使得毛細管孔隙最小化。因此，需要在混凝土的可施工性和毛細管孔隙對混凝土性能的不利影響這兩方面之間建立平衡。然而，由于許多添加劑本有的親水性，與存在毛細管孔隙有關的問題和與得到“恰當”平衡有關的問題通常會變得更差，因為添加劑往往需要加入更多的水以得到可施工的混凝土。隨著細粒添加劑的百分數增加，通常需要更多的水以得到可施工的混合物，因此水/水泥比又升高了。