專(zhuān)利名稱(chēng)：砂漿制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有粒徑＜500μm的無(wú)機(jī)顆粒的砂漿制備方法。
術(shù)語(yǔ)砂漿指含有膠結(jié)劑，填料、特別是砂，和水的混合物。
摻合砂漿、例如混凝土砂漿需要有一定量的粒徑＜500μm的無(wú)機(jī)顆粒(下文指細(xì)顆粒部分)。結(jié)果可增加由砂漿制得的制品如混凝土或灰砂磚中填料的總含量，并改善制品的機(jī)械性能。這也使得加入到砂漿中的膠結(jié)劑如水泥的數(shù)量有可能更少，而同時(shí)由砂漿形成的制品仍然具有合適的良好機(jī)械性能。
在制備這樣的砂漿的過(guò)程中，問(wèn)題是通常與其它填料分開(kāi)加入的細(xì)顆粒與砂漿的其它成分的混合是非常緩慢的、并常常是不完全的。因此不能或只能部分地得到通過(guò)加入細(xì)顆粒所獲得的優(yōu)點(diǎn)。因此，還經(jīng)常需要向砂漿中加入過(guò)量的膠結(jié)劑，由這樣的砂漿制得的制品的缺點(diǎn)是耐久性較差、收縮性增加和成本較高。
過(guò)去人們已進(jìn)行過(guò)解決上述問(wèn)題的各種嘗試，但發(fā)現(xiàn)沒(méi)有一種解決方案可獲得滿意的結(jié)果。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種沒(méi)有上述缺點(diǎn)的砂漿的制備方法。
在本發(fā)明方法中，通過(guò)以含有無(wú)機(jī)顆粒的顆粒材料的形式加入細(xì)顆粒令人吃驚地達(dá)到了本發(fā)明的目的，這些顆粒借助于水溶性聚合物而被粘結(jié)在一起從而形成顆粒材料。
這就確保了細(xì)顆?？焖俸土己玫幕旌蠌亩@得均勻的砂漿。
另一優(yōu)點(diǎn)是顆粒材料易于處理，而細(xì)顆粒，例如細(xì)砂實(shí)際上是不可能處理的。當(dāng)被運(yùn)送時(shí)，細(xì)砂會(huì)揚(yáng)塵并由此危害健康。還有，細(xì)砂的粘結(jié)性非常大并因此成團(tuán)從而導(dǎo)致在儲(chǔ)存容器的給料斗中搭橋，從而使砂子不能通過(guò)給料斗流動(dòng)。相反，顆粒材料易于處理，不會(huì)揚(yáng)塵并易于通過(guò)給料斗流動(dòng)。還有，可借助于已知的方法和設(shè)備以簡(jiǎn)單的形式制備含有細(xì)無(wú)機(jī)顆粒的砂漿，因?yàn)檎辰舆@些顆粒從而形成顆粒材料的水溶性聚合物溶解在砂漿的水中。
可形成無(wú)機(jī)顆粒的合適材料的實(shí)例是含有氧化硅和碳酸鈣的材料，如粉煤灰、石英砂、高爐礦渣、石灰石和砂子。使用砂子或石灰石是優(yōu)選的。
可使用的水溶性聚合物的實(shí)例是聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚乙酸乙烯酯，含有乙烯醇、丙烯酸、馬來(lái)酸酐和乙酸乙烯酯纖維素單體單元的共聚物，及上述聚合物和共聚物的鹽。
優(yōu)選地，細(xì)顆粒具有＜250μm、更優(yōu)選＜130μm的粒徑。
因此，顆粒材料是，例如，非常適用于制備具有較高強(qiáng)度和較低滲水性的混凝土。
本發(fā)明方法所用的顆粒材料優(yōu)選地能夠在水中迅速分裂。如果在混凝土砂漿制備過(guò)程中，在顆粒材料被加入和摻合到水和其它成分的混合物中后，顆粒材料長(zhǎng)時(shí)間地保持其穩(wěn)定性，這將無(wú)必要地延遲制備過(guò)程。優(yōu)選地，顆粒材料在23℃的水中在600秒內(nèi)、更優(yōu)選在300秒內(nèi)、甚至更優(yōu)選在60秒內(nèi)發(fā)生分裂。
甚至更優(yōu)選的是，在本發(fā)明方法中所用的顆粒材料在水中是如此快速地分裂，以致在顆粒材料分裂前將顆粒材料首先完全地和均勻地混合在砂漿中。結(jié)果，獲得不含有或含有很少細(xì)顆粒團(tuán)聚體的高度均勻的砂漿。另外，這也提供了快速的混合方法。
例如，水溶性聚合物的選擇、顆粒材料的粒徑和在顆粒材料中所含的水溶性聚合物的數(shù)量(以細(xì)無(wú)機(jī)顆粒為基準(zhǔn)計(jì))可影響顆粒材料分裂的速度。
如果顆粒材料在23℃的水中在2秒后、更優(yōu)選在5秒后、甚至更優(yōu)選在10秒后仍然沒(méi)有分裂的話，則可獲得很好的結(jié)果。通過(guò)用直徑為8mm和長(zhǎng)度為40毫米的圓柱形磁性攪拌器攪拌95克在容積為250毫升和直徑為66毫米的玻璃燒杯中的23℃的水(攪拌器轉(zhuǎn)速為625轉(zhuǎn)/分)、同時(shí)向水中加入5克顆粒材料并隨后測(cè)定顆粒材料完全分裂的時(shí)間從而確定顆粒材料在水中的分裂時(shí)間。
在本發(fā)明方法中，使用具有強(qiáng)度至少為30N、優(yōu)選至少為40N、甚至更優(yōu)選至少為50N的顆粒材料是優(yōu)選的。由于這樣的顆粒材料易于承受例如在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和加料期間施加于顆粒材料的外力，這就確保了在該過(guò)程中顆粒材料很好地保持其穩(wěn)定性而不會(huì)破碎或磨損，破碎或磨損將會(huì)再產(chǎn)生一些問(wèn)題，而這些問(wèn)題表明在細(xì)顆粒使用期間它們本身不是顆粒材料形式。
通過(guò)將顆粒置于兩塊平行的平板之間、并使一塊平板沿垂直方向向另一塊平板移動(dòng)直至顆粒變形為止來(lái)確定顆粒材料的強(qiáng)度，測(cè)量作用在平板上的力，用10個(gè)顆粒材料組合物的顆粒進(jìn)行該操作，并計(jì)算10次測(cè)量的力的平均值。
在本發(fā)明方法中，優(yōu)選使用其中所用的水溶性聚合物是含有苯乙烯和馬來(lái)酸酐單體單元的聚合物(SMA聚合物)鹽的顆粒材料。這樣的顆粒材料具有有利的溶解速率和良好的強(qiáng)度。優(yōu)選使用SMA聚合物的鈉鹽或鉀鹽?？梢院?jiǎn)單的方式例如在20～150℃的溫度下和1～10巴的壓力下使聚合物、優(yōu)選為粉末與氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液混合，并隨后攪拌所獲得的混合物，直到使鹽形式的聚合物溶解為止來(lái)制備SMA聚合物的鹽。
可借助于一種，例如，在Hanson和Zimmerman,Ind.Eng.Chem.vol.49,No.11(1957),pp.1803-1807中所描述的已知方法來(lái)制備SMA聚合物。SMA聚合物含有，例如，10～50摩爾％馬來(lái)酸酐單體單元。SMA共聚物優(yōu)選含有15～50摩爾％、更優(yōu)選含20～45摩爾％的馬來(lái)酸酐單元單體。除了苯乙烯和馬來(lái)酸酐單體單元外，SMA聚合物可含有，例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、這些酸的酯、丙烯腈、α-甲基苯乙烯等單體單元。由于丙烯酸的存在，特別是如果馬來(lái)酸酐單體單元含量較低的話，SMA聚合物及其鹽的水溶性還能進(jìn)一步改善。
SMA聚合物的特征粘度是，例如，0.2～0.8分升/克。特征粘度優(yōu)選為0.3～0.6分升/克，因?yàn)榭捎善湫纬煞浅＿m合于制備顆粒材料的溶液。因此可制備SMA聚合物濃度較高而粘度又很低的溶液。
SMA聚合物優(yōu)選包括20～50摩爾％馬來(lái)酸酐單體單元和80～50摩爾％苯乙烯單體單元，而其特征粘度為0.3～0.6分升/克。
可通過(guò)將無(wú)機(jī)顆粒與水溶性聚合物的水溶液混合來(lái)制備顆粒材料，例如混合比為1～4.5份水溶性聚合物(重量)、10～30份水(重量)和100份無(wú)機(jī)顆粒(重量)，隨后干燥由此獲得的混合物，例如在爐中將混合物加熱到60～90℃的溫度，并將干燥的混合物磨細(xì)而形成顆粒材料。混合物優(yōu)選在回轉(zhuǎn)窯或成?；P(pán)(granulating disc)中干燥，在干燥期間直接形成顆粒材料。
優(yōu)選的是，通過(guò)將粗砂磨成細(xì)砂來(lái)制備顆粒材料隨后將其用于實(shí)施上述方法中。其優(yōu)點(diǎn)在于粉磨后只需進(jìn)行少量與細(xì)砂有關(guān)的操作，并且不需要借助復(fù)雜的技術(shù)從環(huán)境中提取細(xì)砂。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由此可能獲得非常純的細(xì)顆粒。顆粒材料可具有各種形狀和尺寸。最好，顆粒材料優(yōu)選地具有重均粒徑為1～30mm、更優(yōu)選為2～10mm。最好，顆粒是單分散的，以便顆粒以相同的速度分裂。
本發(fā)明顆粒材料通常被用于任何已知的混凝土砂漿中。
如果1立方米的砂漿摻入20～450公斤的顆粒材料的話可獲得良好的結(jié)果。
另外，砂漿可含有其它常規(guī)的砂漿成分，例如作為膠結(jié)劑的水泥或未消解的石灰、直徑不大于2mm的粗砂、和直徑大于2mm的顆粒，例如，礫石、石灰石和花崗巖顆粒。砂漿也可含有外加劑。外加劑是影響砂漿加工特性和/或由砂漿制得的制品的性能的物質(zhì)。外加劑的實(shí)例是速凝劑、緩凝劑、塑化劑、著色劑、等等。
砂漿的實(shí)例是混凝土砂漿、砌筑砂漿、修補(bǔ)砂漿、制備灰砂磚的砂漿、膨潤(rùn)土砂漿、石膏砂漿，勾縫砂漿、石灰砂漿。
混凝土砂漿的組成和制備在纖維預(yù)應(yīng)力水泥和混凝土(1989),ISBN1-85166-415-7和結(jié)構(gòu)化學(xué)穩(wěn)定的聚合物混凝土(1971)ISBN0-7065-1137-9中作過(guò)描述。
對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來(lái)說(shuō)，在砂漿的制備中配料順序、混合設(shè)備和其它條件是已知的，并且，例如，它們?nèi)Q于砂漿類(lèi)型。
砂漿例如可由下述方法來(lái)制備將帶有或不帶有一種或多種砂漿其它成分的水引入到攪拌機(jī)中攪拌，隨后加入顆粒并進(jìn)一步混合混合物直到水溶性聚合物已溶解和細(xì)顆粒被均勻地分散在整個(gè)的混合物中，并且如果合適的話，隨后向混合物中加入砂漿的其它成分。
也可在攪拌機(jī)中預(yù)混合砂漿的干燥成分和顆粒材料，并隨后向其中加入水。本發(fā)明也涉及在按照本發(fā)明制備砂漿時(shí)使用的顆粒材料。
顆粒材料除了細(xì)顆粒外，可優(yōu)選地含有一種或多種外加劑。因此，不再需要對(duì)外加劑進(jìn)行單獨(dú)配料。
顆粒材料除了細(xì)無(wú)機(jī)顆粒外，也可含有其它無(wú)機(jī)顆粒，盡管這并不被優(yōu)選。因此，在細(xì)顆粒的制備過(guò)程中，例如可通過(guò)磨細(xì)粗砂使如此產(chǎn)生的部分顆粒物質(zhì)不僅含有細(xì)顆粒，而且也含有同細(xì)顆粒一起被引入到顆粒材料中的直徑較大的顆粒。最好，顆粒材料中所含的無(wú)機(jī)顆粒的總質(zhì)量的至少70重量％、更優(yōu)選為至少90重量％是由細(xì)顆粒組成的。在一個(gè)更進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案中，至少95重量％的被含在顆粒材料中的無(wú)機(jī)顆粒具有＜500μm、優(yōu)選為＜250μm、更優(yōu)選為2～130μm之間的粒徑。
實(shí)施例1將粒徑為0.5～3mm的粗砂磨成粒徑為3～100μm的細(xì)砂。
在攪拌容器中，在80℃的溫度下攪拌100克SMA聚合物粉末、0.9升水和39克氫氧化鈉直到SMA聚合物溶解并形成SMA聚合物鹽為止，所說(shuō)的聚合物是由66摩爾％苯乙烯單元單體和34摩爾％馬來(lái)酸酐單元單體組成的并具有0.57分升/克的特征粘度。
在10升的容器中，在室溫下將5公斤細(xì)砂和1升水和100克SMA聚合物鹽混合5分鐘。隨后在80℃的熱-空氣爐中干燥由此獲得的混合物。
隨后借助于咖啡研磨機(jī)研磨干燥的混合物以產(chǎn)生粒徑為1～3mm的顆粒材料。
在23℃下，用長(zhǎng)度為40毫米和直徑為8mm的圓柱形磁性攪拌器攪拌95克在容積為250毫升和直徑為66毫米的玻璃燒杯中的水，攪拌器轉(zhuǎn)速為625轉(zhuǎn)/分，使用由德國(guó)Janke和Kunkel提供的ES5型攪拌器。使水與5克顆粒材料摻合。攪拌60秒后顆粒材料完全分裂。
按照標(biāo)準(zhǔn)程序，將顆粒材料摻入到混凝土砂漿中(每50公斤混凝土砂漿摻入3公斤顆粒材料)。
在攪拌機(jī)中顆粒材料能快速并均勻地分散在混凝土砂漿中。隨后顆粒材料快速分裂，并獲得不含任何細(xì)砂團(tuán)聚體的均勻砂漿。
通過(guò)每次將一顆粒放在兩塊平行的不銹鋼平板之間，并使一塊平板沿垂直方向向另一塊平板移動(dòng)直到顆粒變形時(shí)為止來(lái)測(cè)量作用于平板上的力，從而來(lái)測(cè)量出抗壓強(qiáng)度。從顆粒材料物質(zhì)中選出十個(gè)粒徑在5.6～8mm之間的顆粒進(jìn)行該操作，計(jì)算十次測(cè)量的力的平均值。其強(qiáng)度為76N。
實(shí)施例Ⅱ除了用重均分子量為130000千克/千摩爾的聚(丙烯酸)代替SMA聚合物外，如實(shí)施例1那樣進(jìn)行操作。像實(shí)施例1所述的那樣測(cè)量直至顆粒材料在水中分裂所需的時(shí)間。該時(shí)間為120秒。顆粒材料強(qiáng)度為80N。
實(shí)施例Ⅲ
除了用PVA S40(聚乙酸乙烯酯)代替SMA聚合物外，如實(shí)施例1那樣進(jìn)行操作。研磨后，獲得95重量％的顆粒材料和5重量％的疏松細(xì)砂的混合物。
像實(shí)施例1所述的那樣測(cè)量直至顆粒材料在水中分裂所需的時(shí)間。該時(shí)間為20分鐘。強(qiáng)度為53N。
權(quán)利要求
1．一種含有粒徑＜500μm的無(wú)機(jī)顆粒的部分的砂漿制備方法，其特征在于將含有無(wú)機(jī)顆粒的部分以含有無(wú)機(jī)顆粒的顆粒材料的形式加入，借助于水溶性聚合物粘結(jié)顆粒從而形成顆粒材料。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的砂漿制備方法，其特征在于所用的無(wú)機(jī)顆粒的部分是砂子或石灰石。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的砂漿制備方法，其特征在于無(wú)機(jī)顆粒具有＜250μm的粒徑。
4．根據(jù)權(quán)利要求1～3的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的砂漿制備方法，其特征在于使用在23℃的水中在600秒內(nèi)分裂的顆粒材料。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于使用在23℃的水中在300秒內(nèi)分裂的顆粒材料。
6．根據(jù)權(quán)利要求1～5的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的砂漿制備方法，其特征在于使用在23℃的水中在2秒后分裂的顆粒材料。
7．根據(jù)權(quán)利要求1～5的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的砂漿制備方法，其特征在于使用在23℃的水中在5秒后分裂的顆粒材料。
8．根據(jù)權(quán)利要求1～7的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的砂漿制備方法，其特征在于使用強(qiáng)度至少為30N的顆粒材料。
9．根據(jù)權(quán)利要求1～8的任何一項(xiàng)權(quán)利要求的砂漿制備方法，其特征在于使用其中水溶性聚合物是含有苯乙烯和馬來(lái)酸酐單體單元的聚合物鹽的顆粒材料。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的砂漿制備方法，其特征在于使用鈉鹽或鉀鹽。
11．如在權(quán)利要求1～10的任何一項(xiàng)權(quán)利要求中使用的顆粒材料。
全文摘要
一種含有粒徑< 500μm的無(wú)機(jī)顆粒部分的混凝土砂漿制備方法,其中將含有無(wú)機(jī)顆粒的部分以含有無(wú)機(jī)顆粒的顆粒材料的形式加入,借助于水溶性聚合物粘結(jié)無(wú)機(jī)顆粒從而形成顆粒材料。結(jié)果,獲得均勻的砂漿。
文檔編號(hào)C04B18/02GK1216004SQ97193783
公開(kāi)日1999年5月5日 申請(qǐng)日期1997年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月14日
發(fā)明者A·J·F·M·考拉格, J·P·弗里德里希斯 申請(qǐng)人:Dsm有限公司