專利名稱：改善干縮性的水泥外加劑的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種具有即能防止水硬性水泥組合物干縮、又可向其中引入空氣的綜合效果的水泥外加劑組合物，本發(fā)明還提供了一種改進(jìn)的混凝土建筑結(jié)構(gòu)。
具體而言，本發(fā)明涉及一種由(ⅰ)包括至少一種氧化烯醚加成物的氧化烯化合物和(ⅱ)三甲銨乙內(nèi)酯的混合物組成的水泥外加劑。
水硬性水泥組合物如砂漿(水泥、細(xì)集料如砂子、和水)、或混凝土(水泥、細(xì)集料、粗集料如礫石、和水)被廣泛地用于形成建筑結(jié)構(gòu)體(可單獨(dú)作為混凝土結(jié)構(gòu)使用或與其它構(gòu)件如砂漿體或磚體結(jié)合使用)。這些組合物具有某些主要影響其耐久性的性能，而耐久性能包括水泥組合物在干燥和養(yǎng)護(hù)期間產(chǎn)生的收縮性和在最終澆筑的結(jié)構(gòu)中引入的空氣量。
常規(guī)的水硬性水泥組合物體積隨著澆筑的組合物凝固和干燥表現(xiàn)出收縮，盡管體積收縮量通常是非常小的，但它卻是極其重要的。因?yàn)樵撌湛s導(dǎo)致最終結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋和使實(shí)用性和耐久性降低的其它缺點(diǎn)。裂紋向空氣提供了滲入結(jié)構(gòu)中的通道，從而加速了水泥的碳化和包含在其中的預(yù)應(yīng)力金屬筋的腐蝕。還有，裂紋向水提供了滲入結(jié)構(gòu)中的途徑。這樣，水的滲入通過作用在水泥結(jié)構(gòu)體上的凍融循環(huán)壓力使結(jié)構(gòu)體的使用壽命進(jìn)一步變差。
因此，提供一種即表現(xiàn)出較高強(qiáng)度、又不受收縮和凍融循環(huán)不良影響的水泥是非常需要的。
人們曾做過各種嘗試以求避免由干縮引起的開裂現(xiàn)象。例如，這些嘗試包括在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置接合縫以便將裂紋形成的位置集中在接合縫處，并進(jìn)而使結(jié)構(gòu)其它部位形成的裂紋降至最少。設(shè)置這些接合縫是昂貴的，而在某些應(yīng)用中不能使用接合縫，并且其僅僅是將開裂的區(qū)域集中了起來，并沒有使開裂得到緩解。
其它的嘗試包括改變水泥的組成、改變混凝土拌和物的制備方法和改變用于形成最終混凝土結(jié)構(gòu)的集料的混合比。然而，這些嘗試中沒有一種獲得了滿意的結(jié)果。例如，為了抵銷混凝土的收縮，將水泥與膨脹劑摻配。然而，確定抵銷混凝土干縮(其是變化的)所要求的膨脹劑的準(zhǔn)確數(shù)量是困難的。因此，使用這些材料將產(chǎn)生無法預(yù)料的結(jié)果。
為了克服水泥組合物、如混凝土組合物的干縮，有文獻(xiàn)提出各種氧化烯加成物適合用于此目的。例如，US3663251和US4547223建議將通式為RO(AO)nH(其中R可是C1-7烷基或C5-6環(huán)烷基、A可是C2-3亞烷基、而n是1-10)的化合物用于減少收縮的目的。同樣，US5147820建議將終端烷醚化或烷酯化的氧化烯聚合物用于減少收縮的目的。還有，JP(申請)58-60293建議通過向水泥中加入一些化合物可使水泥收縮減少，這些化合物是終端為脂基、脂環(huán)基或芳香基的氧乙烯和/或氧丙烯重復(fù)鏈的化合物。
現(xiàn)有技術(shù)除了強(qiáng)調(diào)干縮引起開裂外，也強(qiáng)調(diào)凍融壓力使水泥變差。常規(guī)水硬性水泥結(jié)構(gòu)遇到的凍融壓力是微觀的(包括裂紋現(xiàn)象)，并且其是由水滲入多孔水泥結(jié)構(gòu)中所致，水隨后在其中殘存下來從而在凍融條件下施加破壞壓力。為了防止由該現(xiàn)象引起的耐久性損失，通常的做法是加入少量能使硬化水硬性水泥組合物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小氣孔的外加劑。這些外加劑已知為“引氣劑(AE)”，而且廣為人知。例如，這些外加劑包括浮油脂肪酸及其酯、脂松香和松香、亞硫酸鹽液體等。最終的氣孔(通常在混凝土中大約為3-10、優(yōu)選4-8體積％、而在砂漿中大約為15-30、優(yōu)選為15-25體積％)向冰晶體提供了生長膨脹的空間，從而解除了在凍融條件下水膨脹的壓力。
盡管氧化烯化合物向水泥結(jié)構(gòu)提供了一定程度的防收縮性，但同時又已知它們可導(dǎo)致常規(guī)引氣劑失活，進(jìn)而導(dǎo)致處理的水泥結(jié)構(gòu)的引氣量過低和/或要求AE外加劑用量很高(這從實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的角度考慮有許多缺點(diǎn))。如上所述，已知引入空氣有望于促使?jié)仓乃嘟Y(jié)構(gòu)當(dāng)凍融時與水的膨脹加壓相適應(yīng)。上述烯化氧加成物無法使結(jié)構(gòu)具有足夠的引氣量，當(dāng)需要時，其提供一種可抵抗壓力/膨脹力、并因此延長結(jié)構(gòu)實(shí)用壽命的結(jié)構(gòu)。例如，US3663251經(jīng)比較實(shí)施例表明使用聚丙二醇可導(dǎo)致用由亞硫酸鹽廢液組成的外加劑處理的水泥的引氣量減少。還有，CA(加拿大)967321提出聚氧亞烷基二醇及其酯、醚和混合物使水硬性組合物的引氣量減少。
因此，提供一種即能防止水泥組合物結(jié)構(gòu)干縮、又不降低常規(guī)引氣劑引氣能力從而使硬化水硬性水泥組合物具有足夠的微小氣孔的水泥外加劑是非常需要的。
還有，提供一種即能防止水泥組合物結(jié)構(gòu)干縮，又能用常規(guī)AE外加劑就使結(jié)構(gòu)具有滿意引氣量、從而提供一種能抵抗壓力和/或膨脹力、并因此延長結(jié)構(gòu)使用壽命的穩(wěn)定的水泥外加劑是需要的。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種水泥外加劑，和涉及一種形成改進(jìn)的水泥組合物建筑結(jié)構(gòu)體的方法，該外加劑即能防止干縮又不損害組合物的引氣能力從而基本維持了最終結(jié)構(gòu)體的氣孔含量。該外加劑包括氧化烯化合物如氧化烯醚加成物和三甲銨乙內(nèi)酯。因此，當(dāng)使用包括本發(fā)明外加劑(包括上述防收縮劑)的水泥組合物時，即使以標(biāo)準(zhǔn)用量使用常規(guī)引氣劑也能獲得引氣的水泥組合物。以下說明書和實(shí)施例表明在缺少本發(fā)明外加劑的條件下，在包括氧化烯防收縮劑的水泥組合物中使用常規(guī)數(shù)量的常規(guī)引氣劑，引氣效果較差。
發(fā)明詳述出人意外地發(fā)現(xiàn)當(dāng)將氧化烯化合物(以下將具體描述)與少量的三甲銨乙內(nèi)酯(以下將具體描述)混合時，獲得一種即能防止處理的水泥結(jié)構(gòu)干縮，又能用常規(guī)數(shù)量的已知AE外加劑使結(jié)構(gòu)具有滿意引氣量(如果需要)的水泥外加劑組合物。本發(fā)明將三甲銨乙內(nèi)酯定義為包括季銨內(nèi)鹽的化合物。
本發(fā)明水泥外加劑要求使用為氧化烯醚加成物的氧化烯化合物。該醚加成物可單獨(dú)使用，也可與(ⅱ)氧亞烷基二醇和/或(ⅲ)仲和/或叔亞烷基二醇混合使用。
用通式RO(AO)mH(通式Ⅰ)代表氧化烯醚加成物，其中R是烴基、如C1-C7烷基或C5-C6環(huán)烷基，優(yōu)選C3-C5烷基。合適的R基的實(shí)例是甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、環(huán)戊基、環(huán)己基等。優(yōu)選的R基是C3-C5烷基，如正丙基、異丙基、正丁基、叔丁基等。A是C2-C4(優(yōu)選C2-C3)亞烷基，如亞乙基、亞丙基等及其在同一鏈上的混合物，而m是1-大約10的整數(shù)、優(yōu)選為2-3。
用通式HO(AO)nH(通式Ⅱ)代表氧亞烷基二醇，其中A代表C2-C4亞烷基，如亞乙基、亞丙基、亞丁基等及其混合物，而亞乙基、亞丙基是優(yōu)選的。O代表氧原子，而n是1-20的整數(shù)。AO基在特定的二醇分子中可完全是相同的或不同的。這樣的二醇實(shí)例包括二甘醇、二丙二醇、三丙二醇、二(乙氧基)二(丙氧基)二醇等。這樣的二醇可進(jìn)一步包括分子量不大于大約1200的聚亞烷基二醇(聚(氧亞烷基)二醇)。形成這樣的二醇的鏈的AO可含有單一類型的烯醚基，也可含有為嵌段或無序排列的烯醚基混合物。
用通式HOBOH(通式Ⅲ)代表在本發(fā)明防收縮劑中可使用的仲或叔亞烷基二醇，其中B代表C3-C12亞烷基，優(yōu)選是C5-C8亞烷基，優(yōu)選的二醇是用通式(Ⅳ)代表的仲和/或叔二羥基C5-C8鏈烷
Ⅳ其中，每個R分別代表氫原子或C1-C2烷基，每個R’代表C1-C2烷基，而n代表1或2的整數(shù)。最優(yōu)選的化合物是2-甲基-2,4戊二醇。另一合適的二醇是1,4-戊二醇。
同以下通式(Ⅴ)代表一種合適的三甲銨乙內(nèi)酯，
Ⅴ其中R1,R2和R3分別代表烷基或含有多個部分的烷基，X是1-5，而M是金屬陽離子，或銨。合適的金屬陽離子來自于任何堿性金屬如鈉或堿土金屬。銨鹽也是合適的。本發(fā)明的化合物典型地作為金屬鹽加入。
優(yōu)選的R1和R2是C1-C4烷基，而最優(yōu)選的是甲基。R3優(yōu)選的烷基是C10-C28烷基，并且包括含有烷基的基團(tuán)如烷基酰胺基、烷基酰胺亞烷基、和取代的烷基如羥基烷基。R3特別優(yōu)選地是C10-C20烷基酰胺丙基、如月桂酰胺丙基和柯卡(coca)酰胺丙基。其它合適的三甲銨乙內(nèi)酯列在下面的表2中。
另一種合適的三甲銨乙內(nèi)酯、即磺基三甲銨乙內(nèi)酯具有下列通式
Ⅵ其中，R1,R2和R3,M和X如上所述，而Y是氫原子或羥基。優(yōu)選的磺化三甲銨乙內(nèi)酯是柯卡酰胺丙基羥基磺酸內(nèi)酯(sultaine)。
在US4209337中公開了其它合適的三甲銨乙內(nèi)酯和磺化三甲銨乙內(nèi)酯，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
三甲銨乙內(nèi)酯和磺化三甲銨乙內(nèi)酯的制備方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。典型地，通過使氯乙酸與叔胺反應(yīng)來制備三甲銨乙內(nèi)酯。反應(yīng)在有苛性堿的水溶液中進(jìn)行。通過向烷基二甲胺中加入表氯醇、隨后用亞硫酸氫鈉進(jìn)行硫酸鹽化可制備磺基三甲銨乙內(nèi)酯。例如，見表面活性劑手冊(第189-190頁、倫敦、1991)。
本發(fā)明的水泥外加劑應(yīng)含有一種至少由上述烯醚加成物和上述三甲銨乙內(nèi)酯組成的混合物。當(dāng)本發(fā)明外加劑用作即能防止水泥組合物干縮、又不表現(xiàn)出使常規(guī)AE外加劑失活，以便向組合物中引入空氣的改進(jìn)的外加劑時，混合物需要含有催化數(shù)量、即以形成外加劑的氧化烯化合物計，大約0.01-2，優(yōu)選0.01-0.5重量％，最優(yōu)選0.01-0.2重量％的三甲銨乙內(nèi)酯。抵銷由氧化烯成分導(dǎo)致的失活(使常規(guī)AE外加劑發(fā)揮正常功能)所需三甲銨乙內(nèi)酯的準(zhǔn)確數(shù)量，取決于用于形成外加劑的特定氧化烯化合物、所用水泥的種類、和澆筑時水泥組合物的溫度。能熟練使用已知技術(shù)的專業(yè)人員可較容易地確定此數(shù)量。使用某些已知外加劑，如塑化劑也可影響三甲銨乙內(nèi)酯的用量。該外加劑可在較寬的PH范圍內(nèi)使用。
如上所述，出人意料地發(fā)現(xiàn)將催化數(shù)量的三甲銨乙內(nèi)酯與上述氧化烯化合物混合，提供了一種能使常規(guī)AE外加劑按標(biāo)準(zhǔn)用量處理水泥結(jié)構(gòu)，從而使凝固的結(jié)構(gòu)具有所需氣孔體積的外加劑。本發(fā)明可使用的引氣劑包括由浮油加工產(chǎn)物制得松香酸和pimeric酸的鹽、脂肪酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、乙氧基化酚。其各種類型的實(shí)例包括(但不是限于)油酸、癸酸、鄰十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、乙氧基化壬基酚。
可將本發(fā)明水泥外加劑加入到水硬性水泥或水泥組合物中。例如，本發(fā)明外加劑可在水泥與其他材料摻合時加入到水泥粉末中從而制備特種水泥。另外，在制備水泥組合物、如砂漿或混凝土的過程中可現(xiàn)場形成改進(jìn)的水泥組合物。該外加劑可單獨(dú)加入、也可作為水化水的一部分加入。
本發(fā)明外加劑即可是純組合物(只有氧化烯化合物和三甲銨乙內(nèi)酯的液體)、也可是水溶液。本發(fā)明外加劑是隨時間不會分離的穩(wěn)定的外加劑。因此該外加劑儲存時是穩(wěn)定的，并易于分散從而無需考慮各成分的準(zhǔn)確用量或無需要求攪拌儲存罐以便將各成分混合。
本發(fā)明水泥外加劑用量，以處理的水泥組合物(砂漿或混凝土)中的水硬性水泥量計，應(yīng)大約為0.1-5、優(yōu)選大約為0.5-3、最優(yōu)選為約1-3重量％。氧化烯化合物用量，以水泥重量計，可不大于4％但優(yōu)選的是少于2％。
另外，可用常規(guī)技術(shù)將三甲銨乙內(nèi)酯加入到已含有氧化烯化合物的水泥組合物中。如上所述，該水泥組合物可與這些化合物摻配以便減少干縮。在該應(yīng)用中，加入三甲銨乙內(nèi)酯以便使氧化烯化合物達(dá)到上述數(shù)量。通常，在該應(yīng)用中，加到水泥中的三甲銨乙內(nèi)酯，以水泥組合物中存在的水硬性水泥計大約為0.0005-0.005重量％。
本發(fā)明水泥組合物可由常規(guī)數(shù)量的水形成，如水灰比為0.25∶1-0.7∶1，優(yōu)選為0.3∶1-0.5∶1?？墒褂贸Ｒ?guī)數(shù)量的集料、如鵝卵石、礫石、砂子、浮石、燒脹珍珠巖等。準(zhǔn)確的數(shù)量取決于特定的用途和所用的標(biāo)準(zhǔn)(ASTM或等同標(biāo)準(zhǔn))。
可任選地使用各種附加成分以形成水泥組合物。這些成分包括促凝劑、如金屬鹵化物、金屬硫酸鹽、金屬亞硝酸鹽等；緩凝劑、如醇、糖、淀粉、纖維素等；防腐蝕劑、如堿金屬硝酸鹽、堿金屬亞硝酸鹽等；減水劑和超塑化劑、如木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合物、蜜胺樹脂磺酸鹽甲醛縮合物、聚丙烯酸酯等。這些任選成分用量通常為0.05-6重量％(以水泥組合物中含有的水泥計)。
如上所述，本發(fā)明水泥外加劑可防止含本發(fā)明水泥外加劑的水泥組合物產(chǎn)生干縮，但不會影響所用的任何AE外加劑的效力。因此，可用常規(guī)AE外加劑處理含有本發(fā)明外加劑的水泥組合物，以便使最終的結(jié)構(gòu)具有所需的微小氣孔數(shù)量。通常希望在最終的混凝土結(jié)構(gòu)中有大約4-10體積％的氣孔。AE外加劑用量以所處理的組合物中水泥量計，通常為25-75×10-4％。外加劑中所用的三甲銨乙內(nèi)酯對SRA的性能沒有任何明顯的不良影響。
本發(fā)明外加劑中的各成分在缺少常規(guī)AEA’s的情況下不會明顯地引入空氣。這在無需引氣的情況下是一大優(yōu)點(diǎn)，例如含有本發(fā)明外加劑的SRA用于在沒有凍融條件的氣候中的水泥組合物。就像現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，引氣劑提高了水泥組合物的耐久性，但也降低了水泥組合物的強(qiáng)度。因此，在生產(chǎn)商制備環(huán)境不要求使用AEA’s的水泥組合物時，使用本發(fā)明的外加劑不會明顯影響所得到的水泥組合物的最終強(qiáng)度。然而，同時本發(fā)明也允許生產(chǎn)商在使用引氣劑的區(qū)域內(nèi)拓寬市場并使用包括本發(fā)明外加劑的組合物。
可以常規(guī)的方式應(yīng)用所得到的含有本發(fā)明外加劑的水泥組合物。該組合物可澆筑和涂抹或噴射，并能用干燥空氣、濕空氣、養(yǎng)護(hù)氣流等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
給出以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不意味著對本發(fā)明進(jìn)行限制，本發(fā)明由所附權(quán)利要求書進(jìn)行限定。所有的份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均以重量計，除非另有說明。
實(shí)施例1制備一系列微觀混凝土拌和物，以便確定三甲銨乙內(nèi)酯外加劑，如柯卡酰胺丙基三甲銨乙內(nèi)酯，當(dāng)與一烷基醚烯化氧加成物(二丙二醇-叔-丁基醚，“DPTB”)、烯化氧(二丙二醇，“DGP”)和引氣劑(AEA)(如由W.R.Grace & Co.Conn.出售的脂松香產(chǎn)物，其商標(biāo)為Daravair100)混合時，其對空氣量的影響。
通過將800份Ⅰ型波特蘭水泥與下列ASTM級集料混合物拌和來制備微觀混凝土475份F-95砂子、432份C-109砂子、432份C-185砂子和821份15-S砂子。進(jìn)行干拌從而獲得骨膠比為2.7的均勻拌和物。向拌和物中加入400份含有Daravair100的的水。水灰比為0.5。攪拌拌和物從而提供一種微觀混凝土。該形成的試樣列在下面的表1中。
除了需水量和向拌和物中加入下列表1所示的附加材料外，重復(fù)上述過程。所有液體和水泥的比值(L/C)保持恒定。減少水的用量以便將含有防收縮劑(SRA)(包括上述氧化烯加成物和二醇)的液體外加劑考慮在內(nèi)。按照ASTM C-185試驗(yàn)方法測量空氣量。測量各試樣的塑性空氣含量并通過以下等式確定AEA的引氣能力。該等式考慮了AEA的用量和在沒有AEA的參考拌和物中夾帶的空氣量。
將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化從而計算所用的AEA的引氣效率。引氣效率的計算方法為由分子為所測試樣的空氣量減2(沒有AEA的試樣的空氣量)再除以AEA的用量、而分母為參考樣的空氣量減2再除以參考樣所用AEA用量所得之比，所有數(shù)值均乘以100。
表1在用SAR處理的砂漿中三甲銨乙內(nèi)酯對引氣量的影響
表1中的試驗(yàn)結(jié)果顯示三甲銨乙內(nèi)酯對在用SRA(DPTB/DPG)處理的砂漿中使用標(biāo)準(zhǔn)用量的Daravair1000進(jìn)行的引氣產(chǎn)生了意想不到的效果。如上所述，試樣1是沒有用SRA處理的參考砂漿。在AEA標(biāo)準(zhǔn)用量為0.0072％(以水泥重量計)的情況下，砂漿中可較容易地引入24體積％的空氣。向砂漿(試樣#2)中加入2％(以水泥重量計)SRA(DPTB/DPG)對Daravair1000的引氣能力有不良影響。該砂漿拌和物中的空氣量降至7％，而引氣效果最終降至23％(與試樣1相比)。事實(shí)上，試樣8表明在存在SRA的情況下，標(biāo)準(zhǔn)用量的Daravair作為AEA實(shí)際上是無效的。向用2％SRA處理的砂漿(試樣#3)中加入較高數(shù)量的Daravair1000也不會使砂漿中引入所需的空氣量(引氣效率為9.3％)，這表明SRA具有使AEA失活的效果。
另一方面，向用2％SRA處理的砂漿(試樣#4)中加入0.017％(SRA重量)的三甲銨乙內(nèi)酯，在Daravair1000用量與試樣1相同的情況下，產(chǎn)生20％空氣含量。與參考樣相比，這對應(yīng)于82％的引氣效率。略高數(shù)量(即0.035％，以SRA重量計)的三甲銨乙內(nèi)酯(試樣#5)使砂漿中引入32％空氣，與參考樣相比，這對應(yīng)于137％的引氣效率。在三甲銨乙內(nèi)酯用量為0.017％和0.035％(試樣#6和試樣#7)的情況下，其本身(缺少Daravair1000)引入極少量的空氣(10-12％)。因此向AEA結(jié)構(gòu)體中加入三甲銨乙內(nèi)酯提供了一種即能克服SRA使Daravair1000失活的效果、又能使AEA用標(biāo)準(zhǔn)用量就能獲得滿意引氣量的具有疊加作用的結(jié)合。
試樣#6和試樣#7也說明在含有本發(fā)明外加劑的水泥組合物不要求引入空氣的情況下，三甲銨乙內(nèi)酯成分不會產(chǎn)生明顯的引氣量。如上所述，對生產(chǎn)商而言，這將是一大優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗沟蒙a(chǎn)商即能在要求使用AEA’s的環(huán)境下拓寬含SRA產(chǎn)品的市場，又能在不要求使用AEA’s的溫暖環(huán)境下、如在沒有明顯凍融條件的環(huán)境下拓寬含SRA產(chǎn)品的市場并使用該產(chǎn)品。
實(shí)施例2用其它商購的三甲銨乙內(nèi)酯重復(fù)實(shí)施例1中的試驗(yàn)。然而，在該系列的試樣中，三甲銨乙內(nèi)酯的用量為0.175重量％(以SRA計)。SRA包括1.33％DPTB和0.67％DPG(以水泥計)。與實(shí)施例1一樣，制備該實(shí)施例的對比試樣。一個對比試樣包括0.0072％Daravair1000和2％SRA。該參考試樣(在表2中沒有表示)具有8％的空氣量。另一個對比試樣不包括SRA、但包括0.0072％AEA。該參考試樣(在下面的表2中也沒有表示)具有24％的空氣量。試驗(yàn)的結(jié)果歸納在下面的表2中。R1,R2和R3對應(yīng)于上述通式Ⅴ中表示的取代基。
表2中所列的最后一個試樣說明在其中R3是含有至少十個碳原子的烷基的三甲銨乙內(nèi)酯中，其中R3是C10-C28的三甲銨乙內(nèi)酯是優(yōu)選的。
表2在用SRA處理的混凝土中三甲銨乙內(nèi)酯的引氣性能
實(shí)施例3通過對細(xì)集料進(jìn)行混合比設(shè)計從而摻配混凝土拌和物，每1立方碼拌和物含有1100磅West砂子、1700磅Wrenthan碎石(ASTM C-33 Grade67)、658磅波特蘭水泥，而水(或水和所說的外加劑)灰比0.46。按照ACI指南用體積計量法配比混凝土拌和物。按照ASTM C-192試驗(yàn)方法拌和混凝土，按照ASTM C-143進(jìn)行測量塑性混凝土塌落度的試驗(yàn)，按照ASTM C-231進(jìn)行測量塑性空氣含量的試驗(yàn)。
通過僅用AEA(Daravair1000)；用AEA和SRA；用AEA、SRA和三甲銨乙內(nèi)酯外加劑形成試樣。結(jié)果表示在下面的表3中。參考混凝土(試樣#1)在存在0.0072％(以水泥重量計)AEA的條件下引入6.2體積％的空氣，這對應(yīng)于100％引氣效率。在存在2％SRA(試樣#2)的條件下，當(dāng)Daravair用量(0.0288％)為標(biāo)準(zhǔn)用量4倍時引氣效率降至參考試樣的32％。當(dāng)AEA用量為標(biāo)準(zhǔn)用量的1.5倍時，向配料中加入0.075％三甲銨乙內(nèi)酯使得在用2％SRA處理的混凝土(試樣#3)中引氣量為11％，這對應(yīng)于143％的引氣效率。然而，在用2％SRA處理的混凝土(試樣#4)中，加入0.075％三甲銨乙內(nèi)酯僅引入3.2體積％空氣。該數(shù)據(jù)清楚地表明了三甲銨乙內(nèi)酯當(dāng)與SRA混合時，其在Daravair1000為標(biāo)準(zhǔn)用量的情況下對引氣作用產(chǎn)生了意想不到的效果。
也觀察到混凝土組合物中的空氣量通常低于實(shí)施例1和2的砂漿組合物中的空氣量。人們認(rèn)為引入的空氣作為氣泡聚集在水泥組合物中存在的固體的表面區(qū)域。雖然混凝土中固體的體積％與砂漿中固體的相同，但由于混凝土中固體量通常較大，因此單位體積中存在的捕集引入空氣的表面積較少。因而其引氣量較低，而混凝土所表現(xiàn)出的引氣量的增加值亦低于砂漿所表現(xiàn)出的引氣量的增加值。但無論怎樣，引氣效率的水平當(dāng)與其各自的參考試樣或?qū)Ρ仍嚇酉啾葧r，其增加值大致相同。
表3三甲銨乙內(nèi)酯對用SRA處理的混凝土的引氣量的影響
實(shí)施例4除了用高效減水劑和塑化劑(即萘磺酸鹽甲醛縮合物，由W.R Grace&Co.-Conn出售，商標(biāo)為WRDA-19)處理混凝土外，重復(fù)以上實(shí)施例3的過程。加入該化合物是為了降低混凝土拌和物中的需水量，但不影響塌落度。需水量較低的混凝土已知具有較小的收縮和良好的長期耐久性?？紤]到混凝土需水量的減少，改變混合設(shè)計的比例。水(或水和所說的外加劑)灰比為0.4。對體積計量法來說，將細(xì)集料的含量增加到1300磅/立方碼。還有，使用SRA’s將影響AEA將空氣引入到混凝土中的能力，在存在WRDA-19的條件下更是如此。由于用超塑化劑引氣難度增加，所以使用較大數(shù)量(0.15％)的三甲銨乙內(nèi)酯。
表4中的數(shù)據(jù)顯示三甲銨乙內(nèi)酯對用SRA和WRDA-19處理的混凝土引氣具有促進(jìn)作用。在存在2％SRA(試樣#2)的條件下，當(dāng)Daravair用量(0.0144％)為標(biāo)準(zhǔn)用量的兩倍時，引氣效率降至參考樣的44％。在AEA用量與超塑化的參考混凝土AEA需求量相同的條件下，向配料中加入0.15％三甲銨乙內(nèi)酯使得引氣量為6％，由此獲得100％的引氣效率值。然而，加入0.15％三甲銨乙內(nèi)酯使得在用2％SRA處理的混凝土(試樣#4)中僅引入3.5體積％的空氣。該數(shù)據(jù)清楚地表明三甲銨乙內(nèi)酯當(dāng)與SRA混合時，其在Daravair1000為標(biāo)準(zhǔn)用量的情況下對引氣作用產(chǎn)生了意想不到的效果。
表4三甲銨乙內(nèi)酯對用SRA處理的超塑化混凝土引氣的影響
說明所有拌和物均含有8盎/水泥重量的WRDA-19超塑化劑。
權(quán)利要求
1．一種即能防止包括該外加劑的水泥組合物干縮、又能使該水泥組合物引氣的水泥外加劑，該外加劑包括A用通式RO(AO)mH代表的氧化烯醚加成物，其中R代表C1-C7烷基或C5-C6環(huán)烷基，A代表C2-C4亞烷基，O代表氧原子，而m代表1-大約10的整數(shù)；B至少一種三甲銨乙內(nèi)酯，其中成分B的存在量大約為成分A重量的0.01-2.0％。
2．權(quán)利要求1的外加劑，其中還包括一種選自于(ⅰ)氧亞烷基二醇和(ⅱ)二醇的化合物，其中(ⅰ)氧亞烷基二醇用通式HO(AO)nH表示，式中，A代表C2-C4烷基，O代表氧原子，n代表1-大約20的整數(shù)，而(ⅱ)二醇用通式HOBOH表示，式中，B代表C3-C12亞烷基，并且至少一個-OH基與仲或叔碳相連。
3．權(quán)利要求1的外加劑，其中氧化烯醚加成物選自其中R是C2-C5烷基，而A是C2-C3亞烷基的至少一種一元醇氧化烯加成物。
4．權(quán)利要求2的外加劑，其中氧亞烷基二醇選自于聚丙二醇、聚乙二醇或聚(氧亞乙基)(氧亞丙基)二醇，式中，所說的每一個氧亞乙基和氧亞丙基可是無序分布或嵌段分布。
5．權(quán)利要求3的外加劑，其中，一元醇氧化烯醚加成物中，A代表亞丙基、R代表丁基，m代表2或3。
6．權(quán)利要求1的外加劑，其中三甲銨乙內(nèi)酯選自于
式中，R1和R2分別代表C1-C4烷基，而R3選自于C10-C28烷基、C10-C28烷基酰胺基、C10-C28烷基酰胺亞烷基和取代的C10-C28烷基；Y是氫原子或羥基，X是1-5；R4是C1-C28烷基；n是1-5；而M是金屬陽離子或銨。
7．權(quán)利要求6的外加劑，其中R3是C10-C20烷基。
8．權(quán)利要求7的外加劑，其中烷基是烷基酰胺亞烷基。
9．權(quán)利要求8的外加劑，其中亞烷基是C3烷基。
10．權(quán)利要求8的外加劑，其中R3是柯卡酰胺丙基。
11．權(quán)利要求1的外加劑，其中，成分B的存在量大約為成分A重量的0.01-0.2％。
12．權(quán)利要求10的外加劑，其中，成分B的存在量大約為成分A重量的0.01-0.2％。
13．權(quán)利要求1的外加劑，其中還包括一種引氣劑。
14．權(quán)利要求13的外加劑，其中的引氣劑是松香。
15．一種即能防止水泥組合物干縮、又具有向由所說組合物形成的結(jié)構(gòu)體提供所需氣孔量的能力的方法，該方法包括向水泥組合物中加入權(quán)利要求1的外加劑，其加入量以所說組合物中所含的水硬性水泥重量計，為0.1-大約5重量％。
16．權(quán)利要求15的方法，其中，水泥組合物是由水硬性水泥、細(xì)集料、粗集料和水組成的混凝土組合物。
17．一種包括權(quán)利要求1中成分A和成分B的水泥組合物，其中，A和B是水泥重量的0.1-5％。
18．權(quán)利要求17的水泥組合物，其中還包括水硬性水泥、細(xì)集料、粗集料、和水，其中，水灰比為0.25-0.7，而A和B的總量為整個水泥組合物重量的0.01-1.00％。
19．權(quán)利要求17的水泥組合物，其中，B是權(quán)利要求6中的三甲銨乙內(nèi)酯。
20．權(quán)利要求18的水泥組合物，其中，B是權(quán)利要求6中的三甲銨乙內(nèi)酯。
全文摘要
一種水泥外加劑組合物,它包括氧化烯化合物和三甲銨乙內(nèi)酯。三甲銨乙內(nèi)酯使得在用作防收縮劑的氧化烯化合物存在的條件下能夠引入空氣。
文檔編號C04B24/16GK1233234SQ97198833
公開日1999年10月27日 申請日期1997年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月16日
發(fā)明者A·V·克爾卡, M·P·達(dá)萊雷 申請人:格雷斯公司