專利名稱：形成不同密度的高強(qiáng)度混凝土的混凝土拌和物、形成該拌和物和該混凝土的方法、和一種 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣孔體積為10-85％、優(yōu)選為20-85％的含水混凝土拌和物。養(yǎng)護(hù)時，獲得具有均勻密度和較高強(qiáng)度的混凝土。其通過使用含有兩個磺酸基或其鹽的水溶性陰離子表面活性化合物來實現(xiàn)。陰離子化合物具有引氣效果并改善混凝土拌和物的均質(zhì)性。
當(dāng)制備混凝土、特別是具有較低密度、如低于1600千克/立方米的加氣混凝土?xí)r，難以獲得較高的均質(zhì)性、較均勻的密度、和較低的收縮率，因此難以獲得較高的和可再現(xiàn)性較好的強(qiáng)度。因此，人們曾做過各種嘗試以求改善拌和物的穩(wěn)定性和養(yǎng)護(hù)后的混凝土拌和物的引氣性和強(qiáng)度，其中之一是加入陰離子表面活性劑、如二甲苯磺酸鹽、烷基硫酸鹽、烷基醚硫酸鹽、和烯磺酸鹽，和含有聚合的磺酸基的化合物、如木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合物、蜜胺磺酸鹽甲醛縮合物。這些化合物具有分散和穩(wěn)定效果并增加混凝土拌和物的可加工性。短鏈表面活性化合物對引氣具有特別好的效果，并因此改變混凝土的抗凍性。聚合物化合物首先影響混凝土拌和物的穩(wěn)定性、泵送性、和彈性(塑性)并可減少水灰比。例如，在WO94/02428、US-A-4045236、US-A-4293341和GB-A-2164328中公開了該技術(shù)的實例。
從日本專利申請JP61-163155中也知道通過向混凝土拌和物中加入烷基多氧丙烯基硫酸鹽或烷基二苯醚磺酸鹽(優(yōu)選地和β-萘磺酸鹽甲醛縮合物、蜜胺甲醛縮合物的磺酸鹽、磺化的雜酚油甲醛縮合物的鹽或木質(zhì)素磺酸鹽及其共縮合物一起加入)從而來生產(chǎn)密度大約為2400、氣孔體積大約為2％的混凝土，加入以上物質(zhì)目的是改善混凝土表面的外觀。
盡管上述引氣劑中的一些引氣劑對低密度混凝土的強(qiáng)度有一定的積極作用，但通常人們的愿望是希望它們進(jìn)一步增加混凝土的均質(zhì)性并因此增加其強(qiáng)度，尤其是在較低密度的情況下。
現(xiàn)令人吃驚地發(fā)現(xiàn)通過澆注氣孔體積為10-85體積％、含有水泥、水和下列通式(Ⅰ)的具有兩個磺酸基的陰離子表面活性化合物的可泵送含水混凝土拌和物可獲得密度為250-2200千克/立方米和氣孔體積為15-90％、優(yōu)選為20-85％的高強(qiáng)混凝土。
(R)m-R1-(SO3M)2(Ⅰ)式中，R是4-20個碳原子的脂族基，m是1或2，在一個或多個R基團(tuán)中碳原子的總數(shù)是6-30，R1是含有至少兩個芳香環(huán)和10-20個碳原子的芳香基，M優(yōu)選地是單價陽離子或氫，但例如為酮基時，可包括氧原子。混凝土拌和物也可含有集料以控制密度，或作為填料。陰離子化合物具有引氣和穩(wěn)定效果，其通常的加入量為0.005-0.1％(以水泥重量為基準(zhǔn))。當(dāng)生產(chǎn)低密度的混凝土、如密度低于1600千克/立方米、但通常高于300千克/立方米(通常對應(yīng)于25-85體積％的氣孔體積)時，通常陰離子化合物的加入量為0.1-0.8％(以水泥數(shù)量為基準(zhǔn))。當(dāng)生產(chǎn)密度高于1600、例如達(dá)到2200千克/立方米的混凝土?xí)r，也可有利地使用本陰離子化合物。在較高密度的情況下，必須加入集料、如砂子和卵石。也可將陳舊的建筑材料，如碎混凝土有利地引入到本發(fā)明的混凝土拌和物中。
由于本發(fā)明的混凝土具有特別高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，甚至在不同的基礎(chǔ)、如鋸末、水和砂子上澆注時亦如此，并具有較高的可再現(xiàn)性，所以其非常適合于制備輕混凝土結(jié)構(gòu)，而無需減少結(jié)構(gòu)的體積。其加氣混凝土也可用于地下和道路建筑及作為輕質(zhì)填料用于消除沉降、改善穩(wěn)定性、減少作用在結(jié)構(gòu)支撐體上的水平壓力。當(dāng)重新填充管線的溝槽和空穴時，其加氣混凝土也可用作包裹管線的填充料。
根據(jù)本發(fā)明，通過在攪拌期間混合含有大部分的水泥、大部分的水、和任選的集料的主混合物和含有水、水泥、和陰離子化合物和其它有機(jī)添加劑的輔混合物從而可生產(chǎn)含水混凝土拌和物。主混合物和輔混合物的重量比通常為20∶1-2∶1。
生產(chǎn)密度低于1600千克/立方米、優(yōu)選低于800千克/立方米的本發(fā)明加氣混凝土的另一簡便方法是在間斷或連續(xù)的混凝土攪拌機(jī)中加入水、本發(fā)明陰離子表面活性劑、和任選的樹脂和其它有機(jī)添加劑及少量的水泥(通常為水泥總重量的2-40、優(yōu)選為5-30％)(適合于按所述順序投料)。在體積增加期間攪拌所得到的組合物從而獲得含有均勻穩(wěn)定氣泡的混凝土拌和物，其中剩余的水泥在攪拌期間分一步或多步或連續(xù)地加入。隨后該流態(tài)可泵送加氣混凝土拌和物便易于澆注。
適合于生產(chǎn)含有集料的加氣混凝土的另一方法首先混合水、陰離子表面活性化合物、和任選的其它有機(jī)添加劑，隨后在攪拌期間將所得到的流態(tài)混合物加入到水泥和集料的混合物中，攪拌時在集料顆粒之間產(chǎn)生較高的摩擦力，這有利于形成均質(zhì)的流態(tài)混凝土拌和物。該方法產(chǎn)生的混凝土的密度通常高于800千克/立方米，而優(yōu)選地為1200-2100千克/立方米。
易于澆注的最終含水混凝土拌和物通常每100份水泥(重量)含有30-80份水(重量)、0.005-1份陰離子表面活性化合物(重量)。集料的數(shù)量取決于澆注混凝土所要求的密度，并且通常為0-5份(重量)/每份水泥(重量)。當(dāng)形成含水混凝土拌和物時，也可加入該陰離子表面活性化合物之外的其它添加劑、例如其它的引氣劑、如各類樹脂；其它類型的陰離子表面活性化合物、如通式(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)、(Ⅴ)的化合物(然而它們僅具有一個磺酸鹽基)；及非離子化合物、如環(huán)氧乙烷加成物；憎水劑；增溶劑、如乙二醇和一或二甲基乙二醇或分子量不大于300的乙基醚；保水劑和增塑劑(塑化劑)、如非離子纖維素醚和分子量大于400的聚亞烷二醇。
陰離子化合物(Ⅰ)適合于由各種化合物組成，式中R是具有6-14碳原子的脂族，而R1是具有10-17個碳原子及兩個芳香環(huán)的芳香基。這些陰離子化合物的實例是以下通式的化合物。
式中，R3是具有4-20個碳原子的脂族基，M定義同上，R2是具有1-14個碳原子的的脂族基，而n是1或0、優(yōu)選為0。例如、R3基和R2基是丁基、己基、辛基、癸基或十二烷基，其可是直鏈或支鏈。而且R2適合是低級烷基、如甲基或乙基。R3基和R2基中碳原子的總數(shù)優(yōu)選是8-24。
本發(fā)明的化合物適合于通過反應(yīng)來制備，在第一步中，具有R1R2+m通式(式中R1具有在通式Ⅰ中所述的含義)的芳香族未磺化的核與化合物、RCl或RCOCl(R具有以上相同定義)、或與具有4-20個碳原子的烯烴反應(yīng)。然后以已知的方式將所得到的反應(yīng)產(chǎn)物(R)mR1H2用已知方法磺化、磺化任選地在增溶劑、如分子量不大于300的聚乙二醇的二甲基醚或二乙基醚的存在下進(jìn)行。通常，使磺化進(jìn)行到平均磺化數(shù)大約為1.5-1.95的程度沒有太大的困難。事實上實驗顯示由單磺化的產(chǎn)物組成的少量部分物質(zhì)無需從雙磺化的產(chǎn)物中分離，所得到的產(chǎn)物混合物不用處理就可使用，只要平均磺化數(shù)至少為1.5就行。
水泥是水硬性膠結(jié)劑，加入水后其形成漿料并通過水化而得到養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)首先取決于硅酸鈣水化物的形成。水泥中含有的最重要的硅酸鹽組合物是玻特蘭水泥熟料。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時，優(yōu)選地使用玻特蘭水泥，這是因為其具有全面良好的特性。其中，它含有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸鈣。合適類型的水泥的其它實例是波特蘭礦渣水泥、波特蘭粉煤灰水泥、波特蘭火山灰水泥，彩色玻特蘭水泥、白色波特蘭水泥、低熱玻特蘭水泥和快硬玻特蘭水泥，它們都是以玻特蘭水泥熟料為基礎(chǔ)。
分子量通常低于10000和皂化數(shù)為100-250的合成或天然樹脂及其衍生物可導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、憎水性、和均質(zhì)性的進(jìn)一步增加，特別是在較低密度、如300-1600千克/立方米、優(yōu)選為300-1200千克/立方米的條件下。加入樹脂也使泡壁結(jié)構(gòu)更密實，并減少泡(孔)之間連通孔的形成。通過加入足量易于分散的上述樹脂，甚至可生產(chǎn)能阻止或明顯減少水或空氣引入的硬化混凝土。該樹脂及其衍生物可含有一個或多個具有至少12、優(yōu)選為16-35個碳原子的芳香族和/或脂族基團(tuán)。基團(tuán)可是飽和的和不飽和的。優(yōu)選的樹脂是酸數(shù)為4-170、而皂化數(shù)為150-175的樹脂。合適的樹脂的實例是各種樹脂酸及其混合物，如松香、及其二聚衍生物和其全部或部分皂化、酯化和/或水化的衍生物。用于酯化的合適羥基化合物的實例是甲醇、乙二醇、丙三醇和季戊四醇。其它實例是用不飽和脂肪酸、如馬來酸和馬來酸酐改性的改性松香樹脂、和其優(yōu)選地部分酯化的衍生物和用酚改性的松香。合適的酚的實例是4-叔-丁基酚、壬基酚和4,4’-二羥苯基丙烷(雙酚A)。
有大量可商購的合成或天然樹脂及其衍生物可用于本發(fā)明。例如，這些樹脂及衍生物是Aquatac 6085-B1、Snowtac SE 380 G、Rondis DRS70 S、Rondis DRS 80 P、Dynakoll VS 50FS、Beviros 95、peramin L和Vinsol NVX。加入到本發(fā)明混凝土拌和物中的樹脂的數(shù)量通常為二磺酸鹽重量的0-250％、優(yōu)選為10-200％。
通過以下實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實施例在以下實驗中，使用下列陰離子表面活性化合物。
而且，在實驗中使用下列集料和樹脂。
實施例1為了生產(chǎn)濕密度大約為400-1000千克/立方米的加氣混凝土，進(jìn)行以下過程。在體積大約為200升的筒型攪拌機(jī)中加入水、表I中的陰離子表面活性化合物、樹脂和占波特蘭水泥總重量17％的水泥。以250轉(zhuǎn)/分的速度攪拌各成分30秒并產(chǎn)生體積大約為130升的加氣混凝土拌和物．隨后在以110轉(zhuǎn)/分的速度攪拌期間在70秒內(nèi)連續(xù)地加入剩余的波特蘭水泥。再繼續(xù)攪拌320秒。隨后將流態(tài)可泵送的混凝土拌和物澆注在用于各種實驗的模具中。其中，在室溫下養(yǎng)護(hù)混凝土。表1
測定混凝土拌和物的濕密度和混凝土的干密度、以及根據(jù)SS 137126在壓痕為5mm深的條件下測定28天后的抗壓強(qiáng)度(除非另有說明)、測定養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下的濕和干空氣體積含量和平均孔徑。獲得如下結(jié)果。
表2
1)25mm壓痕從以上結(jié)果中明顯看出，本發(fā)明生產(chǎn)的混凝土形成具有較大氣孔體積和較高強(qiáng)度的混凝土。用本發(fā)明之外的添加劑根據(jù)tests A-E形成的混凝土拌和物不能發(fā)泡和穩(wěn)定。
實施例2除了在體積大約為60升、而速度為470轉(zhuǎn)/分的實驗用攪拌機(jī)中混合各成分和30％的波特蘭水泥45秒外，按與實施例1相同的方法制備流態(tài)混凝土拌和物。隨后在300轉(zhuǎn)/分的條件下用45秒加入剩余數(shù)量的波特蘭水泥，接著在上述速度下進(jìn)一步攪拌345秒。混凝土拌和物組成如下表3
從以上結(jié)果明顯看出，可生產(chǎn)出具有滿意強(qiáng)度的干密度大約為300千克/立方米的加氣混凝土。樹脂的存在導(dǎo)致產(chǎn)生較高的密度和相應(yīng)較高的強(qiáng)度。
實施例3在體積為150升的敞開的盤型攪拌機(jī)中，在速度為41轉(zhuǎn)/分的條件下混合波特蘭水泥和集料并隨后加入含有表4中的陰離子表面活性化合物和樹脂的液體混合物(總共7分鐘)從而來制備含有集料的加氣混凝土。然而，在其一個實驗中使用體積為3000升的自由降落攪拌機(jī)，在10轉(zhuǎn)/分的速度下混合3分鐘。
表4
根據(jù)立方體強(qiáng)度SS137210測定所得到的混凝土拌和物和養(yǎng)護(hù)后的混凝土的各種性能。同時以與實施例1相同的方式測定剩余的性能。獲得以下結(jié)果。
表5
1)7天的數(shù)值從以上結(jié)果明顯看出，本發(fā)明混凝土拌和物1-5得到發(fā)泡并形成具有較高強(qiáng)度的加氣混凝土。
權(quán)利要求
1．具有10-85體積％的氣孔體積并含有陰離子表面活性化合物的可泵送含水混凝土拌和物，其特征在于陰離子表面活性化合物是下列通式的化合物(R)m-R1-(SO3R)2(Ⅰ)式中，R是4-20個碳原子的脂族基，m是1或2，在一個或多個R基團(tuán)中碳原子的總數(shù)是6-30,R1是含有至少兩個芳香環(huán)和10-20個碳原子的芳香基，M是陽離子或氫。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的混凝土拌和物，其特征在于陰離子化合物具有這樣的結(jié)構(gòu)，即其中R具有6-14個碳原子，而R1具有10-17個碳原子和兩個芳香環(huán)，并且混凝土拌和物具有20-85體積％的氣孔率。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的混凝土拌和物，其特征在于陰離子化合物具有下列通式中的一個通式
式中，R3是具有4-20個碳原子的脂族基，M定義同上，R2是具有1-14個碳原子的的脂族基，而n是1或0。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的混凝土拌和物，其特征在于它含有100份(重量)水泥，0.005-1份(重量)權(quán)利要求1-3任一項的陰離子化合物，40-80份(重量)水，0-500份(重量)集料，0-250、優(yōu)選10-200重量％(以陰離子化合物重量為基準(zhǔn))分子量低于10000而皂化數(shù)為100-250的樹脂。
5．權(quán)利要求1-4任一項的混凝土拌和物，其特征在于陰離子化合物具有(Ⅱ)通式。
6．密度為250-2200千克/立方米的混凝土，其特征在于它具有15-90％的氣孔率，并通過使權(quán)利要求1-5任一項的混凝土拌和物養(yǎng)護(hù)而獲得。
7．權(quán)利要求1的混凝土，其特征在于它具有300-1600千克/立方米的密度，而樹脂的含量則為10-200％(以陰離子化合物的重量為基準(zhǔn))。
8．一種下列通式的陰離子化合物的用途，(R)m-R1-(SO3M)2(Ⅰ)式中，R是4-20個碳原子的脂族基，m是1或2，在一個或多個R基團(tuán)中碳原子的總數(shù)是6-30,R1是含有至少兩個芳香環(huán)和10-20個碳原子的芳香基，而M是陽離子或氫，當(dāng)生產(chǎn)氣孔體積為15-90、優(yōu)選為20-85體積％的密度均勻的高強(qiáng)混凝土?xí)r，應(yīng)用該陰離子化合物。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的應(yīng)用，其特征在于陰離子化合物具有以下通式
式中，R3是具有4-20個碳原子的脂族基，M定義同上，R2是具有1-14個碳原子的的脂族基，而n是1或0。
10．根據(jù)權(quán)利要求8或9的應(yīng)用，其特征在于混凝土具有300-1600千克/立方米的密度，而陰離子化合物具有通式(Ⅱ)。
11．根據(jù)權(quán)利要求8或9的應(yīng)用，其特征在于陰離子化合物與分子量低于10000而皂化數(shù)為100-250的樹脂一起使用，樹脂的數(shù)量為10-200％(以陰離子化合物重量為基準(zhǔn))。
12．生產(chǎn)氣孔體積為10-85體積％的可泵送含水混凝土拌和物的方法，其特征在于在混凝土攪拌機(jī)中進(jìn)行以下步驟a)引入水、權(quán)利要求1-3任一項的陰離子表面活性化合物、任選的其它有機(jī)添加劑、和占水泥總量2-40重量％的水泥，b)攪拌加入的各成分，同時引入空氣從而形成含有均勻、穩(wěn)定空氣的混凝土拌和物，c)隨后在攪拌期間分一步或多步或連續(xù)地加入剩余數(shù)量的水泥。
13．一種生產(chǎn)氣孔含量為15-90、優(yōu)選為20-85體積％的混凝土的方法，其特征在于澆注在制備拌和物時加入0.005-1重量％(以水泥重量為基準(zhǔn))的權(quán)利要求1-3的陰離子化合物而獲得的可泵送含水混凝土拌和物，陰離子化合物作為穩(wěn)定劑和引氣劑。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于按照權(quán)利要求12制備混凝土拌和物。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣孔體積為10－85%、優(yōu)選為20－85%的含水混凝土拌和物,當(dāng)養(yǎng)護(hù)時,獲得具有均勻密度和較高強(qiáng)度的混凝土。其通過使用含有兩個磺酸基的通式(Ⅰ)為(R)
文檔編號C04B28/02GK1216520SQ97193846
公開日1999年5月12日 申請日期1997年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月18日
發(fā)明者K·斯特里德, I·約翰森, K·斯威德曼, M·納斯倫德 申請人:阿克佐諾貝爾表面化學(xué)公司, 塞納德特克尼科比頓公司