Динамические сополимеры для сохранения удобоукладываемости цементных композиций

Динамические сополимеры для сохранения удобоукладываемости цементных композиций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Обычные диспергирующие агенты для цементных композиций обычно позволяют достичь хорошего уменьшения воды, однако, они ограничены в своей способности сохранять удобоукладываемость в течение длительного периода времени. Альтернативный метод для длительного сохранения удобоукладываемости представляет собой использование добавок замедлителей. В этом случае, преимущество сохранения удобоукладываемости часто достигается за счет сроков схватывания и ранней прочности. Полезность этих диспергирующих агентов таким образом ограничена за счет их системных ограничений в молекулярном строении.

Обычные диспергирующие агенты являются статическими по своей химической структуре в течение длительного периода времени в цементных системах. Их эффективность контролируется посредством мономерного молярного соотношения, которое зафиксировано в молекуле полимера. Эффект снижения воды или эффект диспергирования наблюдается при адсорбции диспергирующих агентов на поверхности цемента. Поскольку требования к диспергирующим агентам увеличивается с течением времени в связи с механическим повреждением поверхности вследствие трения и образования продуктов гидратации, что создает большую площадь поверхности, эти обычные диспергирующие агенты не в состоянии соответствовать и удобоукладываемость теряется. Рассматриваемые динамические полимеры представляют собой молекулы с изначально низкой связывающей способностью, которые, по сути, являются ″сверхдозированными″ по отношению к адсорбированному количеству, которое необходимо для достижения целей начальной удобоукладываемости. Этот избыток полимера остается в растворе, выступая в качестве резервуара полимера в растворе для использования в будущем. С течением времени, когда увеличивается спрос на диспергирующие агенты, эти молекулы подвергаются в основе ускоренным реакциям омыления вдоль основной цепи полимера, которые генерируют дополнительные активные сайты связывания и увеличивают связывающую способность полимера.

Использование рассматриваемых динамических полимеров в качестве диспергирующих агентов в цементных композициях обеспечивает пролонгированное удержание удобоукладываемости сверх того, что ранее было достижимо со статическими полимерами. Как правило, вопрос о пролонгированной удобоукладываемости решается либо посредством повторного перемешивания (добавляя больше воды) в бетон в пункте расположения для восстановления удобоукладываемости, либо путем добавления суперпластифицирующей добавки. Добавление воды приводит к снижению прочности бетона и таким образом создает необходимость в смесях, которые являются ″с завышенным запасом прочности″ в отношении расхода цемента. Использование рассматриваемых динамических полимеров снизит необходимость в повторном перемешивании, и позволит производителям уменьшить расход цемента (и, следовательно, стоимость) в своих подборах смесей. Добавление сайта суперпластифицирующей добавки требует наличия перекачивающих установок, установленных на грузовых автомобилях, которые являются дорогостоящим и трудными для содержания, и сложными для контроля. Использование динамических полимеров позволит улучшить контроль над удобоукладываемостью бетона на протяжении длительного срока, достичь большей однородности и жесткого контроля качества для производителей бетона.

Обеспеченным является способ для достижения удержания усадки, а также производства цементных композиций с высокой ранней прочностью с использованием добавок, которые содержат полимерную композицию, которая способна достигать высоких ранних прочностей и расширенной удобоукладываемости.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Фиг.1 представляет собой графическое представление бетонной осадки как функция времени, сравнивая использование рассматриваемого динамического полимера по сравнению с обычно применяемым поликарбоксилатным диспергирующим агентом в рассматриваемом способе.

Фиг.2 представляет собой графическое представление бетонной осадки как функция времени, сравнивая использование рассматриваемого динамического полимера по сравнению с обычно применяемым поликарбоксилатным диспергирующим агентом в рассматриваемом способе.

Фиг.3 представляет собой графическое представление бетонной осадки как функция времени, сравнивая использование рассматриваемого динамического полимера по сравнению с обычно применяемым поликарбоксилатным диспергирующим агентом в рассматриваемом способе.

Фиг.4 представляет собой графическое представление бетонной осадки как функция времени, сравнивая использование рассматриваемого динамического полимера по сравнению с обычно применяемым поликарбоксилатным диспергирующим агентом в рассматриваемом способе.

Фиг.5 представляет собой графическое представление бетонной осадки-текучести как функция времени, сравнивая использование рассматриваемого динамического полимера по сравнению с обычно применяемым поликарбоксилатным диспергирующим агентом в рассматриваемом способе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящий способ производства удерживающих осадку и удерживающих осадку с высокой ранней прочностью цементных композиций включает смешивание гидравлического цемента, заполнителя, воды и удержавающей осадку добавки, в котором удерживающая осадку добавка содержит динамический поликарбоксилатный сополимер, который содержит остатки по крайней мере следующих мономеров,

A) ненасыщенная дикарбоновая кислота,

B) по крайней мере один этиленненасыщенный алкениловый эфир, который имеет C_2-4 оксиалкиленовую цепь от около 1 до 25 единиц,

C) по крайней мере один этиленненасыщенный алкениловый эфир, который имеет C_2-4 оксиалкиленовую цепь от 26 до около 300 единиц, и

D) этиленненасыщенный мономер, который содержит гидролизующуюся в цементной композиции часть, в котором остаток этиленненасыщенного мономера, когда гидролизуется, содержит активный сайт связывания компонентов цементной композиции.

Используемые здесь термины ″(мет)акриловый″ и ″(мет)акрилат″ означают включающие и акриловую и метакриловую кислоту и их производные. Для удобства ссылка на любой из составных мономеров здесь включает ссылку на их остаточные единицы в сополимере.

Гидравлическим цементом может быть портландцемент, кальциево-алюминатный цемент, магнезиофосфатный цемент, магниевый фосфато-калиевый цемент, сульфоалюминат кальциевый цемент, пуццолановый цемент, шлаковый цемент, или любое другое подходящее гидравлическое вяжущее вещество. Заполнитель может быть включен в цементную композицию. Заполнителем может быть оксид кремния, кварц, песок, мраморный щебень, стеклянные шары, гранит, известняк, кальцит, полевой шпат, аллювиальные пески, любой другой долговечный заполнитель, и их смеси.

Рассматриваемые динамические полимеры имеют часть своих сайтов связывания, заблокированных с группами, которые являются устойчивыми к хранению и условиям композиции, но эти неактивные сайты связывания являются причиной, которая делает их незащищенными, когда полимер входит в сильнощелочную окружающую среду, которая находится в цементных композициях.

Дикарбоновая кислота (компонент A) содержит, по крайней мере, одну из малеиновой кислоты, фумаровой кислоты, итаконовой кислоты, цитраконовой кислоты, глутаконовой кислоты, 3-метилглутаконовой кислоты, мезаконовой кислоты, муконовой кислоты, травматовой кислоты или их солей. Подходящие соли включают одновалентный металл, такой как щелочной металл, двухвалентный металл, такой как щелочноземельный металл, ион аммония или остаток органического амина. Органические амины могут быть замещены аммониевыми группами, которые полученны от первичных, вторичных и третичных С_1-20 алкиламинов, С_1-20 алканоламинов, C_5-8 циклоалкиламинов или C_6-14 ариламинов.

В некоторых воплощениях, по крайней мере один из этиленненасыщенных алкениловых эфиров (компонент B) и (компонент C) содержит C_1-8 алкенильную группу. В определенных воплощениях, алкениловый эфир представляет собой виниловый, аллиловый или (мет) аллиловый эфир, и/или может быть получен из C_2-8 ненасыщенного спирта. В некоторых воплощениях, C_2-8 ненасыщенный спирт представляет собой, по крайней мере, один из винилового спирта, (мет) аллилового спирта, изопренол или метилбутанол.

Этиленненасыщенные алкениловые эфиры кроме того содержат от C₂ до C₄ оксиалкиленовые цепи различной длины, что означает разное число оксиалкиленовых звеньев. Однако, часть боковых цепей имеют относительно небольшую длину (более низкую молекулярную массу) способствующую повышению массовой эффективности, и часть боковых цепей имеют относительно большую длину (более высокую молекулярную массу) способствующую повышенному эффекту диспергирования, развитию высокой ранней прочности, и улучшению времени схватывания. В некоторых воплощениях, оксиалкиленовые звенья содержат, по крайней мере, один из оксида этилена, оксида пропилена, или их комбинаций. Оксиалкиленовые звенья могут присутствовать в форме гомополимеров, или случайных или блок-сополимеров. В определенных воплощениях, по крайней мере, одна из боковых цепей алкенилового эфира содержит хотя бы одно C₄ оксиалкиленовое звено. В некоторых воплощениях, остатки более, чем одного мономера компонента В типа и/или более чем одного мономера компонента C типа, могут находиться в молекуле рассматриваемого динамического полимера.

В качестве иллюстрации, но не для ограничения, гидролизуемая часть может содержать по крайней мере один из C_1-20 алкилового эфира, C_1-20 амино алкилового эфира, C_2-20 спирта, C_2-20 аминоспирта, или амида. Гидролизуемые части могут включать, но не ограничены, акрилатные или метакрилатные эфиры различных групп, которые имеют скорость гидролиза такую, что делает их пригодными для временного масштаба приготовления бетонной смеси и размещения, в некоторых воплощениях до от 2 до 4 часов. К примеру, в одном из воплощений этиленненасыщенный мономер Компонента D может включать эфир акриловой кислоты с эфирной функциональностью, содержащую гидролизующуюся часть. В некоторых воплощениях, неактивный сайт связывания может содержать остаток эфира карбоновой кислоты, который имеет гидроксиалканольную гидролизующуюся часть или функциональную группу, такую как гидроксиэтанол или гидроксипропиловый спирт. Эфирная функциональная группа может таким образом содержать, по крайней мере, одно из гидроксипропила или гидроксиэтила. В других воплощениях, обеспечены другие типы неактивных сайтов связывания с различной скоростью омыления, такие как, к примеру, производные акриламида или метакриламида. В некоторых воплощениях, этиленненасыщенный мономер компонента D может содержать, по крайней мере, один из ангидрида или имида, необязательно содержащий, по крайней мере, один из малеинового ангидрида или малеинимида.

Конечно, рассматриваемый сополимер может содержать остатки более чем одного этиленненасыщенного мономера компонента D, который содержит гидролизующуюся часть. К примеру, более чем один этиленненасыщенный мономер компонента D, который содержит гидролизуемую часть может включать остатки а) более одного типа этиленненасыщенного мономера; б) более одной гидролизующейся части; или с) комбинацию из более одного типа этиленненасыщенного мономера и более одной гидролизующейся части. В качестве иллюстрации, но не для ограничения, гидролизующаяся часть может содержать, по крайней мере, одну или более чем одну функциональную группу С_2-20 спирта.

Выбор одного из или обоих типов звеньев остатка этиленненасыщенного мономера включенных в сополимерную цепь, и производная гидролизующейся части, или гидролизующаяся боковая группа, связанная с остатком, также как и тип связи, влияет на скорость гидролиза неактивного сайта связывания в использовании, и, таким образом, продолжительность удобоукладываемости цементной композиции, которая содержит динамический полимер.

Динамический полимер может включать мономерные остатки, которые имеют другие связи, такие как сложные эфиры, амиды, и тому подобное. К примеру, сополимер может дополнительно включать оксиалкиленовую боковую цепь замещенный мономерный остаток, который имеет по крайней мере одну связь эстера, амида, или их смеси. В некоторых воплощениях, динамический полимер может включать мономерные остатки компонента Е, полученные из других не гидролизующихся этиленонезамещенных мономеров, таких как стирол, этилен, пропилен, изобутан, альфа-метил стирол, метилвиниловый эфир, и тому подобное.

В некоторых воплощениях, молярное отношение мономера кислоты (A) к алкениловым эфирам (B) и (C), т.е. (A):(B+C) составляет от 1:2 до 2:1, в некоторых воплощениях от 0.8:1 до 1.5:1. В некоторых воплощениях молярное отношение (B):(C) составляет между около 0.95:0.05 и 05:0.95. В других воплощениях, молярное отношение (B):(С) составляет между около 0.85:0.15 и около 0.15: 0,85. Кроме того, в некоторых воплощениях, отношение мономера кислоты (A) к мономеру, который содержит гидролизующуюся часть (D) составляет между около 16:1 и около 1:16, в некоторых воплощениях между около 4:1 и примерно 1:4, в других воплощениях между около 3:1 и около 1:3. В некоторых воплощениях, динамический полимер представляет собой сополимер, представленный следующей основной формулой I:

в которой R¹⁰ содержит (C_aH_2a) и а представляет собой число от 2 до 8, в которой смеси R¹⁰ возможны в той же молекуле полимера; R¹¹ содержит (C_bH_2b), и b представляет собой число от 2 до 8, в котором смеси R¹¹ возможны в той же молекуле полимера; R¹ и R2 независимо друг от друга содержат по крайней мере один C₂-C₈ линейный или разветвленный алкил; R³ содержит (CHR⁹-CHR⁹)_c где c = от 1 до около 3 и R⁹ содержит, по крайней мере, один из Н, метила, этила, или фенила и где смеси R³ возможны в той же молекуле полимера, каждое R⁵ содержит, по крайней мере, один из Н, С_1-20 (линейный или разветвленный, насыщенный или ненасыщенный) алифатический углеводородный радикал, С_5-8 циклоалифатический углеводородный радикал, или замещенный или незамещенный С_6-14 арильный радикал; m = от 1 до 25, n = от 26 до 300, w = от около 0,125 до около 8 в некоторых воплощениях от около 0,5 до 2, в некоторых воплощениях от около 0,8 до около 1,5, х = от около 0,5 до около 2, в некоторых воплощениях от около 0,8 до около 1,5, y = от около 0,05 до около 0,95 в некоторых воплощениях от около 0,15 до около 0,85, и z = от около 0,05 до около 0,95, в некоторых воплощениях от 0,15 до около 0,85; y+x=1; каждое G представлено посредством, по крайней мере, одного из

, или ,

где каждое R независимо содержит Н или СН₃; каждое М независимо содержит Н, катион одновалентного металла, такого как щелочной металл, или (½) катион двухвалентного металла, такого как щелочноземельный металл, ион аммония или остаток органического амина; каждое R⁶ независимо содержит, по крайней мере, один из Н или С_1-3 алкила; каждое R⁷ независимо содержит связь, C_1-4 алкилен; и каждое Q представляет собой этиленненасыщенный мономер компонента D, который содержит гидролизующуюся часть. Примеры этиленненасыщенного мономера, который содержит гидролизующую часть обсуждались выше.

Ариловый радикал может быть замещен такими группами, как -CN, -COOR⁸, -R⁸, -OR⁸, гидроксильные, карбоксильные или группы сульфоновой кислоты, в которых R⁸ представляет собой водород или С_1-20 алифатический углеводородный радикал. В некоторых воплощениях, амидом может быть -NH-R⁵, в котором R⁵ имеет значение, определенное выше.

В некоторых воплощениях, этиленненасыщенный мономер компонента D, который содержит гидролизующуюся часть представлен формулой II:

в которой каждое R независимо содержит Н или CH₃; и X содержит гидролизующуюся часть. В некоторых воплощениях, гидролизующаяся часть содержит по крайней мере один из алкилового эфира, аминоалкилового эфира, гидроксиалкилового эфира, амино гидроксиалкилового эфира, или амида, такого как акриламид, метакриламид и их производные.

В некоторых воплощениях, этиленненасыщенный мономер компонента D, который содержит гидролизующуюся часть представлен формулой III:

в которой каждое R независимо содержит, по крайней мере, одно из Н или CH₃; и R⁴ содержит, по крайней мере, одно из С_1-20 алкила или С_2-20 гидроксиалкила.

Рассматриваемые динамические полимеры могут быть приготовлены посредством известных методов, включая сополимеризацию замещнных мономеров, сополимеризацию незамещенных мономеров сопровождающуюся получением производных полимерных цепей, или посредством комбинаций этих методов.

Динамический сополимер может быть приготовлен посредством периодических, полу-периодических, полунепрерывных или непрерывных процедур, включая внедрение компонентов в течение инициирования полимеризации, посредством линейных дозировочных устройств, или посредством наклонно-поступательных дозирующих устройств с изменением дозы поэтапно или непрерывно, и к повышенным и/или пониженным уровням дозирования в сравнении с предыдущим уровнем.

Примеры этиленненасыщенных мономеров способных образовывать мономерные остатки, которые содержат компоненты B и/или C которые могут быть сополимеризованы, будь то гидролизуемыми или негидролизуемыми, включают производные винилового спирта такие как полиэтиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, полипропиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, полиэтиленгликоль полипропиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, полиэтиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, полиэтиленгликоль полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполипропиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполипропиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)виниловый эфир, и подобные;

производные (мет)аллилового спирта такие как полиэтиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, полипропиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, полиэтиленгликоль полипропиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, полиэтиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, полиэтиленгликоль полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполипропиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, метоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполипропиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль полибутилен гликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, этоксиполиэтиленгликоль полипропиленгликоль полибутиленгликоль моно(мет)аллиловый эфир, и подобные;

аддукты от 1 до 350 молей алкиленоксида с незамещенным спиртом такие как 3-метил-3-бутен-1-ол, 3-метил-2-бутен-1-ол, 2-метил-3-бутен-2-ол, 2-метил-2-бутен-1-ол, и 2-метил-3-бутен-1-ол, или в одиночку соответственно или в комбинациях друг с другом, включая но не ограничиваясь полиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, полиэтиленгликоль моно (3-метил-2-бутенил) эфир, полиэтиленгликоль моно (2-метил-3-бутенил) эфир, полиэтиленгликоль моно (2-метил-2-бутенил) эфир, полиэтиленгликоль моно (1,1-диметил-2-пропенил) эфир, полиэтилен полипропиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, полипропиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, метоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, этоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, 1-пропоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, циклогексилоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, 1-оцилоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, нонилалкоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, лаурилалкоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, стеарилалкоксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, и феноксиполиэтиленгликоль моно (3-метил-3-бутенил) эфир, и подобные.

Примеры этиленненасыщеных мономеров способных образовывать остатки гидролизующихся мономеров, которые содержат компонент D который может быть сополимеризован включают но не ограничены производные незамещенного эстера монокарбоновой кислоты такие как алкил акрилаты такие как метил акрилат, этил акрилат, пропил акрилат, и бутил акрилат; алкил метакрилаты такие как метил метакрилат, этил метакрилат, пропил метакрилат, и бутил метакрилат; гидроксиалкил акрилаты такие как гидроксиэтил акрилат, гидроксипропил акрилат, и гидроксибутил акрилат; гидроксиалкил метакрилаты такие как гидроксиэтил метакрилат, гидроксипропил метакрилат, и гидроксибутил метакрилат; акриламид, метакриламид, и их производные; алкиловые или гидроксиалкиловые моно- или ди-эстеры малеиновой кислоты; и малеиновый ангидрид или малеимид для того чтобы сополимеры сохранялись в сухой фазе.

Рассматриваемый динамический сополимер может иметь средневесовой молекулярный вес (MW) от около 5,000 до примерно 150,000, в некоторых воплощениях от около 10,000 до около 50,000.

Добавка рассматриваемого динамического сополимера может быть добавлена к цементной смеси с исходной партией воды или в виде добавления с задержкой, в диапазоне доз от приблизительно 0,01 до 2 процентов активного полимера на основе веса цементных материалов, в определенных воплощениях от 0,05 до 1 массовых процентов активного полимера.

Настоящий процесс, использующий рассматриваемые динамические сополимеры, может быть использован в готовой смеси или изготовленных на заводе укладках для того, чтобы обеспечить дифференцируемое задержание удобоукладываемости и все выгоды, связанные с ним. Подходящие укладки включают плоскостную отделку, мощение (которое является, как правило, сложным к вовлечению воздуха обычными средствами), вертикальную укладку, и сегменты сборного типа. Кроме того, рассматриваемые динамические сополимеры показали особую ценность в задержании удобоукладываемости чрезвычайно наполненных цементные смесей, таких как те, которые содержат большое количество инертных наполнителей, включая, но не ограничиваясь, известняковый порошок. ″Чрезвычайно наполненные″ означает, что наполнители, которые обсуждены более подробно ниже, составляют больше чем около 10 весовых процентов, на основе веса цементного материала (гидравлический цемент).

Цементные композиции, описанные здесь, могут содержать другие добавки или компоненты и не должны быть ограничены установленными или приведенными в качестве примера композициями. Цементные добавки или добавки, которые могут быть добавлены независимо, включают, но не ограничены такими как: воздухововлекающие добавки, заполнители, вулканические туфы, другие наполнители, диспергирующие агенты, усиливающие агенты, ускоряющие схватывание и ускоряющие нарастание прочности бетона, добавки-замедлители схватывания, добавки, снижающие водопотребность, ингибиторы коррозии, смачивающие агенты, водорастворимые полимеры, агенты, модифицирующие реологические свойства, водоотталкиватели, волокна, гидроизолирующие добавки, уплотняющие добавки, водооткачивающие вспомогательные вещества, противогнилостные добавки, бактерицидные добавки, инсектицидные добавки, мелкодисперсные минеральные добавки, восстановители щелочной реактивности, добавки, улучшающие сцепление, добавки, сокращающие усадку, и любую другую добавка или добавку, которая не оказывает негативное влияние на свойства цементной композиции. Цементные композиции не должны содержать одну из каждой из вышеизложенных добавок или добавок.

Заполнитель может быть включен в цементную композицию, чтобы обеспечить строительные растворы, которые включают мелкодисперсный наполнитель, и бетоны, которые также включают крупнозернистые наполнители. Мелкодисперсные наполнители представляют собой материалы, которые почти полностью проходят через решето номер 4 (ASTM С125 и ASTM С33), такие как кварцевый песок. Крупнозернистые наполнители представляют собой материалы, которые главным образом удерживаются на решете номер 4 (ASTM С125 и ASTM С33), такие как кремний, кварц, мраморный щебень, стеклянные шары, гранит, известняк, кальцит, полевой шпат, аллювиальные пески, пески или любой другой крупнозернистый наполнитель, и их смеси.

Наполнители для цементных композиций могут содержать заполнитель, песок, камень, гравий, вулканический туф, мелкодисперсные минералы, такие как неочищенный кварц, известняковый порошок, волокна, и т.п., в зависимости от применения по назначению. В виде неограничивающих примеров, камень может включать речной камень, известняк, гранит, песчаник, железистый песчаник, конгломератные отложения, кальцит, доломит, мрамор, серпентин, известковый туфф, сланец, медный купорос, гнейс, кварцитовый песчаник, кварцит и их комбинации.

Вулканический туф представляет собой кремниевый или алюмокремниевый материал, который обладает небольшой или вовсе не обладает цементирующей способностью, но будет, в присутствии воды и в мелкодисперсной форме, химически реагировать с гидроксидом кальция, произведенным во время гидратации портландцемента, чтобы сформировать материалы с цементирующими свойствами. Диатомовая земля, опаловые шерты, глины, сланцы, зольная пыль, шлак, тонкий кремнеземный порошок, вулканические туфы и пумициты являются некоторыми из известных вулканических туфов. Определенной земли гранулированный доменный шлак, и высококальциевая зольная пыль обладает и цементными и свойствами вулканического туфа. Природный вулканический туф представляет собой термин данной области, который используется для того, чтобы определить вулканические туфы, которые встречаются в природе, такие как вулканические туфы, пемзы, тонкие вулканические туффы, диатомовые земли, опалы, кремнистые сланцы, и некоторые глинистые сланцы. Зольная пыль определена в ASTM С618.

Если используется, кварцевая пыль может быть в неутрамбованном виде или может быть частично уплотнена или добавлена в виде жидкого раствора. Кварцевая пыль дополнительно реагирует с побочными продуктами гидратации цементного вяжущего вещества, которые обеспечивают увеличенную силу готовых изделий и уменьшенную проходимость готовых изделий. Кварцевая пыль, или другие вулканические туфы, такие как зольная пыль или кальцинированная глина, такая как метакаолин, может быть добавлена к цементным смесям в количестве от приблизительно 5% до приблизительно 70%, на основе веса цементного материала.

Настоящий процесс полезен в производстве сборной, готовой смеси, и/или чрезвычайно наполненных цементных композиций.

Сборные цементные композиции:

Термин ″сборные″ цементные композиции или сборный бетон имеет отношение к производственному процессу, в котором гидравлическое цементирующее связующее вещество, такое как портландцемент, и заполнители, такие как мелкодисперсный и слойчатый песок, помещены в форму и удалены после тепловлажностной обработки, таким образом, что фрагмент является произведенным перед поставкой на строительную площадку.

Сборные укладки включают, но не ограничены, сборные цементные элементы или части, такие как балки, Т-образные профильные балки, трубы, изоляционные стены, продукты из предварительно напряженного бетона, и другие продукты, где цементную композицию льют непосредственно в формы, и финальные части транспортируются на строительные участки.

Производство сборных цементных элементов обычно предполагает внедрение стальной арматуры. Арматура может присутствовать как структурное укрепление ввиду того, что разработано с использованием элементов, в которые она включена, или сталь может просто присутствовать, чтобы для элемента (такого как стенная группа занавеса) была предусмотрена возможность быть извлеченным из ее формы без разламывания.

Использующееся здесь понятие ″предварительно напряженный″ бетон относится к бетону, способность которого противостоять усилиям растяжения была улучшена при использовании напрягаемых арматурных элементов (таких как стальной кабель или пруты), которые используются, чтобы обеспечить зажимную нагрузку, производящую прочность при сжатии, которая компенсирует напряжение на растяжение, которое бетонный элемент в противном случае испытал бы из-за изгибающей нагрузки. Любой подходящий метод, известный в данной области техники, может быть использован для того, чтобы предварительно напрягать бетон. Подходящие методы включают, но не ограничены, напряженно армированный бетон с предварительным натяжением арматуры, где бетон уже отлит вокруг предварительно напряженной арматуры, и железобетонную конструкцию с натяжением арматуры на бетон, где сжатие применено к бетонному элементу после того, как процессы заливки и отверждения выполнены.

В определенных сборных укладках желательно, чтобы смесь цементной композиции имела достаточную текучесть, чтоб она обеспечивала прохождение ее через и вокруг армированной структуры, если такое требуется, чтобы заполнить форму и выровняться поверху формы, и уплотняется без использования вибрации. Эта технология обычно упоминается как самоуплотнение бетона (СУБ). В других воплощениях форма, возможно, должна быть перемешана для того, чтобы способствовать разравниванию смеси, таким путем как посредством вибрационного формования и центробежного формования. В добавок к требованию по сохранению удобоукладываемости есть требование для цементной композиции по достижению времени быстрого отверждения и высокой ранней прочности.

В отношении сборных укладок под термином ″высокая ранняя прочность″ имеется ввиду напряжение при сжатии цементной массы в пределах данного периода времени после заливки в форму. Поэтому желательно, чтобы смесь цементной композиции имела начальную текучесть и удерживала текучесть до укладки, но также и имела высокую раннюю прочность перед тем, как и к тому, времени, как сборные бетонные элементы должны быть удалены из формы.

Высокой ранней прочности армированные сборные или отлитые на месте цементные элементы, произведенные без металлического прутка, металлического волокна или укрепления из металлического прутка, которые содержат гидравлическое вяжущее вещество, поликарбоксилатную диспергирующую добавку, и структурные синтетические волокна раскрыты в находящеймся главным образом в USPN 6,942,727, включены здесь ссылкой.

Чтобы достигнуть высоких прочностей сборных цементных композиций, используется очень низкое соотношение воды к цементу. Это требует значительного количества суперпластифицирующей добавки (HRWR) для того, чтобы произвести пригодную для работы смесь. Традиционная химическая композиция HRWR, такая как нафталинсульфонатные формальдегидные конденсаты потенциально уменьшит затвердение при таких высоких дозах, и таким образом воспрепятствует развитию высокой ранней прочности, необходимой для того, чтобы удалить элемент из формы.

Как правило, развитие ранней прочности относится к прочности при сжатии, будучи достигнутой через 12-18 часов после укладки незастывшей цементной композиции в форму.

Чтобы достигнуть быстрого уровня развития прочности в формировании сборных цементных элементов без внешнего источника тепла, традиционный диспергирующая химическая композиция не была бы успешна по причине своего чрезмерного замедляющего действия на гидратацию цемента.

В сборных приложениях отношение воды к цементу составляет, как правило, выше приблизительно 0.2, но меньше чем или равно приблизительно 0.45.

Процесс обеспечен для приготовления отлитых на месте и сборных цементных элементов. Метод содержит смешивание цементной композиции, содержащего гидравлический цемент, такой как портландцемент, и описанные выше динамические сополимерные диспергирующие добавки с водой, и необязательно крупнозернистый наполнитель, мелкодисперсный наполнитель, структурные синтетические волокна, или другие добавки, такие как добавки для того, чтобы контролировать излишнюю усадку и/или взаимодействие щелочей цемента с кремнеземом наполнителя, затем формируя элемент из смеси. Формированием может быть любой обычный метод, в том числе укладка смеси в форму для того, чтобы ввести или отвердить и удалить из формы.

Сборные цементные элементы или готовые изделия, сформированные посредством вышеупомянутого процесса, могут использоваться в любом применении, но полезны для архитектурных, строительных и нестроительных применений. В качестве примеров, но не в качестве ограничения, сборные изделия могут быть сформированы в виде стеновых сборных панелей, балок, колон, труб, смотровых колодцев (наклонные стены), сегментов, сборных плит, водопропускной трубы прямоугольного сечения, понтонов, Т-образных профильных балок, U-образных труб, сдерживающих стен L-типа, балок, поперечных балок, частей дорог или мостов и различных блоков и т.п. Однако, сборные бетонные изделия не ограничены такими определенными примерами. Готовые смеси и высоконаполненные цементные композиции:

Использующийся здесь термин ″готовая смесь″ относится к цементной композиции, который является замешанный в отдельной емкости или ″дозирован″ для поставки из центрального завода вместо того, чтобы быть смешанным на строительном участке. Как правило, готовые смеси бетона специально изготавливаются для особых целей согласно специфическим особенностям отдельного строительного проекта и поставляются оптимально в необходимой удобоукладываемости в ″грузовиках с готовыми смесями бетона″.

За эти годы использование наполнителей и/или пуццолановых материалов в качестве частичной замены для портландцемента в бетоне стало все более и более привлекательной альтернативой одному только портландцементу. Желание увеличить использование инертных наполнителей и/или зольной пыли, шлака доменной печи, и естественного пуццоланового цемента в бетонных смесях может быть приписано нескольким факторам. Они включают дефицит цемента, экономические преимущества заменителя портландцемента, улучшения воздухопроницаемости бетонного продукта и более малые теплоты гидратации.

Несмотря на стоимость и эксплуатационные преимущества использования инертных или пуццолановых материалов в качестве частичных замен портландцемента в бетоне, есть практические ограничения к количеству, в котором они могут использоваться в цементной смеси. Используя эти материалы при более высоких уровнях, таких как выше приблизительно 10 массовых процентов, на основе массы портл