CN1047582C - 含有快速水化威兰胶的水泥组合物 - Google Patents

含有快速水化威兰胶的水泥组合物 Download PDF

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Abstract

一种含有快速水化威兰胶的水泥组合物。所述快速水化威兰胶可与水泥或其它干组分干混合，然后加入到预制成的水泥/水预混物中，从而在加入水泥/水混合物之前解决胶的水化。

Description

含有快速水化威兰胶的水泥组合物
混凝土组合物含有骨料(例如砂和石)、水泥和水。当把水加到水泥中时，形成浆体，经过一段时间后该浆体硬化成一种固体结构。
在水泥组合物中已使用了多种添加剂以改善其特性。长纤维如石棉，可降低这些浆体的挂留。因此当在垂直面上铺设面砖对大有益处。当在冰点以下温度浇注水泥组合物时可使用冰点抑制剂。
膨润土已被用于该目的。其它聚合物如聚乙烯醇和甲基丙烯酸甲酯已被用于降低泵送这些浆体时的摩擦力，或者是改善其和易性。烟雾二氧化硅被作为一种添加剂使用以制造低渗透性的高强混凝土。
US4,963,668描述一种水泥组合物，该组合物含有0.01～0.9％(重量)威兰胶(以干水泥重量计)以改善和易性、骨料的悬浮性、加气性、抗流挂性、流动特性和抗失水性。
当增加流动性的材料需要水化时，向含水泥的混合物中掺入增加流动性的聚合物材料是困难的。必须通过减少用于水泥和砂混合物中的原始水量，将聚合物与水水化，然后将聚合物/水分散体加入到原始水泥/砂/水混合物中以得到一种具有所要求的最终重量比的水泥/砂/水/聚合物混合物，从而实现这种水化。
当从混凝土中不断地取出水用于聚合物水化时，可被用于初始分散水泥和砂的水量不足以形成一种均匀的混合物。形成大高尔夫球和保龄球大小的结块，该结块甚至在加入平衡量的混合水时也分散不了。而且，不能迅速发生聚合物的预水化，以便与普通的60—90秒分批投配设备拌合周期保持同步。具有大量水化聚合物溶液能掺入混凝土而对于保存、混合和储藏不会显著追加成本，也是不切实际。
将含有水化聚合物的水加入干水泥/砂混合物中，直接达到预计的水泥/砂/水/聚合物重量比的作法是不理想的，因为聚合物影响了水泥的早期水化并且有可能损害混合物的力学特性。这种添加方式也使水泥颗粒的分散变得更困难。
本发明是一种用于改善水泥和易性的快速水化威兰胶。该胶比现有技术有改进，因为它不需要为了制备均匀，和易性好的混合物，而在与混凝土混合之前将胶预分散/预水化。
本发明是一种快速水化威兰胶，该胶用于这样的场合，即将威兰胶以预水化分散的形式加入不能实施的场合。
该胶具有水化特性，该特性足以使它与水泥和其它化学添加剂或外加剂如携气剂、防蚀剂、促凝剂或缓凝剂干混合，或者作为一种载体分散相，该载体一般为超塑化剂(分散剂)，然后加入预制的水泥/水预混合物中。该预制的水泥/水预混合物还可以含有足以形成混凝土组合物的骨料(如砂和石)。
聚合物不溶胀并在载体中产生粘度，这使我们可以以方便的方法将威兰胶加入胶凝产品中。由于该聚合物具有较高的水化特性，因此可以在现场制做条件下达到全部功能特性。在较低的剪切速率下，典型的分批投配设备拌合周期为60—120秒。
威兰胶是一种工业级的微生物多糖，它是通过在纯培养基中使用碳水化合物作为碳源进行发酵培养产碱杆菌菌株ATCC31555制成的。用乙醇沉淀从发酵肉汤中回收产物。威兰胶是一种主要含有杂多糖的多糖胶，它含有中性糖、D—葡萄糖、D—葡萄醛酸、L—鼠李糖和L—甘露糖、以及配糖键合的乙酰酯基。Jansson PH，Lindberg B，和Widmalm G(1985)在“碳水化合物研究”(139，217—223)中描述了该多糖的结构。
本发明所用的快速水化威兰胶是一种新型的威兰胶。Kang等人在US4,342,866中描述了一种制造威兰胶的工艺方法，该威兰胶不具有象本发明快速水化威兰胶那样的水化特性。快速水化威兰胶的制备
通过一个工艺方法制备该胶，该方法包括US4,342,866所描述的制备威兰胶工艺的许多步骤(在下文中将该威兰胶称为“威兰胶S—130”)，即S—130发酵，随后进行沉淀、干燥和磨制。然而本发明使用的威兰胶是通过改进的S—130工艺方法制得的。这些改进包括在沉淀之前对发酵肉汤进行调节，使pH在约10.5～12.5之间，优选使用KOH或苏打灰，更优选使用45％KOH，然后在约170°F—230°F的范围内加热约3—20分钟。以常规方式进行沉淀，随后的干燥及磨制。优选的是将pH值调至约11—11.5，并将肉汤在210°F下加热约5分钟。在调节pH前还优选向肉汤中加入丙酸钙，更优选的是加入0.2％的丙酸钙。对生产快速水化威兰胶所用菌株的说明A.克隆形态学特征
在营养琼脂上，在30℃一天内出现小的黄色克隆，培养5天后其直径达到约1.5mm。该克隆是圆形、光滑的、突面的、粘液状和不透明的。延长培养后，黄色变得更深，克隆的组织变得更硬。
在YM琼脂上，一天内出现小的粘液状黄色克隆，培养5天后其直径达到约3mm。该克隆是圆形、光滑的、突面的和不透明的，但是克隆的顶部是平的。没有发现膜质硬组织。B.细胞形态学特征
菌株S—130是革兰阴性棒状细菌。在营养琼脂上，细胞的平均尺寸是约0.5—0.6×1.2—1.6μm，细胞末端逐渐变细并且经常可以看到弯曲部分。在延长培养后，细胞的尺寸和形状没有显著变化。
在YM琼脂上，平均细胞尺寸是0.6—0.8×1.6—2.0μm，但是细胞变得更长(3—4μm)；PHB明显积聚。能动性为阳性。鞭毛染色(修改的硝酸银方法)表明该菌株具有混合的鞭毛突出，即极鞭毛、侧鞭毛和周毛鞭毛。C.生理与生化特性
下面是所使用试验的结果：
细胞色素氧化酶是弱的或阴性的；过氧化氢酶是阳性的。
生物体能够在37℃和41℃生长，而不能在43℃生长。
对3.0％NaCl具有耐受性，但是对6.5％NaCl不具有耐受性。
在pH5—12范围内生长。
从各种碳水化合物产生需氧酸而不是气体，这些碳水化合物是例如：
    D—木糖        乳糖
    L—阿拉伯糖    麦芽糖
    D—葡萄糖      蜜二糖
    果糖           蔗糖
    半乳糖         茧蜜糖
    甘露糖    蜜三糖
石芯汁减少而没有被胨化。
ADH是阳性，而LDC、ODC和PDA不是阳性。
MR是阳性，而VP、吲哚和脲酶是阴性。
七叶苷明胶(弱的)和Tween 80(弱的)被水解，而酪蛋白、淀粉、纤维素和果胶不被水解。
无磷酸酶，而且溶血阴性。
0.1％氯化三苯基四唑鎓不具有抑制作用。
在60℃存活30分钟。
生物体可以在EMB琼脂和亚碲酸盐血液上生长，而不能在SS和MacConkey琼脂上生长。
D.抗生素敏感性试验
S—130菌株对以下抗生素是敏感的：
    卡那霉素    30μg
    新霉素      30μg
    氯四环素    5μg
    新生霉素    30μg
    红霉素      15μg
    四环素      30μg
    庆大霉素    10μg
    羧苄青霉素  50μg并且对以下抗生素不敏感：
    青霉素      10单位
    链霉素      10μg
    粘菌素      10μg
    多粘菌素    300单位
E.营养特征
不需要有机生长因子，并且以铵盐作为唯一的氮源。总共有30种有机化合物被用作唯一的碳源和能源。多数碳水化合物都可以使用。
F.DNA的G＋C含量
没有进行DNA分析。
G.通过API系统进行识别
未通过该系统识别该菌株。
H.识别
S—130菌株是革兰阴性需氧棒状生物体。该生物体的鞭毛突出是混合形式的，可以看到极鞭毛和周毛鞭毛(可能退化的鞭毛)。根据Bergey′s Manual(第8版)，该生物体属于Alcaligenes属中的一元。
                 表1
对S—130菌株使用的生化及其它各类试验氧化酶：Kovac′s    ＋(弱)      水解Pathotech           ＋(弱)      明胶        ＋(弱)
                            酪蛋白      －过氧化氢酶          ＋          淀粉        －OF培养基：氧化的              ＋          Tween 80    ＋(弱)发酵的              －          果胶        －从葡萄糖产生气体    －          藻酸盐      NTH2S产生               －        纤维素            －从脱氨酸产生TSI        ±                 几丁质            －从胨产生氨             NT        DNA               NTβ—半乳糖苷酶(ONPG)   ＋        七叶苷            ＋精氨酸二氢酶           ＋赖氨酸                 －        在各种基质上生长：脱羧酶乌氨酸脱羧酶           －         EMB琼脂          ＋色氨酸脱胺酶           NT         MacConkey琼脂    －苯丙氨酸脱胺酶         －         SS琼脂           －脲酶                   －         甘露糖醇盐琼脂   －吲哚                   －         TCBS琼脂         －MR试验                 ＋         Tinsdale碲酸盐VP试验                 －         血液琼脂         ＋硝酸盐还原             －         Pseudosel琼脂    NT亚硝酸盐还原           －脱氮作用               NT         色素产生：Na—固定                          King A基质       －在Burh′s基质中生长    ＋         King B基质       －固氮酶活性             NT丙二酸盐(氧化)         －         染色反应：磷酸酶                 －         刚果红           －溶血作用(绵羊血)       －石芯汁：酸只还原作用3—酮乳糖产生                  －在60℃存活30分钟      ＋TSI：斜面             酸背皮                  没有生长气体                  －蛋黄反应              －
＋＝阳性；
－＝阴性
NT＝未试验。发酵条件
杂多糖是在控制的条件下通过接种无名产碱杆菌生物体在合适的含水营养培养基需氧发酵过程中产生的。该培养基含有碳源、氮源和无机盐。
通常，碳水化合物(例如葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、木糖和甘露糖等)可以单独或者混合用作营养培养基中的可吸收碳源。碳水化合物源的准确用量部分取决于培养基中的其它成分，但是通常碳水化合物的量占培养基重量的约2％—5％。优选使用3％葡萄糖。这些碳源可以单独使用，也可以几种这样的碳源在培养基中混合使用。通常在发酵过程中很多蛋白质材料可以用作氮源。合适的氮源包括例如酵母水解产物、一级酵母、大豆粉、棉籽粉、酪蛋白水解产物、玉米浸泡母液和酒糟等。氮源可以单独或混合使用，其用量占含水培养基重量的约0.05％—0.5％。
可以掺入培养基中的营养无机盐通常是可以产生钠、钾、铵、钙、磷酸根、硫酸根、氯离子和碳酸根等离子的盐。还包括微量金属如钴、锰、铁和镁。
应该注意的是在实施例中所述的基质只是对各种可以使用的基质进行说明，而不是对它们的限制。
作为另一种培养基，S—130可以在低Ca＋＋条件下即在去离子水中或者在基本无Ca＋＋离子(即在最终的发酵肉汤中每1％胶中不足约4ppm Ca＋＋)的一些其他含水体系中生长。
在约25℃—35℃温度下进行发酵；但是为了得到最佳结果，优选在约28℃—35℃温度下进行发酵。使产碱杆菌培养物生长以及产生多糖S—130的营养培养基的pH值可以是约6—8，优选6.5—7.5。
小规模发酵通常可以如下进行：将培养物接种在合适的营养培养基中，然后转移至生产培养基中，在该培养基中可以在约30℃恒温下在振荡器上进行数天发酵。
在一个灭菌培养基瓶中通过一期或多期种子生长开始发酵。种子期的营养培养基可以是任何合适的碳源与氮源的混合物。将种子瓶在约30℃恒温室中振摇1—2天或者直到其生长令人满意为止，所得生长物中的一些用于接种第二期种子或生产培养基。当使用中间期种子瓶时，它们基本上以同样的方式发展；即最后种子期瓶中的部分内含物用于接种生产培养基。将接种后的瓶在恒温下振摇几天，并且在接种期结束时，通过用合适的醇如异丙醇沉淀回收瓶中的内含物。
对于大规模生产，优选在装有搅拌器和向发酵培养基中充气装置的合适容器中进行发酵。按照这种方法，在容器中配制营养培养基并将其加热至约121℃灭菌。冷却后，用预先生长的生产培养物的种子接种灭菌培养基，并在搅拌和/或向营养培养基充气的条件下以及保持在约30℃温度下进行一段时间例如2—4天发酵。这种产生杂多糖的方法适用于大量的制备。发酵后
发酵后，优选向发酵肉汤中加入丙酸钙，并用KOH或苏打灰，优选45％KOH将发酵肉汤的pH值调至约10.5—12.5。调节pH后将其在约170°F—230°F下加热约3—20分钟。优选的是，将pH调至约11—11.5，在210°F将肉汤加热约5分钟，丙酸钙的加入量约为0.2％。
调节之后，用合适的醇如异丙醇使胶沉淀。以常规方式将该沉淀干燥。
干燥后用标准的研制方法将产品磨制。所需筛目大小根据所需产品的特性而变化。例如，对于使用常规干燥材料处理系统转移该材料，优选较大筛目大小的材料，例如80目。而为了加强快速水化的进行优选较小筛目大小的材料，例如140目。无论如何，在所有情况下，按照上述方法。使用调节了pH并随后加热的上述发酵肉汤产生的胶与按照US4,342,866中所述方法常规制备的威兰胶相比具有快速水化特性。分析
使用Bhatti等人的方法(Biochim Biophys Acta22(1970)339—347)对葡糖醛酸进行识别。通过Gerwig等人研究的方法(Carbohydrate Research 77(1979)1—7)和Leontein等人研究的方法(Carbohydrate Research62(1978)359—362)对糖的绝对构型进行测定。
基本按照Jansson等人所述方法(Chem.Common.Univ.Stockholm.8(1976)1—75)进行甲基化分析。通过在水中透析，然后冷冻干燥回收甲基化聚合物。通过在Sep—Pak C18筒上进行反相色谱(Waeghe等人，Carbohydrate Research 123(1983)281—304)回收低分子量产物。将样品用等体积的水稀释并加到柱子中。用水和乙腈一水(15∶85)洗涤，用乙腈将样品洗脱下来。甲基化多糖的羧基还原
将甲基化多糖(1.5mg)溶于新蒸馏的四氢呋喃(2ml)中。加入氢硼化锂(10mg)，并将溶液煮沸回流2小时。用M乙酸使过量的氢硼化锂分解，加入氯仿(5ml)，将溶液用水洗涤数次，干燥、浓缩。糖醛酸降解
向二甲基亚砜(1.5ml)中的甲基化多糖(1.5mg)溶液中加入微量甲苯对磺酸和2，2—二甲氧基丙烷(0.1ml)以除去所有的水。加入二甲基亚砜(2M，1ml)中的甲亚磺酰甲酸(methanide)钠，在超声浴中将混合物振摇30分钟，并将其在室温保持15小时。在外部冷却条件下加入三氘甲基碘(0.5ml)并将混合物在超声浴中振荡30分钟。通过通入氮气除去过量甲基碘，用水稀释该溶液并加至Sep—Pak C18筒上。如上所述回收该材料。用2M三氟乙酸在100℃将产物水解15小时，并对甲基化产物的混合物进行分析(表II，第3栏)。
约50％快速水化的威兰胶多糖单位含有一个O—乙酰基。发酵多糖的酸水解产物含有葡萄糖、鼠李糖和甘露糖，其相对比例为43∶46∶11。它进一步含有葡糖醛酸，使用Bhatti等人所述的方法通过甲醇分解的和三甲基甲硅烷基化的样品的g.l.c.可以识别葡糖醛酸。
按照Gerwig等人的设想，通过对用手性2—丁醇溶剂分解，然后三甲基化获得的苷进行g.l.c.对组成糖的绝对构型进行测定。葡萄糖和葡糖醛酸具有D构型，而鼠李糖具有L构型。甘露糖具有L构型。这已经按照Leontein等人的设想，通过对用手性2—辛醇溶剂分解、然后乙酰化获得的苷进行g.l.c.被证实。
甲基化分析不包括和包括甲基化多糖的羧基还原作用，它给出了分别列于下面A栏和B栏的产物。
                   表II
       多糖和一些降解产物a的甲基化分析糖b             Tc     摩尔％
                      A     B    C     D    E1，2，3，5—鼠李糖醇           0.38                      13   222，3，4—Rha     0.59     12    7    162，3—Rha        0.94     26    21   182，3，4，6—Clc              1.00                      54   362，3，4，6—Man              1.00     10    7    19         52，4，6—Glc     1.67     26    23   43d2，3，6—Glc     1.92                      33   342，6—Glc        2.79     26    23    4         32，3—Glc        3.56           19
a符号的解释：A，甲基化多糖；B，甲基化和羧基还原的多糖；C，糖醛酸降解的多糖；D，酸性四糖；E，酸性五糖和四糖。
b2，3，4—Rha＝2，3，4—三—O—甲基—L—鼠李糖等。
c相应的醛醇醋酸盐(alditol acetate)的保留时间，与200℃在SP—1000玻璃毛细管柱上的1，5—二—O—乙酰基—2，3，4，6—四—O—甲基—D—葡糖醇有关。
d在0—4上大于90％三氘甲基。
为了测定糖残基的序列，将快速水化的威兰胶多糖进行糖醛酸降解(Lindberg等人，Carbohydrate Research 28(1973)351—357和Aspinall等人，Carbohydrate Research 57(1977)c23—c26)用二甲基亚砜中的甲亚磺酰甲酸钠处理完全甲基化的多糖，使其甲基化(用三氘甲基碘)并水解，对甲基化糖的混合物进行分析(表II，C栏)。从支化的D—吡喃葡萄糖基残基得到2，6—二—O—甲基—4—O—三氘甲基—D—葡萄糖，其4—位被释放在降解的糖醛酸上。通过β—消除释放出与糖醛酸O—4连接的3—取代的D—吡喃葡萄糖基残基，并通过β—消除进一步降解，同时释放出4—取代的L—吡喃鼠李糖基残基。该残基的很大部分也被降解。
当多糖以低浓度溶于水中时，该多糖使含水培养基具有粘性。因此，其对于切力和整体流变性的敏感性使其适于用作增稠剂、悬浮剂、乳化剂、稳定剂、润滑剂、成膜剂或粘结剂，特别是在含水体系中。特别是它已经被用于下列应用或产品中：粘接剂、砌墙水泥、薄浆水泥和砂浆、填泥料化合物、罐头密封、锅炉防垢剂、胶乳膏、焊条焊剂、铜焊膏、陶瓷釉和挤压、清洁剂和抛光，玩具、乳化剂(胶乳、沥青、硅酮)、银回收、种子涂层、杀虫剂或除草剂的喷雾控制、可乳化的、浓缩的和可流动的杀虫剂和除草剂、烟草粘结剂，水基墨水，石印墨溶液、皮革整理、水覆盖和水播种织物印刷和整理、铜网纸添加剂、铜网纸保留和形成助剂，抗粘结化合物、脱模剂、液体树脂、料浆和包装的炸药，石油和水井钻井泥浆、石油加工和完全流体，石油激发流体、压裂、间隔流体、砂填料化妆品、药物悬浮剂和乳化剂)。
                  实施例1
    生产快速水化威兰胶的发酵及回收方法A.培养物的维持
在NA琼脂上，无名产碱杆菌生物体，ATCC31555完好地生长，它具有良好的克隆形态。培养温度为30℃。该生物体产生黄色色素。B.种子制备
在30℃在YM肉汤中培养24小时制备Flask种子，然后将它用于与最终发酵物培养基相同的接种种子培养基。每14升发酵物使用5％接种物。C.最终发酵物培养基
下面的培养基给出了在14升发酵物中可接受的结果，该培养基也可用于更大规模20升和70升发酵物：
      葡萄糖               3.0％
    K2HPO4              0.05％
    Promosoy               0.05％
    NH4NO3              0.09％
    MgSO4·7H2O         0.01％
    Fe＋＋                1ppm
    空穴盐(RoLesalts)     1ml/l
将pH控制在6.5—7.5。在0小时时，pH为7.3，测定的剩余碳源为3.07％。25.5小时后，pH为7.0，所测比尔粘度为2350。63.5小时后，pH为6.3，比尔粘度为3950，通过加入4％异丙醇使反应终止。
空穴盐是含有酒石酸盐、钼酸镁、CoCl3、ZnCl2、CuCl2、硼酸、氯化锰和硫酸亚铁的微量元素溶液。
开始的搅拌和充气速度分别为400rpm和3L/M。对发酵液保持恒定速度的通气。搅拌速度则根据发酵过程中确保良好混合的需要而增加。最大搅拌速度为1600rpm。
当需要低钙产品时，使用含去离子水的上述培养基。D.肉汤调节
在此阶段，向肉汤中加入0.2％丙酸钙。用45％KOH将发酵肉汤调至pH11—11.5，然后在210°F加热5分钟。E.回收
在得到58—62％废异丙醇的沉淀条件下产生好的纤维。F.干燥
在用旋转空气干燥器干燥之后回收产品。
干燥后用标准磨制方法将产品研磨。所需筛目大小根据所需产品的特性改变。例如，对于使用常规干燥物质处理系统转移物质优选较大筛目大小的物质，如80目。对于加强快速水化作用则优选较小筛目大小的物质，例如140目。无论如何，在所有情况下，按照上述方法，使用上述发酵肉汤pH调节及随后加热步骤产生的胶与按照US4,342,866所述方法常规制备的威兰胶相比具有快速水化特性。
在2％KCl中测量本发明的胶表明其具有良好的粘性、良好的NaCl稳定性并且在高达至少300°F下保持粘度；在2％KCl中发现了轻微的胶凝作用。
水泥组合物(可以用快速水化威兰胶制造)包括水泥、细骨料和/或粗骨料，以及在本领域众所周知的用于各种目的其它任意添加剂。下面将描述各种类型的水泥以及添加剂。
制造一立方码混凝土的典型组合物包括约400—800磅水泥；约120—480磅水(优选占所用水泥重量的0.3—0.6重量份)；约1200—4000磅的细骨料和/或粗骨料，优选水泥：细骨料和/或粗骨料的重量比为1∶3～5∶0.1—2磅本发明快速水化威兰胶，以及其它任选的所需添加剂。
在将水泥粉末加入到水泥、水、和细骨料和/或粗骨料的混合物中之前，先将一部分水泥粉末，任选的和其它干组份与快速水化威兰胶干混合，采用这种工艺制备本发明的水泥组合物。该干配合料含有要加入的全部快速水化威兰胶，和约为要加入的快速水化威兰胶重量的5～20倍的水泥。
在一个实施例中，1磅快速水化威兰胶与10磅水泥混合制成干配合料。将560磅干水泥与275磅水，1970磅粗骨料和1145磅细骨料一同混合一段时间，使水泥和骨料分散并开始水解。然后，将胶和水泥干配合料加入。
水泥组合物包括水硬性水泥，即细磨和煅烧的硅酸钙和铝酸钙，它们在与水混合时反应形成一种坚硬、象岩石一样的材料。水泥为，例如波特兰水泥、波特兰火山灰水泥(含有约15—40％的火山灰)高炉矿渣水泥、矿渣水泥(含有高炉矿渣和水化的石灰)、砌筑水泥(如粘接砂浆)、建筑混凝土(含有砂和骨料)、油井水泥(即，含有缓凝剂以避免快速固化从而可用于深井的高温和高压环境的水泥)，高铝水泥(含有大量铝酸钙)，膨胀水泥(含有高含量的硫酸盐和氧化铝浓缩物，在硬化时膨胀)，加气水泥(含有保持气泡的化合物，并且形成抗霜和抗化学混凝土)、轻混凝土(含有低密度材料，如炉渣、浮石、发泡矿渣、粉煤灰、气体、木头等)，重混凝土(含有致密的材料，如重晶石、铁矿石(即，钛铁矿或赤铁矿)，钢等)，和低热混凝土(具有改善的组合物，使固化过程中产生的热量达到最小)。
油井水泥基本上与建筑上使用的水泥(即波特兰水泥)相同。美国石油协会(American Petrolecum Institute)对油井水泥有固化标准。它们分为“A”至“H”和“N”级，所有这些水泥都能在本发明的组合物中使用。
油井水泥中的水泥添加剂是这样一些材料，这些材料与泥浆混合用于降低或增加密度，在降低单位成本的同时增大体积，加速或延缓泥浆增稠时间，提高强度，避免整个水泥浆的损失，提高或改进耐久性，降低泥浆的失水，提高或降低水泥浆的粘度。
本发明的目的是采用快速水化威兰胶控制水泥浆的失水并且作为一种悬浮剂。该胶提高了水泥组合物的和易性。通过将快速水化威兰胶与一部分水泥干拌合，然后将胶/水泥拌合料加入到水泥/水预混物的方法，简单地实现了好的和易性。在本方案中，由于引入了快速水化威兰胶，因此不必在水泥/砂/水混合之前先将威兰胶预水解，从而避免受水泥与水的水化反应产生的影响。
它改善了水泥浆的性能，使其可以容易地在拥挤的区域如钢筋周围浇注而不产生骨料沉降。
由于进行了养护。含有快速水化威兰胶的水泥浆具有更均匀的密度。胶的悬浮特性使水泥浆更均匀，很少产生骨料沉降，并且在水泥浆表面产生更少的游离水。
在本发明组合物中使用的水泥添加剂包括矿物外加剂、促凝剂、缓凝剂、流体损失减少剂、分散剂、补充剂和循环损失材料(Losscirculation materials)、消泡剂和增重材料。
矿物外加剂包括硅灰、粉煤灰、高炉渣或纤维。促凝剂包括氯化钙、硅酸钠(DiacelA)，氯化钠(盐)、氯化铵(NH4Cl)、或者是这些盐的结合或溶液。
缓凝剂包括木质素磺酸钙或木质素磺酸钠或其它木质素衍生物，硼砂化合物、CMHEC(羧甲基羟乙基纤维素)、葡糖酸钠或葡糖酸钙，以及糖。
流体损失减少剂包括膨润土、高、中和低粘度HEC，聚乙烯亚胺和聚乙烯胺、长链醇、CMHEC，聚乙烯吡咯烷酮，和细无机固体(如滑石)。
分散剂包括柠檬酸钠、奈磺酸钠、木质素和木质素衍生物，通过将水泥浆中的颗粒分散开，降低水泥浆的粘度并且有助于流体损失控制。
补充剂和循环损失材料包括火山灰、沥青、黑沥青、膨润土、硅藻土、以及各种堵塞产生整个水泥损失的通道的材料。
消泡剂包括长链醇，如辛醇、硬脂酸盐及其盐。
增重材料包括重晶石、赤铁矿和钛铁矿，以增强水泥浆的密度。
通过将快速水化威兰胶以干的形式加入剩下的组合物中可以很方便地制备本发明的水泥组合物。本发明将借助于以下制备方法和实施例得到进一步说明。这些制备方法和实施例旨在说明本发明而不是对发明进行限制。
      实施例2
按照本发明的工艺方法制备1立方码的混凝土。为了制备一种适用的水泥浆，将6磅API“G”型水泥与0.3磅、140目按实施例1所述方法制备的快速水化威兰胶干混合。将干拌合料加入一种水泥/水/骨料预混物中(该预混物含有560磅水泥、1800磅骨料，和283磅水)，形成均匀，滑软的水泥浆，其粘度随着胶浓度的增强和时间的延长而增加。
                    实施例3
按照实施2的方法制备水泥浆，只是用A型波特兰水泥代替G型API水泥并且向水泥/胶干拌合料中加入0.5～0.8％的Lomar PW分散剂。其结果形成了均匀、滑软的水泥浆。
                  实施例4(对比)
按照实施例3的方法，用按US4,342,866所述方法制备的威兰胶替代快速水化威兰胶，将水泥、水、分散剂和胶混合。由于该胶不能适当的水化，因此只能得到含有肉眼可辨凝胶球的低粘度，非均匀材料。
                      实施例5
按照实施例2的方法制备含有H水泥、0.7％分散剂、46％水和0.3％快速水化威兰胶(全部按干基重量计)的水泥浆。制成一种滑软、均匀的水泥浆。
                      实施例6
生产快速水化威兰胶的另一种发酵与回收方法A.培养物的维持
在营养琼脂上，无名产碱杆菌生物体，ATCC31555完好地生长。培养温度为30℃。该生物体产生黄色色素。B.种子制备
在30℃振摇条件下，在YM肉汤中培养24小时制备Flask种子。然后使用1％接种物开始新鲜YM肉汤接种。在30℃振荡下培养24小时后，这些YM种子用于接种含有与最终发酵物培养基相同的(除了它含有0.5％K2HPO4之外)种子培养基的一加仑发酵物。接种尺寸为6.7％、发酵温度为30℃。气流速度是1升/M，搅拌速度400rpm。在25小时时，该种子用于引发30升发酵物，其接种尺寸为5％。C.最终发酵物培养基
下面的培养基给出了在30升发酵物中可接受的结果，该培养基也可用于更大规模发酵物如70升。
葡萄糖                   3.0％
K2HPO4                0.13％
Promosoy                 0.25％
NH4NO3                0.03％
MgSO4.7H2O            0.05％
Fe4.7H2O              10ppm
防沫剂(Hodag K—21)
自来水
pH控制在6.5—7.5。在0小时时，测定的剩余碳源为3.08％。在69小时时，p且为6.55，比尔粘度为42，500CP。
开始的搅拌和充气速度分别为300rpm和5升/M。在20小时时充气速度增至10升/M，然后保持其恒定穿过发酵液。在20小时时，搅拌速度增至700rpm(最大值)。
当需要低钙产品时，使用含去离子水的上述培养基。D.肉汤调节
在此阶段，向肉汤中加入0.2％丙酸钙。用45％KOH将发酵肉汤调至pH11—11.5，然后在210°F加热5分钟。E.回收
在产生58％—62％废异丙醇的沉淀条件下产生了好的纤维。F.干燥
在用螺旋空气干燥器干燥之后回收产品。
干燥后用标准磨制方法将产品研磨。所需筛目大小根据所需产品的特性改变。例如，对于使用常规干燥物质处理系统转移物质优选较大筛目大小的物质，如80目。对于加强快速水化作用则优选较小筛目大小的物质，如140目。无论如何，在所有情况下，按照上述方法，使用上述发酵肉汤pH调节及随后加热步骤所生的胶与按照US4,342,866所述方法常规制备的威兰胶相比具有快速水化特性。
已证实，该产品的水化及溶液性质与实施例1所述样品相同。
                      实施例7
按照实施例1的方法制备快速水化威兰胶，其中在回收过程中pH控制在11，并且在170°F温度保持5分钟。将干燥的胶磨成140筛目大小。
                      实施例8
按照实施例1的方法制备快速水化威兰胶，其中在回收过程中pH控制在11，并且在210°F温度保持5分钟。将干燥的胶磨成80筛目大小。
                     实施例9
按照实施例1的方法制备快速水化威兰胶，其中在回收过程中PH控制在11，并且在210°F温度保持5分钟，然后将肉汤通过高切混合器剪切。将干燥的胶磨成80筛目大小。
                     实施例10
按照实施例1的方法制备快速水化威兰胶，其中在回收过程中pH控制在11.5，并且将温度保持在170°F。将干燥的胶磨成80筛目大小。
                     实施例11
按照实施例1的方法制备快速水化威兰胶，其中在回收过程中pH控制在11.5，并且温度保持在170°F，将肉汤通过高切混合器剪切。将干燥的胶磨成80筛目大小。
                     实施例12
按照实施例1的方法制备快速水化威兰胶，其中在回收过程中pH控制在11，并且保持在211—215°F温度。将干燥的胶磨成80筛目大小。
                     实施例13
按照实施例1的方法制备对照威兰胶，只是不进行D步骤(“调节”)。该方法包括步骤C，然后将肉汤在170°F加热5分钟，然后进行步骤E。制备三批不同的胶(13a、13b和13c)，将它们分别磨成40筛目大小至150筛目大小。
                     实施例14水化试验
为了测定按照本发明方法制备的快速水化威兰胶的水化特性，将该胶与聚乙二醇混合，并使用溶液速度测定器(Solution RateTester)测量粘度。
该测定器可以通过当以恒速搅拌聚合物溶液时监测其在烧杯中的转矩测量该聚合物溶液的水化速度。当胶溶解并且粘度增加时，烧杯转矩增加。尽管有些因素如湍流、非层流、假塑性等阻止了转矩读数与粘度的直接关系，但是图绘转矩随时间的变化提供了粘度发展的良好指示。
在溶液速率测定器上，以600rpm，转15分钟测示在自来水中浓度为0.5wt％的材料。按照3份甘醇对1份胶的比例将样品加至聚乙二醇料浆中。
在混合5分钟并放置1小时后以及在拌合器中剪切1分钟并放置18小时后测量粘度。实际上，拌合溶液在进行粘度测量前应该脱气，或者在拌合前向胶中加入脱泡剂。称取3克甘醇和1克干胶置于10ml烧杯中。使用小刮勺将料浆手混约30秒。将2.6克料浆注入5cc的注射器中，将注射器管尖截断以防止剪切。称取127.4克自来水置于溶液速度测定器所用的不锈钢烧杯中。样品        Brookfield LVT.cp.3rpm            达到90％(实施例号#)    1小时    拌合    ％最终粘度    转矩的分钟7              14,600   15,800     92.4         1.838              6,900    6,650      100          2.169              7,200    6,900      100          2.3010             7,800    8,000      97.5         9.0511             9,300    9,700      95.9         7.8312             7,250    6,100      100          2.3313a(40目)     10,000   12,000     83.3         33.28(150目)        9,200    9,600      95.8         11.7913b(40目)     10,000   13,400     74.6         18.64(150目)        8,400               100          10.5813c(40目)     8,550    14,000     62.9         23.48(150目)        8,400    13,000     64.6         10.76
应用
除了上述用途之外，本发明快速水化胶的用途包括用作建筑和水下结构修补的抗洗脱外加剂(antiwashout admirture)，加拉力后结构用流体非渗出灰浆的生产、改善增强钢筋与混凝土之间的粘结、喷浆混凝土、轻混凝土、加气混凝土、油井水泥、含有纤维的混凝土、挤压混凝土制品、予注制品以及常规地用于灰浆。适当功能所需胶的浓度随应用变化。

Claims (10)

1.水泥组合物，它含有水、水泥、砂和按照下述方法制备的快速水化威兰胶：
a)用保藏号为ATCC31555的产碱杆菌菌株接种含水营养培养基；
b)在pH6.5—7.5使细菌需氧发酵；
c)向肉汤中加入丙酸钙，调节pH至10.5—12.5，并将发酵肉汤在170°F—230°F温度加热3—20分钟；
d)从发酵培养基中沉淀威兰胶；
e)干燥沉淀物；
f)研磨干燥的沉淀物。
2.权利要求1的组合物，它含有骨料。
3.权利要求1的组合物，它含有矿物混合物。
4.权利要求1的组合物，它含有纤维。
5.权利要求1的组合物，它含有胶乳。
6.权利要求1的组合物，它含有分散剂。
7.权利要求1的组合物，它含有加气混合物。
8.权利要求1的组合物，它含有缓凝剂。
9.权利要求1的组合物，它含有促凝剂。
10.权利要求1的组合物，它含有流体损失混合物。
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