CN105016659A - 混凝土组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供混凝土组合物，其包含非离子水溶性纤维素醚、水、水泥、细集料和粗集料。该非离子水溶性纤维素醚在20℃下具有3-1,000mPa·s的2wt％水溶液粘度。该混凝土组合物具有至少0.50的静置坍落度/复拌坍落度比。

Description

混凝土组合物
相关申请的交叉引用
本非临时申请在35U.S.C.§119(a)下要求分别于2014年4月30日和2014年6月25日在日本提交的专利申请No.2014-093585和2014-129774的优先权，由此通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及混凝土组合物，更具体地，涉及耐离析例如泌水的减少并且防止任何经时的流动性的损失的混凝土组合物。
背景技术
根据水泥的水合反应的进行，混合后随时间的经过，混凝土逐渐失去流动性。这暗示混凝土随时间的经过失去施工性和作业性。关于通过进料管道的混凝土的泵送，如果由于操作者休息或者过程改变而将泵送操作中断而后重新开始，则产生问题。由于在休止期间进料管道中的混凝土的流动性降低，因此在泵送重新开始时泵送压力急剧上升。流动性进一步降低的情况下，进料管道能够被混凝土堵塞。
现有技术中，将掺加料添加到水硬性混凝土组合物中以改善它们的流动性。已知的掺加料是减水剂和高效减水剂，包括木质素磺酸系减水剂、聚羧酸系减水剂、萘系减水剂(例如，萘磺酸/甲醛缩合物盐)、和蜜胺系减水剂(例如，蜜胺磺酸/甲醛缩合物盐)。尽管这些掺加料对于改善流动性有效，但它们遭受严重的坍落度损失，即，经时的流动性损失。
为了防止新拌混凝土的物理性能经时变化，通常的作法是选择坍落度保持剂、缓凝剂和促凝剂的种类和量。例如，专利文献1公开了分散剂与促凝剂例如亚硝酸钙的组合。专利文献2和3公开了坍落度保持剂例如羟基羧酸或其盐与缓凝剂例如糖类或糖醇的组合。
由于两种掺加料的比例对效果产生大的影响，因此专利文献1的方法难以满足耐离析性和坍落度损失两者。专利文献2和3的方法提供60分钟的断续的混合后具有低坍落度损失的混凝土。但是，一旦施工中断，重新开始施工时泵送可能变得困难。
引用列表
专利文献1：JP-A H05-213651(EP 0537872)
专利文献2：JP-A H09-025149
专利文献3：JP-A H09-040447
发明内容
本发明的目的是提供混凝土组合物，其包含对混凝土赋予适合的稠度并且具有充分的润滑性以防止集料缠结在一起的纤维素醚，由此减轻经时的流动性损失。
本发明人已发现通过使用具有所需的水溶液粘度并且对混凝土赋予适合的坍落度比的纤维素醚，能够解决未解决的问题。
本发明提供混凝土组合物，其包含非离子水溶性纤维素醚、水、水泥、细集料和粗集料，其中该非离子水溶性纤维素醚在20℃下具有3-1,000mPa·s的2wt％水溶液粘度并且该混凝土组合物具有至少0.50的坍落度比(A/B)。
优选地，该混凝土组合物，在混合后即刻，具有5-24cm的坍落度值，其根据JIS A 1101测定。
优选地，该非离子水溶性纤维素醚的添加量为0.01-5kg每立方米的该混凝土组合物。也优选地，其为羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素或羟乙基纤维素。
优选地，该混凝土组合物具有35-72重量％的范围内的水/水泥比。
发明的有利效果
本发明的混凝土组合物耐离析(或成分分离)并且在一段时期的静置熟化后经历最小的流动性损失，而且在施工过程中经历最小的泵送能力的经时变化。
具体实施方式
本发明提供混凝土组合物，其包含非离子水溶性纤维素醚、水、水泥、细集料和粗集料作为必要成分。
根据本发明，该非离子水溶性纤维素醚形成具有3-1,000mPa·s、优选地20-800mPa·s、更优选地50-500mPa·s的粘度的2wt％水溶液，该粘度是以20rpm、采用B-H粘度计在20℃下测定的。如果纤维素醚的20℃下的2wt％水溶液粘度超过1,000mPa·s，这暗示太高的稠度，不利地影响混合后即刻的流动性。如果粘度小于3mPa·s，发生泌水，集料沉降，并且凝固后的强度变得不均匀。
本文中使用的非离子水溶性纤维素醚的实例包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素和羟乙基纤维素。
羟丙基甲基纤维素应优选具有1.0-2.0、更优选地1.2-1.8的甲基取代度，和0.05-0.45、更优选地0.10-0.40的羟丙基的摩尔取代度(取代摩尔数)。羟乙基甲基纤维素应优选具有1.0-2.0、更优选地1.2-1.8的甲基取代度和0.05-0.45、更优选地0.10-0.40的羟乙基的摩尔取代度。羟乙基纤维素应优选具有0.05-3.00、更优选地0.10-2.90的羟乙基的摩尔取代度。
应指出地是，DS是指“取代度”和MS是指“摩尔取代度”。关于烷基的DS和羟烷基的MS，可通过Japanese Pharmacopoeia，第16版中规定的hypromellose(羟丙基甲基纤维素)的DS的分析而进行测定。
优选地，非离子水溶性纤维素醚的添加量为0.01-5kg每立方米的混凝土组合物，更优选地0.05-3kg/m3，进一步更优选地0.1-2kg/m3。如果添加量超过5kg，起因于过高稠度的流动性损失以及非离子水溶性纤维素醚的凝固延迟效应可能招致初期材龄强度的降低。如果添加量小于0.01kg，可能产生问题，包括不足的耐离析性、泌水、集料沉降、凝固后的不均匀强度和耐久性差。
本文中使用的水泥的实例包括普通硅酸盐水泥、早高强硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、硅酸盐高炉矿渣水泥、硅石水泥、飞灰水泥、高铝水泥和超早强硅酸盐水泥。
混凝土组合物优选具有35-72wt％、更优选地45-63wt％的范围内的水/水泥比。如果水/水泥比超过72wt％，离析可能发生，或者可能使凝固显著地延迟。如果该比小于35wt％，即使使用减水剂时，流动保持性也可能变得不足。
该混凝土组合物含有粗集料和细集料作为集料。适合的粗集料包括河砾石、陆砾石、坑砾石(pit gravel)和碎石，适合的细集料包括河砂、陆砂、坑砂和碎砂。这些中，为了使混凝土组合物流动，优选使用河砾石和河砂。细集料的粒径优选为至多5mm。粗集料具有优选地至多40mm、更优选地至多25mm的较大的粒径。
添加的集料(粗集料和细集料)的适合量为1,000-2,300kg每立方米的混凝土组合物，更优选地1,150-2,150kg/m3。添加的细集料的适合量为400-1,100kg/m3、更优选地500-1,000kg/m3的混凝土。添加的粗集料的适合量为600-1,200kg/m3、更优选地650-1,150kg/m3的混凝土。为了流动性或充分的强度，全部集料中砂石比(体积％)优选为33-51体积％，更优选为35-50体积％，进一步更优选为37-49体积％。
本发明的实施中，为了用低含量的水获得良好的流动保持性，如果需要，可添加减水剂。
减水剂中，聚羧酸系减水剂包括聚羧酸醚、聚羧酸酯/交联聚合物复合物、聚羧酸醚/取向聚合物复合物、聚羧酸醚/高度改性聚合物复合物、聚醚羧酸聚合物、马来酸共聚物、马来酸酯共聚物、马来酸衍生物共聚物、含羧基的聚醚、砜封端的含聚羧酸的多组分聚合物、聚羧酸系接枝共聚物、聚羧酸系化合物和聚羧酸醚系聚合物。蜜胺系减水剂包括蜜胺磺酸-甲醛缩合物、蜜胺磺酸盐缩合物和蜜胺磺酸盐-多元醇缩合物。木质素系减水剂包括木质素磺酸盐及其衍生物。其中，对于减水效果、流动性和流动保持性，优选聚羧酸系减水剂。
尽管可根据其类型和等级来确定添加的减水剂的量，但适合的量为0.01-5重量份每100重量份的水泥。将减水剂用于用尽可能低的水含量来获得高流动性时，极少量的减水剂可能是无效的。过量的减水剂可能引起泌水和离析，典型地集料沉降，因此强度的损失。
该混凝土组合物中，为了获得适当含量的空气以使混凝土耐久，如果需要，可添加引气剂。适合的引气剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。阴离子表面活性剂的实例为羧酸、硫酸酯、磺酸和磷酸酯型表面活性剂。阳离子表面活性剂的实例为胺盐、伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐和季胺盐型表面活性剂。非离子表面活性剂的实例为酯、酯-醚、醚和链烷醇酰胺型表面活性剂。两性表面活性剂的实例为氨基酸和磺基甜菜碱型表面活性剂。这些引气剂中，为了高效的引气，优选选择阴离子表面活性剂。
引气剂的适当量为0.0001-1重量份、更优选地0.001-0.1重量份每100重量份的水泥。大于1份的引气剂可能导致空气含量过剩的混凝土并因此导致低强度。小于0.0001份的引气剂可能无法将足够量的空气引入以改善抗冻性(耐寒性/耐冻融性)。
该混凝土组合物中，为了防止混合时引入的过量空气使强度降低，如果需要，可使用消泡剂。适合的消泡剂包括氧化烯、有机硅、醇、矿物油、脂肪酸和脂肪酸酯系消泡剂。氧化烯系消泡剂的实例包括聚氧化烯例如(聚)氧乙烯-(聚)氧丙烯加成物；(聚)氧化烯烷基醚例如二甘醇庚基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧丙烯丁基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯2-乙基己基醚，和8个以上碳原子的高级醇或12-14个碳原子的仲醇的氧化乙烯氧化丙烯加成物；(聚)氧化烯(烷基)芳基醚例如聚氧丙烯苯基醚和聚氧乙烯壬基苯基醚；由氧化烯与炔属醇例如2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇和3-甲基-1-丁炔-3-醇的加成聚合得到的炔属醚；(聚)氧化烯脂肪酸酯例如二甘醇油酸酯、二甘醇月桂酸酯和乙二醇二硬脂酸酯；(聚)氧化烯山梨糖醇酐脂肪酸酯例如聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯和聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯；(聚)氧化烯烷基(芳基)醚硫酸酯盐例如聚氧丙烯甲基醚硫酸钠和聚氧乙烯十二烷基苯酚醚硫酸钠；(聚)氧化烯烷基磷酸酯例如(聚)氧乙烯硬脂基磷酸酯；(聚)氧化烯烷基胺例如聚氧乙烯月桂胺；和聚氧化烯酰胺。有机硅系消泡剂的实例包括二甲基硅油、有机硅糊、有机硅乳液、有机改性的聚硅氧烷(例如，聚有机硅氧烷例如二甲基聚硅氧烷)，和含氟硅油。醇系消泡剂的实例包括辛醇、2-乙基己醇、十六烷醇、炔属醇和乙二醇。矿物油系消泡剂的实例包括煤油和液体石蜡。脂肪酸系消泡剂的实例包括油酸、硬脂酸及其氧化烯加成物。脂肪酸酯系消泡剂的实例包括甘油单蓖麻醇酸酯、烯基琥珀酸衍生物、山梨醇单月桂酸酯、山梨醇三油酸酯和天然蜡。这些中，对于消泡能力，优选氧化烯系消泡剂。
添加的消泡剂的适当量为0.001-0.5重量份，更优选0.01-0.2重量份每100重量份的水泥。大于0.5份的消泡剂，可能观察不到进一步的消泡效果的改善。小于0.001份的消泡剂可能无法将引入的空气除去并且导致强度下降。
如果需要，可将促凝剂例如氯化钙、氯化锂或甲酸钙，和缓凝剂例如柠檬酸钠或葡糖酸钠添加到该混凝土组合物中。尽管这些试剂用于控制新拌混凝土的物理性能，但可针对具体的目的选择适合的试剂并且以通常的量添加。
为了防止养护和干燥时的收缩开裂，并且为了防止与起因于水泥的水化热的热应力相伴的开裂，如果需要，也可将膨胀剂添加到混凝土组合物中。适合的膨胀剂包括蓝方石和石灰系试剂，并且可针对具体的目的选择任何适合的试剂并且以通常的量使用。
从离析或流动性的方面出发，优选地，混凝土组合物具有5-24cm、更优选地8-21cm、进一步更优选地10-18cm的混合后即刻的坍落度值，其根据JIS A 1101。可将新拌混凝土组合物的坍落度值控制在5-24cm的范围，优选地通过调节水泥的单位重量、水的单位重量、减水剂的量等，尽管控制手段并不限于此。
通过进料管道将混凝土组合物泵送中，如果由于操作者休息或者施工过程改变而将泵送操作中断而后重新开始，则产生问题。由于在休止期间进料管道中的混凝土的流动性已降低，因此在泵送重新开始时泵送压力可能急剧上升，更严重地是，进料管道能够被混凝土堵塞。混凝土组合物具有至少0.50、优选地至少0.60、更优选地至少0.70的坍落度比(A/B)时，该问题得以解决。坍落度比(A/B)的上限为1.00。
由下述的坍落度试验确定坍落度比(A/B)。混合后将混凝土组合物静置熟化30分钟时，其显示静置坍落度值A。将熟化30分钟的混凝土组合物复拌30秒后，其显示复拌坍落度值B。具有小于0.5的坍落度比A/B的混凝土组合物在静置状态下流动性较差，暗示一旦泵送中断，重新开始泵送时复拌的额外步骤是必要的。
优选地通过控制基于其2wt％水溶液粘度的非离子水溶性纤维素醚的量，典型地如果粘度低则通过增加纤维素醚的添加量，如果粘度高则通过减少纤维素醚的添加量，可实现至少0.50的坍落度比(A/B)。
实施例
通过例示而不是通过限制，以下给出本发明的实施例。在下述实施例中，只要无另外说明，％为重量％。
成分
(1)水泥(C)：
普通硅酸盐水泥(Taiheiyo Cement Co.,Ltd.)
密度3.16g/cm3
(2)细集料(S)：
最大粒径5mm的砂，来自Shimonigorigawa，Myokou City，Niigata，Japan
吸水率2.29％
饱和表干密度2.57g/cm3
细度模量2.81％
(3)粗集料(G)：
最大粒径25mm的碎石，来自Shimonigorigawa，Myokou City，Niigata，Japan
吸水率2.05％
饱和表干密度2.61g/cm3
细度模量6.62％
(4)水(W)：自来水
(5)非离子水溶性纤维素醚(CE)
(6)减水剂：
Chupol HP-8(Takemoto Oil&Fat Co.,Ltd.)，聚羧酸系减水剂
(7)引气剂：Micro-Air 303A(BASF，阴离子表面活性剂)
(8)消泡剂：
SN-消泡剂14HP(San Nopco Ltd.，氧化烯系消泡剂)
表1
*砂石比(％)＝(细集料)/(细集料+粗集料)×100体积％
表2
注：C×％为基于水泥(C)的重量％
表3
HPMC：羟丙基甲基纤维素
HEMC：羟乙基甲基纤维素
HEC：羟乙基纤维素
混凝土混合
根据表1和2中所示的混凝土配合，在100-L双轴强制混合机中装入水泥、细集料、粗集料、消泡剂和非离子水溶性纤维素醚(表3中所示)，然后干混30秒。然后装入水、减水剂和引气剂。以60rpm将各成分混合90秒，得到混凝土组合物。每批次的混合的混凝土的体积为70L。应指出地是，如果需要，使用了引气剂和消泡剂以提供具有4.5±1.5％的空气含量的混凝土组合物。
试验
1.混凝土温度
调节各成分的温度以致混合结束时混凝土组合物具有20±3℃的温度。
2.空气含量
根据JIS A 1128进行试验。
3.坍落度试验
3-1混合后即刻的坍落度
根据JIS A 1101进行试验。
3-2坍落度比
坍落度比(A/B)通过用静置坍落度值(A)除以复拌坍落度值(B)而计算。根据JIS A 1101的坍落度试验中，用新拌混凝土填充坍落度圆锥体。将混凝土静置熟化30分钟，并且测定坍落度，得到静置坍落度值(A)。将混凝土从混合熟化30分钟后，在100-L双轴强制混合机上以60rpm将50L的混凝土复拌30秒。对复拌的混凝土测定坍落度，得到复拌坍落度值(B)。在静置熟化期间混凝土的温度为20±3℃。
4.泌水
根据JIS A 1123进行试验。低泌水值表示较好的耐离析性。
将试验结果示于表4和5中。
表4
表5
如表4中看到那样，以所需的量添加具有所需的粘度的非离子水溶性纤维素醚时，得到的混凝土组合物具有高的坍落度比和低的泌水百分率。这表明混凝土组合物在一段时间内保持稳定的流动性并且不易离析，证实改善的泵送能力和施工性。
而表5中比较例1的混凝土组合物，其使用具有低于特定范围的水溶液粘度的非离子水溶性纤维素醚，显示出低的坍落度比和高的泌水百分率。比较例2的混凝土组合物使用具有高于特定范围的水溶液粘度的非离子水溶性纤维素醚，显示低的坍落度比和低的泌水百分率。
通过引用将日本专利申请No.2014-093585和2014-129774并入本文。
尽管已对一些优选的实施方案进行了说明，但可根据上述教导对其进行大量的变形和改变。因此应理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本发明可在具体说明以外实施。

Claims (5)

1.混凝土组合物，包含非离子水溶性纤维素醚、水、水泥、细集料和粗集料，其中该非离子水溶性纤维素醚在20℃具有3-1,000mPa·s的2wt％水溶液粘度并且该混凝土组合物具有至少0.50的坍落度比(A/B)。
2.权利要求1的混凝土组合物，其在混合后即刻具有5-24cm的坍落度值，该坍落度值根据JIS A 1101测定。
3.权利要求1的混凝土组合物，其中该非离子水溶性纤维素醚的添加量为0.01-5kg每立方米的该混凝土组合物。
4.权利要求1的混凝土组合物，其中该非离子水溶性纤维素醚为羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素或羟乙基纤维素。
5.权利要求1的混凝土组合物，其具有35-72重量％的范围内的水/水泥比。
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