CN107108379A - 制造包含膨胀聚合物微球的水泥的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使可膨胀聚合物微球膨胀的方法，包括在用于胶凝组合物的建筑材料制造期间使包括未膨胀的可膨胀聚合物微球与热原位接触。这种建筑材料可包括骨料材料和/或可在胶凝组合物中存在的其他成分，例如飞灰、硅灰、矿渣、偏高岭土、纤维等。一种制造建筑材料的方法，包括：(i)在所述的建筑材料的制造之前和/或期间使未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触，以形成膨胀的聚合物微球；(ii)任选地预湿膨胀的聚合物微球；以及(iii)将膨胀的聚合物微球与建筑材料混合。

Description

制造包含膨胀聚合物微球的水泥的方法
提供一种使可膨胀聚合物微球膨胀的方法以及一种制造建筑材料的方法，所述方法包括使可膨胀聚合物微球膨胀以及将膨胀的可膨胀聚合物微球与用于胶凝组合物的建筑材料混合。
冻融循环可严重损坏水饱和硬化胶凝组合物，如混凝土。防止或减少所致损坏的最常见的技术是在该组合物中纳入显微镜级的精细的孔或空隙。孔或空隙起到内部膨胀腔室的作用，并因此可通过减轻由冻融循环导致的液压变化来保护组合物免于冻融损坏。用于生产胶凝组合物中的这样的空隙的常规方法是通过将引气剂(air-entraining agent)引入到该组合物中，这能使混合过程中截留在组合物中的微小气泡稳定化。
令人遗憾的是，这种在胶凝组合物中产生空气空隙的方法受到多种生产和放置方面问题的困扰，其中一些问题如下：
气含量：胶结组合物中含气量的变化会导致如下结果：如果气含量随时间降低，则可导致组合物对冻融损害的抗性差，或者如果空气含量随时间增高，则组合物的压缩强度降低。实例是泵送胶凝组合物(通过压缩使空气含量降低)、超塑化剂的工作现场添加(常常提高空气含量或使空气孔隙系统丧失稳定)、以及特定外加剂与引气表面活性剂(其可增加或减少空气含量)的相互作用。
气体空隙稳定化：未能使气泡稳定化可能是由吸附用于稳定化的表面活性剂的材料(即具有高表面积碳的飞灰)的存在或水分不足以使表面活性剂正常起作用(即低坍落度混凝土)而引起的。
气体空隙特性：过大而不能提供对冻融损害的抗性的气泡的形成，可能是由于骨料质量差或分级不好、使用使气泡失稳定的其他外加剂等原因所致。这样的空隙常常是不稳定的，且趋向于上浮到新拌混凝土的表面。
过度修整((overfinishing)：通过过度修整除去空气，将空气从混凝土表面除去，这通常因邻近过度修整表面的卸载区水泥浆的结垢导致损坏。
在混合时使空气的生成和稳定以及确保其在胶凝组合物硬化前保持适当的量和空隙尺寸，仍然是北美的胶凝组合物生产商的最大的日常挑战。夹带到胶凝组合物中的空气空隙系统的空气含量和特性不能通过直接定量方法进行控制，而是只能通过添加到该组合物的引气剂的量/类型来间接地控制。诸如骨料的组成和颗粒形状、混合料中水泥的类型和量、胶凝组合物的稠度、所用混合器的类型、混合时间和温度等因素都会影响引气剂的性能。普通引气混凝土中的空隙尺寸分布可显示很宽范围的变化，在10-3000微米(μm)或更大。在这样的胶凝组合物中，除对于循环冻融损害抗性不可或缺的小空隙外，较大空隙的存在为不可避免的特征，较大孔隙对胶凝组合物的耐久性贡献极小，且可能会降低组合物的强度。
已经显示引气剂提供对冻融损害的抗性以及对结垢损害的抗性，这发生在由于许多原因(上文讨论了其中的一些原因)中的任何原因而使硬化的胶凝组合物脱离时。然而，因为常规引气剂遭受上文所讨论的问题，所以胶凝组合物行业正在寻找新的且更好的外加剂，以提供当前由常规引气剂提供的特性。
最近的发展是使用聚合物微球来在胶凝组合物中建立尺寸受控的孔隙。然而，发展仍然不间断地进行，以改进胶凝组合物中的聚合物微球的功能，并降低将聚合物微球包括在胶凝组合物中所费的成本。
为了提供适当尺寸的气体空隙，可能需要使聚合物微球在纳入胶凝组合物之前膨胀。膨胀后，膨胀的聚合物微球的体积最高达未膨胀的微球积的约75倍。由于与运输包括大体积膨胀微球的外加剂相关联的高运输成本，提供包括膨胀的聚合物微球的胶凝组合物外加剂可能是昂贵的，尤其是如果以可包括大量水的含水料浆的形式提供。
需要一种以合理价格提供用于胶凝组合物和胶凝制品的聚合物微球的方法。
本发明主题的实施方案参照附图进行说明并且仅用于说明目的。在应用方面，该主题不限制于在附图中例示的部件的结构或布置的细节。除非另有说明，相同的参考数字用于指示相同的部件。
图1是用于实施本发明主题方法的设备的实施方案的示意图。
图2是用于实施本发明主题方法的设备的实施方案的示意图。
图3是含有85％的水分的膨胀微球的照片。
图4是分散于水中的膨胀微球的照片。
图5是混凝土制品中的膨胀微球的照片。
膨胀的聚合物微球在最终凝固之前在胶凝组合物中提供空隙空间，且这些空隙空间起作用以提高胶凝材料冻融耐久性的作用。膨胀的聚合物微球将空隙引入到胶凝组合物中，以在胶凝组合物中产生完全成形的空隙结构，该空隙结构抵抗由水饱循环冷冻产生的混凝土退化，且不依赖于胶凝组合物混合过程中气泡的稳定性。膨胀的聚合物微球产生的冻融耐久性增强是基于的物理机理是减轻水在水泥材料中冻结时所产生的应力。在常规实践中，通过使用化学外加剂在硬化材料中产生具有合适的尺寸和间隔的空隙以使混合过程中引入至胶凝组合物中的空气空隙稳定。在常规胶凝组合物中，这些化学外加剂作为一类，称为引气剂。本发明的外加剂利用膨胀的聚合物微球以在胶凝组合物中形成空隙结构，并且不需要使在混合过程中引入的空气产生和/或稳定。
膨胀的聚合物微球的使用大体上消除了现有技术中遇到的一些实际问题。它还使得有可使用一些材料，即低等级高碳飞灰，因为其被认为这些材料不经进一步处理不能用在引气胶凝组合物中，所以可被填埋。这节约了水泥，且因此也节约了经济成本。因为通过此方法“建立”的空隙比通过常规引气剂获得的空隙小得多，所以达到期望耐久性所需的膨胀的聚合物微球的量也比常规加气胶凝组合物低得多。因此，在相同的对抗冻融损坏的保护水平上，使用本发明的外加剂和方法可实现更高的压缩强度。因此，可以节省用来实现强度的最昂贵的组分，即水泥。
可膨胀聚合物微球可由聚合物组成，聚合物是以下物质的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚邻氯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯以及其共聚物，如聚二氯乙烯-丙烯腈的共聚物、聚丙烯腈-共聚聚甲基丙烯腈、聚偏二氯乙烯-聚丙烯腈或氯乙烯-偏二氯乙烯等。因为微球由聚合物组成，所以壁可能是柔性的，使得它响应于压力而移动。因此，制作微球的材料可以是柔性的，并且，在某些实施方案中，可抵抗胶凝组合物的碱性环境。非限制性地，合适的可膨胀聚合物微球可从EkaChemicals Inc.,an Akzo Nobel company(Duluth,GA)以商品名称购得。合适的聚合物微球的非限制性实例包括密度范围为约0.015g/cm3-约0.025g/cm3以及大小范围为约20μm-约80μm的膨胀聚合物微球。
在某些实施方案中，未膨胀的可膨胀聚合物微球可具有约100μm或更小的平均直径，在某些实施方案中约50μm或更小，在某些实施方案中约24μm或更小，在某些实施方案中约16μm或更小，在某些实施方案中约15μm或更小，在某些实施方案中约10μm或更小，在其他实施方案中约9μm或更小。在某些实施方案中，未膨胀的聚合物微球的平均直径可以从约10μm到约16μm，在某些实施方案中从约6μm到约9μm，在某些实施方案中从约3μm到约6μm，在某些实施方案中从约9μm到约15μm，以及在其他实施方案中从约10μm到约24μm。聚合物微球可以具有中空的核和可压缩的壁。聚合物微球的内部包括一个或多个可以容纳气体(填充气体)或液体(填充液体)的空腔。
在某些实施方案中，膨胀的、可膨胀聚合物微球可以具有约200μm到约900μm的平均直径，在某些实施方案中，为约40μm到约216μm，在某些实施方案中，为约36μm到约135μm，在某些实施方案中，为约24μm到约81μm，在某些实施方案中，为约12μm到约54μm。
上文表述的直径是体积平均直径。未膨胀的和/或膨胀的可膨胀聚合物微球的直径可以通过本领域已知的任何方法确定。例如，可膨胀聚合物微球的体积平均直径可通过光散射技术确定，如利用得自Malvern Instruments Ltd(Worcestershire，UK)的光散射装置。
已发现，可膨胀聚合物微球的直径越小，胶凝组合物获得期望的冻融损坏抵抗所需要的微球的量越小。从性能角度来看，益处在于通过添加微球，压缩强度下降较小，并且从经济角度来看，益处在于需要更少量的球体。类似地，可以优化聚合物微球的壁厚度以使材料成本最小化，但是保证壁厚度足够抵抗胶凝组合物的混合、浇注、固化和修整过程期间的损坏和/或断裂。
提供一种使可膨胀聚合物微球膨胀的方法，包括在胶凝组合物或水泥制品的制造之前和/或期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触。在某些实施方案中，该方法可包括在建筑材料制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触。所述建筑材料不受特别限制，并且可包括骨料材料和/或可在胶凝组合物中发现的其他成分，如飞灰、硅灰、矿渣、偏高岭土、纤维等。
还提供一种制造用于胶凝组合物的建筑材料的方法，包括：(i)在所述的生产建筑材料的制造之前和/或期间使未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触以生成膨胀的聚合物微球；(ii)任选地预湿(pre-wetting)膨胀的聚合物微球；和(iii)将膨胀的聚合物微球与建筑材料混合。
“在建筑材料制造之前和/或期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触”的方法可包括以下步骤中的至少一个：(i)在建筑材料的制造期间，使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触，然后立即使水性浆料与建筑材料混合；或(ii)在建筑材料的制造设备中，使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触以使可膨胀聚合物微球膨胀，并将膨胀的可膨胀聚合物微球浸在水中骤冷，以及存储含有骤冷的膨胀的微球的水性浆料以与在该设备中制造的建筑材料混合。
热可由任何热源间接地或直接地提供。在某些实施方案中，热可通过使水性浆料与加热流体(如气体或液体)直接接触提供。在某些实施方案中，加热流体可不包含蒸汽。在某些实施方案中，加热流体可包含加热液体，如水。在某些实施方案中，热可通过水性浆料通过热交换器(如管中管式热交换器)与热间接接触而提供。在这些实施方案中，可使用本领域的那些普通技术人员已知的任何热交换器使水性浆料与热间接地接触。在某些实施方案中，热可通过使水性浆料与辐射(如微波辐射)接触而提供。在某些实施方案中，热可通过电阻加热器而提供，例如嵌入处理区的外壁的电阻加热器。
所需的热量将取决于使用的具体微球，考虑形成微球的材料和被微球封入内部的发泡剂。然而目前许多种类的市售微球要求大量的热量以使微球膨胀，因此工业中目前的趋势是建立需要减少量的热来使微球膨胀的微球，因为减少量的热导致成本节约以及在微球膨胀期间的安全性增加。
图3是膨胀的可膨胀聚合物微球在与热接触以使可膨胀聚合物微球膨胀之后的照片。
如本文中所使用的“在建筑材料制造设备中”是指未膨胀的、可膨胀聚合物微球的膨胀发生在与制造建筑材料的设备相同或近似的设备。
在某些实施方案中，将膨胀的聚合物微球预湿可包括将膨胀的聚合物微球分散于液体中，其中任选地液体包含水。预湿的膨胀的聚合物微球可以与建筑材料混合，其可随后用于胶凝组合物中。图4为膨胀的聚合物微球分散于水中的照片。
在某些实施方案中，将膨胀的聚合物微球预湿可包括将膨胀的聚合物微球和液体加入到混合槽中，其中任选地液体包含水。在一些实施方案中，膨胀的聚合物微球可占混合槽中所有材料总体积的约1％至约60％。
参考图1，在某些实施方案中，包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料12经第一管道14进料，而同时加热流体16经第二管道18进料。第一管道14和第二管道18在20处汇合，然后立即进入第三管道22中，第三管道22含有流入至26建筑材料制造工艺或贮存槽(未示出)中的水24。第一管道和第二管道的汇合使得未膨胀的可膨胀聚合物微球迅速加热，引起微球膨胀。膨胀的微球随后被流经第三管道22的水骤冷，其使得膨胀的微球能够保留其尺寸。在一个可选的实施方案中，可取消第三管道22，并且在接触了第二管道18中的加热流体后，膨胀的微球可直接引入到现场的存储容器(未显示)中，并存储以随后与建筑材料混合。图5为混凝土制品中膨胀聚合物微球的照片。在某些实施方案中，膨胀的微球的体积可最高达其初始未膨胀体积的约75倍。
参考图2，在某些实施方案中，第一管道14和第二管道18的汇合20处可包括第四管道21。第四管道21可包括背压发生器(back pressure generator)28，例如流量控制阀或限流装置，如孔式喷嘴。背压发生器28能够限制和/或控制水性浆料12和蒸汽16的混合物的流量，以此确保混合物获得使可膨胀微球在水性浆料12中充分膨胀所需的适当的压力和温度。在某些实施方案中，背压发生器28也可至少部分地防止第三管道22中的进料水24发生回流。
应理解，图1和2中所描述的实施方案仅为示例性的，并且当使用其他直接或间接热源时，根据所选的具体热源，可期望或要求不同的组件布置，这对于本领域普通技术人员来说是明显的。所述布置认为是落入本文所述和/或要求保护的本发明主题的一些或全部实施方案的范围内。
在某些实施方案中，膨胀的聚合物微球可利用包括以下部件的设备制备：(a)流体材料管道，与流体材料源流体连通，其中流体材料包括未膨胀的可膨胀聚合物微球；(b)处理区，和热源热传递连通，且与流体材料管道流体连通，使得流体材料在处理区内直接或间接地被热接触；以及(c)背压发生器，与处理区流体连通，能够增加处理区中的压力，这使得当流体材料离开该处理区时，可膨胀聚合物微球膨胀。
在一个实施方案中，使包含水和未膨胀的可膨胀聚合物微球的流体材料与热在处理区接触，使得未膨胀的可膨胀聚合物微球经受升高的温度和压力，这使得可膨胀的聚合物微球预膨胀。一旦离开处理区，任选通过背压发生器，可膨胀聚合物微球历经等同于处理区的压力和处理区外部环境的压力之差的压降。这种突然的压降使得可膨胀的聚合物微球迅速膨胀。
背压发生器能够限制和/或控制流体材料通过处理区的流量，以确保处理区内的温度和压力足以提供足够的压降以使得可膨胀聚合物微球能够在流出背压发生器时膨胀至所需程度。背压发生器可包括，例如，流量控制阀或限流装置，如孔式喷嘴。可选地或另外地，背压发生器可包括：(i)足以阻碍流体通过处理区的一定长度的管道，以使处理区内的压力得以保持或增加；和/或(ii)内部尺寸小于流体材料管道的内部尺寸的管道，以使处理区内的压力得以保持或增加；和/或(iii)具有不规则内壁结构的管道，如内螺纹管，以使处理区内的压力得以保持或增加。
在某些实施方案中，处理区内部的温度可以为60℃(140°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约100℃(212°F)至约160℃(320°F)，在某些实施方案中为约105℃(221°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约135℃(275°F)至约145℃(293°F)。在某些实施方案中，处理区内部温度可为约60℃(140°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约60℃(140°F)至约135℃(275°F)，在某些实施方案中为约60℃(140°F)至约105℃(221°F)。在某些实施方案中，处理区内部温度为约70℃(158°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约135℃(275°F)，在某些实施方案中为约70℃(158°F)至约105℃(221°F)。在某些实施方案中，处理区内部温度为约80℃(176°F)至约145℃(293°F)，在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约135℃(275°F)，在某些实施方案中为约80℃(176°F)至约105℃(221°F)。
在某些实施方案中，处理区内部的压力可为约46.1kPa(6.69psi)至约618.1kPa(89.65psi)，在某些实施方案中为约101.3kPa(14.69psi)至约618.1kPa(89.65psi)，在某些实施方案中为约120kPa(17.4psi)至约420kPa(60.9psi)，在某些实施方案中为约315kPa(45.7psi)至约420kPa(60.9psi)。
包含膨胀的可膨胀聚合物微球的流体材料可以加入至建筑物材料中或与建筑材料混合。
本发明的方法可以在建筑材料的制造设备中现场实施，如预拌混凝土厂。然后可将包含膨胀聚合物微球的建筑材料运输至胶凝组合物制造设备，例如即混车间或其他混凝土车间。胶凝组合物制造设备可包括用于储存水泥、水和要添加到所生产的胶凝组合物中的其他组分(如骨料和/或胶凝组合物外加剂)的区域。在所述设备中，胶凝组合物的各种组分，如水泥、水、骨料和/或外加剂，混合在一起形成胶凝组合物。混合可以在混配车中如混凝土混配车进行。一旦组分混合，就可将胶凝组合物运送到作业现场，在该作业现场存放组合物并使其能够硬化。在胶凝组合物的制造设备或另一设备现场，胶凝组合物也可用于制造胶凝制品，如混凝土砖或混凝土铺路材料。
在某些实施方案中，本发明的方法能够以最低的成本将可膨胀的聚合物微球的水性浆料和/或包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的外加剂的水性浆料运输至建筑材料的制造设备中。一旦包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料到达该设备处，就可将可膨胀的聚合物微球在现场进行膨胀。膨胀的聚合物微球可与建筑材料以如下量混合：在使用建筑材料制成的凝胶组合物中提供合适剂量(如本文中所记载的)的膨胀微球。与运送包含膨胀的可膨胀聚合物微球——(其体积可最高达未膨胀微球积的75倍)——的浆料和/或外加剂相比，运送包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的浆料和/或外加剂大大降低了运送成本，所述运送成本可能等于或超过外加剂的实际成本。此外，由于与建筑材料混合需要膨胀微球的量较小，所以运输包括膨胀微球的建筑材料的成本将不受建筑材料中包括膨胀聚合物微球的明显影响。此外，也可减少其他的物流成本，如存储成本。
在某些实施方案中，与包含常规引气剂的胶凝组合物相比，包含基于胶凝组合物的总体积计1.5体积％的膨胀的可膨胀聚合物微球的胶凝组合物的28天抗压强度可高30％，也可通过ASTM C 666，所述标准通过引证的方式纳入本说明书中。ASTM C-666用于测试胶凝组合物的对冻融损伤的抗性。
水硬性(hydraulic)水泥可为波特兰水泥、铝酸钙水泥、磷酸镁水泥、磷酸镁钾水泥、硫铝酸钙水泥或任何其他适合的水硬性粘合剂。骨料可以包括在胶凝组合物里。骨料可以为二氧化硅、石英、砂、碎大理石、玻璃球、花岗岩、石灰石、方解石、长石、冲积砂、任何其他耐用骨料(例如聚合物或其他纤维)，和这些物质的混合物。
在某些实施方案中，如本文所述的，包括在胶凝组合物(其可构成胶凝制品)中的膨胀的、可膨胀聚合物微球的量可以为约0.002重量％至约0.06重量％，基于胶凝组合物的总重量计。在其他实施方案中，包括在胶凝组合物中的可膨胀聚合物微球的量可以为约0.005重量％至约0.04重量％，基于胶凝组合物的总重量计。在进一步的实施方案中，包括在胶凝组合物中的可膨胀聚合物微球的量可以为约0.008重量％至约0.03重量％，基于胶凝组合物的总重量计。
在某些实施方案中，如本文所述的，包括在胶凝组合物中的膨胀的、可膨胀聚合物微球的量可以为约0.2体积％至约4体积％，基于胶凝组合物的总体积计。在某些实施方案中，包括在胶凝组合物中的膨胀的、可膨胀聚合物微球的量可以为约0.25体积％至4体积％，基于胶凝组合物的总体积计。在某些实施方案中，包括在胶凝组合物中的膨胀的、可膨胀聚合物微球的量可以为约0.4体积％至约4体积％，基于胶凝组合物的总体积计。在某些实施方案中，包括在胶凝组合物中的膨胀的、可膨胀聚合物微球的量可以为约0.25体积％至约3体积％，基于胶凝组合物的总体积计。在某些实施方案中，包括在胶凝组合物中的膨胀的、可膨胀聚合物微球的量可以为约0.5体积％至约3体积％，基于胶凝组合物的总体积计。
如本发明所述制备的胶凝组合物可包括其他外加剂或成分，且不应必须限制于所述制剂。这些可加入的外加剂和/或成分可包括，但不局限于：分散剂、凝固和强度加速剂/增强剂，缓凝剂、减水剂、缓蚀剂(corrosion inhibitor)、润湿剂、水溶性聚合物、流变改性剂、防水剂、非降解纤维、防潮剂、减渗剂(permeability reducer)、杀真菌外加剂、杀细菌外加剂、杀昆虫外加剂、碱反应性减少剂(alkali-reactivity reducer)、粘合剂、减缩剂，以及适合用于胶凝组合物中的任何其他外加剂或添加剂。本文中所述的外加剂和胶凝组合物不需要包含任何上述组分，但可以包含任意数量的上述组分。
胶凝组合物中可以含有骨料以提供包括细骨料的砂浆和包括细的和粗骨料的混凝土。细骨料是几乎完全通过4号筛(ASTM C125和ASTM C33)的材料，如硅砂。粗骨料是大部分截留在4号筛(ASTM C125和ASTM C33)上的材料，如二氧化硅、石英、碎大理石、玻璃球、花岗岩、石灰石、方解石、长石、冲积砂、沙子或任何其他耐用骨料，以及它们的混合物。
火山灰(pozzolan)是一种只有很小或几乎没有胶凝值(cementitious value)的硅质或铝硅质材料，但在水的存在下并呈细分散的形式下，与波特兰水泥水化过程中产生的氢氧化钙发生化学反应形成具有胶凝性能的材料。硅藻土、乳白色的燧石、粘土、页岩、飞灰、矿渣、硅灰、凝灰岩和浮岩是一些已知的火山灰水泥。某些粉碎的水淬高炉矿渣(groundgranulated blast-furnace slag)和高钙飞灰具有火山灰和胶凝二者的性质。天然火山灰(natural pozzolan)是用于定义天然形成的火山灰例如凝灰岩、浮岩、火山土、硅藻土、蛋白石(opaline)、燧石和一些页岩的技术术语。名义上的惰性材料还可以包括细碎的原石英、白云石、石灰石、大理石、花岗岩和其他材料。在ASTM C618中定义了飞灰。
如果使用硅灰，则它可以是未压实的或部分压实的或作为浆料加入。此外，硅灰与水泥粘合剂的水化副产物反应，这增加成品的强度并降低成品的渗透性。可将硅灰或其他火山灰(如飞灰或煅烧粘土如偏高岭土)以基于胶凝材料重量计的约5重量％至约70重量％的量添加到胶凝湿法浇铸混合物中。
如果使用分散剂，则可以是任何适合的分散剂，如木质素磺酸盐、β萘磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、聚天冬氨酸盐、具有和不具有聚醚单元的聚羧酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合树脂或低聚物分散剂。
可以使用聚羧酸盐分散剂，其意指一种具有带侧链的碳骨架的分散剂，其中侧链的至少一部分通过羧基、醚基或酰胺基或酰亚胺基连接到骨架上。术语分散剂也意指包括还作为胶凝组合物的增塑剂、高效减水剂、流化剂、抗絮凝剂或超塑化剂起作用的那些化学品。
术语低聚物分散剂是指作为以下成分的反应产物的低聚物：组分A，任选的组分B和组分C；其中每种组分A独立地为吸附于胶凝颗粒上的非聚合的官能部分；其中组分B为任选的部分，其中，如果组分B存在，则每种组分B独立地为置于组分A部分和组分C部分之间的非聚合部分；其中组分C为基本不吸附于胶凝颗粒上的直链或支链的水溶性非离子聚合物的至少一部分。低聚物分散剂公开于美国第6133347号专利、美国第6492461号专利和美国第6451881号专利。
可使用的凝固和强度加速剂/增强剂包括，但不限于：碱金属、碱土金属或铝的硝酸盐；碱金属、碱土金属、或铝的亚硝酸盐；碱金属、碱土金属或铝的硫氰酸盐；链烷醇胺；碱金属、碱土金属或铝的硫代硫酸盐；碱金属、碱土金属或铝的氢氧化物；碱金属、碱土金属或铝的羧酸盐(优选甲酸钙)；多羟基烷基胺；和/或碱金属或碱土金属的卤化盐(优选溴化物)。
硝酸盐的通式为M(NO3)a，其中M为碱金属或碱土金属或铝，且其中对于碱金属盐a为1，对于碱土金属盐a为2，对于铝盐a为3。优选的是Na、K、Mg、Ca和Al的硝酸盐。
亚硝酸盐的通式为M(NO2)a，其中M为碱金属或碱土金属或铝，且其中对于碱金属盐a为1，对于碱土金属盐a为2，对于铝盐a为3。优选的是Na、K、Mg、Ca和Al的硝酸盐。
硫氰酸盐的通式为M(SCN)b，其中M为碱金属或碱土金属或铝，且其中对于碱金属盐b为1，对于碱土金属盐b为2，对于铝盐b为3。这些盐分别被称为：硫氰酸盐(sulfocyanate)、硫氰化物(sulfocyanide)、硫化氰盐(rhodanate)或硫氰化盐(rhodanidesalt)。优选的是Na、K、Mg、Ca和Al的硫氰酸盐。
链烷醇胺是用于其中三价氮与烷基醇的碳原子直接连接的一类化合物的通用术语。代表式为N[H]c[(CH2)dCHRCH2R]e，其中R独立地为H或OH，c为3-e，d为0至4，e为1至3。实例包括但不限于单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和三异丙醇胺。
硫代硫酸盐的通式为Mf(S2O3)g，其中M为碱金属或碱土金属或铝，以及f为1或2和g为1、2或3，这取决于M金属元素的价数。优选的是Na、K、Mg、Ca和Al的硫代硫酸盐。
羧酸盐的通式为RCOOM，式中R为H或C1至约C10的烷基，M为碱金属碱土金属或铝。优选的是Na、K、Mg、Ca和Al的羧酸盐。羧酸盐的一个实例为甲酸钙。
多羟基烷基胺可具有以下通式：
其中h为1至3，i为1至3，j为1至3，k为0至3。优选的多羟基烷基胺为四羟基乙基乙二胺。
缓凝，或也称为延迟凝固或水化控制，使用外加剂延缓、延迟或减慢胶凝组合物的凝固速度。缓凝剂用于抵消炎热天气对胶凝组合物凝固的加速作用，或当发生存放条件困难或运输到现场有问题或为特殊修整过程的留出时间时，延迟胶凝组合物的初始凝固。大多数缓凝剂也起到低水平减水剂的作用，也可用于将一些气体夹带进入胶凝组合物中。木质素磺酸盐、羟基化羧酸、硼砂、葡萄糖酸、酒石酸和其他有机酸和它们对应的盐，膦酸酯、某些碳水化合物如糖、多糖和糖酸，以及它们的混合物都可以用作缓凝剂。
腐蚀抑制剂用于保护嵌入的钢筋免受腐蚀。胶凝组合物的强碱性会引起钢材上形成一种惰性且非腐蚀的保护性氧化膜。然而，除冰剂或海水的碳酸化作用或来自除冰剂和海水的氯离子的存在，连同氧一起，会损坏或渗透该膜并造成腐蚀。腐蚀抑制外加剂可以化学的方式减慢这种腐蚀反应。最常用于抑制腐蚀的材料为亚硝酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、某些磷酸盐或氟硅酸盐、氟铝酸盐、胺、有机类防水剂和相关的化学品。
在建筑领域，多年来已经开发出许多保护胶凝组合物免受拉伸应力和随后断裂的方法。一种现代化的方法包括使纤维分布在全部的新制的胶凝混合物中。应理解，诸如此类的纤维可包括在如本文所使用的术语“骨料”的定义范围内。硬化后，这种胶凝组合物被称为纤维增强水泥。纤维可由锆材料、碳、钢、玻璃纤维或合成材料(如：聚丙烯、尼龙、聚乙烯、聚酯、人造纤维、高强度芳纶或其混合物)制备。
防潮外加剂会降低具有低水泥含量、高水-水泥比或在骨料部分中缺乏细料的混凝土的渗透性。这些外加剂会使水分向湿混凝土内部的渗透减缓，并包括某些肥皂、硬脂酸盐和石油产品。
减渗剂用于降低水在压力下传递通过胶凝组合物的速度。硅灰、飞灰、矿渣粉、偏高岭土、天然火山灰、减水剂和胶乳可以用于降低胶凝组合物的渗透性。
通过使用杀真菌、杀细菌和杀昆虫的外加剂可以部分地控制真菌和细菌在硬化的胶凝组合物之上和之中的生长。用于这些目的的最有效的材料是多卤代苯酚、二氯甲桥(dialdrin)乳剂和铜化合物。
着色外加剂通常由颜料组成，所述颜料为有机颜料，如酞菁，或无机颜料，如含金属颜料，其包括但不局限于金属氧化物及其他含金属颜料，且可包括但不局限于含氧化铁颜料、氧化铬、氧化铝、铬酸铅、氧化钛、锌白、氧化锌、硫化锌、铅白、铁锰黑、钴绿、锰蓝、锰紫、硫硒化镉、铬橙、镍钛黄、钛铬黄、硫化镉、锌黄、群青蓝和钴蓝。
碱反应性减少剂可缓解碱-骨料反应并限制此反应可能在硬化胶凝组合物中产生的破坏性膨胀力。火山灰(飞灰、硅灰)、高炉矿渣、锂盐和钡尤其有效。
可使用的减缩剂可以包括但不限于RO(AO)1-10H，其中R为C1-5烷基或C5-6环烷基，且A为C2-3亚烷基、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱土金属氧化物，优选地是硫酸钠和氧化钙。
上文列出的额外外加剂和添加剂是说明性的，而非穷举的或限制性的。
在本发明主题的第一实施方案中，提供一种使可膨胀聚合物微球膨胀的方法，包括在用于胶凝组合物的建筑材料制造之前和/或期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触。
第一实施方案的方法可进一步包括：在建筑材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触。
第一或后续的实施方案中的任一个或两者的方法可进一步包括：所述的在骨料材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触包括在建筑材料的制造期间在将水性浆料与建筑材料混合之前使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触。
第一或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：对水性浆料进入进料水的流量进行限制和/控制。
第一或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：所述的在建筑材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触包括在建筑材料制造设备中使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触以使可膨胀聚合物微球膨胀以及将膨胀的可膨胀聚合物微球在水中骤冷，以及存储含有骤冷的、膨胀的微球的水性浆料以用于引入到在该设备中制造的建筑材料中。
第一或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：将含有骤冷的、膨胀的微球的水性浆料存储在储存槽里。
第一或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：在所述的将膨胀的可膨胀聚合物微球于水中骤冷之前，对水性浆料的流量进行限制和/或控制。
在本发明的第二实施方案中，提供一种制造建筑材料的方法，该方法包括：(i)实施第一或随后的实施方案中的任一个方法；(ii)任选地预湿膨胀的聚合物微球；以及(iii)将膨胀的聚合物微球与建筑材料混合。
第二实施方案的方法可进一步包括：所述的预湿膨胀聚合物微球包括将膨胀的聚合物微球分散在液体中，其中任选地液体包含水。
第二或随后的实施方案中的任一个或两者的方法可进一步包括：所述的预湿膨胀的聚合物微球包括将膨胀的聚合物微球和液体加入到混合槽中，其中任选地液体包含水。
第二或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：膨胀的聚合物微球占混合槽中所有材料总体积的约1体积％至60体积％。
第二或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：将预湿的膨胀的聚合物微球分散体在与建筑材料混合之前保留在多个储存器中的至少一个中。
在本发明主题的第三实施方案中，提供一种制造建筑材料的方法，所述方法包括：(i)在所述的建筑材料的制造之前和/或期间使未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触以产生膨胀的聚合物微球；(ii)任选地预湿膨胀的聚合物微球；和(iii)将膨胀的聚合物微球与建筑材料混合。
第三实施方案中的方法可进一步包括：在建筑材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触。
第三或随后的实施方案中的任一或两者方法可进一步包括：所述的预湿膨胀的聚合物微球包括将膨胀的聚合物微球分散于液体中，其中任选地液体包含水。
第三或随后的实施方案中的任一方法可进一步包括：所述的预湿膨胀的聚合物微球包括将膨胀的聚合物微球和液体加入到混合槽中，其中任选地液体包含水。
第三或随后的实施方案中的任一方法可进一步包括：膨胀的聚合物微球占混合槽中所有材料总体积的约1体积％至约60体积％。
第三或随后的实施方案中的任一方法可进一步包括：在所述的使未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触后，对水性浆料的流量进行限制和/或控制。
第三或随后的实施方案中的任一方法可进一步包括：水性浆料的流量通过产生背压的装置进行限制和/或控制。
第三或随后的实施方案中的任何一个方法可进一步包括：产生背压的装置为阀或孔式喷嘴。
第三或随后的实施方案中的任一方法可进一步包括：将预湿的膨胀的聚合物微球在与建筑材料混合之前保留在多个存储容器中的至少一个中。
在本发明主题的第四实施方案中，提供一种制造胶凝组合物的方法，包括：(i)实施第一、第二、第三或随后的实施方案中的任一方法以形成包括膨胀聚合物微球的建筑材料；以及(ii)将包括膨胀的聚合物微球的建筑材料与水、水泥和任选的额外的成分混合以形成胶凝组合物。
应理解，本文中所述实施方案仅为示例性的，并且本领域的技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出变化和修饰。所述变化和修饰应包括在如上文所述的本发明的范围内。此外，公开的全部实施方案不一定是替代性的，因为本发明的各种实施方案可以组合以提供期望的结果。

Claims (13)

1.一种使可膨胀聚合物微球膨胀的方法，包括在用于胶凝组合物的建筑材料的制造之前和/或期间使未膨胀的可膨胀聚合物微球水性浆料与热接触。
2.权利要求1的方法，其中所述方法包括在建筑材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球水性浆料与热原位接触。
3.权利要求1或2的方法，其中所述的在建筑材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触包括在建筑材料的制造期间在将水性浆料与骨料材料混合之前使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球在的水性浆料与热接触。
4.权利要求3的方法，其中对水性浆料的流量进行限制和/或控制。
5.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述的在建筑材料的制造期间使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热原位接触包括：在建筑材料制造设备中使包含未膨胀的可膨胀聚合物微球的水性浆料与热接触以使可膨胀聚合物微球膨胀并将膨胀的可膨胀聚合物微球在水中骤冷，以及存储含有骤冷的膨胀的微球的水性浆料以用于引入到在该设备中制造的建筑材料中。
6.权利要求5的方法，其中将含有骤冷的膨胀的微球的水性浆料存储在储存槽中。
7.权利要求5或权利要求6的方法，其中在所述的将膨胀的可膨胀聚合物微球在水中之前骤冷，对水性浆料的流量进行限制和控制。
8.一种制造建筑材料的方法，所述方法包括：(i)实施权利要求1-7中的任一项的方法；(ii)任选地预湿膨胀的聚合物微球；以及(iii)将膨胀的聚合物微球与建筑材料混合。
9.权利要求8的方法，其中所述的预湿膨胀的聚合物微球包括使膨胀的聚合物微球分散于液体中，其中任选地液体包含水。
10.权利要求8或权利要求9的方法，其中所述的预湿膨胀的聚合物微球包括将膨胀的聚合物微球和液体加入到混合槽中，其中任选地液体包含水。
11.权利要求10的方法，其中膨胀的聚合物微球占混合槽中所有材料的总体积的约1体积％至60体积％。
12.权利要求8-11中的任一项的方法，进一步包括将预湿的膨胀的聚合物微球分散体在与建筑材料混合之前保留在多个存储器中的至少一个中。
13.一种生产胶凝组合物的方法，包括：(i)实施权利要求1-12中任一项的方法以形成包括膨胀的聚合物微球的建筑材料；(ii)将包括膨胀的聚合物微球与水、水泥和任选的额外的成分混合以形成胶凝组合物。
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