CN1216004A - 砂浆制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含有粒径< 500μm的无机颗粒部分的混凝土砂浆制备方法,其中将含有无机颗粒的部分以含有无机颗粒的颗粒材料的形式加入,借助于水溶性聚合物粘结无机颗粒从而形成颗粒材料。结果,获得均匀的砂浆。

Description

砂浆制备方法
本发明涉及一种含有粒径＜500μm的无机颗粒的砂浆制备方法。
术语砂浆指含有胶结剂，填料、特别是砂，和水的混合物。
掺合砂浆、例如混凝土砂浆需要有一定量的粒径＜500μm的无机颗粒(下文指细颗粒部分)。结果可增加由砂浆制得的制品如混凝土或灰砂砖中填料的总含量，并改善制品的机械性能。这也使得加入到砂浆中的胶结剂如水泥的数量有可能更少，而同时由砂浆形成的制品仍然具有合适的良好机械性能。
在制备这样的砂浆的过程中，问题是通常与其它填料分开加入的细颗粒与砂浆的其它成分的混合是非常缓慢的、并常常是不完全的。因此不能或只能部分地得到通过加入细颗粒所获得的优点。因此，还经常需要向砂浆中加入过量的胶结剂，由这样的砂浆制得的制品的缺点是耐久性较差、收缩性增加和成本较高。
过去人们已进行过解决上述问题的各种尝试，但发现没有一种解决方案可获得满意的结果。
本发明的一个目的是提供一种没有上述缺点的砂浆的制备方法。
在本发明方法中，通过以含有无机颗粒的颗粒材料的形式加入细颗粒令人吃惊地达到了本发明的目的，这些颗粒借助于水溶性聚合物而被粘结在一起从而形成颗粒材料。
这就确保了细颗粒快速和良好的混合从而获得均匀的砂浆。
另一优点是颗粒材料易于处理，而细颗粒，例如细砂实际上是不可能处理的。当被运送时，细砂会扬尘并由此危害健康。还有，细砂的粘结性非常大并因此成团从而导致在储存容器的给料斗中搭桥，从而使砂子不能通过给料斗流动。相反，颗粒材料易于处理，不会扬尘并易于通过给料斗流动。还有，可借助于已知的方法和设备以简单的形式制备含有细无机颗粒的砂浆，因为粘接这些颗粒从而形成颗粒材料的水溶性聚合物溶解在砂浆的水中。
可形成无机颗粒的合适材料的实例是含有氧化硅和碳酸钙的材料，如粉煤灰、石英砂、高炉矿渣、石灰石和砂子。使用砂子或石灰石是优选的。
可使用的水溶性聚合物的实例是聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚乙酸乙烯酯，含有乙烯醇、丙烯酸、马来酸酐和乙酸乙烯酯纤维素单体单元的共聚物，及上述聚合物和共聚物的盐。
优选地，细颗粒具有＜250μm、更优选＜130μm的粒径。
因此，颗粒材料是，例如，非常适用于制备具有较高强度和较低渗水性的混凝土。
本发明方法所用的颗粒材料优选地能够在水中迅速分裂。如果在混凝土砂浆制备过程中，在颗粒材料被加入和掺合到水和其它成分的混合物中后，颗粒材料长时间地保持其稳定性，这将无必要地延迟制备过程。优选地，颗粒材料在23℃的水中在600秒内、更优选在300秒内、甚至更优选在60秒内发生分裂。
甚至更优选的是，在本发明方法中所用的颗粒材料在水中是如此快速地分裂，以致在颗粒材料分裂前将颗粒材料首先完全地和均匀地混合在砂浆中。结果，获得不含有或含有很少细颗粒团聚体的高度均匀的砂浆。另外，这也提供了快速的混合方法。
例如，水溶性聚合物的选择、颗粒材料的粒径和在颗粒材料中所含的水溶性聚合物的数量(以细无机颗粒为基准计)可影响颗粒材料分裂的速度。
如果颗粒材料在23℃的水中在2秒后、更优选在5秒后、甚至更优选在10秒后仍然没有分裂的话，则可获得很好的结果。通过用直径为8mm和长度为40毫米的圆柱形磁性搅拌器搅拌95克在容积为250毫升和直径为66毫米的玻璃烧杯中的23℃的水(搅拌器转速为625转/分)、同时向水中加入5克颗粒材料并随后测定颗粒材料完全分裂的时间从而确定颗粒材料在水中的分裂时间。
在本发明方法中，使用具有强度至少为30N、优选至少为40N、甚至更优选至少为50N的颗粒材料是优选的。由于这样的颗粒材料易于承受例如在储存、运输和加料期间施加于颗粒材料的外力，这就确保了在该过程中颗粒材料很好地保持其稳定性而不会破碎或磨损，破碎或磨损将会再产生一些问题，而这些问题表明在细颗粒使用期间它们本身不是颗粒材料形式。
通过将颗粒置于两块平行的平板之间、并使一块平板沿垂直方向向另一块平板移动直至颗粒变形为止来确定颗粒材料的强度，测量作用在平板上的力，用10个颗粒材料组合物的颗粒进行该操作，并计算10次测量的力的平均值。
在本发明方法中，优选使用其中所用的水溶性聚合物是含有苯乙烯和马来酸酐单体单元的聚合物(SMA聚合物)盐的颗粒材料。这样的颗粒材料具有有利的溶解速率和良好的强度。优选使用SMA聚合物的钠盐或钾盐。可以简单的方式例如在20～150℃的温度下和1～10巴的压力下使聚合物、优选为粉末与氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液混合，并随后搅拌所获得的混合物，直到使盐形式的聚合物溶解为止来制备SMA聚合物的盐。
可借助于一种，例如，在Hanson和Zimmerman,Ind.Eng.Chem.vol.49,No.11(1957),pp.1803-1807中所描述的已知方法来制备SMA聚合物。SMA聚合物含有，例如，10～50摩尔％马来酸酐单体单元。SMA共聚物优选含有15～50摩尔％、更优选含20～45摩尔％的马来酸酐单元单体。除了苯乙烯和马来酸酐单体单元外，SMA聚合物可含有，例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、这些酸的酯、丙烯腈、α-甲基苯乙烯等单体单元。由于丙烯酸的存在，特别是如果马来酸酐单体单元含量较低的话，SMA聚合物及其盐的水溶性还能进一步改善。
SMA聚合物的特征粘度是，例如，0.2～0.8分升/克。特征粘度优选为0.3～0.6分升/克，因为可由其形成非常适合于制备颗粒材料的溶液。因此可制备SMA聚合物浓度较高而粘度又很低的溶液。
SMA聚合物优选包括20～50摩尔％马来酸酐单体单元和80～50摩尔％苯乙烯单体单元，而其特征粘度为0.3～0.6分升/克。
可通过将无机颗粒与水溶性聚合物的水溶液混合来制备颗粒材料，例如混合比为：1～4.5份水溶性聚合物(重量)、10～30份水(重量)和100份无机颗粒(重量)，随后干燥由此获得的混合物，例如在炉中将混合物加热到60～90℃的温度，并将干燥的混合物磨细而形成颗粒材料。混合物优选在回转窑或成粒化盘(granulating disc)中干燥，在干燥期间直接形成颗粒材料。
优选的是，通过将粗砂磨成细砂来制备颗粒材料随后将其用于实施上述方法中。其优点在于粉磨后只需进行少量与细砂有关的操作，并且不需要借助复杂的技术从环境中提取细砂。另一个优点是由此可能获得非常纯的细颗粒。颗粒材料可具有各种形状和尺寸。最好，颗粒材料优选地具有重均粒径为1～30mm、更优选为2～10mm。最好，颗粒是单分散的，以便颗粒以相同的速度分裂。
本发明颗粒材料通常被用于任何已知的混凝土砂浆中。
如果1立方米的砂浆掺入20～450公斤的颗粒材料的话可获得良好的结果。
另外，砂浆可含有其它常规的砂浆成分，例如作为胶结剂的水泥或未消解的石灰、直径不大于2mm的粗砂、和直径大于2mm的颗粒，例如，砾石、石灰石和花岗岩颗粒。砂浆也可含有外加剂。外加剂是影响砂浆加工特性和/或由砂浆制得的制品的性能的物质。外加剂的实例是速凝剂、缓凝剂、塑化剂、着色剂、等等。
砂浆的实例是混凝土砂浆、砌筑砂浆、修补砂浆、制备灰砂砖的砂浆、膨润土砂浆、石膏砂浆，勾缝砂浆、石灰砂浆。
混凝土砂浆的组成和制备在纤维预应力水泥和混凝土(1989),ISBN1-85166-415-7和结构化学稳定的聚合物混凝土(1971)ISBN0-7065-1137-9中作过描述。
对于本技术领域的熟练人员来说，在砂浆的制备中配料顺序、混合设备和其它条件是已知的，并且，例如，它们取决于砂浆类型。
砂浆例如可由下述方法来制备：将带有或不带有一种或多种砂浆其它成分的水引入到搅拌机中搅拌，随后加入颗粒并进一步混合混合物直到水溶性聚合物已溶解和细颗粒被均匀地分散在整个的混合物中，并且如果合适的话，随后向混合物中加入砂浆的其它成分。
也可在搅拌机中预混合砂浆的干燥成分和颗粒材料，并随后向其中加入水。本发明也涉及在按照本发明制备砂浆时使用的颗粒材料。
颗粒材料除了细颗粒外，可优选地含有一种或多种外加剂。因此，不再需要对外加剂进行单独配料。
颗粒材料除了细无机颗粒外，也可含有其它无机颗粒，尽管这并不被优选。因此，在细颗粒的制备过程中，例如可通过磨细粗砂使如此产生的部分颗粒物质不仅含有细颗粒，而且也含有同细颗粒一起被引入到颗粒材料中的直径较大的颗粒。最好，颗粒材料中所含的无机颗粒的总质量的至少70重量％、更优选为至少90重量％是由细颗粒组成的。在一个更进一步改进的技术方案中，至少95重量％的被含在颗粒材料中的无机颗粒具有＜500μm、优选为＜250μm、更优选为2～130μm之间的粒径。
实施例1
将粒径为0.5～3mm的粗砂磨成粒径为3～100μm的细砂。
在搅拌容器中，在80℃的温度下搅拌100克SMA聚合物粉末、0.9升水和39克氢氧化钠直到SMA聚合物溶解并形成SMA聚合物盐为止，所说的聚合物是由66摩尔％苯乙烯单元单体和34摩尔％马来酸酐单元单体组成的并具有0.57分升/克的特征粘度。
在10升的容器中，在室温下将5公斤细砂和1升水和100克SMA聚合物盐混合5分钟。随后在80℃的热-空气炉中干燥由此获得的混合物。
随后借助于咖啡研磨机研磨干燥的混合物以产生粒径为1～3mm的颗粒材料。
在23℃下，用长度为40毫米和直径为8mm的圆柱形磁性搅拌器搅拌95克在容积为250毫升和直径为66毫米的玻璃烧杯中的水，搅拌器转速为625转/分，使用由德国Janke和Kunkel提供的ES5型搅拌器。使水与5克颗粒材料掺合。搅拌60秒后颗粒材料完全分裂。
按照标准程序，将颗粒材料掺入到混凝土砂浆中(每50公斤混凝土砂浆掺入3公斤颗粒材料)。
在搅拌机中颗粒材料能快速并均匀地分散在混凝土砂浆中。随后颗粒材料快速分裂，并获得不含任何细砂团聚体的均匀砂浆。
通过每次将一颗粒放在两块平行的不锈钢平板之间，并使一块平板沿垂直方向向另一块平板移动直到颗粒变形时为止来测量作用于平板上的力，从而来测量出抗压强度。从颗粒材料物质中选出十个粒径在5.6～8mm之间的颗粒进行该操作，计算十次测量的力的平均值。其强度为76N。
实施例Ⅱ
除了用重均分子量为130000千克/千摩尔的聚(丙烯酸)代替SMA聚合物外，如实施例1那样进行操作。像实施例1所述的那样测量直至颗粒材料在水中分裂所需的时间。该时间为120秒。颗粒材料强度为80N。
实施例Ⅲ
除了用PVA S40(聚乙酸乙烯酯)代替SMA聚合物外，如实施例1那样进行操作。研磨后，获得95重量％的颗粒材料和5重量％的疏松细砂的混合物。
像实施例1所述的那样测量直至颗粒材料在水中分裂所需的时间。该时间为20分钟。强度为53N。

Claims (11)

1．一种含有粒径＜500μm的无机颗粒的部分的砂浆制备方法，其特征在于：将含有无机颗粒的部分以含有无机颗粒的颗粒材料的形式加入，借助于水溶性聚合物粘结颗粒从而形成颗粒材料。
2．根据权利要求1的砂浆制备方法，其特征在于：所用的无机颗粒的部分是砂子或石灰石。
3．根据权利要求1或2的砂浆制备方法，其特征在于：无机颗粒具有＜250μm的粒径。
4．根据权利要求1～3的任何一项权利要求的砂浆制备方法，其特征在于：使用在23℃的水中在600秒内分裂的颗粒材料。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于：使用在23℃的水中在300秒内分裂的颗粒材料。
6．根据权利要求1～5的任何一项权利要求的砂浆制备方法，其特征在于：使用在23℃的水中在2秒后分裂的颗粒材料。
7．根据权利要求1～5的任何一项权利要求的砂浆制备方法，其特征在于：使用在23℃的水中在5秒后分裂的颗粒材料。
8．根据权利要求1～7的任何一项权利要求的砂浆制备方法，其特征在于：使用强度至少为30N的颗粒材料。
9．根据权利要求1～8的任何一项权利要求的砂浆制备方法，其特征在于：使用其中水溶性聚合物是含有苯乙烯和马来酸酐单体单元的聚合物盐的颗粒材料。
10．根据权利要求9的砂浆制备方法，其特征在于：使用钠盐或钾盐。
11．如在权利要求1～10的任何一项权利要求中使用的颗粒材料。
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