CN1239937A - 用于硅酸盐水泥混凝土的经表面处理的添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明是针对一种在包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物硬化之前混入该化合物中的添加剂。该添加剂包含经表面处理的添加剂，该添加剂表面是经对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理过的，该作用暂时使得该添加剂在混入化合物之后的一段时间内更加疏水，以致于在浇筑该化合物的过程中化合物所含的水较少被吸收至添加剂，由此能够使化合物具有可施工性，且以致于添加剂在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物的固化过程中添加剂参与该化合物。本发明还针对制备该添加剂的方法和制备包含该添加剂的粘结化合物的方法。

Description

用于硅酸盐水泥混凝土的经表面处理的添加剂
发明的领域
本发明涉及混入包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物(cementitious compound)中的添加剂。本发明还涉及制备该添加剂的方法和制备包含硅酸盐水泥、水和添加剂的粘结化合物的方法。
发明的背景
混凝土这种粘结化合物被认为是一种在世界上有最多用途和最广泛被制造的建筑材料。混凝土是一种凝胶(gel)，是由灰泥和骨料(aggregate)组成的颗粒增强的陶瓷-基体复合材料。灰泥通常由水硬水泥(如硅酸盐水泥熟料)、水和砂一同组成。因此在混凝土中，在由水泥熟料和水组成的硅酸盐水泥浆料多相基体中砂和石头成为了分散颗粒。
硅酸盐水泥熟料是相对无水的，因此它往往具有与水的亲合力。因此，当水加入熟料中时熟料与水反应形成水泥浆料。在水泥浆料中能发现这一反应的化学产物，它向混凝土提供了强度和粘结性。随着时间推移，水泥还产生更多的反应产物。因此，粘结化合物或水泥的强度和粘结性通常随着时间的推移而提高。
已知，虽然混凝土在压缩下较坚固，但是它在张力下往往会较弱一些，在弯曲下也是如此。尽管在混凝土中增加水泥熟料或辅助性的粘结材料的用量(如下所述)会提高混凝土的拉伸和弯曲强度，同时也提高压缩强度，但是这往往在成本上是不允许的，并且会在保持所需的水/水泥比上产生问题。例如，已知在常规混凝土中弯曲强度往往约为压缩强度的15％或1/7。因此，弯曲强度每增加一个所需的强度单位(如1Mpa)，压缩强度必须增加7个强度单位(7Mpa)。
结果，工业上寻求其它途径来增强混凝土以提高其强度，尤其是其拉伸强度和弯曲强度。一种方法是向混凝土中混入钢筋以得到所需的拉伸强度和弯曲强度。混凝土提供了强碱环境以与钢筋相容，还提供了物理屏障将钢筋与外界环境隔开。
近年来，工业上研制了许多添加剂，加入或混入混凝土中以提高混凝土的各种性能，包括其拉伸、弯曲和压缩的强度。提高强度的添加剂是固体，它们往往是惰性或反应性的，惰性添加剂只是存在于混凝土中以提高其强度，而反应性添加剂参与形成那些向混凝土提供强度和其它所需性能的反应产物。
废产物，如飞灰、高炉矿渣和凝聚的二氧化硅飞粉(condensed silica fume)，是一类通常加入混凝土中的用来提高强度的反应性添加剂。这些废产物的加入往往会减少制备混凝土的混合物中水泥的所需量，这可以节约成本。而且，除此之外几乎无用的这些废产物，变得有用了，因此这些废产物混入有用的产品中而不再需要处理也有利于环境。然而，也许最显著的是，混凝土的性能(尤其是其强度)往往会显著地提高。
然而，许多添加剂(包括上述废产物)是硅酸盐，这些硅酸盐往往是不同程度亲水的。结果，使用这些添加剂通常需要增加混凝土的水含量。此外，废产物通常是细粒或非常细粒的粉末，由于它们较大的表面积也会增加混凝土的需水量。因此，当这些添加剂加入混凝土中时，通常必须加入较大量的水，这使得混凝土的水/水泥比增加。为了适当地水化混凝土以使其成为可施工的(workable)，需要最低限度的水/水泥比，或者较佳范围的水/水泥比。然而，较好的是使得任何过量的水最小化，因为太高的水/水泥比会降低混凝土的强度，并对其性能有其它不利影响。
水/水泥比(水质量与干燥水泥质量的比)是决定硬化混凝土性能的最重要的参数。理论上，熟料完全水化所需的水/水泥比约为0.23。然而，混凝土的凝胶孔隙中所含水的总体积使得所需水含量增加了约0.19，这使得完全水化所需的总的最小水/水泥比的理论值约为0.42。然而实际上，由于多种因素，通常需要额外的水来制得可施工的混合物。必须根据混凝土中过量水和高水/水泥比的已知不利影响来仔细考虑制得可施工的混合物所需的水/水泥比。
混合物中任何过量的水容易存在于初始水泥颗粒之间和水泥与任何骨料之间的空隙内。这些空隙并未被凝胶完全填满，而是形成了含水的“毛细管孔隙”网络。如上所述，需要向混凝土中加入足够的水以得到可施工的混合物，同时使得毛细管孔隙最小化。因此，需要在混凝土的可施工性和毛细管孔隙对混凝土性能的不利影响这两方面之间建立平衡。然而，由于许多添加剂本有的亲水性，与存在毛细管孔隙有关的问题和与得到“恰当”平衡有关的问题通常会变得更差，因为添加剂往往需要加入更多的水以得到可施工的混凝土。随着细粒添加剂的百分数增加，通常需要更多的水以得到可施工的混合物，因此水/水泥比又升高了。
通过使用减水剂和大比例减水剂(超增塑剂)，在某种程度上能够有助于混凝土混合物的可施工性和混凝土混合物的水/水泥比之间的平衡，所述减水剂通常在浇筑混凝土(the placement of concrete)之前以液体或粉末形式加入混凝土混合物中。这些减水剂使得混凝土混合物中各组分暂时地互相排斥，从而减少混凝土混合物的需水量。遗憾的是，这一作用没有选择性，结果向混凝土混合物中加入大比例减水剂会对混凝土混合物中各组分产生作用，这些组分如粗骨料和砂之类，它们不让混合物另外有高的水需求量。由于这些组分通常组成整个混合物的较大重量百分数，因此可见，减水剂的常规使用不是降低混凝土混合物中需水量的有效方法。再加上一些减水剂的成本高(尤其是超增塑剂)，使用减水剂有时会得到不希望的副作用(如阻止混凝土混合物固化)，这些都表明需要另一种方法以降低得到可施工的混凝土混合物所需的最小的水/水泥比。
因此，工业中需要一种添加剂用来混入包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物(如混凝土)中，以提高该化合物的性能，尤其是其强度，但是不产生缺点或导致问题，尤其是与使用常规添加剂有关的缺点或问题(如需要提高水/水泥比以制得可施工的化合物)。换句话说，一旦硬化，添加剂就产生粘结化合物的改进性能，但是基本上不会增加所需的水/水泥比。具体来说，需要一种混入粘结化合物中的添加剂，它在浇筑化合物期间较少被吸引至化合物中的水，然而在浇筑之后能够在化合物固化过程中参与到化合物中(participating with the compound)。此外，工业中需要一种制备该添加剂的方法，以及一种制备包含硅酸盐水泥、水和添加剂的粘结化合物的方法。
发明的概述
本发明是针对一种混入包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物中的添加剂，它用来提高化合物的性能，如强度，但是不会产生通常与使用常规添加剂有关的缺点，如需要提高水/水泥比以得到可施工的化合物。换句话说，该添加剂较好的是能使得固化的粘结化合物性能有改进，而基本上不提高该化合物所需的水/水泥比。具体来说，本发明是针对一种混入待处理的粘结化合物中的添加剂，它在浇筑化合物期间较少被吸引至该化合物中的水，然而在浇筑之后能够在化合物固化过程中参与到化合物中。该添加剂可以通过以下方式在化合物固化过程中参与到化合物中：在反应性添加剂的情况下，与化合物各组分或者与化合物中所含的中间反应产物进行化学反应，或者在惰性添加剂的情况下与该化合物物理结合(physically bonding)。此外，本发明是针对一种制备该添加剂的方法和一种制备包含硅酸盐水泥、水和添加剂的粘结化合物的方法。
在本发明的第一方面中，本发明由一种添加剂组成，该添加剂在包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物硬化(setting)之前混入该化合物中，该添加剂包含经表面处理的添加剂，该添加剂表面是经对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理过的，该作用暂时使得该添加剂在混入化合物之后的一段时间内更加疏水，以致于在浇筑化合物的过程中化合物所含的水(water comprising the compound)较少被吸引至添加剂，由此能够使化合物具有可施工性(workability)，且以致于添加剂可在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物固化过程中添加剂参与到该化合物中。
在本发明的第二方面中，本发明由一种制备添加剂的方法组成，所述添加剂用来在包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物硬化之前混入该化合物中。该方法包含用对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理添加剂表面的步骤，该作用暂时使得该添加剂在混入化合物之后的一段时间内更加疏水，以致于在浇筑化合物的过程中化合物所含的水较少被吸引至该添加剂，由此能够使化合物具有可施工性，且以致于添加剂可在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物的固化过程中添加剂参与到该化合物中。
在本发明的第三方面中，本发明由一种制备包含硅酸盐水泥、水和添加剂的粘结化合物的方法组成，它包括以下步骤：
(a)用对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理添加剂的表面，得到经表面处理的添加剂；和
(b)将经表面处理的添加剂混入硅酸盐水泥和水中，以形成化合物；其中，所述作用暂时使得在经表面处理的添加剂混入硅酸盐水泥和水之后的一段时间内该添加剂更加疏水，以致于在浇筑化合物的过程中水较少被吸引至添加剂，由此能够使化合物具有可施工性，且以致于添加剂可在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物固化过程中添加剂参与到硅酸盐水泥和水中。
在本发明的第一、第二和第三方面中，尽管可以使用任何用于粘结化合物的添加剂，然而当使用生来至少有一点亲水性的添加剂时本发明是最有用和最有利的。此外，添加剂可以包含任何能够完成添加剂预期功能的物质或材料，具体来说，是能够改进粘结化合物性能的物质。在较佳实施方案中，添加剂是硅酸盐，它在本发明的定义是含有硅的任何矿物或其它天然或合成的固体物质，被称作硅酸盐。
该硅酸盐可以由反应性材料(如辅助性的粘结材料)组成。较好的是辅助性的粘结材料选自火山灰、水硬材料及其混合物。硅酸盐还可以含惰性材料。在较佳实施方案中，硅酸盐含用于增强粘结混合物的纤维状材料。更具体的是硅酸盐含有硅酸钙，较好的是含偏硅酸钙。在较佳实施方案中，硅酸盐含硅灰石。此外在硅酸盐含硅灰石的较佳实施方案中，该化合物还包含选自火山灰、水硬材料，以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
所述物质可以是能够对添加剂表面进行表面处理并且对添加剂有暂时性疏水作用的任何物质。较好的是，所述物质包含至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。该物质还可以包含具有疏水组分的表面活性剂，所述疏水组分包含一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
所述物质较好的是包含一种聚合物，所述聚合物包含至少一种含至少3个碳原子的烯化氧(alkylene oxide)。该烯化氧较好的是包含氧化丙烯(propyleneoxide)，该聚合物可以还包含氧化乙烯(ethylene oxide)。在较佳的实施方案中，该聚合物包含亚烷基二醇、烷基醚胺、氧化烯基胺(oxyalkyleneamine)或氧丙烯二胺(oxypropylenediamine)。该聚合物还可以包含任何这些化学物质的混合物。
用该物质对添加剂进行表面处理以赋予该添加剂暂时性的疏水作用。较好的是，用该物质涂覆(coat)添加剂但不是化学键合或以其它方式与添加剂进行化学反应。结果，暂时性的疏水作用只是暂时使得该添加剂在混入化合物之后的一段时间内更加疏水。
最后，可以使用任何用量的能够有效地处理或涂覆添加剂表面以得到暂时性疏水作用的物质。所述物质的最小所需量取决于该物质、具体添加剂的性质和添加剂的细度和形状。然而，在较佳实施方案中，用来处理添加剂的物质的量是使得所得经表面处理的添加剂包含约2-5％(重量)的所述物质。
详细描述
本发明包含一种添加剂，它在包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物硬化之前混入该化合物中。通常混合硅酸盐水泥和水以制得水泥浆料。通常进一步将水泥浆料与砂混合得到灰泥，并进一步混入骨料(如岩石、石头或砾石)以制得混凝土。因此，在本发明的范围内，粘结化合物可以是水泥浆料、灰泥、混凝土或任何其它包含硅酸盐水泥和水的化合物。然而，粘结化合物较好的是混凝土。
混凝土是一种颗粒加强的陶瓷-基体复合材料。砂和骨料组成混凝土浆料的多相基体中的分散颗粒。混凝土与所有的粘结材料都是凝胶，是固态水合物的紧密混合物，中间层的水容纳在填满水的空隙中，这些空隙被称为中间层空隙或凝胶孔隙。一般来说，粘结化合物的凝胶孔隙基本上填满了pH值在约12.6-13.8之间的强碱溶液。
本发明所用的术语“硅酸盐水泥”包括通常被称为硅酸盐水泥熟料的物质，以及显示类似于硅酸盐水泥熟料性质的任何其它水硬水泥。一般来说，硅酸盐水泥熟料包括多种无水氧化物，主要是硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)，以及较少量的铝酸三钙(C3A)和铝铁酸钙(C4AF)。熟料还可以包括少量的镁、钠、钾和硫化合物。
当水泥熟料与水混合形成水泥浆料时，熟料就水化了。随着水化作用的进行，微结构逐渐从未水化的水泥熟料、空气和水变为水化反应产物的多孔基体，被称为凝胶。熟料的水化制得包含数种反应产物的水泥浆料。该水泥浆料基本上由水合硅酸钙组成。该水合硅酸钙是浆料强度和其粘结性质(cementing properties)的主要原因。该水泥浆料还包含氢氧化钙和其它反应产物，它们对水泥浆料的强度无明显的贡献。水化过程和反应产物的形成被称为“固化”，它从向熟料中一加入水就开始了，可能许多年也不会达到固化完成，或者根本不会完成。
在硬化化合物之前向粘结化合物中混入添加剂。在达到硬化状态之前，粘结化合物经历一个逐渐变硬的过程，这与水泥浆料中的水化反应或反应产物有关。这一过程被称为“硬化”。
在本发明中，混入粘结化合物中的添加剂是一种固态材料，它用对添加剂有暂时性疏水作用的物质进行表面处理。具体的添加剂可以是可加入粘结化合物中以改进或提高粘结化合物的一种或多种性能或特性的任何添加剂。该添加剂甚至还可以是硅酸盐水泥熟料。在较佳实施方案中，选择能够增加或提高粘结化合物强度(较好的是拉伸强度和弯曲强度)的添加剂。由于本发明是针对使添加剂暂时性地更加疏水，因此当添加剂是生来至少有一点亲水性时本发明是最有用和最有利的。当添加剂生来有点疏水性时本发明是不必要的。
较好的是，添加剂包含生来有一点亲水性的硅酸盐。本发明所用术语“硅酸盐”包括含有硅的任何矿物或其它天然或合成的固体物质，被称作硅酸盐。
硅酸盐可以包含反应性材料，如辅助性的粘结材料。辅助性的粘结材料是与水泥水化反应产物进行反应的材料，或者它们本身是水硬材料。换句话说，辅助性的粘结材料是反应性添加剂。辅助性的粘结材料由两类材料组成：火山灰和水硬材料。因此在本发明范围内，辅助性的粘结材料可以选自火山灰、水硬材料，以及它们的混合物。根据本发明，这些辅助性的粘结材料未经表面处理混入粘结材料中通常需要向粘结化合物中加入额外的水以使其成为可施工的，且可能通常会产生与此有关的问题。
火山灰是含硅的或者含硅和含铝的材料，其本身几乎不具有或者不具有粘结的价值。然而，它们与水泥水化产物进行反应。更具体的是，火山灰往往与没有明显地向粘结化合物提供强度的氢氧化钙(Ca(OH)2)反应，进一步制得硅酸钙水合物，该水合物确实明显地提高了粘结化合物的强度和粘结性。因为火山灰提高了粘结化合物的强度和粘结性，所以粘结化合物中的水泥含量可以降低。此外，火山灰往往是细粒粉末形式的废产物。例如，火山灰包括火山灰、飞灰(如燃煤电厂燃烧煤所得的废产物)和二氧化硅飞粉(由生产硅或各种硅合金得到的废产物)。
水硬材料往往直接与水反应进一步生成硅酸钙水合物，该水合物明显地提高粘结化合物的强度和粘结性。因为水硬材料提高了粘结化合物的强度和粘结性，所以粘结化合物中的水泥含量可以降低。水硬材料包括硅酸盐水泥，但还可以是细粒粉末形式的废产物。例如，水硬材料包括高炉矿渣(制备生铁时的废产物)。
每一种辅助性的粘结材料如下较好地混入粘结化合物中：通过将其加入水泥浆料中，或者通过在加入水制得水泥浆料之前将其混入硅酸盐水泥中以部分地代替硅酸盐水泥。由于这些辅助性的粘结材料通常是需要处理的废产物，将它们混入粘结化合物中除了能提高粘结化合物的性能以外，还有环境上的益处。
该硅酸盐还可以包含基本上惰性的材料，如常规粗粒和细粒的混凝土骨料、硅藻石(它也可以显示火山灰或水硬材料的性质，因此可能是反应性的)、石英岩和其它天然或合成的含硅矿物或物质，它们中的每一种都可以通过加入水泥浆料中或者通过在加入水以制得水泥浆料之前混入硅酸盐水泥中来混入粘结化合物中。
较好的是，硅酸盐含有基本上惰性的纤维状材料，用来增强粘结化合物以及用来提高其弯曲强度。该纤维状材料较好的是含有不连续纤维，与水泥浆料的湿、碱性环境相容。将这些纤维混入粘结化合物中以使得这些纤维可以增强粘结化合物的强度。如上所述，这些纤维往往是大体上或基本上惰性的，其惰性在于它们不与粘结化合物的其它组分进行化学反应，相反地，这些纤维存在于化合物中的直接结果是提高粘结化合物的性能，尤其是弯曲强度。因此，任何纤维状材料对于粘结化合物性能的具体效果往往取决于具体纤维的一种或多种天然性质、纤维含量(占粘结化合物的体积百分数)和纤维状材料混入粘结化合物的方式。
纤维状材料可以在化合物硬化之前的任何阶段混入粘结化合物中，或者它可以与硅酸盐水泥进行预混合。较好的是，该添加剂混入化合物中以使得纤维的取向基本上是三维无规的，这样增强效果在所有方向上都是一样的。纤维状材料可以以任何方式或用任何方法混入粘结化合物中。
纤维状材料较好的是包含硅酸钙，更好的是包含偏硅酸钙。在较佳实施方案中，偏硅酸钙包含一种天然生成的矿物：硅灰石。
硅灰石是似辉石矿物的一种。纯净的硅灰石具有化学式CaSiO3，通常的组成为48.3％CaO和51.7％SiO2。然而，很少发现纯净形式的硅灰石，一些钙可能被铁、镁、锰或锶所取代。硅灰石基本上是化学惰性的，生来具有高pH值。硅灰石的惰性和其特有的针状度使其特别适用于粘结化合物中的增强材料。
由于硅灰石特有的裂解性，它在压碎和研磨成车床(lathe-)或裂片状或针状纤维或多种针状颗粒的过程中会分解。纤维或颗粒的针状度(acicularity)由它们的长度：宽度或者长度：直径的比(称为纵横比)来定义。具有任何尺寸和纵横比的纤维可以用于本发明。然而已经发现，通过使硅灰石纤维的尺寸最小化和使其纵横比最大化可以得到在提高粘结化合物弯曲强度方面的最佳结果。例如已经发现，含有单位重量平均宽度(mean by weight width)为40微米的硅灰石纤维的粘结化合物的弯曲强度性能优于含有单位重量平均宽度为100微米的硅灰石纤维的粘结化合物。此外，在制备过程中被压碎成较小尺寸的硅灰石往往有助于硅灰石纤维与脉石材料有较好的分离，由此导致硅灰石更有效的纯化。基于经济上原因的考虑，已经发现对于一些硅灰石淀积物，硅灰石纤维的最佳单位重量平均宽度约为75微米，因为被压碎至这一尺寸的硅灰石纤维通常能够较有效地从脉石材料中分离，并且可以较经济地压碎至这一尺寸。然而这一较佳宽度可以随硅灰石淀积物的来源而变化，因为每种硅灰石淀积物可以显示不同的特性。为了得到最佳结果，在将硅灰石压碎至所需尺寸时应该注意保持尽可能高的纵横比，以提高粘结化合物中硅灰石的纤维增强性能。
已经发现，通过以本发明中所提供的方式将硅灰石混入粘结化合物中，可以提高粘结化合物的弯曲强度，尤其是长期弯曲强度。具体来说，一些试验表明，含有经表面处理的硅灰石的粘结化合物的弯曲强度优于含有未经表面处理的硅灰石的粘结化合物的弯曲强度，即使是当减水剂用于这两种混合物中时也是如此。一些试验还表明，当硅灰石与一定量的辅助性的粘结材料(如飞灰)结合使用时粘结化合物的弯曲强度可能显著地高于含有经表面处理的硅灰石但不含辅助性的粘结材料的化合物能够得到的弯曲强度(而不需要如上文所述那样增高压缩强度)。具体来说，一些试验结果表明，含有经表面处理的硅灰石和未经表面处理的飞灰的粘结化合物所能得到的长期弯曲强度，与不包含任何增强添加剂的粘结化合物相比，或者与仅仅包括辅助性的粘结材料的粘结化合物相比，增加了多达30％或更高。虽然这一弯曲强度的提高是通过仅仅对硅灰石进行表面处理而不对辅助性的粘结材料进行表面处理而得到的，但是根据本发明通过对硅灰石和辅助性的粘结材料两者进行表面处理可能得到更加有利的结果。已经发现，在某些情况下硅灰石和辅助性的粘结材料的结合使用能提高粘结化合物的可修整性。
如上所述，对添加剂进行了表面处理。具体来说，添加剂的表面用对添加剂有暂时性疏水作用的物质进行处理。因此，具体地选择该物质使之对于待处理的特定添加剂有暂时性疏水作用。换句话说，添加剂和该物质必须是相容的，经选择的物质必须能够一旦对经选择的添加剂表面进行处理就使该添加剂有暂时性疏水作用。
如果添加剂是生来亲水的，则该物质的暂时性疏水作用是用来暂时使得添加剂更加疏水，以减少或降低它对水的亲合力。无需使添加剂完全疏水以致于对水根本没有亲合力，而只要使其比本有的性质更加疏水即可。然而，较好的是经表面处理的添加剂有明显或显著程度的疏水性。因为该作用的意图是暂时性的，所以那些永久地改变添加剂本身亲水性的物质不应该用于本发明中。重要的是：一旦一段时间过去，添加剂必须能够恢复其本有的性质，包括其本有的亲水性。
选择用来处理添加剂的具体物质和物质用量，以暂时使得该添加剂在混入粘结化合物之后的一段时间内更加疏水。用来处理添加剂的物质的用量越大，暂时性疏水作用消失所用的时间就越长。必需的时间段取决于恰当混合和浇筑粘结化合物所需的时间量。换句话说，该时间段应该提供充分的时间使得粘结化合物可施工。在添加剂被暂时性地赋予更多疏水性的这段时间内，粘结化合物所含的水较少被吸引至该添加剂。较好的是在浇筑粘结化合物的过程中存在该作用，但是在这以后很短的时间内开始消失，为的是能够使添加剂恢复本有的性质并且尽可能快地参与到化合物的固化中去。
在化合物的固化过程中，添加剂可以以任何方式、模式或过程参与到粘结化合物中，由此添加剂以任何方式对粘结化合物的性质作出贡献。然而一般来说，添加剂可以是反应性或惰性的。如果添加剂是反应性的，它通常在化合物固化过程中如下参与粘结化合物：与化合物所含水反应或者与先前硅酸盐水泥和水之间反应制得或形成的反应产物进行反应，以形成进一步的反应产物。如果添加剂是惰性的，它在化合物硬化过程中参与粘结化合物通常局限于向粘结化合物提供进一步的组分或元素(如增强材料)，以使得粘结化合物在添加剂周围硬化。惰性添加剂的存在对化合物性能只有其单独的贡献。
可以使用任何与具体处理用物质和待处理添加剂均相容的表面处理工艺或方法、以任何方式用处理用物质对添加剂进行表面处理。然而，较好的是通过涂覆添加剂表面来用所述物质处理添加剂，但是所述物质并没有与添加剂化学键合或以其它方式与添加剂反应。可以用任何能够在基本上整个表面上涂敷有效的一层所述物质层的相容工艺或方法向添加剂表面上施涂物质涂层。
与添加剂化学键合的物质，只有当该化学键合是暂时性的以致于它是可逆的或者该化学键合不会以其它方式干扰暂时性疏水作用时才可以使用。然而，所述物质与添加剂的化学键合可以赋予该添加剂永久的疏水性，由此使得添加剂不能在化合物固化时参与该化合物，从而使添加剂不能在混凝土中起到长期的有利效果。因此，与添加剂化学键合的物质通常不适用于本发明。据认为，这一结果在试验某些氧化硅烷(oxysilanes)用作用来表面处理添加剂的潜在物质时已有显示，结果是这些含有氧化硅烷基团的物质不适用于本发明。以其它方式与添加剂进行化学反应的物质会破坏或恶化添加剂，或者也会使添加剂永久地疏水，由此也是不适用于本发明的。
所述物质暂时性疏水作用的性质可以通过任何机理或化学反应来得到。例如，所述物质随时间以某些方式分解，以使得该物质经分解的部分不再能够保持疏水效果，从而该物质的疏水作用也就停止了。或者，所述物质可以简单地随时间以某一方式从添加剂表面脱离，以使得添加剂不再涂覆有该物质，则该物质就不再对添加剂有疏水作用。在上述两种情况的任一种中，可以通过碱性环境或粘结化合物的性质来产生、增强或帮助分解或脱离。例如，在所述物质是由包含氧化丙烯的聚合物组成的情况下，理论上来说水泥凝胶的强碱环境会使聚合物变得不溶，从而从添加剂上脱离，使得添加剂不再被该聚合物涂覆。
处理添加剂所需的所述物质的最少用量是能够在该特定添加剂上得到或产生所需暂时性疏水作用的用量。换句话说，需要的用量是能够有效地处理添加剂的基本上所有的表面。应该避免使用过量的所述物质或者明显高于所需最少量的用量，为的是将表面处理的成本降至最低，还为了使添加剂上疏水作用消失的时间减少至最少。
在较佳实施方案中，用一定量的所述物质来制得经表面处理的添加剂，它包含约2-5％(重量)的所述物质。所述物质的量小于2％(重量)不能有效地得到暂时性的疏水作用，而所述物质的量大于5％(重量)会对粘结化合物的短期强度产生不利影响，会使得添加剂在混入粘结化合物之前更难以处理。实际上所需的物质最少量将取决于所述物质和添加剂的性质和性能，还取决于添加剂的细度和形状。较好的是，所述物质的最大用量应该是经表面处理的添加剂与未经处理的添加剂在外观和加工特征上相似。
所述物质较好的是包含一种或多种有机物质，特别好的是包含至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。据发现，碳原子数少于3个的有机氧化物通常在性质上往往是亲水性强于疏水性，因为在这些氧化物中包含较大比例的亲水的氧。含3个或更多碳原子的高级有机氧化物在比例上含有少量的氧，因此在性质上往往是疏水性强于亲水性。因此，仅仅含有碳原子数少于3个的有机氧化物的物质，由于其亲水性往往不适合用作本发明的物质。然而，所述物质还可以包含具有疏水组分和亲水组分的表面活性剂。在这种情况下，疏水组分较好的是包含一种含有至少3个碳原子的有机氧化物，亲水组分可以包含任何亲水的组分或部分，如羧酸盐(酯)、磷酸盐(酯)、磺酸盐(酯)、硫酸盐(酯)、醇、二元醇、胺、聚胺，或者含有少于3个碳原子的有机氧化物。
含有至少3个碳原子的有机氧化物可以从饱和烃、不饱和烃或芳烃得来，或者可以从这些烃的衍生物得来。然而，所述物质必须还能够赋予添加剂以暂时性的疏水作用。因此，一些有机氧化物由于不能达到所需效果而不适合于预期的目的。例如，如上所述，据发现氧化硅烷会赋予添加剂永久的疏水性。结果，经氧化硅烷处理的添加剂，尤其是经氧化硅烷处理的硅灰石对水的需求低，但是不能使得粘结化合物的弯曲强度有长期的增加，因为硅灰石不能恢复它本有的性能，包括它的亲水性。因此，含有氧化硅烷基团的有机氧化物不适合用作所述物质。其它有机氧化物也可能因为类似的原因而不适用。
虽然一些高级有机氧化物本身可以具有足够高的分子量以组成所述物质，但是所述物质较好的是包含聚合物以使得所述物质的分子量足够高以有助于经济和有效地处理添加剂的表面。在较佳实施方案中，所述物质是包含氧化丙烯单元的聚合物。此外，在较佳实施方案中，聚合物是还包含少于3个碳原子的有机氧化物(如氧化乙烯单元)的表面活性剂，或者是还包含胺(如聚胺)或二元醇的表面活性剂。
在较佳实施方案中，添加剂包含硅灰石，聚合物较好的是包含下述四种聚合物中的至少一种，包括它们的混合物。
第一种，所述物质可以包含亚烷基二醇(alkylene glycol)的聚合物。聚亚烷基二醇的化学组成是聚亚烷基二醇一丁醚，它具有以下化学式：
            C4H9(OCH2CH2)x[OCH2CH(CH3)]yOH该聚合物由Union Carbide Canada Inc.制造，以UCON的商标市售，为UCON润滑剂50-HB-660。
第二种，所述物质可以包含烷基醚胺的聚合物。聚烷基醚胺的化学组成如下：
聚(氧(甲基-1，2-乙烷二基))，α-氢-ω-(2-氨基甲基乙氧基)醚和2-乙基-2-(羟甲基)-1，3-丙二醇(3∶1)该聚合物由Huntsman制造，以JEFFAMINE的商标市售，为JEFFAMINE T-403。
第三种，所述物质可以包含氧化烯基胺的聚合物。聚氧化烯基胺的化学组成是：
环氧乙烷，甲基-，与环氧乙烷的聚合物，二(2-氨基丙基)醚该聚合物由Huntsman制造，以JEFFAMINE的商标市售，为JEFFAMINE ED-600。
第四种，所述物质可以包含氧丙烯二胺的聚合物。聚氧丙烯二胺的化学组成是：
聚(氧(甲基1-1，2-乙烷二基))，α-(2-氨基甲基乙基)-ω-(2-氨基甲基乙氧基)该聚合物也是Huntsman制造的，以JEFFAMINE的商标市售，为JEFFAMINED-230。
在JEFFAMINE聚合物中，与商标JEFFAMINE有关的字母(D或T)表示给定产品的官能度(di-(二个)或者tri-(三个))，而数字表示近似的平均分子量。因此，例如D-230表示分子量约为230的二胺。
任何其它能够产生如上所述暂时性疏水作用的物质可以用作表面处理物质。这些其它的物质可以包括仅含有氧化丙烯单元的聚合物、包含含至少3个碳原子的其它有机氧化物的聚合物或其它物质，或者表面活性剂，所述表面活性剂含有氧化丙烯或含至少3个碳原子的其它有机氧化物作为疏水组分，并含有羧酸盐(酯)、磷酸盐(酯)、磺酸盐(酯)、硫酸盐(酯)、醇、二元醇、胺、聚胺、含有少于3个碳原子的有机氧化物或其它亲水性部分作为亲水组分。
应该理解，本发明所涉及到的准确的化学性质并不完全已知。因此，本发明的实践不应局限于本文中所容纳的理论。
以下实施例起到了更全面说明本发明的作用。在实施例中，以下用于混合方案的参数是恒定的：
1.      砂含量            956克
2.    粗骨料含量           无
3.     飞灰含量           119克
4.     水泥含量           306克
5.  硅灰石(若存在)        42.5克
6. 空气夹带的混合物       0.5毫升
                        实施例1
   对比混合物(不含硅灰石)  未经处理的硅灰石    用5％JeffamineD-230处理硅灰石   用5％JeffamineT-403处理硅灰石   用5％JeffamineED-600处理硅灰石   用5％UCON 50-HB-660处理硅灰石
  空气含量(％)    7％    7％    7％    7％    7％    7％
 流动(Flow)(％)    124％    129％    124％    126％    125％    131％
   水/水泥比(W/C)    0.37    0.42    0.40    0.39    0.39    0.39
  减水剂的剂量  1.91毫升  1.91毫升  1.91毫升  1.91毫升  1.91毫升  2.13毫升
 超增塑剂的剂量  2.51毫升  2.51毫升  2.51毫升  2.51毫升  2.51毫升  2.98毫升
 7天的压缩强度(MPa)    31.8    28.4    30.2    32.7    31.9    29.3
 28天的压缩强度(MPa)    48.3    41.4    46.2    52.6    52.0    43.2
  7天的弯曲强度(千克力)    30.9    31.8    35.0    35.9    33.2    34.5
 28天的弯曲强度(千克力)    36.8    39.1    49.1    47.7    49.1    44.1
注：
-硅灰石是Minera NYCO S.A.de C.V.of Mexico制造的HAR-200(高纵横比，200目x0)等级的硅灰石。
-空气夹带混合物是Daravair(TM)，由W.R.Grace and Co.制造。
-减水剂是WRDA(TM)，由W.R.Grace and Co.制造。
-超增塑剂是WRDA-19(TM)，由W.R.Grace and Co.制造。
-用来测试弯曲强度的样品是尺寸为12.7毫米×19.1毫米×152.4毫米的梁。
本发明实施方案所要求的排他性权利的定义如下：

Claims (63)

1.一种添加剂，它用来在包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物硬化之前混入该化合物中，所述添加剂包含经表面处理的添加剂，该添加剂表面是经对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理过的，该作用暂时使得该添加剂在混入化合物之后的一段时间内更加疏水，以致于在浇筑该化合物的过程中化合物所含的水较少被吸引至添加剂，由此能够使化合物具有可施工性，且以致于添加剂在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物的固化过程中添加剂参与该化合物。
2.如权利要求1所述的添加剂，其中所述添加剂生来是亲水性的。
3.如权利要求2所述的添加剂，其中所述添加剂包含硅酸盐。
4.如权利要求3所述的添加剂，其中所述硅酸盐是大体上惰性的材料。
5.如权利要求3所述的添加剂，其中所述硅酸盐包含纤维状材料用于增强粘结化合物。
6.如权利要求3所述的添加剂，其中所述硅酸盐包含选自火山灰、水硬水泥、以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
7.如权利要求3所述的添加剂，其中所述硅酸盐包含硅酸钙。
8.如权利要求7所述的添加剂，其中所述硅酸盐包含偏硅酸钙。
9.如权利要求8所述的添加剂，其中所述硅酸盐包含硅灰石。
10.如权利要求9所述的添加剂，其中所述化合物还包含选自火山灰、水硬水泥、以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
11.如权利要求3所述的添加剂，其中所述物质包含至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
12.如权利要求11所述的添加剂，其中所述物质包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含至少3个碳原子的烯化氧。
13.如权利要求12所述的添加剂，其中所述烯化氧包含氧化丙烯。
14.如权利要求11所述的添加剂，其中所述物质包含具有疏水组分的表面活性剂，所述疏水组分含有至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
15.如权利要求13所述的添加剂，其中聚合物还包含氧化乙烯。
16.如权利要求11所述的添加剂，其中所述物质涂覆添加剂，但不与添加剂化学键合以显著地影响暂时性的疏水作用。
17.如权利要求13所述的添加剂，其中聚合物包含亚烷基二醇。
18.如权利要求13所述的添加剂，其中聚合物包含烷基醚胺。
19.如权利要求13所述的添加剂，其中聚合物包含氧化烯基胺。
20.如权利要求13所述的添加剂，其中聚合物包含氧丙烯二胺。
21.如权利要求11所述的添加剂，其中经表面处理的添加剂包含约2-5％(重量)的所述物质。
22.一种制备添加剂的方法，所述添加剂用来在包含硅酸盐水泥和水的粘结化合物硬化之前混入该化合物中，所述方法包括用对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理添加剂表面的步骤，该作用暂时使得该添加剂在混入化合物之后的一段时间内更加疏水，以致于在浇筑该化合物的过程中化合物所含的水较少被吸引至添加剂，由此能够使化合物具有可施工性，且以致于添加剂在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物的固化过程中添加剂参与该化合物。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述添加剂生来是亲水性的。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述添加剂包含硅酸盐。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述硅酸盐是大体上惰性的材料。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述硅酸盐包含纤维状材料用于增强粘结化合物。
27.如权利要求24所述的方法，其中所述硅酸盐包含选自火山灰、水硬水泥、以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
28.如权利要求24所述的方法，其中所述硅酸盐包含硅酸钙。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述硅酸盐包含偏硅酸钙。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述硅酸盐包含硅灰石。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述化合物还包含选自火山灰、水硬水泥、以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
32.如权利要求24所述的方法，其中所述物质包含至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述物质包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含至少3个碳原子的烯化氧。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述烯化氧包含氧化丙烯。
35.如权利要求32所述的方法，其中所述物质包含具有疏水组分的表面活性剂，所述疏水组分含有至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
36.如权利要求34所述的方法，其中聚合物还包含氧化乙烯。
37.如权利要求32所述的方法，其中所述物质涂覆添加剂，但不与添加剂化学键合以显著地影响暂时性的疏水作用。
38.如权利要求34所述的方法，其中聚合物包含亚烷基二醇。
39.如权利要求34所述的方法，其中聚合物包含烷基醚胺。
40.如权利要求34所述的方法，其中聚合物包含氧化烯基胺。
41.如权利要求34所述的方法，其中聚合物包含氧丙烯二胺。
42.如权利要求32所述的方法，其中用所述物质对添加剂进行处理，得到经表面处理的添加剂，它包含约2-5％(重量)的所述物质。
43.一种制备包含硅酸盐水泥、水和添加剂的粘结化合物的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)用对添加剂有暂时性疏水作用的物质处理添加剂的表面，得到经表面处理的添加剂；和
(b)将经表面处理的添加剂混入硅酸盐水泥和水中，以形成化合物；其中，所述作用暂时使得在经表面处理的添加剂混入硅酸盐水泥和水之后的一段时间内该添加剂更加疏水，以致于在浇筑该化合物的过程中水较少被吸引至添加剂，由此能够使化合物具有可施工性，且以致于添加剂在浇筑化合物之后恢复其本有的性质，以使得在化合物的固化过程中添加剂参与硅酸盐水泥和水。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述添加剂生来是亲水性的。
45.如权利要求44所述的方法，其中所述添加剂包含硅酸盐。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述硅酸盐是大体上惰性的材料。
47.如权利要求45所述的方法，其中所述硅酸盐包含纤维状材料用于增强粘结化合物。
48.如权利要求45所述的方法，其中所述硅酸盐包含选自火山灰、水硬水泥、以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
49.如权利要求45所述的方法，其中所述硅酸盐包含硅酸钙。
50.如权利要求49所述的方法，其中所述硅酸盐包含偏硅酸钙。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述硅酸盐包含硅灰石。
52.如权利要求51所述的方法，其中所述化合物还包含选自火山灰、水硬水泥、以及它们的混合物的辅助性的粘结材料。
53.如权利要求45所述的方法，其中所述物质包含至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
54.如权利要求53所述的方法，其中所述物质包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含至少3个碳原子的烯化氧。
55.如权利要求54所述的方法，其中所述烯化氧包含氧化丙烯。
56.如权利要求53所述的方法，其中所述物质包含具有疏水组分的表面活性剂，所述疏水组分含有至少一种含至少3个碳原子的有机氧化物。
57.如权利要求55所述的方法，其中聚合物还包含氧化乙烯。
58.如权利要求53所述的方法，其中所述物质涂覆添加剂，但不与添加剂化学键合以显著地影响暂时性的疏水作用。
59.如权利要求55所述的方法，其中聚合物包含亚烷基二醇。
60.如权利要求55所述的方法，其中聚合物包含烷基醚胺。
61.如权利要求55所述的方法，其中聚合物包含氧化烯基胺。
62.如权利要求55所述的方法，其中聚合物包含氧丙烯二胺。
63.如权利要求53所述的方法，其中经表面处理的添加剂包含约2-5％(重量)的所述物质。
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