用于在水硬水泥中分散掺加料的颗粒添加剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在含有水硬水泥的水泥组合物中分散掺加料的特定添加剂以及方法，通过水泥组合物与水的混合提供掺加料的活化，其中颗粒添加剂的颗粒包含含有火山灰质材料的载体和与该颗粒载体相结合的掺加料，其中添加剂颗粒具有介于用在水泥组合物中的水泥中值颗粒尺寸的十分之一至一半之间的中值颗粒尺寸。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及一种在水硬水泥中分散掺加料(admixture)的添加剂，还涉及一种包含该添加剂的水泥组合物，以及涉及在这种水泥中分散掺加料的方法和组合物。
技术介绍
灰浆和混凝土的核心组分是水泥或水泥粘合剂和混凝料，例如沙和石以及水。添加剂如粉煤灰和石灰常混在水泥粘合剂中。经常往灰浆和混凝土中加入掺加料，例如除水剂、空气夹带剂和凝固修饰剂。常规的制备顺序是干燥、固体组分的混合、然后加入液体组分，然后两种组分充分混合。尤其是，开启混凝土搅拌器，加入沙和石，接着加入粘合剂、水以及任意掺加料。例如水泥和粉煤灰之类的粘合剂组分可分别加入。在某些情况下，例如使用称为“批量干燥”的方法制备预混合混凝土时，由于各种实际原因会采用不同的次序。混凝土一般混合1-6分钟，这依赖于搅拌器和混凝土的性质，然后用于制备混凝土产品。在是预混合混凝土时，混凝土在使用前可能会混合更长的时间。掺加料用来改性生的或硬化的灰浆和混凝土的性质。它们通常是通过在所有的或任何的固相，尤其是粘合剂颗粒、液相尤其是水，以及在这些相之间产生相互作用来达到这种作用。它们是高效组分，一般相对于它们作用的相只需少量的掺加料。例如，一般流变学助剂的典型用量是水泥质量的0.4％-0.8％。为了便于分散和扩散，掺加料通常以浓缩液的方式提供，例如，前述的流变学助剂是由固体的质量百分含量为40％的水溶液提供的。掺加料一般是在前述混合步骤的最后阶段加入。为了能使掺加料有效发挥作用，它们必须在宏观水平以及起作用的微观水平被适当分散，宏观水平是在沙子或混凝料颗粒水平以及更高的水平上。根据每单位质量和体积计算，掺加料是目前灰浆或混凝土中最贵的组分。水泥工业中用到的混合步骤在宏观水平进行的分散是比较低效的。例如，当和水混合时，由于表面张力作用，水泥或粘合剂颗粒会形成水泥细粒直径10-30倍的结块，这都是一种已知的现象。用常规的混合器也不容易打碎这些结块。如果采用常规的方法加入掺加料，那么它们无法进入这些结块中，也无法作用于水泥或其它粘合剂颗粒中，因而就无法产生适当的效果。在微观水平，掺加料是无法完全扩散的。并且还知道，例如，由于颗粒间的范德华引力而使较小颗粒如硅尘(silicafume)结块，即使采用强烈的搅拌也无法完全打碎。当加入掺加料，例如采用常规方法加入上述能分散小颗粒、或能防止颗粒絮凝化的掺加料如流变学助剂时，即使它们能渗入到这些结块中，由于存在强引力，因而它们不能完全作用于其中的颗粒，因此无法有效发挥作用。如果混凝土没有混合足够长的时间，那么有可能掺加料即使在宏观层面也没有扩散。在任一所述的情况下，掺加料都不能有效地起作用。一种缓解该问题的技术是，在常规搅拌器中将粘合剂、水和掺加料与沙和石混合之前，先在一个高剪切力的搅拌器中。就第一种结块而言，这在技术意义上是有效的，但是它需要额外的步骤以及额外的固定设备。对该技术的一个变化是提供非常精细的粘合剂组分，例如浆状形式的硅尘。就第二种结块而言，该技术是有效的，但是它需要另外的场外处理步骤和固定设备，以及额外的场内固定设备。另一种缓解该问题的技术是，在混合了粘合剂、沙和石的水中预先稀释掺加料，来制备混凝土。但是，用于该目的的水量会由于不同的批次而发生变化，然而掺加料的需要量并不意味着掺加料不能在所需的足量水中被预稀释。这带来了另外一种不均匀的来源。另外，即使采用这种方式添加，一些掺加料，例如前面提到的流变学助剂，还是被过早地或选择性地吸收到水泥颗粒中，而影响了它们的效果。在加入水以及水泥颗粒湿了之后再添加这些掺加料也能缓解该问题，但是这会使混合周期变长。相对于已制备好的混凝土，在预混合的混凝土中这个问题可以通过当场添加掺加料来解决，但这会降低对精确的掺加料用量和混合时间的控制程度。此外，没有技术能缓解粘合剂结块的问题。一种普通的缓解该问题的技术是简单地添加过量的掺加料。但是，如果混合步骤在宏观水平是不均匀的，则问题会更严重。而且，该技术也不能解决粘合剂结块的问题。当过量使用时，许多掺加料会产生负面效果。例如，过量使用上述的流变学助剂会降低水泥与水化合的速率。使用过量的碱金属则会导致与特定类型的沙或石的膨胀反应，使混凝土破裂。普通的超用量可能会危及结构。过高的局部浓度则会损坏混凝土的局部性能，从而危及结构。还有更实际的问题牵涉到掺加料的使用。某些掺加料如碱金属以浓缩的形式使用时有危险。在通常建筑工业的环境下，处理这类材料常常是不容易的，这使得它们在混凝土搅拌中很难使用。本专利技术的第一个技术方案的目的是改进掺加料，以及提供改进的掺加料在水硬水泥中的使用。进一步的目的是提供一种用于在水泥组合物中分散掺加料的改进的添加剂和方法，来提高对掺加料的处理和/或掺加料的效果。本专利技术的另一方面涉及在含有水硬水泥的水泥组合物来分散掺加料的方法，通过水泥组合物与水的混合，掺加料对水泥组合物产生影响，该方法包括以下步骤使掺加料与包含火山灰质材料的颗粒载体结合而形成颗粒添加剂，其中添加剂颗粒的中值颗粒尺寸是用在水泥组合物中的水泥中值颗粒尺寸的十分之一至一半之间，优选十分之一至三分之一，从而形成颗粒添加剂，在水泥组合物中完全分散颗粒添加剂，在使用中，通过水与掺加有分散的颗粒添加剂的混合，掺加料从载体中释放出来。在进一步的技术方案中，本专利技术涉及含有水硬水泥的水硬水泥粘合剂，和颗粒添加剂，其中颗粒添加剂的颗粒包含含有火山灰质材料的载体以及与颗粒载体表面结合的掺加料，其中添加剂的中值颗粒尺寸是用在水泥组合物中的水泥中值颗粒尺寸的十分之一至一半之间，优选十分之一至三分之一。专利技术详述说明书中使用了许多水泥和混凝土工业中常用的术语。下面的术语具有所述的含义。水硬水泥是一种粉状材料，当它和水混合时会变硬生成固体材料。粘合剂是水硬水泥和其它具有类似或更细尺寸的粉状材料的组合物。通常定义在总的组合物中能通过75微米筛的干固体颗粒的混合。浆(paste)是粘合剂和水充分混合得到的组合物。混凝土是通过部分生长或粘结形成的固体物质。术语混凝土一般是指包含粘合剂、沙(细混凝料)和石(粗混凝料)的组合物。术语灰浆一般是指不含有粗混凝料的类似组合物。术语混凝土在此用来包括灰浆以及特定含义的混凝土。流变学是将流体粘度特性作为剪应变率的函数来研究。这门科学的目的是建立剪切力和剪应变率之间的关系。能产生有限剪应变率的最小剪切力被称为屈服应力。剪切力和剪应变率的比例被称为粘性。例如水和蜜之类的流体没有限定的屈服应力但是有限定的粘性，被称为牛顿流体。例如生奶油、生水泥浆和生混凝土等流体具有限定的屈服应力和限定的粘性，被称为宾汉(Bingham)流体。硬水泥不能使用标准流变学测试来进行定量描述，但是流变学和土壤力学的概念能一起用来对其特性进行定性理解。水泥浆、灰浆和混凝土的流变学特征对处理的费用起决定性影响。水硬水泥包括普通的和混合的硅酸盐水泥、矿渣水泥和高铝水泥。在本专利技术中优选使用普通的和混合的硅酸盐水泥。粘合剂所指的组分包括粘结性组分(例如硅酸盐水泥)，增补粘结性组分(例如，粉煤灰、硅尘、天然火山灰，以及处理过的天然材料如偏高岭土)、和非反应组分如石灰石、聚集的碎屑和色素。现已知，一些明显的非反应的硅酸或石灰质材料，例如结晶二氧化硅和石灰石在被细细碾碎至例如5微米或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在含有水硬水泥的水泥组合物中分散掺加料的颗粒添加剂，通过水泥组合物与水的混合提供掺加料的活化，其中颗粒添加剂的颗粒包含含有火山灰质材料的载体和与该颗粒载体相结合的掺加料，其中添加剂颗粒具有介于用在水泥组合物中的水泥中值颗粒尺寸的十分之一至一半之间的中值颗粒尺寸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰特里古尔利，克里斯托弗约翰布斯克，保罗杰勒德麦考密克，内森杰里米查普曼，格雷戈里鲍尔弗约翰逊，
申请(专利权)人：西澳大利亚大学，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]