早期强度增强混凝土外加剂制造技术

本发明专利技术提供了一种外加剂组合物，其包含胶体二氧化硅、硅氧烷和聚羧酸系聚合物水泥分散剂的液体悬浮液，该组合物用于增强可水化胶结组合物如混凝土（例如喷射混凝土）中的早期强度、终饰性和其它性质。本发明专利技术的方法包括以特定顺序将所述组分混合在一起，由此获得稳定的液体悬浮液。这样获得稳定的液体悬浮液是令人惊讶且预料不到的，因为（i）聚羧酸系聚合物水泥分散剂与硅氧烷组分彼此不相容和不混溶；以及（ii）胶体二氧化硅与硅氧烷化合物彼此不相容和不混溶。然而，本发明专利技术人获得了稳定液体悬浮液形式的添加剂，其可以方便地投料到混凝土和喷射混凝土混合物中，以增强早期强度，并在混凝土表面的终饰性和喷射混凝土应用中改善的回弹性能方面改善和易性和流变性。

Early strength concrete admixture

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】早期强度增强混凝土外加剂专利
本专利技术涉及化学外加剂用于含有胶结结合料的配制物的用途；并且，更特别涉及包含胶体二氧化硅、硅氧烷和聚羧酸系聚合物水泥分散剂的外加剂组合物在喷射混凝土、或其它混凝土或砂浆中的用途。专利技术背景已知使用促凝化学外加剂来改善胶结混合物如喷射混凝土中的早期强度。例如，取决于混合料设计，促凝剂在施用后三小时内已经在喷射混凝土混合物中实现了两兆帕（MPa）的压缩强度。由于快速促凝，此类化学外加剂实现了所需早期强度；但是不幸的是，它们也带来了许多缺点。这些缺点包括喷射混凝土的回弹浪费、固结和密实问题、以及喷射混凝土混合物的长期强度问题和降低的塑性（例如零坍落度）。由于对水泥结合料的早期强度增强的火山灰效应，或作为另一实例，由于在喷射混凝土应用中回弹减少，本行业已经使用了硅灰或胶体二氧化硅。但是，二氧化硅的高表面积增加了胶结混合料中的水需求，降低了和易性（workability），并提高了粘度，这全部都会不利地影响胶结混合料的可泵性。建筑行业积极地寻求一种解决方案，其不仅能改善用胶体二氧化硅实现的早期强度发展和减弹，而且还能够抵消任何促凝剂的影响（否则其不利于胶结混合料的性能）。申请人认为，应当解决对于甚至更快的强度发展的行业需要。例如，本行业越来越多地使用喷射混凝土用于岩层支护目的、临时以及永久性基坑结构、以及采矿和隧道开挖应用。此外，建筑师和工程师似乎越来越多地依赖喷射混凝土来承载巨大的负荷和以更快的速度提供结构完整性。因此，早期强度增强对于实现安全性以及生产率目标而言是合意的。本专利技术人认为，在早期强度增强方面即使最小的改进也有助于在所有这些领域获得显著的益处，特别是在对时间敏感的应用中（其中强度增加速率对于确保地下环境中的结构完整性以策安全而言至关重要）。持续需要补充性添加剂以增强早期强度，并抵消促进剂对喷射混凝土应用中的回弹的有害影响，以及在作为整体的可水化胶结体系中实现密实性质。专利技术概述为了克服现有技术的缺点，本专利技术提供了用于可水化胶结混合物的添加剂组合物，其包含稳定的液体悬浮液，该液体悬浮液包含聚羧酸系聚合物分散剂、至少一种胶体二氧化硅溶液和至少一种硅氧烷化合物。令人惊讶且预料不到的是，如下文中更详细讨论的那样，尽管存在以下事实（1）聚羧酸系聚合物与硅氧烷化合物不相容或不混溶；并且尽管还存在以下事实（2）胶体二氧化硅与胶体二氧化硅不相容或不混溶（分别如图1和2中所示），本专利技术人仍获得了稳定的液体悬浮液。用于改性可水化胶结组合物（如混凝土和喷射混凝土）的本专利技术的示例性添加剂组合物包含：液体悬浮液，其包含（A）聚羧酸系聚合物水泥分散剂，（B）至少一种胶体二氧化硅溶液，其平均二氧化硅粒度为5至150纳米并分散在水性或非水性溶液中，其中胶体二氧化硅溶液的干重量以基于液体悬浮液的总重量计1重量%至54重量%（干）的量存在，和（C）至少一种硅氧烷化合物；组分（A）的聚羧酸系聚合物水泥分散剂的干重量以基于液体悬浮液的总重量计不小于1.5重量%且不大于50重量%（干）的量存在；并且组分（C）的硅氧烷化合物的湿重量以基于液体悬浮液的总重量计不小于5重量%且不大于50重量%（湿）的量存在；并且其中首先将组分（A）和（B）共混在一起以获得均匀胶体分散体；并随后将组分（C）混合到所获得的均匀胶体分散体中以形成液体悬浮液。用于制备该添加剂组合物的本专利技术的示例性方法包括：将聚羧酸系聚合物水泥分散剂和胶体二氧化硅混合在一起以获得共混的胶体分散体；并随后，将至少一种硅氧烷化合物混入共混的胶体分散体中以获得液体悬浮液，聚羧酸系聚合物以基于液体悬浮液的总重量计不小于1.5重量%且不大于50重量%（干）的量存在；胶体二氧化硅以基于液体悬浮液的总重量计不小于1重量%且不大于54重量%（干）的量存在，二氧化硅颗粒具有5至150纳米的平均粒度；并且至少一种硅氧烷化合物以基于液体悬浮液的总重量计不小于5重量%且不大于50重量%（湿）的量存在。本专利技术还提供了包含前述添加剂组合物的胶结组合物，以及基于使用上述液体悬浮液来改性胶结组合物的方法，以及施用含有上述组分的液体悬浮液的混凝土的方法。本专利技术人认为，使用该稳定的液体悬浮液将硅氧烷化合物并入到胶结材料的基质中具有在减少回弹、改善强度以及在含有该添加剂组合物的混凝土、喷射混凝土或其它胶结材料的表面以及在其视觉外观上增强的精整能力方面的益处。在下文中描述了本专利技术的其它优点和特征。附图概述通过结合附图考虑示例性实施方案的以下书面描述，可以更容易地理解本专利技术的益处和特征，其中：图1是由聚羧酸系聚合物和线性或环状硅氧烷的不同组合制成的各种液体悬浮液的照片，其各自导致不混溶和分离（从左至右：液体悬浮液总重量的按湿重量计为33%的聚羧酸系[按干重量计为19.8%]+液体悬浮液总重量的按湿重量计为67%的环状硅氧烷；液体悬浮液总重量的按湿重量计为33%的聚羧酸系[按干重量计为19.8%]+液体悬浮液总重量的按湿重量计为67%的线性硅氧烷；液体悬浮液总重量的按湿重量计为50%的聚羧酸系[按干重量计为30%]+液体悬浮液总重量的按湿重量计为50%的环状硅氧烷；液体悬浮液总重量的按湿重量计为50%的聚羧酸系[按干重量计为30%]+液体悬浮液总重量的按湿重量计为50%的线性硅氧烷；液体悬浮液总重量的按湿重量计为67%的聚羧酸系[按干重量计为40.2%]+液体悬浮液总重量的按湿重量计为33%的环状硅氧烷；液体悬浮液总重量的按湿重量计为67%的聚羧酸系[按干重量计为40.2%]+液体悬浮液总重量的按湿重量计为33%的线性硅氧烷）；图2是试图将硅氧烷和胶体二氧化硅组合（这导致了不混溶和分离）的照片；图3A、3B和3C是以三联画方式列出的显示混合物组分添加次序的重要性的三张照片，其中最左侧的照片（图3A）描绘了胶体二氧化硅（步骤1）、聚羧酸系聚合物（步骤2）、硅氧烷（步骤3）的均相共混物（没有相分离）；中间的照片（图3B）描绘了聚羧酸系（步骤1）、硅氧烷（步骤2）、胶体二氧化硅（步骤3）的相分离；最右侧的照片（图3C）描绘了胶体二氧化硅（步骤1）、硅氧烷（步骤2）和聚羧酸系聚合物（步骤3）的相分离；图4A、4B和4C是以三联画方式列出的三张照片，描绘了各种胶体二氧化硅粒度和液体添加剂中的总固体浓度所实现的对粘度的各种影响；图5是凝胶状外加剂组合物的照片，示出了聚羧酸系聚合物组分的投料量对外加剂组合物的粘度的作用；图6是示出与仅含有胶体二氧化硅的对照混凝土样品相比含有胶体二氧化硅和线性硅氧烷的混凝土的压缩强度提高百分比的柱形图；图7是示出与仅含有聚羧酸系聚合物和胶体二氧化硅但不含硅氧烷的对照混凝土样品相比本专利技术的含有胶体二氧化硅/聚羧酸系聚合物/硅氧烷的混凝土的压缩强度提高百分比的柱形图；图8是混凝土参比样品（在照片右侧）与含有硅氧烷的混凝土混合料（在照片左侧）相比的照片，其表明更好的终饰性；图9A、9B、9C、9D和9E是使用相同混合料设计制备但通过不同的施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于可水化胶结混合物的添加剂组合物，其包含：/n液体悬浮液，其包含（A）聚羧酸系聚合物水泥分散剂，（B）至少一种胶体二氧化硅溶液，其平均二氧化硅粒度为5至150纳米并分散在水性或非水性溶液中，其中所述胶体二氧化硅溶液的干重量以基于所述液体悬浮液的总重量计1重量%至54重量%（干）的量存在，和（C）至少一种硅氧烷化合物；/n组分（A）的聚羧酸系聚合物水泥分散剂的干重量以基于所述液体悬浮液的总重量计不小于1.5重量%且不大于50重量%（干）的量存在；/n组分（C）的硅氧烷化合物的湿重量以基于所述液体悬浮液的总重量计不小于5重量%且不大于50重量%（湿）的量存在；并且/n其中首先将组分（A）和（B）共混在一起以获得均匀胶体分散体；并随后将组分（C）混合到所获得的均匀胶体分散体中以形成所述液体悬浮液。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170628 US 62/5259271.用于可水化胶结混合物的添加剂组合物，其包含：
液体悬浮液，其包含（A）聚羧酸系聚合物水泥分散剂，（B）至少一种胶体二氧化硅溶液，其平均二氧化硅粒度为5至150纳米并分散在水性或非水性溶液中，其中所述胶体二氧化硅溶液的干重量以基于所述液体悬浮液的总重量计1重量%至54重量%（干）的量存在，和（C）至少一种硅氧烷化合物；
组分（A）的聚羧酸系聚合物水泥分散剂的干重量以基于所述液体悬浮液的总重量计不小于1.5重量%且不大于50重量%（干）的量存在；
组分（C）的硅氧烷化合物的湿重量以基于所述液体悬浮液的总重量计不小于5重量%且不大于50重量%（湿）的量存在；并且
其中首先将组分（A）和（B）共混在一起以获得均匀胶体分散体；并随后将组分（C）混合到所获得的均匀胶体分散体中以形成所述液体悬浮液。


2.权利要求1的添加剂组合物，其中，在所述硅氧烷化合物中，硅原子和氧原子在线性或环状主链结构中连接。


3.权利要求2的添加剂组合物，其中所述硅氧烷化合物具有由式I所表示的线性主链结构

式（I）
或由式II所表示的环状主链结构

式（II）
其中
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9各自独立地代表氢、卤素、环氧基、烷基、氨基、酰胺基、芳氧基、烷氧基、酮肟基、酰氧基、酸酰胺基、或氨氧基；且
m、n和o各自独立地代表整数；并且其中
在式I中，m+n+o之和=2至10；m为1至10，n为0至9，且o为0至9，并且，
在式II中，m+n+o之和=3至10，m为1至10，n为0至7，且o为0至7。


4.权利要求3的添加剂组合物，其中所述硅氧烷化合物是环状二甲基硅氧烷。


5.权利要求4的添加剂组合物，其中所述环状二甲基硅氧烷选自六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷及其混合物。


6.权利要求4的添加剂组合物，其中所述环状二甲基硅氧烷选自八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷和十四甲基环七硅氧烷及其混合物。


7.权利要求4的添加剂组合物，其中所述环状二甲基硅氧烷选自十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷及其混合物。


8.权利要求3的添加剂组合物，其中所述硅氧烷化合物是线性二甲基硅氧烷。


9.权利要求8的添加剂组合物，其中所述线性二甲基硅氧烷选自六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷和十四甲基六硅氧烷及其混合物。


10.权利要求8的添加剂组合物，其中所述线性二甲基硅氧烷选自八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷、十四甲基六硅氧烷及其混合物。


11.权利要求8的添加剂组合物，其中所述线性二甲基硅氧烷选自十甲基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷及其混合物。


12.权利要求1的添加剂组合物，其中所述组分（A）、（B）和（C）以下列比例存在于所述液体悬浮液中：（A）液体悬浮液总重量的按干重量计1.5%至50%；（B）液体悬浮液总重量的按干重量计1%至54%；和（C）液体悬浮液总重量的按湿重量计5%至50%；并且，更优选地，以下列比例：（A）液体悬浮液总重量的按干重量计4.5%至24.5%；（B）液体悬浮液总重量的按干重量计3%至42%；和（C）液体悬浮液总重量的按湿重量计15%至35%；并且，最优选地，以下列比例：（A）液体悬浮液总重量的按干重量计6%至21%；（B）液体悬浮液总重量的按干重量计4%至36%；和（C）液体悬浮液总重量的按湿重量计20%至30%；其中所有百分比基于所述液体悬浮液的总重量计。


13.权利要求1的添加剂组合物，其进一步包括可以将选自杀生物剂、胺、硅烷、气相法二氧化硅、沉淀二氧化硅、纳米二氧化硅、水合氧化铝、硅酸镁、硅酸钙、氢氧化镁、石灰、石膏、pH稳定剂、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二醇、甘油、基于粘土的材料，如海泡石和坡缕石、三聚氰胺磺酸盐、木质素磺酸盐、葡萄糖酸钠、萘磺酸盐、硅酸锂、甲基纤维素、黄原胶、瓜尔胶、威兰胶、迪特胶、强度增强剂和颜料...

【专利技术属性】
技术研发人员：E于尔达库尔，D博伊尔，KA里德，YK莱马，
申请(专利权)人：GCP应用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US