ДОБАВКА И СПОСОБ ДЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВРЕДНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ЗАМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ ВРЕДНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ РАССЛАИВАНИЯ ВЯЖУЩИХ СОСТАВОВ Российский патент 2017 года по МПК A61L15/60 C04B40/00 C08L101/14 

Предлагаются добавка для сопротивления вредному воздействию замерзания и оттаивания и для сопротивления вредному воздействию расслаивания и способ изготовления вяжущего состава, устойчивого к вредному воздействию замерзания и оттаивания, и вяжущего состава, устойчивого к вредному воздействию расслаивания.

Циклы замерзания и оттаивания могут быть чрезвычайно вредными для насыщенных водой затвердевших вяжущих составов, таких как бетон. Наиболее известным методом для предотвращения или снижения вредного воздействия является включение в состав микроскопически мелких пор или пустот. Поры или пустоты действуют как полости внутреннего расширения и вследствие этого могут защищать состав от воздействия вреда от замерзания и оттаивания посредством облегчения изменений давления воды, вызванных циклами замерзания и оттаивания. Традиционный способ, который применяют для образования таких пустот в вяжущих составах, представляет собой введение в составы воздухововлекающих добавок, которые придают устойчивость мельчайшим пузырькам воздуха, которые захватываются составом во время смешивания.

К сожалению, этот подход в отношении образования пузырьков воздуха в вяжущих составах подвергается сомнению в целом ряде проблем, связанных с производством и укладкой бетона, при этом некоторые из них являются следующими:

Содержание воздуха: Изменения содержания воздуха вяжущего состава могут привести к составу с низкой сопротивляемостью к вредному воздействию замерзания и оттаивания, если содержание воздуха понижается со временем, или, если же содержание воздуха повышается со временем, то понижается прочность при сжатии состава. Примерами являются перекачивание вяжущего состава (понижение содержания воздуха посредством сжатия), добавление на месте проведения работ суперпластифицирующей добавки (часто повышает содержание воздуха или дестабилизирует устойчивость системы воздушных пузырьков), а также взаимодействие определенных добавок с воздухововлекающим поверхностно-активным веществом (которое может повышать или понижать содержание воздуха).

Придание устойчивости воздушным пузырькам: Невозможность придать устойчивость пузырькам воздуха может быть вызвано присутствием материалов, которые адсорбируют придающее устойчивость поверхностно-активное веществом, например, летучей золы, в составе которой углерод с высокой площадью поверхности, или недостаточным количеством воды для поверхностно-активного вещества для того, чтобы оно функционировало надлежащим образом, например, бетон с малой осадкой конуса.

Свойства воздушных пузырьков: Образование пузырьков, которые являются слишком большими для того, чтобы обеспечить сопротивляемость повреждению вследствие замерзания и оттаивания, может привести к низкому качеству или к плохому гранулометрическому составу заполнителей, к необходимости применения других добавок, которые дестабилизирует устойчивость пузырьков, и т.д. Такие пустоты являются неустойчивыми и имеют тенденцию подниматься на поверхность свежеприготовленного бетона.

Отделка: Удаление воздуха посредством отделки, удаляет воздух с поверхности бетона, что обычно приводит к повреждению вследствие расслаивания выделенной зоны цементной пасты, расположенной рядом с отделанной поверхностью.

Образование и стабилизация пузырьков воздуха во время смешивания и обеспечение того, чтобы они оставались в соответствующем количестве и при этом размер воздушных пузырьков до тех пор, пока вяжущий состав затвердевает, оставался наибольшим, являются ежедневными задачами для изготовителей вяжущего состава в Северной Америке. Содержание воздуха и свойства системы воздушных пузырьков, вовлеченных в вяжущий состав, не могут контролироваться с помощью прямых количественно оцениваемых средств, а только косвенно с помощью количества и/или типа воздухововлекающей добавки, добавленной в состав. Факторы, такие как состав и форма частиц заполнителей, тип и количество цемента в смеси, консистенция вяжущего состава, тип смесителя, который применяют, время смешивания, и температура, все они влияют на действие воздухововлекающей добавки. Распределение размера пустот в обычном воздухововлеченном бетоне может демонстрировать очень широкий диапазон вариантов, в пределах между 10 и 3000 микрометров (мкм) или более. В таких вяжущих составах, кроме небольших пустот, которые являются важными для сопротивления вредному воздействию циклического замерзания и оттаивания, присутствие более крупных пустот, которые мало способствуют устойчивости вяжущего состава, и могут снижать упругое сопротивление состава, должны быть приняты как неизбежная особенность.

Было выявлено, что воздухововлекающие добавки обеспечивают сопротивляемость к вредному воздействию замерзания и оттаивания, также как и сопротивляемость к вредному воздействию расслаивания, которое происходит, когда поверхность затвердевшего вяжущего состава крошится по целому ряду причин, некоторые из которых обсуждались выше. Тем не менее, поскольку традиционные воздухововлекающие добавки подвержены проблемам, которые обсуждались выше, промышленность производства вяжущих составов находится в поиске новых и лучших добавок для обеспечения свойств, которые в настоящее время обеспечиваются традиционными воздухововлекающими добавками.

Недавней разработкой является применение полимерных микросфер для создания в пределах вяжущих составов пустот с контролированным размером. Тем не менее, разработка все еще находится в процессе улучшения действия полимерных микросфер в пределах вяжущих составов и снижения стоимости включения полимерных микросфер в вяжущие составы.

Было выявлено, что, в то время как полимерные микросферы являются способными обеспечивать сопротивляемость вредному воздействию замерзания и оттаивания, такое как, или лучше, чем традиционные воздухововлекающие добавки, полимерные микросферы не могут быть способными обеспечивать степень сопротивления вредному воздействию расслаивания, которая обеспечивается традиционными воздухововлекающими добавками. Сопротивление вредному воздействию замерзания и оттаивания вяжущих составов исследуют в соответствии со стандартом ASTM С-666, и сопротивление вредному воздействию расслаивания во время циклов замерзания и оттаивания исследуют в соответствии со стандартом ASTM С-672, оба из которых включены здесь посредством ссылки.

Более того, для того, чтобы обеспечить пустоты воздуха соответствующими размерами, может быть необходимым, чтобы полимерные микросферы набухали перед их включением в вяжущие составы. После набухания, набухшие полимерные микросферы могут иметь приблизительно до 75 раз больше объем, чем ненабухшие микросферы. Обеспечение добавок вяжущего состава, которые включают набухшие полимерные микросферы, может быть затратным, по причине высокой стоимости транспортировки, связанной с транспортировкой добавки, которая включает высокообъемные набухшие микросферы, в частности, в случае, если они представлены в виде водной суспензии, которая может включать определенный объем воды.

Все, что необходимо, так это добавка вяжущего состава, содержащая полимерные микросферы, и необязательно дополнительные компоненты, которые обеспечивает соответствующую сопротивляемость вредному воздействию от замерзания и оттаивания и/или соответствующую сопротивляемость вредному воздействию от расслаивания, и способ обеспечения полимерных микросфер в вяжущем составе по приемлемой цене.

Варианты осуществления изобретения раскрыты со ссылкой на приложенные графические материалы и предназначены только для иллюстративных целей. Предмет изобретения в этой заявке не ограничивается деталями конструктивного исполнения или расположением компонентов, проиллюстрированных в графических материалах. Подобные номера позиций используют для обозначения подобных компонентов, пока не будет указано иное.

ФИГ. 1 представляет собой схематическую диаграмму варианта осуществления устройства для осуществления заявленного способа(ов).

ФИГ. 2 представляет собой схематическую диаграмму варианта осуществления устройства для осуществления заявленного способа(ов).

Предоставлена добавка для вяжущего состава для сопротивления вредному воздействию замерзания и оттаивания и/или для сопротивления вредному воздействию расслаивания, содержащая водную суспензию, содержащую нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер и способные к набуханию полимерные микросферы. Также предоставлен способ изготовления устойчивого к вредному воздействию замерзания и оттаивания и/или устойчивого к вредному воздействию расслаивания вяжущего состава, содержащий образование смеси гидравлического цемента и добавки, содержащей водную суспензию нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера и набухших полимерных микросфер.

Набухшие полимерные микросферы обеспечивают полые пространства в вяжущих составах до окончательного схватывания, и такие полые пространства повышают устойчивость вяжущего материала к замерзанию и оттаиванию. Набухшие полимерные микросферы вводят в вяжущие составы пустоты, в результате чего в вяжущих составах получают полностью сформированную пористую структуру, которая препятствует снижению качества бетона, вызванного водонасыщенным циклическим замерзанием, и не зависит от стабилизации пузырьков воздуха во время смешивания вяжущих составов. Повышение устойчивости при замерзании и оттаивании, полученное в результате применения набухших полимерных микросфер, основано на физическом механизме снятия внутренних напряжений, которые были получены во время замерзания воды в вяжущем материале. В обычной практике, надлежащим образом расположенные и с соответствующими размерами пустоты образуются в затвердевшем материале с помощью применения химических добавок для стабилизации пустот воздуха, вовлеченных в вяжущий состав во время смешивания. В традиционных вяжущих составах указанные химические добавки как класс называют воздухововлекающими добавками. Настоящая добавка задействует набухшие полимерные микросферы для образования в вяжущих составах пористой структуры, и при этом не требуется производства и/или стабилизации воздуха, вовлеченного во время процесса смешивания.

Применение набухших полимерных микросфер в значительной степени устраняет некоторые из практических проблем, которые встречаются в существующем уровне техники. Они также дают возможность применения некоторых материалов, например, низкокачественной, высокоуглеродистой летучей золы, которая может быть отнесена к отходам, поскольку считается не подлежащей применению в вяжущих составах с вовлеченным воздухом без дополнительной обработки. Это приводит к экономии цемента, и вследствие этого к экономии средств. Так как пустоты, "образованные" в результате этого подхода, являются намного меньше, чем те, которые получены в результате применения традиционных воздухововлекающих добавок, то объем набухших полимерных микросфер, который требуется для достижения желательной устойчивости, также является намного ниже, чем в традиционных вяжущих составах с вовлеченным воздухом. Вследствие этого, с применением настоящих добавок и способов может быть достигнута более высокая прочность при сжатии, при том же уровне защиты от вредного воздействия замерзания и оттаивания. В результате этого, наиболее дорогой компонент, который применяют для достижения прочности, т.е., цемент, может быть сэкономлен.

Способные к набуханию полимерные микросферы могут быть составлены из полимера, который представляет собой по меньшей мере один полимер, выбранный из полиэтилена, полипропилена, полиметилметакрилата, поли-о-хлоростирола, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полиакрилонитрила, полиметакрилонитрила, полистирола, и их сополимеров, таких как сополимеры винилиденхлорида и акрилонитрила, полиакрилонитрила и метакрилонитрила, поливинилиденхлорида и полиакрилонитрила, или винилхлорида и винилиденхлорида, и подобных. Поскольку микросферы составлены из полимеров, то их стенка может быть гибкой, так что она двигается в ответ на давление. Учитывая это, материал, из которого должны быть изготовлены микросферы, может быть гибким, и, в некоторых вариантах осуществления, устойчивым к щелочной среде вяжущих составов. Без ограничений, подходящие способные к набуханию полимерные микросферы являются доступными от компании Eka Chemicals Inc., Akzo Nobel company (Дулут, штат Джорджия), под торговым наименованием EXPANCEL^®.

В некоторых вариантах осуществления, ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы могут иметь средний диаметр, который составляет приблизительно 100 мкм или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 50 мкм или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 24 мкм или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 16 мкм или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 15 мкм или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 10 мкм или меньше, и в других вариантах осуществления приблизительно 9 мкм или меньше. В некоторых вариантах осуществления, средний диаметр ненабухших полимерных микросфер может составлять от приблизительно 10 мкм до приблизительно 16 мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 6 мкм до приблизительно 9 мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 3 мкм до приблизительно 6 мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 9 мкм до приблизительно 15 мкм, и в других вариантах осуществления от приблизительно 10 мкм до приблизительно 24 мкм. Полимерные микросферы могут иметь полую внутреннюю часть и сжимающуюся стенку. Внутренняя часть полимерных микросфер содержит пустую полость или полости, которые могут включать газ (наполненные газом) или жидкость (наполненные жидкостью).

В некоторых вариантах осуществления, набухшие, способные к набуханию полимерные микросферы могут иметь средний диаметр, который составляет приблизительно 200 - приблизительно 900 мкм, в некоторых вариантах осуществления, приблизительно 40 - приблизительно 216 мкм, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 36 - приблизительно 135 мкм, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 24 - приблизительно 81 мкм, и в некоторых вариантах осуществления приблизительно 12 -приблизительно 54 мкм.

Было выявлено, что чем меньше диаметр способных к набуханию полимерных микросфер, тем меньше количество микросфер необходимо для достижения в вяжущих составах желательной сопротивляемости к вредному воздействию замерзания и оттаивания. Это выгодно с точки зрения перспектив действия, в том отношении, что в результате добавления микросфер происходит меньшее понижение прочности при сжатии, так же, как и с точки зрения экономической перспективы, поскольку необходимо меньшее количество микросфер. Также, толщина стенки полимерных микросфер может быть оптимизирована с целью минимизации стоимости материала, а также должно быть гарантировано, что толщина стенки является способной сопротивляться повреждению и/или трещинам во время смешивания, укладки, затвердевания и процесса отделки вяжущего состава.

Сопротивление вредному воздействию расслаивания является результатом плотности вяжущего состава на поверхности состава. Большая плотность поверхности затвердевшего вяжущего состава приводит к повышенному сопротивлению вредному воздействию расслаивания. В некоторых сферах применения вяжущих составов, растворимые в воде модификаторы вязкости ("VMA") для бетонной смеси считаются нейтральными в отношении сопротивления вредному воздействию расслаивания, или даже такими, которые улучшают сопротивление вредному воздействию расслаивания.

Неожиданно было выявлено, что растворимые в воде VMA могут приводить к повышенному вредному воздействию расслаивания в вяжущих составах без вовлеченного воздуха. Не желая быть ограниченным какой либо теорией, считается, что растворимые в воде молекулы VMA имеют высокое сродство с молекулами воды, что позволяет воде действовать как "свободная" вода. "Свободная" вода может перемещаться на поверхность вяжущего состава во время укладки и затвердевания (известно как "выступание воды"), снижая плотность поверхности вяжущего состава, что может привести к повреждению вследствие расслаивания. Таким образом, как только выступание воды повышается, вредное воздействие от расслаивания может повышаться.

При этом было выявлено, что нерастворимые в воде сверхвпитывающие полимеры ("SAP") понижают выступание воды. Не желая быть ограниченным какой либо теорией, считается, что нерастворимые в воде SAP поглощают "свободную" воду в вяжущем составе, и вследствие этого снижают выступание воды. Это приводит к повышенному сопротивлению вредному воздействию расслаивания.

Следующие примеры иллюстрируют, как растворимые в воде VMA и нерастворимые в воде SAP воздействуют на выступание воды в вяжущих составах, и не должны толковаться как такие, которые ограничивают настоящий предмет изобретения каким-либо образом.

Примеры 1-5 были задуманы с целью исследования воздействия модификатора вязкости бетонной смеси на основе растворимого в воде простого эфира целлюлозы на выступание воды в вяжущем составе. В Примере 1 растворимый в воде простой эфир целлюлозы не применяли, и в Примерах 2-5 применяли количества растворимого в воде простого эфира целлюлозы, как показано в Таблице 1.

Таблица 1 показывает, что растворимый в воде простой эфир целлюлозы может повышать процент выступившей воды в определенных вяжущих составах.

Примеры 6-10 были задуманы с целью исследования воздействия модификатора вязкости бетонной смеси на основе растворимого в воде биополимера на выступание воды в вяжущем составе. В Примере 6 растворимый в воде биополимер не применяли, и в Примерах 7-10 применяли количества растворимого в воде биополимера, как показано в Таблице 2.

Таблица 2 показывает, что растворимый в воде биополимер может повышать процент выступившей воды в определенных вяжущих составах.

Примеры 11-18 были задуманы с целью исследования воздействия модификатора вязкости бетонной смеси на основе растворимого в воде полимера на выступание воды в вяжущем составе. В Примерах 11 и 12 растворимый в воде биополимер не применяли, но применяли 5,1% и 1,1% вовлеченного воздуха, соответственно. В Примерах 13-18 применяли количества растворимого в воде полимера, как показано в Таблице 3.

Таблица 3 показывает, что растворимый в воде полимер может повышать процент выступившей воды в определенных вяжущих составах.

Примеры 19-26 были задуманы с целью исследования воздействия нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера на выступание воды в вяжущем составе. В Примерах 19 и 20 растворимый в воде биополимер не применяли, но применяли 6,6% и 1,8% вовлеченного воздуха, соответственно. В Примерах 21-26 применяли количества нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, как показано в Таблице 4.

Таблица 4 показывает, что нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер может, как правило, понижать процент выступившей воды в определенных вяжущих составах.

Нами было выявлено, что нерастворимые в воде сверхвпитывающие полимеры также придают устойчивость водным суспензиям, содержащим способные к набуханию полимерные частицы. Вследствие этого, нерастворимые в воде сверхвпитывающие полимеры могут применяться в качестве добавки для сопротивления вредному воздействию расслаивания и/или для придания устойчивости в соответствии с настоящим предметом изобретения.

SAP включают сшитые полиэлектролиты, которые разбухают вследствие контактирования с водой или водными растворами, что приводит к образованию гидрогеля. В соответствии с одним способом, SAP могут быть получены с помощью ленточного реактора или замесочной машины. Способ начинается с использования водного раствора мономера, который полимеризуют с помощью ленточного реактора или замесочной машины. В случае ленточного реактора, раствор выливают в начале движения ленты, и полимеризация происходит адиабатически, образуя жесткий эластичный гель. В конце движения ленты, экструдер нарезает гель на небольшие куски, которые затем сушат и размалывают до желательного размера частиц. В случае замесочной машины, полимеризация и нарезание геля происходят в одну стадию.

В другом способе, SAP получают с помощью инверсивной суспензионной полимеризации. В этом способе, водный раствор мономера суспендируют в неорганическом растворителе, таком как гексан или циклогексан. Суспензию полимеризуют, и вода может быть удалена посредством азеотропной дистилляции. Продукт отфильтровывают и сушат, получая продукт SAP.

Молекулы и/или частицы SAP содержат ионы, которые подталкиваются близко друг к другу с помощью полимерной сетки, что приводит к повышенному осмотическому давлению. Когда молекула/частица SAP входит в контакт с водой, ионы разбавляются водой, таким образом уменьшая осмотическое давление.

Подходящие сверхвпитывающие полимеры включают сшитые полиэлектролиты, такие как сшитые полиакриловые сополимеры, сшитые сополимеры полиакриламида, или ковалентно сшитые сополимеры акриламида/акриловой кислоты. В некоторых вариантах осуществления, добавки и/или способы, описанные здесь, могут включать один или более чем один из упомянутых выше сверхвпитывающих полимеров.

В некоторых вариантах осуществления, размер частиц сверхвпитывающего полимера, который может быть включен в добавки и/или способы, описанные здесь, составляет от приблизительно 5 мкм до приблизительно 1000 мкм, в дополнительных вариантах осуществления, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 500 мкм, и в еще дополнительных вариантах осуществления, составляет от приблизительно 5 мкм до приблизительно 300 мкм.

В некоторых вариантах осуществления, количество ненабухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в добавку, может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 99,9 процента от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода. В других вариантах осуществления, количество способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в добавку, может составлять от приблизительно 50 до приблизительно 99,9 процента от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода. В дополнительных вариантах осуществления, количество способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в добавку, может составлять от приблизительно 80 до приблизительно 99,9 процента от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода.

В некоторых вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в добавку, может составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 30 процентов от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода. В других вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в добавку, может составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 20 процентов от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода. В дополнительных вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в добавку, может составлять от приблизительно 0,1 to приблизительно 10 процентов от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода.

В некоторых вариантах осуществления, количество ненабухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в добавку, может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 99,9 процента от объема, из расчета общего объема ингредиентов добавки, иных, чем вода. В других вариантах осуществления, количество способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в добавку, может составлять от приблизительно 50 до приблизительно 99,9 процента от объема, из расчета общего объема ингредиентов добавки, иных, чем вода. В дополнительных вариантах осуществления, количество способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в добавку, может составлять от приблизительно 80 до приблизительно 99,9 процента от объема, из расчета общего объема ингредиентов добавки, иных, чем вода.

В некоторых вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в добавку, может составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 30 процентов от объема, из расчета общего объема ингредиентов добавки, иных, чем вода. В других вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в добавку, может составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 20 процентов от объема, из расчета общего объема ингредиентов добавки, иных, чем вода. В дополнительных вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в добавку, может составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 процентов от объема, из расчета общего объема ингредиентов добавки, иных, чем вода.

Соотношение количества ненабухших, способных к набуханию полимерных частиц к количеству нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, присутствующего в добавке, может составлять от приблизительно 100:1 до приблизительно 6:1 от массы, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50:1 до приблизительно 10:1 от массы, в дополнительных вариантах осуществления от приблизительно 30:1 до приблизительно 20:1 от массы.

Соотношение количества ненабухших, способных к набуханию полимерных частиц к количеству нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, присутствующего в добавке, может составлять от приблизительно 100:1 до приблизительно 3:1 от объема, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50:1 до приблизительно 6:1 от объема, в дополнительных вариантах осуществления от приблизительно 30:1 до приблизительно 10:1 от объема.

Гидравлический цемент может представлять собой портландцемент, кальциево-алюминатный цемент, магнезиофосфатный цемент, магнезио-калиевофосфатный цемент, кальциево-сульфоалюминатный цемент или любое другое подходящее гидравлическое вяжущее. В вяжущий состав может быть включен заполнитель. Заполнитель может представлять собой кремнезем, кварц, песок, мраморную крошку, стеклянные шарики, гранит, известняк, кальцит, полевой шпат, аллювиальные пески, любой другой прочный заполнитель, и их смеси.

В некоторых вариантах осуществления, количество набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством добавок и/или способов, описанных здесь, может составлять от приблизительно 0,002 до приблизительно 0,06 процента от массы, из расчета общей массы вяжущего состава. В других вариантах осуществления, количество способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством добавки, может составлять от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,04 процента от массы, из расчета общей массы вяжущего состава. В дополнительных вариантах осуществления, количество способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством добавки, может составлять от приблизительно 0,008 до приблизительно 0,03 процента от массы, из расчета общей массы вяжущего состава.

В некоторых вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в вяжущий состав, полученного посредством добавок и/или способов, описанных здесь, может составлять от приблизительно 0,00002 до приблизительно 0,02 процента от массы, из расчета общей массы вяжущего состава. В других вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в вяжущий состав, полученного посредством добавки, может составлять от приблизительно 0,00005 до приблизительно 0,013 процента от массы, из расчета общей массы вяжущего состава. В дополнительных вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в вяжущий состав, полученного посредством добавки, может составлять от приблизительно 0,00008 до приблизительно 0,01 процента от массы, из расчета общей массы вяжущего состава.

В некоторых вариантах осуществления, количество набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством добавок и/или способов, описанные здесь, может составлять от приблизительно 0,2 до приблизительно 4 процентов от объема, из расчета общего объема вяжущего состава. В некоторых вариантах осуществления, количество набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством указанных добавок или способов, может составлять от приблизительно 0,25 до приблизительно 4 процентов от объема, из расчета общего объема вяжущего состава. В некоторых вариантах осуществления, количество набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством указанных добавок или способов, может составлять от приблизительно 0,4 до приблизительно 4 процентов от объема, из расчета общего объема вяжущего состава. В некоторых вариантах осуществления, количество набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством указанных добавок или способов, может составлять от приблизительно 0,25 до приблизительно 3 процентов от объема, из расчета общего объема вяжущего состава. В некоторых вариантах осуществления, количество набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, подлежащих включению в вяжущий состав, полученных посредством указанных добавок или способов, может составлять от приблизительно 0,5 до приблизительно 3 процентов от объема, из расчета общего объема вяжущего состава.

В некоторых вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в вяжущий состав, полученного посредством добавок и/или способов, описанные здесь, может составлять от приблизительно 0,002 до приблизительно 0,1 процента от объема, из расчета общего объема вяжущего состава. В других вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в вяжущий состав, полученного посредством добавки, может составлять от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,1 процента, или приблизительно 0,02 - приблизительно 0,1 процента от объема, из расчета общего объема вяжущего состава. В дополнительных вариантах осуществления, количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, подлежащего включению в вяжущий состав, полученного посредством добавки, может составлять от приблизительно 0,008 до приблизительно 0,08 процента от объема, из расчета общего объема вяжущего состава.

Также предоставлен способ набухания способных к набуханию полимерных микросфер, содержащий приведение водной суспензии, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, в контакт с паром, непосредственно до и/или во время изготовления вяжущего состава, где водная суспензия необязательно дополнительно содержит добавку для вяжущего состава. В некоторых вариантах осуществления, способ может содержать приведение водной суспензии, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, в контакт с паром на месте проведения работ во время изготовления вяжущего состава.

Способ "приведения водной суспензии, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, в контакт с паром, непосредственно до и/или во время изготовления вяжущего состава" может включать по меньшей мере одно из следующего: (I) приведение водной суспензии, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, в контакт с паром непосредственно перед введением, например, с помощью впрыскивания водной суспензии в поток питательной воды, подаваемой в вяжущий состав во время изготовления вяжущего состава; или (II) приведение водной суспензии, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, в контакт с паром, для набухания способных к набуханию полимерных микросфер, и охлаждение набухших способных к набуханию полимерных микросфер в воде на заводе-изготовителе вяжущего состава, и сохранение охлажденной водной суспензии, содержащей набухшие микросферы, для введения в вяжущий состав, изготовленный на заводе. Как используют здесь, "на заводе-изготовителе вяжущего состава" означает, что набухание ненабухших, способных к набуханию полимерных микросфер происходит на том же заводе или на соседнем или на ближайшем заводе, где изготавливают вяжущий состав.

Ссылаясь на ФИГ. 1, в некоторых вариантах осуществления, водную суспензию 12, содержащую ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, подают через первый трубопровод 14, при этом в то же время через второй трубопровод 18 подают пар 16. Первый 14 и второй 18 трубопроводы встречаются в точке 20 сразу же перед подачей в третий трубопровод 22, который содержит поток 26 питательной воды 24 в смесь вяжущего состава. Соединение первого и второго трубопроводов приводит к быстрому нагреву ненабухших, способных к набуханию полимерных микросфер, что является причиной набухания микросфер. Набухшие микросферы затем охлаждают с помощью питательной воды, которая течет через третий трубопровод 22, что позволяет набухшим микросферам сохранять свой размер после введения в смесь вяжущего состава. В некоторых вариантах осуществления, третий трубопровод 22 может представлять собой поток 26 в резервуар для хранения (не показан), и храниться для последующего введения в вяжущий состав. В альтернативном варианте осуществления, третий трубопровод 22 может отсутствовать, и набухшие микросферы могут вводиться непосредственно в резервуар для хранения (не показан) на месте проведения работ, и храниться для последующего введения в вяжущий состав после приведения в контакт с паром во втором трубопроводе 18. В некоторых вариантах осуществления, набухшие микросферы могут иметь объем, который является в приблизительно до 75 раз более крупным, чем его первоначальный, ненабухший объем.

Ссылаясь на ФИГ. 2, в некоторых вариантах осуществления, точка соединения 20 первого 14 и второго 18 трубопроводов может включать четвертый трубопровод 21. Четвертый трубопровод 21 может включать генератор обратного давления 28, такой как клапан регулирования потока или устройство ограничения потока, такое как мембрана с пропускным отверстием. Генератор обратного давления 28 способен ограничивать и/или контролировать поток смеси водной суспензии 12 и пара 16 для обеспечения достижения смесью надлежащего давления и температуры, которые необходимы для соответствующего набухания способных к набуханию микросфер в водной суспензии 12. В некоторых вариантах осуществления, генератор обратного давления 28 может также, по меньшей мере частично, предотвращать обратный поток питательной воды 24 из третьего трубопровода 22.

В некоторых вариантах осуществления, настоящая добавка может быть изготовлена с использованием устройства, содержащего: (а) парогенератор или другой источник пара; (б) трубопровод пара в жидкостной связи с парогенератором или другим источником пара; (в) трубопровод жидкого материала в жидкостной связи с источником жидкого материал, где жидкий материал содержит ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы и необязательно нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер; (г) зону обработки в жидкостной связи с парогенератором или другим источником пара посредством трубопровода пара, а также с трубопроводом жидкого материала, так, что жидкий материал вступает в контакт с паром в пределах зоны обработки; и (д) генератор обратного давления в жидкостной связи с зоной обработки, который способен повышать давление в зоне обработки, что приводит к набуханию способных к набуханию полимерных микросфер, когда жидкий материал покидает зону обработки.

Жидкий материал, содержащий ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, может также включать такие компоненты, как диспергирующие вещества, поверхностно-активные вещества, предотвращающие слеживание агенты, и/или пленкообразующие вещества, также как и необязательно нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер.

В одном варианте осуществления, жидкий материал, включающий воду, ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, и необязательно нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер, подлежащий включению в добавку для вяжущих составов, вступает в контакт с паром в пределах зоны обработки, так, что ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы подвергаются воздействию повышенных температуры и давления, что приводит к предварительному набуханию способных к набуханию полимерных микросфер. После выхода из зоны обработки, необязательно посредством генератора обратного давления, способные к набуханию полимерные микросферы испытывают понижение давления, равное разнице между давлением в зоне обработки и давлением среды вне зоны обработки. Это быстрое понижение давления приводит к быстрому набуханию способных к набуханию полимерных микросфер.

Генератор обратного давления способен ограничивать и/или контролировать поток жидкого материал и пара через зону обработки для того, чтобы гарантировать, что температура и давление в пределах зоны обработки являются соответствующими для того, чтобы обеспечить достаточное понижение давления, что позволяет способным к набуханию полимерным микросферам набухнуть до желательной степени после выхода из генератора обратного давления. Генератор обратного давления может включать, например, клапан регулирования потока или устройство ограничения потока, такое как мембрана с пропускным отверстием. В качестве альтернативы или дополнительно, генератор обратного давления может содержать: (I) трубопровод, который имеет длину, достаточную для того, чтобы задерживать поток через зону обработки, так, что давление внутри зоны обработки поддерживается или повышается; и/или (II) трубопровод, который имеет внутренний размер, который является меньше, чем внутренний размер одного из двух или одного и другого из трубопровода жидкого материала или трубопровода пара, так, что давление внутри зоны обработки поддерживается или повышается; и/или (III) трубопровод, которые имеет профиль внутренней стенки неправильной формы, например, рифленый трубопровод, так, что давление внутри зоны обработки поддерживается или повышается.

В некоторых вариантах осуществления, температура внутри зоны обработки может составлять от приблизительно 105°С (221°F) до приблизительно 145°С (293°F), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 135°С (275°F) до приблизительно 145°С (293°F). В некоторых вариантах осуществления, давление внутри зоны обработки может составлять от приблизительно 120 кПа (17,4 psi) до приблизительно 420 кПа (60,9 psi), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 315 кПа (45,7 psi) до приблизительно 420 кПа (60,9 psi).

Жидкий материал, содержащий набухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, может быть добавлен к или смешан с технической водой или другими жидкими добавками, и затем включен в вяжущий состав. Таким образом, обработанный жидкий материал может содержать как набухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, так и нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер, или может содержать набухшие, способные к набуханию полимерные микросферы и быть смешан с жидкой добавкой, такой как дисперсия, содержащая нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер. В качестве альтернативы, жидкий материал, содержащий набухшие, способные к набуханию полимерные микросферы и нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер, может быть включен непосредственно в вяжущий состав (до или во время смешивания вяжущего состава) без предварительного добавления обработанного жидкого материала к технической воде или к другим жидким добавкам.

Настоящие способы могут быть осуществлены на месте проведения работ на заводах-изготовителях вяжущего состава, таких как заводы по изготовлению товарного бетона. Такие заводы могут включать места для хранения цемента, воды, и других компонентов, которые должны быть добавлены в изготовляемые вяжущие составы, таких как заполнитель и/или добавки вяжущего состава. На заводах, различные компоненты вяжущих составов, такие как цемент, вода, заполнитель, и/или добавки смешивают вместе до образования вяжущего состава. Смешивание может быть осуществлено в автомобильном смесителе цемента, таком как автомобильная бетономешалка. Как только компоненты смешивают, вяжущий состава может транспортироваться на место проведения работ, где состав укладывают и позволяют ему затвердеть. Вяжущий состав может также применяться для изготовления вяжущих продуктов, таких как бетонный блок или бетонные дорожные кирпичи, на месте проведения работ на заводах-изготовителях вяжущего состава или на другом заводе.

В некоторых вариантах осуществления, настоящие добавки и способы предоставляют возможность водной суспензии способных к набуханию полимерных микросфер и/или добавке, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, транспортироваться на заводы-изготовители вяжущего состава при минимальной стоимости. Как только водная суспензия и/или добавка, содержащая ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, поступает на такой завод, способные к набуханию полимерные микросферы могут набухать на месте проведения работ. По сравнению с транспортировкой суспензий и/или добавок, которые содержат набухшие способные к набуханию полимерные микросферы, которые могут иметь объем, который составляет до в 75 раз больший объем, чем ненабухшие микросферы, транспортирование суспензий и/или добавок, которые содержат ненабухшие способные к набуханию микросферы, значительно снижает стоимость транспортировок, которые могут равняться или превышать фактическую стоимость добавки. Более того, другие логистические издержки, такие как стоимость хранения, также могут быть снижены.

В некоторых вариантах осуществления, вяжущий состав, содержащий 1,5% от объема, из расчета общего объема вяжущего состава, набухших способных к набуханию полимерных микросфер, может иметь на 30% выше 28-дневную прочность при сжатии, по сравнению с вяжущим составом, содержащим традиционную воздухововлекающую добавку, также даже могут превзойти стандарт ASTM С 666, который включен здесь посредством ссылки.

Композиция добавки, описанная здесь, может содержать другие добавки или ингредиенты и не должна обязательно ограничиваться указанными составами. Вяжущий состав, обеспеченный посредством способа(ов), описанных здесь, может содержать другие добавки или ингредиенты и не должен обязательно ограничиваться указанными составами. Указанные добавки и/или ингредиенты, которые могут быть добавлены, включают, но не ограничиваются ими: диспергирующие вещества, ускорители/усилители схватывания и прочности, добавки, замедляющие схватывание, добавки, снижающие водопотребность, ингибиторы коррозии, смачивающие вещества, растворимые в воде полимеры, модифицирующие реологические свойства вещества, гидрофобизаторы, неразлагающиеся волокна, добавки влагонепроницаемости, добавки, понижающие проницаемость, фунгицидные добавки, бактерицидные добавки, инсектицидные добавки, добавки, понижающие активность щелочей, добавки, улучшающие сцепление, добавки, уменьшающие усадку, и любые другие добавки или примеси, подходящие для применение в вяжущих составах. Добавки и вяжущие составы, описанные здесь, не обязаны содержать какой-либо из упомянутых выше компонентов, но могут содержать любое количество упомянутых выше компонентов.

Заполнитель может быть включен в вяжущий состав для того, чтобы обеспечить строительные растворы которые включают мелкие заполнители, а также бетоны, которые включают мелкие и крупные заполнители. Мелкие заполнители представляют собой материалы, которые почти полностью прошли через сито №4 (в соответствии со стандартами ASTM С 125 и ASTM С 33), например, такие как кварцевый песок. Крупные заполнители представляют собой материалы, которые преимущественно остались на сите №4 (в соответствии со стандартами ASTM С 125 и ASTM С 33), например, такие как кремнезем, кварц, мраморная крошка, стеклянные шарики, гранит, известняк, кальцит, полевой шпат, аллювиальные пески, пески или любые другие прочные заполнители, и их смеси.

Пуццолан представляет собой кремнистый или алюмокремнистый материал, который обладает небольшим или не обладает вяжущими свойством, однако в присутствии воды и в тонкоизмельченном виде, химически реагирует с гидроксидом кальция, полученным во время гидратации портландцемента, до образования материалов с вяжущими свойствами. Диатомитовая земля, кремнистые сланцы, глины, глинистые материалы, летучая зола, шлак, кварцевая пыль, вулканические туфы и пумициты представляют собой некоторые из известных пуццоланов. Некоторые молотые гранулированные доменные шлаки и летучие золы с высоким содержанием кальция обладают как свойствами пуццоланов, так и вяжущими свойствами. Природный пуццолан представляет собой термин уровня техники, который используют для определения пуццоланов, которые встречаются в природе, таких как вулканические туфы, пемзы, трассы, диатомитовые земли, кремнистые сланцы, а также некоторые глинистые материалы. Номинально инертные материалы могут также включать тонкоизмельченное кварцевое сырье, доломиты, известняки, мрамор, гранит, и другие. Летучую золу определяют в соответствии со стандартом ASTM С618.

В случае применения, кварцевая пыль может быть представлена в неуплотненном виде или может быть частично в спрессованном виде или добавлена в виде водной суспензии. Кварцевая пыль дополнительно вступает в реакцию с побочными продуктами гидратации цементного вяжущего, что обеспечивает повышенную прочность конечных продуктов и понижает проницаемость конечных продуктов. Кварцевая пыль, или другие пуццоланы, такие как летучая зола или кальцинированная глина, такая как метакаолин, могут быть добавлены во влажную формованную вяжущую смесь в количестве от приблизительно 5% до приблизительно 70% из расчета массы вяжущего материала.

Диспергирующее вещество, если его применяют, может представлять собой любое подходящее диспергирующее вещество, такое как лигносульфонаты, бета-нафталинсульфонаты, сульфонированные конденсаты меламина с формальдегидом, полиаспартаты, поликарбоксилаты с и без звеньев простого полиэфира, смолы конденсатов нафталина, сульфоната и формальдегида, или олигомерные диспергирующие вещества.

Могут применяться поликарбоксилатные диспергирующие вещества, которые означают диспергирующее вещество, имеющее углеродную основную цепь с концевыми боковыми цепями, где по меньшей мере часть боковых цепей присоединены к основной цепи посредством карбоксильной группы, группы простого эфира, или амидной или имидной группы. Термин диспергирующее вещество также означают вещества, которые включают те химические вещества, которые также действуют как пластифицирующая добавка, суперпластифицирующая добавка, добавка, снижающая водопотребность, флюидизатор, противофлокулирующее вещество, или суперпластифицирующая добавка для вяжущих составов.

Термин олигомерное диспергирующее вещество относится к олигомерам, которые являются продуктом реакции: компонента А, необязательно компонента В, а также компонента С; где каждый компонент Независимо представляет собой неполимерный, фрагмент функциональной группы, который адсорбирует на частицах вяжущего материала; где компонент В представляет собой необязательный фрагмент, где, если он присутствует, каждый компонент В независимо представляет собой неполимерный фрагмент, который расположен между фрагментом компонента А и фрагментом компонента С; и где компонент С представляет собой по меньшей мере один фрагмент, который является неразветвленным или разветвленным растворимым в воде, неионным полимером, по сути не адсорбирующим на частицах вяжущего материала. Олигомерные диспергирующие вещества раскрыты в патенте U.S. №6 133 347, патенте U.S. №6 492 461, и патенте U.S. №6 451 881.

Ускорители/усилители схватывания и прочности, которые могут применяться, включают, но не ограничиваются ими: соль азотной кислоты щелочного металла, щелочноземельного металла, или алюминия; соль азотистой кислоты щелочного металла, щелочноземельного металла, или алюминия; тиоцианат щелочного металла, щелочноземельного металла или алюминия; алканоламин; тиосульфат щелочного металла, щелочноземельного металла, или алюминия; гидроксид щелочного металла, щелочноземельного металла, или алюминия; соль карбоновой кислоты щелочного металла, щелочноземельного металла, или алюминия (предпочтительно формат кальция); полигидроксилалкиламин; и/или а соль галоидоводородной кислоты щелочного металла или щелочноземельного металла (предпочтительно бромид).

Соли азотной кислота имеют общую формулу М(NO₃)_а, где М представляет собой щелочной металл, или щелочноземельный металл или алюминий, и, где а представляет собой 1 для солей щелочного металла, 2 для солей щелочноземельного металла, и 3 для солей алюминия. Предпочтительными являются соли азотной кислоты Na, K, Mg, Са и Al.

Соли азотистой кислоты имеют общую формулу M(NO₂)_a, где М представляет собой щелочной металл, или щелочноземельный металл или алюминий, и, где а представляет собой 1 для солей щелочного металла, 2 для солей щелочноземельного металла, и 3 для солей алюминия. Предпочтительными являются соли азотной кислоты Na, K, Mg, Са и Al.

Соли тиоциановой кислоты имеют общую формулу M(SCN)_b, где М представляет собой щелочной металл, или щелочноземельный металл или алюминий, и, где b представляет собой 1 для солей щелочного металла, 2 для солей щелочноземельного металла и 3 для солей алюминия. Указанные соли известны под разными названиями как сульфоцианаты, сульфоцианиды, роданаты или соли роданистоводородной кислоты. Предпочтительными являются соли тиоциановой кислоты Na, K, Mg, Са и Al.

Алканоламин представляет собой родовой термин для группы соединений, в которых трехвалентный азот присоединен непосредственно к атому углерода алкилового спирта. Типичной формулой является N[H]_c[(CH₂)_dCHRCH₂R]_e, где R независимо представляет собой Н или ОН, с представляет собой 3-е, d представляет собой от 0 до приблизительно 4 и е представляет собой от 1 до приблизительно 3. Примеры включают, но не ограничиваются ими, моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин и триизопропаноламин.

Соли тиосерной кислоты имеют общую формулу M_f(S₂O₃)_g, где М представляет собой щелочной металл или щелочноземельный металл или алюминий, и f представляет собой 1 или 2 и g представляет собой 1, 2 или 3, в зависимости от валентностей элементов металлов М. Предпочтительными являются соли тиосерной кислоты Na, K, Mg, Са и Al.

Соли карбоновой кислоты имеют общую формулу RCOOM где R представляет собой Н или C₁ - приблизительно С₁₀ алкил, и М представляет собой щелочной металл или щелочноземельный металл или алюминий. Предпочтительными являются соли карбоновой кислоты Na, K, Mg, Са и Al. Пример соли карбоновой кислоты представляет собой формат кальция.

Полигидроксилалкиламин может иметь общую формулу:

где h представляет собой 1-3, i представляет собой 1-3, j представляет собой 1-3, и k представляет собой 0-3. Предпочтительный полигидроксиалкиламин представляет собой тетрагидроксиэтилэтилендиамин.

Замедляющие схватывание, или также известные как задерживающие схватывания или гидратационные добавки применяют для того, чтобы замедлить, задержать, или притормозить скорость схватывания вяжущих составов. Добавки, замедляющие схватывание, применяют для того, чтобы уменьшить ускоряющее воздействие жаркой погоды на схватывание вяжущих составов, или задержать начальное схватывание вяжущих составов, когда имеют место трудные условия укладки бетона, или проблемы с доставкой на место проведения работ, или для того, чтобы обеспечить время для особых отделочных работ. Большинство добавок, замедляющих схватывание, также действуют как добавки, которые в небольшой степени снижают водопотребность, и также могут применяться для вовлечения в вяжущие составы небольших количеств воздуха. Лигносульфонаты, гидроксилированные карбоновые кислоты, бура, глюконовая, винная и другие органические кислоты и их соответствующие соли, фосфонаты, некоторые карбогидраты, такие как сахара, полисахариды и сахарные кислоты и их смеси могут применяться в качестве замедляющих добавок.

Ингибиторы коррозии служат для того, чтобы защищать включенную арматурную сталь от коррозии. Высокая щелочная природа вяжущих составов является причиной пассивной и некорродирующей защитной оксидной пленки, которая образуется на стали. Однако, карбонизация или присутствие ионов хлорида антигололедных реагентов или морской воды, вместе с кислородом, могут разрушать пленку или проникать через нее и приводить к коррозии. Добавки, ингибирующие коррозию, химически замедляют эту коррозионную реакцию. Материалы, наиболее часто применяемые для ингибирования коррозии, представляют собой нитрит кальция, нитрит натрия, бензоат натрия, некоторые фосфаты или фторосиликаты, фтороалюминаты, амины, водоотталкивающие вещества на органической основе, а также соответствующие химические вещества.

В сфере строительства, на протяжении лет было разработано много способов защиты вяжущих составов от растягивающих напряжений и последующего растрескивания. Один современный способ включает распределение волокон по всей свежеприготовленной вяжущий смеси. После затвердевания, этот вяжущий состав упоминается как фиброцемент. Волокна могут быть изготовлены из циркониевых материалов, углерода, стали, стекловолокна, или синтетических материалов, например, полипропилена, нейлона, полиэтилена, сложного полиэфира, вискозного волокна, высокопрочного арамида, или их смесей.

Добавки влагонепроницаемости снижают проницаемость бетона, который имеет низкое содержание цемента, высокое соотношение воды и цемента, или недостаток мелкой фракции в части заполнителя. Указанные добавки замедляют проникновение влаги во влажный бетон и включают некоторые мыла, стеараты, а также нефтепродукты.

Добавки, понижающие проницаемость, применяют для уменьшения скорости, при которой вода под давлением передается по вяжущему составу. Кварцевая пыль, летучая зола, молотый шлак, метакаолин, природные пуццоланы, добавки, снижающие водопотребность, и латекс могут применяться для уменьшения проницаемости вяжущих составов.

Рост бактерий и грибов на или в затвердевших вяжущих составах может, в частности контролироваться посредством применения фунгицидных, бактерицидных, и инсектицидных добавок. Наиболее эффективные материалы для указанные целей представляют собой полигалоидированные фенолы, диалдриновые эмульсии, а также соединения меди.

Красящие добавки обычно включают пигменты, либо органические, такие как фталоцианин, либо неорганические пигменты, такие как содержащие металл пигменты, которые включают, но не ограничиваются ими, оксиды металлов и другие, и могут включать, но не ограничиваются ими, содержащий пигменты оксид железа, оксид хрома, оксид алюминия, хромат свинца, оксид титана, цинковый белый, оксид цинка, сульфид цинка, свинцовый белый, железо-марганцевый черный, кобальтовая зелень, марганцевый синий, марганцевый фиолетовый, сульфоселенид кадмия, хромовый оранжевый, никельтитановый желтый, хромо титановый желтый, сульфид кадмия, цинковый желтый, ультрамарин синий и кобальтовая синь.

Добавки, понижающие активность щелочей, могут снижать реакцию между щелочами и заполнителем, и ограничивают образующие трещины растягивающие силы, которые могут иметь место в затвердевших вяжущих составах вследствие этой реакции. Пуццоланы (летучая зола, кварцевая пыль), доменный шлак, соли лития и бария являются особенно эффективными.

Уменьшающее усадку вещество, которое может применяться, включает, но не ограничивается им, RO(AO)_1-10H, где R представляет собой С_1-5 алкильный или С_5-6 циклоалкильный радикал и А представляет собой С_2-3 алкиленовый радикал, сульфат щелочного металла, сульфаты щелочноземельных металлов, оксиды щелочноземельных металлов, предпочтительно сульфат натрия и оксид кальция.

Перечисленные выше дополнительные добавки и примеси являются иллюстративными и не являются исчерпывающими или ограничивающими.

В первом варианте осуществления, предлагается добавка сопротивления вредному воздействию замерзания и оттаивания и сопротивления вредному воздействию расслаивания для вяжущего состава, содержащая водную суспензию, содержащую нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер и способные к набуханию полимерные микросферы.

Добавка в соответствии с первым вариантом осуществления может дополнительно предусматривать то, что соотношение количества способных к набуханию полимерных микросфер к количеству нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от приблизительно 100:1 до приблизительно 3:1 от массы.

Добавка в соответствии с первым или последующими вариантами осуществления может дополнительно предусматривать то, что соотношение количества способных к набуханию полимерных микросфер к количеству нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от приблизительно 30:1 до приблизительно 6:1 от массы.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что способные к набуханию полимерные микросферы содержат полимер, который является по меньшей мере одним из полиэтилена, полипропилена, полиметилметакрилата, поли-о-хлоростирола, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полиакрилонитрила, полиметакрилонитрила, полистирола, или их сополимеров или смесей.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что способные к набуханию полимерные микросферы содержат по меньшей мере один сополимер винилиденхлорида и акрилонитрила, полиакрилонитрила и метакрилонитрила, поливинилиденхлорида и полиакрилонитрила, или винилхлорида и винилиденхлорида, или их смеси.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что способные к набуханию полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет меньше чем, или равняется приблизительно 100 мкм.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что способные к набуханию полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет меньше чем, или равняется приблизительно 24 мкм.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что способные к набуханию полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет меньше чем, или равняется приблизительно 16 мкм.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что способные к набуханию полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет меньше чем, или равняется приблизительно 9 мкм.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер содержит по меньшей мере один сшитый полиэлектролит. По меньшей мере один сшитый полиэлектролит может являться по меньшей мере одним из сшитых полиакриловых сополимеров, сшитых сополимеров полиакриламида, или ковалентно сшитых сополимеров акриламида/акриловой кислоты.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер содержит частицы нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, и где средний размер частиц нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от приблизительно 5 мкм до приблизительно 1000 мкм.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что средний размер частиц нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от приблизительно 5 мкм до приблизительно 300 мкм.

Добавка в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что количество ненабухших, способных к набуханию полимерных микросфер, включенных в добавку, составляет от приблизительно 10 до приблизительно 99,9 процента от массы, и количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, включенного в добавку, составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 30 процентов от массы, из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода.

Во втором варианте осуществления, предлагается способ изготовления устойчивого к вредному воздействию замерзания и оттаивания и/или устойчивого к вредному воздействию расслаивания вяжущего состава, содержащий образование смеси гидравлического цемента и добавки, содержащей водную суспензию нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера и набухших полимерных микросфер. Добавка может содержать добавку в соответствии с любым из первого или последующих вариантов осуществления, которые обсуждались выше.

Способ в соответствии со вторым вариантом осуществления может дополнительно предусматривать то, что полученный вяжущий состав содержит от приблизительно 0,2 до приблизительно 4 процентов от объема набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, из расчета общего объема вяжущего состава.

Способ в соответствии со вторым или последующими вариантами осуществления может дополнительно предусматривать то, что полученный вяжущий состав содержит от приблизительно 0,25 до приблизительно 3 процентов от объема способных к набуханию полимерных микросфер, из расчета общего объема вяжущего состава.

Способ в соответствии с любым из второго или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что полученный вяжущий состав содержит от приблизительно 0,002 до приблизительно 0,1 процента от объема нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, из расчета общего объема вяжущего состава.

Способ в соответствии с любым из второго или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что полученный вяжущий состав содержит от приблизительно 0,008 до приблизительно 0,08 процента от объема нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, из расчета общего объема вяжущего состава.

Способ в соответствии с любым из второго или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что полученный вяжущий состав содержит от приблизительно 0,002 до приблизительно 0,06 процента от массы набухших, способных к набуханию полимерных микросфер, из расчета общей массы вяжущего состава.

Способ в соответствии с любым из второго или последующих вариантов осуществления может дополнительно предусматривать то, что полученный вяжущий состав содержит от приблизительно 0,00002 до приблизительно 0,02 процента от массы нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, из расчета общей массы вяжущего состава.

Группа изобретений относится к добавке для сопротивления вредному воздействию замерзания и оттаивания и сопротивления вредному воздействию расслаивания для вяжущего состава, которая содержит водную суспензию, содержащую нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер и способные к набуханию полимерные микросферы. Описан способ изготовления устойчивого к вредному воздействию замерзания и оттаивания и устойчивого к вредному воздействию расслаивания вяжущего состава, который содержит образование смеси гидравлического цемента и добавки, которая содержит водную суспензию нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера и набухшие полимерные микросферы. Применяются полимерные микросферы для создания в пределах вяжущих составов пустот с контролированным размером. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил., 26 пр.

1. Добавка для сопротивления вредному воздействию замерзания и оттаивания и сопротивления вредному воздействию расслаивания для вяжущего состава, содержащая водную суспензию, содержащую нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер и способные к набуханию полимерные микросферы,

причем способные к набуханию полимерные микросферы содержат по меньшей мере одно из следующего: (I) полимер, который является по меньшей мере одним из полиэтилена, полипропилена, полиметилметакрилата, поли-о-хлоростирола, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полиакрилонитрила, полиметакрилонитрила, полистирола или их сополимеров или смесей; или (II) сополимеры винилиденхлорида и акрилонитрила, полиакрилонитрила и метакрилонитрила, поливинилиденхлорида и полиакрилонитрила или винилхлорида и винилиденхлорида, или их смеси,

причем нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер содержит по меньшей мере один сшитый полиэлектролит, и

соотношение количества способных к набуханию полимерных микросфер к количеству нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от 100:1 до 3:1 от массы.

2. Добавка по п. 1, где соотношение количества способных к набуханию полимерных микросфер к количеству нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от 30:1 до 6:1 от массы.

3. Добавка по п. 1, где ненабухшие способные к набуханию полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет меньше чем или равняется 100 мкм, необязательно меньше чем или равняется 24 мкм, дополнительно необязательно меньше чем или равняется 16 мкм, дополнительно необязательно меньше чем или равняется 9 мкм.

4. Добавка по п. 1, где по меньшей мере один сшитый полиэлектролит является по меньшей мере одним из сшитых полиакриловых сополимеров, сшитых сополимеров полиакриламида или ковалентно сшитых сополимеров акриламида/акриловой кислоты.

5. Добавка по п. 1, где нерастворимый в воде сверхвпитывающий полимер содержит частицы нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера и где средний размер частиц нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера составляет от 5 до 1000 мкм, необязательно от 5 до 300 мкм.

6. Добавка по п. 1, где количество ненабухших способных к набуханию полимерных микросфер, включенных в добавку, составляет от 10 до 99,9% от массы, и количество нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера, включенного в добавку, составляет от 0,1 до 30% от массы из расчета общей массы ингредиентов добавки, иных, чем вода.

7. Способ изготовления устойчивого к вредному воздействию замерзания и оттаивания и/или устойчивого к вредному воздействию расслаивания вяжущего состава, содержащий образование смеси гидравлического цемента и добавки по любому из пп. 1-6.

8. Способ по п. 7, где полученный вяжущий состав содержит от 0,2 до 4% от объема набухших способных к набуханию полимерных микросфер из расчета общего объема вяжущего состава, необязательно от 0,25 до 3% от объема способных к набуханию полимерных микросфер из расчета общего объема вяжущего состава.

9. Способ по п. 7 или 8, где полученный вяжущий состав содержит от 0,002 до 0,1% от объема нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера из расчета общего объема вяжущего состава, необязательно от 0,008 до 0,08% от объема нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера из расчета общего объема вяжущего состава.

10. Способ по п. 7, где полученный вяжущий состав содержит от 0,002 до 0,06% от массы набухших способных к набуханию полимерных микросфер из расчета общей массы вяжущего состава.

11. Способ по п. 7 или 10, где полученный вяжущий состав содержит от 0,00002 до 0,02% от массы нерастворимого в воде сверхвпитывающего полимера из расчета общей массы вяжущего состава.