專(zhuān)利名稱(chēng)：用于水硬性水泥的基于多元醇的摻合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)水硬性水泥的強(qiáng)度和/或控制水硬性水泥的凝固時(shí)間的摻合剤。此外，本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)砂漿和混凝土中水硬性水泥的強(qiáng)度和/或控制其凝固時(shí)間的摻合剤。
背景技術(shù)：
摻合劑可以與水硬性水泥一起使用來(lái)改善水泥的一種或多種性質(zhì)，所述性質(zhì)涉及 可加工性、流變學(xué)、需水量、強(qiáng)度、空氣含量和凝固時(shí)間。已經(jīng)特別感興趣的是，使用摻合劑來(lái)延遲凝固的開(kāi)始而不對(duì)材料的長(zhǎng)期機(jī)械性質(zhì)造成不利影響。這樣的摻合劑(稱(chēng)為“緩凝劑”)可以用來(lái)抵消高溫(其加速凝固)或在水泥混合和充填之間的延遲。常見(jiàn)的有機(jī)緩凝劑包括某些糖類(lèi)、木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)、和羥基羧酸類(lèi)。例如，蔗糖是ー種有效的緩凝劑；向普通卜特蘭水泥(OPC)中加入O. 075重量％的蔗糖使凝固時(shí)間從大約2. 5小時(shí)增加至31小時(shí)[I]。減水增塑劑(例如，木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi))是摻合劑的另ー種常見(jiàn)類(lèi)型，其或者用于在保持水/水泥比率(W/C)恒定的同時(shí)增加可加工性，或者為了給定的可加工性而用于減小W/Co超增塑劑是由磺化萘縮合物、磺化蜜胺甲醒、聚羧酸醚(polycarboxylic ethers)、或聚羧酸酯加工的高幅度減水劑。與經(jīng)典減水劑相比，超增塑劑允許混凝土混合物以更低的W/C來(lái)維持可加工性。由于降低的含水量，采用超增塑劑能夠?qū)崿F(xiàn)降低的孔隙率和増加的強(qiáng)度。雖然對(duì)于用于改善可加工性、需水量和凝固時(shí)間等性質(zhì)的水泥添加劑已經(jīng)引起大量關(guān)注，但是很少有工作致力于以給定的水/水泥比率來(lái)改善水泥強(qiáng)度的添加剤。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面提供了用于水硬性膠結(jié)材料的添加剤，所述添加劑以給定的水/水泥比率來(lái)增加水泥的強(qiáng)度并控制水泥的凝固時(shí)間。所述添加劑可以是多元醇化合物、或其衍生物。更特別地，它可以是如以下化學(xué)式所描述的多元醇，C (OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4，R4’)(I)或C (OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4) C (OH) (R5, R5，) (2)其中Rx和Rx ’代表在α位不含有醇基團(tuán)的基團(tuán)?？梢詫⑽囱苌亩嘣家阅z結(jié)材料的干重的例如大約O. 01%至大約5%、大約O. 05%至大約3%、或大約O. 1%至大約I %的范圍加入到水泥中。當(dāng)使用衍生化的多元醇時(shí)，濃度可以與衍生化的多元醇的分子量成比例地増加。
一個(gè)實(shí)施例提供了組合物，所述組合物包含水硬性膠結(jié)材料和多元醇化合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的姆ー個(gè)碳上。第二方面提供了增加水硬性膠結(jié)材料的強(qiáng)度的方法，所述方法包括將多元醇化合物加入到水泥中，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。所述方法可以包括將多元醇化合物與水混合以獲得溶液，并且將所述溶液與水泥混合。第三方面提供了用于水硬性膠結(jié)材料的摻合劑，所述摻合劑包含至少ー種多元醇化合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。所述摻合劑可以包含水溶液，所述水溶液包括多元醇化合物。在上述方面中，多元醇化合物可以如以下化學(xué)式所描述，C(OH) (R1, R/ )C(OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4, R4’ )(I)或C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4) C (OH) (R5, R5，) (2)其中Rx和Rx ’代表在α位不含有醇基團(tuán)的基團(tuán)。在上述方面中，所述水硬性膠結(jié)材料包括硅酸ニ鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、鋁酸三鈣(C3A)、和鐵鋁酸四鈣(C4AF)中的ー種或多種，或卜特蘭水泥，任選地連同堿活化的粘合劑一起，或其組合，其中所述堿活化的粘合劑是通過(guò)反應(yīng)性的硅酸鹽或硅鋁酸鹽相如冶金礦渣、飛灰、碎玻璃、或礦物如高嶺石或ニ水高嶺石的堿_、硅酸鹽_、碳酸鹽-或硫酸鹽-活化而形成的材料。在上述方面中，實(shí)施例可以包括多元醇化合物，所述多元醇化合物選自赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、或阿拉伯糖醇、或其組合。第四方面提供了組合物，所述組合物包含基本上不含氫氧化鈣的水硬性膠結(jié)材料和至少ー種具有無(wú)環(huán)多羥基主鏈的多元醇化合物。在一些實(shí)施例中，所述多元醇化合物可以包含三個(gè)至六個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在其他實(shí)施例中，所述多元醇化合物可以包含四或五個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在一些實(shí)施例中，所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種堿活化的粘合剤。在另ー個(gè)實(shí)施例中，所述水硬性膠結(jié)材料包括硅酸鈉。第五方面提供了増加基本上不含氫氧化鈣的水硬性膠結(jié)材料的強(qiáng)度的方法，所述方法包括將至少ー種具有無(wú)環(huán)多羥基主鏈的多元醇化合物加入到所述水硬性膠結(jié)材料中。在一些實(shí)施例中，所述多元醇化合物可以包含三個(gè)至六個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在其他實(shí)施例中，所述多元醇化合物可以包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在一些實(shí)施例中，所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種堿活化的粘合剤。在另ー個(gè)實(shí)施例中，所述水硬性膠結(jié)材料包括硅酸鈉。所述方法可以包含將至少ー種多元醇化合物與水混合以獲得溶液，并且將所述溶液與水硬性膠結(jié)材料混合。第六方面提供了用于基本上不含氫氧化鈣的水硬性膠結(jié)材料的摻合劑，所述摻合劑包含至少ー種具有無(wú)環(huán)多羥基主鏈的多元醇化合物。在一些實(shí)施例中，所述多元醇化合物可以包含三個(gè)至六個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在其他實(shí)施例中，所述多元醇化合物可以包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在一些實(shí)施例中，所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種堿活化的粘合剤。在另ー個(gè)實(shí)施例中，所述水硬性膠結(jié)材料包括硅酸鈉。所述摻合劑可以包含溶液，所述溶液包括至少ー種多元醇化合物。在第四至第六方面中，所述堿活化的粘合劑可以是礦渣、天然火山灰、硅粉、飛灰、碎玻璃、高嶺石、ニ水高嶺石、或其組合。在其中至少ー種多元醇化合物具有4個(gè)至5個(gè)相鄰碳原子的實(shí)施例中，所述至少ー種多元醇化合物可以如以下化學(xué)式所描述，C (OH) (R1，R1 ’)C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4，R4’)(I)或C (OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4) C (OH) (R5, R5，) (2) 其中Rx和Rx’代表在α位不含有醇基團(tuán)的部分(例如，基團(tuán))。在一些實(shí)施例中，所述至少ー種多元醇化合物可以是赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、阿拉伯糖醇、甘露糖醇、或山梨糖醇、或其組合。在一些實(shí)施例中，至少ー種多元醇化合物可以是基本上純凈的。第七方面提供了組合物，所述組合物包含基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料和至少ー種多元醇化合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上，并且其中所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種晶相的硅酸鈣材料或至少ー種晶相的鋁酸鈣材料、或其組合。所述水硬性膠結(jié)材料可以任選地包括堿活化的粘合劑。第八方面提供了増加基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料的強(qiáng)度的方法，所述方法包括將至少ー種多元醇化合物加入到所述水硬性膠結(jié)材料中，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上，并且其中所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種晶相的硅酸鈣材料或至少ー種晶相的鋁酸鈣材料、或其組合。所述水硬性膠結(jié)材料可以任選地包括堿活化的粘合剤。所述方法可以包括將至少ー種多元醇化合物與水混合以獲得溶液，并且將所述溶液與水硬性膠結(jié)材料混合。第九方面提供了用于基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料的摻合劑，所述摻合劑包含至少ー種多元醇化合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上，并且其中所述水硬性膠結(jié)材料包括至少一種晶相的硅酸鈣材料或至少ー種晶相的鋁酸鈣材料、或其組合。所述水硬性膠結(jié)材料可以任選地包括堿活化的粘合剤。所述摻合劑可以包含溶液，所述溶液包括至少ー種多元醇化合物。在第七至第九方面中，所述堿活化的粘合劑可以是礦渣、天然火山灰、硅粉、飛灰、碎玻璃、高嶺石、ニ水高嶺石、或其組合。所述至少ー種多元醇化合物可以如以下化學(xué)式所描述，C (OH) (R1，R1 ’)C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4，R4’)(I)或C (OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4) C (OH) (R5, R5，) (2)其中Rx和Rx’代表在α位不含有醇基團(tuán)的部分(例如，基團(tuán))。在一些實(shí)施例中，所述至少ー種多元醇化合物可以是赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、阿拉伯糖醇、或其組合。在一些實(shí)施例中，至少ー種多元醇化合物可以是基本上純凈的。


為了更好地理解本發(fā)明，并且更清楚地表明它可以是如何生效的，下面將通過(guò)實(shí)例并參照附圖來(lái)描述實(shí)施例，在附圖中圖I是表明含有木糖醇或蘇糖醇的水泥漿中強(qiáng)度變化的圖。多元醇的濃度以水泥干重的百分比的形式給出。誤差線相當(dāng)于土一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖2是表明含有木糖醇的混凝土中強(qiáng)度變化的圖。木糖醇的濃度以水泥干重的百分比的形式給出。誤差線相當(dāng)于土一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 偏差。圖3是表明在21 ± I°C下多元醇化合物對(duì)硅酸三鈣(C3S)的水化程度和終凝時(shí)間的影響的圖。多元醇的濃度以C3S的摩爾百分比的形式給出。圖4是表明在21±1°C下C3S漿的終凝時(shí)間對(duì)多元醇濃度的依賴性的圖。多元醇的濃度以C3S的摩爾百分比的形式給出。使數(shù)據(jù)擬合為等式2 (實(shí)線)，如表15中所述。圖5是表明在23± 1°C下OPC漿的初凝時(shí)間對(duì)糖類(lèi)濃度的依賴性的圖。糖類(lèi)的濃度以O(shè)PC的重量百分比的形式給出。使數(shù)據(jù)擬合為等式2 (實(shí)線)，如表15中所述。圖6是表明在21±1°C下蔗糖或山梨糖醇的加入對(duì)OPC漿的水化程度的影響的圖。蔗糖和山梨糖醇的濃度以O(shè)PC的重量百分比的形式給出。擴(kuò)展圖突出了固化的最初8天。誤差線相當(dāng)于對(duì)三次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。將數(shù)據(jù)擬合為3參數(shù)單指數(shù)升至最大函數(shù)。圖7是表明在21±1°C下蔗糖或山梨糖醇的加入對(duì)OPC的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響的圖。蔗糖和山梨糖醇的濃度以O(shè)PC的重量百分比的形式給出。誤差線相當(dāng)于對(duì)三次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差(就第56天而言為八)。圖8是表明不含有飛灰并且具有大約等于O. 50的水/水泥比率的混凝土圓柱體的抗壓強(qiáng)度的圖。木糖醇的濃度以水泥干重的百分比的形式給出。圖9是表明含有飛灰并且具有大約等于O. 50的水/膠結(jié)材料比率的混凝土圓柱體的抗壓強(qiáng)度的圖。木糖醇的濃度以膠結(jié)材料(水泥+飛灰)干重的百分比的形式給出。圖10是表明不含有飛灰并且具有大約等于O. 35的水/水泥比率的混凝土圓柱體的抗壓強(qiáng)度的圖。木糖醇的濃度以水泥干重的百分比的形式給出。圖11是表明含有飛灰并且具有大約等于O. 35的水/膠結(jié)材料比率的混凝土圓柱體的抗壓強(qiáng)度的圖。木糖醇的濃度以膠結(jié)材料(水泥+飛灰)干重的百分比的形式給出。圖12是表明基于飛灰的地質(zhì)聚合物砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著濃度相當(dāng)于飛灰的O重量％、0. 3重量％、和O. 7重量％的木糖醇的固化時(shí)間而變的圖。誤差線相當(dāng)于三次測(cè)量以上的土一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于水硬性膠結(jié)材料的添加劑(即多元醇)，所述添加劑増加了水泥、砂漿和混凝土的強(qiáng)度，并控制其凝固時(shí)間。實(shí)施例至少部分地基于以下意想不到的發(fā)現(xiàn)某些多元醇使在給定的水/水泥比率(W/C)下的水硬性水泥的強(qiáng)度得以實(shí)質(zhì)性増加。取決于所述多元醇及其濃度，除了水泥的凝固延遲、幾乎沒(méi)有或沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的凝固延遲、或加速凝固以外，還可以實(shí)現(xiàn)水泥強(qiáng)度的増加。
如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“多元醇”是指無(wú)環(huán)多羥基烴。在一個(gè)實(shí)施例中，多元醇是具有4或5個(gè)相鄰碳原子的主鏈的那些，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。這樣的多元醇化合物及其衍生物可以如以下化學(xué)式所描述C (OH) (R1，R1 ’)C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4，R4’)(I)或C (OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2) C (OH) (R3) C (OH) (R4) C (OH) (R5, R5，) (2)其中Rx和Rx’代表在α位不含有醇基團(tuán)的部分(例如，基團(tuán))。 所述多元醇化合物的實(shí)例包括糖醇。如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“糖醇”相當(dāng)干“多羥基醇”和“多元醇”，并且指的是糖的氫化形式，其羰基(醛或酮，還原糖)已被還原為伯醇羥基基團(tuán)或仲醇羥基基團(tuán)(即，醇)。示例性的糖醇包括，但不限于赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、和阿拉伯糖醇。因此，如文中所描述，通過(guò)向其中加入選自赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、和阿拉伯糖醇的多元醇，或其組合可以增加膠結(jié)材料的強(qiáng)度。在其他的實(shí)施例中，ー種或多種具有4或5個(gè)相鄰碳原子的主鏈的多元醇可以與一種或多種其他的多元醇組合，前提條件是所述ー種或多種具有4或5個(gè)相鄰碳原子的主鏈的多元醇是多元醇混合物中的主要多元醇。所述其他的多元醇可以具有相鄰碳原子的主鏈，所述相鄰碳原子不同于4或5個(gè)碳原子。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，所述其他的多元醇可以是山梨糖醇，在此情況下，山梨糖醇的量低于混合物中所有多元醇總量的20%。作為另ー個(gè)實(shí)例，所述多元醇混合物可以包括木糖醇和山梨糖醇，其中山梨糖醇的量低于木糖醇和山梨糖醇總量的20%。用于如文中所描述的用途的其他多元醇混合物可以是基本上不含山梨糖醇的，或者不含有額外的山梨糖醇。然而，可以理解的是，可以存在痕量的山梨糖醇。盡管不是必要的，可以使用基本上純凈的多元醇。術(shù)語(yǔ)“基本上純凈的”指的是在給定的例子中多元醇相對(duì)于其他化合物的含量。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用純度(例如)大于60%的多元醇。在其他實(shí)施例中，純度可以是至少80 %、至少90 %、至少95 %、或至少99 %。例如，基本上純凈的多元醇可以是食品級(jí)多元醇。在一個(gè)實(shí)施例中，使用基本上純凈的木糖醇?？梢詫⑽囱苌亩嘣家岳缒z結(jié)材料干重的大約O. OI %至大約5 %、大約O. 05%至大約3%、或大約O. 1%至大約I %的范圍加入到水泥中。當(dāng)使用衍生化的多元醇時(shí)，可以與所述衍生化的多元醇的分子量成比例的增加濃度。術(shù)語(yǔ)“水泥”、“水硬性水泥”、“水硬性膠結(jié)材料”、和“膠結(jié)材料”在文中可互換使用并且指的是無(wú)機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料的混合物，由于其與水的化學(xué)相互作用和最終形成水合物，其凝固、增強(qiáng)強(qiáng)度并與其他材料粘合在一起。所述水硬性水泥可以作為糊漿單獨(dú)使用，或者它們可以在砂漿、混凝土等中使用。在一些實(shí)施例中，水硬性膠結(jié)材料可以是基本上不含氫氧化鈣的。換言之，所述實(shí)施例在水硬性膠結(jié)材料中不包括卜特蘭水泥。水硬性膠結(jié)材料不含有額外的氫氧化鈣，盡管能夠理解的是，可以存在少量氫氧化鈣，其中氫氧化鈣的量少于所述水硬性膠結(jié)材料干重的5%。水硬性膠結(jié)材料可以包括至少ー種堿活化的粘合剤。水硬性膠結(jié)材料可以包括鉀堿。在不含氫氧化鈣的實(shí)施例中，多元醇化合物可以包含三至六個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。在一些實(shí)施例中，多元醇化合物可以包含四或五個(gè)相鄰碳原子，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上。例如，至少ー種多元醇化合物可以是赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、阿拉伯糖醇、甘露糖醇、或山梨糖醇、或其組合。在ー個(gè)實(shí)施例中，水硬性膠結(jié)材料包括硅酸鈉。在其他的實(shí)施例中，水硬性膠結(jié)材料可以是基本上不含鉀堿的。換言之，水硬性膠結(jié)材料可以不含有額外的鉀堿，盡管能夠理解的是，可以存在痕量的鉀堿。在其他的實(shí)施例中，水硬性膠結(jié)材料可以含有鉀堿，其中鉀堿的量少于所述水硬性膠結(jié)材料干重的5%。在所述實(shí)施例中，水硬性膠結(jié)材料包括作為組分的ー種或多種晶相硅酸鈣材料，如，例如，硅酸ニ鈣(C2S)和硅酸三鈣(C3S)。水硬性膠結(jié)材料可以包括作為組分的一種或多種晶相鋁酸鈣材料，如，例如，鋁酸三鈣(C3A)或鐵鋁酸四鈣(C4AF)。水硬性膠結(jié)材料可以包括作為組分的堿活化的粘合剤。在一些實(shí)施例中，可以存在兩種或更多種硅酸鈣、鋁酸鈣、或堿活化的粘合劑材料的組合。水硬性膠結(jié)材料可以是100%的卜特蘭水泥，或者其可以是少于100%的卜特蘭水泥，含有作為剩余材料的堿活化的粘合剤。例如，水硬性膠結(jié)材料可以包含75%的卜特蘭水泥和25%的堿活化的粘合劑，或者50%的卜特蘭水泥和50%的堿活化的粘合劑，或者25%的卜特蘭水泥和75%的堿活化的粘合劑，或者I %的卜特蘭水泥和99 %的堿活化的粘合劑。如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“鉀堿”指的是基本上包含碳酸鉀的材料。可以存在有效量的硅酸鈣、鋁酸鈣和堿活化的粘合劑材料。文中所使用的術(shù)語(yǔ)“有效量”指的是用于達(dá)到關(guān)于水泥、砂漿、或混凝土固化的所需強(qiáng)度所需要的材料的量。例如，有效量可以是如表I和2(a)、2(b)至7(a)、7(b)中所規(guī)定的C2S、C3S、C3A、和C4AF的量。作為另ー個(gè)實(shí)例，有效量可以是如公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)(例如ASTM標(biāo)準(zhǔn))中所規(guī)定的最小量。水硬性水泥的典型例子是普通卜特蘭水泥(OPC)，其中C3S是主要組分并且對(duì)水合的水泥的強(qiáng)度和其他特性發(fā)揮最大的影響(參見(jiàn)，例如，[38])。通常，OPC可以包括大約37%至72%的C3S，和大約6%至36%的C2S[38]。如[38]中詳細(xì)討論的，不同類(lèi)型的卜特蘭水泥被加工用于滿足各種物理和化學(xué)需要，并滿足ASTM C150,AASHTO M 86和ASTM C1157標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。例如，如ASTM C150和AASHTO M 86所指定的，表2 (a)、2 (b)至7(a)、7(b)列舉了 1至ソ型和白水泥中(25、(35、(^\、和(^^的最小量和最大量(重量％)。不同類(lèi)型卜特蘭水泥中這些組分的量賦予每種類(lèi)型某些性質(zhì)，如對(duì)于特殊應(yīng)用而言，特定類(lèi)型可能是所需的。基于[38](參考[38]獲得更多信息)，將I至V型和白水泥的特性總結(jié)如下。I型.正常型當(dāng)不需要其他類(lèi)型卜特蘭水泥的特殊性質(zhì)時(shí)，通用卜特蘭水泥適用于所有用途。表2 (a)和2(b)列舉了由不同量的I型卜特蘭水泥制備的平坦(flatwork)混凝土和抗凍混凝土中C2S、C3S, C3A和C4AF的最小量和最大量。II型.中等抗硫酸鹽型當(dāng)?shù)挚怪卸攘蛩猁}侵襲的保護(hù)很重要時(shí)，使用此卜特蘭水泥。其用在暴露于土壌、地下水(其中硫酸鹽濃度高于正常值但不嚴(yán)重)、或海水中的結(jié)構(gòu)中。中等抗硫酸鹽型的出現(xiàn)是由于其含有不多于8%的鋁酸三鈣(C3A)。表3(a)和3(b)列舉了由不同量的II型卜特蘭水泥制備的平坦混凝土和抗凍混凝土中C2S、C3S、C3AjP C4AF的最小量和最大量。III型.高早強(qiáng)型該卜特蘭水泥提早(例如)一周或更短的時(shí)間顯露出實(shí)質(zhì)的強(qiáng)度，并因此其可用于需要盡快移除模型時(shí)或者結(jié)構(gòu)必須很快交付使用吋。在寒冷的天氣里，其允許減少固化、期的持續(xù)時(shí)間。表4(a)和4(b)列舉了由不同量的III型卜特蘭水泥制備的平坦混凝土和抗凍混凝土中C2S、C3S, C3AjP C4AF的最小量和最大量。IV型.低水化熱型當(dāng)在巨大的建筑如大型重力壩中，必須使由水化產(chǎn)生的熱量的速率和量最小化時(shí)，使用該卜特蘭水泥。其以低于其他水泥類(lèi)型的速率顯露出強(qiáng)度。表5(a)和5(b)列舉了由不同量的IV型卜特蘭水泥制備的平坦混凝土和抗凍混凝土中C2S、C3S, C3AjP C4AF的最小量和最大量。V型.高抗硫酸鹽.型在暴露于嚴(yán)重的硫酸鹽作用中的混凝土中使用該類(lèi)型卜特蘭水泥，如當(dāng)土壌或地下水具有高硫酸鹽含量吋。其顯露出與I型水泥相比慢得多的強(qiáng)度。高抗硫酸鹽型起因于5重量％或更少的低C3A含量。表6 (a)和6 (b)列舉了由不同量的V型卜特蘭水泥制備的 平坦混凝土和抗凍混凝土中C2S、C3S, C3AjP C4AF的最小量和最大量。白水泥該波特蘭水泥與灰水泥的區(qū)別主要在于顏色。使用選定材料控制生產(chǎn)過(guò)程使得成品是白色的。其用于結(jié)構(gòu)要素中的建筑學(xué)應(yīng)用，其中白色成品是所需的。表7(a)和7(b)列舉了由不同量的白色卜特蘭水泥制備的平坦混凝土和抗凍混凝土中C2S、C3S、C3A、和C4AF的最小量和最大量。應(yīng)該注意的是，表2(a)、2(b)至7(a)、7(b)中第一行展示了當(dāng)使用最小量的水泥時(shí)在指定水泥類(lèi)型中C2S、C3S, C3AjP C4AF的量。對(duì)于Im3平坦混凝土而言，水泥的最小量是280kg,并且對(duì)于Im3抗凍混凝土而言，是335kg。表2 (a)、2 (b)至7 (a)、7 (b)中隨后的行展示了當(dāng)已經(jīng)通過(guò)添加ー種或多種其他膠結(jié)材料(如一種或多種堿活化的粘合剤)來(lái)稀釋最小量的水泥時(shí)在指定水泥類(lèi)型中C2S、C3S, C3AjP C4AF的量。如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“水泥”、“水硬性水泥”、“水硬性膠結(jié)材料”、和“膠結(jié)材料”也指的是組合物，所述組合物包括ー種或多種上述硅酸鈣、鋁酸鈣、和堿活化的粘合劑材料，連同一種或多種其他材料，所述其他材料可以或可以不包括ー種或多種硅酸鈣、鋁酸鈣、或堿活化的粘合劑材料。這些材料可以用來(lái)制備用于特殊用途的水硬性水泥，如石灰礦渣水泥、砌筑水泥、天然水泥、富硫酸鹽水泥、天然或人工水硬性石灰；和調(diào)拌料如砂漿、水泥漿、粉料、和混凝土，基于水泥和/或石灰、水和/或所有粒度的總計(jì)(沙子、碎石、石料、等)。堿活化的粘合劑(也被稱(chēng)作“地質(zhì)聚合物”或“無(wú)機(jī)聚合物”)是由反應(yīng)性的硅酸鹽或硅鋁酸鹽相的堿_、硅酸鹽_、碳酸鹽-或硫酸鹽-活化而形成的材料，包括砂漿(例如，研磨的粒狀高爐礦渣(ggbfs))、天然火山灰、硅粉、飛灰、碎玻璃、礦物(例如，高嶺石、ニ水高嶺石)、及其組合。典型地，如飛灰和礦渣的材料不含有有效量的晶相硅酸鈣(參見(jiàn)，例如，[39、40])。山梨糖醇，中性的六碳糖醇，用作減水增塑劑[16]并且已經(jīng)展示出充當(dāng)OPC凝固緩凝劑的作用，盡管其有效性低于蔗糖(0.40重量％的山梨糖醇誘導(dǎo)兩天的凝固延遲，相當(dāng)于O. 15重量％的蔗糖的效果[15])。相對(duì)于蔗糖，山梨糖醇可以提供水化程度(圖6)以及抗壓強(qiáng)度(圖7)的較少的晚增加(late increase) [15]。該效果歸因于山梨糖醇(而不是蔗糖)與硅形成陰離子復(fù)合物并在固體水泥基質(zhì)中交聯(lián)這些復(fù)合物的能力[15]?；诖?，具有較長(zhǎng)多元醇主干的添加劑有望提供進(jìn)ー步的水化和強(qiáng)度的增強(qiáng)。然而，出乎意料的是，文中所述的實(shí)施例證明具有較短多元醇主干的添加劑提供了強(qiáng)度的增強(qiáng)。例如，包括作為用于水硬性水泥的添加劑的四個(gè)或五個(gè)碳的糖醇、及其衍生物的實(shí)施例給予水泥實(shí)質(zhì)性的強(qiáng)度增加(圖I和2，和8至11)，并且還可以要么放緩要么加速凝固時(shí)間(圖3、4、和5)。另外，在水化的早期和晩期均能觀察到強(qiáng)度增加，固化56天之后水泥漿中抗壓強(qiáng)度増加高達(dá)26%并且混凝土中増加高達(dá)35%。如文中所證明，包括四個(gè)或五個(gè)碳的糖醇的添加劑的增強(qiáng)強(qiáng)度的效果將顯示出在寬闊的溫度范圍內(nèi)的增強(qiáng)，包括低于0°C的溫度(例如，_15°C，或更低)。然而，在0°C或更高溫度下增強(qiáng)強(qiáng)度的效果可以更加顯著。通過(guò)文中所描述的實(shí)施例進(jìn)ー步證明，包括蘇氏ニ羥基官能度(例如，至少ー個(gè)蘇氏ニ羥基對(duì))的無(wú)環(huán)多元醇化合物顯示出作為延遲的促凝劑的效能；換言之，水泥的水化首先被抑制，然后比不含添加劑的水泥更快地進(jìn)行。相對(duì)有效性隨著蘇氏羥基對(duì)的數(shù)目并且(從較小的程度上講)隨著分子中的羥基基團(tuán)的總數(shù)而增加。包括如文中所描述的無(wú)環(huán)多元醇化合物的水泥組合物可以用于應(yīng)用如，例如，建筑物、橋梁、路面、和其他結(jié)構(gòu)的建設(shè)，以及(例如)預(yù)制/預(yù)應(yīng)カ混凝土產(chǎn)品的生產(chǎn)。由于増加的強(qiáng)度，所述用途可以導(dǎo)致用于特定應(yīng)用所需的更少的水泥、混凝土、砂漿、等。這將轉(zhuǎn) 化為降低的材料成本、降低的工程或生產(chǎn)項(xiàng)目成本、和降低的環(huán)境危害。如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“平坦混凝土”指的是用于橋面板、地板、車(chē)道、人行道、等等的混凝土。如文中所使用，術(shù)語(yǔ)“抗凍混凝土”和“抗凍融混凝土”是可互換的并且指的是抵抗由凍融循環(huán)造成的降解的混凝土。通過(guò)向混合物中夾帶空氣、使用夾帶空氣的水泥或添加夾帶空氣的摻合劑可以制備抗凍混凝土。夾帶空氣的摻合劑使混合過(guò)程中形成的氣泡穩(wěn)定、通過(guò)降低拌合水的表面張カ來(lái)增強(qiáng)不同尺寸的氣泡合并、阻止氣泡聚結(jié)、并使氣泡固定于水泥和集料顆粒上。1、11和III型水泥可以被制備成已夾帶空氣的水泥，被稱(chēng)為ΙΑ、ΙΙΑ和IIIA型，其中組合物與I、II和III型相同，除了當(dāng)使用夾帶空氣的摻合劑時(shí)，添加少量的所述摻合剤。將所有引用的出版物以其全文引用方式并入本文中。通過(guò)下列非限定性實(shí)例進(jìn)一歩描述實(shí)施例。實(shí)施例I.通過(guò)無(wú)環(huán)多元醇化合物增強(qiáng)強(qiáng)度的比較I.水泥漿I. I.木糖醇和蘇糖醇的效果在Hobart攪拌機(jī)中，將10型普通卜特蘭水泥(OPC)和水以O(shè). 40的水/水泥比率混合。除了不含添加劑的對(duì)照批次以外，在與OPC混合之前，將多元醇(木糖醇或蘇糖醇)加入到水中。多元醇獲自Sigma-Aldrich并且是基本上純凈的(即，大約99% )。在23°C的恒溫和100%的濕度下進(jìn)行最初24小時(shí)的固化，并且在雙倍密封的氣密性聚こ烯袋中于室溫(21±1°C)進(jìn)行剩余的固化時(shí)間。根據(jù)ASTM C109，在各種固化時(shí)間之后，在2英寸立方體上一式三份地進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試(圖I和表8)。在承壓之前，采用聚氨酯襯墊和護(hù)圈(American Cube Molds, Twinsburg, Ohio)覆蓋所述立方體以改善強(qiáng)度測(cè)量的重現(xiàn)性。在固化3天之后，0.3重量％的木糖醇的加入增加了 20%的水泥漿強(qiáng)度(從
39.8±4. 4至47. 8±1. 4MPa)，并且在固化56天之后，增加了 26 % (從76. 4±5. 5至96.5±0.7MPa)。該結(jié)果說(shuō)明木糖醇不但是早期強(qiáng)度強(qiáng)化劑，而且是晚期強(qiáng)度強(qiáng)化劑。當(dāng)木糖醇的濃度由O. 3重量％增加至O. 7重量％時(shí)，其有效性保持穩(wěn)定。在固化的28天和56天，I重量％的蘇糖醇的加入也増加了強(qiáng)度，但是強(qiáng)度改善大致為采用木糖醇所獲得的強(qiáng)度改善的一半。1.2.山梨糖醇的效果在塑料碗中，將10型普通卜特蘭水泥和去離子水以O(shè). 40的液體/水泥比率混合。在與水泥混合之前，將山梨糖醇加入到水中。對(duì)照批次不含有山梨糖醇。然后將混合物傾倒入直徑2英寸并且高4英寸的圓柱形PVC模具中。將圓柱體于室溫(21±1°C)置入三倍密封的氣密性聚こ烯袋中以進(jìn)行周期介于3至56天之間的固化。在將它們從模具中除去之后，根據(jù)ASTM C617-98立即采用硫自上而下覆蓋樣品圓柱體并且根據(jù)ASTM C109—式三份地測(cè)量無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(除了第56天，其中有七次測(cè)量)。強(qiáng)度結(jié)果如表9和圖7中所
/Jn ο在固化的最初28天中，山梨糖醇的加入不增加水泥漿的強(qiáng)度。在第56天，強(qiáng)度的增加為15% (從33. 5±2. 6至38. 6±3. 4MPa)。因此，山梨糖醇僅僅是輕度的晩期強(qiáng)度強(qiáng)化劑。相比之下，木糖醇已經(jīng)在第三天增強(qiáng)了強(qiáng)度并且強(qiáng)度改善顯著大于山梨糖醇。2.混凝土通過(guò)在鼓式攪拌機(jī)中混合10型普通卜特蘭水泥、水、白云石粗集料和過(guò)篩的細(xì)集料(沙子)來(lái)制備混凝土批次。水/水泥比率、粗集料/水泥比率、和細(xì)集料/水泥比率分別是O. 55、2. 8和2. 8。將木糖醇以相當(dāng)于水泥含量的O. 3重量％和O. 7重量％的濃度加入到水中。對(duì)照批次不含有添加剤。將圓柱體在維持在23±1°C的飽和石灰水浴中固化直至強(qiáng)度測(cè)試。在固化之后的第3、7、和28天，在4英寸X8英寸的圓柱體上一式三份地進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試(表10和圖2)。在固化7天之后，O. 7重量％的木糖醇的加入增加了 20%的混凝土強(qiáng)度(從
28.5±0. 8至34. 1±0. 8MPa)并且在固化56天之后，增加了 24 % (從38. I ± I. 3至47. 1±0. 8MPa)。這些結(jié)果說(shuō)明木糖醇不但是混凝土的早期強(qiáng)度強(qiáng)化劑，而且是晚期強(qiáng)度強(qiáng)化劑，類(lèi)似于采用水泥漿所觀察到的效果。當(dāng)混凝土中木糖醇的濃度由O. 3重量％増加至O. 7重量％時(shí)，其有效性增加。實(shí)施例II.糖醇類(lèi)和蔗糖的凝固緩凝劑效果的比較糊漿的制備所使用的水泥是ASTM C150 I型普通卜特蘭水泥(CEMEX，Charlevoix, Ml)和純凈的娃酸三I丐(CTL Group, Skokie, IL)。表11列舉了姆種產(chǎn)品的生產(chǎn)商說(shuō)明書(shū)。添加齊Li蘇糖醇、赤蘚糖醇、阿東糖醇、阿拉伯糖醇、甘露糖醇、木糖醇、山梨糖醇、蔗糖和兒茶酚獲自 Sigma-Aldrich并且是基本上純凈的(均彡99% )。在冰水浴上的塑料碗中，將千克級(jí)的OPC與預(yù)先冷卻的(10°C )去離子水(ISMQcm)以W/C = O. 40的水/水泥質(zhì)量比混合。采用塑料勺將混合物攪拌大約7分鐘直至它們是均勻的。將OPC樣品傾倒入5X IOcm PVC圓柱體中。然后將它們單獨(dú)密封在氣密性聚こ烯袋中(為了避免碳酸化作用和濕度損失)并置于室溫(21±1°C)水浴中以進(jìn)行各種時(shí)間長(zhǎng)度的固化。對(duì)于測(cè)試凝固時(shí)間而言，根據(jù)ASTMC305 [17]將OPC漿在Hobart攪拌機(jī)中混合。
由于C3S的有限利用率，通過(guò)在8mL聚こ烯瓶中將O. 72g水與I. 20g水泥結(jié)合，并采用玻璃棒混合30秒以W/C = O. 60[15]來(lái)制備樣品。樣品于21±1°C進(jìn)行各種時(shí)間長(zhǎng)度的固化。在氮?dú)庀碌氖痔资讲僮飨渲羞M(jìn)行全部過(guò)程以防止碳酸化作用。將規(guī)定量的糖溶解于OPC和C3S漿的拌合水中。添加劑的濃度表示為水泥的重量％，并且對(duì)于(^(0&35105;228.328 moF1)而言，也表示為摩爾％ (表12)。特性描述通過(guò)定量粉末X射線衍射(XRD)分析[13]測(cè)定C3S的水化程度。在所需的固化時(shí)間已經(jīng)流逝之后(O至56天)，將糊漿在丙酮中淬滅，然后真空干燥。將代表性的IOOmg樣品連同10重量％的TiO2 —起研磨，并且在使用Cu輻射的Philips PW3710型X射線衍射儀上于40kV(30mA)掃描。使用Bruker Diffract Plus EVA軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。由相對(duì)于 O. 250 和 O. 324nm 處 TiO2 峰積分面積的 d = O. 267-0. 282nm 和 O. 293-0. 308nm 處孤立的C3S峰積分面積的損失確定水化的程度。超過(guò)20%的值緊密地匹配了由燒失量法獲得的那 些[18-20]。在這個(gè)水化水平以下，基于XRD的測(cè)量顯著地波動(dòng)并且被認(rèn)為大約為零。使用燒失量(LOI)法測(cè)定OPC漿的水化程度。將大約1.0_1.5g的粗樣品(850-2000 μ m粒度)于105°C加熱24小時(shí)以除去可蒸發(fā)水并因此獲得烘干的重量，W1(l5。于1005°C加熱2小時(shí)之后，獲得完全脫水的重量(Wicitl5),并且使用[18，19]計(jì)算水化程度a = (W105-W1OO5)Z(FNEffXff1005)(I)其中FNEW是完全含水的糊漿中不可蒸發(fā)水的重量分?jǐn)?shù)，對(duì)于OPC而言，其被報(bào)道為 O. 235±0. 015[21，22]。使用根據(jù)ASTM C191[23]的維卡針來(lái)測(cè)量C3S和OPC漿的凝固時(shí)間。初凝時(shí)間是首次與水接觸和維卡針穿透直達(dá)25_時(shí)之間的間隔。當(dāng)針在糊漿表面不留下完整的圓形型腔時(shí)達(dá)到終凝時(shí)間。在固化I、7、和56天之后，進(jìn)行C3S和OPC漿的SEM-EDS分析。從每一件樣品核心中取出一片(大約O. 5g)，在丙酮中浸泡24小時(shí)以停止水化[24]，于105°C干燥15分鐘，并包埋在環(huán)氧樹(shù)脂中。將薄截面切下、折疊并拋光(使用基于油的介質(zhì)以防止進(jìn)ー步的水化)、碳包覆、然后采用掃描電鏡(JE0L JSM-5900LV)以反散射電子(BSE)模式分析以增強(qiáng)礦物相之間的差別[25]。使用EDS系統(tǒng)(Oxford LinkISIS)測(cè)定元素組成。根據(jù)ASTM C109[26]測(cè)量OPC漿的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。在將它們從圓柱形模具中除去之后，立即采用硫自上而下覆蓋樣品(ASTMC617-98[27])并且一式三份地進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量(除了第56天，其中有七次測(cè)量)。平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為±11%，類(lèi)似于由使用兩英寸立方體模具進(jìn)行的平行測(cè)量所獲得的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果C3S-水化程度和凝固時(shí)間如圖3所闡述，不含添加劑的C3S漿中水化程度在固化的第一天迅速升至60%并且其后緩慢增加至第56天的89%。也描述了幾種改進(jìn)用糖的糊漿的水化。表12總結(jié)了 C3S水化的完整結(jié)果。I. O重量％的赤蘚糖醇或阿東糖醇的加入不會(huì)對(duì)固化過(guò)程產(chǎn)生可識(shí)另Ij的影響，具有恰好如不含添加劑的糊漿一般的水合過(guò)程。相比之下，其他每ー種糖都抑制劑量依賴型樣式中水化的發(fā)生。其后，然而，水化程度非常迅速地上升，具有在短短的幾天之內(nèi)超過(guò)80%的值。
維卡法用來(lái)確立糊漿在第O. 3、1、3、7、14、26和56天是否已經(jīng)完成最終凝固(表13)。注意的是，具有大于40±3%的水化的所有糊漿完全凝固，反之，那些水化較小的尚未凝固。此外，如圖4所示，終凝時(shí)間按照公式隨著增加的糖濃度C以指數(shù)形式増加。t 凝固=ae(2)其中，例如在木糖醇的情況下，a = O. 38±0. 14天并且b = 3. 15±0. 29wt% '糖醇延遲C3S水化并且增加凝固時(shí)間的相對(duì)能力可能與兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有夫(a)最重要的，蘇式構(gòu)型中相鄰羥基基團(tuán)的數(shù)目；和(b)分子尺寸或羥基基團(tuán)總數(shù)目。缺乏蘇式ニ羥基官能度的糖醇，換言之，赤蘚糖醇和阿東糖醇，對(duì)水合過(guò)程沒(méi)有可識(shí)別的影響。含有単一蘇式對(duì)的那些具有微弱的抑制作用，其隨著分子尺寸増加蘇糖醇<阿拉伯糖醇<甘露糖醇。木糖醇和山梨糖醇(每ー個(gè)都具有相鄰的蘇式-蘇式三羥基官能度)是最有效的糖醇緩凝劑；含有I. 3重量％的木糖醇或O. 80重量％的山梨糖醇的糊漿甚至在56天之后仍保持未凝固。蔗糖的抑制影響超過(guò)了所有糖醇的影響，然而，少至O. 15重量％防止C3S在 第56天凝固。C3S顯微結(jié)構(gòu)從C3S漿的顯微結(jié)構(gòu)上比較山梨糖醇(最有效的糖醇凝固緩凝劑)和蔗糖的影響。制備不含(a)添加劑、含有(b) O. 40重量％的山梨糖醇、(c)0. 037重量％的蔗糖(如上所示為了得到與O. 40重量％的山梨糖醇相同的凝固延遲)、和(d)0. 15重量％的蔗糖的樣品。表14中總結(jié)了結(jié)果。在第I天結(jié)束吋，不含添加劑的糊漿完全凝固并且在C3S多孔基質(zhì)和硅酸鈣水合物(CSH)凝膠中含有稠密的氫氧化鈣(CH)團(tuán)塊(island)，嵌有未水合的C3S顆粒。在第7天，CH團(tuán)塊已經(jīng)成長(zhǎng)為直徑大約200 μ m，但是在其他方面未發(fā)生外觀上的變化。具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)的CSH與少量的晶相CH —起繼續(xù)在周?chē)|(zhì)中沉淀，以至于在第56天基質(zhì)的孔隙率已經(jīng)顯著減小。含有O. 037重量％蔗糖的糊漿在固化一天之后未表現(xiàn)出水合的征兆。在第7天，完全凝固，其顯微結(jié)構(gòu)與不含添加劑的糊漿的顯微結(jié)構(gòu)不能區(qū)分。在56天的實(shí)驗(yàn)里，SEM下含有O. 15重量％蔗糖的糊漿中的水化不明顯。如上所述，含有O. 40重量％的山梨糖醇的C3S顯示出與含有O. 037重量％的蔗糖的C3S類(lèi)似的凝固延遲。但是，在第I天之后，其表現(xiàn)為延長(zhǎng)的CH晶體，這是在添加蔗糖的糊漿中未發(fā)現(xiàn)的。在第7天，這些晶體已經(jīng)成長(zhǎng)為團(tuán)塊，其尺寸為在其他水合水泥中所觀察的那些團(tuán)塊的兩倍。另外，在第56天，周?chē)|(zhì)顯著地含有比其他糊漿的基質(zhì)更多的已沉淀CSH和更少的孔隙率。OPC-凝固時(shí)間根據(jù)添加的赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇和蔗糖來(lái)測(cè)量OPC的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間(表6)。類(lèi)似于對(duì)于C3S所觀察的趨勢(shì)，由于糖濃度的増加，兩種凝固時(shí)間均以指數(shù)形式増加(圖5)。表15中列舉了等式2的最佳匹配系數(shù)。用于特定糖的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間以類(lèi)似的形式増加，如通過(guò)等式的系數(shù)b所反映。在木糖醇、山梨糖醇和蔗糖的情況下，系數(shù)a相當(dāng)于不含添加劑的凝固時(shí)間，然而系數(shù)b的量級(jí)則是每ー種糖的相對(duì)凝固延遲效能的指標(biāo)。對(duì)于C3S糊漿而言，相對(duì)效能遞增如木糖醇< 山梨糖醇<蔗糖。OPC中每ー種情況的延遲作用程度顯著地小于C3S,盡管應(yīng)該注意的是，對(duì)于兩種類(lèi)型的糊漿而言，水/水泥比率是不同的。蘇糖醇在糖中是獨(dú)ー無(wú)ニ的，因?yàn)?不是充當(dāng)緩凝劑)它導(dǎo)致凝固在每ー種測(cè)試的濃度下均被加速。因此，系數(shù)a的值大大減少。然而，對(duì)于每ー種其他的糖而言，凝固時(shí)間隨著摻合劑増加的濃度以指數(shù)形式上升。這些觀察結(jié)果與所觀察的蘇糖醇對(duì)C3S水化的影響一致(圖3)。如同其他的糖，它似乎表現(xiàn)為延遲的促凝劑。然而，特別是在低濃度吋，通過(guò)隨后的促凝影響能夠壓倒延遲作用效果。最終的測(cè)試添加劑是兒茶酚(或1，2_ニ羥基苯)，一種非糖多羥基分子，已知其在堿性條件下絡(luò)合含水硅。含有兒茶酚的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間(不同于含有糖的那些初凝時(shí)間和終凝時(shí)間)減少，因?yàn)槠錆舛忍岣?表13)。OPC-水化程度圖6描述了根據(jù)不含添加劑、含有O. 037重量％的蔗糖、O. 40重量％的山梨糖醇或O. 15重量％的蔗糖的OPC的時(shí)間的水化程度。在第6天，后兩種糊漿的水化(盡管最初受到阻礙)趕上純凈OPC的水化。此外，在第10天添加山梨糖醇的糊漿的水化水平超過(guò)了對(duì)照組，并且保持較高水平直至第56天，此時(shí)差異為3. 8% (通過(guò)學(xué)生氏T檢驗(yàn)在99%的置信水平上)。OPC-抗壓強(qiáng)度圖7顯示出所有OPC糊漿的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著它們的相對(duì)水化程度上升?；蛘逴. 15重量％的蔗糖或者O. 40重量％的山梨糖醇的添加導(dǎo)致用于OPC為了獲得其正常56天抗壓強(qiáng)度的一半所需時(shí)間的1-1. 5天的延遲。然而，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，含有山梨糖醇的糊漿顯示出大約比不含添加劑的OPC高出15%的強(qiáng)度(即，分別為39±3MPa和34±3MPa)。OPC-顯微結(jié)構(gòu)與C3S相比，不含添加劑的OPC的水化產(chǎn)生較小的和較不明顯的富CH團(tuán)塊、較低的孔隙率、和一系列較復(fù)雜的水合產(chǎn)物，包括CH、CSH、鈣礬石、和單硫酸鹽。所述差異起因于卜特蘭水泥的含有Al和Fe的相，以及堿性氧化物(即，Ca。、Na20、K2O)的存在[29]。在単獨(dú)的C3S顆粒周?chē)纬沙砻艿腃SH邊緣，以C3S核心為代價(jià)其厚度逐漸成長(zhǎng)。由于水化的發(fā)展，空隙逐漸變成由具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)的CSH和晶相CH來(lái)填充。O. 037重量％的蔗糖的添加對(duì)OPC漿的顯微結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響，即使相同濃度足以防止C3S的水化至少一天。然而，將OPC中蔗糖水平増加至O. 15重量％在第一天完全排除了CSH的出現(xiàn)。但是，觀察到幾種延長(zhǎng)的(長(zhǎng)達(dá)幾百ym)CH晶體。在第I天結(jié)束時(shí)，含有山梨糖醇的OPC僅表現(xiàn)出少量的晶體質(zhì)CH。該糊漿在第7天完全凝固并且顯示出與其他OPC糊漿不能區(qū)分的顯微結(jié)構(gòu)。表16中總結(jié)了結(jié)果。討論硅酸三鈣是幾種類(lèi)型水泥(包括0PC)的主要組分，因此基本上純凈的C3S對(duì)于研究水泥水化而言是適合的模型。C3S水化的特征在于五個(gè)動(dòng)力學(xué)階段[30，31]。階段I是 快速放熱溶解的簡(jiǎn)短周期，其起始于潤(rùn)濕，并且(根據(jù)不同的競(jìng)爭(zhēng)理論)當(dāng)水泥顆粒變成被CSH凝膠擴(kuò)散勢(shì)壘包覆、產(chǎn)物核心被吸附的溶液種類(lèi)毒化、或者過(guò)程由穩(wěn)定的CSH核心形成的緩慢速率(“成核勢(shì)壘”)驅(qū)使時(shí)突然結(jié)束。在階段2( “誘導(dǎo)期”)的過(guò)程中，水化非常緩慢地發(fā)生。加速的水化標(biāo)志著階段3的開(kāi)始并且通常在混合24小時(shí)中出現(xiàn)的最大反應(yīng)速率標(biāo)志著它的結(jié)束。水化在階段4中放緩，然后非常緩慢地進(jìn)行直至階段5的完成(經(jīng)歷數(shù)周或數(shù)月)。Thomas[30]和Bullard[31]最近提出用于說(shuō)明不同階段的定量模型。結(jié)果說(shuō)明，與其他的凝固緩凝劑[10，21]類(lèi)似，糖醇影響了 C3S和OPC的水化，換言之，它們?cè)陔A段2的過(guò)程中抑制了反應(yīng)進(jìn)程并且隨后在階段3的過(guò)程中使其加速。該特征性的“延遲的促凝劑”行為在圖3中得到例證。因此，它們對(duì)凝固時(shí)間的影響(其可以通過(guò)等式2以數(shù)字的形式表示)是兩種行為的凈結(jié)果。由于等式2沒(méi)有明確地模擬延遲作用和加速作用的単獨(dú)貢獻(xiàn)，其僅在糖濃度的有限范圍內(nèi)有效。由于添加劑濃度上升，系數(shù)b對(duì)于凝固時(shí)間做出部分改變，并且隨著用于系數(shù)a給定值的添加劑延遲能力的増加而增加。
權(quán)利要求
1.一種組合物，其包括 基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料；和 至少ー種多元醇化合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至所述主鏈的每ー個(gè)碳上； 其中所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種晶相的硅酸鈣材料或至少ー種晶相的鋁酸鈣材料、或它們的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述ー種或多種多元醇化合物如以下化學(xué)式所描述C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4, R4’)(I) 或 C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4)C(OH) (R5, R5 ’ ) (2) 其中Rx和Rx’代表在α位不含有醇基團(tuán)的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述硅酸鈣材料包含阿里特和硅酸ニ鈣中的一種或多種，并且所述鋁酸鈣材料包含鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣中的ー種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述水硬性膠結(jié)材料包含卜特蘭水泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述水硬性膠結(jié)材料包含堿活化的粘合剤。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中所述堿活化的粘合劑選自礦渣、天然火山灰、硅粉、飛灰、碎玻璃、高嶺石、ニ水高嶺石、及其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述至少ー種多元醇化合物選自赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、和阿拉伯糖醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述多元醇化合物是蘇糖醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述多元醇化合物是阿東糖醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述多元醇化合物是木糖醇。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述多元醇化合物是阿拉伯糖醇。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中至少ー種多元醇化合物是基本上純凈的。
13.増加基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料強(qiáng)度的方法，所述方法包括 將至少ー種多元醇化合物加入到所述水硬性膠結(jié)材料中，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每ー個(gè)碳上； 其中所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種晶相的硅酸鈣材料或至少ー種晶相的鋁酸鈣材料、或其組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少ー種多元醇化合物如以下化學(xué)式所描述C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4, R4’)(I) 或 C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4)C(OH) (R5, R5 ’ ) (2) 其中Rx和Rx’代表在α位不含有醇基團(tuán)的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法包括將至少ー種多元醇化合物與水混合以獲得溶液，并且將所述溶液與所述水硬性膠結(jié)材料混合。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述硅酸鈣材料包含阿里特和硅酸ニ鈣中的一種或多種，并且所述鋁酸鈣材料包含鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣中的ー種或多種。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述水硬性膠結(jié)材料包含卜特蘭水泥。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述水硬性膠結(jié)材料包含堿活化的粘合剤。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述堿活化的粘合劑選自礦渣、天然火山灰、硅粉、飛灰、碎玻璃、高嶺石、ニ水高嶺石、及其組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少ー種多元醇化合物選自赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇、和阿拉伯糖醇。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多元醇化合物是蘇糖醇。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多元醇化合物是阿東糖醇。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多元醇化合物是木糖醇。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多元醇化合物是阿拉伯糖醇。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少ー種多元醇化合物是基本上純凈的。
26.用于基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料的摻合劑，所述摻合劑包含 至少ー種多元醇化合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至所述主鏈的每ー個(gè)碳上； 其中所述水硬性膠結(jié)材料包括至少ー種晶相的硅酸鈣材料或至少ー種晶相的鋁酸鈣材料或其組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述多元醇化合物如以下化學(xué)式所描述 C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4, R4’)(I) 或 C(OH) (R1, R/ ) C (OH) (R2)C(OH) (R3)C(OH) (R4)C(OH) (R5, R5 ’ ) (2) 其中Rx和Rx’代表在α位不含有醇基團(tuán)的部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述硅酸鈣材料包含阿里特和硅酸ニ鈣中的ー種或多種，并且所述鋁酸鈣材料包含鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣中的ー種或多種。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述水硬性膠結(jié)材料包含卜特蘭水泥。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述水硬性膠結(jié)材料包含堿活化的粘合剤。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述堿活化的粘合劑選自礦渣、天然火山灰、硅粉、飛灰、碎玻璃、高嶺石、ニ水高嶺石、及其組合。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述至少ー種多元醇化合物選自赤蘚糖醇、蘇糖醇、阿東糖醇、木糖醇和阿拉伯糖醇。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述多元醇化合物是蘇糖醇。
34.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述多元醇化合物是阿東糖醇。
35.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述多元醇化合物是木糖醇。
36.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述多元醇化合物是阿拉伯糖醇。
37.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，其中所述至少ー種多元醇化合物是基本上純凈的。
38.根據(jù)權(quán)利要求26所述的摻合劑，所述摻合劑包含含有所述至少ー種多元醇化合物的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明描述了包括基本上不含鉀堿的水硬性膠結(jié)材料和至少一種多元醇化合物的組合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每一個(gè)碳上，并且其中所述組合物包括有效量的至少一種晶相的硅酸鈣或鋁酸鈣材料。本發(fā)明還描述了包括基本上不含氫氧化鈣的水硬性膠結(jié)材料和至少一種多元醇化合物的組合物，所述多元醇化合物具有包含四個(gè)或五個(gè)相鄰碳原子的無(wú)環(huán)多羥基主鏈，其中羥基基團(tuán)連接至主鏈的每一個(gè)碳上，并且其中所述組合物包括至少一種堿活化的粘合劑。本發(fā)明還描述了用于增加水硬性膠結(jié)材料強(qiáng)度的方法及摻合劑。
文檔編號(hào)C04B24/24GK102648166SQ201080053997
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者利昂內(nèi)爾·J·卡塔蘭, 斯蒂芬·D·金拉德 申請(qǐng)人:湖首大學(xué)