提供一種使可膨脹聚合物微球膨脹的方法以及一種制造建筑材料的方法，所述方法包括使可膨脹聚合物微球膨脹以及將膨脹的可膨脹聚合物微球與用于膠凝組合物的建筑材料混合。

凍融循環(huán)可嚴重損壞水飽和硬化膠凝組合物，如混凝土。防止或減少所致?lián)p壞的最常見的技術(shù)是在該組合物中納入顯微鏡級的精細的孔或空隙?？谆蚩障镀鸬絻?nèi)部膨脹腔室的作用，并因此可通過減輕由凍融循環(huán)導(dǎo)致的液壓變化來保護組合物免于凍融損壞。用于生產(chǎn)膠凝組合物中的這樣的空隙的常規(guī)方法是通過將引氣劑(air-entrainingagent)引入到該組合物中，這能使混合過程中截留在組合物中的微小氣泡穩(wěn)定化。

令人遺憾的是，這種在膠凝組合物中產(chǎn)生空氣空隙的方法受到多種生產(chǎn)和放置方面問題的困擾，其中一些問題如下：

氣含量：膠結(jié)組合物中含氣量的變化會導(dǎo)致如下結(jié)果：如果氣含量隨時間降低，則可導(dǎo)致組合物對凍融損害的抗性差，或者如果空氣含量隨時間增高，則組合物的壓縮強度降低。實例是泵送膠凝組合物(通過壓縮使空氣含量降低)、超塑化劑的工作現(xiàn)場添加(常常提高空氣含量或使空氣孔隙系統(tǒng)喪失穩(wěn)定)、以及特定外加劑與引氣表面活性劑(其可增加或減少空氣含量)的相互作用。

氣體空隙穩(wěn)定化：未能使氣泡穩(wěn)定化可能是由吸附用于穩(wěn)定化的表面活性劑的材料(即具有高表面積碳的飛灰)的存在或水分不足以使表面活性劑正常起作用(即低坍落度混凝土)而引起的。

氣體空隙特性：過大而不能提供對凍融損害的抗性的氣泡的形成，可能是由于骨料質(zhì)量差或分級不好、使用使氣泡失穩(wěn)定的其他外加劑等原因所致。這樣的空隙常常是不穩(wěn)定的，且趨向于上浮到新拌混凝土的表面。

過度修整((overfinishing)：通過過度修整除去空氣，將空氣從混凝土表面除去，這通常因鄰近過度修整表面的卸載區(qū)水泥漿的結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞。

在混合時使空氣的生成和穩(wěn)定以及確保其在膠凝組合物硬化前保持適當(dāng)?shù)牧亢涂障冻叽?，仍然是北美的膠凝組合物生產(chǎn)商的最大的日常挑戰(zhàn)。夾帶到膠凝組合物中的空氣空隙系統(tǒng)的空氣含量和特性不能通過直接定量方法進行控制，而是只能通過添加到該組合物的引氣劑的量/類型來間接地控制。諸如骨料的組成和顆粒形狀、混合料中水泥的類型和量、膠凝組合物的稠度、所用混合器的類型、混合時間和溫度等因素都會影響引氣劑的性能。普通引氣混凝土中的空隙尺寸分布可顯示很寬范圍的變化，在10-3000微米(μm)或更大。在這樣的膠凝組合物中，除對于循環(huán)凍融損害抗性不可或缺的小空隙外，較大空隙的存在為不可避免的特征，較大孔隙對膠凝組合物的耐久性貢獻極小，且可能會降低組合物的強度。

已經(jīng)顯示引氣劑提供對凍融損害的抗性以及對結(jié)垢損害的抗性，這發(fā)生在由于許多原因(上文討論了其中的一些原因)中的任何原因而使硬化的膠凝組合物脫離時。然而，因為常規(guī)引氣劑遭受上文所討論的問題，所以膠凝組合物行業(yè)正在尋找新的且更好的外加劑，以提供當(dāng)前由常規(guī)引氣劑提供的特性。

最近的發(fā)展是使用聚合物微球來在膠凝組合物中建立尺寸受控的孔隙。然而，發(fā)展仍然不間斷地進行，以改進膠凝組合物中的聚合物微球的功能，并降低將聚合物微球包括在膠凝組合物中所費的成本。

為了提供適當(dāng)尺寸的氣體空隙，可能需要使聚合物微球在納入膠凝組合物之前膨脹。膨脹后，膨脹的聚合物微球的體積最高達未膨脹的微球積的約75倍。由于與運輸包括大體積膨脹微球的外加劑相關(guān)聯(lián)的高運輸成本，提供包括膨脹的聚合物微球的膠凝組合物外加劑可能是昂貴的，尤其是如果以可包括大量水的含水料漿的形式提供。

需要一種以合理價格提供用于膠凝組合物和膠凝制品的聚合物微球的方法。

本發(fā)明主題的實施方案參照附圖進行說明并且僅用于說明目的。在應(yīng)用方面，該主題不限制于在附圖中例示的部件的結(jié)構(gòu)或布置的細節(jié)。除非另有說明，相同的參考數(shù)字用于指示相同的部件。

圖1是用于實施本發(fā)明主題方法的設(shè)備的實施方案的示意圖。

圖2是用于實施本發(fā)明主題方法的設(shè)備的實施方案的示意圖。

圖3是含有85％的水分的膨脹微球的照片。

圖4是分散于水中的膨脹微球的照片。

圖5是混凝土制品中的膨脹微球的照片。

膨脹的聚合物微球在最終凝固之前在膠凝組合物中提供空隙空間，且這些空隙空間起作用以提高膠凝材料凍融耐久性的作用。膨脹的聚合物微球?qū)⒖障兑氲侥z凝組合物中，以在膠凝組合物中產(chǎn)生完全成形的空隙結(jié)構(gòu)，該空隙結(jié)構(gòu)抵抗由水飽循環(huán)冷凍產(chǎn)生的混凝土退化，且不依賴于膠凝組合物混合過程中氣泡的穩(wěn)定性。膨脹的聚合物微球產(chǎn)生的凍融耐久性增強是基于的物理機理是減輕水在水泥材料中凍結(jié)時所產(chǎn)生的應(yīng)力。在常規(guī)實踐中，通過使用化學(xué)外加劑在硬化材料中產(chǎn)生具有合適的尺寸和間隔的空隙以使混合過程中引入至膠凝組合物中的空氣空隙穩(wěn)定。在常規(guī)膠凝組合物中，這些化學(xué)外加劑作為一類，稱為引氣劑。本發(fā)明的外加劑利用膨脹的聚合物微球以在膠凝組合物中形成空隙結(jié)構(gòu)，并且不需要使在混合過程中引入的空氣產(chǎn)生和/或穩(wěn)定。

膨脹的聚合物微球的使用大體上消除了現(xiàn)有技術(shù)中遇到的一些實際問題。它還使得有可使用一些材料，即低等級高碳飛灰，因為其被認為這些材料不經(jīng)進一步處理不能用在引氣膠凝組合物中，所以可被填埋。這節(jié)約了水泥，且因此也節(jié)約了經(jīng)濟成本。因為通過此方法“建立”的空隙比通過常規(guī)引氣劑獲得的空隙小得多，所以達到期望耐久性所需的膨脹的聚合物微球的量也比常規(guī)加氣膠凝組合物低得多。因此，在相同的對抗凍融損壞的保護水平上，使用本發(fā)明的外加劑和方法可實現(xiàn)更高的壓縮強度。因此，可以節(jié)省用來實現(xiàn)強度的最昂貴的組分，即水泥。

可膨脹聚合物微球可由聚合物組成，聚合物是以下物質(zhì)的至少一種：聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚鄰氯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚苯乙烯以及其共聚物，如聚二氯乙烯-丙烯腈的共聚物、聚丙烯腈-共聚聚甲基丙烯腈、聚偏二氯乙烯-聚丙烯腈或氯乙烯-偏二氯乙烯等。因為微球由聚合物組成，所以壁可能是柔性的，使得它響應(yīng)于壓力而移動。因此，制作微球的材料可以是柔性的，并且，在某些實施方案中，可抵抗膠凝組合物的堿性環(huán)境。非限制性地，合適的可膨脹聚合物微球可從ekachemicalsinc.,anakzonobelcompany(duluth,ga)以商品名稱購得。合適的聚合物微球的非限制性實例包括密度范圍為約0.015g/cm³-約0.025g/cm³以及大小范圍為約20μm-約80μm的膨脹聚合物微球。

在某些實施方案中，未膨脹的可膨脹聚合物微球可具有約100μm或更小的平均直徑，在某些實施方案中約50μm或更小，在某些實施方案中約24μm或更小，在某些實施方案中約16μm或更小，在某些實施方案中約15μm或更小，在某些實施方案中約10μm或更小，在其他實施方案中約9μm或更小。在某些實施方案中，未膨脹的聚合物微球的平均直徑可以從約10μm到約16μm，在某些實施方案中從約6μm到約9μm，在某些實施方案中從約3μm到約6μm，在某些實施方案中從約9μm到約15μm，以及在其他實施方案中從約10μm到約24μm。聚合物微球可以具有中空的核和可壓縮的壁。聚合物微球的內(nèi)部包括一個或多個可以容納氣體(填充氣體)或液體(填充液體)的空腔。

在某些實施方案中，膨脹的、可膨脹聚合物微球可以具有約200μm到約900μm的平均直徑，在某些實施方案中，為約40μm到約216μm，在某些實施方案中，為約36μm到約135μm，在某些實施方案中，為約24μm到約81μm，在某些實施方案中，為約12μm到約54μm。

上文表述的直徑是體積平均直徑。未膨脹的和/或膨脹的可膨脹聚合物微球的直徑可以通過本領(lǐng)域已知的任何方法確定。例如，可膨脹聚合物微球的體積平均直徑可通過光散射技術(shù)確定，如利用得自malverninstrumentsltd(worcestershire，uk)的光散射裝置。

已發(fā)現(xiàn)，可膨脹聚合物微球的直徑越小，膠凝組合物獲得期望的凍融損壞抵抗所需要的微球的量越小。從性能角度來看，益處在于通過添加微球，壓縮強度下降較小，并且從經(jīng)濟角度來看，益處在于需要更少量的球體。類似地，可以優(yōu)化聚合物微球的壁厚度以使材料成本最小化，但是保證壁厚度足夠抵抗膠凝組合物的混合、澆注、固化和修整過程期間的損壞和/或斷裂。

提供一種使可膨脹聚合物微球膨脹的方法，包括在膠凝組合物或水泥制品的制造之前和/或期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸。在某些實施方案中，該方法可包括在建筑材料制造期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱原位接觸。所述建筑材料不受特別限制，并且可包括骨料材料和/或可在膠凝組合物中發(fā)現(xiàn)的其他成分，如飛灰、硅灰、礦渣、偏高嶺土、纖維等。

還提供一種制造用于膠凝組合物的建筑材料的方法，包括：(i)在所述的生產(chǎn)建筑材料的制造之前和/或期間使未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸以生成膨脹的聚合物微球；(ii)任選地預(yù)濕(pre-wetting)膨脹的聚合物微球；和(iii)將膨脹的聚合物微球與建筑材料混合。

“在建筑材料制造之前和/或期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸”的方法可包括以下步驟中的至少一個：(i)在建筑材料的制造期間，使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸，然后立即使水性漿料與建筑材料混合；或(ii)在建筑材料的制造設(shè)備中，使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸以使可膨脹聚合物微球膨脹，并將膨脹的可膨脹聚合物微球浸在水中驟冷，以及存儲含有驟冷的膨脹的微球的水性漿料以與在該設(shè)備中制造的建筑材料混合。

熱可由任何熱源間接地或直接地提供。在某些實施方案中，熱可通過使水性漿料與加熱流體(如氣體或液體)直接接觸提供。在某些實施方案中，加熱流體可不包含蒸汽。在某些實施方案中，加熱流體可包含加熱液體，如水。在某些實施方案中，熱可通過水性漿料通過熱交換器(如管中管式熱交換器)與熱間接接觸而提供。在這些實施方案中，可使用本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員已知的任何熱交換器使水性漿料與熱間接地接觸。在某些實施方案中，熱可通過使水性漿料與輻射(如微波輻射)接觸而提供。在某些實施方案中，熱可通過電阻加熱器而提供，例如嵌入處理區(qū)的外壁的電阻加熱器。

所需的熱量將取決于使用的具體微球，考慮形成微球的材料和被微球封入內(nèi)部的發(fā)泡劑。然而目前許多種類的市售微球要求大量的熱量以使微球膨脹，因此工業(yè)中目前的趨勢是建立需要減少量的熱來使微球膨脹的微球，因為減少量的熱導(dǎo)致成本節(jié)約以及在微球膨脹期間的安全性增加。

圖3是膨脹的可膨脹聚合物微球在與熱接觸以使可膨脹聚合物微球膨脹之后的照片。

如本文中所使用的“在建筑材料制造設(shè)備中”是指未膨脹的、可膨脹聚合物微球的膨脹發(fā)生在與制造建筑材料的設(shè)備相同或近似的設(shè)備。

在某些實施方案中，將膨脹的聚合物微球預(yù)濕可包括將膨脹的聚合物微球分散于液體中，其中任選地液體包含水。預(yù)濕的膨脹的聚合物微球可以與建筑材料混合，其可隨后用于膠凝組合物中。圖4為膨脹的聚合物微球分散于水中的照片。

在某些實施方案中，將膨脹的聚合物微球預(yù)濕可包括將膨脹的聚合物微球和液體加入到混合槽中，其中任選地液體包含水。在一些實施方案中，膨脹的聚合物微球可占混合槽中所有材料總體積的約1％至約60％。

參考圖1，在某些實施方案中，包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料12經(jīng)第一管道14進料，而同時加熱流體16經(jīng)第二管道18進料。第一管道14和第二管道18在20處匯合，然后立即進入第三管道22中，第三管道22含有流入至26建筑材料制造工藝或貯存槽(未示出)中的水24。第一管道和第二管道的匯合使得未膨脹的可膨脹聚合物微球迅速加熱，引起微球膨脹。膨脹的微球隨后被流經(jīng)第三管道22的水驟冷，其使得膨脹的微球能夠保留其尺寸。在一個可選的實施方案中，可取消第三管道22，并且在接觸了第二管道18中的加熱流體后，膨脹的微球可直接引入到現(xiàn)場的存儲容器(未顯示)中，并存儲以隨后與建筑材料混合。圖5為混凝土制品中膨脹聚合物微球的照片。在某些實施方案中，膨脹的微球的體積可最高達其初始未膨脹體積的約75倍。

參考圖2，在某些實施方案中，第一管道14和第二管道18的匯合20處可包括第四管道21。第四管道21可包括背壓發(fā)生器(backpressuregenerator)28，例如流量控制閥或限流裝置，如孔式噴嘴。背壓發(fā)生器28能夠限制和/或控制水性漿料12和蒸汽16的混合物的流量，以此確?；旌衔铽@得使可膨脹微球在水性漿料12中充分膨脹所需的適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟?。在某些實施方案中，背壓發(fā)生器28也可至少部分地防止第三管道22中的進料水24發(fā)生回流。

應(yīng)理解，圖1和2中所描述的實施方案僅為示例性的，并且當(dāng)使用其他直接或間接熱源時，根據(jù)所選的具體熱源，可期望或要求不同的組件布置，這對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是明顯的。所述布置認為是落入本文所述和/或要求保護的本發(fā)明主題的一些或全部實施方案的范圍內(nèi)。

在某些實施方案中，膨脹的聚合物微球可利用包括以下部件的設(shè)備制備：(a)流體材料管道，與流體材料源流體連通，其中流體材料包括未膨脹的可膨脹聚合物微球；(b)處理區(qū)，和熱源熱傳遞連通，且與流體材料管道流體連通，使得流體材料在處理區(qū)內(nèi)直接或間接地被熱接觸；以及(c)背壓發(fā)生器，與處理區(qū)流體連通，能夠增加處理區(qū)中的壓力，這使得當(dāng)流體材料離開該處理區(qū)時，可膨脹聚合物微球膨脹。

在一個實施方案中，使包含水和未膨脹的可膨脹聚合物微球的流體材料與熱在處理區(qū)接觸，使得未膨脹的可膨脹聚合物微球經(jīng)受升高的溫度和壓力，這使得可膨脹的聚合物微球預(yù)膨脹。一旦離開處理區(qū)，任選通過背壓發(fā)生器，可膨脹聚合物微球歷經(jīng)等同于處理區(qū)的壓力和處理區(qū)外部環(huán)境的壓力之差的壓降。這種突然的壓降使得可膨脹的聚合物微球迅速膨脹。

背壓發(fā)生器能夠限制和/或控制流體材料通過處理區(qū)的流量，以確保處理區(qū)內(nèi)的溫度和壓力足以提供足夠的壓降以使得可膨脹聚合物微球能夠在流出背壓發(fā)生器時膨脹至所需程度。背壓發(fā)生器可包括，例如，流量控制閥或限流裝置，如孔式噴嘴。可選地或另外地，背壓發(fā)生器可包括：(i)足以阻礙流體通過處理區(qū)的一定長度的管道，以使處理區(qū)內(nèi)的壓力得以保持或增加；和/或(ii)內(nèi)部尺寸小于流體材料管道的內(nèi)部尺寸的管道，以使處理區(qū)內(nèi)的壓力得以保持或增加；和/或(iii)具有不規(guī)則內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的管道，如內(nèi)螺紋管，以使處理區(qū)內(nèi)的壓力得以保持或增加。

在某些實施方案中，處理區(qū)內(nèi)部的溫度可以為60℃(140°f)至約160℃(320°f)，在某些實施方案中為約70℃(158°f)至約160℃(320°f)，在某些實施方案中為約80℃(176°f)至約160℃(320°f)，在某些實施方案中為約100℃(212°f)至約160℃(320°f)，在某些實施方案中為約105℃(221°f)至約145℃(293°f)，在某些實施方案中為約135℃(275°f)至約145℃(293°f)。在某些實施方案中，處理區(qū)內(nèi)部溫度可為約60℃(140°f)至約145℃(293°f)，在某些實施方案中為約60℃(140°f)至約135℃(275°f)，在某些實施方案中為約60℃(140°f)至約105℃(221°f)。在某些實施方案中，處理區(qū)內(nèi)部溫度為約70℃(158°f)至約145℃(293°f)，在某些實施方案中為約70℃(158°f)至約135℃(275°f)，在某些實施方案中為約70℃(158°f)至約105℃(221°f)。在某些實施方案中，處理區(qū)內(nèi)部溫度為約80℃(176°f)至約145℃(293°f)，在某些實施方案中為約80℃(176°f)至約135℃(275°f)，在某些實施方案中為約80℃(176°f)至約105℃(221°f)。

在某些實施方案中，處理區(qū)內(nèi)部的壓力可為約46.1kpa(6.69psi)至約618.1kpa(89.65psi)，在某些實施方案中為約101.3kpa(14.69psi)至約618.1kpa(89.65psi)，在某些實施方案中為約120kpa(17.4psi)至約420kpa(60.9psi)，在某些實施方案中為約315kpa(45.7psi)至約420kpa(60.9psi)。

包含膨脹的可膨脹聚合物微球的流體材料可以加入至建筑物材料中或與建筑材料混合。

本發(fā)明的方法可以在建筑材料的制造設(shè)備中現(xiàn)場實施，如預(yù)拌混凝土廠。然后可將包含膨脹聚合物微球的建筑材料運輸至膠凝組合物制造設(shè)備，例如即混車間或其他混凝土車間。膠凝組合物制造設(shè)備可包括用于儲存水泥、水和要添加到所生產(chǎn)的膠凝組合物中的其他組分(如骨料和/或膠凝組合物外加劑)的區(qū)域。在所述設(shè)備中，膠凝組合物的各種組分，如水泥、水、骨料和/或外加劑，混合在一起形成膠凝組合物?；旌峡梢栽诨炫滠囍腥缁炷粱炫滠囘M行。一旦組分混合，就可將膠凝組合物運送到作業(yè)現(xiàn)場，在該作業(yè)現(xiàn)場存放組合物并使其能夠硬化。在膠凝組合物的制造設(shè)備或另一設(shè)備現(xiàn)場，膠凝組合物也可用于制造膠凝制品，如混凝土磚或混凝土鋪路材料。

在某些實施方案中，本發(fā)明的方法能夠以最低的成本將可膨脹的聚合物微球的水性漿料和/或包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的外加劑的水性漿料運輸至建筑材料的制造設(shè)備中。一旦包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料到達該設(shè)備處，就可將可膨脹的聚合物微球在現(xiàn)場進行膨脹。膨脹的聚合物微球可與建筑材料以如下量混合：在使用建筑材料制成的凝膠組合物中提供合適劑量(如本文中所記載的)的膨脹微球。與運送包含膨脹的可膨脹聚合物微球——(其體積可最高達未膨脹微球積的75倍)——的漿料和/或外加劑相比，運送包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的漿料和/或外加劑大大降低了運送成本，所述運送成本可能等于或超過外加劑的實際成本。此外，由于與建筑材料混合需要膨脹微球的量較小，所以運輸包括膨脹微球的建筑材料的成本將不受建筑材料中包括膨脹聚合物微球的明顯影響。此外，也可減少其他的物流成本，如存儲成本。

在某些實施方案中，與包含常規(guī)引氣劑的膠凝組合物相比，包含基于膠凝組合物的總體積計1.5體積％的膨脹的可膨脹聚合物微球的膠凝組合物的28天抗壓強度可高30％，也可通過astmc666，所述標(biāo)準(zhǔn)通過引證的方式納入本說明書中。astmc-666用于測試膠凝組合物的對凍融損傷的抗性。

水硬性(hydraulic)水泥可為波特蘭水泥、鋁酸鈣水泥、磷酸鎂水泥、磷酸鎂鉀水泥、硫鋁酸鈣水泥或任何其他適合的水硬性粘合劑。骨料可以包括在膠凝組合物里。骨料可以為二氧化硅、石英、砂、碎大理石、玻璃球、花崗巖、石灰石、方解石、長石、沖積砂、任何其他耐用骨料(例如聚合物或其他纖維)，和這些物質(zhì)的混合物。

在某些實施方案中，如本文所述的，包括在膠凝組合物(其可構(gòu)成膠凝制品)中的膨脹的、可膨脹聚合物微球的量可以為約0.002重量％至約0.06重量％，基于膠凝組合物的總重量計。在其他實施方案中，包括在膠凝組合物中的可膨脹聚合物微球的量可以為約0.005重量％至約0.04重量％，基于膠凝組合物的總重量計。在進一步的實施方案中，包括在膠凝組合物中的可膨脹聚合物微球的量可以為約0.008重量％至約0.03重量％，基于膠凝組合物的總重量計。

在某些實施方案中，如本文所述的，包括在膠凝組合物中的膨脹的、可膨脹聚合物微球的量可以為約0.2體積％至約4體積％，基于膠凝組合物的總體積計。在某些實施方案中，包括在膠凝組合物中的膨脹的、可膨脹聚合物微球的量可以為約0.25體積％至4體積％，基于膠凝組合物的總體積計。在某些實施方案中，包括在膠凝組合物中的膨脹的、可膨脹聚合物微球的量可以為約0.4體積％至約4體積％，基于膠凝組合物的總體積計。在某些實施方案中，包括在膠凝組合物中的膨脹的、可膨脹聚合物微球的量可以為約0.25體積％至約3體積％，基于膠凝組合物的總體積計。在某些實施方案中，包括在膠凝組合物中的膨脹的、可膨脹聚合物微球的量可以為約0.5體積％至約3體積％，基于膠凝組合物的總體積計。

如本發(fā)明所述制備的膠凝組合物可包括其他外加劑或成分，且不應(yīng)必須限制于所述制劑。這些可加入的外加劑和/或成分可包括，但不局限于：分散劑、凝固和強度加速劑/增強劑，緩凝劑、減水劑、緩蝕劑(corrosioninhibitor)、潤濕劑、水溶性聚合物、流變改性劑、防水劑、非降解纖維、防潮劑、減滲劑(permeabilityreducer)、殺真菌外加劑、殺細菌外加劑、殺昆蟲外加劑、堿反應(yīng)性減少劑(alkali-reactivityreducer)、粘合劑、減縮劑，以及適合用于膠凝組合物中的任何其他外加劑或添加劑。本文中所述的外加劑和膠凝組合物不需要包含任何上述組分，但可以包含任意數(shù)量的上述組分。

膠凝組合物中可以含有骨料以提供包括細骨料的砂漿和包括細的和粗骨料的混凝土。細骨料是幾乎完全通過4號篩(astmc125和astmc33)的材料，如硅砂。粗骨料是大部分截留在4號篩(astmc125和astmc33)上的材料，如二氧化硅、石英、碎大理石、玻璃球、花崗巖、石灰石、方解石、長石、沖積砂、沙子或任何其他耐用骨料，以及它們的混合物。

火山灰(pozzolan)是一種只有很小或幾乎沒有膠凝值(cementitiousvalue)的硅質(zhì)或鋁硅質(zhì)材料，但在水的存在下并呈細分散的形式下，與波特蘭水泥水化過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成具有膠凝性能的材料。硅藻土、乳白色的燧石、粘土、頁巖、飛灰、礦渣、硅灰、凝灰?guī)r和浮巖是一些已知的火山灰水泥。某些粉碎的水淬高爐礦渣(groundgranulatedblast-furnaceslag)和高鈣飛灰具有火山灰和膠凝二者的性質(zhì)。天然火山灰(naturalpozzolan)是用于定義天然形成的火山灰例如凝灰?guī)r、浮巖、火山土、硅藻土、蛋白石(opaline)、燧石和一些頁巖的技術(shù)術(shù)語。名義上的惰性材料還可以包括細碎的原石英、白云石、石灰石、大理石、花崗巖和其他材料。在astmc618中定義了飛灰。

如果使用硅灰，則它可以是未壓實的或部分壓實的或作為漿料加入。此外，硅灰與水泥粘合劑的水化副產(chǎn)物反應(yīng)，這增加成品的強度并降低成品的滲透性。可將硅灰或其他火山灰(如飛灰或煅燒粘土如偏高嶺土)以基于膠凝材料重量計的約5重量％至約70重量％的量添加到膠凝濕法澆鑄混合物中。

如果使用分散劑，則可以是任何適合的分散劑，如木質(zhì)素磺酸鹽、β萘磺酸鹽、磺化三聚氰胺甲醛縮合物、聚天冬氨酸鹽、具有和不具有聚醚單元的聚羧酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合樹脂或低聚物分散劑。

可以使用聚羧酸鹽分散劑，其意指一種具有帶側(cè)鏈的碳骨架的分散劑，其中側(cè)鏈的至少一部分通過羧基、醚基或酰胺基或酰亞胺基連接到骨架上。術(shù)語分散劑也意指包括還作為膠凝組合物的增塑劑、高效減水劑、流化劑、抗絮凝劑或超塑化劑起作用的那些化學(xué)品。

術(shù)語低聚物分散劑是指作為以下成分的反應(yīng)產(chǎn)物的低聚物：組分a，任選的組分b和組分c；其中每種組分a獨立地為吸附于膠凝顆粒上的非聚合的官能部分；其中組分b為任選的部分，其中，如果組分b存在，則每種組分b獨立地為置于組分a部分和組分c部分之間的非聚合部分；其中組分c為基本不吸附于膠凝顆粒上的直鏈或支鏈的水溶性非離子聚合物的至少一部分。低聚物分散劑公開于美國第6133347號專利、美國第6492461號專利和美國第6451881號專利。

可使用的凝固和強度加速劑/增強劑包括，但不限于：堿金屬、堿土金屬或鋁的硝酸鹽；堿金屬、堿土金屬、或鋁的亞硝酸鹽；堿金屬、堿土金屬或鋁的硫氰酸鹽；鏈烷醇胺；堿金屬、堿土金屬或鋁的硫代硫酸鹽；堿金屬、堿土金屬或鋁的氫氧化物；堿金屬、堿土金屬或鋁的羧酸鹽(優(yōu)選甲酸鈣)；多羥基烷基胺；和/或堿金屬或堿土金屬的鹵化鹽(優(yōu)選溴化物)。

硝酸鹽的通式為m(no3)a，其中m為堿金屬或堿土金屬或鋁，且其中對于堿金屬鹽a為1，對于堿土金屬鹽a為2，對于鋁鹽a為3。優(yōu)選的是na、k、mg、ca和al的硝酸鹽。

亞硝酸鹽的通式為m(no2)a，其中m為堿金屬或堿土金屬或鋁，且其中對于堿金屬鹽a為1，對于堿土金屬鹽a為2，對于鋁鹽a為3。優(yōu)選的是na、k、mg、ca和al的硝酸鹽。

硫氰酸鹽的通式為m(scn)b，其中m為堿金屬或堿土金屬或鋁，且其中對于堿金屬鹽b為1，對于堿土金屬鹽b為2，對于鋁鹽b為3。這些鹽分別被稱為：硫氰酸鹽(sulfocyanate)、硫氰化物(sulfocyanide)、硫化氰鹽(rhodanate)或硫氰化鹽(rhodanidesalt)。優(yōu)選的是na、k、mg、ca和al的硫氰酸鹽。

鏈烷醇胺是用于其中三價氮與烷基醇的碳原子直接連接的一類化合物的通用術(shù)語。代表式為n[h]c[(ch2)dchrch2r]e，其中r獨立地為h或oh，c為3-e，d為0至4，e為1至3。實例包括但不限于單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和三異丙醇胺。

硫代硫酸鹽的通式為mf(s2o3)g，其中m為堿金屬或堿土金屬或鋁，以及f為1或2和g為1、2或3，這取決于m金屬元素的價數(shù)。優(yōu)選的是na、k、mg、ca和al的硫代硫酸鹽。

羧酸鹽的通式為rcoom，式中r為h或c1至約c10的烷基，m為堿金屬堿土金屬或鋁。優(yōu)選的是na、k、mg、ca和al的羧酸鹽。羧酸鹽的一個實例為甲酸鈣。

多羥基烷基胺可具有以下通式：

其中h為1至3，i為1至3，j為1至3，k為0至3。優(yōu)選的多羥基烷基胺為四羥基乙基乙二胺。

緩凝，或也稱為延遲凝固或水化控制，使用外加劑延緩、延遲或減慢膠凝組合物的凝固速度。緩凝劑用于抵消炎熱天氣對膠凝組合物凝固的加速作用，或當(dāng)發(fā)生存放條件困難或運輸?shù)浆F(xiàn)場有問題或為特殊修整過程的留出時間時，延遲膠凝組合物的初始凝固。大多數(shù)緩凝劑也起到低水平減水劑的作用，也可用于將一些氣體夾帶進入膠凝組合物中。木質(zhì)素磺酸鹽、羥基化羧酸、硼砂、葡萄糖酸、酒石酸和其他有機酸和它們對應(yīng)的鹽，膦酸酯、某些碳水化合物如糖、多糖和糖酸，以及它們的混合物都可以用作緩凝劑。

腐蝕抑制劑用于保護嵌入的鋼筋免受腐蝕。膠凝組合物的強堿性會引起鋼材上形成一種惰性且非腐蝕的保護性氧化膜。然而，除冰劑或海水的碳酸化作用或來自除冰劑和海水的氯離子的存在，連同氧一起，會損壞或滲透該膜并造成腐蝕。腐蝕抑制外加劑可以化學(xué)的方式減慢這種腐蝕反應(yīng)。最常用于抑制腐蝕的材料為亞硝酸鈣、亞硝酸鈉、苯甲酸鈉、某些磷酸鹽或氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽、胺、有機類防水劑和相關(guān)的化學(xué)品。

在建筑領(lǐng)域，多年來已經(jīng)開發(fā)出許多保護膠凝組合物免受拉伸應(yīng)力和隨后斷裂的方法。一種現(xiàn)代化的方法包括使纖維分布在全部的新制的膠凝混合物中。應(yīng)理解，諸如此類的纖維可包括在如本文所使用的術(shù)語“骨料”的定義范圍內(nèi)。硬化后，這種膠凝組合物被稱為纖維增強水泥。纖維可由鋯材料、碳、鋼、玻璃纖維或合成材料(如：聚丙烯、尼龍、聚乙烯、聚酯、人造纖維、高強度芳綸或其混合物)制備。

防潮外加劑會降低具有低水泥含量、高水-水泥比或在骨料部分中缺乏細料的混凝土的滲透性。這些外加劑會使水分向濕混凝土內(nèi)部的滲透減緩，并包括某些肥皂、硬脂酸鹽和石油產(chǎn)品。

減滲劑用于降低水在壓力下傳遞通過膠凝組合物的速度。硅灰、飛灰、礦渣粉、偏高嶺土、天然火山灰、減水劑和膠乳可以用于降低膠凝組合物的滲透性。

通過使用殺真菌、殺細菌和殺昆蟲的外加劑可以部分地控制真菌和細菌在硬化的膠凝組合物之上和之中的生長。用于這些目的的最有效的材料是多鹵代苯酚、二氯甲橋(dialdrin)乳劑和銅化合物。

著色外加劑通常由顏料組成，所述顏料為有機顏料，如酞菁，或無機顏料，如含金屬顏料，其包括但不局限于金屬氧化物及其他含金屬顏料，且可包括但不局限于含氧化鐵顏料、氧化鉻、氧化鋁、鉻酸鉛、氧化鈦、鋅白、氧化鋅、硫化鋅、鉛白、鐵錳黑、鈷綠、錳藍、錳紫、硫硒化鎘、鉻橙、鎳鈦黃、鈦鉻黃、硫化鎘、鋅黃、群青藍和鈷藍。

堿反應(yīng)性減少劑可緩解堿-骨料反應(yīng)并限制此反應(yīng)可能在硬化膠凝組合物中產(chǎn)生的破壞性膨脹力?；鹕交?飛灰、硅灰)、高爐礦渣、鋰鹽和鋇尤其有效。

可使用的減縮劑可以包括但不限于ro(ao)1-10h，其中r為c1-5烷基或c5-6環(huán)烷基，且a為c2-3亞烷基、堿金屬硫酸鹽、堿土金屬硫酸鹽、堿土金屬氧化物，優(yōu)選地是硫酸鈉和氧化鈣。

上文列出的額外外加劑和添加劑是說明性的，而非窮舉的或限制性的。

在本發(fā)明主題的第一實施方案中，提供一種使可膨脹聚合物微球膨脹的方法，包括在用于膠凝組合物的建筑材料制造之前和/或期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸。

第一實施方案的方法可進一步包括：在建筑材料的制造期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱原位接觸。

第一或后續(xù)的實施方案中的任一個或兩者的方法可進一步包括：所述的在骨料材料的制造期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱原位接觸包括在建筑材料的制造期間在將水性漿料與建筑材料混合之前使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸。

第一或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：對水性漿料進入進料水的流量進行限制和/控制。

第一或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：所述的在建筑材料的制造期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱原位接觸包括在建筑材料制造設(shè)備中使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸以使可膨脹聚合物微球膨脹以及將膨脹的可膨脹聚合物微球在水中驟冷，以及存儲含有驟冷的、膨脹的微球的水性漿料以用于引入到在該設(shè)備中制造的建筑材料中。

第一或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：將含有驟冷的、膨脹的微球的水性漿料存儲在儲存槽里。

第一或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：在所述的將膨脹的可膨脹聚合物微球于水中驟冷之前，對水性漿料的流量進行限制和/或控制。

在本發(fā)明的第二實施方案中，提供一種制造建筑材料的方法，該方法包括：(i)實施第一或隨后的實施方案中的任一個方法；(ii)任選地預(yù)濕膨脹的聚合物微球；以及(iii)將膨脹的聚合物微球與建筑材料混合。

第二實施方案的方法可進一步包括：所述的預(yù)濕膨脹聚合物微球包括將膨脹的聚合物微球分散在液體中，其中任選地液體包含水。

第二或隨后的實施方案中的任一個或兩者的方法可進一步包括：所述的預(yù)濕膨脹的聚合物微球包括將膨脹的聚合物微球和液體加入到混合槽中，其中任選地液體包含水。

第二或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：膨脹的聚合物微球占混合槽中所有材料總體積的約1體積％至60體積％。

第二或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：將預(yù)濕的膨脹的聚合物微球分散體在與建筑材料混合之前保留在多個儲存器中的至少一個中。

在本發(fā)明主題的第三實施方案中，提供一種制造建筑材料的方法，所述方法包括：(i)在所述的建筑材料的制造之前和/或期間使未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸以產(chǎn)生膨脹的聚合物微球；(ii)任選地預(yù)濕膨脹的聚合物微球；和(iii)將膨脹的聚合物微球與建筑材料混合。

第三實施方案中的方法可進一步包括：在建筑材料的制造期間使包含未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱原位接觸。

第三或隨后的實施方案中的任一或兩者方法可進一步包括：所述的預(yù)濕膨脹的聚合物微球包括將膨脹的聚合物微球分散于液體中，其中任選地液體包含水。

第三或隨后的實施方案中的任一方法可進一步包括：所述的預(yù)濕膨脹的聚合物微球包括將膨脹的聚合物微球和液體加入到混合槽中，其中任選地液體包含水。

第三或隨后的實施方案中的任一方法可進一步包括：膨脹的聚合物微球占混合槽中所有材料總體積的約1體積％至約60體積％。

第三或隨后的實施方案中的任一方法可進一步包括：在所述的使未膨脹的可膨脹聚合物微球的水性漿料與熱接觸后，對水性漿料的流量進行限制和/或控制。

第三或隨后的實施方案中的任一方法可進一步包括：水性漿料的流量通過產(chǎn)生背壓的裝置進行限制和/或控制。

第三或隨后的實施方案中的任何一個方法可進一步包括：產(chǎn)生背壓的裝置為閥或孔式噴嘴。

第三或隨后的實施方案中的任一方法可進一步包括：將預(yù)濕的膨脹的聚合物微球在與建筑材料混合之前保留在多個存儲容器中的至少一個中。

在本發(fā)明主題的第四實施方案中，提供一種制造膠凝組合物的方法，包括：(i)實施第一、第二、第三或隨后的實施方案中的任一方法以形成包括膨脹聚合物微球的建筑材料；以及(ii)將包括膨脹的聚合物微球的建筑材料與水、水泥和任選的額外的成分混合以形成膠凝組合物。

應(yīng)理解，本文中所述實施方案僅為示例性的，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出變化和修飾。所述變化和修飾應(yīng)包括在如上文所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，公開的全部實施方案不一定是替代性的，因為本發(fā)明的各種實施方案可以組合以提供期望的結(jié)果。