用于自压实混凝土的具有羟乙基甲基纤维素的砂浆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合用于自压实混凝土调配物中的砂浆，并且具体来说，包含羟乙基 甲基纤维素的此类砂浆。
【背景技术】
[0002] 被称为自压实混凝土（self-compacting concrete，SCC)，也被称为自密实混凝土 的专门混凝土是相对较新的专门材料。SCC的发展已经归因于日本研宄人员，其发现了现在 被称为SCC的混凝土调配物。SCC组合物与其它混凝土调配物不同。SCC可以仅仅在其自身 的重量下绕流模具中的障碍物并且流入模具的拐角而无需振动以将混凝土分布于模具中。 SCC倾向于在不截留空气的情况下流动，从而在无浇铸期间振动结构以分布材料和去除空 气的复杂化的情况下实现具有复杂形状的持久混凝土结构的浇铸。
[0003] 为了实现SCC的所需性能，调配物必须具有较低的屈服应力和较高的塑性粘度。 屈服应力是使SCC流动所需的能量的量的量度。为了成为合格的SCC，混凝土必须在其自身 的重量下流动。要使混凝土在其自身的重量下流动，其必须具有较低的屈服应力。塑性粘 度是由于内部摩擦力而流动的材料所具有的阻力的量度。SCC必须具有较高的塑性粘度以 保留悬浮集料的均质混合物而不是允许集料在混凝土调配物内偏析（segregate)。SCC必 须具有较高的塑性粘度，同时避免偏析、过度泌水和过度的空气截留。为了实现这些合乎需 要的性质，SCC具有独特的组成并且对组成变化较敏感。
[0004] 通过SCC的砂浆（即SCC砂浆性质）来指定SCC的屈服应力、塑性粘度和其它流 变性质。通常首先通过产生具有合乎需要的流变性质的砂浆组合物来产生混凝土调配物。 可以随后用适当的集料调配砂浆形成SCC。用于表征砂浆以确定其是否适合作为SCC砂浆 的适用方法包括落测试（slump test)、V形漏斗出料时间和泌水值（bleeding value)。 为了适合用于SCC调配物中，尤其需要砂浆同时具有大于290毫米的坍落值、少于五秒的V 形漏斗出料时间以及小于百分之三的泌水值。
[0005] 通常用于SCC和SCC砂衆的组分中的一者为粘度调节剂（viscosity modifying agent，VMA)。VMA典型地用来提高砂浆和混凝土的粘度。VMA有助于防止偏析和泌水并且 提供对水的变化和原材料变化具有稳固性的混凝土调配物。然而，选择适合的VMA具有挑 战性，因为当合乎需要地提高粘度时，VMA可能还会不合需要地提高SCC的屈服应力并且从 而抑制其自压实性质或提高其截留气泡的可能性。因此，为SCC和SCC砂浆选择适当的VMA 主要限制为极小的材料组。用于SCC的常见VMA实例包括淀粉（其倾向于不利地影响屈服 应力）、粘土（其倾向于不利地影响屈服应力）、韦兰胶（Welan gum)和迪优坦胶（diutan gum)(其为昂贵的并且其倾向于不利地影响塑性粘度）、羟乙基纤维素（其倾向于不利地影 响流动性质）以及基于聚丙烯酸酯的合成聚合物（其为昂贵的并且其倾向于不利地影响屈 服应力）。
[0006] 需要鉴别适合用于SCC和SCC砂浆中的提供优于当前VMA的优势的替代VMA。举 例来说，轻乙基甲基纤维素（hydroxyethyl methyl cellulose，HEMC)是比多种常见VMA便 宜的VMA。然而，未在SCC调配物中使用HEMC聚合物，因为其倾向于具有过高的粘度，这产 生对于合格的SCC来说过低的坍落值。HEMC还倾向于引起砂浆和混凝土中夹带空气，从而 产生较低密度和较低品质的砂浆和混凝土。需要鉴别适合于调配出同时具有大于290毫 米的坍落值、少于五秒的V形漏斗出料时间以及小于百分之三的泌水值的SCC砂浆的替代 VMA。进一步需要的是VMA不会导致如典型的HEMC所经历的不合需要的较高空气截留。
【发明内容】
[0007] 本发明提供适合作为SCC砂浆或甚至SCC的砂浆，其包含替代VMA。具体来说，本 发明提供see砂浆，其包含出人意料地提供满足SCC砂浆需要的适合性质组合的专门HEMC。 与大多数HEMC相反，本发明中所使用的HEMC并不具有过高的粘度（对于2重量％的水溶 液大于30,000毫帕斯卡*秒（111；[111?380318*860011(1))并且可以产生具有合乎需要的_落 度（大于290毫米）、五秒或更短的V形漏斗出料时间以及小于百分之三的泌水值的SCC砂 浆。HEMC进一步出人意料地引起比其它HEMC选择方案少的空气截留。
[0008] 出人意料地，产生本发明的研宄显示在2重量百分比水溶液中具有低于30, 000毫 帕斯卡*秒的粘度并且特征在于轻乙基分子取代（molecular substitution ;MS)和甲基 取代度（degree of substitution ;DS)的总和为1. 90或更高以及2. 30或更低的HEMC可 以用作制备如SCC砂浆的可接受砂浆（即，具有前述合乎需要的坍落值、V形漏斗出料时间 和泌水值的砂浆）中适合的粘度调节剂，甚至在其它HEMC并不适合于此类用途中时也是如 此。更出人意料地，进一步以大于0.01并且是0.5或更小的MS值与大于1.65并且是2. 2 或更小的DS值的组合为特征的特定HEMC在实现合乎需要的坍落值、V型漏斗出料时间和 泌水值同时实现比其它HEMC少的空气截留方面是尤其有利的。
[0009] 在第一方面中，本发明是包含水泥、一种或一种以上矿物质添加剂、超塑化剂、集 料、羟乙基甲基纤维素以及水的砂浆，其中羟乙基甲基纤维素的特征在于其羟乙基分子取 代和甲基取代度的总和为1. 90或更高以及2. 30或更低，并且其呈2重量百分比水溶液形 式的粘度低于30, 000毫帕斯卡*秒。
[0010] 本发明尤其适用作自压实混凝土，其供用于目前使用自压实混凝土的任何地方。
【具体实施方式】
[0011] 除非测试方法编号包括不同日期，否则测试方法指的是截至本文献的优先权日期 最近的测试方法。提及测试方法含有提及测试协会和测试方法编号。以下测试方法缩写 应用于本文中：ASTM指的是ASTM国际组织（以前被称为美国测试与材料协会（American Society for Testing and Materials)) ;EN 指的是欧洲标准（European Norm) ;NF 指的 是法国标准协会（association francaise de normalization) ;DIN指的是德国标准协会 (Deutsches Institute fUr Normung);并且 ISO 指的是国际标准化组织（International Organization for Standards)〇
[0012] "多个"意味着两个或更多个。"和/或"意味着"和，或作为一个替代方案"。除非 另外指示，否则所有范围都包括端点。"Comp Ex"和"比较实例"是可互换的，"实例"和"Ex" 同样也是。
[0013] "砂浆"在本文中指的是包含水泥、水和任选地额外添加剂的调配物。砂浆典型地 进一步包含矿物质添加剂、集料和粘度调节剂。
[0014] "混凝土"在本文中指的是包含粗集料（coarse aggregate)的砂衆。
[0015] 本发明的砂浆包含水泥、水、细粒、超塑化剂、集料和羟乙基甲基纤维素并且尤其 适合用于自压实混凝土调配物中。
[0016] 水泥可以是适合用于自压实混凝土（SCC)调配物中的任何水泥。举例来说，水泥 可以是选自硅酸钙水凝水泥、含石灰水泥、碱性水泥、灰泥以及石膏的一种以上水泥中的一 者或任何组合。尤其合乎需要的是波特兰水泥（Portland cement)，尤其是类型CEM I、II、 III、IV以及V和/或氧化铝水泥（铝酸盐水泥）。
[0017] 矿物质添加剂选自熔渣（如NF EN 197-1标准，段落5. 2. 2中所定义）；火山灰材 料（如NF EN197-1标准，段落5. 2. 3中所定义）；渣灰（如NF En 197-1标准，段落5. 2. 4 中所定义）；飞灰（如NF EN 197-1标准段落5. 2. 4中所定义）；页岩（如NF EN 197-1标 准段落5. 2. 5中所定义）；石灰石（如NF EN 197-1标准段落5. 2. 6中所定义）；和/或硅 石烟（如NF EN 197-1标准段落5. 2. 7中所定义）。
[0018] 超塑化剂是SCC砂浆的特征组分，其提高砂浆的流动性，其使SCC砂浆（或SCC自 身）能够易于围绕障碍物贴合并且填充空间中的空隙。超塑化剂也被称作减水剂，因为其 可以降低砂浆的水-水泥比率。适合用于本发明的砂浆中的超塑化剂包括适合用于SCC调 配物中的那些超塑化剂中的任一者。适合用于本发明的砂浆中的超塑化剂的实例包括磺化 三聚氰胺甲醛缩合物、磺化萘甲醛缩合物、木质素磺酸盐以及聚羧酸盐。超塑化剂典型地以 按水泥总重量计0. 1重量％或更高以及2. 0重量％或更低的浓度存在。
[0019] 集料典型地被归类为细集料和粗集料。本发明的砂浆可以仅含有细集料，仅含有 粗集料或优选地细集料与粗集料的组合。根据ASTM C33的分类法将集料分级为细的或粗 的。一般来说，细集料完全通过9. 5毫米（mm)的筛并且最多10质量百分比将通过150微 米筛（第100号筛）。根据ASTM C33将粗集料分类成多个不同等级并且其具有比细集料大 的总尺寸分布。集料一般是天然存在的无机材料，如石头和/或矿物质，其中石头一般由数 种矿物质构成。细集料一般是一种形式的砂。粗集料通常选自砾石、碎石和类似材料。
[0020] 本发明的砂浆进一步包含特定类型的羟乙基甲基纤维素（HEMC)。出人意料地，本 发明是发现适合用于砂浆，尤其SCC砂浆中的特定类型的HEMC的结果。本发明的HEMC化 合物独特地提供砂浆中理想的屈服点和塑性粘度水平。进一步发现，与其它HEMC化合物相 比，某些HEMC化合物截留较少的空气，从而在砂浆中产生比其它HEMC化合物少的空气截 留。一般来说，HEMC用以在不会将屈服点提高到不合需要的较高水平的情况下提高砂浆中 的塑性粘度。本发明的HEMC化合物具有特定水平和类型的取代，已出人意料地发现所述取 代在不会将屈服点提高到不合需要的较高水平的情况下提高砂浆中的塑性粘度。此外，本 发明的HEMC提供具有合乎需要的坍落度（大于290毫米）、合乎需要的V形漏斗出料（在 本文所描述的测试中少于五秒）以及合乎需要的泌水值（小于百分之三）的砂浆。与使用 其他HEMC制得的砂浆相比，本发明的优选实施例进一步具有较少的截留空气。
[0021] 本发明的HEMC的特征可以在于其MS值和DS值。MS值是HEMC中纤维素主链每脱 水葡萄糖单元的羟乙基的分子取代水平的量度（即羟乙基分子取代度）。DS值是纤维素主 链每