[发明专利]水泥质组合物中的未水化强度

说明书

描述了用于在可水化水泥质材料中控制强度发展的组合物和方法，并且更特别地涉及可聚合单体组分的用途，所述可聚合单体组分被以受控方式混合的氧化还原对引发和活化，用于在水泥质材料开始凝固之前增强塑性可水化水泥质材料的基质内的未水化强度。示例性应用包括最小化用于高度流动预拌料应用的模板上的压力，增强用于一体化混凝土板工作和其它相继施加的支撑和粘合性质，或促进快速3D打印应用，等等独特可能性。

技术领域

本发明涉及可水化水泥质材料中受控的强度发展，并且更特别地涉及在塑性可水化水泥质材料的基质内使用聚合体系以在水泥质材料开始凝固之前提高未水化强度。

背景技术

混凝土含有用于将集料粘结在一起的水硬性材料（波特兰水泥）。在与水混合后，水泥粘结剂开始水化，并且水化混凝土可以被浇注或成型到模具或模板中。然后，水化混凝土将最终凝固成路面、地基、板、壁、管或其它结构形状。

图1 （现有技术）图示说明了当混凝土从搅拌站（batch plant）被运输到交付（浇注）点时混凝土的强度（沿左侧纵轴指示）。在运输过程中，混凝土将处于流动液体状态，如图1中标识为“A”的阴影区域所标识。混凝土将通常具有高流动性，以能够快速浇注，从而能够快速完成浇筑（placement）和修整（标识为“1”），并使人工费用保持最小化。因此，从浇筑阶段1的结束到凝固阶段2的开始，如图1中“B”处的阴影区域所标识的，可加工性的狭窄窗口（1和2之间）随时间（沿横轴指示）变化而快速地关闭。

已知使用外加剂来控制混凝土凝固的起始。例如，美国专利公开号2017/0073267描述了使用超塑化剂（superplasticizer）和促凝剂来获得加工时间和早期强度。

作为另一个实例，美国专利号8,020,431、8,764,272和8,818,561教导了可以在将混凝土装料浇注就位之前立即，将促凝剂外加剂计量加入混凝土装料中。

虽然（在与在厂中加入促凝剂相比时）在浇注混凝土之前并入促凝剂以避免过早凝固（例如，由于交通延误、模板延误等）是优选的，但是存在以下情况为缺点，在所述情况中因促凝剂而过早进行快速强度增加。

过早的强度增加对于混凝土表面“修整”通常是缺点。修整技术可包括抹平（trowelling）、刮平工作（screed work）、墁平（floating）、修边（edging）或填缝（jointing）（参见例如ACI 302.1R-15）。完成混凝土表面的修整以提高混凝土的耐久性和美学吸引力。

如图1所示，修整必须在浇筑（1）之后开始，但应该在混凝土开始凝固（2）之前完成。然而，只有当混凝土强度处于理想范围内时才可以完成修整。具有强度不足的混凝土块在受到修整操作期间施加的力时可以改变形状；并且，如果强度太高，则混凝土的表面不可以移动，并因此不可以被修整。因此（flence），快速获得强度的混凝土板具有快速关闭的修整窗口。

混凝土中强度增加过快也可以是缺点，其中混凝土是在连续阶段中加入的。例如，“一体化混凝土板”的构造包括将混凝土层沉积到先前浇铸的第一混凝土层上（在两个层必须处于塑性状态以能够在层间接触时形成一体化区域时）（参见Scurto等人的美国专利号7,968,178）。第一混凝土层必须快速增加强度以支撑随后的层。然而（Flowever），如果强度构建得太快，则混凝土层可能不会粘合以形成一体化区域。结果是，如果上混凝土层与先前浇筑的下混凝土层没有充分地一体化，则上混凝土层可以卷曲和破裂。

本发明人相信，塑性水泥质材料在不丧失粘合能力的情况下保持一定水平强度以支撑随后施加的水泥质材料的能力可以潜在地使其它相继的施加能够更好地工作，例如使用挤出水泥质“打印”介质的大规模三维打印。参见例如“Digital concrete:Opportunities and challenges”，Wangler等人，RILEM Technical Letters，第1卷（2016） 第67-75页。