[发明专利]用于使可膨胀聚合物微球膨胀的设备和系统

说明书

提供一种用于使可膨胀聚合物微球膨胀的设备。

冻结-解冻循环可严重损坏水饱和硬化水泥组合物，诸如混凝土。防止或减少所致损坏的最常见的技术是在该组合物中掺入微细的空隙或孔隙。空隙或孔隙起到内部膨胀腔室的作用，并因此可通过减轻由冻结-解冻循环导致的液压变化保护组合物免于冻结-解冻损坏。用于生产水泥组合物中的这样的空隙的常规方法是通过将加气剂引入到该组合物中，这能使组合物混合过程中夹带的微小气泡稳定化。

不幸的是，这种在水泥组合物中产生空气孔隙的方法受到多个生产和浇注问题的困扰，其中一些问题如下：

空气含量：水泥组合物的空气含量的变化，如果空气含量随时间降低，则可导致组合物对冻结-解冻损坏的抗性低劣，或者如果空气含量随时间增高，则会导致减少组合物的压缩强度。实例是泵送水泥组合物(通过压缩使空气含量降低)、超增塑剂的现场添加(常常升高空气含量或使空气孔隙系统失稳定)、以及特定掺合料与加气表面活性剂的相互作用(可能增加或减少空气含量)。

空气孔隙稳定化：未能使气泡稳定化可能是由于存在能吸收稳定性表面活性剂的材料，即具有高表面积碳或水分不足的粉煤灰会使表面活性剂不能适当起作用，也即，成为低塌落度混凝土。

空气孔隙特性：过大而不能提供对冻结和解冻的抗性的气泡的形成，可能是由于骨料质量差或等级不好、使用了其它使气泡失稳定的掺合料等原因所致。这样的孔隙常常不稳定，且趋向于上浮到新制混凝土的表面。

过度修整(overfinishing)：通过过度修整除去空气，从而将空气从混凝土表面除去，这通常通过邻近过度修整表面的水泥浆动变区(detrained zone)的剥落导致变形。

在混合时使空气的生成和稳定化并确保它在水泥组合物硬化前保持适当的量和空隙尺寸，这对北美的水泥组合物生产商是最大的日常问题。被夹带到水泥组合物中的空气孔隙系统的空气含量和特性不能通过直接定量方法进行控制，而是只能间接通过添加到该组合物的加气剂的量/类型来控制。多种因素(诸如骨料的组成和颗粒形状、混合物中水泥的类型和量、水泥组合物的稠度、所用混合器的类型、混合时间和温度)都会影响加气剂的性能。普通加气混凝土中的孔隙尺寸分布可显示很大的变化范围，在10-3000微米(μm)或更大。在这样的水泥组合物中，除对于循环冻结-解冻抗性不可或缺的小孔隙外，已接受较大孔隙的存在为不可避免的特征，较大孔隙对水泥组合物的耐久性贡献极小，且可能会减少该组合物的强度。

已经显示加气剂提供对冻结-解冻损坏的抗性以及剥落损坏抗性，这发生在由于许多原因(上文讨论了其中的一些原因)中的任何原因而使硬化的水泥组合物脱离时。然而，因为常规加气剂遭受上文所讨论的问题，所以水泥组合物行业正在寻找新的且更好的掺合料，以提供当前由常规加气剂提供的特性。

最近的发展是使用聚合物微球来创造水泥组合物中的尺寸受控的孔隙。然而，发展仍然不间断地进行，以改进水泥组合物中的聚合物微球的作用，并降低包括聚合物微球的水泥组合物的成本。

为了提供适当尺寸的空气孔隙，需要使聚合物微球在掺入水泥组合物之前膨胀。膨胀后，膨胀的聚合物微球是未膨胀的微球体积的高达约75倍。提供包括膨胀的聚合物微球的水泥组合物可能是昂贵的，这是由于与运输包括高体积膨胀微球的掺合料相关联的高运输成本，尤其是被提供在可以包括大量水的含水料浆中。

先前已做过许多尝试以寻找以上文认定的问题(即与提供膨胀的聚合物微球给最终使用者相关联的高运输成本)的解决方案。然而，用于使可膨胀聚合物微球膨胀的先前的设备消耗大量的能量并且尺寸非常大。现在已出人意料地发现，使用消耗更少能量并且尺寸显著更小的设备可使可膨胀聚合物微球充分膨胀。

例如，在用在使可膨胀聚合物微球膨胀的某些先前的设备中，已经使用能够提供至少30锅炉马力的蒸汽发生器。这种设备利用的蒸汽发生器具有小于或等于约6锅炉马力的功率输出，以使可膨胀聚合物微球膨胀充分膨胀。这导致了增加的能量效率、更低的成本，以及与先前的膨胀设备相比更小的尺寸或占地面积(footprint)。

需要一种用于以成本效益的方式将膨胀的聚合物微球递送到最终使用者的装置。

本发明的实施方案参照附图被公开并且仅用于说明目的。该主题的应用不限制于在附图中例示的部件的结构或布置的细节。相同的参考数字用于指示相同的部件，除非另有说明。

图1是描绘了本发明主题的一种实施方案的示意流程图。

图2是描绘了本发明主题的第二种实施方案的示意流程图。