胶结材、活化剂和制备混凝土的方法技术

一种胶结材，该胶结材含有至少90重量％的液压-活性材料，所述液压-活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)和/或粉煤灰(PFA)，以及至少0.1重量％的用于所述液压-活性材料的活化剂组合物中的CaO。所述胶结材不含有任何的硅酸盐水泥，因此，对环境更友好。所述胶结材进一步含有超增塑剂如聚羧酸醚(PCE)。可以由所述胶结材、骨料颗粒、水和超增塑剂的混合物形成混凝土、灰浆、薄浆、砂浆或打底物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】胶结材、活化剂和制备混凝土的方法
本专利技术涉及一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于与非OPC水硬性活性(或者更确切地说，潜在水硬性活性)材料(hydraulically-activematerials)结合，例如粒化高炉矿渣(groundgranulatedblastfurnaceslag，GGBS)，以形成胶结材(cementitiousbinder)；形成胶结材的方法；以及形成混凝土(concretes)、灰浆(mortars)、薄浆(grouts)和打底物(renders)的方法。本专利技术还涉及不含有OPC的胶结材以及不含有OPC的混凝土、灰浆、薄浆和打底物。
技术介绍
典型的混凝土和其他相关的材料如灰浆、薄浆以及打底物是通过将骨料(aggregate)材料，如砂卵石层，与胶结材(水泥)结合而形成。在当今世界上最常用的水泥是普通硅酸盐水泥(OPC)。OPC是一种精细的研磨材料，含有至少三分之二的大量硅酸钙相，其余部分主要由基于铝、铁和镁的相制得。当OPC和骨料的混合物与水进一步混合时，发生水合反应并且混合物凝固。作为混凝土及其相关材料的胶结材(binder)，OPC有很多优势。使用OPC生产的混凝土快速成型(set)并硬化而具有高的压缩强度。制造OPC的原材料是容易得到的并且水泥它们本身也相对便宜。其他有粘结性的材料，如火山灰水泥或者高炉炉渣，可能产生具有最终强度和环保耐用的结构，但是这样的材料的成型和硬化与基于OPC的材料相比有变差的倾向。因此，传统的水泥组合物含有部分OPC，即使仍使用其他的有粘结性的材料。最近几年中，各种工业过程对环境的影响已经成为全球关注的热点。OPC的制造是高度耗能的过程，包括将各种原材料在窑中加热至温度大于1500℃、冷却，然后研磨成细的粉末。据估计，对于每吨产生的OPC，由于燃料的氧化(1.6GJ/吨)，大约1吨(tonne)的二氧化碳被释放，这作为化学反应的结果在加热时发生。经常被用来代替混凝土中的部分OPC的一种有粘结性的材料是粒化高炉矿渣(GGBS)。GGBS可能被描述为非-OPC潜在-水硬性活性材料。在高炉中当铁矿石具有的铁被提炼出时，基本由硅酸盐和钙的硅铝酸盐组成的非金属产物能够形成有粘结性的粘合材料。在铁的生产中，连续从高炉顶部填充氧化铁(球团矿(orepellets)，烧结物等)和助溶剂(fluxingstone)，所述助溶剂包括石灰岩和白云石以及焦化燃料。从熔炉中获得两种产物；如同水池(pool)收集在熔炉底部的铁水，以及浮在铁水池上的液体铁-高炉炉渣。在大约1500℃的温度下，从熔炉中定期拨出这两种产物。为了最大限度的提高GGBS的水硬性潜力，随着熔渣离开高炉，必须将其迅速冷却。快速淬火或者冷却促使缩成极小的结晶，并将熔渣转换成具有尺寸一般小于5mm的细玻璃状骨料-大小的颗粒。然后将这些炉渣的颗粒研磨成细小的粉末以形成GGBS。由于GGBS是炼铁工业的副产物，它比OPC具有更低的碳排放量(即，每吨的GGBS排放0.055吨的CO2vs.每吨的OPC排放～1吨的CO2)。因此，每吨混凝土释放的二氧化碳的量可能被减少，如果使用部分GGBS与OPC共同作为胶结材。通常情况下，GGBS不能替代大于70重量％的OPC以形成可用的混凝土或者灰浆的胶结材。完全排除OPC将是可取的，但是为了发挥水硬性材料的作用，GGBS需要活化剂。使用GGBS作为有粘结性的材料已被公知多年，而且追溯到约1774年，那时Loriot用GGBS与熟石灰组合制成了灰浆。熟石灰被作为活化剂使用。虽然由被石灰(lime)激活的GGBS形成的胶结材可能具有有益的特性，凝固时间(settimes)和强度增益时间与同样的OPC相比更长。使用GGBS与类似于碱金属的化学刺激剂(stimulants)相结合为众所周知的，但本领域技术人员理解的是，这样的混凝土在凝固时间、强度和温度反应方面具有局限性，这阻止了它们的广泛应用。混凝土要根据制定的国家标准、准则等进行分类和使用。同时这些文件可能知晓以GGBS为基础的混凝土不是在使用的最前列。OPC混凝土被广泛的使用，竞争力强且功能全。本领域技术人员目前的了解或者偏见在于：即使使用OPC作为GGBS的活化剂，GGBS含量越高也越限制产生的混凝土的机械性能。此外，混凝土必须满足一定的标准，例如，在英国，BS4246，其中必须实现强度随时间变化的最小化。因此，尽管其对环境有影响，但是仍继续使用OPC。
技术实现思路
在它的各个方面中，本专利技术提供了用于与水硬性活性材料相结合的活化剂组合物，所述水硬性活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)和/或粉煤灰(pulverisedfuelash，PFA)，从而形成胶结材，使用这样的活化剂组合物的方法，形成胶结材的方法，胶结材，形成混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，以及混凝土、灰浆、薄浆或打底物，如随附独立权利要求所限定的(现应作为参考)。本专利技术的各个方面的优选或有利的特征列于从属权利要求中。现有技术中，如上述Loriot和专利申请WO03/070657，公开了结合GGBS和石灰以形成胶结材。WO03/070657主要描述了使用石膏作为水硬性活性材料，但是作为对比，提供了使用10％的石灰作为活化剂与90％的GGBS混合以形成胶结材的实验结果。这种混合物(胶结材)在0、2、7、28和33天后的强度测量值在WO03/070657的表II中列出，并且比WO03/070657中描述的各个掺入石膏的胶结材要低得多。因此，该现有技术巩固了必须使用超过10％的石灰作为GGBS中的活化剂以在可接受的时间内获得可接受的强度的观点。因此，在现有技术中，使用高比例的石灰(大于10重量％)，以及采用具有低初始强度和慢凝固时间的胶结材制备的混凝土。在寻找用合适的活化剂与GGBS结合而形成适合的胶结材的实验中，本专利技术的专利技术人试图结合GGBS与10重量％的熟石灰。用这种胶结材制造的混凝土立方块的属性是可接受的，但是凝固时间被不合需要地延长。凝固时间或者凝固的时间是混凝土和灰浆的标准尺度，且被定义为贯入阻力达到一定值的时间点。混凝土组合物可以根据初始凝固时间和最终凝固时间进行定义。凝固时间可以随温度发生变化。如本文所述，本专利技术的专利技术人现已确定的是，可以使用含有高比例的GGBS和/或PFA以及低比例的CaO、或者石灰的胶结材制备改进的混凝土。在本专利技术的优选实施方式中，本专利技术的专利技术人发现，通过结合CaO、或者石灰、以及分散剂，优选的具体类型是超增塑剂(superplasticiser)，这种类型的非OPC胶结材的强度和可用性可以被进一步改进。用于本专利技术中的具体优选的超增塑剂的类型为聚羧酸醚系(polycarboxylate-ether-based，PCE)分散剂。分散剂，也被称为减水剂或者增塑剂或者流化剂(fluidifiers)，是添加到胶结材中以缩小所需的水/胶结材的比率的材料或者化合物，且超增塑剂(或者宽范围减水剂)，如PCE，是特别有效的分散剂。超增塑剂如PCE能够降低水/胶结材的比率15％或者25％以上，而不降低胶结材凝固前的可加工性，相比于仅使用水提供充分性能的胶结材的对照样品。在本文中，超增塑剂，包括PCE，也被称为流化剂或者极流化剂(extr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胶结材，该胶结材含有至少90重量％的非OPC液压‑活性材料，0.1重量％以上的CaO，以及超增塑剂，所述非OPC液压‑活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)或者GGBS和PFA的混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.01 GB 1209867.9;2012.06.01 GB 1209865.3;201.一种胶结材，该胶结材含有：1.5-5重量%的活化剂，所述活化剂为CaO或石灰；0.2-2重量%的聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂；以及至少90重量%的非OPC水硬性活性材料，所述非OPC水硬性活性材料的至少70%为粒化高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰（PFA）或者GGBS和PFA的混合物。2.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述胶结材由CaO或石灰活化剂、聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂以及非OPC水硬性活性材料组成。3.根据权利要求1或2所述的胶结材，其中，非OPC水硬性活性材料含有至少80%或者90%的GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物。4.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述胶结材由GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物，CaO或石灰和聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂组成。5.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述胶结材含有至少2重量%的CaO或石灰。6.根据权利要求5所述的胶结材，其中，所述胶结材含有大于或等于2.5重量%、3重量%或4重量%的CaO或石灰。7.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述胶结材含有大于93重量%、95重量%、96重量%、97重量%或98重量%的非OPC水硬性活性材料。8.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在0.3%和1.2%之间、或0.4%和0.7%之间的聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂。9.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂为粉末形式且胶结材含有多于0.25%、0.3%、0.35%或0.4%和/或少于0.7%、0.75%、1%或1.2%的聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂。10.根据权利要求1所述的胶结材，其中，所述聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂为液体形式且胶结材含有多于0.2%或0.5%的聚羧酸醚系（PCE）超增塑剂。11.一种制备混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，该方法包括按照预定比例互相混合的步骤：a)胶结材；b)骨料颗粒；以及c)水；其中，所述胶结材为前述任意一项权利要求所定义的胶结材。12.根据权利要求11所述的方法，其中，水与所述胶结材的重量比在0.15:1和0.45:1之间，其中，使用非吸收性的骨料。13.根据权利要求12所述的方法，其中，水与所述胶结材的重量比在0.2:1和0.4:1之间。14.根据权利要求12所述的方法，其中，水与所述胶结材的重量比在0.25:1和0.35:1之间。15.根据权利要求12所述的方法，其中，水与所述胶结材的重量比为0.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·J·鲍尔，M·利斯卡，P·休利特，
申请(专利权)人：戴维鲍尔集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB