含高钙反应性铝硅酸盐材料的地聚合物组合物的凝结时间的控制制造技术

本发明专利技术提供了一种具有可控凝结时间的地聚合物组合物，其包括：至少一种反应性硅铝酸盐；至少一种缓凝剂；和至少一种碱式硅酸盐激活剂溶液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含高钙反应性铝硅酸盐材料的地聚合物组合物的凝结时间的控制背景
本专利技术一般涉及用于地聚合物组合物的外加剂。更具体地，本专利技术涉及用于有效控制地聚合物组合物中的凝结的缓凝外加剂和可用于特定应用的系统。
技术介绍
一般而言，由一定反应性高钙铝硅酸盐制成的地聚合物由于水化硅酸钙和水化铝硅酸钙凝胶的瞬间形成而非常快速地凝结和固化。在工程实践中，地聚合物应具有较长的凝结时间。这意味着使用火山灰粘合剂制成的混凝土或砂浆应具有足够长的凝结时间，以便运输和浇筑。但是，如果凝结时间太长，则会变得不经济。因此，通过使用缓凝剂来改善凝结时间的适当控制是地聚合物材料在建设及建筑工业成功应用的关键。
技术实现思路
根据第一大方面，本专利技术提供具有可控凝结时间的地聚合物组合物，其包括：至少一种反应性铝硅酸盐；至少一种缓凝剂；和至少一种碱式硅酸盐激活剂溶液。根据第二大方面，本专利技术提供了一种制备具有可控凝结时间的地聚合物组合物的方法，其包括：将至少一种反应性硅铝酸盐、至少一种缓凝剂和至少一种碱式硅酸盐激活剂溶液组合。附图说明所附附图包括在本文中并构成本说明书的一部分，其说明了本专利技术的示例性实施方式，并且连同上面给出的一般描述和下面给出的详细描述一起，用于解释本专利技术的特征。图1示出了根据本公开的一种实施方式的含有0％到5％一水氯化钡BWOB的硅酸钠激活剂溶液的拉曼光谱。图2示出了根据本公开的一种实施方式的含有0.5％、0.75％、0.875％和1.0％一水氯化钡BWOB的共沉淀硅酸盐材料的拉曼光谱。具体实施方式定义如果术语的定义与术语的常用含义不同，除非特别指明，否则申请人意图使用下面提供的定义。应理解的是，上述一般描述和以下详细描述仅是示例性的和解释性的，并且不限制所要求的任何主题。在本申请中，除非另有特别说明，否则单数的使用包括复数。必须注意的是，除非上下文另有明确规定，否则在说明书和所附权利要求中使用的单数形式“a”、“an”和“the”包括复数指称。在本申请中，除非另有说明，否则使用“或”是指“和/或”。此外，使用术语“包括”以及其他形式，例如“包括(include)”、“包括(includes)”和“包括(included)”，并不具有限制性。为了本专利技术的目的，术语“包括”、术语“具有”、术语“包含”和这些词语的变体意在是开放的，并且意味着可能存在除所列元素之外的其他元素。为了本专利技术的目的，诸如“顶部(top)”、“底部(bottom)”、“上部(upper)”、“下部(lower)”、“上(above)”、“下(below)”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上(up)”、“向下(down)”等方向术语仅用于方便地描述本专利技术的各种实施方式。本专利技术的实施方式可以以各种方式定向。例如，图中所示的图表、装置等可以翻转、任意方向旋转90度、反转等。为了本专利技术的目的，如果值或性能是通过使用该值、性能或其他因素进行数学计算或逻辑判断而获得的，则该值或性能“基于”特定的值、性能、条件的满足或其他因素。为了本专利技术的目的，应当注意，为了提供更简明的描述，本文中给出的一些定量表达不限定于术语“关于”。可以理解，无论术语“关于”是否被明确使用，本文中给出的每个量都是指实际给定值，它还意指基于本领域的普通技术合理推断的该给定值的近似值，包括由于该给定值的实验和/或测量条件而产生的近似值。为了本专利技术的目的，术语“实际温度”是指任何特定地方的空气实际温度，由温度计测量。为了本专利技术的目的，术语“BWOB”是指“基于粘合剂重量”，其通常被认为是当基于特定粘合剂或粘合剂混合物的总量添加材料时添加到水泥中的材料量(百分比)。对于地聚合物材料，粘合剂通常是火山灰材料，称为火山灰前驱体，其可由碱性溶液激活。为了本专利技术的目的，术语“水泥”是指粘合剂，一种用于建筑的物质，其使其他材料凝结、硬化并粘附在一起以将它们结合在一起。水泥很少单独使用，可用于将砂和砾石(集料)粘合在一起。水泥与细集料混合产生砂浆用于砌体，或与砂和砾石混合产生混凝土。在建筑中使用的水泥通常是无机的，通常是石灰或硅酸钙基的，根据水泥在水存在下的水合能力，可以分为水硬水泥和非水硬水泥。为了本专利技术的目的，术语“混凝土”是指由碎石或砾石、沙子、胶结材料和水的混合物制成的重而粗糙的建筑材料，其可摊铺或倒入模具中，并在硬化时形成类似石头的块体。一些实施方式可包括由粗细集料与随时间硬化的流体水泥(水泥浆)粘结在一起的复合材料。大多数情况下，可使用波特兰水泥，但有时也可使用其他水硬性水泥，如铝酸钙水泥。地聚合物被认为是不含波特兰水泥的新型胶结材料。为了本专利技术的目的，术语“地聚合物”是指不含波特兰水泥的可持续胶结粘合剂体系。从狭义上讲，本专利技术的地聚合物与具有类似于有机热固性聚合物的三维网络结构的无机聚合物有关。所公开的地聚合物的主链基质是沸石骨架的X射线非晶态类似物，其特征在于通过氧桥连接的硅和铝原子的四面体配位，碱金属阳离子(通常为Na+和/或K+)作为AlO4-的电荷平衡体。本专利技术的地聚合物可更广泛地视为由碱铝硅酸盐和/或碱-碱土铝硅酸盐相组成的一类碱激活材料(AAM)，其是固体铝硅酸盐粉末(术语火山灰前体)与碱激活剂反应的结果。为了本专利技术的目的，术语“地聚合物组合物”是指由火山灰前体和固体或液体形式的碱激活剂组成的混合物部分。此外，地聚合物组合物还可包括粗细集料、纤维和其他外加剂，具体取决于应用。为了本专利技术的目的，术语“砂浆”是指含有细集料的和易浆体，用于将诸如石块、砖块和混凝土的建筑模块粘合在一起，填充和密封它们之间的不规则间隙，并且有时在砌体墙中添加装饰颜色或图案。从广义上讲，砂浆包括沥青、柏油和软泥或粘土，如用于泥砖之间。水泥或地聚合物砂浆固化后变硬，形成刚性结构。为了本专利技术的目的，术语“室温”是指约15℃(59°F)到25℃(77°F)的温度。为了本专利技术的目的，术语“凝结”是指将塑性浆体转换为非塑性块体和刚性块体。为了本专利技术的目的，术语“凝结时间(settime)”或“凝结时间(settingtime)”是指水(碱激活剂溶液)加入水泥(火山灰前体)时刻至浆体开始失去其塑性(初凝)之间经过的时间。终凝时间是指从水(碱激活剂溶液)加入水泥(火山灰前体)时刻至浆体已完全失去其塑性并获得足够坚固性以抵抗一定压力之间的时间。为了本专利技术的目的，术语“略溶(sparingly)于水”是指每100毫升水的溶解度为0.1g至每100毫升水的溶解度为1g的物质。除非另有规定，否则在下面的本专利技术描述中，术语“略溶”和“略溶于水”交替使用，以指略溶于水的物质。为了本专利技术的目的，术语“水不溶性”是指每100毫升水的溶解度小于0.1克的物质。说明虽然本专利技术易受各种修改和替代形式的影响，但其具体实施方式已在附图中以示例的方式示出，并将在下面详细描述。然而，应当理解的是，本专利技术并非旨在将本专利技术限制于所公开的特定形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可控凝结时间的地聚合物组合物，包括：/n至少一种反应性铝硅酸盐；/n至少一种缓凝剂；以及/n至少一种碱式硅酸盐激活剂溶液。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 US 62/599,068;20180725 US 62/703,295;20181.一种具有可控凝结时间的地聚合物组合物，包括：
至少一种反应性铝硅酸盐；
至少一种缓凝剂；以及
至少一种碱式硅酸盐激活剂溶液。


2.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种反应性铝硅酸盐包括低钙F级飞灰(FFA)和高炉矿渣(BFS)。


3.根据权利要求2所述的地聚合物组合物，其中所述低钙F级飞灰(FFA)为包含小于或等于约8重量％的氧化钙的飞灰。


4.根据权利要求3所述的地聚合物组合物，其中所述飞灰含有至少65重量％的非晶铝硅酸盐相。


5.根据权利要求3所述的地聚合物组合物，其中所述飞灰的平均粒径为以下之一：60微米或以下、50微米或以下、45微米或以下和30微米或以下。


6.根据权利要求2所述的地聚合物组合物，其中所述低钙F级飞灰(FFA)的燃烧失重(LOI)小于或等于5％。


7.根据权利要求2所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种反应性铝硅酸盐进一步包括偏高岭土(MK)。


8.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种反应性铝硅酸盐包括选自以下组中的至少一种高钙铝硅酸盐：高钙F级飞灰(FFA)、C级飞灰(CFA)、高炉矿渣(BFS)、玻璃硅酸钙(VCAS)、底灰和熟料窑灰(CKD)。


9.根据权利要求8所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种反应性铝硅酸盐进一步包括偏高岭土(MK)。


10.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种反应性铝硅酸盐包括高炉矿渣(BFS)和偏高岭土(MK)。


11.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种反应性铝硅酸盐包括C类飞灰(CFA)和偏高岭土(MK)。


12.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述碱式硅酸盐激活剂溶液包含金属氢氧化物和金属硅酸盐，并且其中所述金属为钾、钠或两者的组合。


13.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种缓凝剂为在碱性溶液中水解且与存在于所述碱式硅酸盐激活剂溶液中的硅酸盐物种共沉淀的可溶金属盐。


14.根据权利要求13所述的地聚合物组合物，其中所述金属盐选自以下组：无水氯化钡、氯化钡二水合物、硝酸钡、亚硝酸钡、偏硼酸钡一水合物、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、氯化铅、硝酸铅、氯化锶、硝酸锶和硫酸锶。


15.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种缓凝剂选自以下组：无水氯化钡、氯化钡二水合物、硝酸钡、亚硝酸钡和偏硼酸钡一水合物。


16.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述至少一种缓凝剂的用量为约0.1％BWOB至约10％BWOB且更优选地为约0.25％BWOB至约5重量％BWOB。


17.根据权利要求1所述的地聚合物组合物，其中所述地聚合物组合物还包括至少一种集料。


18.根据权利要求1所述地聚合物组合物，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·龚，H·徐，W·卢策，I·L·佩格，
申请(专利权)人：美国天主教大学，
类型：发明
国别省市：美国;US