基于粒化的高炉矿渣粉的黏结剂，由其制得的干式制剂和湿式制剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物。本发明专利技术的目的是提出一种黏结剂，其是基于OPC的组合物的有吸引力的替代品，其环保、便宜且有竞争力，在卫生和安全问题上比基于OPC的组合物更令人满意，它产生具有适当流变性质的湿式制剂，即在所述湿式制剂的使用者通常所需的凝固时间(例如一小时至数小时‑3小时)内具有稳定的流变性质，而不会增加由该湿式制剂获得的硬化材料的W/B比，也不会损害其机械性能。为了实现该目的，本发明专利技术是基于矿渣的黏结剂，其包含：A.至少一种矿渣；A'，任选地，至少一种含CO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于粒化的高炉矿渣粉的黏结剂，由其制得的干式制剂和湿式制剂及其制备方法专利
本专利技术的
涉及包含至少一种矿渣的水硬性矿物黏结剂，所述矿渣例如为粒化的高炉矿渣粉(GGBS或矿渣)，其用于可凝固和可硬化的组合物例如砂浆或混凝土组合物中。更具体地，本专利技术涉及用于建筑业的黏结剂以及可凝固和可硬化的组合物，它们包含至少一种矿渣作为水硬性黏结剂以及至少一种功能添加剂。本专利技术还涉及这些基于矿渣的黏结剂、这些干式或湿式的可凝固和可硬化组合物的制备方法。由这些组合物得到的凝固和硬化产品在建筑中的应用也在本专利技术的领域中。
技术介绍
由于大量二氧化碳的排放，波特兰水泥的生产对环境产生很大的负面影响。在水泥生产过程中，原料在高温(1450℃)下的煅烧期间，通过石灰石脱碳在炉中固有地产生CO2(式(1))：CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)(1)另外，加热炉所需的化石燃料燃烧释放出二氧化碳。通过增加研磨产生了额外的排放量，每吨波特兰水泥可获得近一吨的CO2。总体而言，水泥工业的二氧化碳排放量占全球的7％至9％。波特兰水泥因进行完全水合而对水的大量需求加剧了它的这种不利影响。此外，处理波特兰水泥可能会导致健康问题(例如过敏)，特别是由于波特兰水泥的高碱度(pH值高于13)。此外，捏合时可能会释放出六价铬(Cr(VI))等有害元素，其对工人也是有毒的。尽管通常在水泥粉中包含Cr(VI)还原剂(例如硫酸亚铁)，但其功效会受到时间的限制。预计建筑工人，特别是第三世界的建筑工人不会经常检查与此类处理有关的有效期限。当前对新型黏结剂的多数研究旨在用对环境影响较小的黏结剂在各种应用中替代水泥。一种途径是使用未经昂贵处理的资源，例如来自其他工业的副产品(对于一个工业来说是废弃物，但对其他工业来说是主要资源)。高炉矿渣就是这种情况，它是钢铁工业的副产品。通过将这种产品研磨成细粉(GGBS)，可以得到一种胶凝材料，该胶凝材料可以部分替代水泥，也可以通过添加一些化学激活剂(例如碱或硫酸盐)单独使用。重要的是要注意，GGBS的使用不仅对环境友好，而且还具有多种增强的性能，例如对硫酸盐侵蚀的高抗性、低渗透性、在化学侵蚀性环境中的良好抗性、低水合热(大型结构所需)、总体上优异的耐久性、可以固定化重金属或放射性核素等。基于GGBS的产品的另一个好处是其需要低水量就能获得适当的流变性能。从环境和社会的角度来看，这也很重要。实际上，不仅在干旱地区，全世界的水资源都在急剧减少，这特别会导致地缘政治紧张局势和战争。在这方面，考虑到全世界消耗的大量胶凝材料，减少胶凝材料中捏合水用量的好处并不是偶然的。此外，已知胶凝黏结剂中矿渣的存在可减少有毒Cr(VI)的释放。解决这些环境和毒理学问题既不应损害适当的流变性，也不应损害最终硬化产品的性能，即机械强度和耐久性，而机械强度和耐久性与硬化产品的最终孔隙率直接相关。另一个要控制的参数是水/黏结剂的比(W/B)，该比应小于或等于1.0，优选为0.7，更优选为0.4或0.35。碱激活的矿渣水泥(AAS)可以替代普通波特兰水泥(OPC)。WO2015087255A1公开了一种碱激活的矿渣组合物，其包含：-矿渣源：高炉矿渣(BFS)；-按金属氧化物当量计(即对于Na2CO3为Na2O)，包含矿渣源的0.5重量％至6.0重量％的碱金属碳酸盐(激活剂)源：碳酸钠、碳酸钾和碳酸锂；-包含矿渣源的0.5重量％至10.0重量％的二氧化硅的无定形多晶型源：硅灰；-包含矿渣源的0.5重量％至10.0重量％的碱金属氢氧化物源：熟石灰；-木质素磺酸钠形式的非水增塑剂源；-可能的一些骨料，例如石头或砂土。提供将所述组合物与骨料和水混合后获得的优化的混凝土/砂浆湿式制剂，可以改进这种碱激活的矿渣组合物。所述优化的混凝土/砂浆湿式制剂可具有较低的水/黏结剂(W/B)比，例如小于或等于1.0，优选为0.7，更优选为0.4或0.35，同时具有例如由ACI标准116R-90(ACI1990b)定义的良好的和易性，其定义为“新拌混凝土/砂浆的该性质决定了其可以混合、放置、固结和抹面的容易程度和均质性”。ASTM将其定义为“该性质决定了以最小的均质性损失来处理新拌混凝土/砂浆的量所需的工作量”。湿式混凝土/砂浆制剂的和易性的参考测试是“坍落度测试”。换句话说，这意味着在几个小时的开放时间内，例如1小时至3小时内具有稳定的流变性。这些合适的应用性能应在不增加W/B比的情况下获得。过量的水确实可以在所需的凝固时间内保持流变性能，使其适应于良好的和易性，但是这会严重危害硬化的混凝土/砂浆的机械特性。此外，还优选限制混凝土/砂浆组合物中的浓度和缓凝剂，只要优选谨慎使用缓凝剂以控制成本并避免过度的缓凝、快速坍落度损失和过度的塑性收缩(表面水蒸发时的新鲜混凝土/砂浆体积的变化)即可。专利技术目的在这种情况下，本专利技术旨在通过实现以下目的中的至少一个来解决以上问题和/或需求中的至少一个：-O1-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其是基于OPC的组合物的有吸引力的替代物。-O2-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其是环境友好的。-O3-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其是便宜且有竞争力的。-O4-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，就卫生和安全问题而言，其比基于OPC的组合物更令人满意。-O5-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其产生通过振动压实法制造的具有适当能力的干式或半干式预制混凝土制剂。-O6-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其在湿式制剂的使用者所需的常规凝结时间(例如，几分钟至几小时)内产生具有适当流变性能，即稳定的流变性(良好的和易性)的湿式制剂，而不会增加W/B比也不会损害从该湿式制剂获得的硬化材料的机械性能。-O7-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其产生具有所需机械性能，特别是可接受的早期强度(例如24小时)的硬化材料。-O8-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于矿渣的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，从而产生具有所需耐久性的硬化材料。-O9-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于GGBS的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其以通常所需的凝固时间(例如，几分钟至几小时)产生硬化材料。-O10-提供基于矿渣的黏结剂或包含所述基于GGBS的黏结剂的砂浆或混凝土组合物，其产生具有可接受的W/B比，例如小于或等于1.0，优选为0.7，更优选为0.4或0.35或0.30的硬化产品。-O11-提供简单且便宜的制备符合目的-O1-至-O10-中至少一个目的的基于矿渣的黏结剂或包含所述基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矿渣的黏结剂，其包含：/nA.至少一种矿渣；/nA'.任选地，至少一种含CO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171208 EP PCT/EP2017/0821101.一种基于矿渣的黏结剂，其包含：
A.至少一种矿渣；
A'.任选地，至少一种含CO3的矿物粉末；
B.任选地，至少一种不同于黏结剂A并且不同于CO3粉末A'的共黏结剂；
C.至少一种水/矿渣反应的激活剂；
C'.任选地，至少一种不同于C的共激活剂C'；
D.至少一种螯合剂和/或至少一种螯合剂源，所述螯合剂优选为阻垢剂；
E.以及任选地至少一种不同于螯合剂D的高效减水剂。


2.根据权利要求1或2所述的黏结剂，其中矿渣A是粉末，其优选地选自以下粒度等级：
a1)D50为]7.0μm至20.0μm]、]7.0μm至60μm]或]7.0μm至100.0μm]；
a2)D50为]3.0μm至7.0μm]；
a3)D50为]0.5μm至3.0μm]，优选[1.0μm至2.0μm]；
a4)及其混合物。


3.根据前述权利要求中至少一项所述的黏结剂，其中含CO3的矿物A'选自包含-理想组成为-石灰石、白云石、沉淀CaCO3、白垩、大理石、文石、结晶灰华、石灰华及其混合物的组。


4.根据前述权利要求中至少一项所述的黏结剂，其中含CO3的矿物A'为粉末或浆料，其选自以下粒度等级：
a'1)D50为]250μm至40μm]；
a'2)D50为]16.0μm至250.0μm]；
a'3)D50为]6.0μm至16.0μm]；
a'4)D50为]3.0μm至6.0μm]；
a'5)D50为]0.9μm至3.0μm]，优选[1.0μm至2.0μm]；
a'6)D50为]0.02μm至0.9μm]；
a'7)及其混合物。


5.根据前述权利要求中至少一项所述的黏结剂，其中存在至少一种不同于矿渣A的共黏结剂B，所述共黏结剂B优选包含选自熟石灰/生石灰、消石灰、富硫酸盐水泥、铝酸钙水泥、硫铝酸钙水泥、波特兰水泥、波特兰细磨熟料、(F类和/或C类)粉煤灰、火山灰质黏结剂、(F类和/或C类)天然和合成火山灰、硅粉、稻壳灰、造纸污泥灰、底灰、焚化底灰、回收玻璃、钢渣、磷渣、钢包渣、赤泥、水泥窑粉尘、生物质灰及其混合物的至少一种化合物。


6.根据前述权利要求1至4中至少一项所述的黏结剂，其中存在至少一种不同于矿渣A的共黏结剂B，所述共黏结剂B包含至少一种层状双氢氧化物(LDH)和/或至少一种用于原位LDH形成的前体。


7.根据权利要求6所述的黏结剂，其中LDH的特征在于通式(I)：
[Mpz+M'qy+(OH)2]a+(Xa-)a/n·bH2O
其中Mpz+M'qy+是金属阳离子或金属阳离子的混合物；z＝1或2；y＝3或4；p+q＝1；b＝0至10；Xa-是阴离子，且为1至5，并且a由p、q、y和z确定，使得a＝zp+yq-2；
M优选地选自包含-理想组成为-Mn、Li、Mg、Zn、Fe、Ni、Co、Cu、Ca或其两种或多于两种的混合物的组；
y优选为3，并且M'优选地选自包含-理想组成为-Cr、Mn、Co、V、Sc、Al、Ga、Fe或其混合物的组；优选地选自包含-理想地组成为-Al、Ga、Fe或其混合物的亚组；Al是最优选的元素M'；
在非常优选的实施方案中，M/M'选自Zn/Al、Ni/Al、Mg/Al和/或Ca/Al。


8.根据权利要求6或7所述的黏结剂，其中LDH前体选自包含-理想组...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦特·弗鲁安，莫亨德·沙乌什，阿图尔·基阿什科，尼古拉斯·米西卡斯，
申请(专利权)人：埃克塞姆材料有限公司，埃克塞姆法国公司，卡尚高等师范学院，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE