本公开提供了混凝土和砂浆混合物及其组合物，其具有诸如沙漠砂的低品质砂、水硬性粘合剂(水泥)和细丝状纤维素，其中所述沙漠砂/球形砂替代常规混凝土河砂。本公开还涉及诸如纤维素纳米细丝(CF)、纤维素纳米细丝、纤维素原纤(CNF)和微原纤维化纤维素(MFC)的细丝状纤维素与水硬性粘合剂(水泥)一起作为混凝土/砂浆和砂粘附添加剂，以及一种制造所述混凝土的方法。此方法还涉及一种防止单独的砂粒相对于彼此滑动并且因此类似地有助于稳定所述建筑材料的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混凝土和砂浆中的沙漠砂和细丝状纤维素相关申请的交叉引用本申请要求于2018年2月13日提交的美国临时申请号62/629,851的权益，将所述临时申请的内容通过引用以其整体特此并入。
本公开总体上涉及诸如沙漠砂/球形砂的低品质砂和细丝状纤维素材料在混凝土和砂浆材料中的用途。
技术介绍
细骨料(砂)、粗骨料(砾石)和水硬性粘合剂(水泥)是用于生产混凝土和砂浆的主要原料，当与水组合时，所述主要原料产生非常常见的建造材料。在这三种原料中，骨料-砂和砾石-在初级材料输入中占最大百分比(2010年为28.6吉吨/年)并且在全世界是提取最多的一组材料(Torres等人,2017,Science[科学],357:970-971)。砂不是均匀的，它是按形状分类的，并且具有从长形、尖锐棱角的到近乎球形和光滑的配置。具有粗糙表面和尖锐棱角形状的中型砂至粗砂，诸如河岸砂或海岸砂粒对于制造混凝土是有利的。另一方面，沙漠砂被归类为细砂，其具有近乎长形、球形和光滑的表面；它被认为不适合在混凝土和水泥中使用或不适合在海中堆积新土地。河砂或来自岩石的压碎砂是制造混凝土的细骨料的主要选择。然而，由于全世界建造行业对其需求巨大，河砂和沙滩砂已被大量消耗。可以使用从沙滩、岛屿和海洋挖掘的海砂来制造混凝土，但需要强力洗涤以除去高盐内含物，从而防止对混凝土的腐蚀，尤其是对于钢筋混凝土。海底挖掘产生广泛的环境破坏，并且还造成令人窒息的沙尘暴、杀灭生物体、破坏珊瑚礁和其他栖息地，并且它会改变水循环的方式。在一些极端情形中，全球供应砂的过度开采正在威胁社区并且促进为非法砂挖掘的暴力冲突。为了克服这种河/棱角砂短缺危机，全世界已经在努力将沙漠砂用作建造砂。WO84/02520教导了一种方法，其将石英砂用作原料进料到在1400℃-1650℃下的烧结，然后将其模制。以这种方式获得的主体可以用作瓷砖、地板砖、屋顶瓦砖以及用作其他建筑材料。然而，它们不提供在混凝土中的细粒状骨料的替代物。U.S.2017/0152176描述了一种使用热处理来熔化沙漠砂以形成中间薄板产品的方法。然后将熔化的沙漠砂的薄板压碎，以得到粗糙表面和尖锐棱角的砾石，类似于天然存在的河砂、海砂或来自石头的人造压碎砂。将沙漠砂加热到至少1700℃至沙漠砂的熔点。所希望的结果需要高达1810℃的温度，这是需要大量能耗的方法。U.S.2017/0152176还教导了一种通过集束太阳光线来产生熔化温度的方法；然而，无法准确调节温度。CN1062535教导了一种将沙漠砂用于道路施工的方法，其中使用含有氧化钠(Na2O)和二氧化硅(silica)(二氧化硅(silicondioxide)，SiO2)的硅酸钠(水玻璃)替代水泥作为糊料，以胶粘沙漠砂骨料。必须将水玻璃的掺合料加热到80℃，以获得必要的防水特性。WO2011/132841描述了一种固化材料，其由一系列粘合土壤、工业废料、海砂和沙漠砂的无机盐构成。固化盐包括氯化镁、氯化钠、氯化钾、氯化钙、硫酸钠、三磷酸钠和木质素磺酸钠。DE202006012396描述了一种使用高达18％的合成树脂(诸如聚酯树脂、甲基丙烯酸树脂、环氧树脂或其他反应性树脂)作为粘合剂与其他化学添加剂和助促进剂，用沙漠砂生产聚合物混凝土的方法。所述聚合物混凝土由于高含量的合成树脂而不同于在建筑材料中使用的常规混凝土。CN105036651和CN105036652各自教导了一种方法，其使用沙漠砂替代部分普通建造砂，同时增加水泥要求以确保水泥与砂骨料之间的结合。还在所描述的水泥/混凝土混合物中使用粉煤灰和减水剂。CN106699218描述了一种使用沙漠砂、水泥、石膏、氧化钙(生石灰)和发泡剂与水混合的方法。将掺合料模制并且硬化一定时间段。然后用加压蒸汽使硬化的砖固化，以形成用于建造应用的混凝土砖。为了开发出优异机械性能和耐久性的混凝土复合材料，已努力将纳米尺寸的(纳米金属氧化物、纳米粘土、碳纳米纤维和碳纳米管等)物体掺入混凝土中，以操纵其纳米结构并且控制其宏观行为。仍然需要提供这样的方法，所述方法提供经济、可大量生产且环境友好的解决方案，以满足世界对高品质建造砂的需求，所述高品质建造砂需要具有粗糙表面的尖锐棱角形状。进一步需要提供一种将可得的庞大量沙漠砂用于混凝土生产、用于恢复新土地以及用于用低品质砂生产高品质混凝土的手段。
技术实现思路
根据一个方面，提供了一种混凝土组合物，其包含水硬性粘合剂；和细度模量低于2.9的砂子；和丝状纤维素。在实施方案中，所述砂具有低于2.11的细度模量。在进一步的实施方案中，所述砂是沙漠砂或渥太华砂。在另一个实施方案中，所述沙漠砂是黄色沙漠砂、沙丘砂、卡塔尔沙漠砂、戈壁沙漠砂、红色沙漠砂、黑色沙漠砂、或其组合。在进一步的实施方案中，所述细丝状纤维素是纤维素细丝(CF)、纤维素纳米细丝、纤维素原纤(CNF)或微原纤维化纤维素(MFC)。在实施方案中，所述细丝状纤维素高达约2mm的平均长度和从约3nm至约500nm的平均宽度。在另一个实施方案中，所述水硬性粘合剂选自由以下组成的组：波特兰水泥、高氧化铝水泥、石灰水泥、窑灰水泥、高磷酸盐水泥、研磨的成颗粒的高炉熔渣水泥、粉煤灰、石灰、石膏及其组合。在具体的实施方案中，所述水硬性粘合剂是波特兰水泥。在实施方案中，所述细丝状纤维素占水硬性粘合剂的重量％为按所述水硬性粘合剂的重量计小于5％。在另一个实施方案中，所述细丝状纤维素占所述水硬性粘合剂的重量％在按重量计从0.05％至2.5％的范围内。在实施方案中，本文描述的组合物进一步包含粗骨料。在实施方案中，所述粗骨料是砾石、粗料、硅酸盐、粘土、金属氧化物、金属氢氧化物、或其混合物。在替代实施方案中，所述粗骨料的平均粒度在约5mm至约40mm的范围内。在实施方案中，本文描述的组合物进一步包含细度模量超过2.9的砂。在另一个实施方案中，所述细度模量超过2.9的砂是天然砂。在实施方案中，所述天然砂是河砂、河岸砂、沙滩砂、或其组合。在另一个实施方案中，所述细度模量超过2.9的砂是拉法基砂。在实施方案中，所述组合物是混凝土/砂浆混合物、混凝土混合物、砂浆混合物、砂浆组合物、或混凝土/砂浆砂粘附添加剂。进一步提供了一种制备混凝土组合物的方法，其包括提供水硬性粘合剂，提供细度模量低于2.9的砂；提供细丝状纤维素，以及将所述水硬性粘合剂、所述沙漠砂、和所述细丝状纤维素混合，其中所述细丝状纤维素产生粘附到所述水硬性粘合剂和所述砂的网络。在实施方案中，本文描述的方法进一步包括添加粗骨料。在实施方案中，本文描述的方法进一步包括另外混合细度模量超过2.9的砂。在另一个实施方案中，本文描述的方法进一步包括固化和浇铸所述混凝土组合物附图说明现在参考附图。图1展示了来自不同来源的砂的放大率为25×的光学显微照片：(A)黄色沙漠砂，典型地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混凝土组合物，其包含：/n水硬性粘合剂；/n细度模量低于2.9的砂；和/n细丝状纤维素。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180213 US 62/629,8511.一种混凝土组合物，其包含：
水硬性粘合剂；
细度模量低于2.9的砂；和
细丝状纤维素。
2.如权利要求1所述的组合物，其中砂具有低于2.11的细度模量。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其中所述砂是沙漠砂或渥太华砂。
4.如权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述沙漠砂是黄色沙漠砂、沙丘砂、卡塔尔沙漠砂、戈壁沙漠砂、红色沙漠砂、黑色沙漠砂、或其组合。
5.如权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中所述细丝状纤维素是纤维素纳米细丝(CF)、纤维素纳米细丝、纤维素原纤(CNF)或微原纤维化纤维素(MFC)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的组合物，其中所述细丝状纤维素高达约2mm的平均长度和从约3nm至约500nm的平均宽度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的组合物，其中所述水硬性粘合剂选自由以下组成的组：波特兰水泥、高氧化铝水泥、石灰水泥、窑灰水泥、高磷酸盐水泥、研磨的成颗粒的高炉熔渣水泥、粉煤灰、石灰、石膏及其组合。
8.如权利要求1-7中任一项所述的组合物，其中所述水硬性粘合剂是波特兰水泥。
9.如权利要求1-8中任一项所述的组合物，其中所述细丝状纤维素占水硬性粘合剂的重量％为按所述水硬性粘合剂的重量计小于5％。
10.如权利要求1-9中任一项所述的组合物，其中所述细丝状纤维素占所述水硬性粘合剂的重量％在按重量计从0.05％至2.5％的范围内。
11.如权利要求1-10中任一项所述的组合物，其进一步包含粗骨料。
12.如权利要求11所述的组合物，其中所述粗骨料是砾石、粗料、硅酸盐、粘土、金属氧化物、金属氢氧化物、或其混合物。
13.如权利要求11或12所述的组合物，其中所述粗骨料的平均粒度在约5mm至约40mm的范围内。
14.如权利要求1-13中任一项所述的组合物，其进一步包含细度模量超过2.9的砂。
15.如权利要求14所述的组合物，其中所述细度模量超过2.9的砂是天然砂。
16.如权利要求14或15所述的组合物，其中所述天然砂是河砂、河岸砂、沙滩砂、或其组合。
17.如权利要求14所述的组合物，其中所述细度模量超过2.9的砂是拉法基砂。
18.如权利要求1-17中任一项所述的组合物，其中所述组合物是混凝土/砂浆混合物、混凝土混合物、砂浆混合物、砂浆组合物、或混凝土/砂浆砂粘附添加剂。
19....
【专利技术属性】
技术研发人员：E·奥里维尔，蔡小琳，C·拉鲁什，王晓宇，
申请(专利权)人：FP创新研究所，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA
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