專利名稱：基于聚[硅鋁酸鹽－二硅氧基]的地質(zhì)聚合物水泥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的建筑用地質(zhì)聚合物水泥。該水泥被稱作為地質(zhì)聚合物水泥是因?yàn)樗且缘刭|(zhì)聚合物礦物為基材，由堿性硅鋁酸鹽構(gòu)成，其為人們所熟知的名稱有聚[硅鋁酸鹽(sialate)]、聚[硅鋁酸鹽-硅氧基(sialate-siloxo)]和/或聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)。本發(fā)明中的地質(zhì)聚合物水泥是聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)基的。
背景技術(shù)：
有兩種類型的水泥水硬性水泥和地質(zhì)聚合物水泥。地質(zhì)聚合物水泥是由堿活化的礦物縮聚反應(yīng)生成，該反應(yīng)被稱為地質(zhì)合成，這與傳統(tǒng)的水硬粘結(jié)料的硬化是鋁酸鈣和硅酸鈣水合作用的結(jié)果形成對(duì)照。
術(shù)語(yǔ)聚(硅鋁酸鹽)用來(lái)表示硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物。該硅鋁晶格由交替的SiO4和AlO4四面體通過(guò)氧原子連接而構(gòu)成。該聚(硅鋁酸鹽)的結(jié)構(gòu)空洞中存在的陽(yáng)離子(Na+、K+、Ca++、H3O+)平衡所配位(IV)的Al3+的負(fù)電荷。聚硅鋁酸鹽類的經(jīng)驗(yàn)公式為Mn{-(SiO2)z-AlO2}n，wH2O，M代表K、Na或Ca陽(yáng)離子，“n”代表聚合度；“z”等于1、2、3或更多，直到為32。三維晶格(3D)地質(zhì)聚合物的類型為聚(硅鋁酸鹽)Mn-(-Si-O-Al-O-)nM-PS Si∶Al＝1∶1聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)Mn-(Si-O-Al-O-Si-O-)nM-PSS Si∶Al＝2∶1聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)Mn-(Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)nM-PSDS Si∶Al＝3∶1有幾篇專利闡述了粘結(jié)料或聚(硅鋁酸鹽)、聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)和/或聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合物水泥的特殊性能。例如可援引法國(guó)專利FR2.489.290、FR2.489.291、FR2.528.818、FR2.621.260、FR2.659.319、FR2.669.918、FR2.758.323。
現(xiàn)有技術(shù)(WO 92/04298、WO 92/04299、WO 95/13995、WO 98/31644)的地質(zhì)聚合物水泥是下面三種不同的礦物試劑之間縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物
a)硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5、Al2O2)；b)二硅酸鈉或二硅酸鉀(Na、K)2(H3SiO4)2；c)二硅酸鈣Ca(H3SiO4)2。
與二硅酸鉀按下面的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行縮聚作用(1)生成(K、Ca)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)類型的地質(zhì)聚合物(K、Ca)-PSS，Si∶Al＝2。然后添加各種活性礦物填料如二氧化硅[二氧化硅霧(silica fume)]或天然硅鋁酸鹽類。
試劑a)和b)為添加在活性介質(zhì)中的工業(yè)活性產(chǎn)品。相反，試劑c)的二硅酸鈣，在強(qiáng)堿介質(zhì)中就地以初生態(tài)產(chǎn)生。它一般是由如高爐爐渣中存在的硅酸鈣例如鈣的蜜蠟(la mellilite de calcium)的之間的化學(xué)反應(yīng)而得到。
地質(zhì)聚合物水泥的引人注目的性能之一是，在其制造期間僅釋放出極少量的溫室效應(yīng)氣體，二氧化碳?xì)怏wCO2。相反，基于波特蘭熔塊的水泥則釋放出大量的二氧化碳?xì)怏w。正如人們可從《世界資源綜述(World Resource Review)》第6卷1994年第2期第263～278頁(yè)中的名為“全球暖化對(duì)于水泥和聚集體工業(yè)的沖擊(Global WarmingIMPact on the Cement and Aggregates Industries)”的公開(kāi)文獻(xiàn)中可知，1噸的波特蘭水泥釋放1噸的CO2氣體，而地質(zhì)聚合物水泥釋放出的要少5～10倍。換句話說(shuō)，在限制未來(lái)CO2釋放的國(guó)際法律的框架中，起初生產(chǎn)波特蘭水泥的水泥制造商在釋放同樣數(shù)量的CO2氣體的前提下，將能多生產(chǎn)5～10倍的地質(zhì)聚合物水泥。對(duì)于發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)，地質(zhì)聚合物水泥的利益是非常明顯的。
因此，法國(guó)專利FR 2.666.253描述了一種不釋放二氧化碳?xì)怏wCO2而制得地質(zhì)聚合物水泥的方法，其中基體在硬化后為(Ca、Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)類型的地質(zhì)聚合物(Ca、Na、K)-PSS，其中原子比Si∶Al等于2。在本發(fā)明中，基體為(Ca、Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的(Ca、Na、K)-PSDS，在玻璃態(tài)基體中的原子比Si∶Al接近于3，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)聚合物的一個(gè)特征。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中有(Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)、(Na、K)-PSDS，類型的地質(zhì)聚合物的制造方法。如在歐洲專利EP 0518 980中，只使用了在電爐中得到的非常特殊的二氧化硅的堿溶液，且活性混合物基于鈉Na或鉀K的堿性硅酸鹽，但是不含有任何的鈣Ca。本發(fā)明中不使用該人工加熱的二氧化硅，而是只使用地質(zhì)起源的硅鋁酸鹽材料，更精確地說(shuō)是先期強(qiáng)烈高嶺土化的殘余巖石。
在現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)專利即PCT/CH91/00187的WO92/04299公開(kāi)文本中，提及了一種基于構(gòu)造硅鋁酸鹽的水泥，其由加入變高嶺石、活性二氧化硅、在800℃～1200℃之間的溫度下化學(xué)活化了的硅鋁酸鹽、可溶性的堿性硅酸鹽、氫氧化物堿(KOH或NaOH)和硅酸鈣而得到。得到的硅鋁酸鹽水泥的通式中Al∶Si原子比在4∶6至4∶14的范圍內(nèi)，即Si∶Al比在1.5至3.5之間變化。然而，要說(shuō)明的是這是個(gè)通式，包括所有組分的總和，即構(gòu)成基體的可溶性化合物，并且向其中加入的仍為晶粒和顆粒形式的不溶性元素。事實(shí)上，在該現(xiàn)有技術(shù)的水泥中，活性基體(在本發(fā)明這里稱作玻璃態(tài)基體)是(Ca、Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)、(Ca、Na、K)-PSS類型的，這與現(xiàn)有技術(shù)的其它地質(zhì)聚合物水泥相同。WO92/04299公開(kāi)文本的圖7提供了證據(jù)，其再現(xiàn)了29Si的核磁共振光譜。該29Si光譜由兩種共振構(gòu)成，其一為-94.5ppm，另一個(gè)為-113.9ppm，并與下述的出版物第113至117頁(yè)描述的地質(zhì)聚合物水泥的相似。該出版物是《Journal ofMaterial Education》的1994年第16卷第91-1 37頁(yè)中的題目為“地質(zhì)聚合物人工巖石地質(zhì)合成及由此帶來(lái)的極早期高強(qiáng)度水泥的發(fā)展(GeopolymersMan-Made Rock Geosynthesis and the resultingdevelopment of very early high strength cement)”(同時(shí)參見(jiàn)1994年的(Proceedings of the First International Conference onAlkaline Cements and Concretes)中第136-138頁(yè)的Kiev的題目為“Properties of Geopolymer Cements”的出版物)。第一種-94.5ppm的共振相應(yīng)于SiQ4(2Al)區(qū)域，精確地說(shuō)，即為聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)PSS結(jié)構(gòu)的部位，其中Si∶Al＝2。-113.9ppm的第二種共振則相應(yīng)于SiO2，SiQ4(0Al)，即不溶性的石英或二氧化硅顆粒。因此證明了WO92/04299公開(kāi)文本中公開(kāi)的化學(xué)通式，其中Si∶Al比為1.5至3.5，是添加了所有這些組分尤其是不溶性的二氧化硅的結(jié)果，而并非是Si∶Al比接近于2的玻璃態(tài)基體的化學(xué)式。相反，在本發(fā)明中，玻璃態(tài)基體的化學(xué)式?jīng)]有將嵌入其中的顆粒和晶?？紤]進(jìn)來(lái)。在本發(fā)明的基體中，前面提到的聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物由不同種類的聚硅鋁酸鹽混合物構(gòu)成，其中Si∶Al原子比為2～5.5，Si∶Al原子比的平均值接近于2.8～3。上述粘結(jié)料或地質(zhì)聚合物水泥中的其它組分如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒、石英顆粒或二氧化硅顆粒沒(méi)有算入該Si∶Al原子比中。
在PCT/FR98/00059的WO98/31644公開(kāi)文本中描述了現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)聚合物水泥的另一個(gè)例子。在該文獻(xiàn)中，地質(zhì)聚合物玻璃態(tài)基體的特征在于它的29Si MAS-NMR光譜。因此，從第9頁(yè)第1～7行可知，該光譜具有-85ppm至-89ppm范圍內(nèi)的共振，表征了由SiQ4(3Al，1Si)類型的(SiO4)區(qū)域連同Q3(2Si，1Al，10H)類型的羥基化硅鋁酸鹽(SiO4)構(gòu)成的混合物。得到由Si∶Al＝1的簡(jiǎn)單的聚(硅鋁酸鹽)和Si∶Al＝2的聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)混合制得的地質(zhì)聚合化合物，所述化合物的Si∶Al比接近于1.6。下面實(shí)施例1中將會(huì)描述到該基體。
現(xiàn)有技術(shù)中所有的地質(zhì)聚合物水泥以主要固體組分的極其細(xì)微的晶粒尺寸為特征。平均晶粒尺寸約為8微米(WO98/31644，第9頁(yè)第36行和第10頁(yè)第17行)，甚至小到3.5微米(WO92/04299，第16頁(yè)實(shí)施例4)。事實(shí)上，現(xiàn)有技術(shù)中的目標(biāo)是生產(chǎn)能超快速凝固的水泥，因此有必要最大化地加溶固體試劑；這也解釋了對(duì)于盡可能細(xì)微的晶粒尺寸的需求。因此，從WO92/04298的公開(kāi)文本第10頁(yè)第10～16行和第38～40行可知，堿性硅酸鹽在30分鐘之后被轉(zhuǎn)變成可溶性的初生態(tài)二硅酸鈣。相反，在本發(fā)明中，平均直徑范圍為15微米至25微米，因此防止了任何蜜蠟石和天然硅鋁酸鹽顆粒溶解在上述無(wú)定形玻璃態(tài)基體中。本發(fā)明中的硬化機(jī)制與現(xiàn)有技術(shù)的硬化機(jī)制不同，因?yàn)椴恍纬啥杷徕}，而是主要在堿性陽(yáng)離子(Na，K)+和鈣陽(yáng)離子Ca++之間進(jìn)行陽(yáng)離子交換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是說(shuō)明一種地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其由無(wú)定形的玻璃態(tài)基體構(gòu)成，該基體內(nèi)嵌有蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒，所述顆粒的平均直徑小于50微米。在本發(fā)明的粘結(jié)料或水泥中，上述的無(wú)定形玻璃態(tài)基體包括聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物，其近似的化學(xué)式為(Na、K、Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)，或(Na、K、Na)-PSDS。所述聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物由Si∶Al原子比為2～5.5、Si∶Al原子比平均值為2.8～3的不同種聚硅鋁酸鹽的混合物構(gòu)成。所述地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥的其它組分如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒不納入到Si∶Al原子比的計(jì)算中。
該新型的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥是通過(guò)硬化活性混合物而制得的，該活性混合物包括a)強(qiáng)烈風(fēng)化了的花崗巖類型的殘余巖石，其中已深度進(jìn)行了高嶺土化；b)鈣蜜蠟石玻璃(calcium mellilite glass)，其中玻璃部分超過(guò)了70％重量；c)可溶性堿性硅酸鹽，其中(Na、K)2O∶SiO2摩爾比范圍為0.5～0.8。
上述風(fēng)化了的花崗巖類型的殘余巖石由20～80％重量的高嶺石和80～20％重量的長(zhǎng)石和石英巖殘余沙礫構(gòu)成。為了提高本發(fā)明中所描述的粘結(jié)料或水泥的地質(zhì)聚合性能，優(yōu)選在650℃～950℃的溫度范圍內(nèi)煅燒上述的殘余巖石。這就允許使用在開(kāi)采煤的過(guò)程中產(chǎn)生的礦物廢料作為風(fēng)化了的花崗巖類型的殘余巖石。
在根據(jù)本發(fā)明制備粘結(jié)料和水泥的過(guò)程中，鈣蜜蠟石玻璃的晶粒尺寸分布的平均直徑為15微米～25微米，因此防止了這些蜜蠟石顆粒溶解于上述無(wú)定形玻璃態(tài)基體中。
優(yōu)選實(shí)施方案用電子顯微鏡顯微探針來(lái)對(duì)地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥進(jìn)行科學(xué)分析。該技術(shù)的使用可以明確地確定含有下面三種主要組分的本發(fā)明水泥的化學(xué)成分-玻璃態(tài)基體，即對(duì)X射線發(fā)生衍射的無(wú)定形基質(zhì)；-鈣蜜蠟石玻璃的顆粒；-硅鋁酸鹽巖石(長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、副長(zhǎng)石、沸石、輝石、角閃石)顆粒和石英。
在隨后的實(shí)施例中將要說(shuō)明本發(fā)明的粘結(jié)料或水泥。它們對(duì)于權(quán)利要求書(shū)中本發(fā)明的范圍不起限制作用。所述的份均為重量份。
實(shí)施例1
實(shí)施例2用含有下列組分的硅鋁酸鹽粉末制備第一混合物(A)-混合物A)硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5，Al2O2) 30份研磨至15～25微米的長(zhǎng)石巖 50份研磨至15～25微米的鈣蜜蠟石30份向這些110份的混合物(A)中添加含有下列組分的活性混合物(B)-混合物B)硅酸鉀溶液，(以重量計(jì))K2O26％，SiO221％，H2O53％30份水 15份人們注意到，長(zhǎng)石巖和鈣蜜蠟石的平均晶粒尺寸較大，在15～25微米范圍內(nèi)，這與現(xiàn)有技術(shù)十分不同。除了上文已引用過(guò)的所有推薦平均晶粒尺寸小于10微米的專利之外，還可以引用Forss專利，其首次推薦使用堿對(duì)高爐爐渣進(jìn)行活化，例如美國(guó)專利US4306912。在該Forss專利中，用其比表面表示的平均晶粒尺寸大于400m2/kg，優(yōu)選為500～800m2/kg，即小于10微米。
在室溫下使該混合物硬化。28天的壓縮強(qiáng)度為70MPa。然后用電子顯微鏡觀察該混合物。得到的地質(zhì)聚合物水泥由三個(gè)不同的部分構(gòu)成
a)玻璃態(tài)基體，b)鈣蜜蠟石顆粒，c)長(zhǎng)石巖顆粒。
顯微探針?lè)治鼋o出了這三個(gè)部分的化學(xué)成分。這些測(cè)量結(jié)果的平均值給出了下面的原子比(括號(hào)中為最低值和最高值)a)玻璃態(tài)基體Si∶Al 2.854(2.047～5.57)K∶Al0.556(0.306～0.756)Si∶K6.13(3.096～9.681)Ca∶Al 0.286(0.107～0.401)Si∶Ca 15.02(4.882～41.267)b)鈣蜜蠟石顆粒表II給出了鈣蜜蠟石的化學(xué)成分和用電子顯微探針進(jìn)行的15次測(cè)量的平均值(以重量計(jì))。
表II

c)長(zhǎng)石巖顆粒表III給出了長(zhǎng)石巖的化學(xué)成分和用電子顯微探針進(jìn)行的15次測(cè)量的平均值(以重量計(jì))。
表III

首先注意到，在該玻璃態(tài)基體中，Si∶Al的平均值從1.65增加到了2.85，遠(yuǎn)高于實(shí)施例1)中的該比值。因此，額外的二氧化硅只能源自長(zhǎng)石巖的硅質(zhì)部分，該部分的SiO2含量從74.16降低到66.05(見(jiàn)表III)。然而，根據(jù)表II，在混合之前對(duì)鈣蜜蠟石進(jìn)行的化學(xué)分析值和15次顯微探針測(cè)量的平均值之間沒(méi)有區(qū)別；SiO2量保持在約35.5。換句話說(shuō)，該實(shí)施例2)的玻璃態(tài)基體中發(fā)現(xiàn)的二氧化硅不是源自于鈣蜜蠟石，而僅僅是源自于長(zhǎng)石巖。與現(xiàn)有技術(shù)的水泥不同，沒(méi)有二硅酸鈣Ca(H3SiO4)2生成。
其次，注意到表II中鈣蜜蠟石顆粒中的K2O量增加了3倍，從0.5增至1.55，對(duì)于某些顆粒，該值能夠達(dá)到4.11，甚至8.2。另一方面，CaO的量從42變化到37.5。現(xiàn)在可以理解為什么在該實(shí)施例2)的玻璃態(tài)基體中的鉀K量少于實(shí)施例1)的基體中的鉀的量。該活性介質(zhì)中存在的部分鉀被固定在鈣蜜蠟石的顆粒中，以取代在地質(zhì)聚合物玻璃態(tài)基體中現(xiàn)有的鈣原子。對(duì)于鈣蜜蠟石來(lái)說(shuō)，在室溫下硬化表明了其CaO含量降低了10～20％重量，同時(shí)K2O含量增加了100～500％(平均300％)重量，其它組分如SiO2、Al2O3和MgO的含量不變。這種互換完全出乎意料，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)中不能預(yù)見(jiàn)到該機(jī)制。人們猜想這主要是由于鈣蜜蠟石的晶粒尺寸比現(xiàn)有技術(shù)中的要大，源于長(zhǎng)石巖的二氧化硅的溶解速率比二硅酸鈣的溶解速率要快得多。只有少量的鈣有時(shí)間離開(kāi)蜜蠟石顆粒，并立即被某些量的鉀所代替。
另一個(gè)出乎意料的事實(shí)是，在該機(jī)制結(jié)束時(shí)形成了機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)聚合物水泥。因此，在WO98/31644的公開(kāi)文本中，28天壓縮強(qiáng)度為30～60MPa，而在該實(shí)施例2)中為80～100MPa。因此，(K、Ca)-聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)(K、Ca)-PSDS類型的地質(zhì)聚合結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有技術(shù)的(K、Ca)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)(K、Ca)-PSS類型的地質(zhì)聚合結(jié)構(gòu)的機(jī)械堅(jiān)固度高50％～60％。
實(shí)施例3取與實(shí)施例2)中相同的活性混合物，但是在(A)混合物中添加45份而不是30份的平均晶粒尺寸為15～25微米的鈣蜜蠟石。其它條件不變。地質(zhì)聚合物水泥的28天壓縮強(qiáng)度為120～130MPa。
使用天然產(chǎn)生的含有這兩種組分的地質(zhì)產(chǎn)物，而不是象在實(shí)施例2)中那樣制備硅鋁酸鹽氧化物和長(zhǎng)石巖的混合物。事實(shí)上，現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)我們通過(guò)在650℃～950℃煅燒高嶺石來(lái)得到硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5，Al2O2)。高嶺石材料是長(zhǎng)石風(fēng)化了的產(chǎn)物，并在天然風(fēng)化了的花崗殘余巖石中找到。該風(fēng)化了的花崗殘余巖石由20～80重量百分比的高嶺石、80～20重量百分比的長(zhǎng)石，和含有活性二氧化硅的石英巖殘余沙礫構(gòu)成。
為了獲得最大活性，在650℃～950℃的溫度范圍內(nèi)對(duì)高度高嶺土化的風(fēng)化花崗巖殘余巖石進(jìn)行煅燒，一方面將長(zhǎng)石和石英巖部分研磨至平均晶粒尺寸為15～25微米，另一方面高嶺石部分自然就具有十分小的顆粒尺寸。
實(shí)施例4再取實(shí)施例3)中的活性混合物，但是添加100份起初含有35％重量的高嶺土的殘余花崗巖，來(lái)替代混合硅鋁酸鹽氧化物和長(zhǎng)石巖。將該花崗巖在750℃煅燒3小時(shí)，然后研磨至長(zhǎng)石部分和石英巖部分的平均晶粒尺寸為15～25微米。其它條件不變。地質(zhì)聚合物水泥的28天壓縮強(qiáng)度為125MPa。
實(shí)施例5選擇開(kāi)采煤的廢料作為深度高嶺土化的強(qiáng)烈風(fēng)化花崗巖類型的殘余巖石。世界上，煤礦脈常常被限制在高嶺土化花崗巖的地質(zhì)層之間。有時(shí)，當(dāng)煤天然燃著時(shí)，發(fā)出的熱量足以將高嶺土轉(zhuǎn)變成硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5、Al2O2)。這樣的天然層存在于澳大利亞，但是未被開(kāi)采。另一方面可以有益地煅燒高嶺土化的煤礦開(kāi)采廢石。該類型巖石的化學(xué)分析如下煤 3.07SiO263.71Al2O313.44Fe2O3+FeO4.72MgO 2.31CaO 2.72Na2O 1.88K2O2.40H2O+ 3.20H2O- 1.34它含有約25％的斜長(zhǎng)石(長(zhǎng)石)、30％的石英、10％的閃石、27％的高嶺石、3％的煤和6％的其它組分。
將其在750℃煅燒3小時(shí)，然后研磨至平均晶粒尺寸為15～25微米。
然后制備如下的活性混合物a)高嶺土化的煤開(kāi)采廢料 90份b)研磨至15～25微米的鈣蜜蠟 30份c)硅酸鉀溶液(以重量計(jì))K2O26％，SiO221％，H2O53％ 30份水 20份。
在室溫下硬化。7天壓縮強(qiáng)度為40Mpa，28天壓縮強(qiáng)度為105Mpa。在10％的溶液中測(cè)量的地質(zhì)聚合物水泥的平衡pH值為7天后pH＝12.14，28天后pH＝11.85。
比較傳統(tǒng)的波特蘭水泥與根據(jù)本發(fā)明的地質(zhì)聚合物水泥的能耗和溫室效應(yīng)氣體CO2的釋放量很有趣。
能耗，MJ/噸類型 煅燒 粉碎 總計(jì)波特蘭水泥3200 4303430地質(zhì)聚合物水泥600 390990
溫室效應(yīng)氣體釋放量，CO2噸/噸波特蘭水泥 1.00地質(zhì)聚合物水泥 0.15～0.20制造其中無(wú)定形玻璃態(tài)基體由聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物構(gòu)成的地質(zhì)聚合物水泥需要的能量比制造波特蘭水泥需要的能量少3.5倍；此外，釋放出的溫室效應(yīng)氣體CO2也少5～6倍。上述地質(zhì)聚合化合物的近似化學(xué)式為(Na、K、Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)或(Na、K、Na)-PSDS。因此根據(jù)本發(fā)明的水泥的工業(yè)化利益很顯然。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的工作者可以對(duì)該地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥進(jìn)行各種改變，上述的方法只是示例，沒(méi)有背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其由無(wú)定形的玻璃態(tài)基體構(gòu)成，該基體內(nèi)嵌有蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒，所述顆粒的平均直徑小于50微米，其特征在于所述的無(wú)定形玻璃態(tài)基體包括聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物，其近似的化學(xué)式為(Na、K、Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)或(Na、K、Na)-PSDS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于所述聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物由不同種類的聚硅鋁混合物構(gòu)成，其中Si∶Al原子比為2～5.5，Si∶Al原子比的平均值接近于2.8～3，所述地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥中的其它組分如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒沒(méi)有納入該Si∶Al原子比的計(jì)算中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任意一項(xiàng)的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在所述無(wú)定形玻璃態(tài)基體中，用電子顯微探針?lè)治鰷y(cè)量的Si∶(Na、K)原子比的平均值接近于6，例如在3.096至9.681之間變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在所述無(wú)定形玻璃態(tài)基體中，用電子顯微探針?lè)治鰷y(cè)量的Si∶Ca原子比的平均值接近于15，例如在4.882至41.267之間變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在鈣蜜蠟石玻璃的晶粒分布中，玻璃的平均晶粒直徑為15微米至25微米，因此防止了這些蜜蠟石顆粒溶入所述無(wú)定形玻璃態(tài)基體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在室溫下的硬化過(guò)程中，鈣蜜蠟石的CaO含量降低了10～20％重量，同時(shí)K2O含量增加了100～500％(平均300％)重量，其它組分如SiO2、Al2O3和MgO的含量不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于所述的硅鋁酸鹽顆粒和所述的石英顆粒起源于風(fēng)化的花崗巖類型的殘余巖石。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于所述風(fēng)化的花崗巖類型的殘余巖石來(lái)自于采煤的廢料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)的地質(zhì)聚合物水泥，其特征在于在其制造期間產(chǎn)生極少量的溫室效應(yīng)二氧化碳CO2氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)聚合物水泥或粘結(jié)料，其含有由聚(硅鋁酸鹽－二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物構(gòu)成的無(wú)定形玻璃態(tài)基體，該化合物具有近似的化學(xué)式(Na、K、Ca)(－Si－O－Al－O－Si－O－Si－O)或(Na、K、Na)－PSDS。其由不同種類的聚硅鋁酸鹽的混合物構(gòu)成，其中Si∶Al原子比為2～5.5，用電子顯微探針測(cè)量的Si∶Al原子比的平均值接近于2.8～3。該地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥中的剩余組分，如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒沒(méi)有納入該Si∶Al原子比的計(jì)算中。該(K、Ca)－聚(硅鋁酸鹽－二硅氧基)(K、Ca)－PSDS類型的地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有技術(shù)的(K、Ca)－聚(硅鋁酸鹽－硅氧基)(K、Ca)－PSS類型的地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)的機(jī)械堅(jiān)固度高50％～60％。
文檔編號(hào)C03C14/00GK1649804SQ03809690
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月27日
發(fā)明者約瑟夫·達(dá)維多維茲, R·達(dá)維多維茲 申請(qǐng)人:紅獅子水泥技術(shù)有限公司