作為用于潛在水硬性和火山灰型材料的激發(fā)劑的硫硅鈣石的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于潛在水硬性材料和/或火山灰型材料的粘結(jié)劑，其通過添加硫硅鈣石（C5S2$）而被激發(fā)。
【專利說明】作為用于潛在水硬性和火山灰型材料的激發(fā)劑的硫硅鈣石
[0001]本發(fā)明涉及基于潛在水硬性材料和/或火山灰型材料的水硬性粘結(jié)劑，例如礦渣砂和/或退火粘土/頁巖、飛灰，以及涉及用于激發(fā)潛在水硬性材料和/或火山灰型材料的方法。
[0002]礦渣砂(HUttensand)是玻璃狀硬化的和?；母郀t熔渣。通過富含Al2O3和SiO2的非金屬礦石伴生相和焦炭灰成分在熔化過程中結(jié)合石灰骨料而生成石灰-鋁酸鹽-硅酸鹽，在生產(chǎn)生鐵的過程中在高爐中產(chǎn)生高爐熔渣。因此，其具有重要的冶金用途。它使生鐵不含焦炭硫，使?fàn)t子不含堿，并且保護(hù)生鐵不受氧化還原作用。高爐熔渣由于其較低的密度而漂浮在鐵上面。通過優(yōu)化其組成可以使其熔點(diǎn)最小化，并且由于其稀液狀態(tài)保證了使其可以與液態(tài)鐵容易地分離。如果熔化的高爐熔渣在空氣中慢慢地冷卻，其幾乎完全結(jié)晶并且生成塊狀的、硬質(zhì)的、水硬非活性材料。這些稱為高爐熔渣塊的材料在細(xì)研磨的狀態(tài)下對于水實(shí)際上是惰性的。由于這個特性和其硬度可以將其用在例如鋪設(shè)道路中。
[0003]從1862年起已知，通過將融化的高爐熔渣用水淬火可以得到類似砂子的玻璃狀顆粒，該顆粒具有潛在水硬性性能。在這種“?；边^程中，將約1500°C的熔體通過最多10倍過量的水非常迅速地在所謂的轉(zhuǎn)變溫度840°C下冷卻和分散。對于這些“?；摹备郀t熔渣，從20世紀(jì)初起越來越多地使用術(shù)語“礦渣砂”，并在1954年由德國鐵礦渣專業(yè)人員協(xié)會作為術(shù)語確定下來。
[0004]水硬性粘結(jié)劑可以在細(xì)研磨的狀態(tài)下在與水?dāng)嚢韬笤诳諝庵谢蛟谒杏不?。水硬性材料是指在純的狀態(tài)下顯示出這樣的硬化的材料，例如波特蘭水泥熟料。潛在水硬性材料是指基本上具有水硬性硬化能力，但為此需要一種或多種激發(fā)劑的材料，例如礦渣砂和合成玻璃(具有與礦渣砂類似的化學(xué)組成)。使用“潛在水硬性”表征以便描述礦渣砂和與其類似的粘結(jié)劑的特殊性能。其說明了，特定的粘結(jié)劑在水硬性硬化能力方面或在化學(xué)機(jī)理方面與波特蘭水泥類似。因此，潛在水硬性粘結(jié)劑含有足夠大量的反應(yīng)性SiO2和反應(yīng)性CaO,以便借助外部觸發(fā)(激發(fā)劑)與水通過生成硅酸鈣水合物而水硬性硬化。
[0005]與此不同，火山灰或火山灰型材料是天然或工業(yè)制備的物質(zhì)，例如退火粘土和頁巖、浮石凝灰?guī)r、磚灰、貧石灰的(例如按照DIN EN 450-1) [V]但部分也富石灰的(以重量計(jì)> 10%Ca0，例如DIN EN 197-1) [W]飛灰，其單獨(dú)含有反應(yīng)性SiO2或還含有Al2O3和/或Fe2O3，但是不能完全用水硬化。除了例如W飛灰，火山灰基本上或者不含有或者僅非常少量地含有CaO。因此，與潛在水硬性粘結(jié)劑相反，對于基于硅酸鈣水合物的形成的水硬性硬化必須需要添加CaO或Ca(0H)2。
[0006]富石灰的飛灰、浮石凝灰?guī)r、磚灰和退火粘土和頁巖可以根據(jù)化學(xué)和礦物組成，主要是其含量和能夠反應(yīng)的CaO、SiO2和Al2O3的分布(反應(yīng)相、玻璃含量等)，具有潛在水硬性或火山灰型(凝硬性)的性能。
[0007]飛灰是通過火力發(fā)電廠的煙氣中的粉塵狀顆粒的靜電或機(jī)械沉積而獲得的。通常，飛灰顆粒主要以球狀-玻璃狀的形式存在。
[0008]根據(jù)2006 年 FEhS Institutes fiir Baustoff - Forschung e.V.給出的數(shù)據(jù)，在表1中總結(jié)性列出了在1995至2006年間研究的142種歐洲礦渣砂的平均值(排除燒失量計(jì)算的主要組分的含量，單位％)。
[0009]表1:
【權(quán)利要求】
1.水硬性粘結(jié)劑，其包含至少一種潛在水硬性材料和/或至少一種火山灰型材料，其特征在于，含有硫硅鈣石作為激發(fā)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的粘結(jié)劑，其特征在于，基于所述整個粘結(jié)劑計(jì)，含有以重量計(jì)5至95%、優(yōu)選15至70%、尤其是20至60%的硫硅鈣石和以重量計(jì)95至5%、優(yōu)選30至85%、尤其是80至40%的潛在水硬性材料和/或火山灰型材料，其中所述含量和其余粘結(jié)劑組分的含量合計(jì)為100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的粘結(jié)劑，其特征在于，含有至少一種選自礦渣砂、富石灰的飛灰、潛在水硬性浮石凝灰?guī)r、潛在水硬性磚灰、潛在水硬性退火粘土、潛在水硬性合成玻璃及其混合物的潛在水硬性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的粘結(jié)劑，其特征在于，含有至少一種選自火山灰型浮石凝灰?guī)r、火山灰型磚灰、貧石灰的飛灰、頁巖、火山灰型合成玻璃及其混合物的火山灰型材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的粘結(jié)劑，其特征在于，含有優(yōu)選選自波特蘭水泥和研磨的波特蘭水泥熟料或鋁酸鈣水泥、地質(zhì)聚合物水泥、硫鋁酸鈣水泥及其混合物的水硬性材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的粘結(jié)劑，其特征在于，含有以重量計(jì)I至70%的水硬性材料、5至90%的硫硅鈣石和以重量計(jì)9至94%的潛在水硬性材料和/或火山灰型材料，其中所述含量和其余粘結(jié)劑組分的含量合計(jì)為100%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的粘結(jié)劑，其特征在于，含有摻合料和/或添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的粘結(jié)劑，其特征在于，所述粘結(jié)劑含有以重量計(jì)I至30%、優(yōu)選5至20%的非水硬反應(yīng)性材 料作為摻合料和/或添加劑，例如研磨的石灰石/白云石、沉積CaCO3、Ca (OH) 2、Mg (OH) 2、硅粉和 / 或玻璃粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8至少之一的粘結(jié)劑，其特征在于，所述粘結(jié)劑含有以重量計(jì)0.01至15%、優(yōu)選0.5至8%的量的一種或多種凝結(jié)加速劑和/或硬化加速劑作為摻合料，其優(yōu)選選自具有可利用的鋁的組分，該組分在與水接觸時釋放例如Al (OH) 4或無定形氫氧化鋁形式的鋁，如可溶堿金屬/堿土金屬鋁酸鹽和鋁鹽(例如Na2Al2O4I2Al2O4、硝酸鋁、醋酸鋁、氯化鋁、甲酸鋁、硫酸鋁等)、反應(yīng)性和/或無定形氫氧化鋁(例如Al (OH)3)ο
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9至少之一的粘結(jié)劑，其特征在于，所述粘結(jié)劑含有鋰鹽和氫氧化鋰和/或其它堿金屬鹽和堿金屬氫氧化物和堿金屬硅酸鹽作為摻合料或附加摻合料，其中提高溶液的PH值并因此提高C5S2$的反應(yīng)性的摻合料如堿金屬鹽、堿金屬硅酸鹽和堿金屬氫氧化物是特別優(yōu)選的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的粘結(jié)劑，其特征在于，作為硫硅鈣石使用可通過在900至1300° C燒結(jié)至少含有Ca0、Si02和SO3源的生料混合物而獲得的硫硅鈣石熟料，基于硫硅鈣石熟料總量計(jì)，其具有下列組分: ?C5S2S以重量計(jì)10至100%，優(yōu)選30至95%，再更優(yōu)選40至90% ?( α，β ) C2S 以重量計(jì)O至90%，優(yōu)選5至70%，再更優(yōu)選10至60% ?C4 (AXF(1_X)) 3$ 以重量計(jì)O至30%，優(yōu)選3至25%，再更優(yōu)選5至20% ?C2 (AyF(1_y)) 以重量計(jì)O至30%，優(yōu)選5至20%，再更優(yōu)選8至15% ?反應(yīng)性鋁酸鹽以重量計(jì)O至20%，優(yōu)選I至15%，再更優(yōu)選3至10% ?方鎂石(M) 以重量計(jì)O至25%，優(yōu)選I至15%，再更優(yōu)選2至10% ?次要相以重量計(jì)O至30%，優(yōu)選3至20%，再更優(yōu)選5至10%其中所述比例合計(jì)為100%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的粘結(jié)劑與?；慕Y(jié)合用于制備混凝土、砂漿或灰泥的用途，其中水/粘結(jié)劑值調(diào)節(jié)為0.2至2。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的粘結(jié)劑用于固定有害物質(zhì)或作為密封墻物料的用途，其中優(yōu)選加入吸附有效的添加劑，如沸石和/或離子交換樹脂。
14.硫硅鈣石作為用于激發(fā)潛在水硬性材料和/或火山灰型材料的添加劑的用途，其特征在于，將硫硅鈣石與所述潛在水硬性材料和/或火山灰型材料混合，任選在添加其它組分的情況下將兩者一起研磨成水泥，或?qū)⒀心サ牧蚬桠}石與所述研磨的潛在水硬性材料和/或火山灰型材料任選在添加其它組分的情況下混合成所述粘結(jié)劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的用途，其特征在于，基于所述整個粘結(jié)劑計(jì)，含有以重量計(jì)5至95%、優(yōu)選15至70%、尤其是20至60%的硫硅鈣石和以重量計(jì)95至5%、優(yōu)選30至85%、尤其是80至40%的潛在水硬性材料和/或火山灰型材料，其中所述含量和其余粘結(jié)劑組分的含量合計(jì)為100%。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的用途，其特征在于，使用至少一種堿金屬氫氧化物和/或堿土金屬氫氧化物作為附加激發(fā)劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16之一的用途，其特征在于，含有以重量計(jì)I至70%的水硬性材料，優(yōu)選波特蘭水泥，以重量計(jì)5至90%的硫硅鈣石和以重量計(jì)9至94%的潛在水硬性材料和/或火山灰型材料，其中所述含量和其余粘結(jié)劑組分的含量合計(jì)為100%。
18.用于激發(fā)在水硬性粘結(jié)劑中的潛在水硬性材料和/或火山灰型材料的方法，其特征在于，添加硫硅鈣石。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，基于所述整個粘結(jié)劑計(jì)，添加以重量計(jì)5至95%、優(yōu)選15至70%、尤 其是20至60%的硫硅鈣石。
【文檔編號】C04B7/345GK103906719SQ201280040072
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月18日
【發(fā)明者】F.布勒雅恩, D.施密特, M.本哈哈, B.巴托格, L.伊爾貝 申請人:海德堡水泥公司