建筑材料的制作方法

专利名称：建筑材料的制作方法
建筑材料本发明涉及建筑材料，该材料的生产方法和使用该材料的施工方法。废弃食用油的回收得到了英国政府的强力支持，因为它同时支持了减少对废物处理垃圾填埋场的依靠和减少使用作为能源的化石燃料的政策。回收数量是不清楚的，然而， 通常废弃植物油的主要应用是在生物柴油的生产里。由废弃油剂和脂肪到生物柴油的转换相对于石油到柴油的转换具有许多环境优势。然而它不是在任何地方都在商业上有效利用的，并且这些生物柴油的"后院"产品因为生产工艺中使用甲醇，一种有毒物和可燃液体， 和钠或氢氧化钾(两者都有腐蚀性)而具有严重的风险。副产品的处理也展现出进一步的困难，对环境的考量会阻碍产品在敏感区域的使用。这样的副产品是甘油和相关的混合物， 这些物质同样需要对环境无害的回收方法，如果有可能可以再利用。节约能源和自然资源，减少全球污染和损耗变得愈发重要。这些全球性目标引导建筑业认识到使用回收和废弃材料以置换建筑材料中的常规集料，特别是水泥和粘土粘结材料。这些将有助于改进已经被认为是可持续的砌体单位的可持续性。然而，由于置换材料与水泥/粘土粘合料的相互作用，置换的量是受限制的。除众所周知的建筑材料例如砖之外，夯实土是一种墙体材料，通过将多层土压实进纵向模板来构造，需要压实以实现该材料的具有足够强度，它会产生分层的外观和对许多人有吸引力的触感。在使用本地可用的材料和使用最简的工艺，所述材料被认为具有低的具体化的能量。它同样是很容易可再造的，产生最少的废弃物，并且提供好的蓄热物质， 这些可以作为低耗能的环境控制方案的一部分使用。用这种方法，它被认为是一种可持续性的建筑材料。本发明的一个目的在于提供在施工方法里使用废料的改进方法，包括夯实土构造。根据本发明的第一方面，提供一种供生产建筑构件用的组合物，所述组合物包括集料和含甘油的粘合剂，其中所述组合物中的粘合剂的总含量大于10wt%并且小于或等于 20wt%左右。本发明的第二方面提供一种供生产建筑构件用的组合物，其中所述组合物包括集料，植物油和碱性活化剂。本发明的第三方面提供一种供生产建筑构件使用的组合物，其中所述组合物包括集料和发泡聚苯乙烯粘合剂。形成了本发明的第一、第二和第三方面的组合物可被用来生产任何合乎需要类型的建筑构件。本发明的进一步方面提供建筑构件(例如结构构件)，构件中包括本发明第一，第二或第三方面所述的组合物，其中组合物里被提供有至少部分固化的植物油。如此，本发明的进一步方面还提供包含本发明第一和第三方面所述的组合物的建筑构件，其中所述组合物另外包括植物油并且所述植物油至少部分被固化。再一方面是提供一种建筑构件，其包括根据本发明第二方面所述的组合物，其中所述植物油至少部分被固化。本发明还进一步提供了用于生产建筑构件的方法，混合上面提到的本发明第一和第三方面里的组份，然后将形成的混合物成形为所述的建筑构件。在混合粘合剂之前确保集料的干燥是有利的，特别当粘合剂的组分已经包含水，例如当使用废弃甘油，其一般包含约10%的水。也就是说，如果所有的粘合剂组分和集料是非常干燥的，在水介质例如水的参与下将它们混合是有利的。优选地，每一对组分(也就是第一方面所述的甘油和集料，第三方面所述的发泡聚苯乙烯和集合)在足够的温度下与植物油混合以确保这些组份的良好混合，接着在将混合物成形为所述建筑构件的进一步步骤之前或期间，所得到的混合物被加热到至少部分地固化所述的植物油。随后的步骤是对本领域技术人员是熟知的并很可能包括浇注。优选地，混合物在不同的组分被混合期间和/或之后被加热。所述或每一混合物被加热到足够的温度以确保不同组分的良好混合，减少某些更具有粘性的组分的粘度(例如甘油)，和/或固化任何可固化的物质(例如植物油)。混合物可以被加热到200°C左右和/或不小于约50°C。更优选地所述混合物被加热到约100°C到200°C之间，更优选地是约80°C _160°C之间并且最优选的是在约120°C _160°C之间。在任何合适的时间里，加热可以被影响，其取决于的需求的最终产品和在初始组合物里组分的特性。植物油的部分固化优选地进行一次所经历的时期约48小时，更优选地是约M到40小时，最优选得是约36小时。优选的是所述部分固化进行一次经历的时期至少约2小时，更优选地至少约6小时，最优选的是至少约12小时。与上面限定的第二方面相关的更进一步的方面提供一种用于生产建筑构件的方法，包括将部分地固化的植物油和碱性活化剂与集料混合然后进一步固化在混合物之中的所述植物油。所述进一步固化阶段可以用任何温度和/或上面指定的与混合物加热相关的时间周期进行。优选的是所述建筑构件是结构构件。与前面限定的第一方面相关的本发明的进一方面提供结构构件，该结构构件包括集料、甘油和至少部分地固化的植物油。与前面限定的第二方面有关的另一方面提供结构构件，其包括集料，碱性活化剂和至少部分固化的植物油。在更进一方面，这次与本发明的第三方面有关，提供结构构件，其包括集料，发泡聚苯乙烯和至少部分固化的植物油。此外，优选的是所述建筑构件包括内部或外部的加强。所述内部加强优选地包括或由纤维增强剂组成。在这里使用的术语’纤维’表示通常具有细长外形的实体，并且意在包括包括杆状实体也就是说沿长度的固体，或部分或完全中空的实体最大限度的沿着他们的长度从而限定管状的或部分管状的结构。所述建筑构件可以包含纤维性增强剂达到约 100kg/m3，更优选地是约25-7^g/m3，最优选的是50kg/m3.所述纤维增强剂可以包括具有截面直径为约IOmm的纤维，更优选地约5mm，最优选的是约1mm。此外，所述纤维增强剂可以包括具有任何合适长度的纤维。纤维的长度可以达到约200mm或约100mm。优选的是所述纤维至少约5-10mm长，特别优选的是纤维约25_75mm长，更优选的是约50mm长。任何合乎需要的纤维都可以使用，钢纤维被认为是特别合适的，例如，N0V0C0N HE1050纤维(ftOpex 混凝土系统公司.)。建筑构件被认为是任何用于建筑应用的构件，因此包括结构(即承载)构件(例如梁，柱，墙壁，楼板，铺面等)和非结构的(也就是实质上非承载)构件(例如砌块，砌筑单位，建筑石材，砖等)。人们认识到那些非结构构件，尽管尺寸不同，但主要是被设计成足
6够小以使得单个工人能用手拿住，而结构构件通常较大，并且被设计成用来担当承载部件， 并通常与至少一个另外的结构构件相结合。因此，根据本发明的第一，第二和/或第三方面所述的组合物优选得用来加工建筑构件。更优选的是这些组合物被用来加工结构构件。使用由这些组合物制造的结构构件的结构应用实施例包括夯实土构造，空心钢柱填充，稳定梁和楼板(平板，肋条等等)，轴环接合砖石(内填充碎橡胶)以抵抗爆炸荷载/作为一种用于地震区的改进方法等等。人们认识到，由于PCT US01/10537中描述的较小的非承载建筑构件的尺寸，形状和建造方法，这样的构件将在单纯的压力或单纯的弯曲(张应力)下显著损坏。从而对类似这样的构件的设计要求非常基础，不考虑极限应用(典型地来说是墙)。只要该构件满足在某一应用中(例如墙)预先确定的抗压或抗弯强度等级，只要它们可以通过灰泥被连接， 他们都被认为适用于那些应用或荷载等级(例如墙的高度)。本发明第一和/或第二方面所述的组合物显著地适于用来成形外挂板，达到例如 2-3米宽30米高(脱离所述的框架包覆)。本发明的第一，三方面的组合物可用于形成非结构构件例如单个建筑砌块/砖， 根据设想所述组合物特别优选的是作为混凝土、钢或木材承载梁、柱、墙、楼板等的替代。结构构件不被设计成单独作用，相反地他们都被建成结构体系借此许多部件必须直接相互作用。例如，在典型结构中，当楼板被加载，弯曲和剪应力从楼板被转移到支撑梁，支撑梁将该应力传送到支撑柱，支撑柱接着将应力传送到基础上。与之相反，PCT/ US01/10537里设想的这种砌块只不过是应力消散灰缝之间不活动的低成本的无效填料。进一步认识到，那些结构构件的性能(在在外加荷载下的性能和应力及应变方面)与那些非结构构件非常不同。例如，对照长跨度梁上的应力与具有受到单纯压力的石块的应力的复杂性。为确定结构构件的空间要求(结构技术人员和或土木工程师的典型需求)，结构构件的设计要求(即弯矩分配，剪切应力、张应力和压应力的分析)要远比那些简单的非结构构件复杂。除上述加强方法外，人们认识到本发明第一，第二和或第三方面形成的建筑构件可以通过钢/碳/玻璃加强筋、条或连接薄板、强化的，预拉伸，后张拉的纤维等等使得内部或外部被加强。这样的加固构件的性能和失效机理将与无钢筋的构件区别巨大。所述含有加固构件的建筑构件的性能和失效机理除了基于其简单的材料组合物外，还基于尺寸、补强型式、 有助于该构件的加强截面、加强细节、养护条件和与其他结构构件的连接。在某些情况下，一个结构构件可以形成另一个结构构件不可分割的一部分，例如在高层建筑中将填充在空心钢柱里作为替代物的混凝土。通过本发明上面限定的各方面提供的结构构件包括整体应力消散结构、土木工程结构、结构整体部件和结构构件。可能应用在结构方面的例子包括夯实土构造、空心钢柱的填充、梁和楼板(平板、肋条等)。目前用于生产夯实土的混合和压实技术仍将保持不变，除了添加所述的植物油。预期结果就是，一些与常规夯实土构造相关的缺点(并不是全部) 通过所述植物油的内含物可能会减少。用于上述限定的本发明方面的集料优选是有级配的。所述级配集料可以具有最大的集料粒径约15mm，更优选的是约13mm，更加优选的是约10mm。具有任何需要孔隙率的级配集料可以被使用，但优选的级配集料具有大于约5% 和/或少于50%左右的孔隙率。优选地，所述级配集料具有一 10%左右到40%左右的孔隙率，更优选的是在范围20%左右到30%左右。任何合适的甘油都可以用于本发明所述的各个方面和优选实施例中。此外，不止一种甘油可以用于任何特别的组合物中。为了满足围绕废甘油的环境条件，优选的是在根据本发明所述的组合物中的甘油源自于废弃甘油，或本发明所述的任意特定的组合物中的所有甘油源自废甘油与未使用甘油的结合。当然，在进一步优选的实施例中，所有甘油都可以由未使用过的甘油组成。优选地，根据本发明第一方面所述的组合物中的总甘油含量，以及选择性地包含某些甘油的本发明所述第二和/或第三方面的具体实施方式
中，所有甘油的含量约是 l-20wt %。更优选的是包含于组合物中的甘油的总含量约在5-20wt %，更优选的是约 7-18wt%，更优选的是约10-15wt%。目前，甘油特别是废甘油(一般地甘油水90 10) 与其他粘合剂材料相比成本较低，例如废弃和未使用过的植物油。这种情况下相对高水平的甘油从经济的角度被优选。在先的工作为了发展组合物适于被形成包含植物油或含甘油粘合剂的建筑构件，一般包含相对低水平的粘合剂，例如约l_5wt %。此外，值得注意的是先前的工作避免或很少利用甘油，尽管他有相对低的成本，大概是因为以前的工人没有认识到甘油作为一个低成本粘合剂的潜在能力，或者包含较高水平甘油的组合物不能够生产形成令人满意的构造构件。作为例证，本发明的发明者不但已经确定甘油作为一种潜在的粘合剂的潜力，而且已经发展各种各样的组合物，这些组合物被形成满足或超出目前构造要求的建筑构件。尽管如上所述的，人们认为在某些情况下，例如在那些成本约束不是重要的地方或当甘油相对便宜时，使用低水平的甘油是也许是合乎需要的，例如约2-15wt%，约 3-10wt%，或约5-10wt%。在这种组合物的优选实施例中包含在所述组合物中的所有甘油约在4-5wt%，更优选的是约5wt%。下面的实施例将证明如此低水平的甘油是如何被使用。在本发明的每个方面和优选实施例中使用甘油，优选的是这样的含甘油的组合物，建筑构件和结构构件进一步包括碱性活化剂。包含这样一个活化剂的理由是用于引起所述组合物里的甘油的氧化，以改进它对集料的捆绑能力。发明者不希望被任何特别的理论所束缚，但人们相信，甘油当其在正常状态时(也就是未使用过的或非固化状态)具有捆绑集料的作用，其来自于甘油天生的高粘度性，并且氧化可能通过所述碱性活化剂的存在被辅助，可以用这种方法改进甘油的作用能力。此外，在本发明的优选实施例中，当甘油用于和植物油组合时，这两个组分会彼此相互反应，特别是在加热后，能够产生进一步的物质，而该物质能够作为一种改进的集料粘合剂。任何本领域技术人员已知的合适的碱性活化剂都可以被使用，虽然优选的活化剂包括碱土金属离子，例如钙或镁离子。此外，所述碱性活化剂可以包括卤化物离子，例如氯化物离子。在根据本发明三个方面所述的组合物的特别优选实施例中包含甘油，所述组合物包含氯化钙作为活化剂。每一组合物可以包含任意特别数量的一个或多个不同类型的活化剂。优选的是每个组合物包含达到10wt%的所述碱性活化剂，和/或每一组合物包含
8至少约0. 的所述碱性活化剂。在进一步的优选实施例中，所述碱性活化剂的量在约 l-8wt%，更优选的是约2-5wt%。优选的是，根据本发明第三方面所述的组合物，其中包含的所有发泡聚苯乙烯含量约有l-40wt%，更优选的是约l-20wt%，更优选的是约2-15wt%，更加优选的是约
3-10wt%或5-10wt%。在一优选的实施例中，组合物中所有的发泡聚苯乙烯含量在约
4-5wt%，或更加优选的约5wt%。如上所述，本发明的第二方面包含植物油，植物油同样也被提供用于根据本发明第一和第二方面所述的优选组合物。在所有情况下，优选的是每一组合物包括至少植物油并且所述或每一植物油独立地从下列物质组成的组中挑出来来自于任何植物源的植物油，固化植物油，聚合植物油，热处理过的植物油，完全或部分氧化的植物油，废弃植物油和回收植物油。根据本发明所述的特别优选的组合物使用包括甘油和植物油的粘合剂，这些可以，例如给在被添加到集料之前被混合或融合在一起或与所述集料独立地结合在一起。在优选的实施例中，根据本发明所述的组合物中的植物油含量在约l-15wt%，更优选是约
5-10wt%。目前，植物油比甘油更加昂贵，因此，考虑经济的因素，人们倾向于尽可能的减少植物油在所述组合物中的含量，同时保持粘合剂(由甘油组成和选择一个或多个其它的粘合剂)的总量足够高，例如超过约10wt%，以便使所述最终的建筑构件表现可接受的性能。根据本发明第一优选实施例所述的组合物具有甘油含量约12-17wt%，另外还包括约3-8wt%的植物油。一种第二优选组合物具有甘油含量约13wt%和植物油含量约。人们认识到所述集料粘合剂中的甘油，植物油和其他任何组分的量应该选取到能够确保所述组合物中粘合剂的总量超过约10wt%同时不超过约20wt%，以使建筑构件成为可接受的标准样品。例如对只含甘油的粘合剂(也就是一种粘合剂只包含甘油而没有其他的粘结材料，例如植物油)，当所述组合物的粘合剂总量超过20wt%，包含粘合剂的组合物和所述集料在足够高的压力下不能致密结合从而不能生产可接受的建筑材料。粘合剂的总含量应当与所述生产建筑构件的具体应用相适应。通常认为为生产强度更高的建筑材料需要更高的压力水平。但本发明的发明者不希望被任何具体的理论所束缚。已经观察到粘合剂含量和所述的压力水平之间的看起来存在一种关系，这能够被满意的应用于所述粘合剂/集料混合物。实质上，如果需要更高强度的建筑构件，就需要更高的压力水平，在这种情况下应该选择的组合物，其中包含的粘合剂的量应在最大的20wt%之下。因此认为在优选的组合物中粘合剂的总量约在12-18wt%，更优选的是约15-18wt%。根据本发明第一，第二和或第三方面所述的组合物优选得包括至少一种集料，所述或每一种集料选自自然土壤、从火成岩，变质岩或沉积岩采集的破碎矿质集料、包括从露天开采的未使用的和废弃的集料、天然砂、碎石砂、碎石、疏浚集料、陶土沙、陶土扩展、陶土废渣、天然石料、回收浙青路面、回收混凝土路面、回收路面承重层和基层材料、可回收汽车部件例如刹车片衬里、破碎混凝土、碎砖、建筑和拆除废料、废弃/回收烟道气体灰、粉碎玻璃、石板废物、废塑料、焚化兽骨、蛋壳，、海洋贝壳动物、和焚烧炉得到的副产品。根据本发明第一，第二和或第三方面所述的组合物另外还可包括至少进一步的组分，该组分选自胶结粘合剂、凝硬性粘合剂、惰性填料、活性填料、浙青结合料、天然聚合物、合成聚合物和金属催化剂。包含根据本发明第一，第二和/或第三方面所述组合物的建筑构件和与之相关的结构构件通过混合各种非集料(例如植物油，甘油，发泡聚苯乙烯和/或碱性活化剂)与集料被生产，其中提供的集料含量达到80-90wt%。一定数量(优选地较少的数量)的添加剂也可以被添加到目前所述的混合过程中。混合可以这样实现利用手动，机械混合器或高剪切搅拌机将所述组分在环境温度或高温下在敞口混合器或密封反应容器中进行。所述混合物的压实可以通过规范中描述的手握式气动夯锤来实现，例如，用于夯实土构造。固化和它对所述建筑构件的影响已经被广泛地研究。一种在准备松散混合料之前预氧化油的方法已经被发展，这需要在油中吹入空气直到所述油开始变硬，这将减少所述混合物的固化期和降低固化温度。预氧化同样可以利用合适的微波辐射来实现。人们意识到，所述预氧化的程度要求优选固化，但仍允许所述集料和所述油的最初混合是一个临界平衡过程。取决于使用的植物油类型和所述建筑构件的最终强度，所述受压区域需要对所述油进行某种形式的固化以使之聚化，从而作为变硬的粘合剂将强度传递到所述建筑构件。 固化可以通过使用微波辐射和/或加热来实现。紧随着拆除模板的热固化可以通过覆盖有加热护套/覆盖层的外部手段被实现。热固化也可以通过当所述模板仍在所述单元上时， 通过插入/装有加热构件(例如热管)进入所述建筑单元来内部实现。人们认识到那些所述加热构件可以适当地安排以加固所述建筑构件，从而既可以作为加热/固化构件也可以作为钢筋。在根据本发明不同方面所述的上述限定方法中，所述植物油可以通过任何合适的工具在与另一个存在于含集料混合物的组分混合之前被部分固化。在本发明所述方法的优选实施例中，所述或每一种方法进一步包括在与另一组分和部分固化植物油混合之前部分固化所述植物油。所述固化需要的温度和加热持续时间至少部分取决于所述使用的植物油类型。温度范围从环境温度到250°C，优选的范围160-200°C是合适的。试验同样已经表明， 保持理想的固化温度并持续4天，充分的固化是可以实现的，优选的在范围0. 5-3天，其取决于所述混合组分和固化温度。所述植物油的部分固化可以在温度达到约200°C和/或不小于约50°C的情况下进行。更优选地，部分固化在约100°C到约200°C的温度范围内起作用，更优选地约120°C到约180°C，并且最优选的温度是约160°C。所述植物油的部分固化进行优选地经历48小时的时期，更优选的是约M到40小时，最优选地是约36小时。优选的是所述部分固化经历至少约2小时的时期，更优选的是至少约6小时，最优选的是至少约 12小时。在一个优选实施例中，所述植物油是这样被部分固化的通过吹入空气而开始氧化，并在油和集料混合之前被固化。固化可以通过使用微波辐射实现，可以伴随或不伴随其他方式的辅助固化，例如加热。所述部分固化植物油和含集料混合物的混合可以在任何合适的温度下进行以确保令人满意的混合，混合优选在环境温度或室温下进行，例如约20-25°C，在混合之前加热不同的组分和/或在混合期间加热混合物到高于环境温度或室温是必要的，以确保令人满意的混合。至少约30-40°C或更高的温度是需要的，例如为确保所述植物油与存在于所述混合物中的任何甘油充分混合。优选地，所述部分固化植物油和所属集料的混合可以在任意合乎需要的周期内进行，但优选的是约5分钟的时期，更优选的是约2分钟。特别优选的是混合是在约1-2分钟的时期内进行。所述含集料混合物的压实水平可以影响最终形成的建筑构件的许多不同的性能。 例如，已经确定养护建筑构件的耐压强度与施加在压缩模具中松散混合物上的压实作用力成正比。为了适应具体的应用任何合适的压实水平可以使用，已经确定，取决于最终建筑构件的设计强度一特别优选的压实水平范围在约l_20MPa内。优选的最小压实水平是约1，2 或4MPa，优选的最大压实水平约是16，12或8MPa。照这样，优选的压实水平约在2_16MPa 或约4-12MPa。为了生产合格的包含约15-18wt%的含甘油粘合剂的建筑构件特别合适的压实指标是约2-8MPa，最优选的是约4MPa。贯穿所述建筑构件的养护程度不必是均勻的。为了给目的应用提供足够的稳定性和性能，形成本发明优选实施例的所述养护方式可以被选择。氧化材料里的不均勻性取决于所述建筑构件的尺寸和它的孔隙率，然而应当注意，任一厚度超过35毫米的砖块在 200°C温度下持续12-24小时进行养护，砖块中的植物油并不会完全氧化。构件越大，养护对构件性能的影响越大。为了控制这影响，所述混合物和/或建筑构件可以被设计成包括穿孔/通过具有需要特性的空隙。典型的相对大尺寸的结构构件(例如承载梁)规定所述构件优选地利用特别研制的养护系统(例如内装养护构件，外部加热护套，等等)至少部分在原地被养护。该加热系统在许多情况下将来自所述结构构件的部分，例如一旦所述结构构件准备使用，在楼板或梁内的内加热构件可以是管状并且可以作为加强和/或风管。或在预先浇注构件中，特别设计的养护系统可以被研制以迎合所述养护的等级/尺寸。生产建筑构件的常规方法中需要养护，并且这些已经在PCT/US0110537中描述过，所述构件被认为是养护一旦完成就要随时准备使用。然而，本发明可以使用分阶段养护，从而使建筑构件随着时间和养护进程逐渐加强/变硬。结构部件的设计包括作为设计要素的养护时间。例如，当长跨度加强梁正在分段建造，所述梁的一部分可以允许以比其它部分更快的速度养护，目的是与应力传递的时间量程相适应，例如当所述跨距的某些部分被与其它部分相反加载时。所述建筑构件的尺寸和复杂性允许所述构件的不同部分可以养护到不同的程度， 以不同的速率和在不同的时标。例如，利用原理材料通常在受拉上比受压弱，根据本发明的一个或多个方面所述的结构梁的底面(主要受拉)可以被允许首先养护，这样使所述梁在上部(主要受压)养护之前能够承受某些荷载。这种分阶段养护还可以帮助所述建筑构件材料(也就是所述植物油/集料/可选择添加的混合物)之间的应力传递，并且在此时这里展现的加强将加速所述构件的该区域内的复合行为。另一个实施例是当埋进的养护构件被包括进所述建筑构件的设计中时，无论在哪种情况下，所述构件的芯体都要比其它外部部件较早地获得必要的加强，即从里向外的养护。作为设计阶段的一部分，这些当然必须是谨慎因素，并且不能允许以不受控制的方式发展。在本发明上述限定的各方面植物油优选的类型可以是单独地使用或任意组合 (例如，混合或多种融合到一起)，其包括来源于任何植物源的植物油(例如油菜籽、棕榈、 亚麻子、橄榄树、菜籽、向日葵、大豆、棉花、花生、玉米、椰子、谷粒)、煮沸过的植物油、聚合植物油、热处理过的植物油、和完全或部分氧化的植物油。至少一种类型的废弃植物油(例如从烹调)和/或至少一种类型的回收植物油可以单独或与上述提及的植物油组合使用。上述每一植物油都可以单独或与一个或多个下列添加剂组合(例如混合)使用。 优选的可以使用的添加剂类型包括胶结的粘合剂(例如普通硅酸盐水泥、抗硫酸盐的水泥、高铝水泥、石膏、水泥窑灰等)、凝硬性粘合剂、(磨碎燃料灰玻璃粒状高炉炉渣、硅粉、 钢渣、谷壳灰、高岭土、高岭石、伊利石等等)、惰性填料(来自火成岩、变质岩或沉积岩的破碎和粉末材料、炭黑)、活性填料(石灰、消石灰、碎橡胶等)、浙青结合料(直馏浙青、氧化浙青、高硬浙青、浙青乳化液、轻制浙青、聚合物改性浙青、泡沫浙青等等)、天然聚合物(植物源树脂、橡胶/乳液)、合成聚合物(环氧的、橡胶等等)、和/或金属催化剂(金属盐" 氧化物、氢氧化物、硫酸盐氯化物"包括锌、镍、锆、铝、钛、铜、铁、钙、等等)。如果使用的话， 所述添加催化剂的量在某种程度上取决于用于准备催化剂所采用的媒介(例如酸)和油的类型。确定催化剂需要的量是本领域技术人员在能力范围内能确定的。混合可以在环境温度和/或高温中进行，利用低速的或高剪切混合器在敞口混合器或封闭反应容器中进行。根据本发明上述限定的方面，下列集料可以成为包含在混合物中的原材料的一部分。优选的集料包括任何单独的或组合的下列材料自然土壤；从火成岩，变质岩或沉积岩采集的破碎矿质集料；包括从露天开采的未使用的和废弃的集料(例如碎屑)；天然砂；碎石砂；碎石；疏浚集料；陶土沙；陶土扩展；陶土废渣；天然石料；回收浙青路面；回收混凝土路面；回收路面承重层和基层材料；破碎混凝土 ；碎砖；建筑和拆除废料；从例如浙青制造装置得到的废弃/回收烟气灰；粉碎玻璃；石板废渣；废塑料；焚化兽骨；蛋壳；海洋贝壳动物；和作为焚烧炉副产品的废弃集料(例如焚烧炉煤炭飞灰，焚烧炉煤炭炉底灰，焚化污泥，城市垃圾焚化炉底灰和飞灰，钢渣粗细集料，高炉矿渣，GGBS，锡炉渣，炼铜炉渣，水泥窑灰尘，等等)。植物油，甘油和他们的派生物，像所有的有机物质一样是生物可降解材料。由这些材料制成的所述建筑构件因此很可能比较容易受到微生物的攻击。当所述产品是非结构构件时这不是最重要的，例如简易房屋砌块，但如果所述产品是结构构件时例如梁时可能是一个问题。从而结构构件耐久性可以有利地包括在设计阶段的生物降解性除了在荷载下的表现性能。有时候，所述结构构件可以需要外部防护涂层以保证耐久性，例如，该涂层可以以胶结打底的形式、聚合涂层等等。本发明可以通过下面的对比例来进行进一步的描述，其中

图1是下面实施例使用的集料级配示意图。图2是根据本发明所述一系列样品的抗压强度图表，该系列样品含包括废弃甘油粘合剂(相当于包含12. 6wt%未使用甘油的粘合剂)。图3是本发明所述的两个系列样品的抗压强度图表，两个系列样品包括含废弃甘油/植物油混合物的粘合剂第一系列含15wt%废弃甘油/5wt%植物油(相当于13. 5wt% 未使用过的甘油/5wt%植物油)；第二系类10wt%废弃甘油/3.3wt%植物油(相当于 9wt%未使用过的甘油/3. 3wt%植物油)；图4是根据本发明所述的一系列样品的抗压强度图表，该系列样品包括含22wt% 废弃甘油的粘合剂(相当于含19. 8wt%未使用的甘油的粘合剂)。
图5是根据本发明所述包括含16_2#t %废弃甘油粘合剂(相当于包含 14. 4-21. 6wt%未使用过的甘油)的一系列样品的强度相对于废弃甘油含量的图表。图6是根据本发明所述的三个样品蠕变相对于时间的图表。这些样品包括废弃甘油/植物油粘合剂，粘合剂中含15wt%废弃甘油/5wt%植物油的(相当于13. 5wt%未使用过的甘油/5wt%植物油)。图7是图6中展示的三个样品的收缩相对时间的图表。图8是根据本发明所述的三个样品蠕变相对于时间的图表。这些样品包括废弃甘油/植物油粘合剂，粘合剂中含15wt%废弃甘油/5wt%植物油的(相当于13. 5wt%未使用的的甘油/5wt%植物油)。图9是图8中展示的三个样品的收缩相对时间的图表。图10是利用不同组合物生产的五个样品试块的抗压强度图表。第一个样品(12% 油，0%活化剂，0%甘油)与本发明所述的任何方面有很大差别，并被拿来对比；剩下的四个样品与根据本发明所述的各个方面相一致。
实施例为了研究供建筑构件产品使用的含甘油组合物，进行了许多试验。在下面所述的测试中，所述甘油的来源是包含90wt%甘油和10wt%水的废弃甘油，所使用的集料具有的成分在表1和图1中描述。
筛眼孔径(mm)通过的质量百分比(％>IBA 5-10 mm10100.00872.006.334.0650.00IBA <5 mm5100.003.3576.872.3659.281.1826.220.60.00表 1总共73个样品被准备和试验以检测他们作为建筑构件的性能。样品的组分及获得的结果在表2-5中被列出。在表中，WG =废弃甘油；G =甘油，WCO =废弃烹调(植物) 油。
权利要求
1.一种供建筑构件生产中使用的组合物，所述组合物包括集料和含甘油粘合剂，其中所述组合物的粘合剂总含量大于约10wt%并且小于或等于约20wt%。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中的甘油含量约在l-20wt%。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中的甘油含量约在5-20wt%。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中的甘油含量约在7-18wt%。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中的甘油含量约在10-15wt%。
6.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述甘油来源于废甘油，未使用过的甘油或者废甘油和未使用过的甘油组成的混合物。
7.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述组合物另外还包括植物油。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述组合物中的植物油含量约在l-15wt%。
9.根据权利要求7所述的组合物，其中所述组合物中植物油的含量约在5-10wt%。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物的甘油含量约在12-17wt%并且所述组合物另外还包括约3-8wt%的植物油。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物的甘油含量约为13wt%并且所述组合物另外还包括约^t%的植物油。
12.根据权利要求7-11中任一条所述的组合物，其中所述组合物包括一种或多种类型的植物油，所述植物油选自来源于任何植物源的植物油、熟植物油、聚合植物油、经过热处理的植物油、完全或部分氧化的植物油、废弃植物油和回收植物油。
13.根据权利要求1-9和12中任一条所述的组合物，其中所述组合物的粘合剂的总量约在 12-18wt%。
14.根据权利要求1-9和12中任一条所述的组合物，其中所述组合物的粘合剂的总量约在 15-18wt%。
15.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述集料是有级配的。
16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述级配集料具有约15毫米的最大集料粒径。
17.根据权利要求15所述的组合物，其中所述级配集料具有约10毫米的最大集料粒径。
18.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述集料具有大于约5%的集料孔隙率。
19.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述级配集料具有小于约50%的集料孔隙率。
20.根据权利要求1-17任一所述的组合物，其中所述级配集料具有一在约10%-约 40%的集料孔隙率。
21.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述组合物包括一种或多种类型的集料，所述或每一集料是选自自然土壤，源自火成岩、变质岩或沉积岩的破碎矿物集料，其中包括露天开采的未使用的和废弃的集料，天然砂，粉碎砂，碎石，疏浚集料，陶土沙，陶土扩展，陶土废渣，天然石料，回收浙青路面，回收混凝土路面，回收路面承重层和基层材料，回收汽车部件，破碎混凝土，碎砖，建造和拆除废料，废弃/回收烟道灰，粉碎玻璃，石板废料， 废塑料，焚化兽骨，蛋壳，海洋贝壳动物和从焚烧炉得到的副产品。
22.根据任一在前权利要求所述的组合物，其中所述组合物包括至少一个更进一步的组分，该组分选自胶结粘合剂，凝硬性粘合剂，惰性填料，活性填料，浙青粘合剂，天然聚合物，合成聚合物和金属催化剂。
23.一种包含任一在前权利要求所述的组合物的建筑构件，当这些在前权利要求从属于权利要求7-12中任何一条时，其中所述植物油至少部分被固化。
24.根据权利要求23所述的建筑构件，其中所述构件是结构构件。
25.根据权利要求23或M所述的建筑构件，其中所述构件包括内部或外部增强。
26.根据权利要求25所述的建筑构件，其中所述内部增强包括纤维性增强剂。
27.根据权利要求沈所述的建筑构件，其中所述建筑构件包含达到约100kg/m3的纤维性增强剂。
28.根据权利要求沈或27所述的建筑构件，其中所述的纤维性增强剂包含的纤维具有约5毫米的直径。
29.根据权利要求沈，27或观所述的建筑构件，其中所述的纤维性增强剂包含的纤维具有约100毫米的长度。
30.根据权利要求沈-四所述的建筑构件，其中所述纤维性增强剂包含钢纤维。
31.一种结构构件，包含集料，甘油和至少部分被固化的植物油。
32.根据权利要求31所述的结构构件，其中所述集料是有级配的。
33.根据权利要求32所述的结构构件，其中所述级配集料具有约15毫米的最大集料粒径。
34.根据权利要求31，32和33中任一条所述的结构构件，其中所述集料具有大于约 5%的集料孔隙率。
35.根据权利要求31-34中任一条所述的结构构件，其中所述结构构件包括内部或外部增强。
36.根据权利要求35所述的结构构件，其中结构构件包含有达到约100kg/m3的纤维性增强剂。
37.一种生产建筑构件的方法，包括将含甘油的粘合剂和集料混合形成混合物，接着将混合物形成为所述建筑构件，其中所述混合物中粘合剂的总含量大于约10wt%并且小于或等于约20wt%。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述混合物中的甘油含量约在l-20wt%。
39.根据权利要求37或38所述的方法，其中所述含甘油粘合剂和集料的混合是在水介质参与的情况下起作用。
40.根据权利要求37，38或39所述的方法，其中所述方法进一步包括将植物油与含甘油粘合剂及集料混合。
41.根据权利要求37-40任一所述的方法，其中所述含甘油粘合剂和集料组成的混合物在混合期间和/或混合之后被加热。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述混合物被加热到200°C左右的温度。
43.根据权利要求41或42所述的方法，其中所述混合物被加热到至少50°C左右的温度。
44.根据权利要求41所述的方法，其中所述混合物被加热到约80-160°C这个温度范围内。
45.根据权利要求41-44中任一条所述的方法，其中使用的加热经过最多约48小时长的时期。
46.根据权利要求41-45中任一条所述的方法，其中使用的加热经过至少约2小时的时期。
47.根据权利要求41-46中任一条所述的方法，其中使用的加热经过约M-40小时的时期。
48.根据权利要求41-46中任一条所述的方法，其中使用的加热经过约36小时的时期。
49.根据权利要求37-48中任一条所述的方法，其中将所述混合物成形为建筑构件的步骤包括使含甘油和集料的混合物受到l_20MPa的压实水平。
50.根据权利要求37-48中任一条所述的方法，其中将所述混合物成形为建筑构件的步骤包括使含甘油和集料的混合物受到2-16MPa的压实水平。
51.根据权利要求37-48中任一条所述的方法，其中将所述混合物成形为建筑构件的步骤包括使含甘油和集料的混合物受到4-12MPa的压实水平。
52.根据权利要求49，50或51所述的方法，当这些权利要求从属于权利要求中41-48 任何一条权利要求时，其中所述混合物是在加热期间或加热之前压缩的。
53.一种根据权利要求37-52中任一条描述的方法生产的建筑构件。
54.根据权利要求53所述的建筑构件，其中所述构件是结构构件。
55.根据权利要求53或M所述的建筑构件，其中所述建筑构件包括内部或外部增强。
56.根据权利要求55所述的建筑构件，其中所述建筑构件包含达到100kg/m3的纤维性增强剂。
全文摘要
本发明提供一种在建筑构件生产中使用的组合物，所述组合物包括集料和甘油粘合剂，使用该组合物生产的建筑构件被描述。更一步的是提供包含甘油和集料的结构构件，还提供了一种生产建筑构件的方法，包括将甘油和集料在水介质的参与下相互混合，接着固化混合物里的甘油。
文档编号C04B26/00GK102224117SQ200980147276
公开日2011年10月19日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年9月26日
发明者约翰·保罗·福斯 申请人:利兹大学