包括添加剂的地质聚合物组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种地质聚合物激发剂组合物W及包括所述地质聚合物激发剂组合 物的地质聚合物粘结剂组合物、地质聚合物浆料组合物和地质聚合物混凝±组合物。本发 明进一步设及一种基于地质聚合物激发剂组合物的地质聚合物的制备方法。
【背景技术】
[0002] 地质聚合物混凝±的生产，即制作人造石头，是具有希望和潜力的生产新型建筑 材料的可持续技术。地质聚合物组合物可W部分替代对目前使用的传统建筑材料（例如水 泥砂浆、水泥混凝±、渐青）的需求。替代传统的建筑材料具有环境和可持续上的优点，因 为废矿可W用作地质聚合物生产中的二级原材料。
[0003] 地质聚合物典型地通过碱液与地质基原材料反应而生成。由该材料得到的反应产 物可W用于粘结骨料，生成混凝±。地质基原材料，即矿物，优选含有大量的侣、娃、巧和铁。 由于混合物的高度碱性，固体矿物溶解形成侣、娃、巧和铁的单聚物。当与地质聚合物激发 剂组合物接触并与骨料结合时，该些单聚物将开始形成聚合的网络，共价键合的网络随着 时间不断生长，形成可能比水泥更加稳定的、基于晶体结合网络的混凝±。
[0004] 地质聚合物组合物的生产成本高昂且通常施工性差。一个重要的缺点是需要高温 来引发地质聚合反应进程，该对提高地质聚合物材料的抗压强度是很重要的。此外，另一个 缺点是需要过量的碱性成分。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种能够在在环境温度下固化、同时具有足够强度、并且相 对于现有技术的生产方法成本更低的地质聚合物混凝±或浆料的组合物。
[0006] 为此目的本发明提供一种包括摩尔浓度大于约1. 0M的碱性激发剂、摩尔浓度范 围在约0. 001~0. 2M的添加剂的地质聚合物激发剂组合物，其中添加剂选自糖类及糖类衍 生物和/或有机酸及有机酸盐。此处所用的词语"约"意在包含特别是在标示值的10%之 内的值。
[0007] 基于地质聚合物激发剂组合物而制备的地质聚合物浆料和/或混凝±组合物表 现出令人满意的强度水平，尤其是允许其在环境温度下固化时的抗压强度，即不需要额外 的加热。在一段时期内，额外的加热在现有技术中是常见的。
[0008] 此处所用的词语"环境温度"是指"周围环境的温度"。由于本发明的地质聚合物 组合物用在建筑物材料或类似材料的构建中，"周围的温度"等于外部温度（即大气温度）。
[0009] 出人意外地，本发明的地质聚合物混凝±或浆料组合物可W在低于5°c的温度下 固化。固化温度甚至可W低于〇°C，例如约-5°c、约-10°c或甚至约-15°c。当在低于5°C的 温度下固化时，目前可得到的浆料或混凝±组合物不能提供足够的强度。优选地，固化温度 等于或高于约-5°C;更优选地，该温度在约5°C-50°C的范围内；甚至更优选地，该温度在约 10°C~30°C的范围内。
[0010] 在本发明的另一个实施例中，提供一种包括摩尔浓度大于约1.OM的碱性激发剂、 摩尔浓度范围在约0. 001~0. 2M的添加剂的地质聚合物激发剂组合物，W及优选地具有范 围在约0. 01~约2. 0M的摩尔浓度的可溶性娃酸盐，其中添加剂选自糖类及糖类衍生物和 /或有机酸及有机酸盐。
[0011] 在本发明的另一方面，地质聚合物组合物W包含细骨料的地质聚合物浆料组合物 (例如砂浆）和地质聚合物粘结剂组合物（即本发明的结合了矿物的地质聚合物激发剂组 合物，根据本发明，其中存在少量的添加剂）的形式提供。地质聚合物浆料组合物的粘度 优选地大于约25000CP。更优选地，地质聚合物浆料组合物的粘度大于约75000CP。最优选 地，地质聚合物浆料组合物的粘度大于约150000CP。本发明地质聚合物组合物可W是粘度 无法测量的材料的形式，例如湿±材料或类似材料。
[0012] 此处所用的词语"碱性激发剂"意在包括碱性碳酸氨盐激发剂、碱性娃酸盐激发剂 例如娃酸钢和/或娃酸钟，和/或碱性氨氧化物激发剂例如氨氧化钢、氨氧化钟和/或其他 碱±金属氨氧化物或碱性溶液。适用于本发明的碱性激发剂是那些地质聚合物混凝±生产 领域常用的碱性激发剂。由于碱性激发剂用在建筑材料中，应当理解碱性激发剂的使用可 能会危害环境，优选地应予W避免使用。
[0013] 在本发明的另一方面，地质聚合物组合物W包含粗骨料的地质聚合物混凝上组合 物W及地质聚合物浆料组合物（即根据本发明的结合了细骨料的地质聚合物粘结剂组合 物）的形式提供。
[0014] 本发明中使用的骨料可W选自任一种用于制备浆料或混凝上的骨料。优选地，骨 料选自粗骨料、细骨料和其他建筑中使用的材料，包括沙子、砂碱、碎石或回收的碎混凝± 和废料。在本发明的地质聚合物浆料组合物中，优选使用细骨料。优选地，粗骨料和细骨料 的混合物用在本发明的地质聚合物混凝±组合物中。
[0015] 此处所用的词语"粗骨料"是一种粒径尺寸至少为4毫米（mm)的材料。此处所用 的词语"细骨料"是一种粒径尺寸小于4毫米（mm)的材料。
[0016] 本发明的矿物具有高含量（即至少30%m/m，优选地至少40%m/m，最优选至少 50%m/m)的侣、娃、巧、铁或其组合物。优选的矿物为粉煤灰、（磨成颗粒的）高炉炉渣、偏 高岭±、工业炉確、工业焚烧灰炫、废矿物、烂泥、泥±和其他火山灰材料。优选地，本发明的 地质聚合物浆料或混凝±组合物包括粉煤灰和（磨成颗粒的）高炉炉渣的组合。
[0017] 添加剂选自包括反应活性络合基团如哲基和/或駿基基团的络合剂。络合剂的反 应活性基团优选适于在络合剂与在本发明的地质聚合物浆料或混凝±组合物中使用的矿 物之间形成共价连接。
[0018] 地质聚合物激发剂组合物的添加剂选自糖类及糖类衍生物和/或有机酸及有机 酸盐。优选的糖类为单糖例如葡萄糖、果糖和半乳糖，二糖例如庶糖、麦牙糖和乳糖，寡糖例 如糊精、麦芽糖糊精和淀粉，多聚糖例如纤维素、葡聚糖W及糖状聚合物结构。此外，也可W 使用包括糖类混合物的产物，例如糖蜜。另外，蜂蜜、水果汁和废弃材料例如腐烂的水果， 也可构成适于作为本发明地质聚合物混合物中添加剂的糖类潜在来源。上面确定的糖类 衍生物可选自糖醇、天然糖的替代品例如山梨醇、乳糖醇、甘油、麦芽糖醇、甘露醇、甜菊糖 (stevia)和木糖醇，W及合成的糖代品例如人造甜味剂如阿司己甜、阿力甜（alitame)、甘 素（dulcin)、甜素（glucin)、甜蜜素（cyclamate)、糖精（saccharin)、庶糖素（Sucralose) 和醋酸铅。优选地，本发明的地质聚合物浆料和混凝±组合物包括庶糖、果糖和/或乳糖， 可选为单糖、双糖、多糖和/或寡糖的组合。
[0019] 优选的有机酸为（己締类似物）駿酸，例如草酸、抗坏血酸、乳酸、尿酸、巧樣酸和 酒石酸。经发现，包括无机酸的地质聚合物激发剂组合物并不会带来适于制备地质聚合物 组合物的地质聚合物激发剂组合物。优选地，本发明地质聚合物混凝±包括酒石酸和/或 抗坏血酸。
[0020] 地质聚合物浆料或混凝±组合物中使用的优选的盐可W是巧樣酸巧、巧樣酸钢和 /或诸如葡萄糖酸钢的糖盐。在本发明进一步的优选实施例中，地质聚合物浆料或混凝±组 合物可W包括庶糖、果糖、乳糖、酒石酸、抗坏血酸、葡糖酸钢W它们的组合。
[0021] 可能的添加剂的列表不限于上述提及的添加剂，其他糖类及其衍生和/或有机酸 及其盐也可W用在本发明的地质聚合物浆料或混凝上组合物中。
[0022] 上面确定的添加剂的使用降低了本发明的地质聚合物浆料或混凝±组合物中所 需的碱性激发剂的浓度。此外，添加剂的使用提高了地质聚合物浆料或混凝±组合物例如 28天的固化时间后的最终强度W及最终材料性质。另外，地质聚合物组合物的施工性也通 过使用本发明的添加剂组合物而得W提高。
[0023] 在一个优选实施例中，W粘合剂、浆料或混凝±组合物形式的本发明的地质聚合 物组合物包括含有粉煤灰和高炉炉確的矿物混合物。高炉炉確的主要成分是巧、娃和