水硬性粘合剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包含低量的波特兰（Portland)熟料和多种不同的矿物掺合料的水硬 性粘合剂、包含所述水硬性粘合剂的水硬性组合物、包含所述水硬性组合物的成形物件以 及增强包含低量的波特兰熟料的水硬性组合物的压缩机械强度的方法。
【背景技术】
[0002] 对于包含矿物掺合料（所述矿物掺合料部分地替代波特兰熟料）的水硬性组合物 的主要问题为例如混合后7天或28天压缩机械强度的降低。特别地，鉴于粘合剂通常包括 熟料和矿物掺合料，因此这种降低是由于熟料的量相对于粘合剂的总量的降低。
[0003] 存在多个解决方案以改善包含低量的熟料的水硬性组合物的压缩机械强度，但是 通常地这些解决方案仅改善一定时间周期的压缩机械强度，例如混合后28天。
[0004] 存在其它解决方案但是需要添加外加剂，即矿物材料中的有机材料。
[0005] 为了满足使用者的需求，有必要寻找一种新的方法以改善包含低量的波特兰熟料 的水硬性组合物在混合后超过两天（优选混合后7天）的任何时间周期的机械强度。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明试图解决的问题为提供一种方法以改善包含低量的波特兰熟料的水 硬性组合物在混合后超过两天（优选混合后7天）的任何时间周期的机械强度。
[0007] 出乎意料地，本发明人已经显示了可以结合三种不同的矿物掺合料以改善包含低 量的波特兰熟料的水硬性组合物在混合后超过两天（优选混合后7天）的任何时间周期的 机械强度。
[0008] 本发明涉及水硬性粘合剂，其包含：
[0009] -25质量％至60质量％的波特兰熟料；
[0010] _5质量％至15质量％的第一矿物掺合料，其选自：
[0011] 。根据2011年12月30日的标准NFP18-513,附录A中所描述的在90°C的方法 与至少400mg/g的CaO反应的矿物掺合料，以及
[0012] ?潜在的水硬性材料；
[0013] _根据以上描述的方法与小于400mg/g的CaO反应的第二矿物掺合料；以及
[0014]-或者具有碳酸钙基或者具有硫酸钙基或者具有两者的第三矿物掺合料；
[0015] 水硬性粘合剂，其包含至少1质量％，优选1质量％至10质量％，更优选1质量％ 至8质量％的反应性铝，反应性铝即有益于强度的发展。
[0016] 在2011年12月30日的标准NFP18-513,附录A第17页段落A. 4. 1第19行中 说明了当在90°C进行步骤时，反应介质的温度控制在85±5°C。
[0017] 反应性铝可以由波特兰熟料、第一矿物掺合料和/或第二矿物掺合料提供。在波 特兰熟料的情况下，反应性铝由C3A矿物相提供。
[0018] 有利地，根据本发明的水硬性组合物使得有可能获得混合后28天至少35MPa，优 选至少45MPa的压缩机械强度。根据本发明的某些优化的配方，甚至有可能获得至少55MPa的混合后28天的压缩机械强度。
[0019] 有利地，根据本发明的水硬性组合物使得有可能获得至少lOMPa，优选至少15MPa 的混合后2天的压缩机械强度。根据本发明的某些最佳的配方，甚至有可能获得混合后2 天至少20MPa的压缩机械强度。
[0020] 有利地，根据本发明的水硬性组合物的流变能力使得所述水硬性组合物可以作为 普通的水硬性组合物而使用。
[0021] 有利地，仅添加相对于粘合剂（所述粘合剂包含波特兰熟料，矿物掺合料和任选 地硫酸钙）的质量的5至15质量％的第一矿物掺合料，例如高炉矿渣、硅粉、偏高岭土、硅 藻土或生物质灰，第一矿物掺合料与第二矿物掺合料以及或者具有碳酸钙基或者具有硫酸 钙基或者具有碳酸钙基和硫酸钙基两者的第三矿物掺合料的结合使得有可能改善包含相 对于粘合剂的质量25质量％至60质量％的波特兰熟料的水硬性组合物的压缩强度。
[0022] 如在下面的实施例中所说明的，观察到添加相对于粘合剂（所述粘合剂包含波特 兰熟料、矿物掺合料和任选地硫酸钙）的质量的多于10质量％，优选多于5质量％的具 有碳酸钙基的第三矿物掺合料不能使得显著地增加压缩强度。因此，可以添加多于10质 量％，优选多于5质量％的第三矿物掺合料，但是该较高的量并不对应优点。
[0023] 波特兰熟料通过在高温下烧结包含石灰石以及例如粘土的混合物而得到。例如， 波特兰熟料是在2001年2月的NFEN197-1标准中定义的熟料。
[0024] 优选地，在根据本发明的水硬性粘合剂中波特兰熟料的量为相对于粘合剂的质量 的45质量％至55质量％。
[0025] 优选地，波特兰熟料的Blaine比表面积为3000至9000cm2/g，更优选为3200至 6500cm2/g。
[0026] 矿物掺合料通常是例如，炉渣（例如，如2001年2月的NFEN197-1标准的"水 泥"中，段落5. 2. 2所定义的）、天然或人工的火山灰（例如，如2001年2月的NFEN197-1 标准的"水泥"中，段落5. 2. 3所定义的）、飞灰（例如，如2001年2月的NFEN197-1标 准的"水泥"中，段落5. 2. 4所定义的）、煅烧页岩（如2001年2月的NFEN197-1标准的 《水泥》中，段落5. 2. 5所定义的）、具有碳酸钙基的矿物掺合料，例如石灰石（例如由NFEN 197-1标准的"水泥"，段落5. 2. 6所定义的石灰石）、硅粉（例如，如2001年2月的NFEN 197-1标准的"水泥"，段落5. 2. 7所定义的）、偏高岭土、由生物质获得的灰（例如稻壳灰） 或它们的混合物。
[0027] 第一矿物掺合料或者为：
[0028]-根据2011年12月30日的NFP18-513标准，特别地在附录A中所描述的在 90°C的改进的Chapelle测试方法与至少400mg/g的CaO反应的矿物掺合料。这种矿物掺 合料为火山灰材料；或者
[0029] _潜在的水硬性材料，例如高炉矿渣。潜在的水硬性材料为通过碱的活化作用可以 在水中单独地发展机械强度的材料。潜在的水硬性材料在没有碱活化的情况下在水中不单 独地反应。
[0030] 优选地，根据本发明所用的潜在的水硬性材料为高炉矿渣。
[0031] 优选地，第一矿物掺合料选自高炉矿渣、硅粉、偏高岭土、生物质灰（例如稻壳灰， 稻草，甘蔗，玉米，小麦高粱或面包果）、沉积火山灰（例如硅藻土）、风化火山灰（例如，沸 石）和它们的混合物。
[0032] 优选地，第一矿物掺合料选自高炉矿渣、硅粉、偏高岭土、生物质灰以及它们的混 合物。
[0033] 硅粉通常包含多于80%的二氧化硅。
[0034] 优选地，如果第一矿物掺合料为硅质的（例如硅粉或生物质灰），其在根据本发明 的水硬性粘合剂中的含量为10质量％至15质量％。
[0035] 优选地，如果第一矿物掺合料为高炉矿渣，其包含大于70质量％含量的非晶相和 /或其具有大于4500cm2/g，优选大于6000cm2/g的Blaine比表面积。非晶相的含量可以根 据下文中实施例之前描述的方法来测定。
[0036] 优选地，如果第一矿物掺合料为娃粉，其具有的Blaine比表面积大于20000cm2/g。
[0037]优选地，如果第一矿物掺合料为偏高岭土，其在500至700°C，更优选600至700°C 的温度下获得。
[0038] 优选地，如果第一矿物掺合料为偏高岭土，其包含多于15质量％的反应性铝。
[0039] 在火山灰材料的情况下，反应性铝通常为在火山灰反应过程中与氢氧化钙反应以 形成水合物并参与粘合剂的强度发展的铝，所述粘合剂包含所述的火山灰材料。在这种情 况下，反应性铝的含量可以根据下文中在实施例之前所描述的方法而测定。
[0040] 在潜在的水硬性材料或熟料的情况下，反应性铝为参与水合物的形成并参与粘合 剂的强度发展的铝，所述粘合剂包含所述潜在的水硬性材料或所述熟料。在潜在的水硬性 材料的情况下，反应性铝的含量可以通过在材料中A1203的用量含量而测定。在熟料的情况 下，反应性铝的含量可以通过立方晶的C3A相和斜方晶的C3A相的总数以及X射线衍射和 Rietveld分析而测定。C3A相为本领域技术人员已知的熟料的矿物相。
[0041] 优选地，如果第一矿物掺合料为偏高岭土，其包含铝的含量小于或等于50质 量％。
[0042] 生物质灰通常地从植物性废物中获得，所述植物性废物包括Si02的含量大于70 质量％的氧化硅。根据本发明可以使用的生物质使得有可能获得相对于植物性废物在煅烧 前的质量的10质量％至20质量％的灰。
[0043]优选地，如果第一矿物掺合料为生物质灰，其在500至700°C，优选600至700°C的 温度下获得。
[0044] 第二矿物掺合料为根据在2011年12月30日的NFP18-513标准中，特别地在附 录A中描述的90°C的改进的Chapelle测试，与小于400mg/g的CaO反应的矿物掺合料。
[0045] 优选地，根据本发明所用的第二矿物掺合料包括小于15质量％的反应性铝，其根 据下文中在实施例之前所描述的方法而测定。
[0046] 优选地，第二矿物掺合料以这样的量存在：其高达100%地补充粘合剂的其他组 分的量。
[0047] 优选地，第二矿物掺合料的量为相对于粘合剂的量的至少23质量％。
[0048] 优选地，第二矿物掺合料选自火山源的火山灰、飞灰、石英以及它们的混合物。
[0049]在Lea的ChemistryofCementandConcrete(第四版，由Arnold出版）中描述 了作为无机材料的天然或合成的火山灰，其在水中当与氢氧化钙（石灰）或与可释放氢氧 化钙的材料（例如波特兰水泥熟料）混合时变硬。这种硬化的能力称为火山灰活性。火山 灰通常为含硅或含硅和铝的材料，其独自地具有较少或不具有胶凝值，但是其能够在环境 温度下在水分的存在下与氢氧化钙发生化学反应以形成具有胶凝性质的化合物。
[0050] 飞灰通常为在用煤进料的热电厂的烟尘中含有的粉状的粒子。通常地，飞灰通过 静电或机械沉积而获得。
[0051] 飞灰的化学成分主要取决于未燃烧的碳的化学成分以及取决于飞灰所来自的热 电厂所用的方法。也可以说对于飞灰的矿物成分取决于相同的原因。
[0052] 优选地，具有碳酸钙基的第三矿物掺合料存在于根据本发明的水硬性粘合剂中。
[0053] 优选地，具有碳酸钙基的第三矿物掺合料的量为相对于粘合剂的量的至多10质 量％，优选至多6质量％，更优选至多5质量％。根据实施方案，具有碳酸钙基的第三矿物 掺合料的量为相对于粘合剂的量的2质量％至10质量％