專利名稱：一種無水泥堿活性粘合劑，利用所述無水泥堿活性粘合劑的砂漿制備方法及無水泥強(qiáng)化 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料中適當(dāng) 添加堿性無機(jī)材料制作而成的無水泥堿活性粘合劑，利用所述無水泥堿 活性粘合劑的砂漿制備方法及無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法，尤其是 一種可大幅減少現(xiàn)有波特蘭水泥中存在的二氧化碳排出問題，利于環(huán)保， 而且其性能優(yōu)良的一種無水泥堿活性粘合劑，利用所述無水泥堿活性粘 合劑的砂漿制備方法及無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法。
背景技術(shù)：
通常而言，用于建筑行業(yè)的砂漿由粘合劑、水及骨料構(gòu)成，而此時(shí) 所用的粘合劑一般是波特蘭水泥。但上述波特蘭水泥，在其生產(chǎn)過程中 將消耗大量的能源，而且在此過程中所產(chǎn)生的二氧化碳占全世界溫室氣
體排放量的7%。
上述波特蘭水泥按適當(dāng)比例混合包含二氧化硅、氧化鋁及石灰的原 料作為主要成分，而且在其一部分熔融燒結(jié)的熔塊中添加適量石膏之后， 粉碎成粉末制作而成。因此，為制備上述水泥的熔塊，需在145(TC的高 溫狀態(tài)下熔融，消耗大量能源(約30 351的油/噸)。不僅如此，制備l 噸水泥，將排出700 870Kg的二氧化碳。
為減少制備1噸波特蘭水泥所產(chǎn)生的約0.8噸二氧化碳，世界上的 混凝土制作廠商不斷為減少水泥使用量而進(jìn)行努力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種無水泥堿活性粘 合劑，在高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料中適當(dāng)添加堿性無機(jī)材料制備一種無水泥堿活性粘合劑，可大幅減少現(xiàn)有波特蘭水泥中存在 的二氧化碳排出問題，利于環(huán)保，而且其性能優(yōu)良。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種無水泥堿活性砂漿制備方法，在 混合包括含高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料之中一種以上的源 材料，及包括鈉材料在內(nèi)的堿性無機(jī)材料的堿活性粘合劑、水及沙子制 備無水泥堿活性砂漿時(shí)，可根據(jù)上述無水泥堿活性砂漿的初始流動(dòng)量、
28天抗壓強(qiáng)度及無水泥堿活性砂漿的抗壓強(qiáng)度發(fā)展模式，.選擇上述堿活
性粘結(jié)劑、水機(jī)沙子的混比例，從而可制備一種無水泥堿活性砂漿，其 大幅減少現(xiàn)有波特蘭水泥中存在的二氧化碳排出問題，利于環(huán)保，而且 其性能優(yōu)良。
本發(fā)明的又一 目的在于，提供一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法， 初始流動(dòng)量高，但隨時(shí)間的流動(dòng)性損失小，且抗壓強(qiáng)度小，因此適用于 建筑物的維修及加固。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之第一實(shí)施例無水泥堿活性粘合劑，包括含高爐礦 渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料之中一種以上的源材料及包括鈉材料 在內(nèi)的堿性無機(jī)材料。
在較佳實(shí)施例中，上述堿性無機(jī)材料包括硅酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、 液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中一種以上。
在較佳實(shí)施例中，上述鈉材料為Na或Na20。 在較佳實(shí)施例中，上述液體狀氫氧化鈉的摩爾濃度為8 16M。 在較佳實(shí)施例中，上述鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.14。 在較佳實(shí)施例中，若上述源材料為高爐礦渣，則上述鈉材料對(duì)源材
料的重量之比為0.038 0.088。
在較佳實(shí)施例中，若上述源材料為粉煤灰，則上述鈉材料對(duì)源材料
的重量之比為0.114 0.14。
在較佳實(shí)施例中，上述堿性無機(jī)材料中，還包括硅酸鉀、硫酸鈣及
硅酸二鈣之中一種以上。
在較佳實(shí)施例中，包含于上述源材料中的氧化鋁或二氧化硅，通過
與包含于上述堿性無機(jī)材料中的鈉材料的溶解及合成而硬化。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之第二實(shí)施例無水泥堿活性砂漿制備方法，混合包 括含高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料之中一種以上的源材料及 包括鈉材料在內(nèi)的堿性無機(jī)材料的堿活性粘合劑、水及沙子制備無水泥 堿活性砂漿。
在較佳實(shí)施例中，上述堿性無機(jī)材料包括硅酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、 液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中一種以上。
在較佳實(shí)施例中，上述鈉材料為Na或Na20。
在較佳實(shí)施例中，上述堿性無機(jī)材料中，還包括硅酸鉀、硫酸鈣及 硅酸二鈣之中一種以上。
在較佳實(shí)施例中，上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量之比為0,038
0.14。
在較佳實(shí)施例中，若上述源材料為高爐礦渣，則上述堿性無機(jī)材料 對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.088。
在較佳實(shí)施例中，若上述源材料為粉煤灰，則上述堿性材料對(duì)源材 料的重量之比為0.114 0.14。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之第三實(shí)施例無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法，在 包括高爐礦渣、包括鈉材料的堿性無機(jī)材料、氫氧化鈣、三聚氰胺減水 劑及硼酸鹽的無水泥堿活性粘合劑中，混合干沙及水。
在較佳實(shí)施例中，上述氫氧化鈣含上述高爐礦渣的5 10%重量比。
在較佳實(shí)施例中，上述鈉材料為Na或Na20。
在較佳實(shí)施例中，上述堿性無機(jī)材料為硅酸鈉，而在上述硅酸鈉中， 作為上述硅酸鈉鈉材料的Na20，包含上述高爐礦渣的6.4 9%重量比。
在較佳實(shí)施例中，上述三聚氰胺減水劑含上述高爐礦渣的0.5 2% 重量比。
上述本發(fā)明無水泥堿活性粘合劑，具有高初始強(qiáng)度及長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展、 低水化反應(yīng)熱、高抗藥性、高抗凍結(jié)及熔化性、高耐火性及低非彈性變 形等特點(diǎn)，不僅適用于一般建筑、海洋結(jié)構(gòu)物及耐火結(jié)構(gòu)物，而且還適 用于磚、塊及道路邊界石等混凝土衍生產(chǎn)品，因此，本發(fā)明無水泥堿活 性粘合劑，可廣泛有效地應(yīng)用于建筑恒業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。
6另外，根據(jù)本發(fā)明，可利用粘合劑替代現(xiàn)有普通波特蘭水泥，以解決工業(yè)廢料處理問題，從而不僅減少環(huán)境負(fù)擔(dān)，而且節(jié)約制備粘合劑所需能源，不排除二氧化碳，從而提供利于環(huán)保的無水泥堿活性粘合劑。
另外，根據(jù)本發(fā)明，因不像制備現(xiàn)有波特蘭水泥時(shí)那樣產(chǎn)生二氧化碳，從而提供利于環(huán)保的制備方法，而且因減活性粘合劑使用高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料，從而制備可減少環(huán)境負(fù)擔(dān)，節(jié)約制備減活性粘合劑所消耗的能源的無水泥減活性砂漿。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可制備具有高初始強(qiáng)度及長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展、低水化反應(yīng)熱、高抗藥性、高抗凍結(jié)及熔化性、高耐火性及低非彈性變形等特點(diǎn)的無水泥減活性砂漿。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可不使用水泥制備無水泥強(qiáng)化減活性砂漿。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可通過使用作為工業(yè)廢料的高爐礦渣，制備利于環(huán)保的無水泥強(qiáng)化減活性砂漿。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可制備因初始流動(dòng)量高，但隨時(shí)間的流動(dòng)性損失小，且抗壓強(qiáng)度小，因此適用于建筑物的維修及加固的無水泥強(qiáng)化減活性砂漿。


圖1及圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑照片；圖3及圖4為表示使用本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑的砂漿流動(dòng)性曲線圖5至圖8為根據(jù)鈉材料和源材料的重量比，表示使用本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑的砂漿的28天抗壓強(qiáng)度和不同熟化時(shí)間抗壓強(qiáng)度發(fā)展的曲線圖9及圖IO為表示使用本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑的砂漿的干燥收縮變形情況的曲線圖11至圖13為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法制備而成的無水泥減活性砂槳照片；
圖14及圖15為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法
7制備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)水對(duì)減活性粘合劑之比的流動(dòng) 性及根據(jù)沙子對(duì)減活性粘合劑之比的流動(dòng)性的曲線圖16及圖17為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法 制備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)水對(duì)減活性粘合劑之比的28天 抗壓強(qiáng)度及根據(jù)沙子對(duì)減活性粘合劑之比的28天抗壓強(qiáng)度的曲線圖18為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制備而成的無水泥強(qiáng)化減活性 砂漿初始流動(dòng)量的曲線圖19為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制備而成的無水泥強(qiáng)化減活性 砂漿流動(dòng)性損失的曲線圖20為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制備而成的無水泥強(qiáng)化減活性 砂漿抗壓強(qiáng)度的曲線圖。
具體實(shí)施方式
[第一實(shí)施例]
本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑由源材料(Source material) 和堿性無機(jī)材料(Alkali mineral material)相混合而成。
此時(shí)，上述源材料包括高爐礦渣(Blast-Furnace Slag)、粉煤灰(Fly Ash)及偏高嶺土 (Mata-Kaolin)之中一種以上，而上述堿性無機(jī)材料包 括硅酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中一種 以上。
此時(shí)，本發(fā)明無水泥減活性粘合劑，在構(gòu)成上述堿性無機(jī)材料的成 分中，鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.14，而上述鈉材料對(duì)源材 料的重量比決定本發(fā)明無水泥減活性粘合劑的流動(dòng)性、強(qiáng)度及干燥收縮 等力學(xué)特性。
此時(shí)，上述鈉材料包括Na或Na20等。另夕卜，在上述鈉材料對(duì)源材 料的重量比中，上述鈉材料的重量都換算成Na20的重量使用之。即，在 上述作為堿性無機(jī)材料的硅酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、液體狀水玻璃及液 體狀氫氧化鈉中，上述鈉材料可以Na或Na20的形式存在，但是將這些 都轉(zhuǎn)換成Na20的重量。因此，在本發(fā)明中，若鈉材料以Na20的形式存在，則直接使用其重量，但若以其他形式存在，則將鈉材料的重量轉(zhuǎn)換
成Na20的重量之后使用之。
因此，為獲得所需強(qiáng)度的無水泥減活性粘合劑，在混合上述源材料 和堿性無機(jī)材料時(shí)，可通過確定上述堿性無機(jī)材料的重量，調(diào)節(jié)上述鈉 材料對(duì)源材料的重量比。
此時(shí)，若上述源材料為高爐礦渣，則通過調(diào)整上述堿性無機(jī)材料的
量，使上述鈉材料對(duì)源材料的重量比處于0.038 0.088范圍之內(nèi)。
另外，若上述源材料為粉煤灰或偏高嶺土，則通過調(diào)整上述堿性無 機(jī)材料的量，使上述鈉材料對(duì)源材料的重量比處于0.088 0.14范圍之內(nèi)。 若混合于上述無水泥減活性粘合劑的堿性無機(jī)材料中包含上述液體 狀氫氧化鈉，則使用8 16M的氫氧化鈉溶液。
如下述化學(xué)式1所示，本發(fā)明無水泥減活性粘合劑，混合含高爐礦 渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料之中一種以上的源材料，及含硅酸鈉、 粉末狀氫氧化鈉、液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中 一種以上的堿性 無機(jī)材料制備而成，而在包含于上述無水泥減活性粘合劑的源材料中， 氧化鋁或二氧化硅通過與上述堿性無機(jī)材料中的鈉或鉀溶解及合成，使 本發(fā)明無水泥減活性粘合劑硬化。
化學(xué)式1_
<formula>formula see original document page 9</formula>
(此時(shí)，可選擇上述NaOH或KOH中的任何一種以上混合。)
圖1及圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑照片。
如圖1及圖2所示，其中圖1是源材料為高爐礦渣，而堿性無機(jī)材 料為硅酸鈉、氫氧化鈉及硫酸鈣混合物的無水泥減活性粘合劑照片；而 圖2是源材料為粉煤灰，而堿性無機(jī)材料為硅酸鈉、氫氧化鈉及硫酸鈣 混合物的無水泥減活性粘合劑照片。
此時(shí)，上述如圖l及圖2所示的無水泥減活性粘合劑，根據(jù)鈉材料 對(duì)源材料的重量比的不同，其比重為2.2 2.9，其比表面積為4000g/cm2。
圖3及圖4為表示使用本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑的砂漿流動(dòng)性曲線圖。
此時(shí)，之后的"GGBS"表示按一定大小磨細(xì)上述高爐礦渣的粉末，是
指高爐礦渣細(xì)粉(Ground Granulated Blast Furnace Slag)。
此時(shí)，之后的砂漿是指，按水-無水泥減活性粘合劑之比(W/B)為 50%，沙子-源材料重量比(S/B)為3.0，骨料的最大直徑小于5mm的條 件制備而成的砂漿。
如圖3所示，利用源材料為高爐礦渣或粉煤灰，堿性無機(jī)材料為硅 酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中一種以上 的無水泥減活性粘合劑制備砂漿，并按照鈉材料對(duì)源材料的重量比測(cè)得 砂漿的流動(dòng)性并示于曲線圖中。
從如圖3的曲線圖可知，當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比約為0.015時(shí)， 若源材料各為高爐礦渣及粉煤灰，則初始流動(dòng)量各約170mm及180mm; 而當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比約為0.06時(shí)，若源材料各為高爐礦渣及粉 煤灰，則初始流動(dòng)量各約200mm及180mm。
另外，當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比增加至約為0.015過程中，若源 材料各為高爐礦渣，則初始流動(dòng)量逐漸減少并到一定重量比(約0.11) 之后，初始流動(dòng)量明顯降低。而若源材料為粉煤灰，則初始流動(dòng)量逐漸 增加并到一定重量比(約0.0S)之后，將維持一定的初始流動(dòng)量。
另外，若源材料為粉煤灰，則與鈉材料對(duì)源材料的重量比無關(guān)，其 初始流動(dòng)量大于現(xiàn)有波特蘭水泥的初始流動(dòng)量；而若源材料為高爐礦渣， 則當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比小于0.06時(shí)，其初始流動(dòng)量大于現(xiàn)有波特 蘭水泥的初始流動(dòng)量。
從如圖4的曲線圖可知，當(dāng)鈉材料對(duì)源材料(此時(shí)，源材料為高爐 礦渣及粉煤灰)的重量比各為0.015及0.035時(shí)，隨Si02對(duì)鈉材料的重量 比變化的初始流動(dòng)量，受氫氧化鈉使用量的影響。
艮P，總體而言，給鈉材料的量產(chǎn)生影響的氫氧化鈉的量越少，初始 流動(dòng)量越高。
因此，使用本發(fā)明無水泥減活性粘合劑的砂漿，具備可適用于作業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)以上的初始流動(dòng)量。圖5至圖8為根據(jù)鈉材料和源材料的重量比，表示使用本發(fā)明第一
實(shí)施例無水泥減活性粘合劑的砂漿的28天抗壓強(qiáng)度和不同熟化時(shí)間抗壓
強(qiáng)度發(fā)展的曲線圖。
如圖5所示，隨鈉材料對(duì)源材料(此時(shí)，源材料為粉煤灰)重量比
的增加，28天抗壓強(qiáng)度也逐漸增加；而若源材料為高爐礦渣，則鈉材料
對(duì)源材料的重量之比為0.03795，即約0.038時(shí)，也表現(xiàn)出約20MPa的抗
壓強(qiáng)度。
如圖6所示，隨鈉材料對(duì)源材料(此時(shí)，源材料為粉煤灰)重量比 的增加，28天抗壓強(qiáng)度呈逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比 小于0.08855，即小于0.088時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度小于lMPa;而當(dāng)大于0.088 時(shí)，抗壓強(qiáng)度為4MPa以上。
如圖7所示，當(dāng)源材料為高爐礦渣時(shí)，根據(jù)鈉材料對(duì)源材料的重量 比的不同熟化時(shí)間抗壓強(qiáng)度，當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比約為0.038時(shí)， 稍低于現(xiàn)有波特蘭水泥的抗壓強(qiáng)度，而當(dāng)重量之比為0.06325以上，即約 0.063以上時(shí)，反而使用本發(fā)明無水泥減活性粘合劑的砂漿的抗壓強(qiáng)度更 高。不僅如此，較之使用現(xiàn)有波特蘭水泥的砂漿，其長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展也更 好。
如圖8所示，當(dāng)源材料為粉煤灰時(shí)，根據(jù)鈉材料對(duì)源材料的重量比 的不同熟化時(shí)間抗壓強(qiáng)度，到56天之后發(fā)展良好。而雖然當(dāng)鈉材料比源 材料的重量比小時(shí)起抗壓強(qiáng)度低，但當(dāng)重量之比為0.11385，即約0.114 時(shí)，抗壓強(qiáng)度為16MPa (91天強(qiáng)度)，當(dāng)重量之比為0.13915，即約0.14 時(shí)，抗壓強(qiáng)度為18MPa (91天強(qiáng)度)。因此具有不低于現(xiàn)有不特蘭水泥 的抗壓強(qiáng)度，充分適用于建筑現(xiàn)場(chǎng)。
因此，綜合上述圖5至圖8所示的內(nèi)容如下本發(fā)明無水泥減活性 粘合劑，當(dāng)源材料為高爐礦渣時(shí)，當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比大于約0.038 以上，則使用本發(fā)明無水泥減活性粘合劑的砂漿的抗壓強(qiáng)度達(dá)到20MPa 以上，從而獲得作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需砂漿的抗壓強(qiáng)度；而當(dāng)源材料為粉煤灰時(shí)， 當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比大于約0.114以上，則使用本發(fā)明無水泥減活 性粘合劑的砂漿的抗壓強(qiáng)度達(dá)到16MPa以上，而這較之作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所用結(jié)構(gòu)砂漿的抗壓強(qiáng)度(20 30MPa)稍低或稍高，可完全適用于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
此時(shí)，因隨鈉材料對(duì)源材料的重量比的增加，堿性無機(jī)材料的量也 增加，因此若源材料為高爐礦渣，則鈉材料對(duì)源材料的重量比小于0.088 為宜。另外，當(dāng)源材料為粉煤灰時(shí)，鈉材料對(duì)源材料的重量比小于0.14 為宜。這是因?yàn)殡S上述鈉材料對(duì)源材料的重量比的增加，不僅降低初始 流動(dòng)量，而且因上述鈉材料等堿性無機(jī)材料的價(jià)格高，因此隨其使用量 的增加，也將增加本發(fā)明無水泥減活性粘合劑的成本。
圖9及圖10為表示使用本發(fā)明第一實(shí)施例無水泥減活性粘合劑的砂 漿的干燥收縮變形情況的曲線圖。
如圖9所示，源材料為高爐礦渣的減活性砂漿的干燥收縮變形率， 當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量比小于0.139，即小于約0.14時(shí)，熟化時(shí)間14 天之后，小于使用普通波特蘭水泥的砂漿的干燥收縮變形率。此時(shí)，使 用高爐礦渣的減活性砂漿的極限干燥收縮變形率小于約-900xl0—6。
如圖10所示，源材料為粉煤灰的減活性砂漿的干燥收縮變形率，當(dāng) 鈉材料對(duì)源材料的重量比小于0.114時(shí)，熟化時(shí)間14天之后，小于使用 普通波特蘭水泥的砂漿的干燥收縮變形率，而當(dāng)鈉材料對(duì)源材料的重量 之比為0.139，即約0.14禾卩0.164時(shí)，也具有與普通波特蘭水泥山江類似 的干燥收縮變形率。此時(shí)，使用粉煤灰的減活性砂槳的極限干燥收縮變 形率也小于約-900xl(T6。
因此，本發(fā)明無水泥減活性粘合劑，包括含高爐礦渣、粉煤灰及偏 高嶺土等工業(yè)廢料之中一種以上的源材料，及含硅酸鈉、粉末狀氫氧化 鈉、液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中一種以上的堿性無機(jī)材料，而 作為上述源材料及堿性無機(jī)材料混合物的無水泥減活性粘合劑中，構(gòu)成 上述堿性無機(jī)材料的鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.14為宜。
此時(shí)，若上述源材料為高爐礦渣，則考慮到初始流動(dòng)量及抗壓強(qiáng)度 等，適用于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的無水泥減活性粘合劑的上述鈉材料對(duì)源材料的重 量之比為0.038 0.088為宜；而若上述源材料為粉煤灰，無水泥減活性 粘合劑的上述鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.114 0.14。
上述實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)
12當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改、變形或者等同替換，而不脫離本發(fā)明 的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。 [第二實(shí)施例]
本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥堿活性砂漿制備方法，混合包括含高爐礦
渣(Blast-fUrnaceslag)、粉煤灰(Fly ash)及偏高嶺土 (Mata-kaolin)等 工業(yè)廢料之中一種以上的源材料，及包括鈉材料在內(nèi)的堿性無機(jī)材料的 堿活性粘合劑、水及沙子制備無水泥堿活性砂漿。
此時(shí)，包括鈉材料在內(nèi)的堿性無機(jī)材料，包括硅酸鈉、粉末狀氫氧 化鈉、液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中一種以上。
此時(shí)，上述堿性無機(jī)材料，可包括硅酸鉀、硫磺鈣及硅酸二鈣之中 一種以上。而在以后制備減活性砂漿時(shí)，也為提高流動(dòng)性，抑制干燥收 縮而包括上述硅酸鉀、硫酸鈣及硅酸二鈣。
在上述減活性粘合劑中，上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量之比為 0.038 0.14，堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量比決定減活性粘合劑的流動(dòng) 性、強(qiáng)度及干燥收縮等力學(xué)特性，而上述減活性粘合劑的力學(xué)特性進(jìn)而 決定通過本發(fā)明無水泥減活性砂漿制備方法制備而成的無水泥減活性砂 漿的力學(xué)特性。
此時(shí)，上述包括堿性無機(jī)材料在內(nèi)的堿性無機(jī)材料包括Na或Na20 等。在上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量比中，上述堿性無機(jī)材料的重 量都換算成Na20的重量使用之。即，在上述作為堿性無機(jī)材料的硅酸鈉、 粉末狀氫氧化鈉、液體狀水玻璃及液體狀氫氧化鈉中，包括Na或Na2(3， 但將上述成分中的Na的重量換算成Na20的重量使用之。
此時(shí)，若上述源材料為高爐礦渣，則通過調(diào)整上述堿性無機(jī)材料的 量，使上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量比處于0.038 0.088范圍之內(nèi)。
另外，若上述源材料為粉煤灰或偏高嶺土，則通過調(diào)整上述堿性無 機(jī)材料的量，使上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量比處于0.088 0.14范 圍之內(nèi)。
此時(shí)，若混合于上述減活性粘合劑的堿性無機(jī)材料中包含上述液體 狀氫氧化鈉，則使用8 16M的氫氧化鈉溶液。
13在上述減活性粘合劑中，將高爐礦渣作為源材料的減活性粘合劑，
可通過與水的反應(yīng)生成CSH gel，而將粉煤灰及偏高嶺土作為源材料的減 活性粘合劑，在與水的反應(yīng)中不生成CSHgd。不僅如此，源材料在堿性 環(huán)境的與水的反應(yīng)中，將氧化鋁置換為二氧化硅。因此，最終減活性粘 合劑，可根據(jù)所需強(qiáng)度制作成必要的堿性質(zhì)量系數(shù)。
此時(shí)，上述堿性質(zhì)量系數(shù)(Qa)可通過如下式計(jì)算出來
1
在此，上述B表示所使用的原材料和堿性無機(jī)材料的全部重量。
本發(fā)明無水泥減活性砂漿制備方法，在混合上述減活性粘合劑、沙 子及水制備無水泥減活性砂漿時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)上述源材料、包括堿性無機(jī) 材料的減活性粘合劑、沙子及水的量，以滿足如下數(shù)學(xué)式1至數(shù)學(xué)式3。
下述數(shù)學(xué)式1，利用堿性質(zhì)量系數(shù)(QA)、水-減活性粘合劑之比 (W/B)、源材料的比表面積對(duì)源材料的基本比表面積之比(SA/SA0)(此 時(shí)，上述源材料的基本表面積為4000cm2/g)、沙子-減活性粘合劑之比 (S/B)及基本流量(F0)(此時(shí)，上述基本流量為100mm)，計(jì)算出初始 流量(Fi)。
數(shù)學(xué)式l
<formula>formula see original document page 14</formula>
因此，若決定無水泥減活性砂漿所需初始流量，可在考慮下述數(shù)學(xué)
式2及數(shù)學(xué)式3的同時(shí)，決定上述數(shù)學(xué)式1所算出的包括上述源材料及 堿性無機(jī)材料的減活性粘合劑、沙子及水的重量比，而若按上述所決定 的重量比混合制備無水泥減活性砂漿，則可制備所需初始流動(dòng)量的無水 泥減活性砂漿。
另外，將通過下述數(shù)學(xué)式2或數(shù)學(xué)式3所獲得的28天抗壓強(qiáng)度或抗 壓強(qiáng)度發(fā)展模式中提取的各混合比代入上述數(shù)學(xué)式1進(jìn)行計(jì)算，則可獲 得相應(yīng)初始流動(dòng)量，從而可通過上述數(shù)學(xué)式1或數(shù)學(xué)式3的配合，獲得 初始流動(dòng)量。下述數(shù)學(xué)式2，利用堿性質(zhì)量系數(shù)(QA)、水-減活性粘合劑之比
(W/B)、源材料的比表面積對(duì)源材料的基本比表面積之比(SA/SAo)及 k為變量，計(jì)算出28天抗壓強(qiáng)度((fck) 28)。
數(shù)學(xué)式2_
^0.3 1.23 (D28-148 [-^-] *(試
此時(shí)，上述k,為沙子對(duì)堿性無機(jī)材料之比(S/A)的0.5或-0.5冪值， 當(dāng)沙子對(duì)堿性無機(jī)材料之比小于或等于2.5，則輸入以(S/A) "s計(jì)算的 值，而當(dāng)大于2.5，則輸入以(S/A)力H十算的值。
此時(shí)，上述(fek) o為表示基本抗壓強(qiáng)度的變量，為10MPa。
因此，若決定無水泥減活性砂漿所需28天抗壓強(qiáng)度值，可在考慮上 述數(shù)學(xué)式1及下述數(shù)學(xué)式3的同時(shí)，決定上述數(shù)學(xué)式1所算出的包括上 述源材料及堿性無機(jī)材料的減活性粘合劑、沙子及水的重量比，而若按 上述所決定的重量比混合制備無水泥減活性砂漿，則可制備所需28天抗 壓強(qiáng)度值的無水泥減活性砂漿。
另外，將通過上述數(shù)學(xué)式1或下述數(shù)學(xué)式3所獲得的初始流動(dòng)量或 抗壓強(qiáng)度發(fā)展模式中提取的各混合比代入上述數(shù)學(xué)式2進(jìn)行計(jì)算，則可 獲得相應(yīng)28天抗壓強(qiáng)度，從而可通過上述數(shù)學(xué)式1或下述數(shù)學(xué)式3的配 合，獲得28天抗壓強(qiáng)度。
下述數(shù)學(xué)式3，利用堿性質(zhì)量系數(shù)(QA)、水-減活性粘合劑之比(W/B)、 源材料的比表面積對(duì)源材料的基本比表面積之比(SA/SAo)及k為變量， 計(jì)算出抗壓強(qiáng)度發(fā)展模式(即，根據(jù)熟化時(shí)間的抗壓強(qiáng)度fek (t))。
數(shù)學(xué)式3
此時(shí)，上述A,為
2 f) 1 0.67
0.39 [____ 、丄.—]
(1 + &/&。廣*^
15上述B!為:
<formula>formula see original document page 16</formula>
此時(shí)，上述k2，當(dāng)沙子對(duì)堿性無機(jī)材料之比(S/A)小于或等于2.5，
則輸入以(l+S/A)"計(jì)算的值，而當(dāng)大于2.5，則輸入以(l+S/A) -05
計(jì)算的值。
因此，若決定無水泥減活性砂漿的抗壓強(qiáng)度發(fā)展模式，可在考慮上 述數(shù)學(xué)式1及數(shù)學(xué)式2的同時(shí)，決定上述數(shù)學(xué)式3所算出的包括上述源 材料及堿性無機(jī)材料的減活性粘合劑、沙子及水的重量比，而若按上述 所決定的重量比混合制備無水泥減活性砂漿，則可制備所需抗壓強(qiáng)度發(fā) 展模式的無水泥減活性砂漿。
另外，將通過上述數(shù)學(xué)式1或數(shù)學(xué)式2所獲得的初始流動(dòng)量或28天 抗壓強(qiáng)度中提取的各混合比代入上述數(shù)學(xué)式3進(jìn)行計(jì)算，則可獲得相應(yīng) 抗壓強(qiáng)度發(fā)展模式，從而可通過上述數(shù)學(xué)式1或數(shù)學(xué)式2的配合，獲得 抗壓強(qiáng)度發(fā)展模式。
圖11至圖13為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法 制備而成的無水泥減活性砂漿照片。
如圖11至圖13所示，上述圖11至圖13的照片為根據(jù)本發(fā)明最佳 混合比例混合而成的無水泥減活性砂漿照片，其中，上述圖ll表示水對(duì) 堿活性粘合劑的之比為50%，沙子對(duì)減活性粘合劑之比為3.0的同時(shí)，上 述減活性粘合劑的源材料為高爐礦渣的無水泥減活性砂漿；上述圖12表 示水對(duì)堿活性粘合劑的之比為50%，沙子對(duì)減活性粘合劑之比為3.0的同 時(shí)，上述減活性粘合劑的源材料為粉煤灰的無水泥減活性砂漿；上述圖 13表示水對(duì)堿活性粘合劑的之比為40%，沙子對(duì)減活性粘合劑之比為1.0 的同時(shí)，上述減活性粘合劑的源材料為高爐礦渣的無水泥減活性砂漿。
圖14及圖15為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法 制備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)水對(duì)減活性粘合劑之比的流動(dòng) 性及根據(jù)沙子對(duì)減活性粘合劑之比的流動(dòng)性的曲線圖。
如圖14所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法制備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)水對(duì)減活性粘合劑之比的流動(dòng)性 的曲線圖，而隨水對(duì)減活性粘合劑之比的增加，流動(dòng)量也隨之增加。
如圖15所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法制 備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)沙子對(duì)減活性粘合劑之比的流動(dòng) 性的曲線圖，而隨水對(duì)減活性粘合劑之比的增加，流動(dòng)量將減少。
因此，從圖14及圖15的曲線圖可知，隨水對(duì)減活性粘合劑之比的 增加，流動(dòng)量隨之增加；而隨水對(duì)減活性粘合劑之比的增加，流動(dòng)量將 減少。
圖16及圖17為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法 制備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)水對(duì)減活性粘合劑之比的28天 抗壓強(qiáng)度及根據(jù)沙子對(duì)減活性粘合劑之比的28天抗壓強(qiáng)度的曲線圖。
如圖16所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法制 備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)水對(duì)減活性粘合劑之比的28天抗 壓強(qiáng)度的曲線圖，而隨水的比例增加，減活性粘合劑比例降低，抗壓強(qiáng) 度將下降。
如圖17所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例無水泥減活性砂漿制備方法制 備而成的無水泥減活性砂中，表示根據(jù)沙子對(duì)減活性粘合劑之比的28天 抗壓強(qiáng)度的曲線圖，當(dāng)沙子對(duì)減活性粘合劑之比為2.5時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大； 而當(dāng)沙子對(duì)減活性粘合劑之比大于2.5時(shí)，隨沙子對(duì)減活性粘合劑之比的 增加，抗壓強(qiáng)度將下降。
因此，從圖16及圖17的曲線圖可知，隨水對(duì)減活性粘合劑之比的 增加，28天抗壓強(qiáng)度將下降；而直到沙子對(duì)減活性粘合劑之比達(dá)到2.5 位置，隨沙子對(duì)減活性粘合劑之比的增加，28天抗壓強(qiáng)度也隨之增加。
本發(fā)明第三實(shí)施例無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法，在包括高爐礦 渣、包括鈉材料的堿性無機(jī)材料、氫氧化鈣、三聚氰胺減水劑及硼酸鹽 的無水泥堿活性粘合劑中，混合干沙及水。
另外，上述干沙選用最大直徑為5mm的干沙，且混合相對(duì)于上述無 水泥減活性粘合劑的2.5重量比。另外，上述水混合相對(duì)于上述無水泥減活性粘合劑的0.55重量比。
上述高爐礦渣為用作上述無水泥減活性粘合劑的主要原料，為從鐵 礦石提煉生鐵時(shí)所產(chǎn)生的礦渣。
艮口，本發(fā)明第三實(shí)施例無水泥強(qiáng)化減活性砂漿，因回收利用工業(yè)廢 料，利于環(huán)保，且無需使用水泥即可制備而成。
添加上述堿性無機(jī)材料的目的是，決定由上述無水泥減活性粘合劑 制備而成的砂漿的流動(dòng)性、強(qiáng)度及干燥收縮等力學(xué)特性。
另外，上述堿性無機(jī)材料包括Na或Na20，而在本發(fā)明一實(shí)施例中，
選用硅酸鈉。
但是，上述堿性無機(jī)材料，只要包括Na或Na20等鈉材料，可選用 任何材料。
例如，上述堿性無機(jī)材料可選用粉末狀或液體狀的氫氧化鈉或液體 狀的水玻璃。
另外，上述硅酸鈉混合包含于上述硅酸鈉的鈉材料Na或Na20為相 對(duì)于上述高爐礦渣質(zhì)量的6.4 9%。
艮口，上述堿性無機(jī)材料可以Na或Na20的形式存在，但是將這些都 轉(zhuǎn)換成Na20的重量。因此，在本發(fā)明中，若鈉材料以Na20的形式存在， 則直接使用其重量，但若以其他形式存在，則將鈉材料的重量轉(zhuǎn)換成Na20 的重量之后使用之，而Na20的重量為上述高爐礦渣重量的6.4 9%重量 比。
添加上述氫氧化鈣的目的是，決定本發(fā)明一實(shí)施例無水泥強(qiáng)化減活 性砂漿的硬化特性，總量為上述高爐礦渣重量的5 10%重量比，可延緩 硬化速度。
添加上述硼酸鹽的目的是，提高砂漿流動(dòng)性，降低抗壓強(qiáng)度，而其 重量為上述高爐礦渣重量的1 5%重量比。
上述三聚氰胺減水劑的重量為上述高爐礦渣重量的0.5 2%重量比， 起到提高砂漿的可使用性(workability).
圖18為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制備而成的無水泥強(qiáng)化減活性 砂漿初始流動(dòng)量的曲線圖。從圖18可知，若不添加硼酸鹽，砂漿的坍落流動(dòng)度(slump flow) 為118mm，而當(dāng)添加1%的硼酸鹽之后，其坍落流動(dòng)度為165mm，表明 流動(dòng)性增加。
艮P，本發(fā)明第三實(shí)施例砂漿，因其初始流動(dòng)性大，可填充于建筑物 開裂的裂縫等，特別適合于建筑的維修。
圖19為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制備而成的無水泥強(qiáng)化減活性 砂漿流動(dòng)性損失的曲線圖。
如圖19所示，添加1 2%硼酸鹽時(shí)，30分鐘之后的坍落流動(dòng)度各 為約180mm及205mm，較之初始流動(dòng)量的165mm有所提高。
但是，未添加的硼酸鹽的砂漿，初始流動(dòng)量約為118mm，但經(jīng)過30 分鐘之后，反倒快速減少為103mm而硬化。
艮P，本發(fā)明第三實(shí)施例無水泥強(qiáng)化減活性砂漿，因其流動(dòng)性損失較 低，因此適合于作為加固砂漿所用。
圖20為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制備而成的無水泥強(qiáng)化減活性 砂漿抗壓強(qiáng)度的曲線圖。
如圖20所示，若為未添加硼酸鹽的砂漿，1天的抗壓強(qiáng)度為7.5MPa， 但若為添加2%硼酸鹽的砂漿，其抗壓強(qiáng)度為2.5MPa，抗壓強(qiáng)度有所降低。
另外，3天和7天的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果為，添加2%硼酸鹽的砂漿較 之未添加硼酸鹽的砂漿，其抗壓強(qiáng)度降低約7MPa及約5MPa。
艮P，本發(fā)明由第三實(shí)施例無水泥減活性粘合劑制備而成的砂漿，因 其抗壓強(qiáng)度較低，因此在修補(bǔ)建筑物裂縫時(shí)，可更柔和地硬化。
如上所述，結(jié)合所述說明及附圖對(duì)本發(fā)明構(gòu)成及原理進(jìn)行了說明， 但這只是示例性說明，可在不脫離本發(fā)明技術(shù)思想及范圍的前提下，對(duì) 其進(jìn)行各種變換及修改。
工業(yè)使用性
本發(fā)明提供可提供利于環(huán)保，而且其性能優(yōu)良的無水泥堿活性粘合 劑，利用所述無水泥堿活性粘合劑的砂漿制備方法及無水泥強(qiáng)化堿活性 砂漿制備方法，從而適用于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
權(quán)利要求
1、一種無水泥堿活性粘合劑，其特征在于，包括含高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料之中一種以上的源材料，及包括鈉材料的堿性無機(jī)材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在于 上述堿性無機(jī)材料包括硅酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、液體狀水玻璃及液體 狀氫氧化鈉之中的一種以上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在于上述鈉材料為Na或Na20。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在于 上述液體狀氫氧化鈉的摩爾濃度為8 16M。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在 于上述鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.14。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在于若 上述源材料為高爐礦渣，則上述鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.088。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在于若 上述源材料為粉煤灰，則上述鈉材料對(duì)源材料的重量之比為0.114 0.14。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在 于上述堿性無機(jī)材料中，還包括硅酸鉀、硫酸鈣及硅酸二鈣之中的一 種以上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無水泥減活性粘合劑，其特征在 于-包含于上述源材料中的氧化鋁或二氧化硅，通過與包含于上述堿性 無機(jī)材料中的鈉材料的溶解及合成而硬化。
10、 一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特征在于混合包括含高 爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料中的一種以上的源材料，及包括 鈉材料在內(nèi)的堿性無機(jī)材料的堿活性粘合劑、水及沙子制備無水泥堿活 性砂漿。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特征在于上述堿性無機(jī)材料包括硅酸鈉、粉末狀氫氧化鈉、液體狀 水玻璃及液體狀氫氧化鈉之中的一種以上。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特征在于上述鈉材料為Na或Na20。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特 征在于上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.14。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特 征在于上述減活性粘合劑中堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量比為0.038 0駕。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特 征在于若上述源材料為高爐礦渣，則上述堿性無機(jī)材料對(duì)源材料的重量之比為0.038 0.088。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種無水泥堿活性砂漿制備方法，其特征在于若上述源材料為粉煤灰，則上述堿性材料對(duì)源材料的重量之比為0.114 0.14。
17、 一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法，奇特正在于在包括高爐礦渣、包括鈉材料的堿性無機(jī)材料、氫氧化鈣、三聚氰胺減水劑及硼 酸鹽的無水泥堿活性粘合劑中，混合干沙及水。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法，其特征在于上述硼酸鹽含上述高爐礦渣的1 5%重量比。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備 方法，其特征在于上述氫氧化鈣含上述高爐礦渣的5 1.0%重量比。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法， 其特征在于上述鈉材料為Na或Na20。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法， 其特征在于上述堿性無機(jī)材料為硅酸鈉，而在上述硅酸鈉中，作為上 述硅酸鈉鈉材料的Na20，包含上述高爐礦渣的6.4 9%重量比。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的一種無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法， 其特征在于上述三聚氰胺減水劑含上述高爐礦渣的0.5 2%重量比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在高爐礦渣、粉煤灰及偏高嶺土等工業(yè)廢料中適當(dāng)添加堿性無機(jī)材料制作而成的無水泥堿活性粘合劑，利用所述無水泥堿活性粘合劑的砂漿制備方法及無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法，尤其是一種可大幅減少現(xiàn)有波特蘭水泥中存在的二氧化碳排出問題，利于環(huán)保，而且其性能優(yōu)良的一種無水泥堿活性粘合劑，利用所述無水泥堿活性粘合劑的砂漿制備方法及無水泥強(qiáng)化堿活性砂漿制備方法。
文檔編號(hào)C04B18/04GK101687704SQ200880022617
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者宋晉圭, 李康碩, 梁根赫 申請(qǐng)人:全南大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)