包括添加劑的地質(zhì)聚合物組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物W及包括所述地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合 物的地質(zhì)聚合物粘結(jié)劑組合物、地質(zhì)聚合物漿料組合物和地質(zhì)聚合物混凝±組合物。本發(fā) 明進(jìn)一步設(shè)及一種基于地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物的地質(zhì)聚合物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地質(zhì)聚合物混凝±的生產(chǎn)，即制作人造石頭，是具有希望和潛力的生產(chǎn)新型建筑 材料的可持續(xù)技術(shù)。地質(zhì)聚合物組合物可W部分替代對(duì)目前使用的傳統(tǒng)建筑材料（例如水 泥砂漿、水泥混凝±、漸青）的需求。替代傳統(tǒng)的建筑材料具有環(huán)境和可持續(xù)上的優(yōu)點(diǎn)，因 為廢礦可W用作地質(zhì)聚合物生產(chǎn)中的二級(jí)原材料。
[0003] 地質(zhì)聚合物典型地通過堿液與地質(zhì)基原材料反應(yīng)而生成。由該材料得到的反應(yīng)產(chǎn) 物可W用于粘結(jié)骨料，生成混凝±。地質(zhì)基原材料，即礦物，優(yōu)選含有大量的侶、娃、巧和鐵。 由于混合物的高度堿性，固體礦物溶解形成侶、娃、巧和鐵的單聚物。當(dāng)與地質(zhì)聚合物激發(fā) 劑組合物接觸并與骨料結(jié)合時(shí)，該些單聚物將開始形成聚合的網(wǎng)絡(luò)，共價(jià)鍵合的網(wǎng)絡(luò)隨著 時(shí)間不斷生長(zhǎng)，形成可能比水泥更加穩(wěn)定的、基于晶體結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的混凝±。
[0004] 地質(zhì)聚合物組合物的生產(chǎn)成本高昂且通常施工性差。一個(gè)重要的缺點(diǎn)是需要高溫 來(lái)引發(fā)地質(zhì)聚合反應(yīng)進(jìn)程，該對(duì)提高地質(zhì)聚合物材料的抗壓強(qiáng)度是很重要的。此外，另一個(gè) 缺點(diǎn)是需要過量的堿性成分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種能夠在在環(huán)境溫度下固化、同時(shí)具有足夠強(qiáng)度、并且相 對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)方法成本更低的地質(zhì)聚合物混凝±或漿料的組合物。
[0006] 為此目的本發(fā)明提供一種包括摩爾濃度大于約1. 0M的堿性激發(fā)劑、摩爾濃度范 圍在約0. 001~0. 2M的添加劑的地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物，其中添加劑選自糖類及糖類衍 生物和/或有機(jī)酸及有機(jī)酸鹽。此處所用的詞語(yǔ)"約"意在包含特別是在標(biāo)示值的10%之 內(nèi)的值。
[0007] 基于地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物而制備的地質(zhì)聚合物漿料和/或混凝±組合物表 現(xiàn)出令人滿意的強(qiáng)度水平，尤其是允許其在環(huán)境溫度下固化時(shí)的抗壓強(qiáng)度，即不需要額外 的加熱。在一段時(shí)期內(nèi)，額外的加熱在現(xiàn)有技術(shù)中是常見的。
[0008] 此處所用的詞語(yǔ)"環(huán)境溫度"是指"周圍環(huán)境的溫度"。由于本發(fā)明的地質(zhì)聚合物 組合物用在建筑物材料或類似材料的構(gòu)建中，"周圍的溫度"等于外部溫度（即大氣溫度）。
[0009] 出人意外地，本發(fā)明的地質(zhì)聚合物混凝±或漿料組合物可W在低于5°c的溫度下 固化。固化溫度甚至可W低于〇°C，例如約-5°c、約-10°c或甚至約-15°c。當(dāng)在低于5°C的 溫度下固化時(shí)，目前可得到的漿料或混凝±組合物不能提供足夠的強(qiáng)度。優(yōu)選地，固化溫度 等于或高于約-5°C;更優(yōu)選地，該溫度在約5°C-50°C的范圍內(nèi)；甚至更優(yōu)選地，該溫度在約 10°C~30°C的范圍內(nèi)。
[0010] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種包括摩爾濃度大于約1.OM的堿性激發(fā)劑、 摩爾濃度范圍在約0. 001~0. 2M的添加劑的地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物，W及優(yōu)選地具有范 圍在約0. 01~約2. 0M的摩爾濃度的可溶性娃酸鹽，其中添加劑選自糖類及糖類衍生物和 /或有機(jī)酸及有機(jī)酸鹽。
[0011] 在本發(fā)明的另一方面，地質(zhì)聚合物組合物W包含細(xì)骨料的地質(zhì)聚合物漿料組合物 (例如砂漿）和地質(zhì)聚合物粘結(jié)劑組合物（即本發(fā)明的結(jié)合了礦物的地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組 合物，根據(jù)本發(fā)明，其中存在少量的添加劑）的形式提供。地質(zhì)聚合物漿料組合物的粘度 優(yōu)選地大于約25000CP。更優(yōu)選地，地質(zhì)聚合物漿料組合物的粘度大于約75000CP。最優(yōu)選 地，地質(zhì)聚合物漿料組合物的粘度大于約150000CP。本發(fā)明地質(zhì)聚合物組合物可W是粘度 無(wú)法測(cè)量的材料的形式，例如濕±材料或類似材料。
[0012] 此處所用的詞語(yǔ)"堿性激發(fā)劑"意在包括堿性碳酸氨鹽激發(fā)劑、堿性娃酸鹽激發(fā)劑 例如娃酸鋼和/或娃酸鐘，和/或堿性氨氧化物激發(fā)劑例如氨氧化鋼、氨氧化鐘和/或其他 堿±金屬氨氧化物或堿性溶液。適用于本發(fā)明的堿性激發(fā)劑是那些地質(zhì)聚合物混凝±生產(chǎn) 領(lǐng)域常用的堿性激發(fā)劑。由于堿性激發(fā)劑用在建筑材料中，應(yīng)當(dāng)理解堿性激發(fā)劑的使用可 能會(huì)危害環(huán)境，優(yōu)選地應(yīng)予W避免使用。
[0013] 在本發(fā)明的另一方面，地質(zhì)聚合物組合物W包含粗骨料的地質(zhì)聚合物混凝上組合 物W及地質(zhì)聚合物漿料組合物（即根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合了細(xì)骨料的地質(zhì)聚合物粘結(jié)劑組合 物）的形式提供。
[0014] 本發(fā)明中使用的骨料可W選自任一種用于制備漿料或混凝上的骨料。優(yōu)選地，骨 料選自粗骨料、細(xì)骨料和其他建筑中使用的材料，包括沙子、砂堿、碎石或回收的碎混凝± 和廢料。在本發(fā)明的地質(zhì)聚合物漿料組合物中，優(yōu)選使用細(xì)骨料。優(yōu)選地，粗骨料和細(xì)骨料 的混合物用在本發(fā)明的地質(zhì)聚合物混凝±組合物中。
[0015] 此處所用的詞語(yǔ)"粗骨料"是一種粒徑尺寸至少為4毫米（mm)的材料。此處所用 的詞語(yǔ)"細(xì)骨料"是一種粒徑尺寸小于4毫米（mm)的材料。
[0016] 本發(fā)明的礦物具有高含量（即至少30%m/m，優(yōu)選地至少40%m/m，最優(yōu)選至少 50%m/m)的侶、娃、巧、鐵或其組合物。優(yōu)選的礦物為粉煤灰、（磨成顆粒的）高爐爐渣、偏 高嶺±、工業(yè)爐確、工業(yè)焚燒灰炫、廢礦物、爛泥、泥±和其他火山灰材料。優(yōu)選地，本發(fā)明的 地質(zhì)聚合物漿料或混凝±組合物包括粉煤灰和（磨成顆粒的）高爐爐渣的組合。
[0017] 添加劑選自包括反應(yīng)活性絡(luò)合基團(tuán)如哲基和/或駿基基團(tuán)的絡(luò)合劑。絡(luò)合劑的反 應(yīng)活性基團(tuán)優(yōu)選適于在絡(luò)合劑與在本發(fā)明的地質(zhì)聚合物漿料或混凝±組合物中使用的礦 物之間形成共價(jià)連接。
[0018] 地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物的添加劑選自糖類及糖類衍生物和/或有機(jī)酸及有機(jī) 酸鹽。優(yōu)選的糖類為單糖例如葡萄糖、果糖和半乳糖，二糖例如庶糖、麥牙糖和乳糖，寡糖例 如糊精、麥芽糖糊精和淀粉，多聚糖例如纖維素、葡聚糖W及糖狀聚合物結(jié)構(gòu)。此外，也可W 使用包括糖類混合物的產(chǎn)物，例如糖蜜。另外，蜂蜜、水果汁和廢棄材料例如腐爛的水果， 也可構(gòu)成適于作為本發(fā)明地質(zhì)聚合物混合物中添加劑的糖類潛在來(lái)源。上面確定的糖類 衍生物可選自糖醇、天然糖的替代品例如山梨醇、乳糖醇、甘油、麥芽糖醇、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劑如阿司己甜、阿力甜（alitame)、甘 素（dulcin)、甜素（glucin)、甜蜜素（cyclamate)、糖精（saccharin)、庶糖素（Sucralose) 和醋酸鉛。優(yōu)選地，本發(fā)明的地質(zhì)聚合物漿料和混凝±組合物包括庶糖、果糖和/或乳糖， 可選為單糖、雙糖、多糖和/或寡糖的組合。
[0019] 優(yōu)選的有機(jī)酸為（己締類似物）駿酸，例如草酸、抗壞血酸、乳酸、尿酸、巧樣酸和 酒石酸。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包括無(wú)機(jī)酸的地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物并不會(huì)帶來(lái)適于制備地質(zhì)聚合物 組合物的地質(zhì)聚合物激發(fā)劑組合物。優(yōu)選地，本發(fā)明地質(zhì)聚合物混凝±包括酒石酸和/或 抗壞血酸。
[0020] 地質(zhì)聚合物漿料或混凝±組合物中使用的優(yōu)選的鹽可W是巧樣酸巧、巧樣酸鋼和 /或諸如葡萄糖酸鋼的糖鹽。在本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，地質(zhì)聚合物漿料或混凝±組 合物可W包括庶糖、果糖、乳糖、酒石酸、抗壞血酸、葡糖酸鋼W它們的組合。
[0021] 可能的添加劑的列表不限于上述提及的添加劑，其他糖類及其衍生和/或有機(jī)酸 及其鹽也可W用在本發(fā)明的地質(zhì)聚合物漿料或混凝上組合物中。
[0022] 上面確定的添加劑的使用降低了本發(fā)明的地質(zhì)聚合物漿料或混凝±組合物中所 需的堿性激發(fā)劑的濃度。此外，添加劑的使用提高了地質(zhì)聚合物漿料或混凝±組合物例如 28天的固化時(shí)間后的最終強(qiáng)度W及最終材料性質(zhì)。另外，地質(zhì)聚合物組合物的施工性也通 過使用本發(fā)明的添加劑組合物而得W提高。
[0023] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，W粘合劑、漿料或混凝±組合物形式的本發(fā)明的地質(zhì)聚合 物組合物包括含有粉煤灰和高爐爐確的礦物混合物。高爐爐確的主要成分是巧、娃和