用作包括提取硅酸鹽的雙組分回填灌漿的組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用作回填灌漿的多組分水泥組合物，基于該多組分組合物的硬化的水 泥制品的制造方法，以及含有高濃度硅酸鈉的硅酸鈉溶液作為用于水泥組合物的硬化劑的 用途。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 研磨的高爐礦渣是由鐵礦物或廢料出發(fā)生產(chǎn)鑄鐵的副產(chǎn)物。在這個(gè)過程中形成 液體爐渣并浮在熔融金屬上。高爐礦渣的主要成分為Ca0(30-50質(zhì)量-% )、Si02(28-38 質(zhì)量-% )、A1203 (8-24質(zhì)量-% )以及其它氧化物如MgO(通常1-18質(zhì)量-% )，其在超過 1900°C的溫度下與金屬分離。當(dāng)該副產(chǎn)物迅速冷卻時(shí)，獲得具有潛在水硬性的玻璃質(zhì)顆粒。
[0004] 粒狀高爐礦渣允許用作為根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN197-1的水泥組分，II型（波特蘭礦 渣水泥）和III型（高爐水泥），其有高達(dá)95%的理論礦渣含量。這種高的值與爐渣的潛 在水硬性及其在水泥混合物中的活性相關(guān)，其使得能夠生產(chǎn)用于特定應(yīng)用的混凝土，例如 其中要求高耐久性與低熱發(fā)展或較低的環(huán)境C02-排放（immisions)的應(yīng)用。
[0005] 具體地，EN197-1要求滿足以下條件：
[0006] (Ca0+Mg0)/Si02>l，Ca0+Mg0+Si02>67%，和玻璃體質(zhì)量大于 67%。
[0007] 礦渣活化需要添加選自堿、硫酸鹽、氧化鈣或基于氯離子的堿性鹽的活化劑。或 者，礦渣活化可以熱引發(fā)。用礦渣取代波特蘭水泥熟料的能力隨著礦渣活化水平而增加。
[0008] 在一般情況下，與高熟料含量的水泥相比，高爐渣含量的水泥的反應(yīng)性被認(rèn)為是 過于溫和。因此高爐渣含量是針對(duì)這樣的應(yīng)用，其中熟料的典型的高活性會(huì)導(dǎo)致最終水泥 制品過分地過熱。
[0009] 在一般情況下，希望具有高爐渣的水泥，其兼有良好的機(jī)械特性如特別高的抗壓 強(qiáng)度與快速固化。該性質(zhì)也會(huì)將高爐渣含量的水泥的應(yīng)用擴(kuò)展至當(dāng)前使用高熟料含量的水 泥的那些領(lǐng)域，以及擴(kuò)展至惡劣環(huán)境下的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，或者至大規(guī)模澆注的公路、鐵路或機(jī)場(chǎng) 建設(shè)或者用于沿海地區(qū)的澆注。
[0010] 在這方面，US2012/010331A1公開了包括高達(dá)95質(zhì)量％的量的具有細(xì)度為 300-13000cm2/g的高爐礦渣細(xì)顆粒的高爐爐渣和5至20份石膏的混凝土組合物。用堿性 刺激物如石灰、鈣或鈉的氫氧化物或波特蘭水泥硬化混凝土混合物，其中波特蘭水泥是優(yōu) 選的，因?yàn)楫?dāng)它與水接觸時(shí)逐漸生成氫氧化鈣。US2012/010331A1中所述的混凝土組合物 在7天之后顯不尚達(dá)19MPa的抗壓強(qiáng)度，且在28天固化完成之后顯不尚達(dá)約46Mpa的抗壓 強(qiáng)度。
[0011] US2012/234109A1描述了一種水硬性粘結(jié)劑，其包括粘結(jié)劑質(zhì)量的30%至90% 的研磨高爐礦渣，等于或大于粘結(jié)劑質(zhì)量的5 %的量的波特蘭水泥熟料和硫酸鹽如CaS04、 Na2S04、K2S04作為活化劑。用這種粘結(jié)劑/活化劑組合物制備的水泥組合物在2天之后顯 不尚達(dá)22MPa的抗壓強(qiáng)度。
[0012] 其中經(jīng)常采用高爐礦渣作為水硬性粘結(jié)劑的一個(gè)特殊的應(yīng)用領(lǐng)域是地質(zhì)聚合物 組合物。地質(zhì)聚合物的硬化基于形成三維鋁硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)。通常，地質(zhì)聚合物是從硅酸鹽前 體如硅酸鈉和鋁源如煅燒鋁礬土的混合物制成的。與水泥組合物相比，地質(zhì)聚合物通常不 含常規(guī)的水泥或氫氧化鈣（熟石灰）。
[0013] 地質(zhì)聚合物組合物已例如描述在W0 2010/079414A2中，其中所述組合物包含研 磨方解石、cotswood石和高爐礦渣作為主要成分。如上所解釋的，這些組合物包含硅酸鈉 作為溶液和煅燒鋁礬土作為前體以形成硅酸鋁。配制W0 2010/079414A2中的組合物，并 通過加入不超過4wt. -%的少量的水固化。
[0014]EP1 801 084A1也公開了地質(zhì)聚合物組合物，其包含硅酸鈉、飛灰、高爐礦渣、硅 酸鈉溶液和不同骨料的混合物作為主要成分。EP1 801 084A1的組合物通過加水和氫氧 化鈉固化，其中基于總組合物計(jì)的總的水量為約5wt. -%。
[0015] 最后，W0 2005/049522A1公開了地質(zhì)聚合物混凝土，其包含40至60%的粗骨 料、20至45%的沙子、10%至20%的飛灰和其它粘結(jié)劑組分、0. 5至2%的硅酸鈉和0. 2至 0. 6%的氫氧化鈉。在該文獻(xiàn)的實(shí)施例中，加入少量水進(jìn)行固化，使得組合物中總的水含量 不超過約5wt. - %。
[0016] 作為用于配制地質(zhì)聚合物的低水含量的結(jié)果，該聚合物通常具有非常有限的流動(dòng) 性，并被認(rèn)為是"濕混合料"。因此，這樣的組合物不適合于如下的應(yīng)用：其中必須將該材料 注入到兩個(gè)壁之間的間隙中，正如放置回填漿料所需要的那樣。出于同樣的原因，地質(zhì)聚合 物不適合自流平應(yīng)用，例如用于勻泥板。
[0017] 在一些應(yīng)用中，需要水泥展現(xiàn)出高的早期強(qiáng)度以允許工人在澆注后不久可以越過 澆鑄表面，或繼續(xù)他們的工作，而不必等到水泥已經(jīng)充分硬化。在這方面，合適的抗壓強(qiáng)度 被認(rèn)為是超過〇. 5MPa，所述水泥組合物應(yīng)該在很短的時(shí)間例如2小時(shí)之后達(dá)到該數(shù)值。雖 然通過加入更高量的硬化劑可以加速水泥組合物的硬化，但是這通常會(huì)導(dǎo)致最終性能和短 加工性的損失。
[0018]-種解決這一問題的方法是雙組分組合物，其中硬化劑保持與粘結(jié)劑組分分開。 在這種情況下，粘結(jié)劑組分優(yōu)選應(yīng)在不存在硬化劑的情況下是穩(wěn)定的，即包括水的粘結(jié)劑 組分當(dāng)保持約1天時(shí)不應(yīng)該硬化或相分離，以允許例如安全運(yùn)輸?shù)浇ㄖさ?。然而，一旦?化劑與粘結(jié)劑組分混合，該組合物應(yīng)迅速固化，以在約2小時(shí)之后提供大約0. 5MPa以上的 抗壓強(qiáng)度。
[0019] 接近這些要求的體系是目前市場(chǎng)上可以灌漿組合物形式得到的，其是以1. 10至 3. 0的水與粘結(jié)劑比率（W/P)配制的，具有300kg/m3至638kg/m3的普通波特蘭水泥含量。 除了普通波特蘭水泥，現(xiàn)有技術(shù)的組合物還包括膨潤(rùn)土和緩凝劑，并通過加入40%的硅酸 鈉溶液硬化。雖然這些組合物表現(xiàn)出具有在4至12s內(nèi)的凝膠時(shí)間的合適的加工性，但是 該組合物提供低于0. 5MPa的2h抗壓強(qiáng)度。
[0020] 需要一種克服上述缺陷且尤其是提供0. 5MPa以上的2小時(shí)抗壓強(qiáng)度和通過在10 至100秒范圍內(nèi)的凝膠時(shí)間表達(dá)的良好的可加工性的水泥組合物。此外，粘結(jié)劑組分，當(dāng)與 硬化劑分開保存時(shí)，應(yīng)優(yōu)選穩(wěn)定至少1天。本申請(qǐng)解決了這些需要。
[0021] 發(fā)明詳述
[0022] 本申請(qǐng)涉及包括研磨的顆粒狀高爐礦渣的水泥組合物，其提供高的早期抗壓強(qiáng) 度，特別是在固化兩小時(shí)之后抗壓強(qiáng)度超過〇. 5mPa。
[0023] 第一方面，本申請(qǐng)涉及一種具有至少粘結(jié)劑和硬化劑組分的多組分水泥組合物， 其中所述粘結(jié)劑組分包括研磨的顆粒狀高爐礦渣和水，其中所述硬化劑組分包括至少含有 42wt.-%、優(yōu)選至少45wt.-%娃酸鈉（Na2Si03)的娃酸鈉溶液。
[0024] 優(yōu)選地，多組分水泥組合物是由所提到的粘結(jié)劑和硬化劑組分組成的雙組分水泥 組合物。因此，如果組合物包含除了研磨的顆粒狀高爐爐渣、水和硅酸鈉溶液之外的組分， 則這些優(yōu)選形成粘結(jié)劑或硬化劑組分的組成成分。
[0025] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，多組分水泥組合物在固化兩小時(shí)之后提供 >0. 5Mpa、優(yōu)選彡IMPa和最優(yōu)選彡2MPa的抗壓強(qiáng)度。如在本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語"抗壓強(qiáng) 度"，是指在23°C/50%相對(duì)濕度下固化2小時(shí)之后根據(jù)ASTM109/C109M-05測(cè)定的抗壓 強(qiáng)度。
[0026] 另外，多組分水泥組合物優(yōu)選具有約10至約100s的凝膠時(shí)間，優(yōu)選約10至50s， 且最優(yōu)選在10至2