專利名稱：水硬性膠結(jié)劑、其制備方法和用該膠結(jié)劑制備的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由水泥型或熟料型膠結(jié)劑與熟石膏型或改良熟石膏型硫酸鹽膠結(jié)劑混合形成的新型水硬性膠結(jié)劑，改良型熟石膏是對(duì)石膏進(jìn)行熱處理獲得的，包括Gypcement。
傳統(tǒng)熟石膏是由石膏(CaSO4·2H2O)經(jīng)過部分脫水生成β晶型的半水石膏或燒石膏(CaSO4·1/2H2O)獲得的。為了用作一種涂料，所述半水石膏粉料必須重新水合。
對(duì)石膏進(jìn)一步脫水導(dǎo)致所述半水石膏轉(zhuǎn)變成人造的無水石膏，特別地，Ⅲ型或α型無水石膏也稱作可溶性無水石膏，而Ⅱ型或β型也稱作不溶性的或死燒無水石膏。Ⅲ型或α型無水石膏可以用分子式(CaSO4·εH2O)表示，其中ε在0-0.5的范圍內(nèi)，特別地在0.06-0.11范圍內(nèi)。Ⅲ型或α型無水石膏是一種亞穩(wěn)相，即極易吸濕而迅速地重新水合。它在空氣中的濕氣作用下重新水合生成半水石膏。因?yàn)樗偸前樯鸁?半水石膏)，所以從來不能獲得100％的Ⅲ型或α型無水石膏。
β熟石膏是在大氣壓下通過在低于200℃的溫度燒制石膏獲得的。它們由β-CaSO4·1/2H2O半水石膏組成，在普通的熟石膏中，通常伴有非常少量的可溶性無水CaSO4·εH2O和死燒CaSO4。
可以制備改良熟石膏(有時(shí)稱作α熟石膏)，一旦改良熟石膏凝結(jié)，其力學(xué)性能優(yōu)于普通熟石膏。對(duì)在處理過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象的理解還不夠，而且力學(xué)性能的改善一般歸因于最終產(chǎn)物中晶體的α變體的存在，但不知道在這樣的產(chǎn)品中所述變體占什么比例，也不知道什么條件使其能夠以穩(wěn)定的和可重現(xiàn)的方式獲得。
傳統(tǒng)上，這樣的α熟石膏是由石膏制備的，即通過使石膏在蒸壓釜內(nèi)在約5-10bar的壓力下用溫法在低于200℃的溫度下經(jīng)過一個(gè)約10小時(shí)的燒制階段，然后經(jīng)過一個(gè)用熱的干燥空氣流進(jìn)行的熱干燥階段。
已經(jīng)提出了其它的方法試圖減少制造改良熟石膏的傳統(tǒng)方法的缺陷(實(shí)施非常昂貴，重現(xiàn)性差)。
已知熱處理法用于獲得穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏，以便限制其自發(fā)的重新水化，所述方法基本包括下列的兩個(gè)步驟a)首先是通過提高其溫度使石膏礦干燥并脫水的一個(gè)步驟。所述脫水應(yīng)該能使所述石膏的表面水分干燥并且應(yīng)該脫出兩個(gè)結(jié)晶水。
b)其次，是急冷來穩(wěn)定所述亞穩(wěn)相的一個(gè)步驟。
穩(wěn)定的Ⅲ型無水石膏使其可能獲得具有最優(yōu)越性質(zhì)的材料，例如高的機(jī)械強(qiáng)度，特別是早期機(jī)械強(qiáng)度，以及優(yōu)于熟石膏或水泥的隔熱隔聲性能。此外，可以以低于獲得熟石膏或水泥成本的成本獲得Ⅲ型無水石膏。
穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏的含量是熱處理方法的函數(shù)溫度、燒制時(shí)間和初始石膏礦的晶粒尺寸是關(guān)鍵因素。
WO96/33957提出了一種對(duì)以石膏基的粉末材料進(jìn)行熱處理的方法，其中，進(jìn)行燒制步驟來提高所述熱處理的石膏的溫度到220-360℃范圍內(nèi)的溫度，燒制溫度取決于待處理石膏的特性，以及一個(gè)急冷操作使得通過燒制加熱的物料的溫度在6-12分鐘內(nèi)降低到100℃。通過把冷于空氣在壓力下注入到所述物料的核心進(jìn)行所述冷卻。所述方法能夠把所述二水石膏轉(zhuǎn)化成多達(dá)70％的穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏。
在法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R2767816中，描述了一種方法，能使70％以上的石膏轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏，其中，為了獲得更大比例的Ⅲ型或α型無水石膏，通過在不到2分鐘的時(shí)間內(nèi)把所述溫度降低到低于80℃，優(yōu)選降低到40-50℃來進(jìn)行所述急冷。相對(duì)于使原料中所含的石膏轉(zhuǎn)變后獲得的化合物的總重量來說，所述方法使得有可能獲得含有多于70％，甚至多于90％的穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏的產(chǎn)品。
在法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R00/01335中，中請(qǐng)人描述了一種方法，相對(duì)于使原料中所含的石膏轉(zhuǎn)變后獲得的化合物的總重量來說，能在工業(yè)規(guī)模上提供穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏，相對(duì)于使原料中所含的石膏轉(zhuǎn)變后獲得的化合物的總重量來說，純度至少85％，但是能達(dá)到90％，甚至95％或更多。
通過對(duì)基于石膏(CaSO4·2H2O)，優(yōu)選的是天然或合成石膏，的粉末物料進(jìn)行熱處理工業(yè)化生產(chǎn)穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏的方法包括下列步驟，其中a)把所述粉末物料加熱到220-360℃的溫度范圍內(nèi)，以便把所述石膏轉(zhuǎn)變成水溶性Ⅲ型或α型石膏；b)使通過所述方式轉(zhuǎn)變的物料經(jīng)過急冷使其溫度至少降低150℃，從而使其溫度在110℃以下，優(yōu)選在80℃以下，并且優(yōu)選的是在少于2分鐘的時(shí)間內(nèi)，以便穩(wěn)定所述Ⅲ型或α型無水石膏。
在燒制步驟a)中，所述石膏失去表面的水分和26.2％的結(jié)晶水。在步驟a)中除去與所述物料和轉(zhuǎn)變成的Ⅲ型或α型無水石膏接觸的大氣水分，特別是在步驟a)中加熱的所述物料放出的水分，這種水分的排出在冷卻步驟b)之前或者在冷卻步驟b)過程中發(fā)生。更特別地，在所述方法中，通過吸出與所述轉(zhuǎn)變的物料接觸的潮濕大氣排出所述水分。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟a)和b)在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，步驟a)的潮濕氣體通過位于步驟b)的反應(yīng)器上游的吸出裝置排出。優(yōu)選地，相對(duì)于在步驟a)和步驟b)之間的所述物料的傳送對(duì)在步驟a)中轉(zhuǎn)化的物料以逆流方式施加干燥氣流，所述氣體優(yōu)選為干空氣。因此，在步驟a)中脫水的物料在進(jìn)行步驟b)之前不會(huì)有重新水合的危險(xiǎn)。同樣優(yōu)選的是，在進(jìn)行步驟b)的同時(shí)，相對(duì)于所述物料的傳送以逆流方式對(duì)所述轉(zhuǎn)變的物料施加冷干空氣。優(yōu)選地，與步驟a)的濕氣一起除去所述逆流的干空氣。這防止了步驟a)中放出的熱濕空氣向上游返回到步驟a)的反應(yīng)器中，在步驟a)的反應(yīng)器中，所述濕氣可能在達(dá)到要求的溫度之前與所述物料接觸，從而產(chǎn)生增大所述物量的濕含量、降低步驟a)的效率的作用。
在確定的壓力下注入所述干空氣，所述壓力使得所述石膏從所述反應(yīng)器向所述出口的移動(dòng)不會(huì)被所述空氣阻礙。
在所述方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在步驟a)之前，所述石膏的表面水分被減小到小于10％的重量百分?jǐn)?shù)，優(yōu)選小于5％。優(yōu)選除去所述濕氣使得在所述大氣中的濕含量小于1重量％。
同樣優(yōu)選地，所述粉末物料含有至少95重量％，優(yōu)選98重量％的石膏(CaSO4·2H2O)。
本申請(qǐng)人以Gypcement的商標(biāo)銷售水溶性的Ⅲ型或α型無水石膏膠結(jié)劑，所述膠結(jié)劑用上述處理天然石膏或合成石膏的特殊方法制造，聯(lián)合各種工業(yè)方法(硫代石膏、磷化石膏、脫硫石膏等)。
在本發(fā)明中，以通過對(duì)石膏，具體為天然或合成石膏進(jìn)行脫水熱處理而獲得的半水和/或無水石膏為基的水硬性膠結(jié)劑被稱為“基于通過對(duì)石膏熱處理而獲得的硫酸鹽型膠結(jié)劑”。
這樣的硫酸鹽型水硬性膠結(jié)劑的主要缺點(diǎn)它們凝結(jié)非?？欤ㄟ^使用添加劑(緩凝劑和增塑劑)可以或多或少地解決該問題。通過使用一種凝結(jié)緩凝劑或一種稀釋劑，不可能獲得大于4小時(shí)的凝結(jié)時(shí)間而不明顯降低機(jī)械強(qiáng)度性能。這樣的硫酸鹽膠結(jié)劑的另一個(gè)缺點(diǎn)是它們對(duì)濕度過分敏感和它們非常低的含水量，限制了它們?cè)谑覂?nèi)的使用。
傳統(tǒng)用于建筑和公用設(shè)施的波特蘭水泥具有長(zhǎng)得多的凝結(jié)時(shí)間，機(jī)械強(qiáng)度一般更高，并且對(duì)水性能良好。
普通入造水泥，稱為人造波特蘭水泥(APC)，是一種硅酸鈣和鋁酸鈣的混合物，通過主要由石灰石、粘土或泥灰?guī)r構(gòu)成的原料中的石灰(CaO)與二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鐵(Fe2O3)結(jié)合形成。在回轉(zhuǎn)窯中在約1450℃煅燒，細(xì)粉磨并均化的原料混合物產(chǎn)生一種熟料，所述熟料基本由硅酸鈣(C3S和C2S)和鋁酸三鈣(C3A)以及鐵鋁酸四鈣(C4AF)構(gòu)成。
通過在石膏(凝結(jié)調(diào)節(jié)劑)的存在下研磨把所述熟料轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，石膏含量一般?％。所述熟料團(tuán)塊需要研磨成細(xì)粉末的狀態(tài)。與硫酸鹽膠結(jié)劑相比，波特蘭水泥特征在于其極高的投資成本，并且凝結(jié)和硬化非常慢，一般至少需要6小時(shí)，對(duì)水有良好的性能但是有時(shí)耐化學(xué)腐蝕性差(酸、鹽如硫酸鹽，…)，這取決于其化學(xué)和礦物組成(C3A含量，是否有礦物添加劑)，此外，這樣的水泥對(duì)收縮非常敏感并且其抗張強(qiáng)度非常低。
這樣的傳統(tǒng)水泥的一個(gè)缺點(diǎn)是它們對(duì)有破壞其結(jié)構(gòu)趨勢(shì)的含硫酸鹽的水非常敏感，另一個(gè)缺點(diǎn)是它們伴隨較低的抗張強(qiáng)度的開裂趨勢(shì)以及干燥時(shí)收縮的現(xiàn)象。
此外，在建筑工業(yè)中，重要的是獲得初始強(qiáng)度，尤其是7天時(shí)的強(qiáng)度，所述強(qiáng)度高得足以支持負(fù)荷并使遮蔽物很快去掉，從而使用波特蘭水泥時(shí)必須使用大量水泥。
在某些情況下，高鋁水泥、硫代鋁酸鹽水泥(CSA)或鐵鋁酸鹽水泥(FAC)可以構(gòu)成波特蘭水泥的優(yōu)選替代品。
通過熔融礬土和石灰石制造高鋁水泥，也稱為“Ciment Fondu(高鋁水泥)”。它基本上由鋁酸一鈣構(gòu)成，使其能夠在24小時(shí)達(dá)到波特蘭水泥在28天才能達(dá)到的強(qiáng)度。它還具有耐火性能。
硫代鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥是在天然無水石膏CaSO4和/或天然石膏CaSO4·2H2O的存在下研磨相應(yīng)的熟料的結(jié)果。通過在1350℃煅燒合適的混合物獲得所述熟料。其主要成分如下分子式為4CaO·3Al2O3·CaSO4(C4A3S=55％-75％)的無水硫代鋁酸鈣，硅酸二鈣2CaO·SiO2(C2S=15％-30％)，以及4CaO·Al2O3·Fe2O3型鐵鋁酸鈣(C4AF=10％-30％)。
在下面的表中比較了用重量百分?jǐn)?shù)表示的化學(xué)和礦物組成硫代鋁酸鹽水泥(SAC)、鐵鋁酸鹽水泥(FAC)和高鋁水泥。
化學(xué)組成
礦物組成
注C=CaO；S=SiO2；A=Al2O3；F=Fe2O3；S=SO3(1)=化學(xué)式4CaO,3Al2O3,CaSO4的硫代鋁酸鈣(2)=硅酸二鈣2CaO,SiO2(3)=硅酸三鈣3CaO,SiO2(4)=鋁酸三鈣3CaO,Al2O3(5)=鐵鋁酸鈣4CaO,Al2O3,Fe2O3(6)=石膏，天然無水石膏這些水泥的凝結(jié)、硬化和穩(wěn)定性等的保守性能總結(jié)如下-波特蘭水泥凝結(jié)較慢(≥6h)、初始強(qiáng)度低、在水的作用下增大強(qiáng)度、穩(wěn)定性尤其是耐硫酸鹽性能有時(shí)較差。-高鋁水泥快速凝結(jié)、高初始強(qiáng)度、穩(wěn)定性尤其是具有較高的耐硫酸鹽性能，但是伴隨水化轉(zhuǎn)化的穩(wěn)定性有時(shí)有問題，并且成本非常高。-硫代鋁酸鹽或鐵鋁酸鹽水泥(SAC或FAC)凝結(jié)相當(dāng)快、初始強(qiáng)度相當(dāng)高、在水的作用下增大強(qiáng)度、穩(wěn)定性尤其耐硫酸鹽性能非常高。
長(zhǎng)期以來，已經(jīng)作了許多嘗試把水泥和熟石膏結(jié)合起來，以便提供一種新型水硬性膠結(jié)劑，所述膠結(jié)劑結(jié)合或至少改良這兩種水硬性膠結(jié)劑的各種性能和優(yōu)點(diǎn)。這些實(shí)驗(yàn)從未成功，主要由于這些成分之間的化學(xué)不相容性(Marc Nolhier,“Construire en Platre”[熟石膏建筑]，Harmattan出版1986,pp.160-161)。觀察到鈣釩石的出現(xiàn)，產(chǎn)生膨脹，影響力學(xué)性能，尤其是出現(xiàn)開裂的問題，并且化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞混凝土中的金屬增強(qiáng)。
本發(fā)明的目的是提供新型水硬性膠結(jié)劑，能使硫酸鹽膠結(jié)劑和水泥的各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，并改善它們?cè)谀承╊I(lǐng)域中的弱點(diǎn)更特別的是凝結(jié)和硬化速度、非常早時(shí)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、在水中的性能。
更特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新型膠結(jié)劑，能使已知的水泥型或硫酸鹽型(熟石膏)水硬性膠結(jié)劑壓縮時(shí)的初始機(jī)械強(qiáng)度增大。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)硫酸鹽水硬性膠結(jié)劑可以與某些種類的水泥混合賦予其初始性能。
更準(zhǔn)確地，本發(fā)明提供一種制備一種水硬性膠結(jié)劑的方法，所述水硬性膠結(jié)劑特點(diǎn)在于至少把下列兩種膠結(jié)劑混合在一起a)第一種水硬性膠結(jié)劑，含有作為其主要成分之一的礦物化合物C4A3S；
b)一種硫酸鹽第二種膠結(jié)劑，基于通過對(duì)石膏進(jìn)行熱處理獲得的半水石膏和/或無水石膏。
術(shù)語(yǔ)“所述第一種膠結(jié)劑的主要成分之一”是指所述第一種膠結(jié)劑至少含有10重量％的所述成分。
優(yōu)選地，所述第一種水硬性膠結(jié)劑含有礦物化合物C4A3S作為其主要成分。
含有礦物C4A3S作為其主要成分的水泥包括含有C4A3S作為其主要成分的SAC/FAC水泥，還包括以C4A3S作為其次要成分的貝利特水泥(50％-70％C2S和20％-40％C4A3S以及石膏組成的水泥)。
Su Muzhen、W.Jursowski和F.Sorrentino在“水泥化學(xué)第九屆國(guó)際會(huì)議非波特蘭水泥的進(jìn)展”，新德里，1992，第317-354頁(yè)中描述了含有C4A3S作為其主要成分之一的其它水泥。
更特別地，所述第一種膠結(jié)劑是硫代鋁酸鹽或鐵鋁酸鹽熟料或水泥，包括其主要成分C4A3S、C2S和C4AF，對(duì)于所述水泥，包括天然無水石膏CaSO4或CaSO4·2H2O形式的石膏。
類似地，更特殊地，所述硫酸鹽膠結(jié)劑包括一種選自具有化學(xué)通式CaSO4·1/2H2O的α或β型半水石膏；分子式為CaSO4·εH2O的可溶性Ⅲ型無水石膏，其中ε在0-0.5范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.06-0.11范圍內(nèi)；或分子式為CaSO4的Ⅱ型無水石膏或者所述半水石膏與無水石膏的混合物的化合物，作為其主要成分。
優(yōu)選地，所述硫酸鹽膠結(jié)劑包括一種可溶性Ⅲ型無水石膏和α或β型半水石膏，更優(yōu)選的是β型半水石膏的混合物。
當(dāng)所述硫酸鹽膠結(jié)劑是Gypcement時(shí)，所述硫酸鹽膠結(jié)劑包括高于50％，優(yōu)選的是70％的可溶性Ⅲ型無水石膏。
當(dāng)所述硫酸鹽膠結(jié)劑是一種α或β型熟石膏時(shí)，所述硫酸鹽膠結(jié)劑包括50％以上的α或β半水石膏。
在第一個(gè)實(shí)施方案中，在所述混合物中的所述硫酸鹽膠結(jié)劑的重量含量相對(duì)于所述第一種膠結(jié)劑的含量為小于或等于50/50。
在第二個(gè)實(shí)施方案中，在所述混合物中所述硫酸鹽膠結(jié)劑的重量含量相對(duì)于所述第一種膠結(jié)劑的含量大于50/50。
假定可溶性無水石膏和/或半水石膏的量小于或等于50％，含有熟料或硫代鋁酸鹽/鐵鋁酸鹽水泥(SAC或FAC)和可溶性無水石膏和/或半水石膏的膠結(jié)劑能使SAC或FAC水泥的性能改善，并且，如果SAC或FAC水泥或熟料的量等于或小于50％，所述膠結(jié)劑含有基于半水石膏(α或β熟石膏)或無水石膏的物質(zhì)。一般來說，本發(fā)明的復(fù)合膠結(jié)劑產(chǎn)生下列主要特性-快速凝結(jié)和硬化，可以容易地在幾分鐘和幾小時(shí)之間調(diào)節(jié)；-高初始強(qiáng)度；-在某些濃度下改善SAC或FAC的強(qiáng)度；-對(duì)于所有基于可溶性無水石膏或半水石膏、熟石膏和Gypcement的產(chǎn)品，改善強(qiáng)度和在水中的性能；-在某些濃度下，在水中強(qiáng)度比在空氣中高，對(duì)于其他濃度，空氣中的強(qiáng)度高于在水中的強(qiáng)度；在50/50附近有一個(gè)最佳濃度，在所述濃度下，在空氣中和在水中的強(qiáng)度大致相當(dāng)，并且所述強(qiáng)度高于SAC或FAC水泥本身的強(qiáng)度或者高于基于可溶性無水石膏或半水石膏的產(chǎn)品本身的強(qiáng)度。以及-改善的穩(wěn)定性，特別是改善抗硫酸鹽特性。
更特別地，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述硫酸鹽膠結(jié)劑與所述第一種膠結(jié)劑的重量比在5/95-50/50范圍內(nèi)，更特別地在5/95-20/80范圍內(nèi)。
更特別地，在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述硫酸鹽膠結(jié)劑與所述第一種膠結(jié)劑的重量比在50/50-95/5范圍內(nèi)，更特別地在80/20-95/5范圍內(nèi)。
一般來說，在5/95-20/80范圍內(nèi)的比例比在20/80-50/50范圍內(nèi)的比例對(duì)改善熟料或SAC/FAC水泥更有利。在80/20-95/5范圍內(nèi)的比例比在50/50-80/20范圍內(nèi)的比例對(duì)改善熟石膏或基于熟石膏和/或Ⅲ型無水石膏的產(chǎn)品更有利。
有利的是，在本發(fā)明的方法中，所述第一種膠結(jié)劑的天然石膏或天然無水石膏完全或部分由所述第二種膠結(jié)劑代替。
更特別地，在含有礦物化合物C4A3S作為其主成分之一的水泥中的天然石膏和/或天然無水石膏部分或全部被β-CaSO4·1/2H2O熟石膏或α-CaSO4·1/2H2O熟石膏或一種基于包括Gypcement的Ⅲ型水溶性無水石膏的產(chǎn)品或者一種基于死燒Ⅱ型無水石膏，或者一種含有石膏的上述變體的一種或多種作為主要成分的產(chǎn)品代替。
因此，本發(fā)明還提供一種可以通過本發(fā)明的方法獲得的水硬性膠結(jié)劑，特別地，提供一種膠結(jié)劑，特征在于在其主成分中含有a)一種礦物化合物C4A3S；b)一種化合物，包括一種α或β型的半水石膏，化學(xué)通式為CaSO4·1/2H2O，和/或化學(xué)通式為CaSO4·εH2O的Ⅲ型無水石膏，ε在0-0.5范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.06-0.11范圍內(nèi)，或者分子式為CaSO4的Ⅱ型無水石膏。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“所述水硬性膠結(jié)劑的主要成分”是指在所述水硬性膠結(jié)劑中的所述成分的總重量含量不小于5％，優(yōu)選至少10％，更優(yōu)選至少20％。
更特別地，所述水硬性膠結(jié)劑至少含有a)2.5重量％-95重量％的所述化合物C4A3S；b)2.5重量％-95重量％的所述半水石膏和/或無水石膏，優(yōu)選為Ⅲ型。
對(duì)于含有小于50％硫酸鹽膠結(jié)劑的混合物，所述水硬性膠結(jié)劑可以更特別地含有a)15重量％-75重量％的所述化合物C4A3S；b)5-50重量％的所述半水石膏和/或無水石膏，優(yōu)選為Ⅲ型。
對(duì)于含有大于50重量％硫酸鹽膠結(jié)劑的混合物，所述水硬性膠結(jié)劑可以更特別地含有a)5-35重量％的所述化合物C4A3S；b)25-95重量％的所述半水石膏和/或無水石膏，優(yōu)選為Ⅲ型。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的水硬性膠結(jié)劑中的C4A3S與C2S的重量比為1-5。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述半水石膏與無水石膏的重量比小于30/70，優(yōu)選小于15/85，更優(yōu)選小于10/90。
所述硫酸鹽膠結(jié)劑是基于Ⅲ型無水石膏的Gypcement時(shí)的水硬性膠結(jié)劑更特別地含有a)5-35重量％的所述化合物C4A3S；b)25-95重量％的可溶性Ⅲ型無水石膏。或者a)15-75重量％的所述化合物C4A3S；b)5-50重量％的可溶性Ⅲ型無水石膏。
更特別地，本發(fā)明的膠結(jié)劑包括礦物填料添加劑，選自礦渣、粉煤灰、火山灰、二氧化硅細(xì)灰、石灰石細(xì)粉、石灰、工業(yè)副產(chǎn)品、有機(jī)或無機(jī)性質(zhì)的廢物。
本發(fā)明還提供用本發(fā)明的膠結(jié)劑制造的材料，優(yōu)選的是灰漿、混凝土、涂料、或漿料的形式，特別用于制造板、磚、煤渣磚、和刮板。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)在閱讀下列的實(shí)施例1-4將會(huì)更清楚。
材料和過程1)實(shí)施例1-4中所用的膠結(jié)劑Gypcement用含有3.5％雜質(zhì)，顆粒尺寸小于100μm的硫化石膏制得。產(chǎn)品離開爐子的溫度是240℃，煅燒20分鐘。產(chǎn)品離開冷卻的溫度是20℃，冷卻用了2分鐘。
所得的產(chǎn)品含有80％穩(wěn)定的Ⅲ型或α型無水石膏，5％雜質(zhì)，15％半水石膏。
2)實(shí)施例1-4中所用的熟石膏是β型熟石膏(Lafarge PrestiaSelecta)。
3)工業(yè)制造的硫代鋁酸鹽水泥對(duì)應(yīng)于上面的表所示的組成范圍(55％-75％C4A3S、15％-30％C2S、3％-6％C4AF、10％-20％的天然無水石膏或石膏)。
4)在實(shí)施例1-4中，Rc=用標(biāo)準(zhǔn)EN-196.1“水泥試驗(yàn)方法-部分1確定機(jī)械強(qiáng)度”測(cè)量的用兆帕表示的耐壓強(qiáng)度。
實(shí)施例1含有80％硫代鋁酸鹽水泥和20％的基于可溶性無水石膏的Gypcement或20％的普通熟石膏的兩種膠結(jié)劑得到表1所示的力學(xué)性能。用標(biāo)準(zhǔn)EN-196.1進(jìn)行試驗(yàn)。
表1組成為80％SAC+20％硫酸鹽膠結(jié)劑的混合物的機(jī)械強(qiáng)度
實(shí)施例2含有60％硫代鋁酸鹽水泥和40％的基于可溶性無水石膏的Gypcement或40％的普通熟石膏的兩種膠結(jié)劑得到表1所示的力學(xué)性能。用標(biāo)準(zhǔn)EN-196.1進(jìn)行試驗(yàn)。
表2含有60％SAC+40％硫酸鹽膠結(jié)劑的混合物的機(jī)械強(qiáng)度
實(shí)施例3一種由80％的基于可溶性無水石膏的Gypcement和20％硫代鋁酸鹽水泥制成的膠結(jié)劑得到表3所示的力學(xué)性能。在根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN-196.1進(jìn)行試驗(yàn)過程中使用了0.05％緩凝劑和3％的稀釋劑。
實(shí)施例4兩種由70％的基于可溶性無水石膏的Gypcement或70％的普通熟石膏和30％硫代鋁酸鹽水泥制成的混合物在砂漿中用作膠結(jié)劑，所述砂漿含有35％的膠結(jié)劑+65％的EN196-1標(biāo)準(zhǔn)砂并且在下列條件下制備-干混30秒；-在30秒左右的時(shí)間內(nèi)加水并保持緩慢攪拌；以及-緩慢混合90秒。
進(jìn)行兩個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)1)水/膠結(jié)劑比例確定為0.7，所述砂漿的稠度是所用膠結(jié)劑的函數(shù)；2)把用SAC水泥的稠度調(diào)節(jié)到與參比試樣相匹配。
在表4a和4b分別給出了所述力學(xué)性能。
表4a:70％Gypcement+30％SAC混合物的機(jī)械強(qiáng)度(水/膠結(jié)劑=0.1，砂漿粘度可變)
表4b:70％Gycemend+30％SAC混合物的機(jī)械強(qiáng)度(相等粘度的砂漿，水/膠結(jié)劑比值可變)
實(shí)施例1-4的結(jié)果分析在實(shí)施例1和2中，所述混合物含有少于50％的Gypcement或熟石膏，可以看到與硫代鋁酸鹽水泥本身相比，力學(xué)性能明顯改善，包括非常早期的強(qiáng)度即在6小時(shí)時(shí)的強(qiáng)度和長(zhǎng)期強(qiáng)度，與水泥本身和Gypcement或熟石膏本身構(gòu)成的原料相比，表現(xiàn)出協(xié)同作用。
在實(shí)施例3和4(其中，Gypcement是所述混合物的主要成分)觀察到的Gypcement的力學(xué)性能的改善導(dǎo)致了非常有利的產(chǎn)品，其中，高的Gypcement含量不僅賦予短的凝結(jié)時(shí)間，而且具有良好的隔熱隔聲性能，以及低于水泥的成本。向Gypcement中添加硫代鋁酸鹽水泥或鐵鋁酸鹽水泥使Gypcement具有良好的水作用下的性能。
所以，用β-CaSO4·1/2H2O熟石膏或α-CaSO4·1/2H2O熟石膏或者一種基于Ⅲ型可溶性無水石膏包括Gypcement的產(chǎn)品，或一種基于死燒無水石膏的產(chǎn)品或一種以石膏的上述變體的一種或多種作為其主要成分的產(chǎn)品代替SAC或FAC水泥中的天然石膏和/或天然無水石膏的一些或全部是有利的。
類似地，向基于β-CaSO4·1/2H2O或α-CaSO4·1/2H2O熟石膏或者基于Ⅲ型可溶性無水石膏包括Gypcement的產(chǎn)品，或基于死燒無水石膏的產(chǎn)品，或以石膏的上述變體的一種或多種作為其主要成分的產(chǎn)品中加入熟料或SAC或FAC水泥也是有利的。
權(quán)利要求
1．一種制備水硬性膠結(jié)劑的方法，特征在于至少把下列兩種膠結(jié)劑混合在一起a)含有礦物化合物C4A3S作為主要成分的第一種水硬性膠結(jié)劑；b)一種基于通過對(duì)石膏進(jìn)行熱處理獲得的半水石膏和/或無水石膏的硫酸鹽第二種膠結(jié)劑。
2．一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于所述第一種膠結(jié)劑是硫代鋁酸鹽或鐵鋁酸鹽熟料或水泥，包括主要礦物成分C4A3S、C2S和C4AF。
3．一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑含有一種作為其主要成分的化合物，所述化合物選自化學(xué)通式為CaSO4·1/2H2O的α或β型半水石膏、通式為CaSO4·εH2O，其中ε在0-0.5范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.06-0.11范圍內(nèi)的無水石膏、或分子式為CaSO4的Ⅱ型無水石膏，或者一種所述半水石膏和無水石膏的混合物。
4．一種根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑含有一種可溶性Ⅲ型無水石膏和α或β型半水石膏的混合物
5．一種根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑是一種含有大于50％，優(yōu)選70％的可溶性Ⅲ型無水石膏的膠結(jié)劑。
6．一種根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑是一種含有大于50％α或β型半水石膏的膠結(jié)劑。
7．一種根據(jù)權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)的方法，特征在于在所述混合物中所述硫酸鹽膠結(jié)劑的重量含量相對(duì)于所述第一種膠結(jié)劑的含量小于或等于50/50。
8．一種根據(jù)權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)的方法，特征在于在所述混合物中所述硫酸鹽膠結(jié)劑的重量含量相對(duì)于所述第一種膠結(jié)劑的含量大于50/50。
9．一種根據(jù)權(quán)利要求7的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑與所述第一種膠結(jié)劑的重量比在5/95-50/50范圍內(nèi)。
10．一種根據(jù)權(quán)利要求7的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑與所述第一種膠結(jié)劑的重量比在5/95-20/80范圍內(nèi)。
11．一種根據(jù)權(quán)利要求8的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑與所述第一種膠結(jié)劑的重量比在50/50-95/5范圍內(nèi)。
12．一種根據(jù)權(quán)利要求8的方法，特征在于所述硫酸鹽膠結(jié)劑與所述第一種膠結(jié)劑的重量比在80/20-95/5范圍內(nèi)。
13．一種根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，特征在于所述第一種膠結(jié)劑的天然石膏或天然無水石膏全部或部分被所述第二種膠結(jié)劑代替。
14．一種可以通過權(quán)利要求1-13的任一項(xiàng)的方法獲得的水硬性膠結(jié)劑。
15．一種根據(jù)權(quán)利要求14的膠結(jié)劑，特征在于其主要成分包括a)一種礦物化合物C4A3S；b)一種化合物，包括化學(xué)通式為CaSO4·1/2H2O的α或β型半水石膏和/或化學(xué)通式為CaSO4·εH2O，其中ε在0-0.5范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.06-0.11范圍內(nèi)的無水石膏、或分子式為CaSO4的Ⅱ型無水石膏。
16．一種根據(jù)權(quán)利要求15的水硬性膠結(jié)劑，特征在于它至少含有a)2.5-95重量％的所述化合物C4A3S；b)2.5-95重量％的所述半水石膏和/或無水石膏，優(yōu)選為Ⅲ型。
17．一種根據(jù)權(quán)利要求16的水硬性膠結(jié)劑，特征在于它含有a)15-75重量％的所述化合物C4A3S；b)5-50重量％的所述半水石膏和/或無水石膏。
18．一種根據(jù)權(quán)利要求16的水硬性膠結(jié)劑，特征在于它含有a)5-35重量％的所述化合物C4A3S；b)25-95重量％的所述半水石膏和/或無水石膏。
19．一種根據(jù)權(quán)利要求14-18的任一項(xiàng)的水硬性膠結(jié)劑，特征在于其C4A3S與C2S的重量比為1-5。
20．一種根據(jù)權(quán)利要求14-19的任一項(xiàng)的膠結(jié)劑，特征在于所述半水石膏與所述無水石膏的重量比小于30/70，優(yōu)選小于15/85，更優(yōu)選小于10/90。
21．一種根據(jù)權(quán)利要求17的水硬性膠結(jié)劑，特征在于它含有a)15-75重量％的所述化合物C4A3S；b)5-50重量％的可溶性Ⅲ型無水石膏。
22．一種根據(jù)權(quán)利要求18的膠結(jié)劑，特征在于它含有a)5-35重量％的所述化合物C4A3S；b)25-95重量％的可溶性Ⅲ型無水石膏。
23．一種根據(jù)權(quán)利要求14-22的任一項(xiàng)的水硬性膠結(jié)劑，特征在于它含有礦物填料添加劑，選自礦渣、粉煤灰、火山灰、二氧化硅細(xì)灰、石灰石細(xì)粉、石灰、工業(yè)副產(chǎn)品、有機(jī)或無機(jī)性質(zhì)的廢物。
24．用根據(jù)權(quán)利要求14-23的任一項(xiàng)的膠結(jié)劑制造的材料，優(yōu)選的是砂漿、混凝土、涂料、或漿料的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備水硬性膠結(jié)劑的方法，特征在于至少把下列兩種膠結(jié)劑混合在一起a)含有礦物化合物C
文檔編號(hào)C04B28/00GK1316396SQ0012023
公開日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2000年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月5日
發(fā)明者李觀書, H·霍奈恩, J·考特里爾 申請(qǐng)人:國(guó)際動(dòng)力工業(yè)公司