專利名稱：土工聚合物組合物的制作方法
土工聚合物組合物本發(fā)明涉及適于大規(guī)?；蚬I(yè)規(guī)模生產(chǎn)并適合用作建筑材料的土工聚合物組合物。
背景技術(shù)：
波特蘭水泥長(zhǎng)期以來(lái)都是一種標(biāo)準(zhǔn)建筑材料。這些年來(lái)，已開(kāi)發(fā)多種基于波特蘭水泥的混凝土配制物的改性劑，以提供特定的性質(zhì)或優(yōu)點(diǎn)，例如快速固化；對(duì)某些材料的相容性或耐抗性；以及可變強(qiáng)度。但是，改性的基于波特蘭水泥的混凝土配制物通常得到具有不良性質(zhì)的產(chǎn)品。例如，基于波特蘭水泥的混凝土配制物最初快速固化，導(dǎo)致最終產(chǎn)品強(qiáng)度較低，而強(qiáng)度較高的基于波特蘭水泥的混凝土配制物缺乏足夠的早期強(qiáng)度，因此無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間脫模(將模具從水泥中移出而不坍落、下陷或變形)。此外，基于波特蘭水泥的混凝土配制物的一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)是得到的混凝土?xí)湛s。收縮是指混凝土體積與初始澆筑的混凝土體積相比隨著時(shí)間減少。混凝土的水泥漿體部分中發(fā)生的物理和化學(xué)變化導(dǎo)致收縮。兩種主要類型的收縮是塑性收縮和干縮。塑性收縮在混凝土處于塑性狀態(tài)時(shí)發(fā)生。干縮在混凝土達(dá)到初凝之后發(fā)生。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，干縮將持續(xù)混凝土的整個(gè)壽命，但大部分收縮發(fā)生在澆筑之后的最初90天內(nèi)。近來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了土工聚合物作為基于波特蘭水泥的混凝土配制物的可能的替代物。術(shù)語(yǔ)“土工聚合物”最初由Josef Davidovits使用(Davidovits，J(1994)混凝土技術(shù)中21世紀(jì)混凝土的強(qiáng)堿性水泥的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)(High-Alkali Cements for 21st Century Concretes, in Concrete Technology, Past,Present and Future), Proceedings of V. Mohan Malhotra Symposium，編者P. Kumar Metha, ACI SP-144，383-397)，他提出堿性液體可以與地質(zhì)來(lái)源的源材料或副產(chǎn)品材料如飛塵和稻殼灰中的硅和鋁反應(yīng)，以得到粘結(jié)劑。由于發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是聚合過(guò)程，他為這些粘結(jié)劑造字稱為“土工聚合物”。土工聚合物是無(wú)機(jī)聚合物的家族成員。土工聚合物材料的化學(xué)組成類似于天然沸石材料，但微觀結(jié)構(gòu)是無(wú)定形的。聚合過(guò)程涉及堿性條件下對(duì)Si-Al礦物足夠快的化學(xué)反應(yīng)，得到由Si-O-Al-O鍵組成的三維聚合鏈狀和環(huán)狀結(jié)構(gòu)。土工聚合物組合物已用來(lái)代替基于波特蘭水泥的混凝土配制物。現(xiàn)已知的一些土工聚合物組合物，如Davidovits開(kāi)發(fā)的那些，使用偏高嶺土作為土工聚合物的二氧化硅和鋁的來(lái)源。由于其成本高( ￡1400/噸)，在大規(guī)模的建筑中使用偏高嶺土并不可行。因此現(xiàn)有技術(shù)的土工聚合物不適于擴(kuò)大規(guī)模或工業(yè)范圍制造。例如，WO 2008/048617討論了用于生產(chǎn)混凝土配混物的組合物和方法。其中公開(kāi)的混凝土配混物使用無(wú)定形二氧化硅、偏高嶺石和/或硅藻土(diamataceous earth)。 這些組分都非常昂貴，因此WO 2008/048617的混凝土配混物不適于工業(yè)應(yīng)用。類似地，CN 11172826的土工聚合膠凝材料使用了偏高嶺土，也不適于工業(yè)應(yīng)用。土工聚合物聚合或“固化”時(shí)，會(huì)釋放水。這種水在固化過(guò)程和進(jìn)一步干燥期間從土工聚合物基質(zhì)中排出，在基質(zhì)中留下不連續(xù)的納米孔。這為土工聚合物的性能提供了益處，例如與基于波特蘭水泥的混凝土配制物相比，耐酸性增加。因此，土工聚合物混合物中的水在發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中不起作用；它僅在操作過(guò)程中為混合物提供可加工性。相反，在基于波特蘭水泥的混凝土混合物中，水對(duì)于水合反應(yīng)是必需的，大部分基于波特蘭水泥的混凝土配制物必須保持用水覆蓋，以使固化過(guò)程進(jìn)行。WO 2008/048617和WO 2008/012438都討論了在其公開(kāi)的混凝土組合物中使用相當(dāng)大量的水。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)較大量的水實(shí)際上減弱并且根本地改變了土工聚合物組合物的特性。之前報(bào)道的一些土工聚合物組合物需要加熱，以固化該組合物來(lái)提供高的抗壓強(qiáng)度。例如，WO 2008/01M38公開(kāi)了土工聚合物組合物的機(jī)械性質(zhì)取決于堿度和凝固溫度。 該說(shuō)明書(shū)討論了為了使抗壓強(qiáng)度達(dá)到65Mpa至70Mpa，必須將土工聚合物組合物加熱到至少90°C。據(jù)報(bào)道，US 2009/0229493的土工聚合物組合物也需要加熱至50°C，以達(dá)到高抗壓強(qiáng)度。WO 2009/0229493也公開(kāi)了當(dāng)溫度增加時(shí)，抗壓強(qiáng)度增大。類似地，WO 2008/048617公開(kāi)了堿活化材料(摻土混凝土)和基于礦渣的混凝土組合物。該說(shuō)明書(shū)討論了將40-95%骨料(石塊)用于摻土混凝土，但僅提供了使用約50% 骨料的實(shí)施例。該說(shuō)明書(shū)還討論了為了達(dá)到較高的骨料比，必須在約90°C加熱和固化骨料或粘結(jié)劑。WO 2008/048617還討論了當(dāng)摻土混凝土中存在20%的骨料時(shí)，達(dá)到IOMpa的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)骨料增至40%時(shí)，報(bào)道的抗壓強(qiáng)度為24Mpa。但當(dāng)骨料增至60%時(shí)，抗壓強(qiáng)度降至 15Mpa,據(jù)報(bào)道，80 %的骨料時(shí)，抗壓強(qiáng)度為12Mpa。據(jù)報(bào)道，WO 2008/048617中基于礦渣的混凝土也包括40_50%的骨料。為使用較高百分比的骨料，WO 2008/048617的基于礦渣的混凝土中的骨料要進(jìn)行加熱。工業(yè)規(guī)模加熱骨料是不可行的，并且會(huì)明顯增加最終土工聚合物組合物的成本。 因此需要一種土工聚合物組合物，它具有高抗壓強(qiáng)度，也無(wú)需加熱來(lái)達(dá)到該強(qiáng)度。認(rèn)為在不連續(xù)的納米孔內(nèi)部，聚合作用持續(xù)生成完全填充納米孔的硅、鋁和氧的聚合物鏈，隨著聚合作用的發(fā)生，強(qiáng)度不斷增加。一旦聚合作用發(fā)生，水無(wú)法再吸收到土工聚合物組合物中。增加土工聚合物組合物中的水量使得最終土工聚合物組合物的收縮量增大。WO 2008/048617討論了在90°C加熱形成的混凝土混合物，以去除任何水并最大程度地減少收縮。同樣，在固化過(guò)程中采用加熱來(lái)最大程度地減少收縮難以工業(yè)規(guī)模使用并且昂貴。雖然組合物中有礦物，但是土工聚合物具有模塑樹(shù)脂如環(huán)氧化物和聚氨酯的多種性質(zhì)。EP 1801804、CZ 0291443、WO 03/040054、US 4，349，386 和 US 4，472，199 描述了這種土工聚合物的例子。這些專利的說(shuō)明書(shū)討論了主要由二氧化硅和氧化鋁組成的土工聚合物，還討論了制備特定的土工聚合物結(jié)構(gòu)的方法。但是，本領(lǐng)域已知的土工聚合物無(wú)法得到具有天然石材美觀性的產(chǎn)品，或者無(wú)法得到適于工業(yè)應(yīng)用的土工聚合物。例如US 2008/0302276中已報(bào)道的土工聚合物組合物將基于波特蘭水泥的混凝土配制物與土工聚合物組合物結(jié)合，以延長(zhǎng)凝固時(shí)間并提高所得組合物的水硬性。現(xiàn)有技術(shù)如CN1138859中公開(kāi)的其它土工聚合物組合物據(jù)稱看起來(lái)類似于石材， 但所述土工聚合物組合物需要在真空下振動(dòng)固化。因此需要提供一種土工聚合物組合物， 它具有天然石材的美觀性并且能在環(huán)境條件下固化。WO 03/040054討論了使用土工聚合物組合物作為混凝土砌塊的表面，并使用殘留石塊或天然褪色的石塊和/或侵蝕產(chǎn)生的碎屑石塊作為骨料。FR 2，666，253最先討論了將骨料與土工聚合物粘結(jié)劑結(jié)合。再將這種組合物(也可以包含顏料)進(jìn)行固化。在某些情況下需要加熱來(lái)固化所述組合物。FR 2，666，253的土工聚合物粘結(jié)劑的抗壓強(qiáng)度為 2-30Mpa，該抗壓強(qiáng)度由極其昂貴的材料如二氧化硅粉末提供。此外，F(xiàn)R 2，666，253的土工聚合物粘結(jié)劑包含大量的碳，一旦凝固會(huì)弱化最終的土工聚合物組合物并且將其不利地著色。例如，WO 2009/0248 和WO 2008/01M38的土工聚合物組合物主要使用粉煤灰作為土工聚合物組合物的主要成分( 50% )。WO 2009/024829和WO 2008/012438未討論使用的粉煤灰的灼燒損失(LOI)，但在任何情況下，這種高比例的粉煤灰將對(duì)得到的土工聚合物組合物不利地著色并使其變?nèi)?。粘附于表面是建筑材料中非常重要的性質(zhì)，例如基于波特蘭水泥的混凝土粘附于鋼，以提供強(qiáng)度增大的加固混凝土。據(jù)報(bào)道WO 2008/048617的土工聚合物組合物不能粘附于鋼、硬紙板、木材和塑料等。目前，土工聚合物主要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下和在小規(guī)模工程上發(fā)展和使用，由于上述因素還未工業(yè)規(guī)模使用。因此，需要現(xiàn)有土工聚合物的替代物，特別是能大規(guī)?；蚬I(yè)規(guī)模使用的土工聚合物。因此本發(fā)明的目的是提供一種已知的土工聚合物或水泥質(zhì)組合物的有用的替代物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已開(kāi)發(fā)的土工聚合物組合物不僅僅是為了模擬有可變強(qiáng)度的天然石材，而且要生產(chǎn)一種能工業(yè)規(guī)模使用的基于波特蘭水泥的混凝土配制物和其它已知土工聚合物組合物的更便宜的替代物。在第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種土工聚合物組合物，其包含a)約1-30重量份的高爐礦渣；b)約1-60重量份的鋁土礦(煅燒的或未煅燒的)、氧化鋁礦渣或尾渣、或粉末狀氧化招(alumina oxide)；c)約1-40重量份干的硅酸鈉或與水預(yù)混的硅酸鈉以制備約含25% -50%固體的懸浮物，或者約1-40重量份干的硅酸鉀或與水預(yù)混的硅酸鉀以制備約含25% -50%固體的懸浮物。d)約1-40重量份干堿，或如果與水預(yù)混的話，作為約25重量％ -50重量％的固體的堿溶液。e)約0. 01-5重量份的增塑劑；f)約1-60重量份的水；g)約0. 05-30重量份的方解石；和h)約40-90重量份的挖掘、壓碎和/或磨碎的石料。本發(fā)明的土工聚合物組合物可以任選地進(jìn)一步包括以下的一種或多種i)約0-60重量份的灼燒損失(LOI)為0%的粉煤灰；j)約0-40重量份的無(wú)定形二氧化硅；k)約0-60重量份的石灰；
1)約0-60重量份的石膏硫酸鹽；m)約0-10重量份的著色劑；和/或η)約0-25重量份的緩凝劑；在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用來(lái)制備上述土工聚合物組合物的方法，所述方法包括徹底混合組合a)至f)，以提供第一濕拌混合料；任選地向所述第一濕拌混合料加入組分i)至η)并混合，直到組分徹底混合為止；加入組分g)和h)并混合，直到組分g)和h)被所述第一濕拌混合料完全涂覆，以提供第二濕拌混合料；將所述第二濕拌混合料倒入一空間或模具中；使得土工聚合物組合物進(jìn)行聚合；和任選地脫模。在另一方面，本發(fā)明提供上述方法，得到的土工聚合物組合物與標(biāo)準(zhǔn)的基于波特蘭水泥的混凝土配制物相比具有較大的抗壓強(qiáng)度。在又一方面，本發(fā)明提供上述土工聚合物組合物作為無(wú)灰漿的砌塊的應(yīng)用。在另一方面，本發(fā)明提供上述土工聚合物組合物作為地臺(tái)砂漿底層的應(yīng)用。在另一方面，本發(fā)明提供上述土工聚合物組合物在倒入模具時(shí)的應(yīng)用。所述模具可以是臺(tái)階、傳統(tǒng)砌塊、磚塊、支承柱或預(yù)制模柱、橫梁、鋪路石、瓦片、花園用石飾物、工作臺(tái)面、浴缸、洗池、雕刻、梁托、裝飾直欞或過(guò)梁等。在另一方面，本發(fā)明提供上述土工聚合物組合物作為板(如適用于建筑的平板) 的應(yīng)用。在另一方面，本發(fā)明提供土工聚合物組合物作為建筑物、梁、柱和板中按照需要加入鋼強(qiáng)化材料的結(jié)構(gòu)混凝土的替代物的應(yīng)用。通過(guò)以下描述可以清楚地理解本發(fā)明可以認(rèn)為其具有新穎性的所有其它方面。發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)可以由相對(duì)便宜的材料形成土工聚合物組合物，所述土工聚合物組合物適合大規(guī)?；蚬I(yè)規(guī)模使用。本發(fā)明的土工聚合物組合物具有高的抗壓強(qiáng)度，不收縮，也不吸水。此外，本發(fā)明的土工聚合物組合物具有“天然石材的美觀性”?！疤烊皇牡拿烙^性”是指得到的土工聚合物組合物或產(chǎn)品可以制造并磨光成具有天然石材即砂石、石灰石和花崗巖等的外表、觸感、質(zhì)地和整體外觀。本發(fā)明的土工聚合物組合物可以復(fù)制天然石材，可以復(fù)制自然界中存在顏色的全光譜，例如從白色的石灰石到黑色的花崗巖。本發(fā)明的土工聚合物組合物還設(shè)計(jì)為具有不同的從約20N/mm2至大于約 96N/mm2的抗壓強(qiáng)度，適合用于各種各樣的建筑產(chǎn)品。本發(fā)明的土工聚合物組合物包括a)約1-30重量份的高爐礦渣；b)約1-60重量份的鋁土礦(煅燒的或未煅燒的)、氧化鋁礦渣或尾渣，或粉末狀氧化鋁；c)約1-40重量份干的硅酸鈉或與水預(yù)混的硅酸鈉以制備約25% -50%固體的懸浮物，或者約1-40重量份干的硅酸鉀或與水預(yù)混的硅酸鉀以制備約25%-50%固體的懸浮物；d)約1-40重量份干堿，或如果與水預(yù)混的話，作為約25重量％ -50重量％的固體的堿溶液；e)約0. 01-5重量份的增塑劑；f)約1-60重量份的水；g)約0. 05-30重量份的方解石；和h)約40-90重量份的挖掘、壓碎和/或磨碎的石料。技術(shù)人員應(yīng)理解，可以加入土工聚合物組合物的其它組分不脫離本發(fā)明的范圍。 具體地，所述土工聚合物組合物可以任選地進(jìn)一步包括以下的一種或多種 i)約0-60重量份的LOI為0%的粉煤灰；j)約0-40重量份的無(wú)定形二氧化硅；k)約0-60重量份的石灰；1)約0-60重量份的石膏硫酸鹽(gypsum sulfate)；m)約0-10重量份的著色劑；和/或η)約0-25重量份的緩凝劑。任意合適的高ρΗ堿可以用作組分d)。水泥質(zhì)組合物或土工聚合物組合物領(lǐng)域的技術(shù)人員能根據(jù)本領(lǐng)域已知的方式確定并選擇合適的堿。但是，在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、蘇打灰或鉀堿(pot ash)。在生產(chǎn)基于波特蘭水泥的混凝土配制物過(guò)程中使用增塑劑來(lái)增加配制物的塑性或流動(dòng)性，使水含量減少(這通常會(huì)增加基于波特蘭水泥的混凝土配制物的強(qiáng)度)，改進(jìn)混合物中材料的分散，并增加配制物的稠度和可加工性能。能改善土工聚合物組合物稠度和可加工性能的任何添加劑將落入用于本發(fā)明目的的增塑劑范圍，所述添加劑可以選自但不限于下組基于木素硫酸鹽(lignosulphate)的增塑劑(例如磺化萘縮聚物)、三聚氰胺-甲醛、聚羧酸酯醚、聚羧酸鹽/ S旨，或其它市售增塑劑(例如Armcon AP300 , Armplus Super XWR 或 Adva 500 )等。大部分工業(yè)生產(chǎn)的適用于土工聚合物組合物的硅酸鈉或水玻璃以石英砂蘇打灰 (或氫氧化鈉)的比例為3 1或2 1制造。再將得到的硅酸鈉過(guò)濾去除任意雜質(zhì)，得到約含39-50%固體的硅酸鈉?？梢詮倪@種工業(yè)方法中得到可在本發(fā)明中使用的硅酸鈉。但是，優(yōu)選使用硅酸鈉和蘇打灰(或氫氧化鈉)比例為2 1的未過(guò)濾的硅酸鈉。優(yōu)選含60% 固體的未過(guò)濾的2 1硅酸鈉。含60%固體的2 1硅酸鈉在溶液中的ρΗ約為11-14。使用未過(guò)濾的硅酸鈉還能降低土工聚合物組合物中干堿的量。因此，在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用硅酸鈉和蘇打灰的比例為2 1且固體至少為60%的硅酸鈉作為組分c)。由于鋁土礦中不存在鐵，優(yōu)選白色鋁土礦作為組分b)。因此在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，組分b)是白色鋁土礦。在水或蒸汽中使來(lái)自高爐的熔融鐵溶渣(制造鐵和鋼的副產(chǎn)品)驟冷，以生產(chǎn)玻璃態(tài)粒狀產(chǎn)品，再將所述玻璃態(tài)粒狀產(chǎn)品進(jìn)行干燥并研磨成細(xì)粉末，得到研磨粒狀高爐礦渣。優(yōu)選地，將所述高爐礦渣研磨至約小于100 μ m。更優(yōu)選地，將所述高爐礦渣研磨至約小于75 μ m。具體地，將所述高爐礦渣研磨至約小于50 μ m。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述土工聚合物組合物具有天然石材的美觀性。本發(fā)明土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度可以根據(jù)需要而不同。由于本發(fā)明可以用作基于波特蘭水泥的混凝土配制物的替代物，通常優(yōu)選本發(fā)明的土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度大于類似的基于波特蘭水泥的混凝土配制物。標(biāo)準(zhǔn)的基于波特蘭水泥的混凝土配制物的強(qiáng)度上限約為48N/mm2。在極端環(huán)境如防爆工事或核反應(yīng)堆罩中使用的含多種添加劑的高強(qiáng)度的基于波特蘭水泥的混凝土配制物的抗壓強(qiáng)度可以高達(dá)約96N/mm2。但是，高強(qiáng)度的基于波特蘭水泥的混凝土配制物的成本阻礙其在大部分常見(jiàn)應(yīng)用中使用?；旌辖M分a) -h)以生產(chǎn)抗壓強(qiáng)度較高的土工聚合物組合物。使用組分a) _f)來(lái)形成高抗壓強(qiáng)度的土工聚合物組合物的粘結(jié)劑。粘結(jié)劑與組分g)和h)混合時(shí)聚合過(guò)程開(kāi)始。 具體地，加入組分g)方解石作為晶種時(shí)，聚合過(guò)程開(kāi)始。認(rèn)為方解石可以用作形成從粘結(jié)劑到方解石和填石(組分g))的枝狀晶體的晶種。枝狀晶體是由典型的樹(shù)狀多枝形式發(fā)展而來(lái)的晶體。枝狀晶體的生長(zhǎng)非常常見(jiàn)，例如雪花形成和窗上的霜花圖案所示。這種過(guò)程是放熱的。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述方解石是晶體。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度大于標(biāo)準(zhǔn)的基于波特蘭水泥的混凝土配制物。另外，在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中二8天之后，所述土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度大于約60N/mm2。更優(yōu)選地，在28天之后可以得到大于約75N/mm2的抗壓強(qiáng)度。更優(yōu)選地，在觀天之后可以得到大于約95N/mm2的抗壓強(qiáng)度。為了生產(chǎn)較低抗壓強(qiáng)度的土工聚合物組合物，還可以向所述第一濕拌混合料中加入組分i)_n)。使用較大量的水、增塑劑以及較少的粘結(jié)劑都有助于降低得到的土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度。認(rèn)為加入任選的組分i)_n)和進(jìn)一步加入水會(huì)阻礙放熱反應(yīng)并阻止枝狀晶體的最初生長(zhǎng)。特別地發(fā)現(xiàn)，增加LOI大于0%的粉煤灰(組分i))的量會(huì)降低得到的土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度。還希望得到可以用來(lái)生產(chǎn)基于波特蘭水泥的混凝土配制物的替代物的低抗壓強(qiáng)度的土工聚合物組合物。這是因?yàn)榭箟簭?qiáng)度較低的土工聚合物組合物不僅可以相對(duì)便宜地制得，而且不總是需要抗壓強(qiáng)度高的土工聚合物組合物，例如用于生產(chǎn)在裝飾花園墻中使用的合成石材的情況。因此，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在觀天之后，土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度約為 15-60N/mm2。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，將組分b)研磨至約小于250 μ m，優(yōu)選約小于200 μ m, 更優(yōu)選約小于100 μ m,最優(yōu)選約小于50 μ m。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以將組分g)研磨至約小于3mm，優(yōu)選約小于2mm，更優(yōu)選約小于1mm，在最優(yōu)選的實(shí)施方式中約小于500 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)例如WO 2008/048617中的組合物相比，組分h)中可存在相對(duì)大量的石料。本發(fā)明的土工聚合物組合物最低包括約70 % -90 %的骨料(石塊)，并且在固化過(guò)程中不需要加熱來(lái)獲得高強(qiáng)度的土工聚合物組合物。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，組分h)中的石料可以選自石灰石、花崗巖或砂石。
所述土工聚合物組合物一旦固化，隨著時(shí)間流逝發(fā)生氧化，使其顏色和外觀變得與組分h)中使用的石料相同。下表詳細(xì)示出粉煤灰中大體可能含有的成分。粉煤灰是煤炭燃燒中產(chǎn)生的殘留物中的一種，通常從燃煤發(fā)電廠的煙囪中捕獲。從不同類型煤炭得到的粉煤灰的正?；瘜W(xué)組成范圍(以重量百分比表示)
權(quán)利要求
1.一種土工聚合物組合物，其包含a)約1-30重量份的高爐礦渣；b)約1-60重量份的鋁土礦(煅燒的或未煅燒的)、氧化鋁礦渣或尾渣、或粉末狀氧化招；c)約1-40重量份干的硅酸鈉或與水預(yù)混的硅酸鈉以制備約25%-50%固體的懸浮物， 或者約1-40份干的硅酸鉀或與水預(yù)混的硅酸鉀以制備約25% -50%固體的懸浮物；d)約1-40重量份干堿，或如果與水預(yù)混的話，作為約25重量％-50重量％固體的堿溶液；e)約0.01-5重量份的增塑劑；f)約1-60重量份的水；g)約0.05-30重量份的方解石；和h)約40-90重量份的挖掘、壓碎和/或磨碎的石料。
2.如權(quán)利要求1所述的土工聚合物組合物，所述土工聚合物組合物任選地還包含以下的一種或多種i)約0-60重量份的灼燒損失(LOI)為0%的粉煤灰； j)約0-40重量份的無(wú)定形二氧化硅；k)約0-60重量份的石灰； 1)約0-60重量份的石膏硫酸鹽； m)約0-10重量份的著色劑；和/或 η)約0-25重量份的緩凝劑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述干堿是氫氧化鈉、氫氧化鉀、蘇打灰或鉀堿。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述組分c)硅酸鈉中硅酸鈉和蘇打灰的比例為2 1，并至少含有60%固體。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述經(jīng)研磨的粒狀高爐礦渣通過(guò)用水或蒸汽驟冷來(lái)自高爐的熔融鐵溶渣以生產(chǎn)玻璃態(tài)粒狀產(chǎn)品，再將所述玻璃態(tài)粒狀產(chǎn)品進(jìn)行干燥并研磨成顆粒直徑約小于100 μ m、75 μ m或50 μ m的細(xì)粉末得到。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，將所述組分b)研磨至顆粒直徑約小于250 μ m,200 μ mUOO μ m ^ 50 μ m0
7.如權(quán)利要求6所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述組分b)是白色鋁土礦。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，將所述組分g)研磨至顆粒直徑約小于3cm、2cm、Icm或500 μ m。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述組分h)選自 石灰石、花崗巖或砂石。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物一旦凝固具有天然石材的美觀性。
11.如權(quán)利要求2-10中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，如果存在所述組分j)的話，所述組分j)是來(lái)自谷殼的灰或微米級(jí)二氧化硅的形式。
12.如權(quán)利要求11所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述來(lái)自谷殼的灰的LOI為0%。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述方解石是晶體。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述增塑劑選自基于木素硫酸鹽的增塑劑、磺化萘縮聚物、三聚氰胺-甲醛、聚羧酸酯醚或聚羧酸鹽/
15.如權(quán)利要求2-14中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，如果存在著色劑的話，所述著色劑選自基于金屬氧化物的有色顏料。
16.如權(quán)利要求2-15中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，如果存在組分 η)的話，所述組分η)選自酸、硫酸、檸檬酸、石膏、硼或含硼化合物、硼砂或其合適的替代物、或水。
17.如權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度大于基于波特蘭水泥的標(biāo)準(zhǔn)混凝土。
18.如權(quán)利要求17所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物在 28天后的抗壓強(qiáng)度約大于60N/mm2。
19.如權(quán)利要求18所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物在 28天后的抗壓強(qiáng)度約大于75N/mm2。
20.如權(quán)利要求19所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物在 28天后的抗壓強(qiáng)度約大于95N/mm2。
21.如權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物的抗壓強(qiáng)度小于基于波特蘭水泥的混凝土。
22.如權(quán)利要求21所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物在 28天后的抗壓強(qiáng)度約為15-60N/mm2。
23.如權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，土工聚合物組合物粘附于鋼、硬紙板、塑料或木材，但不粘附于防粘劑。
24.如權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物，其特征在于，所述土工聚合物組合物一旦凝固就耐酸降解并且是疏水的。
25.一種土工聚合物組合物，其包含a)16-18份粉末化至大約48 μ m的高爐礦渣；b)0. 99-1. 01份碾磨至大約48 μ m的經(jīng)煅燒的鋁土礦；c)6-8份硅酸鈉溶液(pH 11)，含固體39體積％ ；d)約3-5份氫氧化鈉/水為50/50的溶液；e)0.99-1. 01份商品級(jí)超級(jí)增塑劑；和f)1-3份水；g)8-10份研磨至小于500 μ m的方解石；和h)59-61份研磨至小于6mm的科茨沃爾德石。
26.—種土工聚合物組合物，其包含a)15-17份粉末化至大約48 μ m的高爐礦渣；b)0. 99-1. 01份碾磨至大約48 μ m的經(jīng)煅燒的鋁土礦；c)7-9份硅酸鈉溶液(pH 11)，含固體39體積％ ；d)7-9份氫氧化鉀/水為50/50的溶液；e)1. 99-2. 01份商品級(jí)超級(jí)增塑劑；f)0.99-1. 01 份水；g)7-9份研磨至約小于500 μ m的方解石；和h)55-57份研磨至約小于6mm的科茨沃爾德石。
27.一種土工聚合物組合物，其包含a)4-6份粉末化至大約48 μ m的高爐礦渣；b)0. 99-1. 01份碾磨至大約48 μ m的經(jīng)煅燒的鋁土礦；c)5-7份硅酸鈉溶液(pH 11)，含固體39體積％ ；d)約3-5份氫氧化鈉/水為50/50的溶液；e)0.99-1. 01份商品級(jí)超級(jí)增塑劑；f)2-4份水；g)7-9份研磨至小于500 μ m的方解石；h)59-61份研磨至小于6mm的科茨沃爾德石；和i)11-13份LOI為0%的粉末化粉煤灰。
28.—種土工聚合物組合物，其包含a)5-7份粉末化至大約48 μ m的高爐礦渣；b)0. 99-1. 01份碾磨至大約48 μ m的經(jīng)煅燒的鋁土礦；c)5-7份硅酸鈉溶液(pH 11)，含固體39體積％ ；d)約3-5份氫氧化鈉/水為50/50的溶液；e)0.99-1. 01份商品級(jí)超級(jí)增塑劑；f)1-3份水；g)7-9份研磨至小于500 μ m的方解石；h)59-61份研磨至小于6mm的科茨沃爾德石；和i)12-14份LOI為0%的粉末化粉煤灰。
29.用于制備如權(quán)利要求118中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物的方法，其包括 完全混合組合a)至f)，以提供第一濕拌混合料；任選地向所述第一濕拌混合料加入組分i)至η)并混合，直到組分徹底混合為止； 加入組分g)和h)并混合，直到組分g)和h)被所述第一濕拌混合料完全涂覆，以提供第二濕拌混合料；將所述第二濕拌混合料倒入一空間或模具中； 使得土工聚合物組合物進(jìn)行聚合；和任選地脫模。
30.如權(quán)利要求四所述的方法，其特征在于，所述第一和第二濕拌混合料至少混合約 4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、45、60、120、180或320分鐘，或者直到組分被完全涂覆并混合為止。
31.如權(quán)利要求四或30所述的方法，其特征在于，所述第一和第二濕拌混合料至少混合約 4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-15、4-20、4-30、4-45、60、4-120、4-180 或 4-320 分鐘，或者直到組分被完全涂覆并混合為止。
32.如權(quán)利要求四-31中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述聚合在大約15-25°C時(shí)發(fā)生。
33.如權(quán)利要求四-32中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，脫模可以在所述第二濕拌混合料倒入一空間或模具中之后大約5、4、3或2小時(shí)進(jìn)行。
34.如權(quán)利要求四-33中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述模具可以是無(wú)灰漿的砌塊、臺(tái)階、傳統(tǒng)砌塊、磚塊、支承柱或預(yù)制模柱、橫梁、鋪路石、瓦片、花園用石飾物、工作臺(tái)面、浴缸、洗池、雕刻、梁托、裝飾直欞或過(guò)梁的形狀。
35.如權(quán)利要求1- 中任一項(xiàng)所述的土工聚合物組合物的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括用作無(wú)灰漿的砌塊、地臺(tái)砂漿底層、臺(tái)階、砌塊、磚塊、支承柱或預(yù)制模柱、橫梁、鋪路石、瓦片、花園用石飾物、工作臺(tái)面、浴缸、洗池、土工聚合物板、結(jié)構(gòu)土工聚合物組合物、強(qiáng)化土工聚合物組合物、鋼強(qiáng)化的土工聚合物組合物，或者用作地基、橫梁、柱和板中按照需要加入鋼強(qiáng)化材料的結(jié)構(gòu)混凝土的替代物。
36.如權(quán)利要求35所述的應(yīng)用，其特征在于，所述鋼強(qiáng)化的土工聚合物組合物代替高強(qiáng)度或極高強(qiáng)度的混凝土。
全文摘要
本發(fā)明涉及土工聚合物組合物、制備所述組合物的方法及其應(yīng)用。所述土工聚合物組合物主要由土工聚合物粘結(jié)劑和骨料組成，一旦固化能表現(xiàn)出超過(guò)基于波特蘭水泥混凝土配制物的抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明的土工聚合物組合物粘附于大部分表面，可以用于形成無(wú)灰漿的砌塊、地臺(tái)砂漿底層、臺(tái)階、砌塊、磚塊、支承柱或預(yù)制模柱、橫梁、鋪路石、瓦片、花園用石飾物、工作臺(tái)面、浴缸、洗池、土工聚合物板、結(jié)構(gòu)土工聚合物組合物、強(qiáng)化土工聚合物組合物、鋼強(qiáng)化的土工聚合物組合物，或者用作建筑物、橫梁、柱和板中按照需要加入鋼強(qiáng)化材料的結(jié)構(gòu)混凝土的替代物。
文檔編號(hào)C04B28/08GK102325736SQ201080007675
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者斯蒂芬·阿爾特, 邁克爾·賴特 申請(qǐng)人:斯蒂芬·阿爾特, 邁克爾·賴特