尺寸穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物組合物和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備用于膠接產(chǎn)品的地質(zhì)聚合物膠接粘結(jié)劑組合物的方法，所述膠接產(chǎn)品例如混凝土、預(yù)制建筑元件和面板、砂漿、用于道路修補(bǔ)的修補(bǔ)材料和其他修補(bǔ)材料等。一些實施例的地質(zhì)聚合物膠接組合物通過混合經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)、硫鋁酸鈣水泥、硫酸鈣和化學(xué)活化劑與水的協(xié)同混合物而制得。
【專利說明】尺寸穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物組合物和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通常涉及可用于多種應(yīng)用中的含有硅鋁酸鹽基地質(zhì)聚合物的膠接組合物。 特別地，本發(fā)明通常涉及這種膠接組合物，其提供就凝固時間、放熱尺寸穩(wěn)定性、降低的固 化時總體材料收縮而言所需的性質(zhì)，以及其他這種所需的性質(zhì)。

【背景技術(shù)】
[0002] Ko的美國專利No. 6, 572, 698公開了一種經(jīng)活化的硅鋁酸鹽粘結(jié)劑，其含有硅鋁 酸鹽、硫酸鈣和含有堿金屬鹽的活化劑。所述硅鋁酸鹽選自鼓風(fēng)爐熔渣、粘土、泥灰和工業(yè) 副產(chǎn)物（如飛灰），并具有大于5重量％的A1 203含量。鼓風(fēng)爐熔渣以小于35重量％的量 存在，并將1至20重量％的量的水泥窯粉塵（CKD)作為活化劑添加至混合物中。
[0003] Galer等人的美國專利No. 4, 488, 909討論了包含波特蘭水泥、高鋁水泥、硫酸鈣 和石灰的膠接組合物。所述膠接組合物包括波特蘭水泥、高鋁水泥、硫酸鈣和石灰。諸如 飛灰的火山灰、蒙脫石粘土、硅藻土和浮石可總計達(dá)約25%。所述膠接組合物包含約14至 21界1: (%的|1|]錯水泥。
[0004] Perez-Pena等人的美國專利No. 6, 869, 474討論了用于制備水泥基產(chǎn)品（如水泥 板）的膠接組合物。這通過如下方式實現(xiàn)：將烷醇胺添加至諸如波特蘭水泥的水硬性水泥， 并在提供至少90° F(32°C)的初始漿料溫度的條件下與水形成漿料?？砂硗獾姆磻?yīng) 性材料，如高鋁水泥、硫酸鈣和火山灰材料（如飛灰）。
[0005] Perez-Pena等人的美國專利No. 7, 670, 427討論了用于制備水泥基產(chǎn)品（如水泥 板）的具有早期壓縮強(qiáng)度的膠接組合物的極快速的凝固，其通過如下方式獲得：將烷醇胺 和磷酸鹽添加至水硬性水泥（如波特蘭水泥）中，并在提供至少90° F(32°C)的初始漿料 溫度的條件下與水形成漿料?？砂硗獾姆磻?yīng)性材料，如高鋁水泥、硫酸鈣和火山灰材料 (如飛灰）。
[0006] Perez-Pena的美國公布專利申請No. US2010-0071597A1公開了使用飛灰和檸檬 酸的堿金屬鹽（如檸檬酸鈉）來形成混凝土混合物的配方?？墒褂门浞降闹炼?5wt%的水 硬性水泥和石膏，盡管它們的使用并非優(yōu)選的。在該申請中描述的經(jīng)活化的飛灰粘結(jié)劑可 與用于夾帶空氣的常規(guī)發(fā)泡體系相互作用，并由此制備輕質(zhì)板。
[0007] Brook等人的美國專利No. 5, 536, 310公開了一種膠接組合物，其含有10-30重量 份（pbw)的水硬性水泥（如波特蘭水泥）、50-80pbw的飛灰，和0. 5-8. Opbw的作為游離酸 表示的羧酸（如檸檬酸）或其堿金屬鹽（例如檸檬酸三鉀或檸檬酸三鈉），以及其他常規(guī)添 加劑（包括阻滯劑添加劑，如硼酸或硼砂）。
[0008] Dubey的美國專利No. 6, 641，658公開了一種波特蘭水泥基膠接組合物，其含有 35-90%的波特蘭水泥、0-55%的火山灰、5-15%的高鋁水泥和1至8%的不可溶無水石膏 形式的硫酸鈣，盡管使用了高量的火山灰（例如飛灰），但所述不可溶無水石膏形式的硫酸 鈣代替可溶性常規(guī)石膏粉/石膏，以增加熱量釋放并減小凝固時間。所述膠接組合物可包 含輕質(zhì)集料和填料、超增塑劑和添加劑（如作為反應(yīng)阻滯劑的檸檬酸鈉）。
[0009] Nakashima等人的美國專利No. 7618490B2公開了一種噴霧材料，其包含硫鋁酸 鈣、硅鋁酸鈣、氫氧化鈣、氟源和波特蘭水泥混凝土中的一種或多種。硫酸鈣可作為無水石 膏或作為半水石膏添加。
[0010] Nakano等人的美國專利No. 4655979公開了一種使用娃酸I丐基水泥、堿金屬阻滯 齊U、硫鋁酸鈣（CSA)水泥和可添加至混凝土組合物中的任選的硫酸鈣來制備多孔混凝土的 方法。
[0011] Godfrey等人的美國公布申請No. 2008/0134943A1公開了一種由如下組成的廢物 封裝材料：堿土金屬的至少一種硫鋁酸鹽以及硫酸鈣，和任選的無機(jī)填料（如鼓風(fēng)爐熔渣、 磨細(xì)粉煤灰、微細(xì)二氧化硅、石灰?guī)r），和有機(jī)和無機(jī)流化劑。優(yōu)選地，堿土金屬的至少一種 硫鋁酸鹽包括硫鋁酸鈣（CSA)。一種合適的組合物可例如包含堿土金屬的至少一種硫鋁酸 鹽以及石膏和磨細(xì)粉煤灰（PFA)，其中石膏粒子的約86%具有小于76um的粒度，且PFA粒 子的大約88%具有4511111以下的粒度。一個例子包含75%(70:3(^54:03504.2!120) ; 25%磨細(xì)粉煤灰；水/固體比為0. 65。
[0012] Li等人的美國專利No. 6730162公開了雙膠接組合物，其包含第一水硬性組合物， 所述第一水硬性組合物具有2. 5%至95wt. %的C4A3S(其為化學(xué)符號，其中C = CaO, S = Si02, A = A1203)(換言之硫鋁酸鈣）和2. 5至95wt. %的硫酸鈣的半水合物和/或無水石 膏。硫鋁酸鹽水泥或鐵鋁酸鹽水泥為含有C4A3S的水泥的例子。其也可包含選自如下的礦 物填料添加劑：熔渣、飛灰、火山灰、二氧化硅煙灰、石灰石細(xì)料、石灰工業(yè)副產(chǎn)物和廢料。
[0013] Deng等人的中國公開申請CN101921548A公開了一種由如下制得的硫鋁酸鹽水泥 的組合物：90-95wt%的硫鋁酸鹽熟料和無水石膏、石英砂、來自廢料焚燒的飛灰、羥丙基甲 基纖維素醚、可再分散的膠粉和纖維。所述硫鋁酸鹽熟料和無水石膏滿足硫鋁酸鹽水泥的 標(biāo)準(zhǔn)，即 GB20472-2006。
[0014] Jung等人的韓國公開申請No.KR 549958B1公開了一種鋁水泥、CSA、石膏、檸檬酸 鈣和羥基羧酸的組合物。
[0015] Noh的韓國公開申請NO.KR2009085451A公開了一種粉末狀鼓風(fēng)爐熔渣、石膏和 CSA的組合物。所述石膏可具有4微米或更小的平均粒度。
[0016] 韓國公開申請No. KR2009025683A公開了通過磨碎水泥、無水石膏、二氧化硅粉 末、防水粉末、飛灰、硫鋁酸鈣型膨脹材料和無機(jī)粘結(jié)劑而獲得的用于混凝土和砂漿的粉末 型防水材料。
[0017] Gyu等人的韓國公開申請No. KR2010129104A公開了用于共混噴射混凝土的組 合物包含（以wt. %計）：偏高嶺土（5-20)、硫鋁酸鈣（5-20)、無水石膏（20-45)和飛灰 (30-50)。
[0018] 需要含有地質(zhì)聚合物組合物的尺寸穩(wěn)定的膠接材料，其提供在固化之后降低收 縮、改進(jìn)的初始和最終溫度行為、受控和/或優(yōu)化的凝固時間、改進(jìn)的強(qiáng)度和有利于這種材 料在建筑物建造、成型膠接產(chǎn)品和其他應(yīng)用（如膠接結(jié)構(gòu)、膠接結(jié)構(gòu)元件和模制膠接產(chǎn)品） 中的使用的其他性質(zhì)，以及需要用于制備這種材料和形成這種結(jié)構(gòu)、元件和產(chǎn)品的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明提供了改進(jìn)的地質(zhì)聚合物膠接組合物以及制備這種組合物的方法，其具有 至少一個，且在許多情況中超過一個高度希望的性質(zhì)，如在固化過程中和固化之后顯著改 進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性；改進(jìn)的且可調(diào)節(jié)的初始和最終凝固時間；延長的工作時間；在混合、凝固 和固化過程中改變的溫度產(chǎn)生；以及如本文所述的其他改進(jìn)的性質(zhì)。在這種實施例的許多 (如果并非全部的話）中，提供改進(jìn)的性質(zhì)而不顯著（如果有的話）損失早期壓縮強(qiáng)度、最 終壓縮強(qiáng)度或其他強(qiáng)度性質(zhì)。實際上，一些實施例提供了出乎意料的早期壓縮強(qiáng)度和最終 壓縮強(qiáng)度的增加。
[0020] 本發(fā)明的那些和其他實施例的改進(jìn)性質(zhì)提供了相比于先前的地質(zhì)聚合物粘結(jié)劑 (如飛灰基粘結(jié)劑）以及可含有顯著地質(zhì)聚合物含量的其他膠接粘結(jié)劑的明顯優(yōu)點。在一 些優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的地質(zhì)聚合物膠接組合物由至少水和干燥或粉末形式的一種或多 種膠接反應(yīng)性組分的溶液或漿料形成。所述膠接反應(yīng)性組分包含有效量的經(jīng)熱活化的地質(zhì) 聚合物硅鋁酸鹽材料（如飛灰）；硫鋁酸鈣水泥；和硫酸鈣。也可將一種或多種堿金屬化學(xué) 活化劑（如檸檬酸的堿金屬鹽或堿金屬堿）添加至溶液中，或者以干燥形式添加至反應(yīng)性 粉末，或者作為液體添加物添加至漿料。任選地，所述漿料或溶液可摻入其他添加劑（如減 水劑、凝固促進(jìn)劑或阻滯劑、引氣劑、發(fā)泡劑、潤濕劑、輕質(zhì)或其他集料、增強(qiáng)材料，或其他添 加劑）以提供或改變漿料和最終產(chǎn)品的性質(zhì)。
[0021] 在本發(fā)明的許多優(yōu)選組合物中，干燥或粉末形式的膠接反應(yīng)性組分包含約65至 約97重量％的經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)（如飛灰）、約2至約30重量％的硫鋁酸鈣水 泥，和約0. 2至約15重量％的硫酸鈣，以全部膠接反應(yīng)性組分的總干重計。在本發(fā)明的優(yōu) 選組合物中，所述膠接反應(yīng)性組分包含約1至約200重量份的硫鋁酸鈣水泥，以100重量份 經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)計。干重具有通常認(rèn)可的定義，即，以不含水計。
[0022] 在其他實施例中，可使用兩種或更多種類型的硫鋁酸鈣水泥和鋁酸鈣水泥的共混 物，且硫鋁酸鈣水泥和鋁酸鈣水泥的量和類型可取決于它們的化學(xué)組成和粒度（Blaine細(xì) 度）而變化。在這種實施例和其他實施例中，硫鋁酸鈣水泥的Blaine細(xì)度優(yōu)選大于約3000， 更優(yōu)選大于約4000,甚至更優(yōu)選大于5000,最優(yōu)選大于約6000。
[0023] 在一些優(yōu)選實施例中，堿金屬化學(xué)活化劑的量為約0. 5重量％至約10重量％，以 所述膠接反應(yīng)性材料的總干重計。更優(yōu)選地，堿金屬化學(xué)活化劑的范圍為約1%至約6%， 優(yōu)選約1. 25 %至約4%，更優(yōu)選約1. 5 %至約3. 5%，最優(yōu)選約1. 5 %至約2. 5%，以所述膠 接反應(yīng)性材料的總重量計。檸檬酸鈉和檸檬酸鉀為優(yōu)選的堿金屬酸活化劑，盡管也可使用 檸檬酸鈉和檸檬酸鉀的共混物。取決于應(yīng)用和該應(yīng)用的需要，也可使用堿金屬堿，如堿金屬 氫氧化物和堿金屬硅酸鹽。
[0024] 不同于先前的飛灰地質(zhì)聚合物組合物，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)選實施例制定為提 供地質(zhì)聚合物膠接組合物，所述地質(zhì)聚合物膠接組合物尺寸穩(wěn)定，并抵抗在無限制和受限 條件下的凝固和硬化時的裂化。例如，本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例的短期自由收縮通常小于 約0. 3 %，優(yōu)選小于約0. 2 %，更優(yōu)選小于約0. 1 %，最優(yōu)選小于約0. 05 % (在初始凝固之后 并在混合的1至4小時內(nèi)測得）。在這種優(yōu)選實施例中，在固化過程中組合物的長期收縮也 通常小于約0. 3 %，更優(yōu)選小于約0. 2 %，最優(yōu)選小于約0. 1 %。
[0025] 對于在那些實施例中有關(guān)尺寸穩(wěn)定性和收縮的另外的控制，硫鋁酸鈣水泥的量以 100重量份經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)計為約2. 5至約100重量份，更優(yōu)選以100重量份經(jīng) 熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)計為約2. 5至約50重量份，最優(yōu)選以100重量份經(jīng)熱活化的硅鋁 酸鹽礦物質(zhì)計為約5至約30重量份。對于其中對由材料收縮所表示的尺寸穩(wěn)定性的控制 具有重要性的實施例，堿金屬活化劑的量以膠接反應(yīng)性材料（即經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物 質(zhì)（如飛灰）、硫鋁酸鈣水泥和硫酸鈣）的總干重計更優(yōu)選為約1至約3%，甚至更優(yōu)選以 膠接反應(yīng)性材料的總干重計為約1. 25%至約2. 75%，最優(yōu)選以膠接反應(yīng)性材料的總干重 計為約1. 5%至約2. 5%。
[0026] 相比于先前的地質(zhì)聚合物膠接產(chǎn)品，本發(fā)明的優(yōu)選實施例的尺寸穩(wěn)定的地質(zhì)聚合 物組合物在組合物的固化過程中還顯示最大溫升的出乎意料的降低。由于該原因和相關(guān)原 因，這些實施例抵抗熱裂化達(dá)到意料不到的程度。例如，在一些優(yōu)選實施例中，溫升通常小 于約50° F(28°C)，更優(yōu)選小于約40° F(22°C)，最優(yōu)選小于約30° F(17°C)。
[0027] 本發(fā)明的這些和其他優(yōu)選實施例也顯示出意料不到的早期強(qiáng)度增加的速率。例 如，在一些這種實施例中，它們的4小時壓縮強(qiáng)度可超過約1000psi(6. 9MPa)，優(yōu)選超過 約1500psi (10. 3MPa)，最優(yōu)選超過約2500psi (17. 2MPa)。在這種實施例中，它們的24小 時壓縮強(qiáng)度增加可超過約1500psi(10. 3MPa)，更優(yōu)選超過約2500psi(17. 2MPa)，最優(yōu)選 超過約3500psi(24. IMPa)。在那些和其他實施例中，它們的28天壓縮強(qiáng)度還可超過約 3500psi (24. IMPa)，更優(yōu)選超過約 4500psi (31. OMPa)，最優(yōu)選超過約 5500psi (37. 9MPa)。 在其他實施例中，所述組合物在1至4小時之后能夠?qū)嚎s強(qiáng)度由約500psi (3. 5MPa) 增加至約4000psi (27. 6MPa)，更優(yōu)選在24小時之后能夠?qū)嚎s強(qiáng)度由約1500增加至 約5000psi (10. 3至34. 5MPa)，最優(yōu)選在28天之后能夠?qū)嚎s強(qiáng)度由約3500增加至約 10000psi(24. 1至69MPa)。此外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的某些的地質(zhì)聚合物膠接組合 物也具有在濕條件下極好的耐久性，且最終濕壓縮強(qiáng)度類似于干壓縮強(qiáng)度。例如，在某些 實施例中，它們的28天水飽和壓縮強(qiáng)度通?？沙^約3500psi (24. IMPa)，更優(yōu)選超過約 4500psi (31. OMPa)，最優(yōu)選超過約 5500psi (37. 9MPa)。
[0028] 由于經(jīng)堿金屬活化的地質(zhì)聚合物以及組合的硫鋁酸鈣水泥和硫酸鈣由漿料至固 態(tài)的凝固時間通常相對較短，因此預(yù)期組合所有這些組分的優(yōu)選實施例也將具有短的凝固 時間和有限的工作時間。然而，出乎意料地，由本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的凝固時間不局限 于短的凝固時間（通常小于15分鐘），而是提供了對漿料凝固反應(yīng)的明顯控制，從而允許漿 料凝固和工作時間的顯著延長。
[0029] 例如，在一些實施例中，組合物可配制為具有短的凝固時間，如小于約10分鐘。在 其他優(yōu)選實施例中，組合物可配制為具有約10至約30分鐘之間的延長的凝固。在其他更 優(yōu)選的實施例中，組合物配方優(yōu)選選擇為提供約30至約60分鐘的凝固時間。在其他最優(yōu) 選的實施例中，組合物可配制為具有長達(dá)約60至約120分鐘，約120至約240分鐘或更長 時間（如果需要的話）的凝固時間。
[0030] 另外，可選擇和（如果需要的話）延長這種實施例的凝固時間，而不顯著（如果有 的話）損失耐收縮性質(zhì)、壓縮強(qiáng)度和其他強(qiáng)度性質(zhì)。作為結(jié)果，這種實施例意料之外地可用 于如下應(yīng)用中：由于需要延長的凝固和工作時間而無不可接受的收縮或強(qiáng)度損失，因而無 法使用先前的地質(zhì)聚合物基產(chǎn)品和具有地質(zhì)聚合物組分的膠接產(chǎn)品。
[0031] 在某些優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的組合物也產(chǎn)生與下方的基材的超常的拉伸粘結(jié) 強(qiáng)度。例如，這種實施例的組合物與混凝土基材之間的優(yōu)選拉伸粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)選超過約 200psi(1.4MPa)，最優(yōu)選超過約300psi(2. IMPa)。在一些實施例中，相比于通常具有大于 12,更通常大于13的表面pH的波特蘭水泥基材料和產(chǎn)品，本發(fā)明的經(jīng)完全固化和硬化的尺 寸穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物膠接組合物的表面pH也得以改進(jìn)。在某些優(yōu)選實施例中，這種組合物 在安裝之后16小時進(jìn)行測量，并優(yōu)選具有小于約11，更優(yōu)選小于約10. 5,最優(yōu)選小于約10 的pH。就此而言，使用ASTM F-710(2011)測試標(biāo)準(zhǔn)測量表面pH。
[0032] 在許多優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的地質(zhì)聚合物膠接組合物不需要硅酸鈣基水硬性水 泥（如波特蘭水泥）用于強(qiáng)度增加和尺寸穩(wěn)定性。在其他實施例中，可摻入波特蘭水泥以 提供特定所需的性質(zhì)。然而，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，取決于實施例的具體組成，過量的波特蘭水 泥實際上在固化過程中和固化之后降低了組合物的尺寸穩(wěn)定性，而非增加組合物的尺寸穩(wěn) 定性。
[0033] 對于摻入硅酸鈣基水硬性水泥的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對這種水硬性水泥的限制 可取決于實施例的具體組成而變化，但可通過相對于具有降低量的硅酸鈣水硬性水泥的相 同實施例的收縮的收縮增加而確定。在這種實施例的某些中，波特蘭水泥含量不應(yīng)超過反 應(yīng)性粉末組分的重量的約15重量％,在另一優(yōu)選實施例中，其不應(yīng)超過反應(yīng)性粉末組分的 重量的10重量％，在又一優(yōu)選實施例中，其不應(yīng)超過反應(yīng)性粉末組分的重量的約5重量％, 在再一優(yōu)選實施例中，在反應(yīng)性粉末組分中不存在實質(zhì)量的波特蘭水泥。
[0034] 在一些實施例中也已出乎意料地發(fā)現(xiàn)，過量的硫鋁酸鈣水泥可導(dǎo)致尺寸穩(wěn)定性的 損失，如由在組合物的初始凝固之后的收縮增加所示。對于需要顯著程度的尺寸穩(wěn)定性和 /或收縮控制以防止裂化、層離和其他破壞模式的應(yīng)用，硫鋁酸鈣水泥的量以100干重量份 的經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)計優(yōu)選為約10至約40干重量份。
[0035] 在其他優(yōu)選實施例中，也已意料之外地發(fā)現(xiàn)，與組合物中的硫鋁酸鈣水泥成比例 存在的硫酸鈣的量可減少由硫鋁酸鈣水泥含量所導(dǎo)致的潛在的不利效果，如收縮。在這種 實施例中，硫酸鈣的量以100重量份硫鋁酸鈣水泥計優(yōu)選為約2至約200重量份。
[0036] 對于最有效地控制那些實施例的材料收縮，硫酸鈣的量以100干重量份硫鋁酸鈣 水泥計為約10至約100干重量份，更優(yōu)選以100干重量份硫鋁酸鈣水泥計為約15至約75 干重量份，最優(yōu)選以100干重量份硫鋁酸鈣水泥計為約20至約50干重量份。在其中早期 壓縮強(qiáng)度的增加具有重要性的實施例中，硫酸鈣的量的優(yōu)選量以100干重量份硫鋁酸鈣水 泥計為約10至約50份。
[0037] 在本發(fā)明的其他實施例中，添加至組合物中的硫酸鈣的類型（主要為二水合物、 半水合物或無水石膏）對經(jīng)部分固化的組合物的早期壓縮強(qiáng)度的增加（即小于約24小時 時）具有顯著影響。出乎意料地，已發(fā)現(xiàn)主要使用硫酸鈣無水石膏的各個實施例相比于主 要使用二水合物形式的實施例具有更大的早期壓縮強(qiáng)度，并且在一些實施例中，可具有與 主要使用硫酸鈣半水合物的那些實施例可相比的早期壓縮強(qiáng)度。在其他實施例中，兩個或 更多個硫酸鈣類型（二水合物、半水合物或無水石膏）可在一起使用，并調(diào)節(jié)不同類型的量 以提供對組合物的壓縮強(qiáng)度的改進(jìn)控制。類似地，不同類型和量的硫酸鈣可單獨或組合使 用，以調(diào)節(jié)組合物的所需收縮和其他性質(zhì)。
[0038] 當(dāng)收縮性能為主要考慮時，本發(fā)明的其他實施例摻入平均粒度優(yōu)選為約1至約 100微米，約1至約50微米，約1至約20微米的硫酸鈣。這些實施例提供了抗收縮性的出 乎意料的改進(jìn)，在其他實施例中，在至少優(yōu)選范圍內(nèi)的硫酸鈣粒度可在組合物的固化過程 中提供對強(qiáng)度增加的改進(jìn)速率的重要貢獻(xiàn)。
[0039] 在其他實施例中，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，盡管基本上水不溶性的無水硫酸鈣（無水石 膏）具有低的水溶性和之前假設(shè)的在組合物中有限的（如果有的話）反應(yīng)性，但其可提供 重要的益處。例如，意料之外地發(fā)現(xiàn)，無水石膏通過減少在那些和其他實施例的固化過程中 的收縮，從而提供相比于現(xiàn)有技術(shù)組合物顯著改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性控制。無水石膏也提供相 比于現(xiàn)有技術(shù)組合物顯著改進(jìn)的早期和長期壓縮強(qiáng)度，且在一些情況中，提供與使用硫酸 鈣半水合物或二水合物作為硫酸鈣源的組合物可相比或更好的早期和長期壓縮強(qiáng)度。在特 定實施例中所用的硫酸鈣的類型的選擇將取決于早期強(qiáng)度增加的所需速率以及其他性質(zhì) 的平衡（如用于特定最終應(yīng)用的凝固時間和抗收縮性）。
[0040] 在其他實施例中，硫酸鈣的粒度和形態(tài)提供了對組合物的早期強(qiáng)度（小于約24小 時）的增加的顯著且出乎意料的影響。在這種實施例中，相對較小粒度的硫酸鈣的使用提 供了早期壓縮強(qiáng)度的更快速的增加。在那些實施例中，硫酸鈣的優(yōu)選平均粒度為約1至1〇〇 微米，更優(yōu)選約1至50微米，最優(yōu)選約1至20微米。
[0041] 在某些實施例中，所述組合物也在初始混合之后顯示出自流平行為，并同時提供 前述出乎意料的性能特性中的一個或多個。材料的自流平方面可用于多種情況和應(yīng)用中， 如地板的自流平底襯、混凝土頂、精密混凝土產(chǎn)品和面板的制造、強(qiáng)烈增強(qiáng)的建筑元件中漿 料的設(shè)置等。那些實施例的組合物在初始混合之后為自流平的，其中水與本發(fā)明的反應(yīng)性 粉末的重量比為約0. 15至約0. 4,更優(yōu)選0. 17至0. 35,還更優(yōu)選0. 20至0. 30?；蛘?，在其 他實施例中，組合物也可以以在初始混合之后可成形的厚糊狀稠度提供，并同時同樣地提 供一個或多個改進(jìn)性能特性。
[0042] 用于自流平和修補(bǔ)組合物的優(yōu)選配方包含約65至約95重量％的飛灰、約2至約 30重量％的硫鋁酸鈣水泥，和約0. 2至約15重量％的硫酸鈣。在一些實施例中，本發(fā)明的 地質(zhì)聚合物膠接組合物可在基材表面上鋪展，其中地質(zhì)聚合物膠接粘結(jié)劑作為自流平產(chǎn)品 混合，并燒注至約0. 02cm至約7. 5cm的有效厚度。
[0043] 這種產(chǎn)品的物理特性提供適用于商業(yè)、工業(yè)和其他大業(yè)務(wù)量領(lǐng)域的那些實施例的 益處的良好例子，即尺寸穩(wěn)定性、對尺寸移動和物理危機(jī)（physical distress)的抗性，和 對磨耗和磨損的高表面抗性。取決于應(yīng)用，耗時且昂貴的基材表面穿透措施（如噴丸、劃 亥IJ、噴水、鑄痂或碾磨）可減到最少或完全避免。
[0044] 在本發(fā)明的其他方面，優(yōu)選實施例提供了用于制備尺寸穩(wěn)定的膠接組合物的方 法，所述尺寸穩(wěn)定的膠接組合物具有適應(yīng)于具體應(yīng)用的凝固時間、良好的早期強(qiáng)度增加和 最終壓縮強(qiáng)度和其他強(qiáng)度特性、改進(jìn)的表面pH、改進(jìn)的與基材的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和其他益處。 在某些優(yōu)選實施例中，那些方法包括如下步驟：制備經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽（優(yōu)選來自C類飛 灰）、硫鋁酸鈣水泥、硫酸鈣和堿金屬化學(xué)活化劑的出乎意料的有效的協(xié)同混合物。
[0045] 在這種方法的某些優(yōu)選實施例中，使用諸如上述那些的組分制備優(yōu)選混合物，以 形成包含經(jīng)熱活化的C類飛灰、硫鋁酸鈣水泥和硫酸鈣的膠接反應(yīng)性粉末，所述硫酸鈣選 自硫酸鈣二水合物、硫酸鈣半水合物、無水硫酸鈣和它們的混合物（優(yōu)選為粒度小于約300 微米的細(xì)顆粒形式）。
[0046] 在那些實施例中，進(jìn)一步將干燥或液體形式的化學(xué)活化劑添加至混合物中，所述 化學(xué)活化劑包括優(yōu)選選自有機(jī)酸的堿金屬鹽、堿金屬氫氧化物和堿金屬硅酸鹽的堿金屬鹽 或堿金屬堿。在隨后的步驟中，添加水和任選的超增塑劑（特別是羧酸化的增塑劑材料）， 以形成可用于適于地質(zhì)聚合物膠接產(chǎn)品的應(yīng)用中的穩(wěn)定漿料混合物。
[0047] 在優(yōu)選方法中，混合物在約0°C至約50°C的初始溫度下，更優(yōu)選約5°C至約40°C 的初始溫度下，甚至更優(yōu)選約10°c至約35°C的初始溫度下，最優(yōu)選約25°C的環(huán)境溫度下制 得。在這種實施例中，在膠接反應(yīng)性粉末、活化劑和水首先均存在于混合物中之后的第一分 鐘過程中測量總體混合物的初始溫度。當(dāng)然，總體混合物的溫度可在所述第一分鐘過程中 變化，但在這種優(yōu)選實施例中，漿料的溫度優(yōu)選保持在所列出的范圍內(nèi)。
[0048] 在一些優(yōu)選實施例中，漿料可使用相對較低的能量混合，并同時仍然獲得良好混 合的組合物。在這種優(yōu)選方法中的一些中，使用與由低速手鉆混合器或具有約250RPM或更 大的額定值的等同混合器提供的那些能量相當(dāng)?shù)哪芰縼砘旌蠞{料。因此，盡管使用相對少 量的水（所述水用于制備用于形成最終組合物的漿料），這種優(yōu)選實施例的地質(zhì)聚合物組 合物仍易于混合。
[0049] 在許多實施例中，可將并非所考慮的膠接反應(yīng)性粉末的其他添加劑摻入漿料和總 體地質(zhì)聚合物膠接組合物中。這種其他添加劑例如減水劑（如上述超增塑劑）、凝固促進(jìn) 齊IJ、凝固阻滯劑、引氣劑、發(fā)泡劑、潤濕劑、收縮控制劑、粘度改性劑（增稠劑）、成膜可再分 散聚合物粉末、成膜聚合物分散體、著色劑、腐蝕控制劑、減少堿-二氧化硅反應(yīng)摻加劑、分 立的增強(qiáng)纖維，和內(nèi)部固化劑。其他添加劑可包括填料，如砂子和/或其他集料、輕質(zhì)填料、 火山灰礦物質(zhì)、礦物填料等中的一種或多種。
[0050] 盡管如上分開討論，但本發(fā)明的優(yōu)選地質(zhì)聚合物組合物和混合物中的每一個相比 于現(xiàn)有技術(shù)地質(zhì)聚合物膠接組合物具有至少一個上述獨特優(yōu)點（以及根據(jù)本文的進(jìn)一步 討論、實例和數(shù)據(jù)而顯而易見的那些），并可具有上述獨特優(yōu)點（以及根據(jù)本文的進(jìn)一步討 論、實例和數(shù)據(jù)而顯而易見的那些）中的兩種或更多種的組合。
[0051] 本發(fā)明的實施例中的許多（如果并非大多數(shù)）為環(huán)境可持續(xù)利用的飛灰地質(zhì)聚合 物，其包含后工業(yè)廢料作為主要原料源。這顯著降低了所制得的產(chǎn)品的壽命周期碳排放和 壽命周期內(nèi)含能。
[0052] 本發(fā)明的優(yōu)選實施例的地質(zhì)聚合物膠接組合物可在使用其他膠接材料之處，特別 是其中凝固和工作時間靈活性、尺寸穩(wěn)定性、壓縮強(qiáng)度和/或其他強(qiáng)度性質(zhì)重要或必需的 應(yīng)用中使用。例如，在各種混凝土產(chǎn)品應(yīng)用中，包括用于地板、厚板和壁的結(jié)構(gòu)混凝土面板、 用于安裝地板飾面材料（如陶瓷磚、天然石、乙烯基磚、VCT和地毯）的壁和地板底襯、高速 公路表層和橋梁維修、人行道和其他地坪、外部灰泥和粉飾灰泥、自流平頂部和封頂?shù)滓r、 用于穩(wěn)定地基、山腰和礦山中的土石的噴漿和噴射混凝土、用于填充和平滑裂縫、孔穴和其 他不平表面的修補(bǔ)維修砂漿、用于內(nèi)部和外部應(yīng)用的雕像和壁飾，以及用于修補(bǔ)道路和橋 面板中的凹坑的修補(bǔ)材料。
[0053] 其他實例包括用于預(yù)制混凝土制品以及具有優(yōu)良水分耐久性的建筑產(chǎn)品（如膠 接板、砌墻塊、磚和鋪路材料）的用途。在一些應(yīng)用中，這種預(yù)制混凝土產(chǎn)品（如水泥板） 優(yōu)選在如下條件下制得：所述條件提供適于澆注至固定或移動模子中或澆注于連續(xù)移動帶 上的凝固時間。
[0054] 本發(fā)明的一些實施例的地質(zhì)聚合物組合物可與不同填料和添加劑一起使用，所述 不同填料和添加劑包括以特定比例添加空氣以制備輕質(zhì)膠接產(chǎn)品（包括預(yù)制建筑元件、建 筑修補(bǔ)產(chǎn)品、具有良好膨脹性質(zhì)且無收縮的修補(bǔ)組合物（例如適用于道路修補(bǔ)和路面））的 發(fā)泡劑和引氣劑。
[0055] 本發(fā)明的各個實施例的其他優(yōu)點、益處和方面如下討論，在所附附圖中示出，并根 據(jù)如下更詳細(xì)的公開而被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。除非另外指出，否則本文的所有百分比、t匕 率和比例以重量計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0056] 圖1A為對比例1的收縮時間結(jié)果的圖。
[0057] 圖1B為實例1的坍落的照片。
[0058] 圖2A為對比例2的坍落的照片。
[0059] 圖3A為對比例3的坍落的照片。
[0060] 圖3B為對比例3的收縮時間結(jié)果的圖。
[0061] 圖4A為對于混合物1和2,實例4中的組合物的初始流動行為和坍落的照片。
[0062] 圖4B為對于混合物3,實例4中的組合物的初始流動行為和坍落的照片。
[0063] 圖4C為對于混合物4,實例4中的組合物的初始流動行為和坍落的照片。
[0064] 圖4D為實例4中研究的組合物的照片-混合物1、2-1和2-2、3-1和3-2和4-1 和4-2的所有的棒（從左到右）均在模具中裂化。
[0065] 圖5A為實例5的混合物1-2 (從左到右）和3-4 (從左到右）的坍落餅的照片。
[0066] 圖5B為實例5的初始流動和坍落結(jié)果的柱狀圖。
[0067] 圖5C為實例5的漿料溫升結(jié)果的圖。
[0068] 圖6A為實例6的收縮時間的圖。
[0069] 圖6B為實例6中的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0070] 圖7A為實例7的組合物的混合物1的坍落餅的照片。
[0071] 圖7B為實例7的組合物的混合物2、3和4的坍落餅的照片。
[0072] 圖7C為實例7中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0073] 圖7D為實例7的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0074] 圖8A為實例8中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0075] 圖8B為實例8的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0076] 圖9A為實例9中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0077] 圖9B為實例9的本發(fā)明結(jié)果的組合物的漿料溫升的圖。
[0078] 圖10A為實例10中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0079] 圖10B為實例10的本發(fā)明的結(jié)果的組合物的漿料溫升的圖。
[0080] 圖11A顯示了實例11的組合物的坍落餅的照片。
[0081] 圖11B為實例11中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0082] 圖11C為實例11的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0083] 圖12A為實例12中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0084] 圖12B為實例12的本發(fā)明的結(jié)果的組合物的漿料溫升的圖。
[0085] 圖13A為實例13的本發(fā)明的組合物的坍落餅的照片。
[0086] 圖13B為實例13中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0087] 圖13C為實例13的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0088] 圖14A為實例14中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0089] 圖15A為實例15中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0090] 圖15B為實例15的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0091] 圖16A含有實例16的本發(fā)明的組合物的坍落餅的照片。
[0092] 圖16B為實例16中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0093] 圖17A含有實例17的本發(fā)明的組合物的坍落餅的照片。
[0094] 圖17B為實例17中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0095] 圖17C為實例17的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0096] 圖18A為實例18中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0097] 圖18B為實例18的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0098] 圖19A為實例13中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0099] 圖19B為實例19的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0100] 圖20A為實例20中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0101] 圖20B為實例20的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0102] 圖21A為實例21中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0103] 圖21B為對于實例21的混合物1，4小時收縮棒的照片。
[0104] 圖21C為實例21的本發(fā)明的組合物的極早期材料收縮的圖（在1小時時開始的 收縮測試）。
[0105] 圖21D為實例21的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0106] 圖22A為實例22中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0107] 圖22B為實例22的本發(fā)明的組合物的漿料溫升的圖。
[0108] 圖23為實例23的本發(fā)明的組合物的極早期收縮的圖（在1小時時開始的收縮測 試）。
[0109] 圖24為實例27中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0110] 圖25包含實例28中研究的組合物的澆鑄立方體（在黃銅立方體模具中）的照片。
[0111] 圖26為實例29中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0112] 圖27A為實例30中的本發(fā)明的組合物的收縮的圖。
[0113] 圖27B為實例30中的組合物的放熱和漿料溫升行為的圖。
[0114] 圖28A為實例31中的本發(fā)明的一些實施例的輕質(zhì)組合物的放熱和漿料溫升行為 的圖。

【具體實施方式】
[0115] 表A顯示了本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例的尺寸穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物膠接組合物的組 成，其以單獨或聚集的組分的重量份（pbw)表示。
[0116] 表A顯示了本發(fā)明的這種優(yōu)選實施例的尺寸穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物膠接組合物由兩 種組分組成：反應(yīng)性粉末組分A (也稱為"膠接反應(yīng)性材料"，其為了本發(fā)明的目的而定義為 經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽、硫鋁酸鈣水泥、硫酸鈣和添加至其他所列的成分的程度的任何另外 的反應(yīng)性水泥）和活化劑組分B。反應(yīng)性粉末組分A為包含經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)（包 括C類飛灰）、硫鋁酸鈣水泥和硫酸鈣的材料的共混物。活化劑組分B包括堿金屬化學(xué)活化 劑或其混合物，其可為粉末或水溶液。組合在一起的反應(yīng)性粉末組分A和活化劑組分B形 成本發(fā)明的這種優(yōu)選實施例的地質(zhì)聚合物膠接組合物的反應(yīng)性混合物。
[0117]

【權(quán)利要求】
1. 一種硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物組合物，其包含如下的反應(yīng)產(chǎn)物： 水； 選自堿金屬鹽、堿金屬堿和它們的混合物的化學(xué)活化劑；和 膠接反應(yīng)性材料，其中所述膠接反應(yīng)性材料包含： 經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)； 硫鋁酸鈣水泥；和 選自硫酸鈣二水合物、硫酸鈣半水合物、無水硫酸鈣和它們的混合物的硫酸鈣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中所述化學(xué)活化劑與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約1至約6 : 100 ; 其中所述水與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約〇. 17至約0. 40 : 1 ; 其中所述硫鋁酸鈣水泥與所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)的重量比為約2至約 100 : 100 ;且 其中所述硫酸鈣與所述硫鋁酸鈣水泥的重量比為約2至約100 : 100。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中所述化學(xué)活化劑與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約1至約6 : 100 ;且 其中所述膠接反應(yīng)性材料包含： 約33至約97重量％的經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)， 約i至約40重量％的硫鋁酸鈣水泥， 約1至約40重量％的硫酸鈣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述化學(xué)活化劑包含堿金屬檸檬酸鹽，且所述 經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)包含C類飛灰。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中所述化學(xué)活化劑包含堿金屬檸檬酸鹽，且 其中所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)包含約50至約100份C類飛灰/100重量份經(jīng)熱 活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述化學(xué)活化劑和硫酸鈣具有相對于所述經(jīng)熱 活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)和硫鋁酸鈣水泥的量，所述量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后 的預(yù)定時間內(nèi)具有最終凝固。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中相對于所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)和硫鋁 酸鈣水泥的量的化學(xué)活化劑和硫酸鈣的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后240分鐘 或更少內(nèi)具有最終凝固。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中相對于所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)和硫鋁 酸鈣水泥的量的化學(xué)活化劑和硫酸鈣的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后約60分鐘 至約120分鐘內(nèi)具有最終凝固。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中相對于所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)和硫鋁酸鈣水泥的量的化學(xué)活化劑和硫 酸鈣的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后約45分鐘至約130分鐘內(nèi)具有最終凝固； 其中所述膠接反應(yīng)性材料含有硫酸鈣二水合物； 其中所述硫酸鈣二水合物與硫鋁酸鈣水泥的重量比為約20至約60 : 100; 其中所述膠接反應(yīng)性材料和化學(xué)活化劑包含堿金屬檸檬酸鹽，其中所述堿金屬檸檬酸 鹽與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約2至約3 : 100;且 其中所述硫酸鈣二水合物具有約1至約30微米的平均粒度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中相對于所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)和硫鋁酸鈣水泥的量的化學(xué)活化劑和硫 酸鈣的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后約45分鐘至約130分鐘內(nèi)最終凝固；且 其中所述膠接反應(yīng)性材料含有硫酸鈣二水合物，其中所述硫酸鈣二水合物與所述硫鋁 酸鈣水泥的重量比為約40至約80 : 100 ;且 其中所述堿金屬檸檬酸鹽與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約2至約3 : 100;且 其中所述硫酸鈣二水合物具有大于50至最多100微米的硫酸鈣的平均粒度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中相對于所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)和硫 鋁酸鈣水泥的量的化學(xué)活化劑和硫酸鈣的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后約45分 鐘至約120分鐘內(nèi)具有最終凝固； 其中所述膠接反應(yīng)性材料含有硫酸鈣二水合物，其中所述硫酸鈣二水合物與所述硫鋁 酸鈣水泥的重量比為約20至約20 : 100 ;且 其中所述堿金屬檸檬酸鹽與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約2至約3 : 100;且 其中所述硫酸鈣二水合物具有約1至約100微米的硫酸鈣的平均粒度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中所述硫酸鈣具有約1至約100微米范圍內(nèi)的平均粒度， 其中所述膠接反應(yīng)性材料含有無水硫酸鈣， 其中所述無水硫酸鈣與所述硫鋁酸鈣水泥的重量比為約10至約60 : 100;且 其中所述組合物具有約30至約60分鐘的最終凝固時間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述硫酸鈣具有約1至約100微米范圍內(nèi)的平 均粒度； 其中所述膠接反應(yīng)性材料含有硫酸鈣半水合物，且 其中所述組合物具有大于90分鐘的最終凝固時間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其包含反應(yīng)產(chǎn)物，所述反應(yīng)產(chǎn)物具有相對于化學(xué)活 化劑、硫酸鈣和經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)的量的硫鋁酸鈣水泥的量，所述硫鋁酸鈣水泥 的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后的預(yù)定時間內(nèi)具有最終凝固。
15. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中相對于化學(xué)活化劑、硫酸鈣和經(jīng)熱活化的硅鋁 酸鹽礦物質(zhì)的量的硫鋁酸鈣水泥的量有效用以使反應(yīng)產(chǎn)物在與水混合之后約240分鐘或 更少內(nèi)具有最終凝固。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中相對于經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)的量的硫 鋁酸鈣水泥、硫酸鈣和化學(xué)活化劑的量有效用以將所述組合物的收縮限制至小于0. 3%。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物的收縮小于0. 05%。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述膠接反應(yīng)性材料包含： 約60重量％至約90重量％的經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，其中所述經(jīng)熱活化的硅鋁 酸鹽礦物質(zhì)包含C類飛灰； 約4重量％至約35重量％的硫鋁酸鈣水泥， 約2重量％至約15重量％的硫酸鈣，且 其中所述化學(xué)活化劑與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約1.25至約4 : 100。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述膠接反應(yīng)性材料包含： 約60重量％至約85重量％的經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，其中所述經(jīng)熱活化的硅鋁 酸鹽礦物質(zhì)包含C類飛灰； 約8重量％至約30重量％的硫鋁酸鈣水泥， 約4. 0重量％至約15重量％的硫酸鈣；且 其中所述化學(xué)活化劑與所述膠接反應(yīng)性材料的重量比為約1.5至約3.0 : 100。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中波特蘭水泥小于所述膠接反應(yīng)性材料的15重 量％。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物， 其中所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)為飛灰， 其中所述膠接反應(yīng)性材料包含： 約65至約95重量％的飛灰， 約2至約30重量％的硫鋁酸鈣水泥，和 約0. 2至約15重量％的硫酸鈣；且 其中所述水與所述膠接反應(yīng)性材料的以重量計的初始混合比為約0.15至約0.4 : 1。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物由平均粒度為約1至約100微米 的硫酸鈣形成。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其還包含填料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物具有超過200psi的對混凝土的拉 伸粘結(jié)強(qiáng)度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其具有至少500psi (3. 5MPa)的4小時壓縮強(qiáng)度。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或25所述的組合物，其具有至少1500psi (lOMPa)的24小時壓 縮強(qiáng)度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或25所述的組合物，其具有至少3500psi (24MPa)的28天壓縮 強(qiáng)度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或25所述的組合物，其具有約3500psi (24MPa)至約 lOOOOpsi (69MPa)的28天水飽和壓縮強(qiáng)度。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物得自在水漿料中的放熱反應(yīng)，其 中相對于經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)的量的硫鋁酸鈣水泥、硫酸鈣和化學(xué)活化劑的量有效 用以將最大漿料溫升限制至約50° F。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中水與膠接反應(yīng)性材料的重量比小于0.4 : 1。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中水與膠接反應(yīng)性材料的重量比小于0.3 : 1。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1、30或31所述的組合物，其中所述組合物具有足以在坍落測試中產(chǎn) 生直徑為約9至約11英寸的坍落餅且干燥時無裂化的流動性和可加工性。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1、30或31所述的組合物，其中所述組合物具有足以在坍落測試中產(chǎn) 生直徑為約7至約9英寸的坍落餅且干燥時無裂化的流動性和可加工性。
34. 根據(jù)權(quán)利要求1、16或17所述的組合物，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物具有： 約500psi (3. 5MPa)至約4000psi (28MPa)的4小時壓縮強(qiáng)度； 約 1500psi (lOMPa)至約 5000psi (34. 5MPa)的 24 小時壓縮強(qiáng)度； 約 3500psi (24MPa)至約 lOOOOpsi (70MPa)的 28 天壓縮強(qiáng)度；和 約10分鐘至約240分鐘的最終凝固時間。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為建筑修補(bǔ)材料的形式。
36. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為地板修補(bǔ)材料的形式。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為在基材上的自流平地板襯的形式。
38. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為承載結(jié)構(gòu)的形式。
39. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為面板表面材料的形式。
40. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為建筑材料中的粘結(jié)劑的形式。
41. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為選自磚、塊和石頭的建筑材料的形式。
42. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為壁表面材料的形式。
43. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為用于交通承載表面的路面材料的形式。
44. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為用于交通承載表面的修補(bǔ)材料的形式。
45. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為用于承重結(jié)構(gòu)的材料的形式。
46. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為屋頂材料的形式。
47. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為噴射混凝土材料的形式。
48. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其為砂漿的形式。
49. 一種制備權(quán)利要求1-25中任一項所述的硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物組合物的方法，其包 括使如下組分的混合物反應(yīng)： 水； 選自堿金屬鹽、堿金屬堿和它們的混合物的化學(xué)活化劑；和 膠接反應(yīng)性材料，其中所述膠接反應(yīng)性材料包含： 經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)， 硫鋁酸鈣水泥，和 選自硫酸鈣二水合物、硫酸鈣半水合物、無水硫酸鈣和它們的混合物的硫酸鈣。
50. -種用于形成硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物組合物的混合物，其包含： 經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)； 硫鋁酸鈣水泥，和 選自硫酸鈣二水合物、硫酸鈣半水合物、無水硫酸鈣和它們的混合物的硫酸鈣； 其中所述硫鋁酸鈣水泥與所述經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)的重量比為約1至約 100 : 100 ;且 其中所述硫酸鈣與所述硫鋁酸鈣水泥的重量比為約2至約100 : 100。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的混合物，其還包含選自堿金屬鹽、堿金屬堿和它們的混合 物的化學(xué)活化劑。
52. -種用于形成硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物組合物的膠接反應(yīng)性材料，其包含： 約33至約97重量％的經(jīng)熱活化的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)； 約1重量％至約40重量％的硫鋁酸鈣水泥， 選自硫酸鈣二水合物、硫酸鈣半水合物、無水硫酸鈣和它們的混合物的硫酸鈣。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的膠接反應(yīng)性材料，其包含約1至約40重量％的硫酸鈣。
54. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的膠接反應(yīng)性材料，其包含： 約60重量％至約85重量％的經(jīng)熱活化的礦物質(zhì)，其中所述經(jīng)熱活化的礦物質(zhì)包含C 類飛灰， 約8重量％至約30重量％的硫鋁酸鈣水泥，和 約4. 0重量％至約15重量％的硫酸鈣。
55. -種用于形成硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物組合物的混合物，其包含： 選自堿金屬鹽、堿金屬堿和它們的混合物的化學(xué)活化劑；和 根據(jù)權(quán)利要求52所述的膠接反應(yīng)性材料。
【文檔編號】C04B28/22GK104254504SQ201380021847
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】A·杜貝 申請人:美國石膏公司