[发明专利]单相水硬性粘合剂、它的生产方法以及使用它制成的建筑材料

说明书

本发明涉及一种单相水硬性粘合剂、包含这种粘合剂的一种混合物、用于生产该粘合剂以及混合物的一种方法、连同使用该粘合剂或混合物生产的一种建筑材料。 

水硬反应性描述了粘合剂与水之间的一种反应，这样就形成了一种固体材料。这一过程的定义是在常规已知的水硬性粘合剂(例如波特兰水泥)的基础上得出的。根据 G ünther，in Klausen，Technologie der Baustoffe[Technology of Building Materials]，C.F.M üller Verlag，Heidelberg，1996，p.53，水硬性粘合剂在加入水之后在空气中以及同样在水中会硬化。根据H.F.W.Taylor、The chemistry of cements，Academic Press，London 1964，p.2 etseq.，水泥是一种水硬性粘合剂，它与水混合形成一种糊浆(水泥浆)，独立地开始变硬并且由于在水和水泥中所存在的化合物之间的化学反应而硬化成水泥石。在该过程中，变硬和硬化既不取决于干燥也不取决于同来自空气中的CO₂的反应。因此，该反应会在空气中以及同样在水中发生。 

此外，潜在的水硬性粘合剂(所谓的火山灰粘合剂)是已知的。根据 (见上文)，它们只有在一种活化剂的存在下在加入水之后才变硬。为了开始该凝结反应，例如加入消石灰或波特兰水泥，然而将不存在独立的反应。 

常规性已知的基于硅酸盐的水硬性粘合剂不包含任何的分子水，它们的水硬组分在其总化学式中不包括氢，并且这些水硬组分大部分是由结晶的碱(土)硅酸盐构成的。根据H.F.W.Taylor、The chemistry of cements，Academic Press，London 1964，p.2 et seq.，水硬活性相的硅酸盐离子是以单个分离的形式或单体的硅酸盐四面体(Q⁰)的形式存在的。一个例外是稀有相的belinite，它是一种环硅酸盐并且含有氯。在belinite中，每个硅酸盐四面体通过共同的氧原子与另外的两个硅酸盐四面体(Q³)相连接。所有常规性已知的基于硅酸盐的水硬性粘合剂都包含至少为二的CaO∶SiO₂摩尔比。 

这些水硬性粘合剂以不同方式单独地或与其他材料混合用作水泥用于生产固体建筑材料例如混凝土、灰浆或专门的粘合剂。此外，另外两种类型的主要为更高缩合的硅酸盐以及非晶相(但是并非水硬性的)的粘合剂具有技术重要性，即一方面是水玻璃以及另一方面是潜在水硬的或火山灰材料，例如高炉矿渣、飞灰、等等。 

1.水泥是通过在大约1,450℃下将碳酸钙与一种硅酸盐载体一起燃烧而成的一种产物，该产物称为(水泥)烧结块并且实质上是由水硬反应性烧结块相的硅酸三钙(铝铁岩，Ca₃SiO₅)、硅酸二钙(贝利特，特别是β-Ca₂SiO₄)以及在一个下级水平的铝酸三钙Ca₃Al₂O₆和铁酸铝酸钙(calcium aluminate ferrite)Ca₄(Al，Fe)₄O₁₀构成的。通过研磨和加入另外的材料，特别是石膏或硬石膏作为反应阻滞剂，获得了所谓的波特兰水泥(CEM I)。CEM I经常与潜在水硬性硅酸盐一起研磨成CEM II至CEM V类型的水泥。研磨产生了一个更高的表面，该表面加速了水硬反应的速度。根据DIN 1164，波特兰水泥的构成为：61％至69％的氧化钙CaO、18％至24％的二氧化硅SiO₂、4％至8％的氧化铝Al₂O₃、以及1％至4％的氧化铁Fe₂O₃。 

2.此外，生产了所谓的水玻璃。这些都是由碱性氧化物以及SiO₂制成的固体的、但水溶性的玻璃，它们通过在大约1,400℃下熔融。水玻璃是作为浓缩的强碱溶液或粉末来使用。 

3.此外，可以使硅酸盐起始材料通过与一种碱液的反应而反应成为一种粘合剂，其中碱性氢氧化物被用作碱液。所生成的产物通常被称为地质聚合物，然而它仅有很小的经济重要性。