[发明专利]碱激活结合料、使用结合料的碱激活砂浆、混凝土制品和湿红粘土铺路材料

说明书

技术领域

本发明涉及可用作结合料来代替水泥的碱激活结合料，更具体而言，涉及一种碱激活结合料，其中含有不含钠的无机碱性材料以降低混凝土中Na₂O和K₂O的总量，由此改善可加工性和强度稳定性并抑制碱骨料反应，并涉及包含所述结合料的砂浆、混凝土、混凝土制品和湿黄土铺路材料。

背景技术

通常而言，用于建筑行业的砂浆和混凝土由结合料、水及骨料构成。就此来说，典型的无机结合料，即水泥(或水泥熟料)在制造过程中对主要由CaCO₃构成的石灰石进行热处理时消耗大量的能源，并且产生了大量的CO₂气体，达到制造的水泥量的44重量％以上的程度。由此产生的CO₂气体相当于全世界温室气体排放量的约7％。

具体而言，水泥是通过以适当的比例混合作为主要成分的硅酸盐、氧化铝和石灰、对混合物进行部分熔融和烧结以获得熟料、在熟料中添加适量的石膏并研磨该熟料而得到的粉末。水泥熟料的制造需要在约1450℃的高温进行熔融，不利地消耗了大量的能源(约30l/吨至35l/吨的油)。此外，在制造1吨水泥时，已知仅通过石灰石和硅酸的化学反应将排放约700kg～870kg的CO₂。

在水泥生产领域中对温室气体CO₂排放的限制被视为是极为重要的。根据水泥生产商制定的CO₂排放标准，据认为在未来将不可避免地减少水泥熟料的制造。另一方面，全世界对于水泥的需求预计到21世纪前叶为止每年增长约2.5％～5.8％，因此，为了满足对京都议定书的遵守和水泥需求的增长，开发降低CO₂排放或不排放CO₂的新型无机结合料迫在眉睫。

在这方面，正在对用以代替水泥的不使用水泥的碱激活结合料进行深入研究。特别是，韩国专利申请2007-65185公开了一种包含高炉矿渣和含有钠类材料的无机碱性材料的碱激活结合料，其中，所述无机碱性材料包括硅酸钠和液体型水玻璃中的一种或多种，并且无机碱性材料中所含的钠类材料与高炉矿渣的重量比为0.038～0.088，钠类材料的重量通过转换为Na₂O而确定。

迄今已知的包括以上专利在内的无水泥碱激活结合料可用于代替传统的普通波特兰水泥，由此解决工业废料的处置问题，从而减小环境负荷。此外，在制造结合料时，可以节能并抑制CO₂的排放，从而显示出环境友好性。然而，因为用于传统碱激活结合料的无机碱性材料含有钠，因此当使用这样的结合料时，难以控制碱的总量，而碱的总量应当被限制从而抑制混凝土中的碱骨料反应。具体而言，在抑制碱骨料反应时，每1m³的混凝土的Na₂O当量应当为0.3kg以下。如果碱的总量落在所限范围之外，则可能发生剧烈的坍落度损失，会不利地劣化混凝土的质量。

另一方面，已知的传统黄土铺路材料包含混合在一起的黄土和水泥，因而对其而言，由于使用了水泥而未使上述问题发生变化。

此外，混凝土的干缩受水的用量、结合料的量、结合料的细度以及骨料的量的影响，并可能相对于水的用量、结合料的量和结合料的细度的增大以及骨料的量的减少而成比例的增大。特别是，使用黄土制造混凝土时，必须控制黄土的较大干缩。

道路铺设引起较高的干缩破裂，需要高拉伸强度和挠曲强度，特别是，表面的干缩破裂产生了不良外观而非结构问题，不利地招致了对修建者的不信任并且需要修复缺陷。

此外，传统的黄土铺路材料包括水泥和黄土，就与砂不同的包含细小颗粒的黄土的性质而言，由于比表面积增大导致难以确保必要的坍落度。此外，为了控制与单位水量的增加有关的干缩破裂，干式工艺被认为是最佳的。然而，干式工艺导致难以控制材料的含水量。如果材料未充分混合，则不能确保均一的质量。此外，因低坍落所致而难以构造铺路材料，要使用各种装置来施加压力，不利地增大了建筑成本。

因此，需要开发一种新型的碱激活结合料，其不受碱的总量的限制的影响，可以显示出更稳定的可加工性和强度而且价廉，因此降低了生产成本，并开发包含所述结合料的新型黄土铺路材料。

发明内容

技术问题

本发明人在本发明中达到极致，进行了深入彻底的研究，以旨在解决现有技术中遇到的问题，由此开发了具有新型组成的碱激活结合料，其不受碱的总量的限制的影响。