[发明专利]硫铝酸钙复合粘结剂

说明书

本发明涉及包含硫铝酸钙基水泥/熔块型和补充性胶结材料的粘结剂，一种制造 复合粘结剂的方法以及其用于制备水硬性建筑材料或特殊建筑物化学组合物的用途。

硫铝酸钙(CSA)水泥是由熔块制得，所述熔块包括作为主要相的天然硫铝酸钙 (ye′elimite)(Ca₄(AlO₂)₆SO₄或C₄A₃$，水泥化学家标记法(cementchemist′snotation))。 这些粘结剂在膨胀水泥、超高早期强度水泥和″低能″水泥中用作成分。CSA水泥的水合导致 主要形成钙钒石和/或单相(例如单硫酸酯)。氢氧化铝有可能是该粘结剂的另一种水合产 物。形成的量和动力学强烈地取决于水泥组合物(例如，存在的含硫酸盐相的量和类型)。通 过调整钙和硫酸盐离子的可用性来获得特殊物理性质(例如有意的膨胀行为或快速反应)。 在中国，已率先将CSA水泥用作波特兰水泥(Portlandcement)的低能替代形式，并且每年生 产数百万吨。因为反应所需炉温降低、可磨性更佳以及原料混合物中石灰石含量更低(该原 料混合物需要吸热地除去碳酸)，所以生产所需能量更低。另外，更低石灰石含量和更低燃 料消耗导致CO₂排放物为波特兰水泥熔块的约一半。

在本发明的背景下，熔块应该是指烧结产物，其通过在升高的温度下燃烧原材料 混合物而获得并且包含至少一种水硬反应性相。水泥表示在添加或不添加其他组分的情况 下研磨的熔块。粘结剂或粘结剂混合物表示一种混合物，其水硬性硬化并且包含水泥和通 常但非必需的额外细磨组分，并且其在添加水、任选掺加物和/或添加剂和聚集体之后使 用。熔块可能已包含所有必需或期望的相，并且在研磨成水泥之后作为粘结剂直接使用。

节约能量和有价值原材料的另一个方法是将次级原材料或工业副产物应用作为 生料组分来在熔块生产期间代替初级矿物基原材料。

在其他方法中，补充性胶结材料(其常常为工业副产物或废物)被用于在水泥生产 期间代替熔块的部分，并因此节约能量和初级原料资源。这些材料大多数常常具有凝硬性 或潜在水硬性反应性，并且有助于这些复合粘结剂的机械性能。

波特兰-复合水泥中允许的成分为人工火山灰(例如高炉矿渣，硅粉，合成玻璃和 粉煤灰)或天然火山灰(例如硅质或硅铝质材料，诸如火山灰玻璃、煅烧粘土和页岩)。波特 兰高炉水泥含有至多70％研磨颗粒化高炉矿渣，其余为波特兰熔块和少量硫酸盐(例如石 膏)。这些复合水泥通常产生高极限强度，但随着矿渣含量增加，早期强度降低，而潜在地抗 硫酸盐性增加并且放热减弱。波特兰粉煤灰水泥含有至多35％粉煤灰。该粉煤灰具有凝硬 性行为，以使得极限强度得以维持或甚至增大。因为粉煤灰添加允许更低的水与粘结剂比 率，并且因此允许更低的总水含量，所以早期强度也可以维持。

补充性胶结材料可被分为潜在水硬性材料和火山灰。潜在水硬性材料并非其自身具有水硬性，或者仅极缓慢反应。它们需要活化以在可用时间周期内发生水硬性反应。活化通常是通过(添加)碱土金属或碱金属化合物(例如Ca(OH)₂、NaOH、KOH等)或硫酸盐提供材料(CaSO₄、Na₂SO₄、K₂SO₄等)来实现，所述碱土金属或碱金属化合物或硫酸盐提供材料能够支持形成硅酸(铝)钙水合物和/或钙钒石和/或其他类似物，例如AF_m-相(水铝黄长石单硫酸酯、一碳酸盐半碳酸盐等)或沸石类矿物。火山灰为硅质或铝硅质材料，其与来自粘结剂的其他组分的氢氧化钙反应而形成硅酸钙水合物。上述区别并不总是严格适用，即，许多粉煤灰含有相当多量的钙，并且为潜在水硬性材料，但尽管如此，通常将它们称为火山灰。对于本发明而言，所述区别并不重要，并且这两者皆被归纳为补充性胶结材料，本文部分地缩写为SCM。

典型的补充性胶结材料为天然或人工火山灰和潜在水硬性材料，例如但非排他 地，研磨颗粒化高炉矿渣，以及天然或人工火山灰，例如但非排他地，C型和/或F型粉煤灰、 煅烧粘土或页岩、粗面凝灰岩、砖渣、人工玻璃、硅粉和富含二氧化硅的燃烧有机物残渣(诸 如谷壳灰)或它们的混合物。