[发明专利]合成火山灰

说明书

使用当地原料生产合成火山灰，以提供不受原料获得地限制而保持化学和性质均一的胶结材料。描述了两种生产方法。一种是将原料在半熔融或熔融状态下加工的高温方法，第二种方法是低温水相方法。

与相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月5日提交的共同待决的美国临时专利申请系列号62/332,318的优先权和利益，所述申请整体通过参考并入本文。

技术领域

本发明总的来说涉及混凝土，具体来说涉及用于混凝土组合物的火山灰质材料。

背景技术

各种不同类型的水泥已在所有建筑方式中使用了数千年。典型的现代水硬水泥，更通常被称为普通波特兰水泥(OPC)，是地球上消费最多的物质之一。

尽管基于普通波特兰水泥的混凝土与大多数其他结构材料相比具有更低的CO₂足迹，但每年生产的波特兰水泥混凝土的庞大体量使其成为全球人为二氧化碳排放的重要贡献者。为了减少全球CO₂排放，必须采取新方法来生产新一代水硬水泥。当前，最高效的水泥窑可以每吨OPC熟料伴随816kg CO₂的相关排放生产水泥熟料。将所述磨碎的水泥熟料与具有低或零相关生产CO₂排放的补充胶结材料(SCM)掺混，减少了最终产品的隐含CO₂总量。对给定应用使用具有尽可能低熟料因子(clinker factor)的水泥，是减少混凝土设备CO₂足迹的最常用的工业方法。

为获得低熟料因子而与OPC熟料掺混的SCM的主要是粉煤灰和矿渣。受通过降低水泥熟料因子来减少CO₂足迹所驱动，对以前认为的废料(粉煤灰和矿渣)的需求已增长到使这些材料的价格可以与OPC相比的地步。由于对以前被当作是废品的物质的这种需求，轻微加工过的废油页岩或粘土矿物也可以被经济地生产并用作SCM。

对于可以被生产并显著替代混凝土中的OPC的可持续的SCM存在着需求。

发明内容

根据一个方面，本发明描述了生产具有显著比例的可活化非晶相的材料的方法。

在一个实施方式中，所述材料通过将原料在高温固态方法中粉碎并烧制来生产，以生产具有一些结晶组分和源自于烧制期间产生的液相的一些可活化非晶相的熟料。

在另一个实施方式中，所述材料是通过天然、废旧或人造的含硅酸盐矿物与CO₂的水相分解或溶解来生产，以生产可活化非晶相和另外的结晶沉淀物。

在又一个实施方式中，将所述生产的含有可活化非晶相的材料与水和活化剂配合，以产生胶结复合材料。

在另一个实施方式中，所述活化剂选自OPC(1-70wt％)、游离石灰(1-20wt％)、氢氧化钙(1-20wt％)和碱金属氢氧化物(NaOH、KOH，1至10wt％)中的一种或多种。

根据一个方面，本发明的特点在于一种合成火山灰，其包含至少10质量％的包含硅质、硅铝质和铝质材料中一种或多种的可活化非晶相，所述可活化非晶相被设计成通过进行化学反应来活化，以形成胶结化合物。

在一个实施方式中，所述合成火山灰还包含结晶相。

在另一个实施方式中，所述结晶相主要包含结晶黄长石。

在又一个实施方式中，所述结晶相主要包含结晶斜长石。

在另一个实施方式中，所述结晶相主要包含结晶碱性长石。

根据另一方面，本发明涉及一种制造合成火山灰的方法，所述合成火山灰包含至少10质量％的可活化非晶相，所述方法包括在高温方法中进行固态反应以生产熟料的步骤。