[发明专利]用无机粘合剂增强煅烧粘土效用

说明书

本发明公开了由于存在煅烧粘土和某些高级烷醇胺而具有改进的强度性质的含有可水化水泥、石灰石或其混合物的水泥质组合物，其中所述煅烧粘土具有大于1%的Fe₂O₃含量。还公开了用于增强水泥和/或石灰石组合物的强度的示例性添加剂和方法。

发明领域

本发明涉及建筑材料领域，更特别涉及用于增强煅烧粘土在可水化水泥质组合物（hydratable cementitious compositions）中的效用的方法和体系。

发明背景

已知使用煅烧粘土作为用于制备水泥或以其它方式与水泥合并的熟料替代品，其是将混凝土和砂浆组合物中的集料结合在一起的粘合剂。下列专利提供实例。

Heitzmann等人的美国专利4,642,137教导了包括与偏高岭土和选自飞灰、煅烧页岩和煅烧粘土的至少一种材料及其它组分组合的波特兰水泥的粘合剂组合物。

Barger等人的美国专利5,626,665教导了包含石膏、煅烧粘土和基本由可水化硅酸钙组成的熟料的水泥质体系。这一发明的体系被描述为具有小于大约33% nc（标准稠度）的需水量；至少大约1000 psi的一天强度；和低碱官能度。通过增加煅烧粘土的量，相信所得水泥质体系依序获得碱非反应性、耐碱性和低氯离子渗透性。

Gasafi等人的美国专利8,906,155教导了一种生产熟料替代品的方法，其包括将具有大于1.5重量%铁含量的粘土预干燥到小于10重量%的湿含量、粉碎粘土到小于2 mm的颗粒度、在炉中在600-1000℃下煅烧、然后冷却所得材料。

Herfort等人的美国专利9,212,092教导了具有波特兰熟料水泥和包含热处理过的粘土和任选热处理过的碳酸盐材料的辅助水泥质材料的水泥质组合物。粘土基本脱羟基，而任选热处理过的碳酸盐材料保持基本碳酸盐化；这可通过预混碳酸盐和粘土然后将它们加热到400-700℃、或通过单独热处理粘土到最多900℃的温度实现。当所得组合物用于胶结用途时，相信它们具有更高强度。也参见WO 2016/082936、CA 2968007。

Dominik Nied等人的EP3109216 A1教导了某些烷醇胺可加速包括波特兰水泥和熟料替代材料的可水化粘合剂的强度发展，所述熟料替代材料包括高炉矿渣、富石灰和石灰-飞灰、天然和人造火山灰或潜在可水化玻璃（latent hydratable glasses）和煅烧粘土。参见例如段落[0017]和[0019]。

发明概述

本发明源于意外的发现，即某些高级烷醇胺可增强煅烧粘土与Fe₂O₃形式的氧化铁的火山灰反应性。本发明人意外地发现，含有可水化水泥、石灰石或其混合物的水泥质组合物看起来在早期（例如1、3和7天）和晚期（例如28天）都具有改进的强度性质。

基于例如Cement and Concrete Research, 2010中的Riding等人著的标题为“Early age strength enhancement of blended cement systems by CaCl₂ anddiethanol-isopropanolamine”的研究（其证实DEIPA对火山灰反应的影响在早期不显著），无法预知本发明人发现的高级烷醇胺，如二乙醇异丙醇胺（也称为N,N-双(2-羟乙基)-2-羟丙基胺或“DEIPA”）的使用对煅烧粘土的火山灰反应性的正面效果。这表明SCM在早期基本为惰性。

本发明人发现，煅烧粘土不需要与氯化钙或其它盐一起使用以增强其与水泥和/或石灰石组合时的火山灰活性，而是令人惊讶地要求煅烧粘土具有至少1%含量的Fe₂O₃形式的氧化铁。这确实令人惊讶，因为赋予粘土微红色的铁通常被认为降低粘土的反应性。例如，红色的检出会由于其较低反应性而限制粘土在陶瓷和水泥工业中的使用。