CN101687704A - 一种无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料中适当添加碱性无机材料制作而成的无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法，尤其是一种可大幅减少现有波特兰水泥中存在的二氧化碳排出问题，利于环保，而且其性能优良的一种无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法。

Description

一种无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法

技术领域

本发明涉及一种在高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料中适当添加碱性无机材料制作而成的无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法，尤其是一种可大幅减少现有波特兰水泥中存在的二氧化碳排出问题，利于环保，而且其性能优良的一种无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法。

背景技术

通常而言，用于建筑行业的砂浆由粘合剂、水及骨料构成，而此时所用的粘合剂一般是波特兰水泥。但上述波特兰水泥，在其生产过程中将消耗大量的能源，而且在此过程中所产生的二氧化碳占全世界温室气体排放量的7％。

上述波特兰水泥按适当比例混合包含二氧化硅、氧化铝及石灰的原料作为主要成分，而且在其一部分熔融烧结的熔块中添加适量石膏之后，粉碎成粉末制作而成。因此，为制备上述水泥的熔块，需在1450℃的高温状态下熔融，消耗大量能源(约30～351的油/吨)。不仅如此，制备1吨水泥，将排出700～870Kg的二氧化碳。

为减少制备1吨波特兰水泥所产生的约0.8吨二氧化碳，世界上的混凝土制作厂商不断为减少水泥使用量而进行努力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种无水泥碱活性粘合剂，在高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料中适当添加碱性无机材料制备一种无水泥碱活性粘合剂，可大幅减少现有波特兰水泥中存在的二氧化碳排出问题，利于环保，而且其性能优良。

本发明的另一目的在于，提供一种无水泥碱活性砂浆制备方法，在混合包括含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料之中一种以上的源材料，及包括钠材料在内的碱性无机材料的碱活性粘合剂、水及沙子制备无水泥碱活性砂浆时，可根据上述无水泥碱活性砂浆的初始流动量、28天抗压强度及无水泥碱活性砂浆的抗压强度发展模式，选择上述碱活性粘结剂、水机沙子的混比例，从而可制备一种无水泥碱活性砂浆，其大幅减少现有波特兰水泥中存在的二氧化碳排出问题，利于环保，而且其性能优良。

本发明的又一目的在于，提供一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，初始流动量高，但随时间的流动性损失小，且抗压强度小，因此适用于建筑物的维修及加固。

实现本发明目的之第一实施例无水泥碱活性粘合剂，包括含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料之中一种以上的源材料及包括钠材料在内的碱性无机材料。

在较佳实施例中，上述碱性无机材料包括硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上。

在较佳实施例中，上述钠材料为Na或Na₂O。

在较佳实施例中，上述液体状氢氧化钠的摩尔浓度为8～16M。

在较佳实施例中，上述钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.14。

在较佳实施例中，若上述源材料为高炉矿渣，则上述钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.088。

在较佳实施例中，若上述源材料为粉煤灰，则上述钠材料对源材料的重量之比为0.114～0.14。

在较佳实施例中，上述碱性无机材料中，还包括硅酸钾、硫酸钙及硅酸二钙之中一种以上。

在较佳实施例中，包含于上述源材料中的氧化铝或二氧化硅，通过与包含于上述碱性无机材料中的钠材料的溶解及合成而硬化。

实现本发明目的之第二实施例无水泥碱活性砂浆制备方法，混合包括含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料之中一种以上的源材料及包括钠材料在内的碱性无机材料的碱活性粘合剂、水及沙子制备无水泥碱活性砂浆。

在较佳实施例中，上述碱性无机材料包括硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上。

在较佳实施例中，上述钠材料为Na或Na₂O。

在较佳实施例中，上述碱性无机材料中，还包括硅酸钾、硫酸钙及硅酸二钙之中一种以上。

在较佳实施例中，上述碱性无机材料对源材料的重量之比为0.038～0.14。

在较佳实施例中，若上述源材料为高炉矿渣，则上述碱性无机材料对源材料的重量之比为0.038～0.088。

在较佳实施例中，若上述源材料为粉煤灰，则上述碱性材料对源材料的重量之比为0.114～0.14。

实现本发明目的之第三实施例无水泥强化碱活性砂浆制备方法，在包括高炉矿渣、包括钠材料的碱性无机材料、氢氧化钙、三聚氰胺减水剂及硼酸盐的无水泥碱活性粘合剂中，混合干沙及水。

在较佳实施例中，上述氢氧化钙含上述高炉矿渣的5～10％重量比。

在较佳实施例中，上述钠材料为Na或Na₂O。

在较佳实施例中，上述碱性无机材料为硅酸钠，而在上述硅酸钠中，作为上述硅酸钠钠材料的Na₂O，包含上述高炉矿渣的6.4～9％重量比。

在较佳实施例中，上述三聚氰胺减水剂含上述高炉矿渣的0.5～2％重量比。

上述本发明无水泥碱活性粘合剂，具有高初始强度及长期强度发展、低水化反应热、高抗药性、高抗冻结及熔化性、高耐火性及低非弹性变形等特点，不仅适用于一般建筑、海洋结构物及耐火结构物，而且还适用于砖、块及道路边界石等混凝土衍生产品，因此，本发明无水泥碱活性粘合剂，可广泛有效地应用于建筑恒业的各个领域。

另外，根据本发明，可利用粘合剂替代现有普通波特兰水泥，以解决工业废料处理问题，从而不仅减少环境负担，而且节约制备粘合剂所需能源，不排除二氧化碳，从而提供利于环保的无水泥碱活性粘合剂。

另外，根据本发明，因不像制备现有波特兰水泥时那样产生二氧化碳，从而提供利于环保的制备方法，而且因减活性粘合剂使用高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料，从而制备可减少环境负担，节约制备减活性粘合剂所消耗的能源的无水泥减活性砂浆。

另外，根据本发明，可制备具有高初始强度及长期强度发展、低水化反应热、高抗药性、高抗冻结及熔化性、高耐火性及低非弹性变形等特点的无水泥减活性砂浆。

另外，根据本发明，可不使用水泥制备无水泥强化减活性砂浆。

另外，根据本发明，可通过使用作为工业废料的高炉矿渣，制备利于环保的无水泥强化减活性砂浆。

另外，根据本发明，可制备因初始流动量高，但随时间的流动性损失小，且抗压强度小，因此适用于建筑物的维修及加固的无水泥强化减活性砂浆。

附图说明

图1及图2为本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂照片；

图3及图4为表示使用本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂的砂浆流动性曲线图；

图5至图8为根据钠材料和源材料的重量比，表示使用本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂的砂浆的28天抗压强度和不同熟化时间抗压强度发展的曲线图；

图9及图10为表示使用本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂的砂浆的干燥收缩变形情况的曲线图；

图11至图13为根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂浆照片；

图14及图15为根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据水对减活性粘合剂之比的流动性及根据沙子对减活性粘合剂之比的流动性的曲线图；

图16及图17为根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据水对减活性粘合剂之比的28天抗压强度及根据沙子对减活性粘合剂之比的28天抗压强度的曲线图；

图18为表示根据本发明第三实施例制备而成的无水泥强化减活性砂浆初始流动量的曲线图；

图19为表示根据本发明第三实施例制备而成的无水泥强化减活性砂浆流动性损失的曲线图；

图20为表示根据本发明第三实施例制备而成的无水泥强化减活性砂浆抗压强度的曲线图。

具体实施方式

[第一实施例]

本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂由源材料(Source material)和碱性无机材料(Alkali mineral material)相混合而成。

此时，上述源材料包括高炉矿渣(Blast-Furnace Slag)、粉煤灰(FlyAsh)及偏高岭土(Mata-Kaolin)之中一种以上，而上述碱性无机材料包括硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上。

此时，本发明无水泥减活性粘合剂，在构成上述碱性无机材料的成分中，钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.14，而上述钠材料对源材料的重量比决定本发明无水泥减活性粘合剂的流动性、强度及干燥收缩等力学特性。

此时，上述钠材料包括Na或Na₂O等。另外，在上述钠材料对源材料的重量比中，上述钠材料的重量都换算成Na₂O的重量使用之。即，在上述作为碱性无机材料的硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠中，上述钠材料可以Na或Na₂O的形式存在，但是将这些都转换成Na₂O的重量。因此，在本发明中，若钠材料以Na₂O的形式存在，则直接使用其重量，但若以其他形式存在，则将钠材料的重量转换成Na₂O的重量之后使用之。

因此，为获得所需强度的无水泥减活性粘合剂，在混合上述源材料和碱性无机材料时，可通过确定上述碱性无机材料的重量，调节上述钠材料对源材料的重量比。

此时，若上述源材料为高炉矿渣，则通过调整上述碱性无机材料的量，使上述钠材料对源材料的重量比处于0.038～0.088范围之内。

另外，若上述源材料为粉煤灰或偏高岭土，则通过调整上述碱性无机材料的量，使上述钠材料对源材料的重量比处于0.088～0.14范围之内。

若混合于上述无水泥减活性粘合剂的碱性无机材料中包含上述液体状氢氧化钠，则使用8～16M的氢氧化钠溶液。

如下述化学式1所示，本发明无水泥减活性粘合剂，混合含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料之中一种以上的源材料，及含硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上的碱性无机材料制备而成，而在包含于上述无水泥减活性粘合剂的源材料中，氧化铝或二氧化硅通过与上述碱性无机材料中的钠或钾溶解及合成，使本发明无水泥减活性粘合剂硬化。

化学式1

(此时，可选择上述NaOH或KOH中的任何一种以上混合。)

图1及图2为本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂照片。

如图1及图2所示，其中图1是源材料为高炉矿渣，而碱性无机材料为硅酸钠、氢氧化钠及硫酸钙混合物的无水泥减活性粘合剂照片；而图2是源材料为粉煤灰，而碱性无机材料为硅酸钠、氢氧化钠及硫酸钙混合物的无水泥减活性粘合剂照片。

此时，上述如图1及图2所示的无水泥减活性粘合剂，根据钠材料对源材料的重量比的不同，其比重为2.2～2.9，其比表面积为4000g/cm²。

图3及图4为表示使用本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂的砂浆流动性曲线图。

此时，之后的“GGBS”表示按一定大小磨细上述高炉矿渣的粉末，是指高炉矿渣细粉(Ground Granulated Blast Furnace Slag)。

此时，之后的砂浆是指，按水-无水泥减活性粘合剂之比(W/B)为50％，沙子-源材料重量比(S/B)为3.0，骨料的最大直径小于5mm的条件制备而成的砂浆。

如图3所示，利用源材料为高炉矿渣或粉煤灰，碱性无机材料为硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上的无水泥减活性粘合剂制备砂浆，并按照钠材料对源材料的重量比测得砂浆的流动性并示于曲线图中。

从如图3的曲线图可知，当钠材料对源材料的重量比约为0.015时，若源材料各为高炉矿渣及粉煤灰，则初始流动量各约170mm及180mm；而当钠材料对源材料的重量比约为0.06时，若源材料各为高炉矿渣及粉煤灰，则初始流动量各约200mm及180mm。

另外，当钠材料对源材料的重量比增加至约为0.015过程中，若源材料各为高炉矿渣，则初始流动量逐渐减少并到一定重量比(约0.11)之后，初始流动量明显降低。而若源材料为粉煤灰，则初始流动量逐渐增加并到一定重量比(约0.08)之后，将维持一定的初始流动量。

另外，若源材料为粉煤灰，则与钠材料对源材料的重量比无关，其初始流动量大于现有波特兰水泥的初始流动量；而若源材料为高炉矿渣，则当钠材料对源材料的重量比小于0.06时，其初始流动量大于现有波特兰水泥的初始流动量。

从如图4的曲线图可知，当钠材料对源材料(此时，源材料为高炉矿渣及粉煤灰)的重量比各为0.015及0.035时，随SiO₂对钠材料的重量比变化的初始流动量，受氢氧化钠使用量的影响。

即，总体而言，给钠材料的量产生影响的氢氧化钠的量越少，初始流动量越高。

因此，使用本发明无水泥减活性粘合剂的砂浆，具备可适用于作业现场以上的初始流动量。

图5至图8为根据钠材料和源材料的重量比，表示使用本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂的砂浆的28天抗压强度和不同熟化时间抗压强度发展的曲线图。

如图5所示，随钠材料对源材料(此时，源材料为粉煤灰)重量比的增加，28天抗压强度也逐渐增加；而若源材料为高炉矿渣，则钠材料对源材料的重量之比为0.03795，即约0.038时，也表现出约20MPa的抗压强度。

如图6所示，随钠材料对源材料(此时，源材料为粉煤灰)重量比的增加，28天抗压强度呈逐渐增加的趋势，当钠材料对源材料的重量比小于0.08855，即小于0.088时，28天抗压强度小于1MPa；而当大于0.088时，抗压强度为4MPa以上。

如图7所示，当源材料为高炉矿渣时，根据钠材料对源材料的重量比的不同熟化时间抗压强度，当钠材料对源材料的重量比约为0.038时，稍低于现有波特兰水泥的抗压强度，而当重量之比为0.06325以上，即约0.063以上时，反而使用本发明无水泥减活性粘合剂的砂浆的抗压强度更高。不仅如此，较之使用现有波特兰水泥的砂浆，其长期强度发展也更好。

如图8所示，当源材料为粉煤灰时，根据钠材料对源材料的重量比的不同熟化时间抗压强度，到56天之后发展良好。而虽然当钠材料比源材料的重量比小时起抗压强度低，但当重量之比为0.11385，即约0.114时，抗压强度为16MPa(91天强度)，当重量之比为0.13915，即约0.14时，抗压强度为18MPa(91天强度)。因此具有不低于现有不特兰水泥的抗压强度，充分适用于建筑现场。

因此，综合上述图5至图8所示的内容如下：本发明无水泥减活性粘合剂，当源材料为高炉矿渣时，当钠材料对源材料的重量比大于约0.038以上，则使用本发明无水泥减活性粘合剂的砂浆的抗压强度达到20MPa以上，从而获得作业现场所需砂浆的抗压强度；而当源材料为粉煤灰时，当钠材料对源材料的重量比大于约0.114以上，则使用本发明无水泥减活性粘合剂的砂浆的抗压强度达到16MPa以上，而这较之作业现场所用结构砂浆的抗压强度(20～30MPa)稍低或稍高，可完全适用于作业现场。

此时，因随钠材料对源材料的重量比的增加，碱性无机材料的量也增加，因此若源材料为高炉矿渣，则钠材料对源材料的重量比小于0.088为宜。另外，当源材料为粉煤灰时，钠材料对源材料的重量比小于0.14为宜。这是因为随上述钠材料对源材料的重量比的增加，不仅降低初始流动量，而且因上述钠材料等碱性无机材料的价格高，因此随其使用量的增加，也将增加本发明无水泥减活性粘合剂的成本。

图9及图10为表示使用本发明第一实施例无水泥减活性粘合剂的砂浆的干燥收缩变形情况的曲线图。

如图9所示，源材料为高炉矿渣的减活性砂浆的干燥收缩变形率，当钠材料对源材料的重量比小于0.139，即小于约0.14时，熟化时间14天之后，小于使用普通波特兰水泥的砂浆的干燥收缩变形率。此时，使用高炉矿渣的减活性砂浆的极限干燥收缩变形率小于约-900×10^-6。

如图10所示，源材料为粉煤灰的减活性砂浆的干燥收缩变形率，当钠材料对源材料的重量比小于0.114时，熟化时间14天之后，小于使用普通波特兰水泥的砂浆的干燥收缩变形率，而当钠材料对源材料的重量之比为0.139，即约0.14和0.164时，也具有与普通波特兰水泥山江类似的干燥收缩变形率。此时，使用粉煤灰的减活性砂浆的极限干燥收缩变形率也小于约-900×10^-6。

因此，本发明无水泥减活性粘合剂，包括含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料之中一种以上的源材料，及含硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上的碱性无机材料，而作为上述源材料及碱性无机材料混合物的无水泥减活性粘合剂中，构成上述碱性无机材料的钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.14为宜。

此时，若上述源材料为高炉矿渣，则考虑到初始流动量及抗压强度等，适用于作业现场的无水泥减活性粘合剂的上述钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.088为宜；而若上述源材料为粉煤灰，无水泥减活性粘合剂的上述钠材料对源材料的重量之比为0.114～0.14。

上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

[第二实施例]

本发明第二实施例无水泥碱活性砂浆制备方法，混合包括含高炉矿渣(Blast-furnace slag)、粉煤灰(Fly ash)及偏高岭土(Mata-kaolin)等工业废料之中一种以上的源材料，及包括钠材料在内的碱性无机材料的碱活性粘合剂、水及沙子制备无水泥碱活性砂浆。

此时，包括钠材料在内的碱性无机材料，包括硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中一种以上。

此时，上述碱性无机材料，可包括硅酸钾、硫磺钙及硅酸二钙之中一种以上。而在以后制备减活性砂浆时，也为提高流动性，抑制干燥收缩而包括上述硅酸钾、硫酸钙及硅酸二钙。

在上述减活性粘合剂中，上述碱性无机材料对源材料的重量之比为0.038～0.14，碱性无机材料对源材料的重量比决定减活性粘合剂的流动性、强度及干燥收缩等力学特性，而上述减活性粘合剂的力学特性进而决定通过本发明无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂浆的力学特性。

此时，上述包括碱性无机材料在内的碱性无机材料包括Na或Na₂O等。在上述碱性无机材料对源材料的重量比中，上述碱性无机材料的重量都换算成Na₂O的重量使用之。即，在上述作为碱性无机材料的硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠中，包括Na或Na₂O，但将上述成分中的Na的重量换算成Na₂O的重量使用之。

此时，若上述源材料为高炉矿渣，则通过调整上述碱性无机材料的量，使上述碱性无机材料对源材料的重量比处于0.038～0.088范围之内。

另外，若上述源材料为粉煤灰或偏高岭土，则通过调整上述碱性无机材料的量，使上述碱性无机材料对源材料的重量比处于0.088～0.14范围之内。

此时，若混合于上述减活性粘合剂的碱性无机材料中包含上述液体状氢氧化钠，则使用8～16M的氢氧化钠溶液。

在上述减活性粘合剂中，将高炉矿渣作为源材料的减活性粘合剂，可通过与水的反应生成CSH gel，而将粉煤灰及偏高岭土作为源材料的减活性粘合剂，在与水的反应中不生成CSH gel。不仅如此，源材料在碱性环境的与水的反应中，将氧化铝置换为二氧化硅。因此，最终减活性粘合剂，可根据所需强度制作成必要的碱性质量系数。

此时，上述碱性质量系数(Q_A)可通过如下式计算出来：

$\left(\frac{{\mathrm{Na}}_{2}O}{\mathrm{Si}{O}_2*A{l}_2{O}_3*\mathrm{CaO}}\right|B)\left(\mathrm{byweight}\right)$

在此，上述B表示所使用的原材料和碱性无机材料的全部重量。

本发明无水泥减活性砂浆制备方法，在混合上述减活性粘合剂、沙子及水制备无水泥减活性砂浆时，适当调节上述源材料、包括碱性无机材料的减活性粘合剂、沙子及水的量，以满足如下数学式1至数学式3。

下述数学式1，利用碱性质量系数(Q_A)、水-减活性粘合剂之比(W/B)、源材料的比表面积对源材料的基本比表面积之比(S_A/S_AO)(此时，上述源材料的基本表面积为4000cm²/g)、沙子-减活性粘合剂之比(S/B)及基本流量(F_O)(此时，上述基本流量为100mm)，计算出初始流量(F_i)。

数学式1

$F_i-{\left(\frac{Q_A^{0.025}}{W/B*{(\frac{S_A}{S_{A0}}+S/B)}^{-0.33}}\right)}^{-1.32}*F_0>-100\left(\mathrm{mm}\right)$

因此，若决定无水泥减活性砂浆所需初始流量，可在考虑下述数学式2及数学式3的同时，决定上述数学式1所算出的包括上述源材料及碱性无机材料的减活性粘合剂、沙子及水的重量比，而若按上述所决定的重量比混合制备无水泥减活性砂浆，则可制备所需初始流动量的无水泥减活性砂浆。

另外，将通过下述数学式2或数学式3所获得的28天抗压强度或抗压强度发展模式中提取的各混合比代入上述数学式1进行计算，则可获得相应初始流动量，从而可通过上述数学式1或数学式3的配合，获得初始流动量。

下述数学式2，利用碱性质量系数(Q_A)、水-减活性粘合剂之比(W/B)、源材料的比表面积对源材料的基本比表面积之比(S_A/S_AO)及k为变量，计算出28天抗压强度((f_ck)₂₈)。

数学式2

${\left(f_{\mathrm{ck}}\right)}_{28}-148{\left[\frac{Q_A*{(\frac{S_A}{S_{A0}}+k_1)}^{0.3}}{W/B}\right]}^{1.23}*{\left(f_{\mathrm{ck}}\right)}_0$

此时，上述k₁为沙子对碱性无机材料之比(S/A)的0.5或-0.5幂值，当沙子对碱性无机材料之比小于或等于2.5，则输入以(S/A)^0.5计算的值，而当大于2.5，则输入以(S/A)^-0.5计算的值。

此时，上述(f_ck)_O为表示基本抗压强度的变量，为10MPa。

因此，若决定无水泥减活性砂浆所需28天抗压强度值，可在考虑上述数学式1及下述数学式3的同时，决定上述数学式1所算出的包括上述源材料及碱性无机材料的减活性粘合剂、沙子及水的重量比，而若按上述所决定的重量比混合制备无水泥减活性砂浆，则可制备所需28天抗压强度值的无水泥减活性砂浆。

另外，将通过上述数学式1或下述数学式3所获得的初始流动量或抗压强度发展模式中提取的各混合比代入上述数学式2进行计算，则可获得相应28天抗压强度，从而可通过上述数学式1或下述数学式3的配合，获得28天抗压强度。

下述数学式3，利用碱性质量系数(Q_A)、水-减活性粘合剂之比(W/B)、源材料的比表面积对源材料的基本比表面积之比(S_A/S_AO)及k为变量，计算出抗压强度发展模式(即，根据熟化时间的抗压强度f_ck(t))。

数学式3

$f_{\mathrm{ck}}\left(t\right)=\frac{t}{A_1+B_1}{\left(f_{\mathrm{ck}}\right)}_{28}$

此时，上述A₁为：

$0.39{\left[\frac{{(W/B)}^2*k_2^{0.1}}{{(1+S_A/S_{A0})}^{0.1}*Q_A}\right]}^{0.67}$

上述B₁为：

$1.08{\left[\frac{{(W/B)}^2*k_2^{0.1}}{{(1+S_A/S_{A0})}^{0.1}*Q_A}\right]}^{-0.09}$

此时，上述k₂，当沙子对碱性无机材料之比(S/A)小于或等于2.5，则输入以(1+S/A)^0.5计算的值，而当大于2.5，则输入以(1+S/A)^-0.5计算的值。

因此，若决定无水泥减活性砂浆的抗压强度发展模式，可在考虑上述数学式1及数学式2的同时，决定上述数学式3所算出的包括上述源材料及碱性无机材料的减活性粘合剂、沙子及水的重量比，而若按上述所决定的重量比混合制备无水泥减活性砂浆，则可制备所需抗压强度发展模式的无水泥减活性砂浆。

另外，将通过上述数学式1或数学式2所获得的初始流动量或28天抗压强度中提取的各混合比代入上述数学式3进行计算，则可获得相应抗压强度发展模式，从而可通过上述数学式1或数学式2的配合，获得抗压强度发展模式。

图11至图13为根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂浆照片。

如图11至图13所示，上述图11至图13的照片为根据本发明最佳混合比例混合而成的无水泥减活性砂浆照片，其中，上述图11表示水对碱活性粘合剂的之比为50％，沙子对减活性粘合剂之比为3.0的同时，上述减活性粘合剂的源材料为高炉矿渣的无水泥减活性砂浆；上述图12表示水对碱活性粘合剂的之比为50％，沙子对减活性粘合剂之比为3.0的同时，上述减活性粘合剂的源材料为粉煤灰的无水泥减活性砂浆；上述图13表示水对碱活性粘合剂的之比为40％，沙子对减活性粘合剂之比为1.0的同时，上述减活性粘合剂的源材料为高炉矿渣的无水泥减活性砂浆。

图14及图15为根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据水对减活性粘合剂之比的流动性及根据沙子对减活性粘合剂之比的流动性的曲线图。

如图14所示，根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据水对减活性粘合剂之比的流动性的曲线图，而随水对减活性粘合剂之比的增加，流动量也随之增加。

如图15所示，根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据沙子对减活性粘合剂之比的流动性的曲线图，而随水对减活性粘合剂之比的增加，流动量将减少。

因此，从图14及图15的曲线图可知，随水对减活性粘合剂之比的增加，流动量随之增加；而随水对减活性粘合剂之比的增加，流动量将减少。

图16及图17为根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据水对减活性粘合剂之比的28天抗压强度及根据沙子对减活性粘合剂之比的28天抗压强度的曲线图。

如图16所示，根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据水对减活性粘合剂之比的28天抗压强度的曲线图，而随水的比例增加，减活性粘合剂比例降低，抗压强度将下降。

如图17所示，根据本发明第二实施例无水泥减活性砂浆制备方法制备而成的无水泥减活性砂中，表示根据沙子对减活性粘合剂之比的28天抗压强度的曲线图，当沙子对减活性粘合剂之比为2.5时，抗压强度最大；而当沙子对减活性粘合剂之比大于2.5时，随沙子对减活性粘合剂之比的增加，抗压强度将下降。

因此，从图16及图17的曲线图可知，随水对减活性粘合剂之比的增加，28天抗压强度将下降；而直到沙子对减活性粘合剂之比达到2.5位置，随沙子对减活性粘合剂之比的增加，28天抗压强度也随之增加。

[第三实施例]

本发明第三实施例无水泥强化碱活性砂浆制备方法，在包括高炉矿渣、包括钠材料的碱性无机材料、氢氧化钙、三聚氰胺减水剂及硼酸盐的无水泥碱活性粘合剂中，混合干沙及水。

另外，上述干沙选用最大直径为5mm的干沙，且混合相对于上述无水泥减活性粘合剂的2.5重量比。

另外，上述水混合相对于上述无水泥减活性粘合剂的0.55重量比。

上述高炉矿渣为用作上述无水泥减活性粘合剂的主要原料，为从铁矿石提炼生铁时所产生的矿渣。

即，本发明第三实施例无水泥强化减活性砂浆，因回收利用工业废料，利于环保，且无需使用水泥即可制备而成。

添加上述碱性无机材料的目的是，决定由上述无水泥减活性粘合剂制备而成的砂浆的流动性、强度及干燥收缩等力学特性。

另外，上述碱性无机材料包括Na或Na₂O，而在本发明一实施例中，选用硅酸钠。

但是，上述碱性无机材料，只要包括Na或Na₂O等钠材料，可选用任何材料。

例如，上述碱性无机材料可选用粉末状或液体状的氢氧化钠或液体状的水玻璃。

另外，上述硅酸钠混合包含于上述硅酸钠的钠材料Na或Na₂O为相对于上述高炉矿渣质量的6.4～9％。

即，上述碱性无机材料可以Na或Na₂O的形式存在，但是将这些都转换成Na₂O的重量。因此，在本发明中，若钠材料以Na₂O的形式存在，则直接使用其重量，但若以其他形式存在，则将钠材料的重量转换成Na₂O的重量之后使用之，而Na₂O的重量为上述高炉矿渣重量的6.4～9％重量比。

添加上述氢氧化钙的目的是，决定本发明一实施例无水泥强化减活性砂浆的硬化特性，总量为上述高炉矿渣重量的5～10％重量比，可延缓硬化速度。

添加上述硼酸盐的目的是，提高砂浆流动性，降低抗压强度，而其重量为上述高炉矿渣重量的1～5％重量比。

上述三聚氰胺减水剂的重量为上述高炉矿渣重量的0.5～2％重量比，起到提高砂浆的可使用性(workability)。

图18为表示根据本发明第三实施例制备而成的无水泥强化减活性砂浆初始流动量的曲线图。

从图18可知，若不添加硼酸盐，砂浆的坍落流动度(slump flow)为118mm，而当添加1％的硼酸盐之后，其坍落流动度为165mm，表明流动性增加。

即，本发明第三实施例砂浆，因其初始流动性大，可填充于建筑物开裂的裂缝等，特别适合于建筑的维修。

图19为表示根据本发明第三实施例制备而成的无水泥强化减活性砂浆流动性损失的曲线图。

如图19所示，添加1～2％硼酸盐时，30分钟之后的坍落流动度各为约180mm及205mm，较之初始流动量的165mm有所提高。

但是，未添加的硼酸盐的砂浆，初始流动量约为118mm，但经过30分钟之后，反倒快速减少为103mm而硬化。

即，本发明第三实施例无水泥强化减活性砂浆，因其流动性损失较低，因此适合于作为加固砂浆所用。

图20为表示根据本发明第三实施例制备而成的无水泥强化减活性砂浆抗压强度的曲线图。

如图20所示，若为未添加硼酸盐的砂浆，1天的抗压强度为7.5MPa，但若为添加2％硼酸盐的砂浆，其抗压强度为2.5MPa，抗压强度有所降低。

另外，3天和7天的抗压强度检测结果为，添加2％硼酸盐的砂浆较之未添加硼酸盐的砂浆，其抗压强度降低约7MPa及约5MPa。

即，本发明由第三实施例无水泥减活性粘合剂制备而成的砂浆，因其抗压强度较低，因此在修补建筑物裂缝时，可更柔和地硬化。

如上所述，结合所述说明及附图对本发明构成及原理进行了说明，但这只是示例性说明，可在不脱离本发明技术思想及范围的前提下，对其进行各种变换及修改。

工业使用性

本发明提供可提供利于环保，而且其性能优良的无水泥碱活性粘合剂，利用所述无水泥碱活性粘合剂的砂浆制备方法及无水泥强化碱活性砂浆制备方法，从而适用于作业现场。

Claims (22)

1、一种无水泥碱活性粘合剂，其特征在于，包括：含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料之中一种以上的源材料，及包括钠材料的碱性无机材料。

2、根据权利要求1所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：上述碱性无机材料包括硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中的一种以上。

3、根据权利要求1或2所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：上述钠材料为Na或Na₂O。

4、根据权利要求2所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：上述液体状氢氧化钠的摩尔浓度为8～16M。

5、根据权利要求1或2所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：上述钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.14。

6、根据权利要求5所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：若上述源材料为高炉矿渣，则上述钠材料对源材料的重量之比为0.038～0.088。

7、根据权利要求5所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：若上述源材料为粉煤灰，则上述钠材料对源材料的重量之比为0.114～0.14。

8、根据权利要求1或2所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：上述碱性无机材料中，还包括硅酸钾、硫酸钙及硅酸二钙之中的一种以上。

9、根据权利要求1或2所述的一种无水泥减活性粘合剂，其特征在于：包含于上述源材料中的氧化铝或二氧化硅，通过与包含于上述碱性无机材料中的钠材料的溶解及合成而硬化。

10、一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：混合包括含高炉矿渣、粉煤灰及偏高岭土等工业废料中的一种以上的源材料，及包括钠材料在内的碱性无机材料的碱活性粘合剂、水及沙子制备无水泥碱活性砂浆。

11、根据权利要求1或2所述的一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述碱性无机材料包括硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体状水玻璃及液体状氢氧化钠之中的一种以上。

12、根据权利要求11所述的一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述钠材料为Na或Na₂O。

13、根据权利要求11所述的一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述碱性无机材料对源材料的重量之比为0.038～0.14。

14、根据权利要求10所述的一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述减活性粘合剂中碱性无机材料对源材料的重量比为0.038～0.088。

15、根据权利要求14所述的一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：若上述源材料为高炉矿渣，则上述碱性无机材料对源材料的重量之比为0.038～0.088。

16、根据权利要求14所述的一种无水泥碱活性砂浆制备方法，其特征在于：若上述源材料为粉煤灰，则上述碱性材料对源材料的重量之比为0.114～0.14。

17、一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，奇特正在于：在包括高炉矿渣、包括钠材料的碱性无机材料、氢氧化钙、三聚氰胺减水剂及硼酸盐的无水泥碱活性粘合剂中，混合干沙及水。

18、根据权利要求17所述的一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述硼酸盐含上述高炉矿渣的1～5％重量比。

19、根据权利要求17或18所述的一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述氢氧化钙含上述高炉矿渣的5～10％重量比。

20、根据权利要求19所述的一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述钠材料为Na或Na₂O。

21、根据权利要求20所述的一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述碱性无机材料为硅酸钠，而在上述硅酸钠中，作为上述硅酸钠钠材料的Na₂O，包含上述高炉矿渣的6.4～9％重量比。

22、根据权利要求21所述的一种无水泥强化碱活性砂浆制备方法，其特征在于：上述三聚氰胺减水剂含上述高炉矿渣的0.5～2％重量比。

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