CN102300826A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够用作代替水泥的结合料的碱激活结合料，更具体而言涉及碱激活结合料和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，其中，包含不含钠的无机碱性材料以减小混凝土中的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。

Description

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
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。
因此，本发明的一个目的是提供一种碱激活结合料，其中用于调节碱激活结合料的硬化速率的无机碱性材料以能够维持抗压强度的量使用，由此同时显示出优异的可加工性和高强度稳定性，以及提供包含以上结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品。
本发明的另一个目的是提供一种碱激活结合料，其中减少了混凝土中Na2O和K2O的总量，由此抑制了混凝土中的碱骨料反应，从而有效地控制碱骨料反应，以及提供包含以上结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品。
另外，本发明的另一个目的是提供一种碱激活结合料，其控制钠类材料造成的快速烧结并激活波索来反应，由此改善强度和收益率，以及提供包含以上结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品。
另外，本发明的另一个目的是提供一种碱激活结合料，其包括含有相对价廉的镁的无机碱性材料，因此降低了生产成本，以及提供包含以上结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品。
另外，本发明的另一个目的是提供碱激活砌筑产品和湿黄土铺路材料，其中，与使用仅包含含钠无机碱性材料的传统碱激活结合料相比，增大了砌筑产品的收益率和抗压强度，强度更为稳定，快速烧结得到控制，因此表现出改善的可加工性和提高的生产率。
另外，本发明的另一个目的是提供一种碱激活湿黄土铺路材料，其因将工业副产品再循环且不添加水泥而具有环境友好性，与OPC水泥相比显示出优异的初始强度和长期强度，以及比OPC水泥更高的耐久性和化学耐受性，具有为OPC水泥的约1/2～1/3的水合热，并且受骨料的品质的影响较小，因此即使在骨料中存在约20％的粘土或杂质时强度也不会降低。
另外，本发明的另一个目的是提供一种碱激活湿黄土铺路材料，其包含易于分散以控制表面干缩破裂并增强拉伸强度和挠曲强度的纤维。
另外，本发明的另一个目的是提供一种碱激活湿黄土铺路材料，其中黄土总量的一部分由粒径与黄土类似的细骨料代替，由此在维持黄土的固有颜色的同时控制干缩并增大抗压强度。
另外，本发明的另一个目的是提供一种碱激活湿黄土铺路材料，其代替沥青或混凝土应用至没有较重交通负荷的地方，例如走道、人行道、公园道路、自行车道等，以及需要高强度以能够使重型车辆通行的地方。
本发明的目的并不限于上述目的，本领域的技术人员将通过下列描述而更加清楚地理解本文中未提及的其他目的。
技术方案
为完成上述目的，本发明提供一种碱激活结合料，所述碱激活结合料包含矿渣或粉煤灰；和不含钠的无机碱性材料。
在优选的实施方式中，所述不含钠的无机碱性材料的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～30重量份。
在优选的实施方式中，所述不含钠的无机碱性材料是选自氢氧化钙、氢氧化钡、石膏、镁盐和氧化镁中的一种或多种。
在优选的实施方式中，所述镁盐是选自硫酸镁、碳酸镁、氢氧化镁、氯化镁、硬脂酸镁、偏磷酸镁和乳酸镁中的任一种。
在优选的实施方式中，所述氢氧化钙的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～15重量份。
在优选的实施方式中，所述氢氧化钡的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～5重量份。
在优选的实施方式中，所述镁盐或氧化镁的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～20重量份。
另外，本发明提供一种碱激活砂浆，所述砂浆包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料。
另外，本发明提供一种碱激活混凝土，所述混凝土包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料。
另外，本发明提供一种碱激活混凝土制品，所述混凝土制品由权利要求9所述的混凝土制造。
在优选的实施方式中，所述混凝土制品包括砖、块、瓦、排水管、路牙、混凝土桩、预应力混凝土、混凝土板、混凝土管、检查井、泡沫混凝土和混凝土结构体。
另外，本发明提供一种碱激活砌筑产品，所述砌筑产品包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料；细骨料，包括选自砂、废铸模砂、石粉和人造轻骨料中的一种或多种；和水。
在优选的实施方式中，还包含含钠无机材料，所述含钠无机材料包括选自硅酸钠、硫酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠中的一种或多种。
另外，本发明提供一种碱激活湿黄土铺路材料，所述湿黄土铺路材料包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料、黄土、粗骨料、添加剂、纤维和水，其中，使用水以使水(W)与碱激活结合料(B)之比(W/B)为40％～65％。
在优选的实施方式中，所述添加剂是高效减水剂，并且其用量基于100重量份的所述碱激活结合料为0.5重量份～1.5重量份。
在优选的实施方式中，所述纤维具有高纤维密度且精细从而每单位体积具有大量纤维，并显示出优异的分散性，其用量基于100重量份的所述碱激活结合料为10重量份～35重量份。
在优选的实施方式中，还包含细骨料，其具有的直径为5mm以下并用于代替黄土重量的20重量％～30重量％。
在优选的实施方式中，还包含含钠无机材料，所述含钠无机材料包括选自硅酸钠、硫酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠中的一种或多种。
在优选的实施方式中，当基于100重量份的所述碱激活结合料使用50重量份～160重量份的所述黄土、80重量份～140重量份的所述粗骨料、0.5重量份～1.5重量份的所述添加剂、10重量份～20重量份的所述纤维和10重量份～48重量份的所述细骨料时，获得25MPa～30MPa的抗压强度。
在优选的实施方式中，当基于100重量份的所述碱激活结合料使用100重量份～240重量份的所述黄土、170重量份～300重量份的所述粗骨料、0.5重量份～1.5重量份的所述添加剂和15重量份～35重量份的所述纤维时，获得18MPa～24MPa的抗压强度。
有利效果
本发明具有下述优异效果。
在根据本发明的碱激活结合料、包含所述碱激活结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品中，用于调节碱激活结合料的硬化速率的无机碱性材料可以以能够维持抗压强度的量使用，由此同时显示出优异的可加工性和高强度稳定性。
而且，在根据本发明的碱激活结合料、包含所述碱激活结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品中，能够减少混凝土中Na2O和K2O的总量，由此抑制了混凝土中的碱骨料反应，从而有效地控制碱骨料反应。
而且，在根据本发明的碱激活结合料、包含所述碱激活结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品中，能够控制钠类材料造成的快速烧结并激活波索来反应，由此改善强度和收益率。
而且，在根据本发明的碱激活结合料、包含所述碱激活结合料的碱激活砂浆、混凝土和混凝土制品中，由于使用了相对价廉的包含镁的无机碱性材料而能够降低生产成本。
而且，在根据本发明的碱激活砌筑产品和湿黄土铺路材料中，与使用仅包含含钠无机碱性材料的传统碱激活结合料相比，能够增大砌筑产品的收益率和抗压强度，强度可更为稳定，快速烧结可得到控制，因此表现出改善的可加工性和提高的生产率。
而且，根据本发明的湿黄土铺路材料因将工业副产品再循环且不添加水泥而具有环境友好性，显示出优于OPC水泥的初始强度和长期强度，具有为OPC水泥的约1/2～1/3的水合热，并且受骨料的品质的影响较小，因此即使在骨料中存在约20％的粘土或杂质时强度也不会降低。
而且，根据本发明的碱激活湿黄土铺路材料可包含易于分散以控制表面干缩破裂并增强拉伸强度和挠曲强度的纤维。
而且，在根据本发明的碱激活湿黄土铺路材料中，黄土总量的一部分可以由粒径与黄土类似的细骨料代替，由此在维持黄土的固有颜色的同时控制干缩并增大抗压强度。
而且，根据本发明的碱激活湿黄土铺路材料可以代替沥青或混凝土应用至没有较重交通负荷的地方，例如走道、人行道、公园道路、自行车道等，以及需要高强度以能够使重型车辆通行的地方。
附图说明
图1和2分别是显示本发明的一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量对初始流动量和流动损失坡度(k)的图；
图3和4分别是显示本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钡的量对初始流动量和流动损失坡度(k)的图；
图5和6分别是显示本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钙和氢氧化钡的量对初始流动量和流动损失坡度(k)的图；
图7和8分别是显示本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钙、氢氧化钡和石膏的量对初始流动量和流动损失坡度(k)的图；
图9是显示本发明的一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量对28天抗压强度的图；
图10是显示本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钡的量对28天抗压强度的图；
图11是显示本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钙和氢氧化钡的量对28天抗压强度的图；
图12是显示本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的氢氧化钙、氢氧化钡和石膏的量对28天抗压强度的图；
图13是显示与本发明的另一个实施方式的碱激活结合料中包含的含镁无机碱性材料的种类相关的28天抗压强度的图；
图14和15是显示当本发明的另一个实施方式的碱激活结合料包含氯化镁和氢氧化钙时与氯化镁量的变化相关的初始流动量和28天抗压强度的图；
图16和17是显示当本发明的另一个实施方式的碱激活结合料包含硝酸镁和氢氧化钙时与硝酸镁量的变化相关的初始流动量和28天抗压强度的图；
图18和19是显示当本发明的另一个实施方式的碱激活结合料包含硅酸镁和氢氧化钙时与硅酸镁量的变化相关的初始流动量和28天抗压强度的图；
图20和21是显示当本发明的另一个实施方式的碱激活结合料包含氧化镁和氢氧化钙时与氧化镁量的变化相关的初始流动量和28天抗压强度的图；
图22是显示本发明的实施例38～42的碱激活砌筑产品1～5的抗压强度的图；
图23是显示本发明的实施例38～42的碱激活砌筑产品1～5的吸收率的图；
图24是显示用于本发明的实施例43～45的轻质块和轻质砖的碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量对28天抗压强度的图；
图25是显示用于本发明的实施例46～48的轻质块和轻质砖的无水泥碱激活结合料中包含的氢氧化钡的量对28天抗压强度的图；
图26是显示用于本发明的实施例49～56的块的无水泥碱激活结合料中包含的氢氧化钙和硫酸钠的量对28天抗压强度的图；
图27是显示本发明的实施例中制造的碱激活湿黄土铺路材料1～4的与天数相关的抗压强度的图；
图28是显示本发明的实施例中制造的碱激活湿黄土铺路材料1～4的坍落度的图；
图29是显示本发明的实施例中制造的碱激活湿黄土铺路材料5～7的与天数相关的抗压强度的图；
图30是显示本发明的实施例中制造的碱激活湿黄土铺路材料5～7的坍落度的图；和
图31是显示本发明的高强度碱激活湿黄土铺路材料和普通强度碱激活湿黄土铺路材料的与天数相关的抗压强度的图。
具体实施方式
本发明中使用的术语尽可能多地包括目前被广泛使用的普通术语，不过在特定情况中，也可以包括由申请人所选择的可选术语，其含义应当根据在本说明书中描述或使用的含义来解释，而非简单使用该术语的名称。
下面将参照优选的实例和附图来详细描述本发明的技术构成。
不过，本发明并不限于这些实例，而是可以以其他的形式来实施。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的要素。
本发明属于能够代替水泥的碱激活结合料，其包含矿渣或粉煤灰、和不含钠的无机碱性材料。
具体而言，传统的碱激活结合料包含含钠无机碱性材料，如硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠，而本发明的碱激活结合料不具有含钠无机碱性材料，因此显示出优异的可加工性和强度稳定性。
而且，本发明的碱激活结合料可通过以预定的重量比均匀混合不含钠的无机碱性材料和粉煤灰、偏高岭土或矿渣而制造。特别是，为了最大限度地降低使用本发明的碱激活结合料制得的砂浆中含有的Na2O的量，使用不含钠的无机碱性材料，并优选使用钠含量比偏高岭土(另一种工业副产品)的钠含量低至少2倍的粉煤灰或矿渣。
而且，本发明的碱激活结合料中所包含的不含钠的无机碱性材料可以包括选自氢氧化钙、氢氧化钡、石膏和含镁无机碱性材料(包括镁盐和氧化镁)中的一种或多种。在仅包含氢氧化钙的情况中，强度和可加工性可能稍稍降低。因此，为同时地增大可加工性并提供标准强度或更好的强度，可以以预定的重量比使用氢氧化钙和氢氧化钡或石膏，或者可以以预定的重量比加入含镁无机碱性材料。在不含钠的无机碱性材料中，镁盐或氧化镁相对价廉。考虑到高强度或更好的强度以及高可加工性及收益率的标准量，可以以预定的重量比使用氢氧化钙和镁盐或氧化镁。
而且，本发明的碱激活结合料中包含的镁盐包括硫酸镁、碳酸镁、氢氧化镁、氯化镁、硬脂酸酶、偏磷酸镁和乳酸镁。
此外，由于原料(即矿渣或粉煤灰)中含有钠成分，因此包含本发明的碱激活结合料的砂浆和混凝土可包含基于100重量份的碱激活结合料为0.21重量份～0.22重量份的Na2O。
另外，本发明属于使用能够代替水泥的碱激活结合料的碱激活砌筑产品，该结合料不使用水泥，含有包括选自矿渣、粉煤灰和偏高岭土中的一种或多种在内的原料和不含钠的无机碱性材料。尽管传统的碱激活结合料仅包含钠类无机材料，如硅酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠，而本发明仅使用不含钠的无机材料而不使用钠类无机材料，或者同时使用不含钠的无机材料与钠类无机材料，由此得到优异的无水泥碱激活砌筑产品，其具有有效控制碱骨料反应的组成并显示出包括可加工性和强度稳定性在内的优异性质。本发明中使用的砌筑产品指的是用于建筑物的砌筑结构的所有产品，包括块和砖。
正如在本发明的碱激活砌筑产品中，当仅使用不含钠的无机碱性材料而不使用含钠无机碱性材料时，或者当含钠无机碱性材料与不含钠的无机碱性材料一同使用时，因为含钠无机碱性材料昂贵而不含钠的无机碱性材料价廉，因此生产成本可以降低，经济效益增加。特别是，在含钠无机碱性材料中，硫酸钠的价格远低于其他钠类无机材料的价格，因此增大了收益率。
具体而言，根据本发明的碱激活砌筑产品所用的碱激活结合料含有包括选自矿渣、粉煤灰和偏高岭土中的一种或多种在内的原料和无机碱性材料。所述无机碱性材料可含有不含钠的无机碱性材料(包括选自氢氧化钙、氢氧化钡、石膏和含镁无机碱性材料中的一种或多种)，并含有或不含有含钠无机碱性材料(包括选自硅酸钠、硫酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠中的一种或多种)。
于是，碱激活结合料中包含的氢氧化钙的用量可以基于100重量份的原料为0.5重量份～15重量份，氢氧化钡的用量可以基于100重量份的原料为0.5重量份～5重量份。石膏的用量可以基于100重量份的原料为0.5重量份～5重量份。当以该重量比包含不含钠的无机碱性材料时，可确保适合于砌筑产品的强度，能够控制碱骨料反应，快速烧结也得到控制，因此增大了可加工性。
而且，在碱激活结合料还包含含钠无机碱性材料的情况中，即，含钠无机碱性材料和不含钠的无机材料一起使用的情况中，应当将它们混合至使得含钠无机碱性材料中包含的Na或Na2O与原料的重量比落在0.005～0.14的范围内。该混合比是在考虑到当砌筑产品中的Na或Na2O的量增加时强度增大但可加工性降低的情况下最优地确定的。此外，钠类材料与原料的重量比决定了本发明的无水泥碱激活砖或块的动态性质，包括流动性、强度和干缩。
在将于后面描述的实施例中的含钠无机碱性材料中含有的Na或Na2O与原料的重量比中，上述钠类材料的重量通过转换为Na2O的重量而确定。
具体而言，作为含钠无机碱性材料，硅酸钠、硫酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠可具有对应于以上钠类材料的Na或Na2O，其被转换为Na2O的重量以用于计算。
因此，在本发明中，在钠类材料以Na2O的形式提供的情况中，则直接使用其重量，或者在以其他形式提供的情况中，其重量通过转换为Na2O的重量来确定。
为了获得具有改善的强度、可加工性和收益率的碱激活砌筑产品，优选的是确定含钠无机材料的使用与否和量，以及不含钠的无机材料的种类和量。当不含钠的无机材料的含量基于100重量份的原料为0.5重量份～20重量份并且同时还包含适量的含钠无机碱性材料时，能够制造具有改善的强度、可加工性和收益率的砌筑产品。
在该情况中，当原料与无机碱性材料(不含钠的无机材料和钠类无机碱性材料)混合时，确定钠类无机碱性材料的重量以使能够适当地调节钠类材料与原料的重量比。在原料是高炉矿渣的情况中，可以调节含钠无机碱性材料的量以使钠类材料与原料的重量比落在0.005～0.088的范围内。
此外，在原料是粉煤灰或偏高岭土的情况中，可以调节含钠无机碱性材料的量以使钠类材料与原料的重量比落在0.088～0.14的范围内。
另外，在碱激活结合料的含钠无机碱性材料中包含液体型氢氧化钠的情况中，优选使用8M～16M的氢氧化钠溶液。
用于制造本发明的碱激活砌筑产品的细骨料包括选自人造轻骨料、砂和石粉中的一种或多种，其中人造轻骨料优选具有的比重为1.2以下。
细骨料中包含的砂或石粉优选具有10mm以下的最大直径和2.5以上的比重，更优选的是，砂具有的最大直径为5mm以下，石粉具有的最大直径为8mm以下。细骨料中包含的人造轻骨料优选具有内孔，单位体积的重量为300kg/m3～800kg/m3，最大直径为10mm以下。
人造轻骨料可包括由陶瓷作为主要材料人工大量制造的细骨料。例如，在人造轻骨料包括选自粘土、火山灰、熔块和粉煤灰中的一种或多种的情况中，粘土、火山灰、熔块和粉煤灰可以膨胀以致形成内孔，由此获得如上的人造轻骨料的单位体积的重量。
因此，当细骨料仅包括人造轻骨料或人造轻骨料与砂或石粉的适宜比例的混合物时，可以制造轻质的或超轻质的无水泥碱激活砌筑产品。
另外，本发明属于无水泥湿黄土铺路材料，其包括黄土和能够代替水泥的作为结合料的碱激活结合料(包括矿渣或粉煤灰和无机碱性材料)。
具体而言，在本发明中，使用碱激活结合料代替用于传统的黄土铺路材料的水泥，由此黄土铺路材料较少受到骨料品质的影响，因此即使在骨料中存在约20％的粘土或杂质时其强度也不会降低。
而且，本发明的湿黄土铺路材料能够解决与因使用水泥所致的水泥毒性、制造水泥时产生的CO2和由于水泥生产带来的自然资源枯竭有关的问题，而且还能够克服由于使用传统黄土铺路材料的干式工艺而导致的不良加工性和低收益率。
更具体而言，本发明的碱激活湿黄土铺路材料包含无水泥碱激活结合料、黄土、粗骨料、添加剂、纤维和水。
碱激活结合料是通过以预定的重量比均匀混合细度为29,000cm2/g以上的高品质原料与无机碱性材料而制造，例如，0.5重量份～20重量份的无机碱性材料对100重量份的矿渣或粉煤灰。无机碱性材料可包括含钠无机碱性材料和不含钠的无机碱性材料中的一种或多种，原料可包括粉煤灰、偏高岭土或矿渣，不过优选使用钠含量比作为另一种工业副产品的偏高岭土的钠含量低至少2倍的粉煤灰或矿渣。矿渣可包括选自高炉矿渣、电炉矿渣和转炉炉渣中的一种或多种，无机碱性材料的种类和混合比可根据铺路材料的最终用途而变化。
本发明的湿黄土铺路材料包含基于100重量份的碱激活结合料为50重量份～240重量份的黄土。黄土优选包括最大直径不超过5mm、比重为1.9～2.1、吸收率为10％～15％的天然黄土。因此，可用满足根据KS标准的5mm细骨料标准粒径分布曲线的黄土。
此外，本发明的碱激活湿黄土铺路材料包含大小为13mm以下的骨料从而使用骨料控制干缩。
普通的混凝土干缩受到水的用量、结合料的量、结合料的细度和骨料的量的影响，并相对于水的用量、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地增大。此外，使用黄土制造混凝土时，应当控制黄土的较大干缩。考虑到该点时，本发明的湿黄土铺路材料使用骨料控制干缩。当大小为13mm以下的骨料的用量基于100重量份的碱激活结合料为80重量份～300重量份时，混凝土的总粒径变得良好，强度得到增强。特别有用的骨料是最大直径为13mm以下、比重为2.5～2.7、吸收率为0.5％～1％的砾石。
此外，本发明的碱激活湿黄土铺路材料包含预定重量比的纤维，以控制表面干缩破裂和提高拉伸强度及挠曲强度。
具体而言，在进行道路铺设时，可造成较高干缩破裂，需要高拉伸强度和挠曲强度。特别是，表面干缩破裂产生了不良外观而非结构问题，招致了对修建者的不信任并且需要修复缺陷。因此，在本发明中，基于100重量份的碱激活结合料，使用10重量份～35重量份的具有高密度且精细以致由此每单位体积具有大量纤维和高分散度的纤维。因此，纤维的种类不受限制，只要其满足以上性质即可，并且可以包括选自由PET纤维、纤维素纤维、PVA纤维、尼龙纤维和聚烯烃纤维组成的组中的一种或多种。
此外，本发明的碱激活湿黄土铺路材料包含干燥添加剂以确保依据抗压强度和可加工性的所期望的坍落度。
添加剂可包括已知可确保坍落度的任何添加剂。特别有用的是具有良好质量的聚碳酸类高效减水剂。
此外，本发明的碱激活湿黄土铺路材料包含水以使水(W)与碱激活结合料(B)之比(W/B)为40％～65％，从而解决传统的黄土铺路材料的干式工艺的问题，由此提供经济的、环境友好的湿黄土铺路材料的湿式工艺，这使得能够在150mm～200mm的坍落度范围内进行湿式施工。
水不包含对油、酸、碱等产生负面影响的有害物质，饮用水通常良好，不过也可以使用地下水、工业用水或河水等，只要其不会对混凝土的质量产生有害影响。
在一些情况中，本发明的碱激活湿黄土铺路材料可包含粒径与黄土的粒径类似的细骨料，从而在维持黄土的固有颜色的同时控制干缩并增大抗压强度。在该情况中，细骨料可具有5mm以下的直径，并且可以用于代替黄土重量的20重量％～30重量％。
具体而言，黄土的最大直径为约5mm，与细骨料的直径类似，不过黄土的大吸收率会导致包括干缩破裂、必要坍落度降低和必要抗压强度的下降等问题。因此，在本发明中，具有与黄土类似粒径的细骨料用作黄土总量的一部分，因此在维持黄土固有颜色的同时控制了干缩并增大抗压强度。
在下文中，本发明中使用的“GGBS”是通过将高炉矿渣研磨至预定尺寸的粉末而获得，并且表示“磨细成粒的高炉矿渣(Ground Granulated Blast Furnace Slag)”。
实施例1
使100重量份的GGBS和0.5重量份的氢氧化钙粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料1。
实施例2
使100重量份的GGBS和10重量份的氢氧化钙粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料2。
实施例3
使100重量份的GGBS和15重量份的氢氧化钙粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料3。
实施例4
使100重量份的GGBS和0.5重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料4。
实施例5
使100重量份的GGBS和2.5重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料5。
实施例6
使100重量份的GGBS和5重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料6。
实施例7
使100重量份的GGBS、0.5重量份的氢氧化钙粉末和1重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料7。
实施例8
使100重量份的GGBS、0.5重量份的氢氧化钙粉末和5重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料8。
实施例9
使100重量份的GGBS、15重量份的氢氧化钙粉末和0.5重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料9。
实施例10
使100重量份的GGBS、15重量份的氢氧化钙粉末和5重量份的氢氧化钡粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料10。
实施例11
使100重量份的GGBS、10重量份的氢氧化钙粉末和0.5重量份的石膏粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料11。
实施例12
使100重量份的GGBS、5重量份的氢氧化钡粉末和5重量份的石膏粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料12。
实施例13
使100重量份的GGBS、10重量份的氢氧化钙粉末、5重量份的氢氧化钡粉末和2.5重量份的石膏粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料13。
实施例14
在下列条件下制造碱激活砂浆1～13：水与实施例1～13的碱激活结合料1～13的比例(W/B)为50％，砂与原料的重量比(S/B)为3.0，骨料的最大直径为5mm以下。
测试例1
对碱激活砂浆1～3测试与砂浆中包含的氢氧化钙的量相关的初始流动量和流动损失坡度(k)。结果绘制在图1和2中。
测试例2
对碱激活砂浆4～6测试与砂浆中包含的氢氧化钡的量相关的初始流动量和流动损失坡度(k)。结果绘制在图3和4中。
测试例3
对碱激活砂浆7～10测试与砂浆中包含的氢氧化钙和氢氧化钡的量相关的初始流动量和流动损失坡度(k)。结果绘制在图5和6中。
测试例4
对碱激活砂浆11～13测试与砂浆中包含的氢氧化钙、氢氧化钡和石膏的量相关的初始流动量和流动损失坡度(k)。结果绘制在图7和8中。
参见显示了测试例1～4的结果的图1～8，初始流动量相对于碱激活结合料中所含的氢氧化钡的量的增大而成比例增大，而与是否使用氢氧化钙无关(图3)，但是如图4所示，流动损失相对于氢氧化钡的量的增加而成比例减小。
具体而言，随着碱激活结合料中含有的氢氧化钡的量增加，有效地延迟了包含碱激活结合料的砂浆的硬化速率。因此，当调节氢氧化钡的量时，可以控制包含碱激活结合料的砂浆的硬化速率，从而改善可加工性。
此外，由图1和2可知，初始流动量相对于碱激活结合料中含有的氢氧化钙的量的增加而成比例降低，与是否使用氢氧化钡无关。然而，氢氧化钙的量的增加可有效控制流动损失。
因此，碱激活结合料中包含的氢氧化钙能够延迟碱激活结合料的初始硬化。
因此，如图5和6所示，考虑到初始流动量和流动损失，根据流动性确定碱激活结合料中包含的氢氧化钙和氢氧化钡的量，由此确保最佳的可加工性。
参见图7和8，当碱激活结合料中包含石膏时，还可看出石膏的量影响初始流动量和流动损失。不过，即使石膏的量增加，在存在预定重量以上的氢氧化钡时也不会影响初始流动量和流动损失。
测试例5
对碱激活砂浆1～3测试与砂浆中包含的氢氧化钙的量相关的28天抗压强度。结果绘制在图9中。
测试例6
对碱激活砂浆4～6测试与砂浆中包含的氢氧化钡的量相关的28天抗压强度。结果绘制在图10中。
测试例7
对碱激活砂浆7～10测试与砂浆中包含的氢氧化钙和氢氧化钡的量相关的28天抗压强度。结果绘制在图11中。
测试例8
对碱激活砂浆11～13测试与砂浆中包含的氢氧化钙、氢氧化钡和石膏的量相关的28天抗压强度。结果绘制在图12中。
参见显示与砂浆中包含的氢氧化钡、氢氧化钙和/或石膏的量相关的28天抗压强度的图9～12的图示，当碱激活结合料中包含的氢氧化钡的量为2.5重量份以下时，28天抗压强度相对于氢氧化钡的量的增加而成比例增大。然而，当氢氧化钡的量超过2.5重量份时，28天抗压强度相对于氢氧化钡的量的增加而成比例下降。因此，碱激活结合料中包含的氢氧化钡的量可以设置为0.5重量份～5重量份。
此外如图中所示，取决于在碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量维持恒定的条件下是否使用氢氧化钡，28天抗压强度相对于氢氧化钡的添加量的增加而成比例下降。即使当单独使用的或与氢氧化钡组合使用的氢氧化钙的量超过10重量份时，也未观察到与氢氧化钙的量的增加相关的抗压强度的明显增大。因此，碱激活结合料中包含氢氧化钙的情况能够稳定地显示强度。
尽管实施例中未得见，但以上测试结果与包含碱激活结合料1～13的碱激活混凝土的情况也类似。
正如在包含碱激活结合料的砂浆中，混凝土包含基于100重量份的碱激活结合料为0.21重量份～0.22重量份的Na2O。
实施例15
使100重量份的GGBS和10重量份的氯化镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料14。
实施例16
使100重量份的GGBS和10重量份的硝酸镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料15。
实施例17
使100重量份的GGBS和10重量份的硅酸镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料16。
实施例18
使100重量份的GGBS和10重量份的氧化镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料17。
实施例19
使100重量份的GGBS、10重量份的氢氧化钙粉末和0.55重量份的氯化镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料18。
实施例20～22
以与实施例5中相同的方式制造碱激活结合料19～21，不同之处在于氯化镁粉末的用量分别为5.7重量份、12重量份和19重量份。
实施例23
使100重量份的GGBS、10重量份的氢氧化钙粉末和0.5重量份的硝酸镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料22。
实施例24～27
以与实施例23中相同的方式制造碱激活结合料23～26，不同之处在于硝酸镁粉末的用量分别为5重量份、7重量份、10重量份和15重量份。
实施例28
使100重量份的GGBS、10重量份的氢氧化钙粉末和0.5重量份的硅酸镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料27。
实施例29～31
以与实施例28中相同的方式制造碱激活结合料28～30，不同之处在于硅酸镁粉末的用量分别为5重量份、10重量份和15重量份。
实施例32
使100重量份的GGBS、10重量份的氢氧化钙粉末和0.5重量份的氧化镁粉末均匀混合，由此制造碱激活结合料31。
实施例33～36
以与实施例32中相同的方式制造碱激活结合料32～35，不同之处在于氧化镁粉末的用量分别为2重量份、7重量份、10重量份和15重量份。
实施例37
在下列条件下制造碱激活砂浆14～35：水与实施例15～36的碱激活结合料14～35的比例(W/B)为50％，砂与原料的重量比(S/B)为3.0，骨料的最大直径为5mm以下。
测试例9
对碱激活砂浆14～17测试与砂浆中包含的含镁无机碱性材料的种类相关的28天抗压强度。结果绘制在图13中。
参见显示测试例9的结果的图13，即使当使用不同种类的含镁无机碱性材料时，所得到的强度仍适合于混凝土制品所需的部分或全部的标准强度(根据KS标准)，或者确保强度高于该标准强度。作为对根据KS标准的强度的一些说明，砖为8MPa，块为4MPa，护坡块为21MPa，混凝土结构体无KS标准，不过其通常要求21MPa以上。
测试例10
对碱激活砂浆18～21测试与砂浆中包含的氯化镁的量相关的初始流动量和28天抗压强度。结果绘制在图14和15中。
如在显示测试例10的结果的图14和15中可以看出，取决于在碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量维持恒定的条件下的氯化镁的量，在达到12重量份之前初始流动量增大，然后逐渐降低，在达到5.7重量份之前抗压强度增大，然后在超过5.7重量份后逐渐下降。
因此，考虑到可加工性、收益率和强度时，碱激活结合料中包含的氯化镁的量可以设定为0.5重量份～20重量份，优选0.55重量份～12重量份。
测试例11
对碱激活砂浆22～26测试与砂浆中包含的硝酸镁的量相关的初始流动量和28天抗压强度。结果绘制在图16和17中。
如在显示测试例11的结果的图16和17中可以看出，取决于在碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量维持恒定的条件下的硝酸镁的量，初始流动量与其量的增加几乎成比例增大，抗压强度在0.5重量份～10重量份的范围内以弧形变化，并且在超过10重量份时比使用0.5重量份时下降更多。
因此，考虑到可加工性、收益率和强度时，碱激活结合料中包含的硝酸镁的量可以设定为0.5重量份～20重量份，优选10重量份以下。
测试例12
对碱激活砂浆27～30测试与砂浆中包含的硅酸镁的量相关的初始流动量和28天抗压强度。结果绘制在图18和19中。
如在显示测试例12的结果的图18和19中可以看出，取决于在碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量维持恒定的条件下的硅酸镁的量，在达到5重量份之前初始流动量增大，然后降低，在达到5.7重量份之前抗压强度增大，然后逐渐下降。
因此，考虑到可加工性、收益率和强度时，碱激活结合料中包含的硅酸镁的量可以设定为0.5重量份～20重量份，优选10重量份以下。
测试例13
对碱激活砂浆31～35测试与砂浆中包含的氧化镁的量相关的初始流动量和28天抗压强度。结果绘制在图20和21中。
如在显示测试例13的结果的图20和21中可以看出，取决于在碱激活结合料中包含的氢氧化钙的量维持恒定的条件下的氧化镁的量，在达到2重量份之前初始流动量增大，然后降低，抗压强度也在达到2重量份之前增大，然后逐渐下降。
因此，考虑到可加工性、收益率和强度时，碱激活结合料中包含的氧化镁的量可以设定为0.5重量份～20重量份，优选10重量份以下。
尽管实施例中未示出，不过以上的测试结果也类似于包含碱激活结合料14～35的碱激活混凝土的情况。
同时，使用包含本发明的碱激活结合料的混凝土，可以制造包括轻质砖、砖、联锁块、护坡块、鱼道块、排水管、路牙和混凝土管在内的碱激活混凝土二次产品，而且还能够制造碱激活混凝土结构部件。当包括混凝土二次产品和混凝土结构部件在内的混凝土制品由包含本发明的碱激活结合料的混凝土以这样的方式制造时，它们不会受到混凝土中的碱的总量的限制的影响，因此其生产变得极为容易。此外，能够抑制碱骨料反应，并且易于显示和维持强度。
实施例38
为了制造砌筑产品中的砖，准备下表1中所示的量的各成分，其中碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钙，并且氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约5重量份。碱激活砌筑产品1如下制造：均匀搅拌表1中所示量的碱激活结合料(包含GGBS和氢氧化钙)、细骨料和水，随后使用已知工艺执行振动压缩，以使其紧密压实由此形成具有所期望的形状的砖，然后在65℃以下的蒸汽中熟化。制得的碱激活砌筑产品1是长度为190±2mm、宽度为90±2mm和高度为57±2mm的砖。
表1
Figure BDA0000079791590000201
实施例39
以与实施例38中同样的方式和同样的尺寸制造碱激活砌筑产品2，不同之处在于使用下表2中所示的混合比，并且用于碱激活砌筑产品2的碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钙，其中氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约10重量份。
表2
实施例40
以与实施例38中同样的方式和同样的尺寸制造碱激活砌筑产品3，不同之处在于使用下表3中所示的混合比，并且用于碱激活砌筑产品3的碱激活结合料包含GGBS、氢氧化钙和硅酸钠，其中氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约5重量份，含钠无机碱性材料(即硅酸钠)中包含的Na或Na2O与原料的重量比经计算为0.015。
表3
Figure BDA0000079791590000203
实施例41
以与实施例38中同样的方式和同样的尺寸制造碱激活砌筑产品4，不同之处在于使用下表4中所示的混合比，并且用于碱激活砌筑产品4的碱激活结合料包含GGBS、氢氧化钙和硅酸钠，其中氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约5重量份，含钠无机碱性材料(即硅酸钠)中包含的Na或Na2O与原料的重量比经计算为0.03。
表4
实施例42
以与实施例38中同样的方式和同样的尺寸制造碱激活砌筑产品5，不同之处在于使用下表5中所示的混合比，并且用于碱激活砌筑产品5的碱激活结合料包含GGBS、氢氧化钙和硅酸钠，其中氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约5重量份，含钠无机碱性材料(即硅酸钠)中包含的Na或Na2O与原料的重量比经计算为0.06。
表5
实施例43
以与实施例38中相同的方式制造轻质砖和轻质块，不同之处在于使用人造轻骨料代替表1中的细骨料。同样，碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钙，并且氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约5重量份。
实施例44
以与实施例38中相同的方式制造轻质砖和轻质块，不同之处在于使用人造轻骨料代替表2中的细骨料。同样，碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钙，并且氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约10重量份。
实施例45
以与实施例38中相同的方式制造轻质砖和轻质块，不同之处在于使用下表6中所示的混合比。同样，碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钙，并且氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约15重量份。
表6
Figure BDA0000079791590000213
实施例46
以与实施例38中相同的方式制造轻质砖和轻质块，不同之处在于使用下表7中所示的混合比。同样，碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钡，并且氢氧化钡的用量基于100重量份的原料为约0.5重量份。
表7
Figure BDA0000079791590000221
实施例47
以与实施例38中相同的方式使用如表7所示的混合比制造轻质砖和轻质块，不同之处在于使用5.5kg的氢氧化钡。同样，碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钡，并且氢氧化钡的用量基于100重量份的原料为约2.5重量份。
实施例48
以与实施例38中相同的方式使用如表7所示的混合比制造轻质砖和轻质块，不同之处在于使用11kg的氢氧化钡。同样，碱激活结合料包含GGBS和氢氧化钡，并且氢氧化钡的用量基于100重量份的原料为约5重量份。
实施例49～56
以与实施例38相同的方式制造块，不同之处在于在下表8的条件下进行混合。在实施例49、51、53和55中，氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约2.5重量份，在实施例50、52、54和56中，氢氧化钙的用量基于100重量份的原料为约5重量份。此外，含钠无机碱性材料(即硅酸钠)中包含的Na或Na2O与原料的重量比经计算在实施例49和50中为0.007，在实施例51和52中为0.014，在实施例53和54中为0.021，在实施例55和56中为0.028。
表8
Figure BDA0000079791590000222
比较例1～5
以与实施例38中相同的方式和相同的尺寸制造比较用产品1～5，不同之处在于在下表9的条件下进行混合。
表9
  结合料   激活剂   水/原料   Na2O/原料
 比较例1   GGBS   硅酸钠   0.49   0.015
 比较例2   GGBS   硅酸钠   0.48   0.025
 比较例3   粉煤灰   硅酸钠   0.51   0.045
 比较例4   GGBS   水玻璃   0.50   0.025
 比较例5   粉煤灰   水玻璃   0.43   0.045
测试例14
测试实施例38～42的砌筑产品1～5的抗压强度。结果显示在图22中。
在图22中，OPC表示由普通波特兰水泥制造的砖的抗压强度，并表示为16.0。使用包含原料(高炉矿渣)和钠类无机碱性材料的碱激活无机结合料代替波特兰水泥制造的砖(比较例1～5的比较用产品1～5)的抗压强度图示在OPC的左侧，而使用包含原料(高炉矿渣)和不含钠的无机碱性材料(例如氢氧化钙)的碱激活无机结合料和包含原料(高炉矿渣)、不含钠的无机碱性材料(例如氢氧化钙)以及钠类无机碱性材料的碱激活无机结合料代替波特兰水泥制造的砖(实施例38～42的砌筑产品1～5)的抗压强度图示在OPC的右侧。
参见图22，即使当使用包含原料和不含钠的无机碱性材料(例如氢氧化钙)的碱激活结合料时，所得到的砖也具有优于由普通波特兰水泥得到的砖的抗压强度。此外，当砌筑产品的钠类无机碱性材料中含有的Na或Na2O与原料的重量比较大时，可通过添加不含钠的无机碱性材料(例如氢氧化钙)来增强抗压强度。
测试例15
测试实施例38～42的砌筑产品1～5的吸收率。结果显示在图23中。
在图23中，OPC表示由普通波特兰水泥制造的砖的吸收率，并表示为9.33。
使用包含原料(高炉矿渣)和钠类无机碱性材料的碱激活无机结合料代替波特兰水泥制造的砖(比较例1～5的比较用产品1～5)的吸收率图示在OPC的左侧，而使用包含原料(高炉矿渣)和不含钠的无机碱性材料(例如氢氧化钙)的碱激活无机结合料和包含原料(高炉矿渣)、不含钠的无机碱性材料(例如氢氧化钙)以及钠类无机碱性材料的碱激活无机结合料代替波特兰水泥制造的砖(实施例38～42的砌筑产品1～5)的吸收率图示在OPC的右侧。
参见图23，与碱激活结合料包含原料和钠类无机碱性材料时相比，当碱激活结合料包含原料和不含钠的无机碱性材料或者包含原料、钠类无机碱性材料和不含钠的无机材料时，砌筑产品1～5的吸收率总体较低，其性质优于使用普通波特兰水泥或仅包含含钠无机碱性材料的砖的性质。
测试例16
测试实施例43～45的轻质砖和轻质块以及实施例46～48的轻质砖和轻质块的抗压强度。结果显示在图24和25中。
如图24和25所示，实施例43～48的轻质砖和轻质块的抗压强度适合于KS标准，适用于轻质砖和轻质块。
测试例17
测试实施例49～56的块的抗压强度。结果显示在图26中。
如图26所示，当硫酸钠添加较少时，实施例49～56的块的抗压强度随着氢氧化钙的量的增加而成比例增大，但当硫酸钠的添加(Na2O/原料)为0.014以上时则几乎与氢氧化钙的量无关。当硫酸钠的添加(Na2O/原料)为0.021时，抗压强度为最大，与氢氧化钙的量无关。
因此，当使用同时包含氢氧化钙和具有高价格竞争力的硫酸钠的无机碱性材料时，可以获得具有优异的强度、改善的可加工性和高价格竞争力的砌筑产品。
根据本发明，包括普通砌筑产品和轻质砌筑产品在内的碱激活砌筑产品可以在低成本下以各种形式、尺寸和重量制造，并具有极为优异的性质，因此能够用作建筑场所的建筑材料。特别是，该砌筑产品能够以各种不同的方式应用于建筑行业的砌筑领域。
尽管未作具体描述，不过即使当使用粉煤灰代替用于实施例和测试例的碱激活结合料中的高炉矿渣时，也能够得到类似的结果。
实施例57
碱激活结合料的制备
使100重量份的GGBS、5重量份的氯化镁粉末和10重量份的氢氧化钙均匀混合，由此制造碱激活结合料36。此外，制备如实施例16中的通过均匀混合100重量份的GGBS和10重量份的硝酸镁粉末而制造的碱激活结合料15。
实施例58
碱激活湿黄土铺路材料1的制造
1.100重量份的碱激活结合料36、100重量份的粗骨料和15重量份的细骨料通过使用强制式混合机进行干混1分钟，由此获得干式混合物。
2.使水与100重量份的高效减水剂和10重量份的PET纤维共混，由此获得液体混合物。水(W)与无水泥碱激活结合料(B)的比例(W/B)为40％，使纤维有效地分散以防止纤维成球。
3.使所述干式混合物与所述液体混合物混合30秒钟以上，由此获得湿式混合物。
4.向所述湿式混合物中加入60重量份的黄土，并均匀混合1分30秒，由此制造碱激活湿黄土铺路材料1。如此，根据所期望的坍落度来调节黄土的量。
实施例59～61
碱激活湿黄土铺路材料2～4的制造
以与实施例58中相同的方式获得碱激活湿黄土铺路材料2～4，不同之处在于含水率，即水(W)与无水泥碱激活结合料(B)的比例(W/B)分别为45％、50％和65％。
实施例62～64
碱激活湿黄土铺路材料5～7的制造
以与实施例58中相同的方式获得碱激活湿黄土铺路材料5～7，不同之处在于使用碱激活结合料15，并且含水率，即水(W)与无水泥碱激活结合料(B)的比例(W/B)分别为45％、50％和52.5％。
测试例18
对碱激活湿黄土铺路材料1～4测试与湿黄土铺路材料中的含水率，即水(W)与无水泥碱激活结合料(B)的比例(W/B)相关的28天抗压强度和坍落度。结果绘制在图27和28中。
参见显示测试例18的结果的图27和28，当碱激活湿黄土铺路材料中包含的碱激活结合料36的量恒定时，抗压强度随含水率(W/B)的增大而成比例下降，坍落度则在含水率(W/B)达到0.5之前稍稍减小，并随后增大。
测试例19
对碱激活湿黄土铺路材料5～7测试与湿黄土铺路材料中的含水率，即水(W)与碱激活结合料(B)的比例(W/B)相关的28天抗压强度和坍落度。结果绘制在图29和30中。
参见显示测试例19的结果的图29和30，当碱激活湿黄土铺路材料中包含的碱激活结合料15的量恒定时，抗压强度随含水率(W/B)的增大而成比例下降，而坍落度则增大。
测试例20
考虑到湿黄土铺路材料的最终用途和收益率时，其标准混合比可以分为高强度混合和普通强度混合。高强度混合通过降低水-水泥比(以下称为“W/C”)以增强抗压强度而进行，并加入细骨料以确保在低W/C下的所期望的坍落度。普通强度混合是在混合的黄土的量高于高强度混合中的量的条件下进行。
因此，高强度湿黄土铺路材料包含基于100重量份的碱激活结合料为50重量份～160重量份的黄土、80重量份～140重量份的粗骨料、0.5重量份～1.5重量份的添加剂、10重量份～20重量份的纤维和10重量份～48重量份的细骨料，而普通强度湿黄土铺路材料包含基于100重量份的碱激活结合料为100重量份～240重量份的黄土、170重量份～300重量份的粗骨料、0.5重量份～1.5重量份的添加剂和15重量份～35重量份的纤维，对其测试与天数相关的抗压强度。结果显示在图31中。
如图31所示，高强度湿黄土铺路材料能够显示出25MPa～30MPa的抗压强度，而普通强度湿黄土铺路材料可以具有18MPa～24MPa的抗压强度。
尽管实施例中未示出，不过当碱激活结合料中包含的无机碱性材料发生变化时，即当含钠无机碱性材料与不含钠的无机碱性材料单独或组合使用时，以上测试结果也是类似的。此外，即使当使用粉煤灰代替用于以上实施例和测试例的碱激活结合料中的高炉矿渣时，仍然能够得到类似的结果。
在铺设本发明的碱激活湿黄土铺路材料时，根据交通负荷的条件、道路条件、混合材料的条件以及环境条件来设计工程设置和厚度，并可根据收益率来确定。碱激活湿黄土铺路材料的表面层中产生的弯曲应力按照路基、底基层和表面层的顺序形成，因此铺设厚度可以如下计算。
h 1 2 = 2.4 P ÷ σ × C
其中，h1：黄土铺路材料的表面层的厚度(mm)，P：设计轮载，σ：湿黄土铺路的挠曲强度(MPa)，C：路面基层的承载能力的系数，表示为0.85。
表10中给出了与本发明的碱激活湿黄土铺路材料的最终用途相关的铺设厚度，28天抗压强度显示在下表11中。
表10
表11
Figure BDA0000079791590000272
因此，本发明的碱激活湿黄土铺路材料能够代替沥青或混凝土应用至没有重交通负荷的地方，例如走道、人行道、公园道路、自行车道、游乐场、广场、停车场、观光复合区、庙宇、文化遗址、农场道路、森林道路、住宅街道的道路和农用水道等，以及需要高强度以能够使重型车辆通行的地方。
虽然出于描述的目的而公开了本发明的优选实施方式，不过本领域的技术人员将理解可以进行各种改进、增加和替代，而不会背离如所附权利要求中公开的本发明的范围和实质。

Claims (20)

1.一种碱激活结合料，所述碱激活结合料包含：
矿渣或粉煤灰；和
不含钠的无机碱性材料。
2.如权利要求1所述的碱激活结合料，其中，所述不含钠的无机碱性材料的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～30重量份。
3.如权利要求1所述的碱激活结合料，其中，所述不含钠的无机碱性材料是选自氢氧化钙、氢氧化钡、石膏、镁盐和氧化镁中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的碱激活结合料，其中，所述镁盐是选自硫酸镁、碳酸镁、氢氧化镁、氯化镁、硬脂酸镁、偏磷酸镁和乳酸镁中的任一种。
5.如权利要求3所述的碱激活结合料，其中，所述氢氧化钙的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～15重量份。
6.如权利要求3所述的碱激活结合料，其中，所述氢氧化钡的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～5重量份。
7.如权利要求3所述的碱激活结合料，其中，所述镁盐或氧化镁的用量基于100重量份的所述矿渣或粉煤灰为0.5重量份～20重量份。
8.一种碱激活砂浆，所述砂浆包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料。
9.一种碱激活混凝土，所述混凝土包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料。
10.一种碱激活混凝土制品，所述混凝土制品由权利要求9所述的混凝土制造。
11.如权利要求10所述的混凝土制品，其中，所述混凝土制品包括砖、块、瓦、排水管、路牙、混凝土桩、预应力混凝土、混凝土板、混凝土管、检查井、泡沫混凝土和混凝土结构体。
12.一种碱激活砌筑产品，所述砌筑产品包含：
权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料；
细骨料，包括选自砂、废铸模砂、石粉和人造轻骨料中的一种或多种；和水。
13.如权利要求12所述的碱激活砌筑产品，所述砌筑产品还包含含钠无机材料，所述含钠无机材料包括选自硅酸钠、硫酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠中的一种或多种。
14.一种碱激活湿黄土铺路材料，所述湿黄土铺路材料包含权利要求1～7中任一项所述的碱激活结合料、黄土、粗骨料、添加剂、纤维和水，其中，使用水以使水(W)与碱激活结合料(B)之比(W/B)为40％～65％。
15.如权利要求14所述的碱激活湿黄土铺路材料，其中，所述添加剂是高效减水剂，并且其用量基于100重量份的所述碱激活结合料为0.5重量份～1.5重量份。
16.如权利要求14所述的碱激活湿黄土铺路材料，其中，所述纤维具有高纤维密度且精细从而每单位体积具有大量纤维，并显示出优异的分散性，其用量基于100重量份的所述碱激活结合料为10重量份～35重量份。
17.如权利要求14所述的碱激活湿黄土铺路材料，所述材料还包含细骨料，所述细骨料的直径为5mm以下，并用于代替20重量％～30重量％的所述黄土。
18.如权利要求14所述的碱激活湿黄土铺路材料，所述材料还包含含钠无机材料，所述含钠无机材料包括选自硅酸钠、硫酸钠、粉末状氢氧化钠、液体型水玻璃和液体型氢氧化钠中的一种或多种。
19.如权利要求14所述的碱激活湿黄土铺路材料，其中，当基于100重量份的所述碱激活结合料使用50重量份～160重量份的所述黄土、80重量份～140重量份的所述粗骨料、0.5重量份～1.5重量份的所述添加剂、10重量份～20重量份的所述纤维和10重量份～48重量份的所述细骨料时，获得25MPa～30MPa的抗压强度。
20.如权利要求14所述的碱激活湿黄土铺路材料，其中，当基于100重量份的所述碱激活结合料使用100重量份～240重量份的所述黄土、170重量份～300重量份的所述粗骨料、0.5重量份～1.5重量份的所述添加剂和15重量份～35重量份的所述纤维时，获得18MPa～24MPa的抗压强度。
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