CN104640823A - 胶结材、活化剂和制备混凝土的方法 - Google Patents

胶结材、活化剂和制备混凝土的方法 Download PDF

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Abstract

一种胶结材，该胶结材含有至少90重量％的液压-活性材料，所述液压-活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)和/或粉煤灰(PFA)，以及至少0.1重量％的用于所述液压-活性材料的活化剂组合物中的CaO。所述胶结材不含有任何的硅酸盐水泥，因此，对环境更友好。所述胶结材进一步含有超增塑剂如聚羧酸醚(PCE)。可以由所述胶结材、骨料颗粒、水和超增塑剂的混合物形成混凝土、灰浆、薄浆、砂浆或打底物。

Description

胶结材、活化剂和制备混凝土的方法
技术领域
本发明涉及一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于与非OPC液压-活性(或者更确切地说，潜在液压-活性)材料(hydraulically-active materials)结合，例如粒化高炉矿渣(ground granulated blastfurnace slag，GGBS)，以形成胶结材(cementitious binder)；形成胶结材的方法；以及形成混凝土(concretes)、灰浆(mortars)、薄浆(grouts)和打底物(renders)的方法。本发明还涉及不含有OPC的胶结材以及不含有OPC的混凝土、灰浆、薄浆和打底物。
背景技术
典型的混凝土和其他相关的材料如灰浆、薄浆以及打底物是通过将骨料(aggregate)材料，如砂卵石层，与胶结材(水泥)结合而形成。在当今世界上最常用的水泥是普通硅酸盐水泥(OPC)。OPC是一种精细的研磨材料，含有至少三分之二的大量硅酸钙相，其余部分主要由基于铝、铁和镁的相制得。当OPC和骨料的混合物与水进一步混合时，发生水合反应并且混合物凝固。
作为混凝土及其相关材料的胶结材(binder)，OPC有很多优势。使用OPC生产的混凝土快速成型(set)并硬化而具有高的压缩强度。制造OPC的原材料是容易得到的并且水泥它们本身也相对便宜。其他有粘结性的材料，如火山灰水泥或者高炉炉渣，可能产生具有最终强度和环保耐用的结构，但是这样的材料的成型和硬化与基于OPC的材料相比有变差的倾向。因此，传统的水泥组合物含有部分OPC，即使仍使用其他的有粘结性的材料。
最近几年中，各种工业过程对环境的影响已经成为全球关注的热点。OPC的制造是高度耗能的过程，包括将各种原材料在窑中加热至温度大于1500℃、冷却，然后研磨成细的粉末。据估计，对于每吨产生的OPC，由于燃料的氧化(1.6GJ/吨)，大约1吨(tonne)的二氧化碳被释放，这作为化学反应的结果在加热时发生。
经常被用来代替混凝土中的部分OPC的一种有粘结性的材料是粒化高炉矿渣(GGBS)。GGBS可能被描述为非-OPC潜在-液压-活性材料。在高炉中当铁矿石具有的铁被提炼出时，基本由硅酸盐和钙的硅铝酸盐组成的非金属产物能够形成有粘结性的粘合材料。在铁的生产中，连续从高炉顶部填充氧化铁(球团矿(ore pellets)，烧结物等)和助溶剂(fluxing stone)，所述助溶剂包括石灰岩和白云石以及焦化燃料。从熔炉中获得两种产物；如同水池(pool)收集在熔炉底部的铁水，以及浮在铁水池上的液体铁-高炉炉渣。在大约1500℃的温度下，从熔炉中定期拨出这两种产物。
为了最大限度的提高GGBS的液压潜力，随着熔渣离开高炉，必须将其迅速冷却。快速淬火或者冷却促使缩成极小的结晶，并将熔渣转换成具有尺寸一般小于5mm的细玻璃状骨料-大小的颗粒。然后将这些炉渣的颗粒研磨成细小的粉末以形成GGBS。由于GGBS是炼铁工业的副产物，它比OPC具有更低的碳排放量(即，每吨的GGBS排放0.055吨的CO2vs.每吨的OPC排放～1吨的CO2)。因此，每吨混凝土释放的二氧化碳的量可能被减少，如果使用部分GGBS与OPC共同作为胶结材。通常情况下，GGBS不能替代大于70重量％的OPC以形成可用的混凝土或者灰浆的胶结材。完全排除OPC将是可取的，但是为了发挥液压材料的作用，GGBS需要活化剂。
使用GGBS作为有粘结性的材料已被公知多年，而且追溯到约1774年，那时Loriot用GGBS与熟石灰组合制成了灰浆。熟石灰被作为活化剂使用。虽然由被石灰(lime)激活的GGBS形成的胶结材可能具有有益的特性，凝固时间(set times)和强度增益时间与同样的OPC相比更长。
使用GGBS与类似于碱金属的化学刺激剂(stimulants)相结合为众所周知的，但本领域技术人员理解的是，这样的混凝土在凝固时间、强度和温度反应方面具有局限性，这阻止了它们的广泛应用。混凝土要根据制定的国家标准、准则等进行分类和使用。同时这些文件可能知晓以GGBS为基础的混凝土不是在使用的最前列。OPC混凝土被广泛的使用，竞争力强且功能全。
本领域技术人员目前的了解或者偏见在于：即使使用OPC作为GGBS的活化剂，GGBS含量越高也越限制产生的混凝土的机械性能。此外，混凝土必须满足一定的标准，例如，在英国，BS 4246，其中必须实现强度随时间变化的最小化。因此，尽管其对环境有影响，但是仍继续使用OPC。
发明内容
在它的各个方面中，本发明提供了用于与液压-活性材料相结合的活化剂组合物，所述液压-活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)和/或粉煤灰(pulverised fuel ash，PFA)，从而形成胶结材，使用这样的活化剂组合物的方法，形成胶结材的方法，胶结材，形成混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，以及混凝土、灰浆、薄浆或打底物，如随附独立权利要求所限定的(现应作为参考)。本发明的各个方面的优选或有利的特征列于从属权利要求中。
现有技术中，如上述Loriot和专利申请WO 03/070657，公开了结合GGBS和石灰以形成胶结材。WO 03/070657主要描述了使用石膏作为液压-活性材料，但是作为对比，提供了使用10％的石灰作为活化剂与90％的GGBS混合以形成胶结材的实验结果。这种混合物(胶结材)在0、2、7、28和33天后的强度测量值在WO 03/070657的表II中列出，并且比WO 03/070657中描述的各个掺入石膏的胶结材要低得多。因此，该现有技术巩固了必须使用超过10％的石灰作为GGBS中的活化剂以在可接受的时间内获得可接受的强度的观点。
因此，在现有技术中，使用高比例的石灰(大于10重量％)，以及采用具有低初始强度和慢凝固时间的胶结材制备的混凝土。在寻找用合适的活化剂与GGBS结合而形成适合的胶结材的实验中，本发明的发明人试图结合GGBS与10重量％的熟石灰。用这种胶结材制造的混凝土立方块的属性是可接受的，但是凝固时间被不合需要地延长。凝固时间或者凝固的时间是混凝土和灰浆的标准尺度，且被定义为贯入阻力达到一定值的时间点。混凝土组合物可以根据初始凝固时间和最终凝固时间进行定义。凝固时间可以随温度发生变化。
如本文所述，本发明的发明人现已确定的是，可以使用含有高比例的GGBS和/或PFA以及低比例的CaO、或者石灰的胶结材制备改进的混凝土。
在本发明的优选实施方式中，本发明的发明人发现，通过结合CaO、或者石灰、以及分散剂，优选的具体类型是超增塑剂(superplasticiser)，这种类型的非OPC胶结材的强度和可用性可以被进一步改进。用于本发明中的具体优选的超增塑剂的类型为聚羧酸醚系(polycarboxylate-ether-based，PCE)分散剂。
分散剂，也被称为减水剂或者增塑剂或者流化剂(fluidifiers)，是添加到胶结材中以缩小所需的水/胶结材的比率的材料或者化合物，且超增塑剂(或者宽范围减水剂)，如PCE，是特别有效的分散剂。超增塑剂如PCE能够降低水/胶结材的比率15％或者25％以上，而不降低胶结材凝固前的可加工性，相比于仅使用水提供充分性能的胶结材的对照样品。在本文中，超增塑剂，包括PCE，也被称为流化剂或者极流化剂(extreme fluidifiers)。
换句话说，分散剂或者流化剂是混凝土的添加物，与没有使用添加物的情况相比，获得了具有大体较低水含量的给定混凝土可加工性水平。优选地，本发明中使用的所述分散剂或者流化剂能够降低至少30％的水含量。如上所述，实例可以为聚羧酸醚系超增塑剂。优选的是，所述流化剂是超流化剂(superfluidifier)或者超增塑剂或者宽范围的减水剂。
在优选的实施方式中，本发明提供了含有CaO、或者石灰、一种或者多种超增塑剂或者PCE，以及含有GGBS和/或PFA的液压-活性材料的胶结材。本发明的该实施方式还提供了活化剂组合物，其含有或者由用于与液压-活性材料混合的CaO和超增塑剂或者PCE组成。所述活化剂组合物为组合物，优选为粉末或者粉状形式，与液压-活性材料和其他组分如水、以及任选的流化剂(其可以为除活化剂组合物中任何超增塑剂以外的其他流化剂)是可混溶的，从而形成胶结材。
PCE为粉末或者液体形式。在本发明的实施方式中可以使用任意一种形式的PCE，但是如果结合CaO(常为粉末形式)以制备活化剂，应该优选使用粉末形式的PCE。如果PCE以液体形式使用，那么所述活化剂可以含有CaO，且在混合胶结材时PCE被单独加入。
所述活化剂组合物可以含有或者不含有除CaO和/或超增塑剂，如粉煤灰(PFA)，优选微细的PFA，和/或者微硅粉(microsilica)以外的材料，如以下更多细节中的描述。因此所得的胶结材组合物也可以含有这些材料。
本发明的发明人的理解为：当使用含有CaO的活化剂而不添加超增塑剂，或者PCE，且特别是当所述胶结材含有少于10％，或者少于9.5％的CaO时，体系中会形成水合产物。但是，在早期(如7-14天内)，它们的形成程度是有限的，因此，这种水合产物的提供网状物的良好网状强度的形成也是有限的。因此，在实际应用中，所获得的压缩强度可能不足，或者形成得不够迅速。本发明的发明人发现，通过使用分散剂或者流化剂(如超增塑剂或者PCE)可以解决该问题，其能够减少使用的混合水的量。
当前的学科将流化剂归类为分散的添加物，在被吸附于水泥颗粒的表面后，由于添加物固有的化学性质，那些颗粒互相排斥，引起抗凝絮作用且充分提高了整个混合物的流动性。因此允许在胶结材中使用少量的水，以实现相同的流变性能。此外，个别颗粒更大程度地暴露于水并更快速地水合，并且因为排斥作用，混合物的流动性被大幅改善。流化剂的另一目前公认的效果是通过减少水的含量，使硬化的混凝土中的自由水的量(不发生水合作用且因此产生空隙)降低，从而导致孔隙率(porosity)的降低。本发明的发明人认为(虽然本发明没有确定但是并不限制于本发明)PCE的添加降低了粒子间的距离，促使早期在水合产物中形成化学键。
所述流化剂(超增塑剂)可以以粉末或者液体形式或者相结合的形式被引入体系中。在前者的情况下，它可以与其他固体组分预混合，任选地被提供作为活化剂组合物的组分以形成胶结材。在后者的情况下，液体流化剂可以在混凝土(或者胶结材)的配料过程中加入。在使用两种形式的情况下，固体形式可以为胶结材的部分，且液体形式可以在配料过程中加入。
然后，所获得的胶结材可以以常规的方式与骨料混合以生产混凝土(或者用于生产其他的产品，如灰浆、薄浆和打底物)。
所述体系可以有利地区别于现有技术的非OPC体系：它实现了更快速的强度发展以及在给定时间段的强度大小，即使相比于常规的具有相似GGBS含量的基于OPC的混合物。此外，本发明的发明人的试验表明所得到的混凝土可以有利地表现出提高了的对酸和硫酸盐侵袭的抵抗，并且提高了对氯离子渗透的抵抗。体系的颜色，如果重要，可以根据要求定做为从米白色到深灰色不等。
超增塑剂尤其是PCE与碱性活化剂结合用于非OPC胶结材的有益效果是特别出乎意料的，因为本领域技术人员目前的理解是，在这样的碱性条件下，超增塑剂没有效果，或者是变性的。在非OPC的胶结材中，例如以GGBS为基础，为了迅速生成足够的强度，通常使用强碱性活化剂如NaOH。众所周知这样的活化剂会破坏或者使超增塑剂如PCE变性。本发明的发明人通过使用弱碱性活化剂，CaO解决了这个问题。CaO本身可能不比NaOH作为例如GGBS的活化剂有效。但是本发明的发明人意外地解决了这个问题是基于他们认识到超增塑剂的添加不仅会影响胶结材需要的水量、以及它的流体性能，而且会影响液压-活性材料中强度形成的速率。使用弱碱和低效的碱性活化剂(如CaO而不是NaOH)初看起来是技术后退的步骤，但较弱的碱性促使超增塑剂且特别是PCE的使用，出人意料地使CaO成为比NaOH或者其他更强的碱性活化剂更加有效的活化剂。
在以上的描述中，本发明的GGBS主要被描述作为液压-活性或者潜在-液压-活性材料。然而，本发明的发明人发现，本发明中具体的胶结材和其他产物可以含有PFA，或者可以含有GGBS和PFA的混合物，或者(不太优选的实施方式中)GGBS、PFA和/或如其他适合的火山灰材料或者如惰性(如填料)材料。可以使用100％的GGBS或者100％的PFA，或者两者的任意混合物，但是本发明的发明人发现，与20％和60％之间、或者优选30％和50％之间、或者35％和45％之间的PFA混合的GGBS提供了具有尤其好的强度水平的有效胶结材。本发明的发明人更倾向的以最大限度地提高强度的混合是GGBS：PFA的重量比大约为60:40或者55:40。
在适当的情况下，文中所涉及的使用GGBS的本发明的实施方式应当被解释为包括，或者并入有，GGBS、PFA和/或如上所述的混合物。
因此，在优选的实施方式中，本发明可以提供用于实施形成或使用胶结材的任何方法或者材料，所述胶结材含有：潜在-液压-活性材料，所述潜在-液压-活性材料含有选自由GGBS、PFA以及GGBS和PFA的混合物组成的组中的材料：低于10％或者9.5％的CaO或者石灰；以及超增塑剂，优选PCE。例如对于混凝土、灰浆、薄浆或者打底物，所述胶结材也是可用的。
在一个实施方式中，活化剂组合物含有所述CaO或者石灰且超增塑剂可以与潜在-液压-活性材料混合。另一种活化剂组合物可以仅含有CaO或者石灰，且超增塑剂可以被单独加入。
优选地，所述方法生产的胶结材含有多于0.1％、0.5％、1％或者2％和/或少于9.5％或者5％或者4％的CaO或者石灰(以重量计)，并且特别优选为大约3％。优选地，所述方法生产的胶结材含有多于0.25％或者0.35％或者0.5％，和/或少于1％或者2％的超增塑剂或者PCE，以重量计。
特别优选地，对于粉末形式的超增塑剂或者PCE，所述方法生产的胶结材含有多于0.25％或者0.35％，和/或少于0.75％或者1％的超增塑剂或者PCE，并且特别优选为0.5％，以重量计。
特别优选地，对于以液体形式的超增塑剂或者PCE，所述方法生产的胶结材含有多于0.5％和/或少于2％的超增塑剂或者PCE，以重量计。
优选地，所述胶结材的除CaO或者石灰以及超增塑剂或者PCE以外的余量由潜在-液压-活性材料的组成。所述潜在-液压-活性材料优选含有GGBS、PFA或者上述GGBS和PFA的混合物，并且优选仅含有这种材料，但是它可以含有其他惰性材料或者其他火山灰材料。然而，GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物优选地组成多于50％、70％、80％或者90％的胶结材的液压-活性组分的重量(即，所述胶结材的除CaO或者石灰以及超增塑剂或者PCE以外的余量)。
本文中涉及的在胶结材或者其他产物中GGBS、或者GGBS和/或PFA的量应在此基础上进行理解。例如，提及的胶结材含有一定量的GGBS，因此包括提及的胶结材含有液压-活性材料的量，所述液压-活性材料由至少50％、70％、80％或者90％的GGBS与如上所述的惰性材料或者火山灰材料的混合物组成。
本发明的各个方面
在第一方面中，本发明可以提供了一种胶结材，该胶结材含有GGBS和/或PFA，量优选在90重量％以上，以及至少0.1重量％的CaO。所述CaO可以为任何CaO或者石灰，适用于触发和加速所述GGBS和/或PFA的水合作用。所述胶结材可以含有0.2重量％的CaO、或者0.3重量％的CaO、或者0.5重量％的CaO、或者1重量％的CaO或者1.5重量％的CaO，或者多于0.2、0.3、0.5、1或者1.5重量％的CaO。
所述胶结材可以含有至少90重量％或者91重量％的GGBS和/或PFA，其余部分包括CaO和PCE。
在所述胶结材中，CaO与GGBS和/或PFA，或者液压-活性材料的重量比可以大于0.1:99.9。例如所述比例可以大于0.5:99.5，例如等于或大于1:99或者1.5：98.5，例如等于或者大于约2:98、或者3:97、或者4:96、或者5:95、或者6:94、或者7:93、或者8:92、高达9:91。
所述胶结材可以任选地仅由GGBS和/或PFA、CaO和PCE组成。换句话说，所述活化剂组合物可以由CaO和PCE(优选粉末形式)组成。或者，活化剂组合物可以含有另一种组分，只要CaO构成了所述胶结材的至少0.1重量％、0.5重量％或者至少1.5重量％。在所述胶结材中，CaO与GGBS和/或PFA的比例可以大于1.5:98.5，例如等于或者大于约2:98、或者3:97、或者4:96、或者5:95、或者6:94、或者7:93、或者8:92、高达9:91，只要所述胶结材含有至少0.1重量％的CaO。
在一些实施方式中，胶结材可以含有0.1重量％和9.5重量％之间的CaO，优选0.5重量％和5重量％之间的CaO，且特别优选1.5重量％和4重量％之间的CaO。
除非另有说明，本文涉及的活化剂组合物(或者活化组合物)可以包括提及的仅由CaO或者石灰组成(PCE或者其他超增塑剂被单独加入所述胶结材)的活化剂组合物或者活化剂，含有CaO或者石灰以及一种或者多种其它组分(PCE或者其他超增塑剂被单独加入)的活化剂组合物或者活化剂，含有CaO或者石灰以及PCE或者其他超增塑剂(优选以粉末形式混合)的活化剂组合物或者活化剂，和/或含有CaO或者石灰、PCE或者其他超增塑剂以及一种或多种其他组分的活化剂组合物或者活化剂。
GGBS是铁的生产过程中在高炉中产生的材料，是可以被用作胶结材的组分的潜在-液压-活性材料的例子。特定GGBS的化学组成取决于进入高炉中的矿石成分，因此，GGBS的组成可以变化。据分析，典型的GGBS的组成为含有大约30-50重量％的CaO、28-38重量％的SiO2、8-24重量％的Al2O3、1-18重量％的MgO、1-2.5重量％的SiO3、以及1-3重量％的Fe2O3和MnO。GGBS的所有组分均可以适合于与CaO一起使用，或者与如本文描述和定义的含有CaO的活化剂组合物一起使用。在本发明优选的实施方式中，可以使用满足预定标准如BS(英国标准)EN 15167的GGBS。GGBS是许多市售含有OPC的混凝土预混合物广泛使用的组分，它取代了部分普通硅酸盐水泥(OPC)。然而，优选地，本发明的胶结材不含有任何OPC，且含有高比例的GGBS。
石灰是主要由氧化钙组成的一类材料。它们可以为具有高比例钙类成分的高纯度石灰，或者可以存在一定比例的杂质，如氧化镁。组成可能随用于生产石灰的石灰岩的来源而发生变化。例如，生石灰可以被定义为氧化钙，其主要部分，但不是唯一的，为氧化钙或者与氧化镁相结合的氧化钙，能够用水进行熟化(slaking)。生石灰具有宽泛的反应性，从死烧(反应性较低)到表现出反应性。本发明中优选使用任何具有高反应性的生石灰。
本文提及的CaO作为活化剂组合物的组分包括提及的市售的主要含有CaO的石灰，但也可以含有特定的物质，如MgO、以及钙和镁的氢氧化物。本发明的实施方式中使用的石灰优选含有大于80％或者90％或者95％的CaO。
优选地，本发明的实施方式中使用的活化剂组合物的比例为少于胶结材总重量的8重量％，优选少于5重量％，或者少于4重量％，或者少于3重量％，和/或大于0.5重量％，或者1重量％。此种活化剂组合物可以含有CaO，以及任选的超增塑剂，或者PCE，结合有另外的低浓度的微硅粉和/或粉煤灰(理想上以超细形式)。因此，这种活化剂组合物的使用提供了含有GGBS和/或PFA、以及低浓度的CaO的胶结材。
优选地，使用4-6重量％的活化剂组合物，但是最佳的大约为5重量％。
所述胶结材可以含有大于93重量％或者95重量％或者96重量％的GGBS和/或PFA，和/或小于99％或者98％或者97％或者96％的GGBS和/或PFA。
在本发明的实施方式中，矿渣中较低重量百分比的活化剂组合物或者活化剂是具备创新性的，因为现有技术中被石灰活化的GGBS胶结材通常含有至少15重量％的石灰，且在实践中，不会使用低达10重量％的石灰，因为这种水平被认为太低而不能产生有效的胶结材。本领域技术人员将不会想到，使用含有大于90重量％的GGBS的胶结材以生产实际可用的混凝土是可能的。此外，似乎除了使用CaO和超增塑剂，或者PCE，活化剂组合物中包括一定比例的微硅粉和/或微细的PFA可以有利地促使即使较低总比例的活化剂组合物也是可用的。本发明通过使用具体的活化剂组合物，可以形成含有高比例的GGBS的胶结材，而凝固时间可以被认为保持在商业可接受的范围内，即，在大约20℃的温度下少于18小时。优选地，在20℃下的初始凝固时间少于14小时，优选地，少于12小时或者少于10小时。特别优选地，初始凝固时间少于8小时。
胶结材可以含有94-97重量％之间的粒化高炉矿渣(GGBS)和/或PFA，2-3重量％之间的CaO和0.25％到0.75％的如上所述的超增塑剂或者PCE，以及1-2.5重量％之间的微硅粉或者超细PFA。特别优选地，所述胶结材可以含有2.5-3.25重量％之间的CaO，0.4％到0.6％的如上所述的超增塑剂或者PCE，以及1.25-2重量％之间的微硅粉或者超细PFA。所述活化剂组合物可以以这些比例含有CaO，超增塑剂或者PCE，以及微硅粉和/或超细PFA。
微硅粉或者硅粉(silica fume)是硅铁合金或者元素硅生产的副产物，并且是细的玻璃状颗粒，具有的颗粒大小远远小于水泥颗粒的平均大小。优选地，所述微硅粉具有的组分含有大于80重量％的SiO2，密度在2.20-2.40g/cm3之间且平均颗粒大小在0.1和0.2微米之间。所述硅粉应该优选是容易分散的形式。
粉煤灰(PFA)为燃煤电厂得到的微粒物质，主要由钙铝硅酸盐(calciumaluminosilicates)组成。超细PFA是PFA的较细部分。超细PFA的典型颗粒大小的范围比微硅粉的典型颗粒大小的范围稍粗。PFA可以加入CaO或者石灰以形成活化剂组合物，与作为活化剂组合物的第二组分的微硅粉结合或者代替微硅粉。
在本发明的另一方面中，如以上所概述的，如本文描述的胶结材可以方便地与流化剂或者超流化剂如聚羧酸醚(PCE)(以液体或者粉末形式)结合使用以形成混凝土。含有高比例的GGBS和/或PFA以及低比例的CaO的胶结材，当与流化剂结合时，可以提供可使用的具有非常低的水/胶结材比的混合物。本发明的发明人对这种现象的初步理解(不构成本发明所要求保护的部分)为低水/胶结材比可以促使更紧密地填充和允许以低的液压活性发生较早的颗粒间反应。这种组合有利于较少孔和较强基质的形成。然后，混合物内GGBS和/或PFA颗粒的分散更容易被活化，从而加速了水合作用。CaO的这种协同作用和流化剂的效果引导获得了具有改善的、实际可用的工程性质的混凝土。低水/胶结材比可以有利地提高所得产品(如混凝土)的性能。
当形成混凝土或者相似材料时，将骨料与胶结材和水混合。可以由GGBS和/或PFA以及活化剂组合物预先制备胶结材，然后与混凝土的其他组分混合。或者，可以彻底搅拌在原位形成胶结材。因此，本发明具体的CaO或者活化剂组合物可以以所需的比例加入到含有GGBS和/或PFA的混合物中。然后，所述活化剂组合物和GGBS和/或PFA在原位结合以形成与水反应的胶结材相，以与体系中存在的骨料和任何其它组分结合。如上所述，PFA可以替代GGBS使用，或者可以使用GGBS和PFA的混合物。
方便起见，CaO或者活化剂组合物可预先包装在容易处理的封装体(packet/package)或者容器中。这种封装体或者容器可以填充已知重量的活化剂组合物，如1kg或者5kg或者10kg或者25kg，以使混凝土或其它材料的胶结材备用时更灵活。
当预先包装时，特别有利的是，活化剂组合物被置于水溶性封装体内。因此，不用每次在制备一批混凝土时称取正确数量的活化剂组合物，在制备混凝土的过程中，所需数量的活化剂组合物的封装体可以方便地被加入混合物中。所述封装体溶解于被加入混合物和内容物(即活化剂组合物)内的水中，然后与体系中的其他组分混合。水溶性容器可以由水溶性塑料形成，如聚乙烯醇(PVA)或者纸基材料(paper-based material)或者破坏或分解并分散在被混合的胶结材中的其他材料。
所述胶结材，含有被混合的活化剂组合物和液压-活化材料，也可以按预先包装的数量销售，如1kg或者5kg或者10kg或者25kg的袋子或者封装体，或者大的封装体如1吨。或者，可以大批量供应胶结材，例如用油轮。
当所述活化剂组合物含有两种组分时，第一种活化剂组合物的组分(即CaO)可以以粉末的形式。另一种活化剂组合物的组分(如超增塑剂或者PCE，以及若存在的微硅粉和/或超细PFA)也可以以粉末形式。所述微硅粉的颗粒大小是非常细的，但是，典型的是，与烟草烟(tobacco-smoke)颗粒具有相同的规格。因此，这种材料的处理可以是不确定的，且所述活化剂组合物以密闭地、水溶性地、封装进行供应将有助于防止与微硅粉除尘有关的问题。
所述超增塑剂或者PCE可以为液体形式，在这种情况下，如果需要，不构成活化剂组合物的一部分，但是可以被单独地加入。
因此，本发明的这个方面提供了封装体形式的活化剂组合物，优选为预定重量活化剂组合物的水溶性封装体形式。
本发明的第二方面提供了制备混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的方法，该方法包括按照预定比例将下面的组分混合的步骤；
a)粒化高炉矿渣(GGBS)或PFA或者GGBS和PFA的混合物，
b)具有或者不具有超增塑剂或者PCE的活化剂组合物(例如，如果超
增塑剂或PCE以液体的形式，则被单独加入)，
c)骨料颗粒(或者适于产物所需的其他物质)，以及
d)水。
所述活化剂组合物为根据本发明的上述方面的活化剂组合物，可以为CaO或者可以含有CaO和其他组分。GGBS和/或PFA组分与所述活化剂组合物组分的重量比至少为(多于)90:10，优选具有高重量比例的GGBS组分。在混合过程中，原位结合GGBS和/或PFA组分与所述活化剂组合物组分以形成如上所述的胶结材。超增塑剂促进了这个过程。所述胶结材发挥粘合其他材料以形成混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的作用。
因此，所述方法需要步骤：估算GGBS和/或PFA被加入到混合物中的重量和加入适当量的活化剂组合物，且如果单独加入，适当量的超增塑剂或者PCE。GGBS和/或PFA的实际重量不需要在生产每批材料时进行称量。
或者，在与体系中的其他组分混合之前，GGBS和/或PFA与所述活化剂组合物可以以恰当的比例混合，以预先形成胶结材。
因此，制备混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的方法可以包括按照预定比例混合的步骤；
a)胶结材，
b)骨料颗粒(或者其他材料)，
c)流化剂(如果存在，例如如果液体PCE被单独加入，或者补充为活
化剂组合物中的PCE)，以及
d)水。
所述胶结材为如上所述的胶结材。
所述胶结材(无论是否在原位形成)与骨料相的比例通常通过测量组分的松散体积而确定。这是一种方便的测量方法，因为组分的比例可以很容易被确定，通过参照体积，如一桶之量(bucketfuls)。因此，GGBS组分与骨料颗粒组分的体积比通常在1:3和1:15之间，优选在1:4和1:8之间。对于不同类型的混凝土和类似材料的优选混合比为公知的。
假设使用非吸收性的骨料(当使用吸收性的骨料时，所需水量将需要在本领域技术人员正常能力范围内进行补充)，水与胶结材的比例优选在0.15:1和0.45:1之间，优选在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1。也就是说，水的比例在0.15和0.45之间，例如在0.2和0.4之间，或者在0.25和0.35之间，或者大约为0.3。
组分的混合可以通过与用于普通的基于OPC的混凝土和灰浆相同的标准方式进行。例如，如果在建筑物处制备根据本发明的方面的混凝土，可以预期的是，将使用标准的水泥混合器来混合混凝土。
如上所述，如果所述活化剂组合物组分被置于一个或多个水溶性封装体内，且在混合过程中随着封装体被水溶解而从一个或多个水溶性封装体内释放，将具有很多优势。
如在标准的基于OPC的材料的制备中，混凝土组合物可以需要添加进一步的组分。例如，可以加入玻璃纤维或者聚合物纤维以提高最终产品的韧性。可以加入染料以使最终产品着色。因此，该方法可以进一步包括加入另外的有机或者无机两种组分的步骤。
本发明的第三方面可以提供混凝土、灰浆、薄浆或者打底物，所述混凝土、灰浆、薄浆或者打底物含有胶结材或者使用如上所述的活化剂组合物制得。本发明涵盖的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物可以通过本发明描述的任合具体方法制备。
本发明的一个目的可以是：在混凝土、灰浆、薄浆或者打底物中获得适当的最终强度，同时通过低碳排放量的方式实现最大的环保贡献。具有高GGBS和/或PFA含量的胶结材加上适当的刺激产生一定程度的水合作用，加上可选物质硅粉/超细PFA与超流化剂(超增塑剂)，产生了实用的机械性能。低水平的活化剂组合物增加了胶结材的比例，所述胶结材由GGBS、PFA或者二者的混合物、其他合适的火山灰组成。
潜在地，所述活化剂组合物含有CaO(作为第一组分)和由微硅粉或者超细粉煤灰(PFA)组成的第二组分。在存在的情况下，第一组分和第二组分可以以任何重量比混合，优选在1.2:1和3:1之间。超流化剂，如PCE，也可以构成活化剂组合物的组分，具体以粉末形式。
在第四方面中，本发明提供了活化剂组合物结合GGBS和/或PFA在制备胶结材中的用途，所述活化剂组合物含有CaO，其中，GGBS和/或PFA组分在所得胶结材中的重量比大于90％，且所述活化剂组合物在所得胶结材中的重量比小于10％。
优选地，使用的活化剂组合物的比例少于胶结材总重量的8重量％，优选少于5重量％、或者少于4重量％、或者少于3重量％、和/或大于0.5重量％、1重量％或者1.5重量％。
这种活化剂组合物可以与额外的超增塑剂或者PCE结合使用，和/或与低浓度的微硅粉和/或粉煤灰(理想以超细形式)结合使用。这种活化剂组合物的使用提供了含有GGBS和/或PFA以及低浓度的CaO活化剂组合物的胶结材。如此形成的胶结材可以提供具有低的水与胶结材比的有效混合物。
在第五方面中，本发明提供了一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于结合GGBS和/或PFA以形成胶结材，所述胶结材含有由CaO组成的第一组分、由超增塑剂如PCE组成的第二组分以及由微硅粉和/或粉煤灰(PFA)组成的第三组分。优选地，任何PFA，如果存在，为超细的形式。所述第一组分和所述第三组分混合的重量比在1.2：1和3:1之间，或者在1.5：1和2.5:1之间，并且特别优选大约为2.1。
优选地，CaO具有高活性。
优选的，所述活化剂组合物与GGBS和/或PFA结合使用，以形成混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的胶结材组分。
在第六方面中，本发明提供了一种胶结材，该胶结材含有94-97重量％的粒化高炉矿渣(GGBS)、PFA、或者混合的GGBS和PFA，以及如上所述的3-6重量％的活化剂组合物。
优选地，使用4-5重量％的活化剂组合物，特别优选大约4.5重量％。
在炉渣中活化剂组合物的低重量百分比是出人意料的，因为现有技术被石灰活化的GGBS胶结材通常含有至少15重量％的石灰，很少低至10重量％的石灰。通过使用根据本发明的活化剂组合物，形成的胶结材含有高比例的GGBS，且初始凝固时间可以保持在商业上可以接受的范围内，即，在大约20℃的温度下少于18小时。优选的初始凝固时间在20℃下少于14小时，优选少于12小时或者少于10小时。特别优选的初始凝固时间为少于8小时。
在一种实施方式中，胶结材可以含有94-97重量％的粒化高炉矿渣(GGBS)和/或PFA，2-3.5重量％的CaO，以及1-2.5重量％的微硅粉和/或PFA(优选超细形式的)。特别优选地，所述胶结材可以含有2.5-3.25重量％的CaO，以及1.25-2重量％的微硅粉。如果超增塑剂或者PCE是粉末形式的，所述胶结材优选含有大于0.25％或者0.3％或者0.35％以及少于0.7％或者0.75％或者1％的超增塑剂或者PCE。如果超增塑剂或者PCE是液体形式的，需要多一些，优选在0.5％和2.0％之间。
在一种实施方式中，胶结材可以含有94-97重量％之间的粒化高炉矿渣(GGBS)和/或PFA以及3-6重量％之间的活化剂组合物，所述活化剂组合物含有由CaO组成的第一组分，以及由微硅粉和/或PFA组成的第二组分。其中，所述第一组分和所述第二组分混合的重量比在1.2：1和3:1之间，优选的重量比在1.5：1和2.5:1之间，优选大约为2:1。所述CaO可以为上述的任何CaO。所述CaO可以为石灰，如上所述。超增塑剂，如PCE，可以进一步构成活化剂组合物的组分或者被单独加入。
在本发明的第七方面中，制备混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的方法包括按照预定比例将下面的组分混合的步骤；
a)粒化高炉矿渣(GGBS)，
b)活化剂组合物，
c)骨料颗粒，或者其他用于制备灰浆、薄浆或者打底物的组分，以及
d)水。
所述活化剂组合物为根据本发明的上述任一方面的活化剂组合物。混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的活化剂组合物组分的总重量为混凝土、灰浆、薄浆或者打底物的GGBS和/或PFA组分的总重量的3-6％。
在本发明的第八方面中，混凝土、灰浆、薄浆或者打底物含有由94-97重量％的粒化高炉矿渣(GGBS)和3-6重量％的活化剂组合物结合而形成的胶结材，以及通过胶结材互相粘合的骨料颗粒。所述活化剂组合物含有由CaO组成的第一组分以及由微硅粉和/或PFA组成的第二组分，所述第一组分和所述第二组分的比例在1.2：1和3:1之间。超增塑剂，如PCE，可以进一步构成活化剂组合物的组分或者被单独加入。
所述活化剂组合物可以为根据本发明的上述任一方面的任何活化剂组合物。
根据本发明第八方面的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物可以含有如上所述的任一根据本发明的胶结材。
优选地，根据本发明任一方面的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物不含有任何的OPC。优选的，水与胶结材的重量比在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，当使用非吸收性骨料时。低的水含量促使形成具有良好机械性能的材料，如混凝土。形成含有上述任一方面定义的胶结材和超流化剂的混凝土是特别有利的。所述超流化剂优选与CaO混合以形成活化剂组合物，或者供应为活化剂组合物的组分。所述超流化剂允许使用极低比例的水来形成可用的混合物，能够提供优良的凝固时间和机械性能，而这无法预料将出现在不含OPC的混凝土中。
优选地，根据本发明任一方面的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物7天之后具有的压缩强度大于15MPa，或者7天之后大于25MPa，例如，7天之后大于28MPa，或者7天之后大于30MPa，或者7天之后大于32MPa。
优选地，根据本发明任一方面的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物14天之后具有的压缩强度大于20MPa，或者大于35MPa，例如，14天之后大于38MPa，或者14天之后大于40MPa，或者14天之后大于42MPa。
优选地，根据本发明任一方面的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物28天之后具有的压缩强度大于30MPa，或者28天之后大于40MPa，例如，28天之后大于42MPa，或者28天之后大于45MPa，或者28天之后大于48MPa。
本发明的目的是提供一种活化剂组合物，所述活化剂组合物能够利用GGBS和/或PFA且不利用硅酸盐水泥来形成混凝土及相似材料。本文所述的胶结材优选不含有硅酸盐水泥。本文所述的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物优选不含有任何硅酸盐水泥。
高GGBS-基材料，例如本文所述的混凝土、灰浆、薄浆或者打底物中的一种可以提供许多有利的性能，该性能优于用OPC-基胶结材制备的类似材料。
与水结合时，GGBS缓慢水合且相比于OPC-基胶结材具有明显更低的水合反应热。PFA具有相似的性质。高热度的水合反应能够导致凝固的混凝土膨胀，然后收缩，引起破裂。OPC-基水泥的高热度水合反应为在一个混合容器中铸造的混凝土的体积的限制因素。例如，大面积地板(flooring)通常须要在多个独立部分内进行铸造(cast)。含有高比例的GGBS且被低比例的CaO活化的胶结材具有低热度的水合反应。本发明实施方式的胶结材可以有利地促使混凝土形成，而不含OPC-基胶结材，因此具有改善的水合作用热。这种性质，结合合理的快速的凝固时间(如下实施例所示)有利于大体积或者大面积的混凝土在单一部分中的生产。因此，利用本文所述的本发明任一方面的教导制备的混凝土可以有利地被用于地板的生产中。
众所周知的是，混凝土的渗透性随GGBS的比例增加而降低。通过允许使用高比例的GGBS，本发明有利于抗水的混凝土、灰浆、薄浆和打底物的生产。而且，在所述活化剂组合物中包括一定比例的微硅粉或者超细PFA可以进一步改善水的渗透性(即降低水的渗透性)，相比于OPC-基混凝土。
根据本发明的教导形成的材料具有显著提高的对特定化学物质的抵抗性，相比于OPC-基材料。这种效果可以部分地归因于胶结材中高比例的GGBS，也可以部分地归因于活化剂组合物中组分间的相互作用。因此，根据本发明形成的材料，例如混凝土，适合在恶劣的环境中使用，如海洋环境。
基于本发明上述背景技术部分解释的原因，不使用OPC形成的材料比使用OPC的材料具有更低的碳排放量。因此，使用本发明的教导形成的材料可以被归类为“绿色”材料，或者环境友好材料。
本发明的实施方式可以涉及多种类型的混凝土，例如包括砂浆层(screeds)。
GGBS是潜在液压-活性材料的例子。胶结材和混凝土、灰浆、薄浆和打底物可以使用其他液压-活性材料代替部分或者所有GGBS组分而制得，只要不使用普通硅酸盐水泥。例如，本发明此处描述的各个方面、实施方式、或者陈述的一定量的GGBS组分可以被一定量的一种或者多种其他液压-活性材料(非硅酸盐水泥)代替。
具体实施方式
根据本发明的一个或者多个方面的具体实施方式将通过实施例的方式加以描述。
实验方法
除非另外说明，下述的实施例中，通过将GGBS与活化剂组合物或者含有CaO或由CaO组成的组分混合而制备胶结材。然后所述胶结材与骨料混合。经过短暂的预混合期，加入80％的混合水，随后加入流化剂(分散剂，或者超增塑剂)以及其余部分的混合水。整个混合物被充分搅拌10分钟之后，在振动的辅助下将其放置在适当的模具中。
用于强度测试的样品被留在空气中固化24小时，然后置于水中待测。用于收缩测试的样品被留在空气中24小时，然后进行脱模。
试验按照以下的标准进行(BS＝英国标准)。
坍落-BS EN 12350-2:2009
凝固时间-BS EN 13294:2002
强度-BS EN 12390-3:2009
干燥收缩/变湿膨胀-BS EN 12617-4:2002
实施例1
制备的胶结材含有通过以下重量比限定的组合物：GGBS 95％、CaO 3％、微硅粉2％。这些组分的具体重量为：GGBS(2.57kg)、CaO(0.08kg)、微硅粉(0.05kg)。
GGBS由Hanson公司提供。这是一种高炉矿渣，主要含有氧化钙、硅、铝和镁。此种GGBS被经研磨到大约500m2/kg的比表面积，且粉末具有1000-1300kg/m3的体积密度。平均颗粒大小为5-30微米和颗粒密度为2750-3000kg/m3。
使用的微硅粉具有商品名SILACEM(RTM)，并且是具有平均颗粒大小在0.13和0.16微米之间的硅粉。
为了形成混凝土，以下组分被混合；
2.69kg的上述胶结材；
27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分加入)；
1.5kg的阿德利石(Ardleigh stone)；
5.6kg的花岗石；
5.1kg的沙子；
0.81升自来水。
各组分被完全混合并进行铸造。
所得到的混凝土在14天时具有41MPa的强度，以及28天时具有44MPa的强度。
实施例2
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.6％+CaO 2.6％+PFA超细1.8％+PCE 1％
使用的重量为：GGBS(2.57kg)，CaO(0.07kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材组分加入)；胶结材的固体组分被混合，然后PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：阿德利石(1.5kg)，花岗石(5.6kg)，沙子(5.1kg)
水：自来水(0.81L，水/胶结材的比例＝0.3)
坍落：40mm
凝固时间：6h初始，9h最终
7天的压缩强度：37MPa
14天的压缩强度：40MPa
28天的压缩强度：46MPa
实施例3
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.6％+CaO 2.6％+超增塑剂1％。
使用的重量为：GGBS(2.63kg)，CaO(0.07kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：阿德利石(1.5kg)，花岗石(5.6kg)，沙子(5.1kg)
水：自来水(0.81L，水/胶结材的比例＝0.3)
坍落：40mm
14天的压缩强度：38MPa
28天的压缩强度：42MPa
干缩特性：400-600微应变(micro strains)(OPC对照为600微应变)
实施例4
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.6％+CaO 2.6％+非致密的微硅粉1.8％+超增塑剂1％。
使用的重量为：GGBS(2.57kg)，CaO(0.07kg)，非致密的微硅粉(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。胶结材的固体组分被混合，然后PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：阿德利石(1.5kg)，花岗石(5.6kg)，沙子(5.1kg)
水：自来水(0.81L，水/胶结材的比例＝0.3)
坍落：40mm
14天的压缩强度：41MPa
28天的压缩强度：44MPa
干缩特性：400-600微应变(OPC对照为600微应变)
实施例5
GGBS 98.9％，CaO 0.1％，PCE1％
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS(2.697kg)，CaO(0.003kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：阿德利石(1.5kg)，花岗石(5.6kg)，沙子(5.1kg)
水：自来水(0.81L，水/胶结材的比例＝0.3)
坍落：160mm
7天的压缩强度：3.1MPa
28天的压缩强度：23.8MPa
实施例6
GGBS 98.5％，CaO 0.5％，PCE 1％
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS(2.687kg)，CaO(0.013kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：阿德利石(1.5kg)，花岗石(5.6kg)，沙子(5.1kg)
水：自来水(0.81L，水/胶结材的比例＝0.3)
坍落：175mm
7天的压缩强度：19.1MPa
28天的压缩强度：29MPa
实施例7
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.3％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％。
使用的重量为：GGBS(2.57kg)，CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)，
水：自来水(1.13L，水/胶结材的比例＝0.4)
坍落：60mm
7天的压缩强度：25MPa
28天的压缩强度：35.4MPa
实施例8
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.3％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％。
GGBS(2.57kg)，CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，超增塑剂：BASFRheoMatrix 233(RTM)-27g与胶结材的其余部分按1:100混合。
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(0.89L，水/胶结材的比例＝0.33)
坍落：70mm
7天的压缩强度：33.1MPa
28天的压缩强度：42.2MPa
实施例9
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.8％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂0.5％。
GGBS(2.57kg)，CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，超增塑剂：MELFLUX2651F(RTM)-粉末13.5g。
将CaO、超细PFA和超增塑剂混合以形成活化剂组合物，然后与GGBS混合。
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(0.89L，水/胶结材的比例＝0.33)
坍落：100mm
7天的压缩强度：28MPa
28天的压缩强度：44.7MPa
实施例10
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 94.8％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂0.5％。
GGBS(2.57kg)，CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，超增塑剂：SikaVC225-粉末13.5g与胶结材的其余部分(即0.5重量％)按1:200混合。
将CaO、超细PFA和超增塑剂混合以形成活化剂组合物，然后与GGBS混合。
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(0.89L，水/胶结材的比例＝0.33)
坍落：90mm
7天的压缩强度：29.5MPa
28天的压缩强度：44.5MPa
实施例11
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 84.4％+PFA(BS EN 450)9.9％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％
GGBS(2.30kg)，PFA BS EN 450(0.27kg)+CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(1.13L，水/胶结材的比例＝0.4)
坍落：80mm
7天的压缩强度：13.2MPa
28天的压缩强度：23MPa
实施例12
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 54.7％+PFA(BS EN 450)39.6％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％
GGBS(1.49kg)，PFA BS EN 450(1.08kg)+CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(1.13L，水/胶结材的比例＝0.4)
坍落：90mm
7天的压缩强度：36.2MPa
28天的压缩强度：50.0MPa
实施例13
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 44.8％+PFA(BS EN 450)49.5％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％
GGBS(1.22kg)，PFA BS EN 450(1.35kg)+CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(1.13L，水/胶结材的比例＝0.4)
坍落：80mm
7天的压缩强度：33.6MPa
28天的压缩强度：49.6MPa
实施例14
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：GGBS 24.9％+PFA(BS EN 450)69.4％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％
GGBS(0.68kg)，PFA BS EN 450(1.89kg)+CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(1.13L，水/胶结材的比例＝0.4)
坍落：110mm
7天的压缩强度：29.9MPa
28天的压缩强度：48.1MPa
实施例15
混合物设计(固体每15kg一批)
胶结材：胶结材：PFA(BS EN 450)94.3％+CaO 2.9％+PFA超细1.8％+超增塑剂1％
PFA BS EN 450(2.57kg)+CaO(0.08kg)，PFA超细(0.05kg)，27ml的Sika ViscoCrete10(RTM)(液体PCE超增塑剂，作为胶结材的组分)。PCE与胶结材的其余部分(即1重量％)按1:100混合
骨料：沙子(4.8kg)，碎石10mm(2.3kg)，碎石20mm(5.3kg)
水：自来水(1.13L，水/胶结材的比例＝0.4)
坍落：90mm
7天的压缩强度：16.9MPa
28天的压缩强度：29.9MPa
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种胶结材，该胶结材含有至少90重量％的非OPC液压-活性材料，0.1重量％以上且9.5重量％以下的CaO或石灰，以及超增塑剂，所述非OPC液压-活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)或者GGBS和PFA的混合物。
2.根据权利要求1所述的胶结材，其中，液压-活性材料含有至少50％或者70％或者80％或者90％的GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的胶结材，其中，所述超增塑剂为聚羧酸醚系(PCE)超增塑剂。
4.根据权利要求1、2或3所述的胶结材，其中，所述胶结材含有至少90％的液压-活性材料，而其余部分包括所述CaO和所述超增塑剂。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材由GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物，CaO和超增塑剂组成。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有含CaO的活化剂组合物，可选择地含有超增塑剂，以及可选择地进一步含有微硅粉和/或超细粉煤灰(PFA)。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有至少0.1重量％或1重量％或2重量％的CaO，并且优选地，所述胶结材含有大于或等于约2.5重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％或8重量％的CaO。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有大于93重量％、95重量％、96重量％、97重量％或98重量％的液压-活性材料。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在0.2％和2％之间、或0.3％和1.2％之间、或0.4％和0.7％之间的超增塑剂。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述超增塑剂为粉末形式且胶结材含有多于0.2％、0.25％、0.3％、0.35％或0.4％和/或少于0.7％、0.75％、1％或1.2％的超增塑剂。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述超增塑剂为液体形式且胶结材含有多于0.2％或0.5％且少于2％的超增塑剂。
12.一种制备混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，该方法包括按照预定比例互相混合的步骤：
a)胶结材；
b)骨料颗粒；以及
c)水；
其中，所述胶结材为前述任意一项权利要求所定义的胶结材。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，水与所述胶结材的重量比在0.15:1和0.45:1之间，优选在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，其中，使用非吸收性的骨料。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述胶结材与所述骨料颗粒的体积比在1:3和1:15之间，优选在1:4和1:8之间。
15.一种制备混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，该方法包括按照预定比例互相混合的步骤：
a)含有GGBS、PFA或GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料；
b)含有CaO或石灰或者由CaO或石灰组成的活化剂组合物；
c)骨料颗粒；
d)水；以及
e)可选择地构成所述活化剂组合物的组分的超增塑剂；
其中，将所述液压-活性材料、所述活化剂组合物和所述超增塑剂(可选择地构成所述活化剂组合物的组分)结合以形成权利要求1-11中任意一项所定义的胶结材。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将组分a)、b)和e)结合以形成混凝土、灰浆、薄浆或打底物的胶结材组分，且所述胶结材组分与组分c)的体积比在1:3和1:15之间，优选在1:4和1:8之间。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，将组分a)、b)和e)结合以形成混凝土、灰浆、薄浆或打底物的胶结材组分，且组分d)与所述胶结材组分的重量比在0.15:1和0.45:1之间，优选在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，其中，使用非吸收性的骨料。
18.根据权利要求15-17中任意一项所述的方法，其中，所述活化剂组合物被置于一个或多个水溶性封装体内且被水溶解后它们从一个或多个水溶性封装体中释放。
19.含有权利要求1-11中任意一项所定义的胶结材的混凝土、灰浆、薄浆或打底物。
20.由权利要求12-18中任意一项所定义的方法制得的混凝土、灰浆、薄浆或打底物。
21.根据权利要求19或20所述的混凝土、灰浆、薄浆或打底物，其中，水与胶结材的重量比在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，其中，使用非吸收性的骨料。
22.根据权利要求19-21中任意一项所述的混凝土、灰浆、薄浆或打底物，其中，所述混凝土、灰浆、薄浆或打底物具有的压缩强度为7天后大于15MPa，14天后大于20MPa，且28天后大于30MPa。
23.活化剂组合物在制备胶结材中的用途，所述活化剂组合物与含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料结合使用，所述活化剂组合物含有CaO或石灰，其中，液压-活性材料在所得胶结材中的重量比例为大于90％，活化剂组合物在所得胶结材中的重量比例为少于10％，其中，所述胶结材含有超增塑剂，如PCE。
24.根据权利要求23所述的活化剂组合物的用途，其中，所述活化剂组合物含有超增塑剂。
25.权利要求23或24所述的活化剂组合物的用途，包括将置于封装体内的预定量的活化剂组合物加入液压-活性材料的步骤，所述封装体优选为水溶性封装体。
26.一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于与结合有超增塑剂如PCE的含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料结合，以形成胶结材，所述活化剂组合物含有由CaO或石灰组成的第一组分以及由微硅粉和/或粉煤灰(PFA)组成的第二组分，优选地，PFA为超细的形式，其中，所述第一组分和第二组分混合的重量比在1.2:1和3:1之间。
27.根据权利要求26所述的活化剂组合物，其中，所述超增塑剂为所述活化剂组合物的组分。
28.根据权利要求26或27所述的活化剂组合物，其中，所述CaO包括石灰。
29.一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于与含有GGBS、PFA、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料结合，所述活化剂组合物含有由CaO组成的第一组分和由超增塑剂如PCE超增塑剂组成的第二组分。
30.根据权利要求29所述的活化剂组合物，其中，所述超增塑剂为粉末形式。
31.根据权利要求29或30所述的活化剂组合物，其中，所述活化剂组合物进一步含有由微硅粉、PFA、或微硅粉和PFA的混合物组成的第三组分，所述PFA优选为超细PFA。
32.根据权利要求26-31中任意一项所述的活化剂组合物，其中，预定量的所述活化剂组合物被封装于封装体中以与液压-活性材料混合使用，优选地，所述封装体在与水接触时释放所述活化剂组合物。
33.一种胶结材，该胶结材含有：
多于90％的含有GGBS、PFA、或GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料；
在0.1％和9％之间的CaO或石灰；以及
在0.2％和2％之间的超增塑剂，如PCE超增塑剂。
34.根据权利要求33所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在94-97重量％之间的液压-活性材料；
在1.5-3.5重量％之间的CaO或石灰；以及
在0.2-2重量％之间的超增塑剂。
35.根据权利要求33或34所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在1-2.5重量％之间的微硅粉和/或粉煤灰(PFA)，优选超细PFA。
36.一种混凝土、灰浆、薄浆或打底物，所述混凝土、灰浆、薄浆或打底物含有胶结材和通过胶结材互相粘合的骨料颗粒，所述胶结材由94-97重量％的含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料，3-6重量％的活化剂组合物结合形成，
其中，所述活化剂组合物含有由CaO或石灰组成的第一组分和由微硅粉和/或粉煤灰(PFA)组成的第二组分，优选地，PFA为超细的形式，所述第一组分与第二组分的重量比在1.2:1和3:1之间，
其中，所述胶结材含有超增塑剂如PCE，可选择地形成活化剂组合物的一部分。
37.根据权利要求35所述的混凝土、灰浆、薄浆或打底物，其中，所述CaO为石灰。
38.含有权利要求33-37中任意一项所述的胶结材的混凝土、灰浆、薄浆或打底物。
39.前述权利要求中任意一项所定义的不含有普通硅酸盐水泥(OPC)的混凝土、灰浆、薄浆、打底物或胶结材。

Claims (39)

1.一种胶结材，该胶结材含有至少90重量％的非OPC液压-活性材料，0.1重量％以上的CaO，以及超增塑剂，所述非OPC液压-活性材料含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)或者GGBS和PFA的混合物。
2.根据权利要求1所述的胶结材，其中，液压-活性材料含有至少50％或者70％或者80％或者90％的GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的胶结材，其中，所述超增塑剂为聚羧酸醚系(PCE)超增塑剂。
4.根据权利要求1、2或3所述的胶结材，其中，所述胶结材含有至少90％的液压-活性材料，而其余部分包括所述CaO和所述超增塑剂。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材由GGBS、PFA或者GGBS和PFA的混合物，CaO和超增塑剂组成。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有含CaO的活化剂组合物，可选择地含有超增塑剂，以及可选择地进一步含有微硅粉和/或超细粉煤灰(PFA)。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有至少0.1重量％或1重量％或2重量％的CaO，并且优选地，所述胶结材含有大于或等于约2.5重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％或8重量％的CaO。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有大于93重量％、95重量％、96重量％、97重量％或98重量％的液压-活性材料。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在0.2％和2％之间、或0.3％和1.2％之间、或0.4％和0.7％之间的超增塑剂。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述超增塑剂为粉末形式且胶结材含有多于0.2％、0.25％、0.3％、0.35％或0.4％和/或少于0.7％、0.75％、1％或1.2％的超增塑剂。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的胶结材，其中，所述超增塑剂为液体形式且胶结材含有多于0.2％或0.5％且少于2％的超增塑剂。
12.一种制备混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，该方法包括按照预定比例互相混合的步骤：
a)胶结材；
b)骨料颗粒；以及
c)水；
其中，所述胶结材为前述任意一项权利要求所定义的胶结材。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，水与所述胶结材的重量比在0.15:1和0.45:1之间，优选在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，其中，使用非吸收性的骨料。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述胶结材与所述骨料颗粒的体积比在1:3和1:15之间，优选在1:4和1:8之间。
15.一种制备混凝土、灰浆、薄浆或打底物的方法，该方法包括按照预定比例互相混合的步骤：
a)含有GGBS、PFA或GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料；
b)含有CaO或者由CaO组成的活化剂组合物；
c)骨料颗粒；
d)水；以及
e)可选择地构成所述活化剂组合物的组分的超增塑剂；
其中，将所述液压-活性材料、所述活化剂组合物和所述超增塑剂(可选择地构成所述活化剂组合物的组分)结合以形成权利要求1-11中任意一项所定义的胶结材。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将组分a)、b)和e)结合以形成混凝土、灰浆、薄浆或打底物的胶结材组分，且所述胶结材组分与组分c)的体积比在1:3和1:15之间，优选在1:4和1:8之间。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，将组分a)、b)和e)结合以形成混凝土、灰浆、薄浆或打底物的胶结材组分，且组分d)与所述胶结材组分的重量比在0.15:1和0.45:1之间，优选在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，其中，使用非吸收性的骨料。
18.根据权利要求15-17中任意一项所述的方法，其中，所述活化剂组合物被置于一个或多个水溶性封装体内且被水溶解后它们从一个或多个水溶性封装体中释放。
19.含有权利要求1-11中任意一项所定义的胶结材的混凝土、灰浆、薄浆或打底物。
20.由权利要求12-18中任意一项所定义的方法制得的混凝土、灰浆、薄浆或打底物。
21.根据权利要求19或20所述的混凝土、灰浆、薄浆或打底物，其中，水与胶结材的重量比在0.2:1和0.4:1之间，优选在0.25:1和0.35:1之间，例如大约为0.3:1，其中，使用非吸收性的骨料。
22.根据权利要求19-21中任意一项所述的混凝土、灰浆、薄浆或打底物，其中，所述混凝土、灰浆、薄浆或打底物具有的压缩强度为7天后大于15MPa，14天后大于20MPa，且28天后大于30MPa。
23.活化剂组合物在制备胶结材中的用途，所述活化剂组合物与含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料结合使用，所述活化剂组合物含有CaO，其中，液压-活性材料在所得胶结材中的重量比例为大于90％，活化剂组合物在所得胶结材中的重量比例为少于10％，其中，所述胶结材含有超增塑剂，如PCE。
24.根据权利要求23所述的活化剂组合物的用途，其中，所述活化剂组合物含有超增塑剂。
25.权利要求23或24所述的活化剂组合物的用途，包括将置于封装体内的预定量的活化剂组合物加入液压-活性材料的步骤，所述封装体优选为水溶性封装体。
26.一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于与结合有超增塑剂如PCE的含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料结合，以形成胶结材，所述活化剂组合物含有由CaO组成的第一组分以及由微硅粉和/或粉煤灰(PFA)组成的第二组分，优选地，PFA为超细的形式，其中，所述第一组分和第二组分混合的重量比在1.2:1和3:1之间。
27.根据权利要求26所述的活化剂组合物，其中，所述超增塑剂为所述活化剂组合物的组分。
28.根据权利要求26或27所述的活化剂组合物，其中，所述CaO包括石灰。
29.一种活化剂组合物，该活化剂组合物用于与含有GGBS、PFA、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料结合，所述活化剂组合物含有由CaO组成的第一组分和由超增塑剂如PCE超增塑剂组成的第二组分。
30.根据权利要求29所述的活化剂组合物，其中，所述超增塑剂为粉末形式。
31.根据权利要求29或30所述的活化剂组合物，其中，所述活化剂组合物进一步含有由微硅粉、PFA、或微硅粉和PFA的混合物组成的第三组分，所述PFA优选为超细PFA。
32.根据权利要求26-31中任意一项所述的活化剂组合物，其中，预定量的所述活化剂组合物被封装于封装体中以与液压-活性材料混合使用，优选地，所述封装体在与水接触时释放所述活化剂组合物。
33.一种胶结材，该胶结材含有：
多于90％的含有GGBS、PFA、或GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料；
在0.1％和9％之间的CaO；以及
在0.2％和2％之间的超增塑剂，如PCE超增塑剂。
34.根据权利要求33所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在94-97重量％之间的液压-活性材料；
在1.5-3.5重量％之间的CaO；以及
在0.2-2重量％之间的超增塑剂。
35.根据权利要求33或34所述的胶结材，其中，所述胶结材含有在1-2.5重量％之间的微硅粉和/或粉煤灰(PFA)，优选超细PFA。
36.一种混凝土、灰浆、薄浆或打底物，所述混凝土、灰浆、薄浆或打底物含有胶结材和通过胶结材互相粘合的骨料颗粒，所述胶结材由94-97重量％的含有粒化高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰(PFA)、或者GGBS和PFA的混合物的液压-活性材料，3-6重量％的活化剂组合物结合形成，
其中，所述活化剂组合物含有由CaO组成的第一组分和由微硅粉和/或粉煤灰(PFA)组成的第二组分，优选地，PFA为超细的形式，所述第一组分与第二组分的重量比在1.2:1和3:1之间，
其中，所述胶结材含有超增塑剂如PCE，可选择地形成活化剂组合物的一部分。
37.根据权利要求35所述的混凝土、灰浆、薄浆或打底物，其中，所述CaO为石灰。
38.含有权利要求33-37中任意一项所述的胶结材的混凝土、灰浆、薄浆或打底物。
39.前述权利要求中任意一项所定义的不含有普通硅酸盐水泥(OPC)的混凝土、灰浆、薄浆、打底物或胶结材。
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