CN108025970A - 用于制造和施用非硅酸盐水泥基材料的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于施加建筑材料的系统和方法。该方法可以包括在配料和混合装置中混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂以生成非硅酸盐水泥基材料。该方法还可以包括将来自混合装置的非硅酸盐水泥基材料通过导管输送至喷嘴，并且在喷嘴处将被输送的非硅酸盐水泥基材料与液体组合以产生部分液化的非硅酸盐水泥基材料。该方法可以进一步包括将部分液化的非硅酸盐水泥基材料气动地施加到表面。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年5月6日向美国专利商标局递交的专利号为14/705,534的美国专利申请的优先权。其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及建筑材料，且更具体地涉及用于制造和施用建筑材料的方法。
背景技术
在下水道整修和混凝土修复和建造领域中的现有方法可能涉及喷射混凝土的应用，该喷射混凝土可以被气动地投射到需要修理或建造的表面。这种喷射混凝土包括在基础混凝土中可找到的材料，如沙子，硅酸盐水泥和液体。在特定的施工现场，这种喷射混凝土可以采取干混或湿混的形式。短语“干混”通常涉及将干燥状态下的一些或全部材料通过软管气动地传输到喷嘴，其中操作者可以在喷嘴处在投射物质之前控制将液体施加到干混物上。相反，短语“湿混”通常涉及在投射之前将预先混合的混凝土(包括液体)通过软管传输。
一些公司尝试过改变喷射混凝土的材料组成以获得某些好处。因此，一些方法可能涉及使用矿物聚合物。但是，由于这些产品中固有的有机材料，这些材料通常容易受到腐蚀。例如，公司在GeoSprayTM和GeoSprayTMAMS产品系列下生产各种产品。AMS产品可以被应用作为GeoSprayTM产品的预处理和/或后处理。GeoSpray是硅酸盐水泥基的，其只含有一小部分矿物聚合物。这种混合物不是酸稳定的。AMS含有有机物来对抗酸性物质对硅酸盐水泥基混凝土的影响以及在硅酸盐水泥基材料中的微生物腐蚀。
发明内容
在第一实施方式中，提供一种用于施加建筑材料的方法。该方法包括在配料和混合装置中混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱和砂以生成非硅酸盐水泥基材料。该方法还包括将来自配料和混合装置的非硅酸盐水泥基材料通过导管输送到喷嘴，及在喷嘴处将被输送的非硅酸盐水泥基材料与液体组合以生成部分液化的非硅酸盐水泥基材料。该方法还包括并将部分液化的非硅酸盐水泥基材料气动地施加到表面上。
可以包括以下一个或多个特征。在一些实施方式中，矿物聚合物材料是火山岩粉或浮石中的至少一种。碱性粉末可以包括硅酸盐。混合可以以干混的形式进行。非硅酸盐水泥基材料可以是无机的。混合可以在可移动的配料和混合车辆中进行。非硅酸盐水泥基材料可以包括粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、橄榄岩、钾长石、钠长石、浮石、沸石中的至少一种。混合可以包括在便携式枪中混合，所述便携式枪被配置为从配料和混合装置接收非硅酸盐水泥基材料。非硅酸盐水泥基材料的组分可以包括约2500-5000cm2/g的布莱恩细度值。
在另一实施方式中，提供一种用于施加建筑材料的系统。该系统包括配料和混合装置，且被配置为混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂以生成非硅酸盐水泥基材料。该系统还包括导管，其被配置成从所述配料和混合装置输送所述非硅酸盐水泥基材料。该系统还包括喷嘴，其被构造成接收所述非硅酸盐水泥基材料并将被输送的所述非硅酸盐水泥基材料与液体组合以产生部分液化的非硅酸盐水泥基材料，其中所述喷嘴还被构造成气动地将所述部分液化的非过酸盐水泥基材料施加到表面。
可以包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，矿物聚合物材料可以是火山岩粉或浮石中的至少一种。碱性粉末可以包括硅酸盐。混合可以作为干混进行。非硅酸盐水泥基材料可以是无机的。混合可以在可移动的配料和混合车辆中进行。非硅酸盐水泥基材料可以包括粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、橄榄岩、钾长石、钠长石、浮石、沸石中的至少一种。混合可以包括在便携式枪中混合，所述便携式枪被配置为从配料和混合装置接收非硅酸盐水泥基材料。非硅酸盐水泥基材料的组分可包括约2500-5000cm2/g的布莱恩细度值。
在另一个实施方式中，提供了一种非硅酸盐水泥基建筑材料。非硅酸盐水泥基建筑材料包括高炉矿渣材料、火山岩粉、碱基粉末和砂。在一些实施例中，碱基粉末可以是硅酸盐。
在附图和以下的描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。通过说明书、附图和权利要求，其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开一个实施方式的用于配料(batch)、混合和施加非水泥基材料的可移动系统的侧视图；
图2是根据本公开一个实施方式的用于配料、混合和施加非水泥基材料的可移动系统的后侧视图；以及
图3是描绘根据本公开一个实施方式的、与非水泥基的应用过程一致的操作的流程图。
在各个附图中相似的附图标记可以指示相似的元件。
具体实施方式
本公开的实施方式涉及具有一种具有碱激活粘合剂(即非硅酸盐水泥基)的建筑材料，以及一种用于制造和施用其的系统和方法。尽管本文中包括的许多实例是在混凝土修复的背景下讨论的，但是应该注意的是，本文所述的建筑材料可以用于任何合适的应用。其中一些应用可能包括(但不限于)下水道修复工程，任何遭受酸侵蚀的混凝土结构等。
参考图1，示出了可移动的配料和混合车辆100，其具有多个与其相关联的容器、隔间和装置。在一些实施例中，车辆100可以包括第一容器102，该第一容器102可以配置成存储沙子或其他材料。存储单元104可以被配置为存储水或其他液体。车辆100还可以包括配料和混合装置106，其可以包括多个部件，其中的一些可以包括但不限于第二容器108、可调节的输送机构110和便携式枪212。如图2所示，便携式枪212可以经由导管或软管216连接到喷嘴214。
在一些实施方式中，可移动的配料和混合车辆100可被配置成配料、混合和施加非硅酸盐水泥基建筑材料。该材料可以在车辆上被配料和混合(例如在配料和混合装置106内)或者在被放置在第二容器108之前被配料和混合。这种材料可以被输送到喷嘴214，在该处它可以在将其施加到需要施工或修理的表面之前与来自储存单元104的液体混合。下面将进一步详细讨论非硅酸盐水泥基建筑材料的细节。
在一些实施方式中，本文所述的非硅酸盐水泥基建筑材料与现有材料相比可以具有更好的强度值，相对于无机酸和有机酸具有高的抵抗性和无反应性，以及额外地高的早期强度值。所述材料可以包括高炉矿渣材料，矿物聚合物材料，碱基粉末和砂的干混物，其位于配料和混合装置中以生成非硅酸盐水泥基材料。
在一些实施方式中，非硅酸盐水泥基建筑材料可以包括各种类型的矿物聚合物材料。其中一些矿物聚合物材料可包括但不限于火山灰材料，其可与强碱以及具有砂和/或砂砾的混合物反应。在一些实施方式中，火山灰材料可以包括活性硅酸盐，如矿渣砂或飞灰。天然材料如火山岩或其他一些材料也可以使用，但如果以极细的粉末以较小的部分使用将是更理想的。这里使用的术语“飞灰”可以指非天然的火山灰。
在一些实施方式中，非硅酸盐水泥基建筑材料可以包括任何数量的火山灰材料，其中一些可以包括但不限于：研磨的粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、苦橄岩、钾长石、钠长石、浮石、沸石等，以及它们的混合物。这些材料可以以被研磨的形式，煅烧和/或非煅烧的使用。另外地和/或可选地，包含足够量的活性(例如，亚稳的，玻璃质的)SiO2和Al2O3的所有原材料(包括但不限于灰，火山灰，矿渣)也可以适用于本公开的实施方式。
在一些实施方式中，非硅酸盐水泥基建筑材料可以包括碱性粉末材料和/或各种混合液体。一些可能的混合液体可以包括但不限于钾和钠水玻璃、碱金属氢氧化物等。
在一些实施方式中，含有SiO2/Al2O3的组分与碱性混合液体之间的反应可导致具有三维结构的铝硅酸盐。这些框架结构允许创建不需要硅酸盐水泥的建筑材料。
在操作中，可以将成分仔细地配料并混合(例如完全或部分地在车辆100处)，然后输送到便携式枪212。基于非硅酸盐水泥的建筑材料可以经由压缩空气通过导管216带到喷嘴214。在一个特定实施方式中，可以添加硅酸钾(固体含量为48％、密度为1.52g/cm3，重量比SiO2：K2O1，14)和一些液体，并在可以将部分液化的混合物气动地施加到所需的表面上前的短时间内(例如，小于1秒)，在喷嘴214内充分混合。
本文的实施方式可以包括含有以下一些或全部的混合物：矿渣(例如非天然火山灰，基础)，飞灰(例如非天然火山灰，在配方中为可选的)，矿物聚合物(例如天然火山灰和可选的研磨的火山材料)，碱(例如粉末或液体)，其他液体(包括水(可选的))和砂/砂砾。以下提供了具体混合物的实例，然而，应该理解，本文提供的具体混合物仅仅作为实例被提供。许多附加的和替代的实施方式也在本公开的范围内。
在一个具体实例中，非硅酸盐水泥基建筑材料可以由以下混合物组成：
| 1份研磨的高炉矿渣微粒 |
| 0.13份火山岩粉(可选地为飞灰或混合物) |
| 0.61份硅酸钾，重量1，14 |
| 1.35份砂和/或砂砾 |
表1
在一些实施方式中，混合物的组分可以具有约2500-5000cm2/g的布莱因细度。
在另一个实例中，非硅酸盐水泥基建筑材料可以由以下混合物组成：
表2
在另一个实例中，非硅酸盐水泥基建筑材料可以由以下混合物组成：
表3
由于碱性成分与岩石粉的反应时间足以产生粘性化合物，非硅酸盐水泥基建筑材料的实施方式产生了未预料的结果。通过大量的测试，发现这种复合物在垂直表面上粘合得非常好，在3天之内形成了一个紧密的结合并且硬化，抗压强度值超过了50N/mm2(8000psi)。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式，其不意图限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征，整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件，组件和/或其组合。
以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。提供本公开的描述是为了说明和描述的目的，其并不意图是穷尽的或者限制于所公开的内容中公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择并描述的实施例是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的公开内容。
已经详细地并且通过参考其实施方式描述了本申请的公开内容，显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以进行修改和改变。
Claims (20)
1.一种用于施加建筑材料的方法，包括：
在配料和混合装置中混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱和砂以生成非硅酸盐水泥基材料；
将来自所述配料和混合装置的非硅酸盐水泥基材料通过导管输送到喷嘴；
在所述喷嘴处将被输送的非硅酸盐水泥基材料与液体组合以生成部分液化的非硅酸盐水泥基材料；以及
将部分液化的非硅酸盐水泥基材料气动地施加到表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述矿物聚合物材料包括火山岩粉或浮石。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性粉末包括硅酸盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其中配料和混合作为干混和湿混中的至少一种进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述非硅酸盐水泥基材料是无机的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中混合在可移动的配料和混合车辆中进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述非硅酸盐水泥基材料包括以下的至少一种：粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、橄榄岩、钾长石、钠长石、浮石以及沸石。
8.根据权利要求6所述的方法，其中混合包括在便携式枪处混合，所述便携式枪被配置成从所述配料和混合装置接收所述非硅酸盐水泥基材料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述非硅酸盐水泥基材料的组分具有约2500-5000cm2/g的布莱恩细度值。
10.一种用于施加建筑材料的系统，包括：
配料和混合装置，且被配置为混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂以生成非硅酸盐水泥基材料；
导管，其被配置成从所述配料和混合装置输送所述非硅酸盐水泥基材料；及
喷嘴，其被构造成接收所述非硅酸盐水泥基材料并将被输送的所述非硅酸盐水泥基材料与液体组合以产生部分液化的非硅酸盐水泥基材料，其中所述喷嘴还被构造成气动地将所述部分液化的非过酸盐水泥基材料施加到表面。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述矿物聚合物材料包括火山岩粉或浮石。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述碱性粉末包括硅酸盐。
13.根据权利要求10所述的系统，其中配料和混合作为干混和湿混中的至少一种进行。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述非硅酸盐水泥基材料是无机的。
15.根据权利要求10所述的系统，其中配料和混合在可移动的配料和混合车辆中执行。
16.根据权利要求10所述的系统，其中所述非硅酸盐水泥基材料包括以下的至少一种：粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、橄榄岩、钾长石、钠长石、浮石以及沸石。
17.根据权利要求15所述的系统，其中混合包括在便携式枪处混合，所述便携式枪被配置成从所述配料和混合装置接收所述非硅酸盐水泥基材料。
18.根据权利要求10所述的系统，其中所述非硅酸盐水泥基材料的组分具有大约2500-5000cm2/g的布莱恩细度值。
19.一种无机的非硅酸盐水泥基建筑材料，包括：
高炉矿渣材料；
火山岩粉；
碱基粉末；以及
砂。
20.根据权利要求19所述的非硅酸盐水泥基建筑材料，其中所述碱性粉末是硅酸盐。
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