CN111566071A - 制备用于生成建筑材料的钙矾石粘合剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料领域。本发明尤其涉及由铝硅酸盐源、硫酸钙源和氢氧化钙(或熟石灰，CH)源制备钙矾石粘合剂的方法，所述粘合剂包含催化剂和/或活化剂。本发明还涉及通过根据本发明的方法生产的钙矾石粘合剂用于生产水泥、砌筑水泥、砂浆、混凝土、道路粘合剂和/或配制型石灰的用途。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域。本发明特别涉及由铝硅酸盐源、硫酸钙源和氢氧化钙(或熟石灰，CH)源制备钙矾石粘合剂的方法，所述粘合剂包含催化剂和/或活化剂。
本发明还涉及通过根据本发明的方法生产的钙矾石粘结剂在生产水泥、砌筑水泥、砂浆、混凝土、道路粘结剂和/或配制型石灰中的用途。
背景技术
为了响应该领域的需求，建筑材料诸如例如混凝土或水泥的制备需要获得不断创新的粘合剂。
在已知并使用的粘合剂中，钙矾石粘合剂与水混合时具有快速硬化的优点、而提供具有低收缩率和良好耐化学性的材料。
这些粘合剂主要根据两种方法制备：通过水合硫铝钙石(Ye′elemite)基熟料(WO88/04285)或通过从高铝水泥配制(WO03/091179)。
第一种方法，通过水合作用，需要在高温(1200-1300℃)下生产熟料。第二种方法，通过配制，需要使用多种添加剂和昂贵的原料。
因此，需要提供一种易于实施且能源成本较低的用于制备钙矾石粘合剂的方法。特别地，需要提供一种无需加热即可制备钙矾石粘合剂的方法。此外，需要提供一种更经济的方法，该方法可以使用容易获得且廉价的原料来进行，并且具有比现有技术的方法小的碳足迹。为了这个目的，申请人特别寻求提供一种用于制备可不使用波特兰水泥而获得的钙矾石粘合剂的方法。实际上，其生产还需要许多资源并且产生不可忽略的污染物量，使其不适合用于具有降低的碳足迹的粘合剂制备中。
令人惊讶地，申请人已经示出了包含至少铝硅酸盐源、硫酸钙源和石灰源的混合物，其特征在于混合物中的可用硫酸钙(RMK)的化学计量比在0.05至1.25范围，氢氧化钙饱和水平Sat(CH)在0.75至8的范围内，可以制备稳定的钙矾石粘合剂。
此外，申请人已经示出，在选自能够与阳离子例如钙、铝和/或硅络合的化合物的活化剂的存在下，包含至少铝硅酸盐源、硫酸钙源和氢氧化钙源的混合物允许获得具有比常规钙矾石粘合剂更高的压缩强度以及最佳收率的材料。
有利地，根据本发明的方法能够生产钙矾石粘合剂和/或稳定的钙矾石。另外，在建筑材料的生产中使用钙矾石粘合剂和/或本发明的钙矾石的过程中，这不会随着时间导致最终材料的任何溶胀，同时呈现出比常规火山灰粘合剂更好的机械性能。
发明内容
因此，本发明涉及一种钙矾石粘合剂，包含：
-至少一种铝硅酸盐源；
-至少一种硫酸钙源；
-至少一种氢氧化钙源；和
-至少一种活化剂，选自适合于络合阳离子的化合物，优选适合于络合钙、铝和/或硅的化合物。
根据一个实施方案，所述活化剂选自蔗糖、α-羟基酸或其盐、乙醇胺或其盐和/或儿茶酚及其衍生物。
根据一个实施方案，所述粘合剂还包含碱催化剂，优选选自氟化钠、铝酸钠、磷酸三钠、原硅酸钠、偏硅酸钠、六氟硅酸钠、氟磷酸钠、六偏磷酸钠、碳酸钠、硼酸钠、六氟铝酸钠、四氟铝酸钾或其混合物的碱催化剂。
根据一个实施方案，相对于所述粘合剂的总量，催化剂按质量计的量在大于0％至20％的范围内。
根据一个实施方案，所述铝硅酸盐源是火山灰，源自火泥生产或造纸污泥的灰的细粉，优选偏高岭土。
根据一个实施方案，所述氢氧化钙源是熟石灰、水硬石灰、生石灰、延迟效应生石灰、空气石灰、常规熟石灰或任何市售石灰。
根据一个实施方案，所述硫酸钙源选自无水石膏、天然石膏或作为工业反应的副产物获得的石膏，例如脱硫石膏、钛石膏、氟石膏或磷石膏。
根据一个实施方案，所述粘合剂还包含添加剂，优选矿渣，更优选高炉矿渣或无定形铝酸盐矿渣。
根据一个实施方案，所述铝硅酸盐源的特征在于通过Chapelle测试方法测定的火山灰活性指数(IPZ)为200mg/g至2200mg/g。
根据一个实施方案，所述混合物(铝硅酸盐源/硫酸钙源/氢氧化钙源)包括以下或由以下组成：相对于所述混合物的总质量，
-按质量计50％的闪蒸偏高岭土
其IPZ约等于800mg/g；
-按质量计25％的石灰；和
-按质量计25％的石膏。
根据一个实施方案，所述混合物(铝硅酸盐源/硫酸钙源/氢氧化钙源)包含以下或由以下组成：相对于所述混合物的总质量，
-按质量计60％的闪蒸偏高岭土
其IPZ约等于800mg/g；
-按质量计30％的石灰；和
-按质量计10％的石膏。
本发明还涉及用于制备如上所述的粘合剂的方法，所述方法包括混合至少以下：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；
-氢氧化钙源；和
-至少一种活化剂，选自适合于络合阳离子的化合物，优选适合于络合钙、铝和/或硅的化合物。
根据一个实施方案，进行混合的温度为大于0℃至50℃，优选为10℃至40℃，更优选为约25℃。
如上所述，本发明还涉及根据本发明的钙矾石粘合剂用于制备水泥、砌筑水泥、砂浆、混凝土、道路粘合剂和/或配制型石灰中的用途。
定义
在本发明中，以下术语以下列方式被定义：
-“α-羟基酸”涉及在与羧酸官能团相邻的碳上包含羟基(-OH)的羧酸。
-“活化剂”涉及能够增加钙矾石形成过程中反应产率的任何产品。
-“铝硅酸盐”涉及硅酸盐族的矿物化合物，其中某些硅(Si)原子已被铝原子代替。
-“无水石膏”涉及无水硫酸钙，经验式CaSO4的矿物或化学化合物。
-“混凝土”是指砂浆，其中聚集体的尺寸大于4毫米。
-“催化剂”涉及参与化学反应以提高速率但在反应过程中或反应结束时会对其进行再生或去除的任何化学物质。根据一个实施方案，“催化剂”是指能够加速铝硅酸盐源(例如偏高岭土)和氢氧化钙源(例如熟石灰)之间的反应速率的任何化学物质；优选为了获得铝酸钙。
-“碱催化剂”：涉及包含至少一种碱元素(即碱金属族中的至少一种金属，优选锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)或钫(Fr)的催化剂。
-“儿茶酚”或“邻苯二酚”或“1，2-苯二酚”：涉及经验式为C6H4(OH)2的有机化合物。
-“污泥灰”：涉及源自从纸浆制造中获得的污泥的燃烧的灰。
-“石灰”或“空气石灰”或“熟石灰”：涉及氢氧化钙，经验式Ca(OH)2的矿物化合物。这些术语表示通过生石灰水合获得的石灰。根据一个实施方案，这些术语还表示具有氢氧化钙作为主要成分并且包含固体杂质作为少数化合物的化合物。
-“天然水硬石灰”：涉及一种用水然后用空气提取的石灰，该石灰由含少量粘土的钙质沉积物形成。
-“生石灰”：表示在900℃热解后从石灰窑中获得的无水石灰。生石灰的主要化合物是氧化钙(CaO)。
-“延迟效应石灰”：涉及一种通过特殊的固化方法制得的生石灰，其在与水接触时表现出再水合。
-“水泥”：涉及一种水硬性粘合剂(即矿物粉末)，它与水或盐溶液接触固化并硬化。
-“砌筑水泥”：涉及一种水泥，其性能已被改良，以使其可直接用于砖石中。
-“络合物形成剂”：涉及能够络合离子的任何产品；所述离子优选阳离子；更优选碱土金属阳离子。根据一个实施方案，络合物形成剂是能够络合元素钙(Ca)、铝(Al)和硅(Si)的化合物。
-“脱硫石膏”：表示在煤和燃料油的燃烧气体的脱硫过程中特别是在火力发电厂和核电厂的情况下获得的石膏。根据一个实施方案，脱硫石膏是一种制造副产物(来自火力发电站的废物)。
-“钙矶石”：表示由硫酸钙和水合铝组成的矿物物种，分子式为Ca6Al2(SO4)3(OH)1226H2O。
-“乙醇胺”：涉及式HO-(CH2)2-NH2(单乙醇胺)、式HO-(CH2)2-NH-(CH2)2-OH(二乙醇胺)或式N[(CH2)2-OH]2(三乙醇胺)的有机化合物。
-“氟石膏”：表示在氢氟酸生产过程中获得的石膏。根据一个实施方案，氟石膏是氢氟酸制造的副产物(废物)。
-“石膏”：涉及一种硫酸钙的二水化合物，分子式为CaSO4.2H2O。
-“IPZ”或“火山灰指数”或“火山灰活性指数”：表示铝硅酸盐(例如偏高岭土)的活性部分，换句话说，在一克铝硅酸盐中可以被固定的氢氧化钙Ca(OH)2的量。该指数(以mg/g表示)可以通过本领域技术人员已知的方法来确定，例如Chapelle试验(M.CYR和G.ESCADEILLAS，http：//dspace.univ-tlemcen.dz/bitstream/112/624/1/Normalisation-du-metakaolin-pourquoi-comment.pdf)。
-“矿渣”：表示在通过液体方式熔化或加工金属时形成的矿渣。矿渣由硅酸盐、铝酸盐和石灰，以及任选地金属氧化物(铁氧化物除外)的混合物组成。
-“高炉矿渣”：涉及从铁矿石制备铸铁过程中形成的钢铁行业的任何副产品。
-“无定形铝酸盐矿渣”：涉及具有高铝含量的铁工业矿渣，其冷却使结构无定形。
-“液压粘合剂”：涉及在其水合过程中具有固化然后硬化、获得机械性能例如压缩强度、拉伸强度或附着力的性质的任何粉末混合物。
-“钙矶石粘合剂”：涉及一种水硬性粘合剂，其成分在水合过程中应转变并提供作为主要水合物的式3CaO，Al2O3.3CaSO4.32H2O的钙矾石。
-“偏高岭土”：涉及源自粘土的煅烧和/或研磨的粉末。根据一个实施方案，偏高岭土是源自主要由高岭石组成的粘土的煅烧和研磨的粉末。根据一个实施方案，偏高岭土是主要由无定形铝硅酸盐颗粒组成的粉末，所述无定形铝硅酸盐颗粒基本上由反应性二氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)组成。
-“砂浆”：涉及包含粘合剂、沙子、水和任选的添加剂或由其组成的配方。
-“磷石膏”：表示在由天然磷酸盐制造磷酸的过程中形成的石膏。根据一个实施方案，磷石膏是磷酸制造的副产物(废料)。
-“火山灰”：涉及天然或人造的硅质铝质材料，该材料能够在常温且在水存在下与石灰结合。
-“RMK”由以下等式定义：
其中：
IPZ表示铝硅酸盐源的火山灰指数；
Q(MK)表示存在于钙矾石粘合剂中的铝硅酸盐的质量，优选为克；和
Qm(C$)表示钙矾石粘合剂中存在的硫酸钙的摩尔量。
-“蔗糖”：表示葡萄糖分子和果糖分子通过其还原基团连接并具有式C12H22O11的化合物。
-“Sat(CH)”表示给定组合物中氢氧化钙Ca(OH)2的质量饱和水平。根据以下公式(e1)确定：
其中：
Q(CH)表示本发明混合物中氢氧化钙(Ca(OH)2)的以克的量；和
QST(CH)表示反应生成钙矾石所需的化学计量的氢氧化钙的以克的量。可以根据以下等式(e2)确定参数QST(CH)：
其中：
IPZ表示上述的火山灰指数；
Q(MK)表示混合物中偏高岭土或铝硅酸盐的以克的量；和
P(CH)表示氢氧化钙源例如石灰的纯度，例如以氢氧化钙计。
-“硫酸钙”：涉及式CaSO4的无水矿物化合物。
-“钛石膏”：表示在钛制造期间形成的石膏，根据一个实施方案，钛石膏是钛制造期间的副产物(废料)。
-“来自拆除的石膏”：表示通过研磨石膏板或所有形式的建筑石膏获得的石膏。
具体实施方案
方法
因此，本发明涉及一种用于制备水硬性粘合剂，优选钙矾石粘合剂的方法。根据一个实施方案，本发明的方法涉及制备用于获得作为主要水合物的钙矾石，优选原生钙矾石的水硬性粘合剂。
特别地，本发明涉及一种用于制备水硬性粘合剂或钙矾石粘合剂的方法，该方法包括混合至少以下各项的步骤：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；和
-氢氧化钙(或石灰)源。
根据一个实施方案，铝硅酸盐源包括铝硅酸盐或由铝硅酸盐组成。根据一个实施方案，铝硅酸盐源包含偏高岭土、煅烧粘土或源自火泥生产的细粉或由其组成。根据一个实施方案，用于制备钙矾石粘合剂的方法不包括使用波特兰水泥。根据一个实施方案，铝硅酸盐源是火山灰，源自火泥生产或造纸污泥(stationery sludge)灰的细粉，优选偏高岭土。
根据一个实施方案，偏高岭土是商业产品，优选该偏高岭土是偏高岭土
偏高岭土
Argical
M501.Soka
或其同等产品。根据一个实施方案，铝硅酸盐源是来自火泥工业的细粉。
根据一个实施方案，硫酸钙选自无水石膏、天然石膏或作为工业反应的副产物获得的石膏，例如脱硫石膏、钛石膏、氟石膏或磷石膏。根据一个实施方案，硫酸钙源包括石膏、硬石膏和/或灰泥，或由其组成。根据一个实施方案，硫酸钙源是α和/或β灰泥。根据一个实施方案，硫酸钙源包括硬石膏优选天然硬石膏或由其组成。
根据一个实施方案，氢氧化钙源是熟石灰。根据一个实施方案，氢氧化钙源是空气石灰。根据一个实施方案，氢氧化钙源是水硬性石灰。根据一个实施方案，氢氧化钙源是空气石灰。根据一个实施方案，氢氧化钙源获自生石灰。
根据一个实施方案，氢氧化钙源选自市售石灰，例如
CL80石灰、
CL90石灰、LHOIST
石灰或
CL90熟空气石灰。
根据一个实施方案，混合物(铝硅酸盐源/硫酸钙源/石灰)可进一步包含至少(i)催化剂，优选碱催化剂；(ii)反应活化剂；和/或(iii)第二添加剂，例如填料，优选钙质填料。根据一个实施方案，本发明的粘合剂可以进一步包含至少(i)催化剂，优选碱性催化剂；和(ii)反应的活化剂，和/或(iii)第二添加剂，例如负载，优选石灰石填料。
根据一个实施方案，第二添加剂是矿物填料，优选选自钙质填料、硅质填料或粒状矿渣。
根据一个实施方案，本发明涉及一种用于制备水硬性粘合剂或钙矾石粘合剂的方法，该方法包括混合至少以下各项的步骤：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；
-氢氧化钙源(或石灰)；
-和任选地催化剂和/或活化剂。
根据一个实施方案，本发明涉及一种用于制备水硬性粘合剂或钙矾石粘合剂的方法，该方法包括混合至少以下各项的步骤：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；
-氢氧化钙源(或石灰)；
以及任选地催化剂和/或活化剂，其选自碱性铝酸盐和适用于络合阳离子，特别是钙的化合物，例如蔗糖、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸、扁桃酸、乳酸或乙醇胺例如三乙醇胺(TEA)。
根据一个实施方案，本发明涉及一种用于制备水硬性粘合剂或钙矾石粘合剂的方法，该方法包括混合至少以下各项的步骤：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；
-氢氧化钙源(或石灰)；
-和用于加速固化的混合物，其包含催化剂和/或活化剂。
有利的是，在粘合剂中加入至少一种催化剂和至少一种活化剂允许加速所述粘合剂在其水合期间的固化、而获得建筑材料。
根据一个实施方案，本发明涉及一种用于制备水硬性粘合剂或钙矾石粘合剂的方法，该方法包括混合至少以下各项的步骤：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；
-氢氧化钙源(或石灰)；
-蔗糖；
-酒石酸；和
-碱性铝酸盐，优选铝酸钠。
根据一个实施方案，本发明的混合物或粘合剂不包含草酸、三乙醇胺和/或铝酸钾。根据一个实施方案，本发明的混合物或粘合剂不包含酒石酸和/或蔗糖。根据一个实施方案，本发明的混合物或粘合剂不包含粘酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、蔗糖和/或羟基聚羧酸。
根据一个实施方案，本发明的混合物或粘合剂包含：
-具有700至800mg/g的IPZ的闪蒸偏高岭土
-具有约90％的LEDUC石灰含量的CL90型熟石灰；和
-石膏。
根据一个实施方案，本发明的混合物或粘合剂包含：
-偏高岭土Argical
-采石场硫酸钙；
-石灰CL90；
-催化剂；和
-活化剂。
根据一个实施方案，本发明的混合物或粘合剂包含：
-具有约等于700mg/g的IPZ的闪蒸偏高岭土
-具有约90％的LEDUC石灰含量的CL90型熟石灰；和
-脱硫石膏；和
-作为催化剂的NaAl02(1.3％)。
根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总质量按质量计，0％至20％，优选0％至15％，更优选1％至10％的催化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总质量按质量计，1％至20％，优选2％至20％、3％至20％、4％至20％、5％至20％、6％至20％、7％至20％、8％至20％、9％至20％、10％至20％、11％至20％、12％至20％、13％至20％、14％至20％、15％至20％、16％至20％、17％至20％、18％至20％、19％至20％的催化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总质量按质量计，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的催化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，0％至20％，优选0％至15％，更优选1％至10％的催化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，1％至20％，优选2％至20％、3％至20％、4％至20％、5％至20％、6％至20％、7％至20％、8％至20％、9％至20％、10％至20％、11％至20％、12％至20％、13％至20％、14％至20％、15％至20％、16％至20％、17％至20％、18％至20％、19％至20％的催化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的催化剂。
根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总质量按质量计，0％至20％，优选0％至15％，更优选1％至10％的活化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物或所述粘合剂的总质量按质量计1％至20％，优选2％至20％、3％至20％、4％至20％、5％至20％、6％至20％、7％至20％、8％至20％、9％至20％、10％至20％、11％至20％、12％至20％、13％至20％、14％至20％、15％至20％、16％至20％、17％至20％、18％至20％、19％至20％的活化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总质量按质量计，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的活化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，0％至20％，优选0％至15％，更优选1％至10％的活化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，1％至20％.优选2％至20％、3％至20％、4％至20％、5％至20％、6％至20％、7％至20％、8％至20％、9％至20％、10％至20％、11％至20％、12％至20％、13％至20％、14％至20％、15％至20％、16％至20％、17％至20％、18％至20％、19％至20％的活化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的活化剂。
根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总质量按质量计，超过0％至2％，优选超过0％；0.1；0.2；0.3；0.4；0.5；0.6；0.7；0.8；0.9；1.0；1.1；1.2；1.3；1.4；1.5；1.6；1.7；1.8；1.9或2％；的活化剂和/或催化剂。
根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总量以摩尔量计，0％至20％，优选0％至15％，更优选1％至10％的活化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总量以摩尔量计，1％至20％，优选2％至20％、3％至20％、4％至20％、5％至20％、6％至20％、7％至20％、8％至20％、9％至20％、10％至20％、11％至20％、12％至20％、13％至20％、14％至20％、15％至20％、16％至20％、17％至20％、18％至20％、19％至20％的活化剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物的总量以摩尔量计，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的活化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总量以摩尔量计，0％至20％，优选0％至15％，更优选1％至10％的活化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂的总量以摩尔量计，1％至20％，优选2％至20％、3％至20％、4％至20％、5％至20％、6％至20％、7％至20％、8％至20％、9％至20％、10％至20％、11％至20％、12％至20％、13％至20％、14％至20％、15％至20％、16％至20％、17％至20％、18％至20％、19％至20％的活化剂。根据一个实施方案，所述粘合剂包含，相对于所述粘合剂总量按摩尔量计，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的活化剂。
根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物或所述粘合剂的总质量按质量计，1％至30％，优选5％至20％的第二添加剂。根据一个实施方案，所述混合物包含，相对于所述混合物或粘合剂的总质量按质量计，1％至30％，优选2％至30％、3％至30％、4％至30％、5％至30％、6％至30％、7％至30％、8％至30％、9％至30％、10％至30％、12％至30％、13％至30％、14％至30％、15％至30％、16％至30％、17％至30％、18％至30％、19％至30％、20％至30％、21％至30％、22％至30％、23％至30％、24％至30％、25％至30％、26％至30％、27％至30％、28％至30％或29％至30％的第二添加剂。根据一个实施方案，所述混合物包括，相对于所述混合物或所述粘合剂的总质量按质量计1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30％的添加剂。
根据一个实施方案，第二添加剂的添加使得从根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料的机械性能，特别是压缩强度相对于没有第二添加剂的根据本发明的相同混合物增加1％至100％，优选5％至60％。
有利地，在根据本发明的混合物中添加第二添加剂导致由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料的机械性能的协同作用。有利地，在根据本发明的混合物中添加第二添加剂，在使用根据本发明的钙矾石粘合剂期间降低了水需求并且改变了尺寸收缩。
根据一个实施方案，根据本发明的混合物还包含佐剂，优选选自减水剂和/或超增塑剂、防水剂、消泡剂、引气剂和/或纤维。
根据一个实施方案，所述减水剂和/或超增塑剂是聚合物；优选选自聚(甲基)丙烯酸酯、聚羧酸酯和/或聚烯烃，例如聚乙烯(PE)，或其共聚物；更优选，减水剂选自SIKA公司销售的产品：Tempo
Tempo
Viscocrete
Viscocrete
Viscocrete
Viscocrete
Viscocrete
Viscocrete
或Viscocrete
根据一个实施方案，所述减水剂不是木质素磺酸盐。
根据一个实施方案，所述防水剂选自聚氧烷(silicone)和/或羧酸盐；优选聚硅酮和/或硬脂酸盐。根据一个实施方案，所述防水剂选自商业产品SIKA Hydrofuge
SIKA
Dow Coming SHP
Dow Corning SHP
和Dow Coming IE
根据一个实施方案，所述防水剂选自硬脂酸镁、硬脂酸钙和硬脂酸铝。
根据一个实施方案，所述消泡剂是硅氧烷，优选聚(硅氧烷)(poly(siloxane))，更优选聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
根据一个实施方案，所述引气剂选自商业产品SIKA
优选SIKA
和SIKA
在本发明中，术语“引气剂”是指允许将细小气泡带入混合物中的任何化合物或化学配方，根据一个实施方案，所述引气剂提供平均直径为10至500微米的气泡。
根据一个实施方案，所述纤维选自金属纤维、聚合物纤维例如聚乙烯纤维、植物纤维和/或玻璃纤维。
根据一个实施方案，所述固化剂选自商业产品Pieri Cure&
和
在本发明中，“固化产品”是指能够在由根据本发明的钙矾石粘合剂生产的混凝土或砂浆硬化期间能够限制水蒸发的任何化合物。
根据一个实施方案，所述脱模油选自天然或合成的植物或矿物油；优选植物油；更优选，由SIKA出售的Decoffre乳液
戋由Deltapro出售的油
根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂是无水的。根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂不包含足以使混合物的化合物水合和/或实现钙矾石粘合剂的硬化的任何水量。根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂还包含水。
根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂或本发明的混合物的特征在于：
-氢氧化钙饱和水平，表示为Sat(CH)，在0.75至8范围内；和/或
-硫酸钙的化学计量比，表示为RMK，在0.05至1.25范围内；参数RMK由以下等式定义：
其中：
IPZ表示铝硅酸盐源的火山灰指数；
Q(MK)表示存在于钙矾石粘合剂中的铝硅酸盐的以克的量；和
Qm(C$)表示钙矾石粘合剂中存在的硫酸钙的摩尔量。
根据一个实施方案，火山灰指数IPZ的范围为200至2200mg/g，优选400至2000mg/g，更优选600至1800mg/g。根据一个实施方案，火山灰指数IPZ的范围为200至2200mg/g，优选550至2200mg/g，600至2200mg/g，700至2200mg/g，800至2200mg/g、900至2200mg/g、1000至2200mg/g、1100至2200mg/g、1200至2200mg/g、1300至2200mg/g、1400至2200mg/g、1500至2200mg/g、200至1900mg/g、200至1800mg/g、200至1700mg/g、200至1600mg/g、200至1500mg/g、200至1400mg/g、200至1300mg/g、200至1200mg/g、200至1100mg/g、200至1000mg/g、200至900mg/g。根据一个实施方案，火山灰指数IPZ为600、700、800、900、1000、1100、1200、1300或1400mg/g。
根据一个实施方案，如上定义的参数RMK的范围为0.05至1.25；优选0.1至1；更优选0.2至0.8。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK为0.1至1.25；0.2至1.25；0.3至1.25；0.4至1.25；0.5至1.25；0.6至1.25；0.7至1.25；0.8至1.25；0.9至1.25；1至1.25。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK为0.1至1.25；0.1至1.2；0.1至1.25；0.1至1.1；0.1至1；0.1至0.9；0.1至0.8；0.1至0.7；0.1至0.6；0.1至0.5；0.1至0.4；0.1至0.3；或0.1至0.2。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK的范围为0.20至0.80；优选0.25至0.80；0.30至0.80；0.35至0.80；0.40至0.80；0.45至0.80；0.50至0.80；0.55至0.80；0.60至0.80；0.65至0.80；或0.70至0.80。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK的范围为0.20至0.80；优选0.20至0.75；0.20至0.70；0.20至0.65；0.20至0.60；0.20至0.55；0.20至0.50；0.20至0.45；0.20至0.40；0.20至0.35；0.20至0.30；或0.20至0.25。
根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)的范围为0.75至20，优选1至15。根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)的范围为0.75至8，优选1至8；2至8；3至8；4至8；5至8；6至8；或7至8。根据一个实施方案，参数Sat(CH)等于1、2、3、4、5、6、7或8。根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)的范围为0.75至8；0.75至7；0.75至6；0.75至5；0.75至4；0.75至3；0.75至2；或0.75至1。
根据一个实施方案，这些石灰中的氢氧化钠速率可以通过本领域技术人员众所周知的所有方法来确定，例如Leduc方法(Hornain，1995)。
钙矾石粘合剂
本发明还涉及水硬性粘合剂，优选钙矾石粘合剂。特别地，本发明涉及可以通过如上所述的根据本发明的方法获得的钙矾石粘合剂。
根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂是从至少以下各项的混合物获得的：
-如前所述的铝硅酸盐源；
-如前所述的硫酸钙源；和
-如前所述的氢氧化钙源。
根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂是从至少以下各项的混合物获得的：
-如前所述的铝硅酸盐源；
-如前所述的硫酸钙源；
-如前所述的氢氧化钙源；和
-如前所述的至少一种活化剂，优选选自适合于络合阳离子的化合物，优选适合于络合钙、铝和/或硅的化合物。
根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂具有如上定义的参数RMK，所述RMK的范围为0.05至1.25；优选0.1至1；更优选0.2至0.8。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK为0.1至1.25；0.2至1.25；0.3至1.25；0.4至1.25；0.5至1.25；0.6至1.25；0.7至1.25；0.8至1.25；0.9至1.25；1至1.25。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK为0.1至1.25；0.1至1.2；0.1至1.25；0.1至1.1；0.1至1；0.1至0.9；0.1至0.8；0.1至0.7；0.1至0.6；0.1至0.5；0.1至0.4；0.1至0.3；或0.1至0.2。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK的范围为0.20至0.80；优选0.25至0.80；0.30至0.80；0.35至0.80；0.40至0.80；0.45至0.80；0.50至0.80；0.55至0.80；0.60至0.80；0.65至0.80；或0.70至0.80。根据一个实施方案，如上定义的参数RMK的范围为0.20至0.80；优选0.20至0.75；0.20至0.70；0.20至0.65；0.20至0.60；0.20至0.55；0.20至0.50；0.20至0.45；0.20至0.40；0.20至0.35；0.20至0.30；或0.20至0.25。
根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)的范围为0.75至20，优选1至15。根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。根据一个实施方案，所述钙矾石粘合剂具有如上定义的参数Sat(CH)，其范围为0.75至8；优选1至8；2至8；3至8；4至8；5至8；6至8；或从7至8。根据一个实施方案，参数Sat(CH)等于1、2、3、4、5、6、7或8。根据一个实施方案，如上定义的参数Sat(CH)的范围为0.75至8；0.75至7；0.75至6；0.75至5；0.75至4；0.75至3；0.75至2；或0.75至1。
用途
本发明还涉及如上所述的根据本发明的粘合剂，优选钙矾石粘合剂用于制备建筑材料的用途。
根据一个实施方案，根据本发明的钙矾石粘合剂用于制备水泥、砌筑水泥、道路粘合剂、混凝土、砂浆和/或配制型石灰。
建筑材料
根据一个实施方案，本发明还涉及由如上所述的根据本发明的水硬性粘合剂，优选由钙矾石粘合剂获得的材料。
根据一个实施方案，该材料通过根据使本发明的水硬性粘结剂水合而获得。根据一个实施方案，该材料通过使根据本发明的钙矾石粘合剂水合而获得。
在钙矾石粘合剂的水合过程中，进行了两个化学反应，从而能够获得钙矾石：
(1)石灰与铝硅酸盐之间的反应导致铝酸钙的形成(水泥化学家标记法中的C4AH13)
AS2+4CH→C4AH13+2S
(2)在(1)中形成的铝酸钙与硫酸钙的反应导致钙矾石的形成。
C4AH13+3C$→C6A$3H32+CH
钙矾石粘合剂的水合反应的化学方程式为：
AS2+5CH+3C$→C6A$3H32+2CSH
在本发明中，根据本发明的钙矾石粘合剂的水合导致一种材料，其密度取决于预期的应用。根据一个实施方案，根据本发明的材料具有超过0至2.1kg/L，优选1至2kg/L的密度，更优选，该密度为约1.9kg/L。有利地，根据本发明的材料的密度小于使用波特兰水泥获得的材料的密度。
根据一个实施方案，该材料是水泥、砌筑水泥、道路粘合剂、混凝土、砂浆和/或配制型石灰。
根据一个实施方案，相对于源自常规火山灰组合物的材料，例如由铝硅酸盐和石灰的混合物获得的材料，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料的机械性能，例如压缩强度，增加了1％至100％，优选5％至80％，更优选40％至70％。
根据一个实施方案，该材料进一步包含佐剂，优选选自固化剂和/或脱模油。术语“脱模油”是指在模板表面上散布的油，以促进在所述模板中硬化的混凝土或砂浆的脱模。
根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在其模制期间不具有任何收缩或仅具有很小程度的收缩。
根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料不包含任何波特兰水泥。
根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在3天时的压缩强度的范围为超过0至60MPa，优选2至45MPa，更优选10至40MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在3天时的压缩强度的范围为超过1至60MPa，优选2至50MPa，优选10至50MPa，优选15至50MPa，优选20至50MPa，优选25至50MPa，优选30至50MPa，优选35至50MPa，优选40至50MPa，或优选45至50MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在3天时的压缩强度为约14MPa、21MPa、23MPa或26MPa。
根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在7天时的压缩强度的范围为超过0至60MPa，优选2至45MPa，更优选10至40MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在7天时的压缩强度的范围为超过1至60MPa，优选2至50MPa，优选10至50MPa，优选15至50MPa，优选20至50MPa，优选25至50MPa，优选30至50MPa，优选35至50MPa，优选40至50MPa，或优选45至50MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在7天的压缩强度为约11MPa、17MPa、18MPa、21MPa、27MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、35MPa、42MPa或46MPa。
根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的压缩强度的范围为超过0至150MPa，优选2至100MPa，更优选20至90MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的压缩强度为超过2至150MPa，优选20至150MPa，优选30至150MPa，优选40至150MPa，优选50至150MPa，优选60至150MPa，优选70至150MPa，优选80至150MPa，优选90至150MPa，优选100至150MPa，优选110至150MPa，优选120至150MPa，优选130至150MPa，优选140至150MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的压缩强度的范围为超过2至150MPa，优选2至140MPa，优选2至130MPa，优选2至120MPa，优选2至120MPa，优选2至110MPa，优选2至100MPa，优选2至90MPa，优选2至80MPa，优选2至70MPa，优选2至60MPa，优选2至50MPa，优选2至40MPa，优选2至30MPa，优选2至20MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的压缩强度为约44MPa、52MPa或54MPa。
根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的弯曲强度的范围为超过0至15MPa，优选1至10MPa，更优选2至9MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的弯曲强度为超过0至15MPa，优选1至10MPa，更优选2至6MPa。根据一个实施方案，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料在28天时的弯曲强度的范围内为从超过0至10MPa，优选为从1、2、3、4、5、6、7、8、9或10MPa。
在本发明中，已经使用Controlab E0250/15KN A类仪器或使用圆柱形样品(16厘米×32厘米)对预先成型的组合物(立方模具，40mm×40mm或10cm×10cm)进行了压缩强度测试。还使用Controlab硬度计仪器在墙壁上进行了压缩强度测量。
建筑材料的制备方法
根据一个实施方案，本发明还涉及一种用于制备建筑材料的方法，该方法包括如上所述的钙矾石粘合剂的制备和/或使用。
根据一个实施方案，用于制备建筑材料的方法还包括将上述钙矾石粘合剂与水混合的步骤。
根据一个实施方案，用于制备建筑材料的方法还包括模制所述材料的步骤。
根据一个实施方案，根据本发明的由钙矾石粘合剂制备建筑材料的方法不包括使用波特兰水泥。根据一个实施方案，根据本发明的由钙矾石粘合剂制备建筑材料的方法不包括使用硫铝酸钙。
附图说明
图1是显示对于从根据本发明的混合物获得的钙矾石粘合剂，相对于常规火山灰组合物，在28天后机械性能的增长百分比，作为参数RMK的值的函数的曲线图。
图2是显示对于从本发明的混合物获得的钙矾石粘合剂，相对于常规火山灰组合物，在3天(实线)或7天(虚线)后的机械性能的增长百分作为参数RMK的值的函数的曲线图。
实施例
通过阅读以下以非限制性方式说明本发明的实施例，将更好地理解本发明。
缩略语
A：在水泥化学家标记法中，表示氧化铝(Al2O3)或矾土；
AS2：在水泥化学家标记法中，表示偏高岭土；
C：在水泥化学家标记法中，表示氧化钙(CaO)；
CH：在水泥化学家标记法中，表示氢氧化钙(Ca(OH)2)；
C$H2：在水泥化学家标记法中，表示石膏；
C4AH13：在水泥化学家标记法中，表示铝酸四钙；
CxSH：在水泥化学家标记法中，表示硅酸钙，其中x从1至3变化，优选为1.2-2.5。
C2ASH8：在水泥化学家标记法中，表示水合钙铝黄长石；
C4A3$：在水泥化学家标记法中，表示硫铝钙石(ye’elemite)；
C2S：在水泥化学家标记法中，表示斜硅钙石；
C$：在水泥化学家标记法中，表示硫酸钙；
C6A$3H32：在水泥化学家标记法中，表示钙矾石；
C4A$H20：在水泥化学家标记法中，表示一硫酸铝三钙(tricalcium aluminomonosulfate)；
CL：天然空气石灰(“钙石灰”)；
DSF：脱硫石膏；
E/L：水相对于粘合剂的质量比；
IPZ：所用偏高岭土的火山灰指数；
L/T：粘合剂相对于总干物质(粘合剂、添加剂等)的质量比；
MK：偏高岭土；
MSLK：五水偏硅酸钠；
NaHFS：六氟硅酸钠；
NaHFA：六氟铝酸钠；
NaAlO2：铝酸钠；
NaF：氟化钠；
P：采石场石膏；
P(C$)：硫酸钙源的纯度；
R：来自拆除的石膏；
RMK：引入至初始混合物中并根据等式(e3)定义的相对于偏高岭土的量的硫酸钙的量；
S：在水泥化学家标记法中，表示二氧化硅(SiO2)或硅石；
$：在水泥化学家标记法中，表示三氧化硫(SO3)；
Sc：混合物中的干燥度；
H：在水泥化学家标记法中，表示水(H2O)；
Sat(CH)：给定组合物中氢氧化钙Ca(OH)2的质量饱和度；
TEA：三乙醇胺。
材料与方法
材料
铝硅酸盐和偏高岭土由Argeco(产品
)或Imerys(产品Argical
Argical M1200S、MetaStar M501)、Soka
供应，或者是来自火泥工业的细粉或在实验室根据常规规程生产的。
各种石灰由LHOIST(石灰
石灰
石灰LHOIST
)或由C.E.S.A(熟空气石灰
)供应。这些石灰中的氢氧化钙含量已使用Leduc方法测定(Homain，1995)。
已经测试了各种来源的硫酸钙，例如石膏。产品已经从本领域技术人员已知的各种供应商获得。
根据本发明的混合物的性质
根据本发明的混合物的特征在于以下定义的参数。
火山灰指数(IPZ)是表示偏高岭土的活性部分的参数，换言之，其表示1克偏高岭土中可以固定的氢氧化钙Ca(OH)2的量。该指数可以通过本领域技术人员已知的方法，例如通过例如Chapelle试验确定。
参数Sat(CH)表示给定组合物中氢氧化钙Ca(OH)2的质量饱和度。根据以下公式(e1)确定：
其中：
Q(CH)表示粘合剂中氢氧化钙(Ca(OH)2)的以克的量；和
QST(CH)表示反应形成钙矾石所需的氢氧化钙的以克的量。可以根据以下公式(e2)确定参数QST(CH)：
其中：
IPZ表示上述的火山灰指数；
Q(MK)表示粘合剂中偏高岭土或铝硅酸盐的以克的量；以及
P(CH)表示石灰的纯度，以氢氧化钙计。
参数RMK表示引入初始混合物中的相对于铝硅酸盐(例如偏高岭土)的量的硫酸钙的化学计量比。可以根据以下等式(e3)确定参数QST(CH)：
其中：
IPZ表示上述的火山灰指数；
Q(MK)表示粘合剂中偏高岭土或铝硅酸盐的以克的量；和
Qm(C$)表示粘合剂中存在的硫酸钙的摩尔量。参数Qm(C$)可以根据以下等式(e4)确定：
其中：
Q(G)表示引入初始混合物中的硫酸钙源的以克的量。
P(C$)表示硫酸钙源的按质量计的纯度；
Sc表示干燥度，换言之，表示混合物中所含的干物质的质量百分比。
压缩强度
使用Controlab E0250/15 KN A级仪器或使用圆柱形样品(16cm×32cm)对先前成型的组合物(立方模，40mm×40mm，或10cm×10cm)进行压缩强度测试。
还使用Controlab硬度计仪器在墙壁上进行压缩强度测量。
A部分：组合物
实施例1：根据本发明的方法制备钙矾石粘合剂
通用方案
本发明的钙矾石粘合剂是在环境温度下通过将铝硅酸盐、硫酸钙和石灰以一定比例混合而成的，使得上述定义的比率RMK的范围为0.05至1.25；并且石灰饱和度参数Sat(CH)的范围为0.75至8。
根据本发明，可以向该混合物(铝硅酸盐/硫酸钙/石灰)中添加(i)碱催化剂、(ii)反应活化剂和/或(iii)第二添加剂，例如填料，优选钙质填料。
根据本发明，包含铝硅酸盐、硫酸钙和石灰的混合物的实例
催化剂的实例
如上所述，催化剂也已经添加在混合物1至11中(表1)。
所用的催化剂选自：氟化钠、六氟铝酸钠、六氟硅酸钠、氟磷酸钠、四氟铝酸钾、偏硅酸钠、原硅酸钠、三硅酸钠、二硅酸钠、铝酸钠、磷酸钠、碳酸钠和硫酸钠。
活化剂的实例
如上所述，活化剂也已添加至混合物1至11中(表1)。所使用的活化剂已选自适合络合阳离子特别是钙的化合物，例如蔗糖、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸、扁桃酸、乳酸或乙醇胺例如三乙醇胺(TEA)。
实施例2：由根据本发明的钙矾石粘合剂制备材料
通过将根据本发明的钙矾石粘合剂与一定量的水混合，已经可以获得各种材料，所述水根据预期的用途被调制。
在钙矾石粘合剂的水合过程中，进行了两个化学反应，从而能够获得钙矾石：
(1)石灰与铝硅酸盐之间的反应导致铝酸钙的形成(水泥化学家标记法中的C4AH13)
AS2+4CH→C4AH13+2S
(2)在(1)中形成的铝酸钙与硫酸钙的反应导致钙矾石的形成。
C4AH13+3C$→C6A$3H32+CH
钙矾石粘合剂的水合反应的化学方程式为：
AS2+5CH+3C$→C6A$3H32+2CSH
以下实施例显示了从根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料的性能。
实施例3：由包含偏高岭土/石灰/石膏混合物且不包含催化剂或活化剂的钙矾石
粘合剂制备材料以及该材料的性能
本实验的目的是显示由偏高岭土、石灰和石膏的混合物获得的钙矾石粘合剂水合所产生的材料的性能，对于上述定义的参数RMK的不同值，其参数Sat(CH)为1至1.1。
为此，已经在通过混合以下各项获得的钙矾石粘合剂来源的材料与源自常规火山灰组合物的材料(即石灰和偏高岭土的混合物)之间进行了比较：
-具有700至800mg/g的IPZ的闪蒸偏高岭土
-具有约90％的LEDUC石灰含量的CL90型熟石灰；和
-石膏。
图1是显示相对于常规火山灰组合物根据本发明的混合物在28天后机械性能的增长百分比作为参数RMK的值的函数的曲线图。
结果表明：
-对于0至1的RMK值，总是观察到源自根据本发明的钙矾石粘合剂的材料的性能提高；以及
-对于0.25至0.75的RMK值，与常规火山灰组合物的性能相比，获得大于40％的增长。
总之，这些结果表明，根据本发明的混合物能够在28天后显著提高从根据本发明的粘合剂获得的产物的机械性能。此外，申请人在补充实验中发现，RMK值为0.6时，根据石膏的性质可以获得额外的增益。
最初阶段的性能
从波特兰水泥获得的常规火山灰粘合剂(即石灰和偏高岭土的混合物)的主要缺点之一是其固化速度(或硬化速度)非常慢，导致在最初阶段机械性能差。
因此，已经进行研究以评估根据本发明的钙矾石粘合剂在较短的时间内，即在生产包含以下各项的混合物后3天(D+3)或7天(D+7)的性能：
-具有700至800mg/g的IPZ的闪蒸偏高岭土
-具有约90％的LEDUC石灰含量的CL90型熟石灰；和
-石膏。
图2是显示相对于传统火山灰组合物由根据本发明的混合物获得的钙矾石粘合剂在3天或7天后机械性能的增长百分比作为参数RMK的值的函数的曲线图。
结果显示与28天后可获得的那些相当的结果。实际上，还观察到：
-对于0.3至0.7的RMK值，与常规火山灰组合物的性能相比，获得大于40％的增益；以及
-对于大于0.7的值，观察至增益的强烈下降。
总之，这些结果表明，即使在非常短的时间内(常规火山灰组合物不能提供其用作建筑材料可接受的机械强度的时间内)，根据本发明的混合物也使得非常快速地获得具有良好机械性能(压缩强度)的钙矾石粘合剂成为可能。
实施例4：在催化剂和活化剂存在下，由包含偏高岭土/石灰/石膏混合物的钙矾石
粘合剂制备材料——RMK的比较
目的是，对于大于0.6的RMK值，比较由根据本发明的粘合剂获得的材料的性能。
为此，在催化剂和活化剂存在下，通过包含Argical
/采石场硫酸钙/石灰CL90的钙矾石粘合剂的水合来制备材料。参数Sat(CH)为1.07-1.1。水/粘合剂之比为约0.53。
已针对两个RMK值测量了第28天的压缩强度(RC)：
| RMK | RC(MPa) |
| 0.6 | 44 |
| 0.91 | 54 |
这些结果表明，当由包含催化剂和/或活化剂的钙矾石粘合剂制备材料时，对于RMK值大于0.6，可获得增加的增益。
实施例5：在催化剂的存在下由包含偏高岭土/石灰/石膏混合物的钙矾石粘合剂
制备材料和该材料的性能
该实验的目的是研究由含有或不含有碱催化剂的偏高岭土/石灰/石膏混合物获得的钙矾石粘合剂的机械性能。
偏高岭土/石灰/石膏混合物的特征在于，RMK值等于0.67，Sat(CH)值等于1.03。
已经测试了各种催化剂：氟化钠、铝酸钠、磷酸三钠、原硅酸钠和偏硅酸钠和六氟化钠。
在制备混合物后3天(D+3)或7天(D+7)测量压缩强度(RC)。结果显示在下表2中。
表2.在催化剂存在下偏高岭土/石膏/石灰混合物的压缩强度和增益百分比。＊RC：压缩强度。
还通过改变石膏的类型和参数RMK的值进行了研究。7天(D+7)和28天(D+28)后获得的结果列于下表3中。
表3.与不合催化剂的相同混合物相比，在催化剂存在下，各种偏高岭土/石膏/石灰混合物的增益百分比，作为参数RMK和石膏来源的函数。
＊RC：压缩强度。
结果表明，在混合物中添加碱催化剂可在短时间(D+7)或较长时间(D+28)提高压缩强度。
实施例6：在催化剂和活化剂存在下由包含偏高岭土/石灰/石膏混合物的钙矾石
粘合剂制备材料和该材料的性能
钙矾石形成反应的进行取决于铝酸钙的添加，所述铝酸钙通过铝硅酸盐源与氧化钙源(石灰)之间反应形成。然而，由根据本发明的钙矾石粘合剂获得的材料的机械性能取决于铝酸钙和硫酸钙源(例如石膏)之间反应的产率。
因此，申请人寻求优化根据本发明的混合物，以提供更好的产率和更高的压缩强度。
各种化合物已在砂浆底座上进行了测试。砂浆的配制由混合沙子、水和根据本发明的钙矾石粘合剂组成，该粘合剂包含以下各项的混合物：
-具有约等于700mg/g的IPZ的闪蒸偏高岭土
-具有约90％的LEDUC石灰含量的CL90型熟石灰；和
-脱硫石膏；和
-作为催化剂的NaAlO2(1.3％)；
其中
-参数RMK等于0.82；
-参数Sat(CH)等于1.03。
砂浆具有等于0.33的砂与粘结剂比例(L/T)。水与粘合剂的比例(E/L)为0.47至0.55。
出人意料的是，申请人已表明，相对于参考配方M1，能够络合钙的化合物，例如蔗糖和/或α-羟基酸，使得在7和28天后获得改善的压缩强度成为可能(参见表4)。
B部分：钙矶石粘合剂在生产建筑材料中的用途
实施例7：制备水泥
申请人已经由根据本发明的钙矾石粘合剂制备了多种水泥。水与粘合剂的比例(E/L)为0.5。配方和结果列于下表5。
使用4×4×16mm的样品测量弯曲强度和压缩强度。结果表明，这些水泥的性能符合标准EN-196要求的压缩强度值。
表5.由根据本发明的钙矶石粘合剂制备的水泥的性能。
实施例8：道路粘合剂制备
申请人已经从根据本发明的钙矾石粘合剂制备了多种道路粘合剂。
目的是提供一种能够满足标准NF P15-108规定的机械强度目标(即获得大于50MPa的承载值(模块EV2))的道路粘合剂。
承载的确定使用“负载板测试”进行。该方法涉及在具有标准化直径和刚度的表面上施加应力，以测量其在地面上的凹陷。该方法使得能够确定Westergraad反应系数(Kw)、承载模量EV1和EV2以及压缩比(EV2/EV1)。
根据本发明的研究的粘合剂包含以下各项的混合物：
-600kg/吨的粘合剂，具有约等于700mg/g的IPZ的闪蒸偏高岭土
-300kg/吨的粘合剂，具有约90％的LEDUC石灰含量的CL90型熟石灰；和
-100kg/吨的粘合剂，石膏；
其中
-参数RMK等于0.27；
-参数Sat(CH)等于1.03。
为此，用根据本发明的粘合剂机械稳定具有250m2面积和40cm深度的粘土/沙土。粘合剂的剂量为每平方米35至40kg。28天后，在这种稳定化的土壤上测量了承载能力EV2。结果列于表6。
表6.使用本发明的粘合剂从负载板测试获得的性能。
结果表明，EV2模量大于50MPa。
因此，这些结果证实了，根据本发明的粘合剂可用作道路粘合剂，同时满足标准NFP15-108的要求。
实施例9：砂浆制备
申请人已经由根据本发明的钙矾石粘合剂制备了许多砂浆。
表7显示了申请人通过使用根据本发明的粘合剂制备的砂浆的一些实例。在此表中，数量以kg/吨粘合剂表示。
这些砂浆已被用作在各种支撑物例如混凝土或灰泥上的抹灰砂浆，或用于安装在焦渣石、空心砖、生物砖和天然石基材上的砂浆。观察8个月后，在视觉上未观察到不相容性。
表7.由根据本发明的钙矶石粘合剂获得的砂浆的配方和性能。＊超增塑剂
实施例10：混凝土制备
申请人已经由根据本发明的钙矾石粘合剂制备了多种混凝土。
表8显示了申请人使用根据本发明的粘合剂制备的混凝土的一些实例。在此表中，数量以kg/吨粘合剂表示。
表8.由根据本发明的粘合剂获得的混凝土配方。
实施例11：砌筑水泥和配制型石灰的制备
申请人已经由根据本发明的钙矾石粘合剂制备了许多砌筑水泥和配制型石灰。
为了用作砌筑水泥或配制型石灰，该配方必须具有在28天后用于砌筑水泥的至少10MPa的压缩强度，以及在配制型石灰的情况下至少3.5MPa的压缩强度。
表9显示了由申请人使用根据本发明的粘合剂制备的砌筑水泥的一些实例。在此表中，数量以kg/吨粘合剂表示。
表9.由根据本发明的粘合剂获得的砌筑水泥和配制型石灰的配方。
结果表明，三天之后，对于包含根据本发明的钙矾石粘合剂的配方，获得了优异的结果。
Claims (12)
1.钙矾石粘合剂，包含：
-至少一种铝硅酸盐源；
-至少一种硫酸钙源；
-至少一种氢氧化钙源；和
-至少一种活化剂，选自适合于络合阳离子的化合物，优选适合于络合钙、铝和/或硅的化合物。
2.根据权利要求1所述的钙矾石粘合剂，其中，所述活化剂选自蔗糖、α羟基酸或其盐、乙醇胺或其盐和/或儿茶酚及其衍生物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的钙矾石粘合剂，还包含碱催化剂，优选选自氟化钠、铝酸钠、磷酸三钠、原硅酸钠、偏硅酸钠、六氟硅酸钠、氟磷酸钠、六偏磷酸钠、碳酸钠、硼酸钠、六氟铝酸钠、四氟铝酸钾或其混合物的碱催化剂。
4.根据权利要求3所述的钙矾石粘合剂，其中，相对于所述粘合剂的总量，所述催化剂按质量计的量在大于0％至20％的范围。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钙矾石粘合剂，其中，所述铝硅酸盐源是火山灰，源自火泥生产或造纸污泥的灰的细粉，优选偏高岭土。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的钙矾石粘合剂，其中，所述氢氧化钙源为熟石灰、水硬石灰、生石灰、延迟效应生石灰、空气石灰，常规熟石灰或任何市售石灰。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的钙矾石粘合剂，其中，所述硫酸钙源选自无水石膏、天然石膏或作为工业反应副产物获得的石膏，例如脱硫石膏、钛石膏、氟石膏或磷石膏。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钙矾石粘合剂，还包含添加剂，优选矿渣，更优选高炉矿渣或无定形铝酸盐矿渣。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的钙矾石粘合剂，其中，所述铝硅酸盐源的特征在于通过Chapelle试验方法测定的火山灰活性指数(IPZ)为200mg/g至2200mg/g。
10.用于制备根据权利要求1至9中任一项所述的钙矾石粘合剂的方法，包括混合至少以下各项：
-铝硅酸盐源；
-硫酸钙源；
-氢氧化钙源；和
-至少一种活化剂，选自适合于络合阳离子的化合物，优选适合于络合钙、铝和/或硅的化合物。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，进行混合的温度为大于0℃至50℃，优选为10℃至40℃，更优选为约25℃。
12.根据权利要求1至9中任一项的钙矾石粘合剂用于制备水泥、砌筑水泥、砂浆、混凝土、道路粘合剂和/或配制型石灰的用途。
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