CN1258270A - 多孔材料及其粘结性组合物 - Google Patents

多孔材料及其粘结性组合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种处理贝壳砂的方法,该法在最高为300℃下将贝壳砂加热足够时间,以基本去除全部水和有机物,同时基本上保留贝壳砂固有的孔隙率。一般说来,所需的时间范围在300℃下最多为10分钟到95℃下约为1小时。所得材料可用于制备粘结性组合物,特别是砂浆,其特征在于挠性优良、耐火或耐热能力特别高。

Description

多孔材料及其粘结性组合物
本发明涉及一种贝壳砂的加工方法以及经这种方法制备的贝壳砂在粘结制品中的应用。
本发明所用术语“贝壳砂”同样包括珊瑚砂和其它源于海生物如珊瑚，软体动物等基本上是钙的材料的微粒。典型的贝壳砂的化学成分为碳酸钙(方解石、铬华和vaterites)和有机物质加上海盐。其密度小于矿(硅石)砂，并由于其固有孔隙率而重量较轻。
以前贝壳砂已用于粘结性组合物中，例如重量轻的混凝土和防滑表面。本发明立足于经适当加工的贝壳砂可得到出人意料的、很有价值的效果。在以前的应用中，贝壳砂被粉碎成预期的网目大小，再加热到约350℃以脱水并分解其中的有机物质。但这种加热方式同时会使贝壳砂中大量失去天然弹性和孔隙。本发明的重要特点在于，在很大程度上保留了它的弹性和孔隙，因为已经发现，这样的贝壳砂能用于制备耐火和耐热性能优良的粘结性组合物。
因此，本发明提供一种贝壳砂的制备方法，该法包括将贝壳砂在300℃以下加热足够时间以基本去除全部水和有机物，同时基本保持贝壳砂固有的孔隙率。这种处理规程以前从未用过，它可使贝壳砂具有独一无二的参数和性质以备应用。因此本发明同样提供一种干贝壳砂，其颗粒度最大为15mm，孔隙率为10-25％(体积)。
现有的贝壳砂一般的颗粒度最大为1mm，孔隙率不大于5％。
本发明的制备贝壳砂的方法包括在低温下加热适当的时间，这与以前的方法是不同的。在加热之前，贝壳砂还可用淡水洗涤，去除海盐和某些有机物。在多数情况下，洗涤是不重要的，但在贝壳砂与铁类金属联用例如与水泥或混凝土联用的加强钢的情况下，应进行洗涤，因为盐可能引起腐蚀，导至早期失效。
贝壳砂宜在不高于300℃的温度下加热。出人意外，这个温度仅比现有技术所用的温度低50°，但在保留孔隙率方面都有显著的不同。优选温度应不超过250℃。本发明的优点可在低得多的温度下进行，但不宜低于95-120℃，曾经发明，100℃是这个低温范围内特别有利的最高温度。当然，温度愈低，保留的孔隙率愈高，但要求的加热时间也愈长。加热可用现有技术已知的任一方便的方法进行，一种方便的设备是预热到适当温度的滚筒干燥器。
专业技术人员可通过简单的实验即可根据给定温度、给定贝壳砂来确定所需的加热时间。在最高温度为300℃的情况下，加热时间应不超过10分钟，较短的3-7分钟亦可采用(在这个范围内5分钟比较有利)。如果希望或需要采用较低的温度，则时间可以加长，典型的可达1小时。虽然可能在这种温度下进行较长时间的加热，但这对方法的经济性却不利。
加热结束时，如果需要，贝壳砂可破碎到适宜的大小。粒度最好不超过15mm，优选不大于6-10mm，最为优选大部分的粒度不超过8mm。
经这种方法产生的贝壳砂是一种轻而通气的材料，其孔隙体积为10-25％，优选15-25％。上述加热方式可去除贝壳砂中至少大部分，在多数情况下全部的水，材料有干感。但是，在某些情况下可能保留相当多的水，以至贝壳砂与水泥混合组成的干砂浆组合物，其在贮存期间不会发生不希望程度的反应。可采用现有技术公认的方法去除残留水，例如采用温和加热(温度稍高于室温)，优选是与搅拌或强制通风联用，例如采用滚筒干燥，则可在上述的加热之后再在低温下使其转动一定时间。
贝壳砂可用于粘结性组合物。因此，本发明提供一种粘结性组合物，该组合物至少含一种水性粘接剂和上述的贝壳砂。这种粘结性组合物，例如混凝土可浇注或加工成块，管或其它希望的形状。上述贝壳砂的存在能赋予硬化的组合物以优良的挠性和出人意料好的耐火和耐热性。
水性粘接剂可以是现有技术所已知的任何一种水性材料。例如波特兰水泥、高氧化铝水泥、矿渣水泥、抗硫酸盐水泥或任一其它标准型水泥、或这些类型水泥的混合物。对每一种用途选择一种或多种合适的水泥是本领域技术人员是完全易于做到的事情。
集料是粘结性组合物的一种常用组分，现有技术已知的任一种集料都可用于本发明的粘结性组合物。现有技术所用的集料可在细砂和粗石块的范围内变化，细砂用于砂浆，粗集料用于混凝土。
粘结性组合物中可添加现有技术已知数量的添加剂以达到预期的效果。它包括但又不限于下述例子：
-改善操作性能和减少含水量的添加剂，诸如B-萘、磺酸盐-甲醛缩合物(BNS)、磺酸木质素和羧酸盐；
-加速剂，诸如氯化钙(在不排斥氯的情况下)和三醇胺；
-加强纤维，诸如玻璃、钢或塑料纤维，典型的长度为10-20mm。
与本发明联合使用的特别能改善操作性能的添加剂是在欧洲公布的专利申请0 306 449、德国公开件4 142 388和PCT申请WO 97/39037等中叙述的烷氧基化的苯乙烯-马来酸酐共聚物，以及在欧洲公布的专利申请0753 488中所叙述的羧酸盐化的丙烯酸聚合物。
本发明的贝壳砂的一个特别有利的用途是制备砂浆组合物，这种组合物在隧道工程中有重大用途，特别是在研究了Channel Tunnel隧道中发生的几次火灾的后果后发现，混凝土覆面不像先前设想那样能耐火、而且有时还发生有潜在灾难的裂缝。本发明提供一种耐火和耐热的砂浆组合物，该组合物如上所述至少含有一种水性粘接剂和贝壳砂。
本发明还提供一种制备具有耐火或耐热的混凝土底板的方法，该法包括应用含有上述贝壳砂的砂浆组合物。
砂浆通常包括细集料，典型的是矿(石英)砂，本发明的砂浆亦可含这种砂。但是曾经发现，如果采用上述的贝壳砂作唯一的集料，则可得到最好的耐热和耐火性能。因此，本发明提供一种耐火和耐热砂浆组合物，其唯一的集料是上述的贝壳砂。
本发明还提供一种耐火和耐热的混凝土底板，该底物的外层是一种含上述贝壳砂的砂浆组合物。
本发明的砂浆组合物可含现有技术所公认量的标准添加物。它们可用任何方便的方法，例如浇注、涂抹或喷涂涂复到底板上。如果喷涂砂浆，则可采用湿法或干法。在这两种情况下都在喷嘴注入加速剂。这种加速剂可以是一种熟知的铝酸盐或硅酸盐类，但优选一种基于铝的化合物如氢氧化铝、羟基硫酸铝和硫酸铝的新型不含碱的加速剂。特别优选的加速剂可见于欧洲公布的专利申请0812812和PCT申请WO 96/05150
一种典型的砂浆组合物的组成如下：
贝壳砂            1000kg
石灰              100kg
水泥(波特兰)      300kg
抗硫酸盐水泥      25kg
加水使W/C比为0.45 。
一种典型的喷涂用砂浆组合物的组成如下：
贝壳砂               1000kg
石灰                 60kg
波特兰水泥           225kg
抗硫酸盐水泥         25kg
纲纤维(20mm)         20kg
BNS                  4.5kg
聚丙烯纤维(18mm)     1.5kg
W/C比为0.4，用泵输送。加速剂在喷嘴处注入。
上述的喷涂砂浆的密度为992g/cm3，孔隙率为15-25％，这种砂浆具有非常好的耐火和耐热性质，能满足和超过标准要求，不产生明显的裂纹或龟裂。
下面将参照具体的、非常限制性的例子对本发明作进一步的叙述。贝壳砂的制备
从海底挖出的贝壳砂经测定孔隙率为20％。用淡水充分洗涤以去除全部海盐和大部分有机物质，然后将其装入预热至100℃的滚筒干燥器中。将温度快速升高至250℃，物料在这个温度下转动5分钟。这时停止加热，物料在干燥器中再转动冷却1小时。测出该贝壳砂的孔隙率为18％。物料从干燥器卸出，破碎到最大颗粒度为8mm。这种物料轻而自由流动，并基本不含水和有机物，将其配成下列例子中进行试验的组合物。耐热实例
(a)上述组成的喷涂砂浆样品被浇注成尺寸为10cm×10cm×2cm的块，将其放入管式炉中加热至800℃，时间为30分钟。样品冷却并进行检查，块末发生可见的变化，更为特别和重要的是无裂纹和变形。
(b)喷涂砂浆的浇注球，直径为20cm，用焊接火焰在其表面的一点上加热15分钟。在这个阶段，样品上火焰点区域直径2cm，深2cm呈火红色，表面上其它点的温度与火焰作用点的温度全然相反，在15分钟终结时约为50℃。冷却后，球的状况与加热前无区别。砂浆的标准试验
试验按照ISO标准1182：1990(E)，IMO FTPC Part I和IMORes A.799(19)进行，它是公认的工业标准。本试验用的样品稍不同于ISO 1182所述样品。本试验的样品为圆柱形，直径41.3mm，高55mm。首先按在60℃炉中加热24小时，再在干燥器中冷却。
试验在预热至750℃的垂直开口管式炉中进行，试验样品称重，再插入炉顶，将其加热30分钟。在这个时间内测量样品表面及中心的温度，并观察持续燃烧的迹象，即该材料在炉的气体火焰去除之后由自身的火焰继续燃烧的趋势。试验结束后试样再次称重。
结果列于表1。
                     试验结果
                       表1
             贝壳砂砂浆的试验结果
    按照ISO 1182：1990(E)和IMO  Res.A.799(19)
试验序号 1 2 3 4 5 Average
质量损失(％) 12.6 12.1 11.3 16.5 12.7 13.0
持续燃烧(S) 0 0 0 0 0 0
炉的初始温度(℃) 747.4 739.6 744.2 742.6 745.6 743.9
炉的最高温度(℃) 777.0 779.0 778.0 774.0 783.0 778.2
试验结束时炉温(℃) 774.3 775.2 775.6 770.8 780.6 775.3
炉的温差(℃) 2.7 3.8 2.4 3.2 2.4 2.9
试样表面最高温度(℃) 777.0 783.0 776.0 785.0 785.0 781.2
试样结束时试样表面温度(℃) 775.9 780.4 774.4 781.4 783.6 779.1
试样表面温差(℃) 1.1 2.6 1.6 3.6 1.4 2.1
试样中心最高温度(℃) 742.0 742.0 743.0 740.0 746.0 742.6
试样中心最终温度(℃) 740.2 739.7 740.8 739.2 745.5 741.1
试样中心温差(℃) 1.8 2.3 2.2 0.8 0.5 1.5
记录文件名称 9747101 9747102 9747103 9747104 9747105
按照ISO 1182：1990(E)，一种材料可认为不可燃的，如果：
(a)炉的热电偶测出的五个最大值的平均值不能说明温度比试验结束时最终炉温高出50℃以上，换句话说，材料由于自身的燃烧不能使炉温增高50度以上。
(b)五个测出的持续燃烧时间的平均值不超过20秒，以及
(c)试验后五个试样的平均质量损失不超过初始质量的50％。
按照IMO  RES.A.799(19)的分类准则如下：
(a)炉热电偶测出的五个最大值的平均值不比试验结束时炉的最终炉温高出30℃以上。
(b)热电偶在试样表面测出的五个最大值的平均值不比试验结束时的最终炉温高出30℃以上，以及
(c)在试验后五个试样的平均重量损失不超过初始质量的50％。
从表1可以看出。本发明的砂浆组合物优于这些要求。

Claims (11)

1.一种制备贝壳砂的方法，其中贝壳砂在不超过300℃的温度下加热足够的时间，以基本去除全部水和有机物，同时基本保留贝壳砂的固有孔隙率。
2.权利要求1的贝壳砂制备方法，其中贝壳砂最高在120℃的温度下加热，优选最高为95℃-105℃，最优选最高为100℃。
3.权利要求1或2的贝壳砂的制备方法，其加热时间范围为300℃下的10分钟至95℃下的60分钟。
4.权利要求1的贝壳砂制备方法，其中加热时间在300℃下不超过5分钟。
5.一种干贝壳砂，该砂的粒度最大为15mm，孔隙率为10-25％(体积)，优选15-25％(体积)。
6.权利要求5的干贝壳砂，其中最大粒度为6-10mm，优选最大粒度不超过8mm。
7.一种粘结性组合物，该组合物至少含一种水性粘接剂和权利要求5或权利要求6的贝壳砂。
8.一种耐火或耐热的砂浆组合物，该组合物至少含一种水性粘接剂和权利要求5或权利要求6的贝壳砂。
9.权利要求8的耐火或耐热砂浆组合物，其中唯一的集料是贝壳砂。
10.一种提供耐火或耐热混凝土底板的方法，该法包括其中采用一种含权利要求5或权利要求6的贝壳砂的砂浆组合物。
11.一种耐火或耐热的混凝土底板，该底板的包含含权利要求5或权利要求6的贝壳砂的砂浆组合物的外层。
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