[發明專利]具有超凍融穩定性的堿活化的鋁硅酸鹽粘合劑

有效

• 申請號: 201380056756.1
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN104854057B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: S·波拉多;N·蒙塔格納;A·達爾博
• 申請（專利權）人: 建筑研究和技術有限公司
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02;C04B28/06;C04B28/08;C04B28/18;C04B28/22;C04B28/26;C04B111/00;C04B111/62;C04B111/72;C04B111/20
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司11285
• 代理人: 鐘守期,王媛

本發明涉及至少一種含氮有機化合物和/或其鹽與至少一種芳族羧酸和/或其鹽相結合用于改善堿活化鋁硅酸鹽粘合劑的凍融穩定性的用途，還涉及穩定的堿活化鋁硅酸鹽粘合劑。

類似的體系記載在WO 10/130582中。其特別聲明某些有機添加劑(尤其胺)顯著降低堿活化鋁硅酸鹽粘合劑的收縮趨勢。

建筑產品對外界影響的穩定性通常極為重要。本發明將主要集中在凍融穩定性方面，因為這是建筑產品的基本特征。

凍融循環涉及水的冰點(freezing point)附近溫度的氣候變化。尤其在諸如混凝土的礦物粘合劑中，凍融循環構成劣化機制。這種建筑材料具有毛細管多孔結構并且不能防水。如果這種被水浸漬的結構經受0℃以下的溫度，則水在孔隙內結冰。此時冰由于水的密度異常而膨脹。這導致建筑材料耐久性退化。此外，由于材料自身經這種凍融循環使其膨脹和收縮而導致毛細唧送效應(capillary pumping effect)，所述毛細唧送效應增加水分吸入并從而導致劣化。因此建筑產品在其使用壽命期間暴露于凍融循環的數目對這種劣化過程影響極大。為此產生了用以模擬凍融循環對建筑產品所作影響的測試方法(來自http://de.wikipedia.org/wiki/Frost-Tau-Wechsel，2012年10月10日檢索)。這些方法(例如ASTM C 679-92)提供了凍融穩定性的表征并因此提供了建筑材料自身的耐久性。

波特蘭水泥(Portland cement)在英國專利BP 5022中第一次提及，且自那之后進一步持續發展。現代波特蘭水泥包含約70重量％的CaO+MgO、約20重量％的SiO₂和約10重量％的Al₂O₃+Fe₂O₃。由于CaO含量高，波特蘭水泥水硬性地變硬。但是，固化的波特蘭水泥具有毛細孔，水趨向于在暖的時候遷入其中并在結冰期間崩裂固化的水泥。

來自冶金工藝的某種礦渣可以作為潛在水硬性(latent hydraulic)粘合劑用作波特蘭水泥的外加劑。還可以通過強堿(如堿金屬氫氧化物或水玻璃)來活化。它們可以通過與填料(例如具有合適粒徑的硅砂)和添加劑混合而用作砂漿或混凝土。高爐礦渣——一種常規的潛在水硬性粘合劑——通常包含30-45重量％的CaO、約4-17重量％的MgO、約30-45重量％的SiO₂和約5-15重量％的Al₂O₃，典型地約40重量％的CaO、約10重量％的MgO、約35重量％的SiO₂和約12重量％的Al₂O₃。固化產物通常具有水硬化體系的性能。

在堿性水介質中固化的無機粘結劑體系——基于反應性、不溶于水的化合物(基于SiO₂與Al₂O₃的結合)——通常是已知的。這種固化粘合劑體系也稱為“堿-活化鋁硅酸鹽粘合劑”或“地質聚合物(geopolymers)”并且記載在，例如US 4,349,386、WO 85/03699和US 4,472,199中。這種體系通常包含50-60重量％的SiO₂、20-25重量％的Al₂O₃、沒有或極少的CaO和15-30重量％的M₂O(M＝Na、K)。

作為反應性氧化物混合物，可以使用硅粉、偏高嶺土、礦渣、粉煤灰、活性粘土或它們的混合物。用于活化所述粘合劑的堿性介質通常包括堿金屬碳酸鹽的水溶液、堿金屬氫氧化物的水溶液、堿金屬鋁酸鹽的水溶液和/或可溶性水玻璃的水溶液。

WO 08/012438記載了基于F型低-CaO粉煤灰、高爐礦渣和堿金屬硅酸鹽水溶液(具有的SiO₂:M₂O比值大于1.28，優選大于1.45)的地質聚合物水泥。在基于無水氧化物計的實例中，存在約45-50重量％的SiO₂、約20-26重量％的Al₂O₃、約9-10重量％的CaO和約3-4重量％的K₂O。