[發明專利]混凝土和砂漿中的沙漠砂和細絲狀纖維素

有效

• 申請號: 201980025404.7
• 申請日: 2019-02-12
• 公開（公告）號: CN111954648B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: E·奧里維爾;蔡小琳;C·拉魯什;王曉宇
• 申請（專利權）人: FP創新研究所
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02;B28C5/40;C04B14/06;C04B16/02
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 王海寧

本公開提供了混凝土和砂漿混合物及其組合物，其具有諸如沙漠砂的低品質砂、水硬性粘合劑(水泥)和細絲狀纖維素，其中所述沙漠砂/球形砂替代常規混凝土河砂。本公開還涉及諸如纖維素納米細絲(CF)、纖維素納米細絲、纖維素原纖(CNF)和微原纖維化纖維素(MFC)的細絲狀纖維素與水硬性粘合劑(水泥)一起作為混凝土/砂漿和砂粘附添加劑，以及一種制造所述混凝土的方法。此方法還涉及一種防止單獨的砂粒相對于彼此滑動并且因此類似地有助于穩定所述建筑材料的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年2月13日提交的美國臨時申請號62/629,851的權益，將所述臨時申請的內容通過引用以其整體特此并入。

技術領域

本公開總體上涉及諸如沙漠砂/球形砂的低品質砂和細絲狀纖維素材料在混凝土和砂漿材料中的用途。

背景技術

細骨料(砂)、粗骨料(礫石)和水硬性粘合劑(水泥)是用于生產混凝土和砂漿的主要原料，當與水組合時，所述主要原料產生非常常見的建造材料。在這三種原料中，骨料-砂和礫石-在初級材料輸入中占最大百分比(2010年為28.6吉噸/年)并且在全世界是提取最多的一組材料(Torres等人,2017,Science[科學],357:970-971)。砂不是均勻的，它是按形狀分類的，并且具有從長形、尖銳棱角的到近乎球形和光滑的配置。具有粗糙表面和尖銳棱角形狀的中型砂至粗砂，諸如河岸砂或海岸砂粒對于制造混凝土是有利的。另一方面，沙漠砂被歸類為細砂，其具有近乎長形、球形和光滑的表面；它被認為不適合在混凝土和水泥中使用或不適合在海中堆積新土地。

河砂或來自巖石的壓碎砂是制造混凝土的細骨料的主要選擇。然而，由于全世界建造行業對其需求巨大，河砂和沙灘砂已被大量消耗。可以使用從沙灘、島嶼和海洋挖掘的海砂來制造混凝土，但需要強力洗滌以除去高鹽內含物，從而防止對混凝土的腐蝕，尤其是對于鋼筋混凝土。海底挖掘產生廣泛的環境破壞，并且還造成令人窒息的沙塵暴、殺滅生物體、破壞珊瑚礁和其他棲息地，并且它會改變水循環的方式。在一些極端情形中，全球供應砂的過度開采正在威脅社區并且促進為非法砂挖掘的暴力沖突。

為了克服這種河/棱角砂短缺危機，全世界已經在努力將沙漠砂用作建造砂。WO84/02520教導了一種方法，其將石英砂用作原料進料到在1400℃-1650℃下的燒結，然后將其模制。以這種方式獲得的主體可以用作瓷磚、地板磚、屋頂瓦磚以及用作其他建筑材料。然而，它們不提供在混凝土中的細粒狀骨料的替代物。

U.S.2017/0152176描述了一種使用熱處理來熔化沙漠砂以形成中間薄板產品的方法。然后將熔化的沙漠砂的薄板壓碎，以得到粗糙表面和尖銳棱角的礫石，類似于天然存在的河砂、海砂或來自石頭的人造壓碎砂。將沙漠砂加熱到至少1700℃至沙漠砂的熔點。所希望的結果需要高達1810℃的溫度，這是需要大量能耗的方法。U.S.2017/0152176還教導了一種通過集束太陽光線來產生熔化溫度的方法；然而，無法準確調節溫度。

CN 1062535教導了一種將沙漠砂用于道路施工的方法，其中使用含有氧化鈉(Na₂O)和二氧化硅(silica)(二氧化硅(silicon dioxide)，SiO₂)的硅酸鈉(水玻璃)替代水泥作為糊料，以膠粘沙漠砂骨料。必須將水玻璃的摻合料加熱到80℃，以獲得必要的防水特性。

WO 2011/132841描述了一種固化材料，其由一系列粘合土壤、工業廢料、海砂和沙漠砂的無機鹽構成。固化鹽包括氯化鎂、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、硫酸鈉、三磷酸鈉和木質素磺酸鈉。

DE 202006012396描述了一種使用高達18％的合成樹脂(諸如聚酯樹脂、甲基丙烯酸樹脂、環氧樹脂或其他反應性樹脂)作為粘合劑與其他化學添加劑和助促進劑，用沙漠砂生產聚合物混凝土的方法。所述聚合物混凝土由于高含量的合成樹脂而不同于在建筑材料中使用的常規混凝土。