[发明专利]地聚物水泥及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及结构和建筑领域。具体而言，本发明涉及一种新型的非腐蚀性的地聚物(geopolymer)水泥。

背景技术

水泥有两种类型，即，“水硬性”水泥(如波特兰(Portland)水泥)和“地聚物”水泥。后者被称为地聚物水泥是由于其是基于在诸如碱性聚硅酸盐等碱性活化剂的存在下通过聚合铝硅酸盐氧化物而形成的无机地聚物。由此得到的地聚物具有含有Si-O-Al键的三维结构。

由于形成1吨的水硬性水泥产生大约1吨的CO₂，而形成1吨的地聚物水泥仅产生大约0.1吨的CO₂，因此地聚物水泥的生产明显比水硬性水泥的生产更加环保。此外，地聚物水泥的生产所涉及的总能耗仅为水硬性水泥的生产所需能耗的大约1/3。这是因为水硬性水泥的生产需要在极高的温度(1450℃量级)下煅烧石灰石和粘土，而地聚物水泥的生产中常用的高岭土仅需要在大约750℃下煅烧。

由于需要利用碱性体来活化铝硅酸盐混合物的聚合，鉴于活化剂溶液中的碱性硅酸盐的摩尔比M₂O∶SiO₂(M通常指碱金属，如钠(M＝Na)或钾(M＝K))大于0.625，因此参照欧盟指令67/548/EEC(危险物质)和91/155/EEC(危险配制品)，地聚物水泥一般归类为“腐蚀性”物质。

另一方面，参照上述欧盟指令，水硬性水泥一般归类为“刺激性”物质，也就是说，M₂O∶SiO₂的摩尔比小于0.625。

现有技术中的地聚物水泥通常由M₂O∶SiO₂摩尔比高于欧盟指令规定的限值0.625的碱性硅酸盐溶液来活化，由此被视为是腐蚀性的。作为例子，可以提到的有专利US 4 640 715(M₂O∶SiO₂摩尔比等于3.0)、US 4 642 137(M₂O∶SiO₂摩尔比大于1)、US 5 084 102(M₂O∶SiO₂摩尔比为0.83～1.25)以及国际申请WO 2005/019130(M₂O∶SiO₂摩尔比等于3.22)。国际申请WO 03/099738涉及一种M₂O∶SiO₂摩尔比为0.5～0.8的硅酸盐溶液；然而，该专利申请的实施例采用具有K₂O∶SiO₂摩尔比等于0.78的相同硅酸钾溶液。还应该指出，由Puyam S.Singh等人发表在综述″Material Science and Engineering A″，卷396，2005年，第392-402页中的文章描述了从Na₂O∶SiO₂摩尔比大于0.625的碱性硅酸盐溶液来生产地聚物水泥(因而，是腐蚀性的)。这些高值是必然的，因为存在来自为允许聚合反应充分活化而添加的无水NaOH的额外Na₂O。

因此，为了避免在处理中或在生产地聚物水泥时吸入引发的任何事故，本领域技术人员优选的是使用“刺激性”物质而不是“非腐蚀性的”物质来工作。

还希望获得适合用于建筑施工中的可用的“非腐蚀性的”地聚物水泥，这种地聚物水泥使得能够获得表现出力学性能(硬化前的可塑性和可加工性以及硬化后的机械强度)的混凝土或砂浆。应该指出，适于用在建筑施工中的砂浆的抗压强度至少为25MPa。

生产地聚物水泥所用的碱性活化剂的溶液为水溶液。因此，这些溶液的加入有助于增加水在地聚物水泥中的存在量，从而能够导致这样形成的水泥的机械强度减小。与之相反，过大幅度地减少活化剂溶液的用量并因而减少水在混合物中的存在量，会导致可塑性降低，因而可加工性降低，致使水泥的硬化时间非常短，这与预期用途通常不相容。因此，希望能够控制在地聚物水泥中所用的碱性硅酸盐溶液的量，而不会影响从所述地聚物水泥得到的水泥、砂浆或混凝土的力学性能。

发明内容

本发明涉及一种用于制造水泥、砂浆或混凝土的“非腐蚀性的”地聚物水泥，所述的水泥、砂浆或混凝土能够保持适合用在结构和建筑领域中的适宜力学性能。

根据第一个方面，本发明涉及一种地聚物水泥，其含有

a)偏高岭土或者偏高岭土与非热活化的铝硅酸盐的混合物，和