[发明专利]具有磷酸盐活化剂的富含碱土金属氧化物的固体无机化合物的粘结剂

说明书

本发明涉及水硬性粘结剂，其包含：‑至少70重量％的由二氧化硅、氧化铝和碱土金属氧化物的至少一种混合物组成的固体无机化合物，其中CaO和MgO的总量占固体无机化合物的至少10重量％，和‑活化体系，其至少30重量％是衍生自磷酸的盐。本发明还涉及由所述包含这种粘结剂的砂浆组合物制备的建筑产品。

本发明涉及一种富含氧化钙和/或氧化镁的水硬粘结剂，其由至少一种磷酸盐类型化合物进行活化，还涉及从这种粘结剂得到的建筑材料。

为了减少排放到大气中的二氧化碳的数量，现今越来越多地希望将用于制造混凝土和砂浆的波特兰水泥的一部分或全部替换为被认为污染较少的其它水硬性粘结剂。因此，已知水硬粘结剂，其中一部分或全部波特兰水泥用来自钢铁或煤炭工业的废物(例如高炉炉渣或粉煤灰(les cendres volantes))代替。与波特兰水泥相反，这些化合物在本质上是较低水硬性的，并且为了溶解它们并使其是反应的，需要加入活化剂。众所周知的是使用大量碱性试剂，或使用其碱度高的碱性试剂，这具有引起pH大幅度提高的缺点，这使得这种粘结剂难以处理和引起强烈刺激的风险。在申请WO2011/055063中提出的解决方案在于较温和的碱性活化，因为需要非常少量的碱以活化包含精细研磨的炉渣颗粒的体系。然而，如果炉渣不够细，并且不是完全无定形的，则这种技术方案是不合适的。其它体系提出使用几种碱性活化剂的组合。将提及例如专利EP2297061，其使用用于含有铸造砂的粘结剂体系的碱金属化合物和锌盐作为活化剂。

本发明提供一种粘结剂，其包含至少70重量％的由二氧化硅，氧化铝和碱土金属氧化物的至少一种混合物组成的固体无机化合物和包含至少一种磷酸盐基化合物的活化体系，其中CaO和MgO的总和占固体无机化合物的重量的至少10重量%。在本发明中使用的活化体系允许使得固体无机化合物例如炉渣或粉煤灰是活性的，不管它们的结晶度如何都。因此，这种体系使得可以活化无定形的而且部分结晶的炉渣，其粒度可以达到5mm。

为了本发明的目的，术语“活化体系”应理解为是指包含一种或多种旨在改善和/或加速粘结剂的凝结和/或固化的化合物的体系，特别地通过促进粘结剂的组分的溶解来实现。

根据本发明的粘结剂有利地具有与期望的应用相容的压缩强度，特别是其可以等同于用传统波特兰水泥获得的压缩强度。它们还具有符合与环境，卫生和安全标准相关的现行规定的优点，因为与基于炉渣的粘结剂或用强碱如氢氧化钠活化(其导致更高的pH值)的粉煤灰相反。

优选地，根据本发明的粘结剂包含至少80重量％的所述固体无机化合物。

根据本发明使用的活化体系包含至少30重量％的为衍生自磷酸的盐的化合物，其重量百分比相对于活化体系的总重量给出。该盐选自碱金属(如钠，钾或锂)的多磷酸盐和它们的混合物。优选地，活化剂是碱金属二磷酸盐或三磷酸盐。更优选地，活化剂是式Na₅P₃O₁₀的三磷酸钠。与已知的活化体系(如用氢氧化钠和硅酸盐的混合物进行的碱性活化或如温和的活化，如在申请WO2011/055063中所述)相比，这些衍生自磷酸的盐有利地允许改善本发明的粘结剂的机械强度。

对于某些应用，需要在早期(即,一旦施用了由粘结剂获得的砂浆或混凝土组合物)很快地具有良好的强度。除了衍生自磷酸的盐之外，当活化体系包含其它成分时，活化体系进一步得到改善。因此，除了衍生自磷酸的盐之外，活化体系还可以包含已知作为用于炉渣的活化剂的任何成分。可以提及例如碱金属和/或碱土金属的金属硅酸盐，碳酸盐和硫酸盐。

有利地，活化体系因此，除了衍生自磷酸的盐之外，还包含选自钾，锂和钠的碱金属的硅酸盐和它们的混合物。当硅酸盐存在时，其重量含量相对于活化体系的总重量为5重量％至70重量％。

为了进一步改善在早期的强度，还可以向活化体系添加碱土金属源，特别是钙或镁的源。这种化合物可以选自石灰，碳酸钙，波特兰水泥，铝酸钙水泥，硫铝酸钙水泥，白云石和氢氧化镁和它们的混合物。石灰是特别优选的。当碱土金属源存在时，碱土金属源相对于活化体系的总重量为5重量％至70重量％。