[发明专利]生石灰水化的延缓开始

说明书

本发明提供涉及控制碱土金属氧化物如氧化钙的水化开始的组合物和方法，其包括在包含碳水化合物、氨基‑羧酸、羟基羧酸或其混合物的有机材料存在下将无机碱土金属氧化物加热到低于煅烧温度。优选的经处理的粒子包含按干重量计至少40%，更优选至少80%在抗坏血酸和淀粉存在下加热的氧化钙。本发明的经处理的粒子表现出通过量热测试证实的出乎意料的惊人的水化诱发延缓行为。

发明领域

本发明涉及碱土金属氧化物材料的处理，更特别涉及通过在包含碳水化合物、氨基-羧酸、羟基羧酸或其混合物的有机材料存在下在低于煅烧温度的特定温度范围下加热前体碱土金属氧化物，如氧化钙制成的经处理的氧化物粒子。

发明背景

氧化钙或“生石灰”是用于水泥和混凝土的已知膨胀剂和放热剂。氧化钙的水化反应是快速、高放热、难控制的，以致由于剧烈和强烈的水化概况（hydration profile）而限制其应用。可以通过煅烧加工显著减弱氧化钙的水化反应，例如Kawano等人的美国专利4,354,877，由此在大约1400℃的极高温度下进行氧化钙的燃烧。硬烧生石灰的制造困难；并且可购得的产品看起来很少。

在美国专利4,565,579中，Fujioka等人教导了将氟化钙与氧化钙和水化缓凝剂组合，并将该组合物加热到大约800℃ – 1400℃的温度。这种化学组合物意在用于“温和”分裂开岩石或混凝土块。

尽管可能发现所列氧化钙是用于混凝土和其它水泥质材料的膨胀剂，但不足为奇地发现其它膨胀剂，如氧化镁或硫铝酸钙由于它们较缓和的水化概况而更优选。参见例如Neal S. Berke等人的美国专利8,277,556（属于本文的共同受让人），第11栏，第56-59行。

关于含生石灰的水泥组合物，已知使用常见缓凝剂（例如羧酸、羟基酸、酮羧酸、糖、糖醇的衍生物）将水泥的水化反应（凝固和硬化）延缓到生石灰的水化反应之后。参见例如日本公开200236364。但是，如本发明人稍后证实，常规缓凝剂的使用减弱氧化钙水化的整体放热概况而没有实现对水化开始（例如反应起始）的控制。

本发明人相信需要用于控制氧化钙的水化诱发的新型组合物和方法。

发明概述

本发明涉及控制碱土金属氧化物，在优选实施方案中特别是氧化钙的水化以延缓经处理的氧化物粒子在与水混合时的水化开始。本文所述的方法尤其适用于氧化钙，以及氧化钙和氧化镁的混合物，其中需要联合的较缓和水化反应。本发明的优选实施方案包括具有基于总干重量计至少40%氧化钙，更优选至少80%，甚至高达100重量%氧化钙的粒子（重量百分比基于粒子的无机部分）。

本发明的一种示例性组合物包含：通过在包含碳水化合物、氨基-羧酸、羟基羧酸或其混合物的有机材料存在下在200℃ - 700℃（更优选250℃ - 500℃）内的平均温度下加热包含基于粒子的无机部分的总干重量计40% - 100%的量的氧化钙、氧化镁或其混合物的前体碱土金属氧化物粒子15 - 300分钟（更优选20 - 200分钟）制成的经处理的碱土金属氧化物粒子。最优选使用具有至少50%和高达80%或更多的氧化钙（基于粒子的无机部分的总干重量计）的前体粒子。本发明还提供处理碱土金属氧化物粒子的方法，其包括上述热处理。

本发明还提供含有水泥粘合剂和上述经处理的碱土金属氧化物粒子的水泥质组合物以及通过并入上述经处理的碱土金属氧化物粒子而改性或设置（placing）所述水泥质组合物的方法。

因此，一种示例性方法包括将上述经处理的碱土金属氧化物粒子以干粉末形式混入普通波特兰水泥（也优选为干粉末形式）中。当与足以水化水泥和氧化物粒子的量的水混合时，这种水硬性水泥质混合物可以被浇注、泵送（例如经由长软管）或喷射就位并允许其就地硬化。该经处理的碱土金属氧化物粒子中的受控水化开始提供用于施加该水泥质组合物的操作灵活性。

下面更详细描述本发明的进一步优点和益处。