碱激发粘结剂及其产品和用途的制作方法

本发明涉及碱激发粘结剂及其产品和用途。更具体地，本发明涉及一种制备碱激发粘结剂混合物的工艺、一种碱激发粘结剂混合物、通过该工艺获得的碱激发粘结剂混合物、该碱激发粘结剂混合物的用途、一种制造碱激发粘结剂浆料的方法、通过该方法获得的碱激发粘结剂浆料、该碱激发粘结剂浆料的用途、一种由该碱激发粘结剂浆料制造混凝土结构的工艺以及一种通过该工艺获得的混凝土结构。

背景技术：

1、本发明涉及胶凝材料领域，诸如波特兰水泥、火山灰和碱激发粘结剂。特别地，通过为碱激发粘结剂的硅酸盐产生的胶凝材料领域，通常常见地被认为是商业指定的地质聚合物。

2、“固溶体矿物”是地质和矿物学科学领域的术语。这些通常是硅酸盐体系，其中离子具有相似的大小和价态，其可以占据矿物中的相同位置。这称为取代，并且可以在所有可能的组成范围内发生。在基于天然土的体系中，一种离子的存在浓度可能高于另一种离子。

3、作为一个实例是“二价镁-铁固溶体硅酸盐”。本领域中二价镁铁固溶体硅酸盐的常见简短术语是“镁-铁硅酸盐”。由于主要涉及mg2+和fe2+离子的“固溶体”化学，镁-铁硅酸盐具有可变的组成。这些是硅酸盐体系，其中铁和镁离子可以在矿物中占据相同的位置。这称为取代，并且可以在所有可能的组成范围内发生，因为铁和镁具有相似的原子半径(和)并且可以具有相同的价态(2+)。在基于天然土的体系中，存在的镁离子多于铁离子。

4、作为二价镁-铁固溶体硅酸盐的一个实例是橄榄石，通常被给定为：(mg,fe)2sio4。对于本领域技术人员来说，橄榄石可以被认为是mg2sio4(镁橄榄石-fo)和fe2sio4(铁橄榄石-fa)的混合物。如果镁橄榄石比铁橄榄石多(因此镁比铁多)，那么可以将它称为镁-铁硅酸盐。如果铁橄榄石多于镁橄榄石，则可以将其称为铁-镁硅酸盐。

5、作为另一实例，单斜辉石具有通式(ca,mg,fe2+,fe3+,ti,al)2[(si,al)2o6]。最常见的单斜辉石称为普通辉石，其具有通式caxmgyfez)(mgy1fez1)si2o6，其中0.4≤x≤0.9，x+y+z＝1且y1+z1＝1。普通辉石是下海洋地壳和大陆中岩浆的难熔侵入体中常见的造岩矿物。

6、另一实例是富含钠型的单斜辉石，称为绿辉石，其是硬玉(na(al,fe3+)si2o6)、普通辉石(上文)和霓石(nafe3+si2o6)的单斜辉石固溶体。因此，绿辉石具有通用固溶体式(naacabfe2+cmgd)(alefe3+ffe2+gmgh)si2o6，其中a+b+c+d＝1；e+f+g＝h＝1；a＝e+f；0.2≤a≤0.8；e>f，并且是高度变质的天然岩石型榴辉岩中常见的造岩矿物，与富含mg的石榴子石型如镁铝榴石和铁铝榴石一起。

7、作为另一实例，斜方辉石的式通常被给定为：(mg,fe)2si2o6。对于本领域技术人员来说，斜方辉石可以被认为是mg2si2o6(顽辉石-en)和fe2si2o6(铁辉石-fs)的混合物。斜方辉石族本质上通常具有一些mg，而纯铁辉石仅为人工制造的。具有mg多于fe的斜方辉石被称为镁-铁硅酸盐。如果铁辉石多于顽辉石，则可以将其称为铁-镁硅酸盐。

8、作为另一实例是角闪石，其具有通式(ca,na)2-3(mg,fe,al)5(al,si)8o22(oh,f)2。角闪石展示了广泛的可能阳离子取代范围，在火成岩和变质岩中结晶，具有广的散装化学组分范围。由于角闪石在地表化学风化作用下相对不稳定，因此在大多数沉积岩中仅占次要成分。角闪石由双链sio4四面体组成，在顶点处连接，且其体系中通常含有铁和/或镁离子。

9、作为形成岩石的氧化物的实例是钛磁铁矿，包括钛铁矿(fe2+tio3)、钛铁尖晶石(tife2o4)、磁铁矿(fe2+fe3+2o4)、赤铁矿(fe2o3)及其固溶体组合。氧化物仅在较高温度下为固溶体，且在较低温度下趋于析出(exsolve)，以网格孪生(trellis twin)和夹层结构一起出现在我们观察到的矿物中。

10、作为长英矿物的实例是长石和霞石。长石是一组形成岩石的铝架状硅酸盐矿物，含有钠、钙、钾或钡。斜长石是三斜晶系。本领域中斜长石的常见简短术语是“钙-钠铝硅酸盐”。固溶体矿物斜长石范围从钙长石(caal2si2o8，“an”)到钠长石(naalsi3o8，“ab”)。霞石(nepheline)，也称为霞石(nephelite)，是类长石组中的岩石形成矿物——一种二氧化硅不饱和的铝硅酸盐，na3kal4si4o16，其存在于低二氧化硅的侵入岩和火山岩中，以及与其相关联的伟晶岩中。

11、碱激发粘结剂(aab)已成为普通波特兰水泥(opc)粘结剂的替代品，其似乎具有出色的耐久性和环境影响。碱激发粘结剂通常是通过用碱性介质激发剂激发铝硅酸盐前体(ap)来生产的。用于aab的激发剂的最常见类型是硅酸钠和/或氢氧化钠。aab可以是单独的(一个ap源)、二元的(两个ap源)以及具有甚至更多ap源。此外，将基于富钙原料的碱激发粘结剂与基于低钙原料的碱激发材料之间分开是很常见的。

12、地质聚合物使用低钙铝硅酸盐前体作为碱激发粘结剂。地质聚合物可能是碱激发粘结剂的商业指定名称。地质聚合物往往具有比aab高得多的铝含量，并在结构中产生沸石结构以形成坚固的互连网络。低钙或无钙前体主要是粉煤灰或基于粘土的原料，它们可以开发出坚固耐用的粘结剂体系。

13、高钙铝硅酸盐前体例如是研磨的粒化高炉渣和其他富含钙的工业副产物。

14、ru2383504c1公开了一种粘结剂，其含有以下组分，wt％：高炉渣23.8-65.1；岩浆岩-花岗岩或辉长岩-辉绿岩或橄榄岩，24.1-63.0；液态玻璃-钠、钾或它们的混合物，10.0-12.0；氢氧化钠或氢氧化钾0.8-1.2。

15、us4132559公开了一种用于制造成型和热液硬化产品的由粘结剂组成的起始材料，所述粘结剂包括细碎的橄榄石，其具有的比外表面为至少25000cm2/cm3(根据渗透性方法测量)，以及细碎的二氧化硅材料，其数量最多等于所述橄榄石的固体体积，以及道砟材料(ballast material)，其量为起始材料体积的50-80％，并且包括颗粒状超基性岩或炉渣材料，其具有80％小于200-1000μm的粒度。

16、fasihnioutalabet al.,“sustainable soil stabilisation with groundgranulated blast-furnace slag activated by olivine and sodium hydroxide”,actageotechnica,2020,15,page 1981-1991，公开了使用用橄榄石(mg2sio4)和氢氧化钠(naoh)激发的研磨粒化高炉渣(ggbs)来稳定黏质土。存在强度增加，其归因于naoh和橄榄石之间的反应。

17、期望提供新的和改进的碱激发粘结剂。也期望提供新的、有成本效益的和低排放的碱激发粘结剂，其可用作胶黏剂、密封剂以及结构和建筑材料，例如在混凝土结构中，该混凝土结构也可能含有骨料和填料，其中粘结剂和混凝土可以设计为提供坚固、柔韧和/或快速凝固的粘合、结构和构造。此外，期望提供新的和改进的碱激发粘结剂，该碱激发粘结剂可以由两种或更多种铝硅酸盐前体源的组合制备。

18、本发明涉及医学、药理学、化学和制药业领域，且更特别地涉及1-(2-(1h-咪唑-4-基)-乙基)哌啶-2,6-二酮的新的晶型，包括其的药物组合物和药物剂型，它们可以用于治疗和/或预防咳嗽。

技术实现思路

1、本发明的目的是应用超镁铁质岩作为前体，例如橄榄岩和榴辉岩，其含有二价镁-铁固溶体硅酸盐(例如矿物组橄榄石、斜方辉石、角闪石和蛇纹石)，本文称为“镁-铁硅酸盐”，作为反应产生的硅酸盐和镁的来源，与作为ca、al和si的来源的铝硅酸盐前体混合；将这些前体与非常苛性的物质如naoh、koh、水玻璃和偏硅酸钠混合，将其与水混合，以形成一种在环境温度和升高的温度下将凝固和强化的共混物。

2、本发明的另一目的是提供适合与填料和骨料混合的此类共混物，从而产生一种有成本效益的、低排放的粘结剂，该粘结剂可用作胶黏剂、密封剂以及结构和建筑材料等。

3、本发明的另一目的是提供低钙铝硅酸盐前体，其来自霞石正长岩、钠长石、部分熔融的霞石正长岩或钠长石以及由霞石正长岩或钠长石制成的玻璃中的一种或组合，例如，全部细研磨。

4、又一目的是提供高钙铝硅酸盐前体，其作为和/或来自细研磨的长石和霞石正长岩或细研磨的部分熔融(煅烧)的斜长石。碱激发化合物的反应机理仍未被完全理解，因为固化和凝固机理非常依赖于所使用的原料和碱性溶液。高钙和低钙铝硅酸盐前体与超镁铁质岩的组合是有利的。

5、本发明的又一目的是提供来自破碎的结晶超镁铁质岩与一种或多种铝硅酸盐前体的来源一起以及一种或多种碱激发剂的碱激发粘结剂(aab)，以产生可用于混凝土结构的粘结剂，该混凝土结构也可以含有骨料和填料。该粘结剂和混凝土可以设计为坚固、柔韧或快速凝固，取决于所使用的共混物。

6、本发明的又一目的是提供低温(室温)固化碱激发粘结剂与超镁铁质岩和高钙铝硅酸盐前体的一种组合，以及高温固化碱激发粘结剂与超镁铁质岩和低钙铝硅酸盐前体的一种组合。

7、本发明的又一目的是提供改进的粘结剂混合物和浆料，从而减少经受铸造和固化时的co2排放，所述粘结剂混合物和浆料可用于制备改进的混凝土结构，所述混凝土结构展示高的或改进的强度特性，包括抗压强度，和/或减少的co2排放。

8、本发明的粘结剂可以以干或湿的形式共混。它也可以与骨料共混。此外，可以在没有外部加热的情况下凝固粘结剂。成分不需要任何加热。此外，可以在本发明的粘结剂中使用在现有技术的地质聚合物中较少使用的废料。粘结剂产生的co2排放极低，低至当今标准波特兰混凝土的8％。

9、因此，在一个方面，本发明涉及一种制备碱激发粘结剂混合物的工艺，包括混合：

10、(i)基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计50至100％的超镁铁质岩，

11、(ii)基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计0至60％的铝硅酸盐前体，

12、(iii)碱激发剂，

13、其中，所述超镁铁质岩和所述铝硅酸盐前体以按重量计小于或等于所述粘结剂混合物的95％的量存在，

14、其中所述碱激发剂掺量(r)为3至14之间，其中r由以下质量比给出：

15、r＝所述碱激发剂中na2o或k2o的质量x 100

16、所述粘结剂混合物的质量，

17、并且其中激发剂模数(m)为0至3之间，其中m是由以下给出的质量比：

18、或

19、在另一方面，本发明涉及一种碱激发粘结剂混合物，其包括：

20、(i)基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计50至100％的超镁铁质岩，

21、(ii)基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计0至60％的铝硅酸盐前体，以及

22、(iii)碱激发剂，

23、其中，所述超镁铁质岩铝硅酸盐前体以按重量计小于或等于所述粘结剂混合物的95％的量存在，

24、其中所述碱激发剂掺量(r)为3至14之间，其中r由以下质量比给出：

25、r＝所述碱激发剂中na2o或k2o的质量x100

26、所述粘结剂混合物的质量，

27、并且其中激发剂模数(m)为0至3之间，其中m是由以下给出的质量比：

28、或

29、在另一方面，本发明涉及一种碱激发粘结剂混合物，其包括：

30、(i)基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计50％至100％的超镁铁质岩，

31、(ii)基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计0％至60％的铝硅酸盐前体，以及

32、(iii)1至14之间的碱激发剂掺量(r)、0至3之间的激发剂模数(m)，和/或基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计5至17.5％之间的单硅酸钠，

33、其中，所述碱激发粘结剂混合物是干的，并且包括基于所述粘结剂混合物的重量，按重量计少于12％的自由水。

34、在又一方面，本发明涉及一种粘结剂混合物，其能够通过本发明的工艺获得。

35、在另一方面，本发明涉及本发明的粘结剂混合物用于制备碱激发粘结剂浆料的用途。

36、在另一方面，本发明涉及一种制备碱激发粘结剂浆料的方法，包括将本发明的碱激发粘结剂混合物与水混合。

37、在另一方面，本发明涉及一种碱激发粘结剂浆料，其能够通过本发明的方法获得。

38、在另一方面，本发明涉及本发明的碱激发粘结剂浆料用于制造混凝土结构的用途。

39、在又一方面，本发明涉及一种制造混凝土结构的工艺，包括：

40、a)提供本发明的碱激发粘结剂浆料，

41、b)将所述碱激发粘结剂浆料倒入模型中，

42、c)固化所述粘结剂浆料。

43、在又一方面，本发明涉及一种混凝土结构，其能够通过本发明的工艺获得。

44、本发明的这些和其他目的和方面将在下文中进一步详细描述。