專利名稱：基于聚[硅鋁酸鹽－二硅氧基]的地質(zhì)聚合物水泥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的建筑用地質(zhì)聚合物水泥。該水泥被稱作為地質(zhì)聚合物水泥是因為它是以地質(zhì)聚合物礦物為基材，由堿性硅鋁酸鹽構(gòu)成，其為人們所熟知的名稱有聚[硅鋁酸鹽(sialate)]、聚[硅鋁酸鹽-硅氧基(sialate-siloxo)]和/或聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)。本發(fā)明中的地質(zhì)聚合物水泥是聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)基的。
背景技術(shù)：
有兩種類型的水泥水硬性水泥和地質(zhì)聚合物水泥。地質(zhì)聚合物水泥是由堿活化的礦物縮聚反應(yīng)生成，該反應(yīng)被稱為地質(zhì)合成，這與傳統(tǒng)的水硬粘結(jié)料的硬化是鋁酸鈣和硅酸鈣水合作用的結(jié)果形成對照。
術(shù)語聚(硅鋁酸鹽)用來表示硅鋁酸鹽地質(zhì)聚合物。該硅鋁晶格由交替的SiO4和AlO4四面體通過氧原子連接而構(gòu)成。該聚(硅鋁酸鹽)的結(jié)構(gòu)空洞中存在的陽離子(Na+、K+、Ca++、H3O+)平衡所配位(IV)的Al3+的負(fù)電荷。聚硅鋁酸鹽類的經(jīng)驗公式為Mn{-(SiO2)z-AlO2}n，wH2O，M代表K、Na或Ca陽離子，“n”代表聚合度；“z”等于1、2、3或更多，直到為32。三維晶格(3D)地質(zhì)聚合物的類型為聚(硅鋁酸鹽)Mn-(-Si-O-Al-O-)nM-PS Si∶Al＝1∶1聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)Mn-(Si-O-Al-O-Si-O-)nM-PSS Si∶Al＝2∶1聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)Mn-(Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)nM-PSDS Si∶Al＝3∶1有幾篇專利闡述了粘結(jié)料或聚(硅鋁酸鹽)、聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)和/或聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合物水泥的特殊性能。例如可援引法國專利FR2.489.290、FR2.489.291、FR2.528.818、FR2.621.260、FR2.659.319、FR2.669.918、FR2.758.323。
現(xiàn)有技術(shù)(WO 92/04298、WO 92/04299、WO 95/13995、WO 98/31644)的地質(zhì)聚合物水泥是下面三種不同的礦物試劑之間縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物
a)硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5、Al2O2)；b)二硅酸鈉或二硅酸鉀(Na、K)2(H3SiO4)2；c)二硅酸鈣Ca(H3SiO4)2。
與二硅酸鉀按下面的化學(xué)反應(yīng)進行縮聚作用(1)生成(K、Ca)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)類型的地質(zhì)聚合物(K、Ca)-PSS，Si∶Al＝2。然后添加各種活性礦物填料如二氧化硅[二氧化硅霧(silica fume)]或天然硅鋁酸鹽類。
試劑a)和b)為添加在活性介質(zhì)中的工業(yè)活性產(chǎn)品。相反，試劑c)的二硅酸鈣，在強堿介質(zhì)中就地以初生態(tài)產(chǎn)生。它一般是由如高爐爐渣中存在的硅酸鈣例如鈣的蜜蠟(la mellilite de calcium)的之間的化學(xué)反應(yīng)而得到。
地質(zhì)聚合物水泥的引人注目的性能之一是，在其制造期間僅釋放出極少量的溫室效應(yīng)氣體，二氧化碳?xì)怏wCO2。相反，基于波特蘭熔塊的水泥則釋放出大量的二氧化碳?xì)怏w。正如人們可從《世界資源綜述(World Resource Review)》第6卷1994年第2期第263～278頁中的名為“全球暖化對于水泥和聚集體工業(yè)的沖擊(Global WarmingIMPact on the Cement and Aggregates Industries)”的公開文獻中可知，1噸的波特蘭水泥釋放1噸的CO2氣體，而地質(zhì)聚合物水泥釋放出的要少5～10倍。換句話說，在限制未來CO2釋放的國際法律的框架中，起初生產(chǎn)波特蘭水泥的水泥制造商在釋放同樣數(shù)量的CO2氣體的前提下，將能多生產(chǎn)5～10倍的地質(zhì)聚合物水泥。對于發(fā)展中國家的經(jīng)濟來說，地質(zhì)聚合物水泥的利益是非常明顯的。
因此，法國專利FR 2.666.253描述了一種不釋放二氧化碳?xì)怏wCO2而制得地質(zhì)聚合物水泥的方法，其中基體在硬化后為(Ca、Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)類型的地質(zhì)聚合物(Ca、Na、K)-PSS，其中原子比Si∶Al等于2。在本發(fā)明中，基體為(Ca、Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的(Ca、Na、K)-PSDS，在玻璃態(tài)基體中的原子比Si∶Al接近于3，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)聚合物的一個特征。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中有(Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)、(Na、K)-PSDS，類型的地質(zhì)聚合物的制造方法。如在歐洲專利EP 0518 980中，只使用了在電爐中得到的非常特殊的二氧化硅的堿溶液，且活性混合物基于鈉Na或鉀K的堿性硅酸鹽，但是不含有任何的鈣Ca。本發(fā)明中不使用該人工加熱的二氧化硅，而是只使用地質(zhì)起源的硅鋁酸鹽材料，更精確地說是先期強烈高嶺土化的殘余巖石。
在現(xiàn)有技術(shù)的另一個專利即PCT/CH91/00187的WO92/04299公開文本中，提及了一種基于構(gòu)造硅鋁酸鹽的水泥，其由加入變高嶺石、活性二氧化硅、在800℃～1200℃之間的溫度下化學(xué)活化了的硅鋁酸鹽、可溶性的堿性硅酸鹽、氫氧化物堿(KOH或NaOH)和硅酸鈣而得到。得到的硅鋁酸鹽水泥的通式中Al∶Si原子比在4∶6至4∶14的范圍內(nèi)，即Si∶Al比在1.5至3.5之間變化。然而，要說明的是這是個通式，包括所有組分的總和，即構(gòu)成基體的可溶性化合物，并且向其中加入的仍為晶粒和顆粒形式的不溶性元素。事實上，在該現(xiàn)有技術(shù)的水泥中，活性基體(在本發(fā)明這里稱作玻璃態(tài)基體)是(Ca、Na、K)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)、(Ca、Na、K)-PSS類型的，這與現(xiàn)有技術(shù)的其它地質(zhì)聚合物水泥相同。WO92/04299公開文本的圖7提供了證據(jù)，其再現(xiàn)了29Si的核磁共振光譜。該29Si光譜由兩種共振構(gòu)成，其一為-94.5ppm，另一個為-113.9ppm，并與下述的出版物第113至117頁描述的地質(zhì)聚合物水泥的相似。該出版物是《Journal ofMaterial Education》的1994年第16卷第91-1 37頁中的題目為“地質(zhì)聚合物人工巖石地質(zhì)合成及由此帶來的極早期高強度水泥的發(fā)展(GeopolymersMan-Made Rock Geosynthesis and the resultingdevelopment of very early high strength cement)”(同時參見1994年的(Proceedings of the First International Conference onAlkaline Cements and Concretes)中第136-138頁的Kiev的題目為“Properties of Geopolymer Cements”的出版物)。第一種-94.5ppm的共振相應(yīng)于SiQ4(2Al)區(qū)域，精確地說，即為聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)PSS結(jié)構(gòu)的部位，其中Si∶Al＝2。-113.9ppm的第二種共振則相應(yīng)于SiO2，SiQ4(0Al)，即不溶性的石英或二氧化硅顆粒。因此證明了WO92/04299公開文本中公開的化學(xué)通式，其中Si∶Al比為1.5至3.5，是添加了所有這些組分尤其是不溶性的二氧化硅的結(jié)果，而并非是Si∶Al比接近于2的玻璃態(tài)基體的化學(xué)式。相反，在本發(fā)明中，玻璃態(tài)基體的化學(xué)式?jīng)]有將嵌入其中的顆粒和晶?？紤]進來。在本發(fā)明的基體中，前面提到的聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物由不同種類的聚硅鋁酸鹽混合物構(gòu)成，其中Si∶Al原子比為2～5.5，Si∶Al原子比的平均值接近于2.8～3。上述粘結(jié)料或地質(zhì)聚合物水泥中的其它組分如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒、石英顆?；蚨趸桀w粒沒有算入該Si∶Al原子比中。
在PCT/FR98/00059的WO98/31644公開文本中描述了現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)聚合物水泥的另一個例子。在該文獻中，地質(zhì)聚合物玻璃態(tài)基體的特征在于它的29Si MAS-NMR光譜。因此，從第9頁第1～7行可知，該光譜具有-85ppm至-89ppm范圍內(nèi)的共振，表征了由SiQ4(3Al，1Si)類型的(SiO4)區(qū)域連同Q3(2Si，1Al，10H)類型的羥基化硅鋁酸鹽(SiO4)構(gòu)成的混合物。得到由Si∶Al＝1的簡單的聚(硅鋁酸鹽)和Si∶Al＝2的聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)混合制得的地質(zhì)聚合化合物，所述化合物的Si∶Al比接近于1.6。下面實施例1中將會描述到該基體。
現(xiàn)有技術(shù)中所有的地質(zhì)聚合物水泥以主要固體組分的極其細(xì)微的晶粒尺寸為特征。平均晶粒尺寸約為8微米(WO98/31644，第9頁第36行和第10頁第17行)，甚至小到3.5微米(WO92/04299，第16頁實施例4)。事實上，現(xiàn)有技術(shù)中的目標(biāo)是生產(chǎn)能超快速凝固的水泥，因此有必要最大化地加溶固體試劑；這也解釋了對于盡可能細(xì)微的晶粒尺寸的需求。因此，從WO92/04298的公開文本第10頁第10～16行和第38～40行可知，堿性硅酸鹽在30分鐘之后被轉(zhuǎn)變成可溶性的初生態(tài)二硅酸鈣。相反，在本發(fā)明中，平均直徑范圍為15微米至25微米，因此防止了任何蜜蠟石和天然硅鋁酸鹽顆粒溶解在上述無定形玻璃態(tài)基體中。本發(fā)明中的硬化機制與現(xiàn)有技術(shù)的硬化機制不同，因為不形成二硅酸鈣，而是主要在堿性陽離子(Na，K)+和鈣陽離子Ca++之間進行陽離子交換。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是說明一種地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其由無定形的玻璃態(tài)基體構(gòu)成，該基體內(nèi)嵌有蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒，所述顆粒的平均直徑小于50微米。在本發(fā)明的粘結(jié)料或水泥中，上述的無定形玻璃態(tài)基體包括聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物，其近似的化學(xué)式為(Na、K、Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)，或(Na、K、Na)-PSDS。所述聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物由Si∶Al原子比為2～5.5、Si∶Al原子比平均值為2.8～3的不同種聚硅鋁酸鹽的混合物構(gòu)成。所述地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥的其它組分如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒不納入到Si∶Al原子比的計算中。
該新型的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥是通過硬化活性混合物而制得的，該活性混合物包括a)強烈風(fēng)化了的花崗巖類型的殘余巖石，其中已深度進行了高嶺土化；b)鈣蜜蠟石玻璃(calcium mellilite glass)，其中玻璃部分超過了70％重量；c)可溶性堿性硅酸鹽，其中(Na、K)2O∶SiO2摩爾比范圍為0.5～0.8。
上述風(fēng)化了的花崗巖類型的殘余巖石由20～80％重量的高嶺石和80～20％重量的長石和石英巖殘余沙礫構(gòu)成。為了提高本發(fā)明中所描述的粘結(jié)料或水泥的地質(zhì)聚合性能，優(yōu)選在650℃～950℃的溫度范圍內(nèi)煅燒上述的殘余巖石。這就允許使用在開采煤的過程中產(chǎn)生的礦物廢料作為風(fēng)化了的花崗巖類型的殘余巖石。
在根據(jù)本發(fā)明制備粘結(jié)料和水泥的過程中，鈣蜜蠟石玻璃的晶粒尺寸分布的平均直徑為15微米～25微米，因此防止了這些蜜蠟石顆粒溶解于上述無定形玻璃態(tài)基體中。
優(yōu)選實施方案用電子顯微鏡顯微探針來對地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥進行科學(xué)分析。該技術(shù)的使用可以明確地確定含有下面三種主要組分的本發(fā)明水泥的化學(xué)成分-玻璃態(tài)基體，即對X射線發(fā)生衍射的無定形基質(zhì)；-鈣蜜蠟石玻璃的顆粒；-硅鋁酸鹽巖石(長石、斜長石、副長石、沸石、輝石、角閃石)顆粒和石英。
在隨后的實施例中將要說明本發(fā)明的粘結(jié)料或水泥。它們對于權(quán)利要求書中本發(fā)明的范圍不起限制作用。所述的份均為重量份。
實施例1
實施例2用含有下列組分的硅鋁酸鹽粉末制備第一混合物(A)-混合物A)硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5，Al2O2) 30份研磨至15～25微米的長石巖 50份研磨至15～25微米的鈣蜜蠟石30份向這些110份的混合物(A)中添加含有下列組分的活性混合物(B)-混合物B)硅酸鉀溶液，(以重量計)K2O26％，SiO221％，H2O53％30份水 15份人們注意到，長石巖和鈣蜜蠟石的平均晶粒尺寸較大，在15～25微米范圍內(nèi)，這與現(xiàn)有技術(shù)十分不同。除了上文已引用過的所有推薦平均晶粒尺寸小于10微米的專利之外，還可以引用Forss專利，其首次推薦使用堿對高爐爐渣進行活化，例如美國專利US4306912。在該Forss專利中，用其比表面表示的平均晶粒尺寸大于400m2/kg，優(yōu)選為500～800m2/kg，即小于10微米。
在室溫下使該混合物硬化。28天的壓縮強度為70MPa。然后用電子顯微鏡觀察該混合物。得到的地質(zhì)聚合物水泥由三個不同的部分構(gòu)成
a)玻璃態(tài)基體，b)鈣蜜蠟石顆粒，c)長石巖顆粒。
顯微探針分析給出了這三個部分的化學(xué)成分。這些測量結(jié)果的平均值給出了下面的原子比(括號中為最低值和最高值)a)玻璃態(tài)基體Si∶Al 2.854(2.047～5.57)K∶Al0.556(0.306～0.756)Si∶K6.13(3.096～9.681)Ca∶Al 0.286(0.107～0.401)Si∶Ca 15.02(4.882～41.267)b)鈣蜜蠟石顆粒表II給出了鈣蜜蠟石的化學(xué)成分和用電子顯微探針進行的15次測量的平均值(以重量計)。
表II
c)長石巖顆粒表III給出了長石巖的化學(xué)成分和用電子顯微探針進行的15次測量的平均值(以重量計)。
表III
首先注意到，在該玻璃態(tài)基體中，Si∶Al的平均值從1.65增加到了2.85，遠(yuǎn)高于實施例1)中的該比值。因此，額外的二氧化硅只能源自長石巖的硅質(zhì)部分，該部分的SiO2含量從74.16降低到66.05(見表III)。然而，根據(jù)表II，在混合之前對鈣蜜蠟石進行的化學(xué)分析值和15次顯微探針測量的平均值之間沒有區(qū)別；SiO2量保持在約35.5。換句話說，該實施例2)的玻璃態(tài)基體中發(fā)現(xiàn)的二氧化硅不是源自于鈣蜜蠟石，而僅僅是源自于長石巖。與現(xiàn)有技術(shù)的水泥不同，沒有二硅酸鈣Ca(H3SiO4)2生成。
其次，注意到表II中鈣蜜蠟石顆粒中的K2O量增加了3倍，從0.5增至1.55，對于某些顆粒，該值能夠達(dá)到4.11，甚至8.2。另一方面，CaO的量從42變化到37.5。現(xiàn)在可以理解為什么在該實施例2)的玻璃態(tài)基體中的鉀K量少于實施例1)的基體中的鉀的量。該活性介質(zhì)中存在的部分鉀被固定在鈣蜜蠟石的顆粒中，以取代在地質(zhì)聚合物玻璃態(tài)基體中現(xiàn)有的鈣原子。對于鈣蜜蠟石來說，在室溫下硬化表明了其CaO含量降低了10～20％重量，同時K2O含量增加了100～500％(平均300％)重量，其它組分如SiO2、Al2O3和MgO的含量不變。這種互換完全出乎意料，因為現(xiàn)有技術(shù)中不能預(yù)見到該機制。人們猜想這主要是由于鈣蜜蠟石的晶粒尺寸比現(xiàn)有技術(shù)中的要大，源于長石巖的二氧化硅的溶解速率比二硅酸鈣的溶解速率要快得多。只有少量的鈣有時間離開蜜蠟石顆粒，并立即被某些量的鉀所代替。
另一個出乎意料的事實是，在該機制結(jié)束時形成了機械強度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)聚合物水泥。因此，在WO98/31644的公開文本中，28天壓縮強度為30～60MPa，而在該實施例2)中為80～100MPa。因此，(K、Ca)-聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)(K、Ca)-PSDS類型的地質(zhì)聚合結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有技術(shù)的(K、Ca)-聚(硅鋁酸鹽-硅氧基)(K、Ca)-PSS類型的地質(zhì)聚合結(jié)構(gòu)的機械堅固度高50％～60％。
實施例3取與實施例2)中相同的活性混合物，但是在(A)混合物中添加45份而不是30份的平均晶粒尺寸為15～25微米的鈣蜜蠟石。其它條件不變。地質(zhì)聚合物水泥的28天壓縮強度為120～130MPa。
使用天然產(chǎn)生的含有這兩種組分的地質(zhì)產(chǎn)物，而不是象在實施例2)中那樣制備硅鋁酸鹽氧化物和長石巖的混合物。事實上，現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)我們通過在650℃～950℃煅燒高嶺石來得到硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5，Al2O2)。高嶺石材料是長石風(fēng)化了的產(chǎn)物，并在天然風(fēng)化了的花崗殘余巖石中找到。該風(fēng)化了的花崗殘余巖石由20～80重量百分比的高嶺石、80～20重量百分比的長石，和含有活性二氧化硅的石英巖殘余沙礫構(gòu)成。
為了獲得最大活性，在650℃～950℃的溫度范圍內(nèi)對高度高嶺土化的風(fēng)化花崗巖殘余巖石進行煅燒，一方面將長石和石英巖部分研磨至平均晶粒尺寸為15～25微米，另一方面高嶺石部分自然就具有十分小的顆粒尺寸。
實施例4再取實施例3)中的活性混合物，但是添加100份起初含有35％重量的高嶺土的殘余花崗巖，來替代混合硅鋁酸鹽氧化物和長石巖。將該花崗巖在750℃煅燒3小時，然后研磨至長石部分和石英巖部分的平均晶粒尺寸為15～25微米。其它條件不變。地質(zhì)聚合物水泥的28天壓縮強度為125MPa。
實施例5選擇開采煤的廢料作為深度高嶺土化的強烈風(fēng)化花崗巖類型的殘余巖石。世界上，煤礦脈常常被限制在高嶺土化花崗巖的地質(zhì)層之間。有時，當(dāng)煤天然燃著時，發(fā)出的熱量足以將高嶺土轉(zhuǎn)變成硅鋁酸鹽氧化物(Si2O5、Al2O2)。這樣的天然層存在于澳大利亞，但是未被開采。另一方面可以有益地煅燒高嶺土化的煤礦開采廢石。該類型巖石的化學(xué)分析如下煤 3.07SiO263.71Al2O313.44Fe2O3+FeO4.72MgO 2.31CaO 2.72Na2O 1.88K2O2.40H2O+ 3.20H2O- 1.34它含有約25％的斜長石(長石)、30％的石英、10％的閃石、27％的高嶺石、3％的煤和6％的其它組分。
將其在750℃煅燒3小時，然后研磨至平均晶粒尺寸為15～25微米。
然后制備如下的活性混合物a)高嶺土化的煤開采廢料 90份b)研磨至15～25微米的鈣蜜蠟 30份c)硅酸鉀溶液(以重量計)K2O26％，SiO221％，H2O53％ 30份水 20份。
在室溫下硬化。7天壓縮強度為40Mpa，28天壓縮強度為105Mpa。在10％的溶液中測量的地質(zhì)聚合物水泥的平衡pH值為7天后pH＝12.14，28天后pH＝11.85。
比較傳統(tǒng)的波特蘭水泥與根據(jù)本發(fā)明的地質(zhì)聚合物水泥的能耗和溫室效應(yīng)氣體CO2的釋放量很有趣。
能耗，MJ/噸類型 煅燒 粉碎 總計波特蘭水泥3200 4303430地質(zhì)聚合物水泥600 390990
溫室效應(yīng)氣體釋放量，CO2噸/噸波特蘭水泥 1.00地質(zhì)聚合物水泥 0.15～0.20制造其中無定形玻璃態(tài)基體由聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物構(gòu)成的地質(zhì)聚合物水泥需要的能量比制造波特蘭水泥需要的能量少3.5倍；此外，釋放出的溫室效應(yīng)氣體CO2也少5～6倍。上述地質(zhì)聚合化合物的近似化學(xué)式為(Na、K、Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)或(Na、K、Na)-PSDS。因此根據(jù)本發(fā)明的水泥的工業(yè)化利益很顯然。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的工作者可以對該地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥進行各種改變，上述的方法只是示例，沒有背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其由無定形的玻璃態(tài)基體構(gòu)成，該基體內(nèi)嵌有蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒，所述顆粒的平均直徑小于50微米，其特征在于所述的無定形玻璃態(tài)基體包括聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物，其近似的化學(xué)式為(Na、K、Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)或(Na、K、Na)-PSDS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于所述聚(硅鋁酸鹽-二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物由不同種類的聚硅鋁混合物構(gòu)成，其中Si∶Al原子比為2～5.5，Si∶Al原子比的平均值接近于2.8～3，所述地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥中的其它組分如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒沒有納入該Si∶Al原子比的計算中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任意一項的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在所述無定形玻璃態(tài)基體中，用電子顯微探針分析測量的Si∶(Na、K)原子比的平均值接近于6，例如在3.096至9.681之間變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在所述無定形玻璃態(tài)基體中，用電子顯微探針分析測量的Si∶Ca原子比的平均值接近于15，例如在4.882至41.267之間變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在鈣蜜蠟石玻璃的晶粒分布中，玻璃的平均晶粒直徑為15微米至25微米，因此防止了這些蜜蠟石顆粒溶入所述無定形玻璃態(tài)基體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于在室溫下的硬化過程中，鈣蜜蠟石的CaO含量降低了10～20％重量，同時K2O含量增加了100～500％(平均300％)重量，其它組分如SiO2、Al2O3和MgO的含量不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于所述的硅鋁酸鹽顆粒和所述的石英顆粒起源于風(fēng)化的花崗巖類型的殘余巖石。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥，其特征在于所述風(fēng)化的花崗巖類型的殘余巖石來自于采煤的廢料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項的地質(zhì)聚合物水泥，其特征在于在其制造期間產(chǎn)生極少量的溫室效應(yīng)二氧化碳CO2氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)聚合物水泥或粘結(jié)料，其含有由聚(硅鋁酸鹽－二硅氧基)類型的地質(zhì)聚合化合物構(gòu)成的無定形玻璃態(tài)基體，該化合物具有近似的化學(xué)式(Na、K、Ca)(－Si－O－Al－O－Si－O－Si－O)或(Na、K、Na)－PSDS。其由不同種類的聚硅鋁酸鹽的混合物構(gòu)成，其中Si∶Al原子比為2～5.5，用電子顯微探針測量的Si∶Al原子比的平均值接近于2.8～3。該地質(zhì)聚合物粘結(jié)料或水泥中的剩余組分，如蜜蠟石顆粒、硅鋁酸鹽顆粒和石英顆粒沒有納入該Si∶Al原子比的計算中。該(K、Ca)－聚(硅鋁酸鹽－二硅氧基)(K、Ca)－PSDS類型的地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有技術(shù)的(K、Ca)－聚(硅鋁酸鹽－硅氧基)(K、Ca)－PSS類型的地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)的機械堅固度高50％～60％。
文檔編號C03C14/00GK1649804SQ03809690
公開日2005年8月3日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月27日
發(fā)明者約瑟夫·達(dá)維多維茲, R·達(dá)維多維茲 申請人:紅獅子水泥技術(shù)有限公司