CN105658597A - 轻质混凝土和砂浆 - Google Patents
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Abstract
轻质砂浆和混凝土包括水硬型聚合物和轻集料，该水硬型聚合物包括不同比例的纯波特兰熟料、石膏和普通玻璃，其以微粉化方式混合在一起直到实现元素的机械合金化，该轻集料的粒径和比例取决于所得的产品是砂浆或混凝土，该砂浆或混凝土密度低，主要具有泡沫玻璃或arlite、珍珠岩、蛭石、矿渣、发泡聚乙烯和/或毛玻璃的玻璃砂和/或硅砂或石灰石砂和/或颗粒化的塑料砂。
Description
技术领域
本发明的目的在于获得玻璃水泥和轻集料的水硬型聚集的混合物以便获得具有优异性质的轻质混凝土和/或砂浆，该轻集料由泡沫玻璃和/或其它有机和无机元素、封留的空气和发泡剂组成，并且目的总在于通过使用废料以便因此将废料包含在循环链中而使这些混合物具有生态本质。
背景技术
利用波特兰水泥，或用封留的空气、发泡剂或包括有机和无机元素甚至泡沫玻璃开发轻质混凝土是公知的，并且有许多开发轻质混凝土的研究和专利，还已知玻璃和波特兰水泥之间产生的不利影响，参考碱硅反应。然而，不同的参与者已经测试该反应的抑制作用，甚至有专利(USA6616752)使用其它方法使该抑制作用最小化。
在实验室测试后，基于微粉化玻璃将凝聚体施加在泡沫玻璃上的效果，并且为了证实没有产生碱硅反应(根据UNE146508:1999EX所述的碱反应)，可以进行测试和建构方法从而使实际应用及其市场化成为可能。此外，在本发明中考虑使用轻质混凝土和砂浆工业中所用的其它有机和无机元素、发泡剂或空气。
根据专利ES2339910B1的制造方法和权利要求书获得的具有不同比例及根据百分比的应用的水硬型凝聚物总是用作本发明的水硬型凝聚物。本发明建议之前引用文献的研发作为用于获得或多或少的轻质混凝土和砂浆的系统(与进行该文献的研发为同一发明人)，该轻质混凝土和砂浆具有水硬型凝聚体的混合物，密度低并且来自工业和生活垃圾，该混合物基于不同比例的玻璃粉末和波特兰熟料、石膏和氧化铝根据制造方法微粉化和合金化，包括不同粒径的泡沫玻璃以及其它材料。
本发明结合前面引用的关于泡沫玻璃和其它材料的技术以及基于微粉化玻璃的凝聚物的技术的2个技术以便获得新型轻质砂浆/混凝土，由于化合物的微粉化玻璃转化成碱集料反应的抑制剂，因此该新型轻质砂浆/混凝土与水泥中的碱的反应是非常稳定的。
同时，在确定的情况下，考虑在聚合物中包含合成纤维和从家用塑料袋(低密度聚乙烯)提取的塑料带以便增加本发明对生态和环境的重要性，同时增加内部稠度、强度和成形控制，尽管如前面的专利所证明，值低于28～30微米的微粉化玻璃的强大的火山灰性质表明水合热下降非常显著，因此，在成形中水合热下降也非常显著。
基于碱硅反应的抑制作用，看起来非常有趣并且已经研究和在许多情况下抵制与波特兰水泥包含在一起的另一补充是用碱石灰玻璃砂或来自CRT电视和计算机的屏幕的另一类专门回收的废玻璃代替细骨料部分。许多国家生产砂为在其生产中不大量回收并且一般终结于填埋场中的玻璃废品提供了解决方案。也考虑了包含塑料颗粒作为细骨料元素。
其它相关专利文献：
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发明内容
本发明涉及一种水泥基凝聚物混合物，该水泥基凝聚物混合物通过由玻璃、波特兰熟料(灰色的或者白色的)、石膏、氧化铝形成的成分的干法机械合金化，并且共同合金化材料的整体复合物最后与水混合获得，这通过此所提出的混合物与形成该混合物的元素的可变性以一定比例适应各建设性用途，并且用制造其它用途的砂浆和混凝土中常用的低密度硅质集料或石灰石集料进行部分或全部替代，从而获得切块，面板，覆盖物和/或轻质混凝土和/或砂浆结构，并且应用在建筑领域，具有下面的性质和优势，其中：
-减轻了结构的固定负载；
-通过隔墙在所有类型的建筑物中进行划分；
-在地板或板坯中拉平楼层；
-使结构防火；
-声学和热防护；
-离子和核辐射防护；
-废料使用；
-通过染色用作装饰性材料。
具体实施方式
泡沫玻璃(将会作为最新的元素进行解释，)也称为膨胀玻璃，为最近出现的建筑元素，由烧制的玻璃粉末产生。其基本用作热隔离或用作防火保护，同时用于在非常潮湿需要维持好的无菌条件的地方的假天花板中。材料在融合通常来自回收的白玻璃或有色玻璃的混合物的玻璃粉末之后获得。通过热化学处理，使玻璃粉末变松，在部分真空中产生气泡，由此获得热导率非常低(大约0.048W/m℃)的材料。用烧制过程后得到的浆料获得块尺寸不同的切片或切成商用切片的面板，该商用切片的尺寸取决于其用途，宽度在30～50cm之间，长度在50～100cm之间，切片的厚度为1.3～4cm。
这种材料与火山岩形状和重量类似，但具有更多孔隙结构。该泡沫玻璃面板是刚硬的并非常轻：热隔离面板的正常密度是157-170kg/m3，而用作假天花板，更耐受，密度为450kg/m3。由于该材料封闭的泡沫或孔隙彼此不连接的事实，该材料不透水并且不透水蒸气，是非常好的热隔离物。该材料也是不易燃的并且非常耐火。泡沫玻璃的另一特征在于，由于泡沫玻璃是由玻璃专门形成的材料，该泡沫玻璃是无菌的和防腐蚀的，这是其用于实验室、医院或健康中心的假天花板的原因。
由具有波特兰水泥的混凝土(包括作为石材的替换物的泡沫玻璃)制造的面板或元件的主要问题在于碱，因为其通常存在于水泥和一些类型的石膏中，由此主要问题也在于碱与泡沫玻璃或膨胀玻璃(尤其是砂浆和混凝土)的兼容性，所以必须合宜地处理碱。下面的专利EP0292424和US6752661清楚地陈述了泡沫玻璃的制造方法。
其他轻质材料：浮石、酚醛树脂、含硅藻的板岩、天然纤维、植物残体、火山玻璃、蛭石，珍珠岩和arlite以及其它低密度材料适于与本发明的水硬型聚合物制备轻质混凝土和砂浆，从而在胶凝混合物中使用不同比例的玻璃寻求不同的建设性应用和用途。
为了实现稳定和耐受的混合物，测试了不同体积数量的泡沫玻璃以及不同百分比的玻璃/熟料和水/水泥，加上石膏，加上氧化铝。即使通过将天然硅质细骨料或天然石灰石细骨料、毛玻璃本身(其完全或部分替代)完全或部分地引入研磨泡沫材料中产生的细骨料中，也会同时改变泡沫玻璃的粒径。此成分混合物具有大量的玻璃，因为如果将作为砂供应的泡沫玻璃，微粉化玻璃和可能的玻璃加起来，可以获得具有显著数量的回收玻璃的凝聚物，同时在混凝土中包括大量的非晶态SiO2。
集料或细骨料元素、天然砂、硅或石灰石或玻璃砂或塑料颗粒在其作为从研磨泡沫玻璃得到的细骨料的替代物的可能用途中，粒度曲线与下面的数据相等或非常接近：
在其全部范围内，在波特兰水泥中使用多种添加剂，并且本发明不排除选择性地使用添加剂。在所有的情况中并且考虑玻璃最大值为90％，最小值为10％，对应100％的熟料加上石膏，加上氧化铝或其它添加剂。
泡沫玻璃的平均抗压强度为大约6M/mm2。下表列举了根据玻璃/熟料加上石膏加上氧化铝的聚合物的根据规则UNE2002的机械强度，其等效于根据获得的强度的不同类型的水泥。
根据UNE2002规则的机械强度
表1
基于对前面表1的观察，可以使用下面的百分比，其中，对于该应用：
微粉化玻璃/熟料+石膏+氧化铝(或其最耐受的等效水泥，CEMI52.5–42.5–32.5R或S(根据表1中包含的UNE规则)加上其氧化铝部分)通过机械方法合金化，并且颗粒尺寸为0.1至28微米，优选1至10微米。还可以预先分别地或成组地研磨成规定的粒径，然后再进行成分的密切混合，虽然相对于通过将所有成分以机械方法同时合金化进行制备，强度下降，但是，由于该技术作为有效的工具以及商业上更简化，为了以分开方式得到不同成分，任何情况下都不抵制该技术。
玻璃/熟料+石膏+可选的氧化铝的百分比为：
90/1080/2070/3060/4050/5040/6030/7020/8010/90
可以观察到，通过90/10至10/90的所有中间值，可能性是多样的，并且可以获得的强度也是多样的，这免除为获得较大的初始强度而添加不同百分数的天然或人造氧化铝、硅灰或其它活化剂(金属焙烧的高岭土、硅灰等)。
想要添加至本发明的非常新的另一活化剂为粒径为0.1至0.5微米的超细玻璃，所述超细玻璃在氧化铝球研磨机或其它研磨机中的玻璃微粉化中从套管过滤器中提取(尽管可以通过调节动态分离器或用超细颗粒的专用动态分离器产生平行线路，并且修改这些磨粉机的球的尺寸实现)，该超细玻璃也可以在市场上存在的无限量的型号和品牌的专用水平或竖直研磨机中获得。
该活性剂中SiO2最小值为65％并且处于非晶态，因此，在一定程度上，其可以被接纳作为所谓的“硅灰”。可以将百分比大于约20–30％的硅灰的活性剂添加至混凝土中以便完成非常类似的任务。
虽然可能的范围非常宽，但是，当水泥基混合物中玻璃成分的百分比变化时，在该测试中，选择百分比33/67，该测试包括整个制备方法(包括氧化铝)，因为在进行的火山灰性测试中，在365天(表3)后继续维持火山灰性质并且甚至玻璃百分比仅占混合物的33％。此外，抗压强度和抗弯强度都是最显著的，表2可以证明。
根据UNE-EN196-1:1996的机械强度
该材料的测试，根据UNE196-1:1996的(33/67)机械强度
表2
火山灰性测试，根据UNE-EN196-5:1996
表3
可以观察到火山灰性质并且强度级数提高，尽管在该测试中仅捕获了90天，火山灰性质持续增加至超过365天，该性质对此应用时非常积极的，因为：
-其提高了中期和长期的机械性质；
-其提高了对硫酸盐的耐受性；
-其显著地提高了对碱硅反应的耐受性；
-其提高了抗渗性；
-其降低了钢筋的腐蚀，并且碱性pH大于12；
-其减少了水合热；
-其具有高韧性。
在已知的可能中间值之一中，通过凝聚物材料的特征，会确定泡沫玻璃的可能粒径，可以使用由不同制造方法获得的不同尺寸的圆形颗粒或切块。
为了得到该粒径，用具有长钉的筒辊磨研磨泡沫玻璃，并且随后筛选并称量不同的粒径，并获得想要的粒径曲线。可以确定(根据表2)，通过相同的粘合剂，泡沫玻璃的数量和粒径会决定其压力和抗弯强度特征、比重、热导率、耐火性、隔音等，因此，可以根据想要的轻砂浆或混凝土的特定应用的变化而进行选择。
玻璃水泥和泡沫玻璃的可能的混合物使该化合物具有中期和长期亮度和强度，闭合的孔隙、对化学品的高度耐受性、热绝缘性、非常可塑的混合物、易于泵送的能力和各种用途。
可以用泡沫玻璃和玻璃水泥加上其添加剂以调节成分(玻璃：数量和粒径，熟料或水泥：类型或数量，石膏：数量和粒径，氧化铝：类型，数量和粒径，纤维：有机和无机，天然和轻集料，天然和人造集料，水：数量)并且通过前面的测试实现任何轻质或传统的混凝土结构。
参考测试
首先，所使用的泡沫玻璃的特征如下：
-密度170kg/m3
-抗压强度7N/mm2
-泡沫玻璃的粒径组合物。在该典型情况中，已经选择了下面的粒径组合物：考虑富勒曲线和强占一些位置：
o0-1mm…150kg/m3泡沫玻璃…对应30％部分
o1-4mm…100kg/m3泡沫玻璃…对应20％部分
o4-16mm…250kg/m3泡沫玻璃…对应50％部分
混合物的成分和数量：
-455kg/m3水泥CEM52.5R
-粒径为14微米的135kg/m3微粉化玻璃
-粒径为0.5微米的25kg/m3超细玻璃
-2.5kg/m3发泡剂
-260L/m3水
-0.9kg/m3合成纤维
-500kg/m3不同粒径的泡沫玻璃。
除了泡沫玻璃，所有材料已经在设有混合器的混凝土设备中密切混合，随后，将泡沫玻璃加入该混合物中并且振动，用三组测试样本进行以便获得平均值。
在测试中用三组测试样品获得的平均结果：
进行测试：
根据UNE196-1:1996的机械强度
| 天数 | 28 | 90 |
| 抗压强度 | 32N/mm2 | 38N/mm2 |
| 抗弯强度 | 4.6N/mm2 | 5.4N/mm2 |
导热率.....................................0.39W/m.K
动态模数...........................................8,700N/mm2
干重.....................................................1230Kg/m3
使用所获得的这些值，并且考虑所使用的粒径曲线和可能使用其它比例的在混合物中存在的所述元素，包括其它添加剂，会产生可变性非常广泛的不同产品和专用于建筑世界的应用。
在该特定情况中，混凝土的密度明显低于1.35T/m3，抗压强度为轻集料混凝土的4至6倍，同时强度从28天不断生长并且持续超过一年，且针对冷/热的绝缘性能比轻集料混凝土大20％～40％。
通过使用基于细骨料和超细玻璃的、pH大于12的、具有投入物和前面列举的性质的聚合物增强这些性质。
已经充分描述本发明的性质以及非优选的典型实施例，尽管对本发明的质量是重要的，在此声明，为了合适的目的，只要其不涉及权利要求书所要求保护的本发明的主要特征的变动，就可以修改所描述的材料、形式、尺寸和元素设置。
Claims (17)
1.一种轻质砂浆和混凝土，其包括水硬型聚合物和轻集料，所述水硬型聚合物和轻集料的粒径和比例取决于所得产品是砂浆或混凝土，其特征在于：
1)成为所述砂浆或混凝土的一部分的聚合物包括：
a.不同比例的纯波特兰熟料、石膏和普通玻璃(有色玻璃和透明玻璃的混合物)，这些基本成分以微粉化方式混合在一起直到实现这些元素的机械合金化并且选择性地添加如下物质的粉末：氧化铝、硅灰和/或超细玻璃；或
b.波特兰水泥，强度为：CEMI52.5–42.5–32.5N或R，白色和灰色，与普通玻璃(有色玻璃和透明玻璃的混合物)紧密混合，并且将不同比例的基本成分的混合物一起微粉化，直到实现这些元素的机械合金化并且选择性地添加如下物质的粉末：氧化铝，或硅灰，和/或超细玻璃；
2)所述集料包括：
a.低密度集料、天然或人造，主要的泡沫玻璃或：arlite、珍珠岩、蛭石、矿渣、发泡聚乙烯和其它轻集料，以及封留的空气和引气剂；和/或
b.毛玻璃砂和/或硅质砂或石灰石砂和/或颗粒状塑料砂。
2.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，所使用的波特兰熟料类组合物为：
-SC3硅酸三钙40-50％
-SC2硅酸二钙20-30％
-AC3铝酸三钙10-15％
-AFE4铁铝酸四钙5-10％
并且，对于波特兰熟料，铁氧化物(Fe2O3)的百分比比例低于0.4％。
3.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，基本凝聚物的成分的投入物包括：最少10％，最多90％的玻璃，并且补充性地最多90％的熟料、石膏和氧化铝或在玻璃为最小值10％时，强度为CEMI52.5–42.5–32.5N或R的波特兰水泥和氧化铝。
4.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，所述凝聚物的成分包括下面的物质：合成纤维和/或添加剂：增塑剂，稳定剂，超塑化剂，活化剂和防水产品。
5.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，引入所述凝聚物中的玻璃可以可选地为：普通玻璃、碱石灰玻璃、家用或工业玻璃，或另外的玻璃，存在于所述组合物中的铅的量不超过5％。
6.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，引入所述凝聚物中的基本成分通过机械方法合金化，直到实现最终粒径为0.1微米～30微米，优选15～20微米，并且最佳为0.1～10微米。
7.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，可选地并且以单独或结合方式，所述轻质砂浆和混凝土包括下面的添加剂：
a)氧化铝，比例不大于聚合物中存在的波特兰熟料重量的5％，优选为铝酸钠的形式；
b)硅灰，比例不大于凝聚物中存在的波特兰熟料重量的5％，并且平均粒径为0.1微米；
c)超细玻璃，粒径不大于0.5微米，并且百分比不大于聚合物中存在的波特兰熟料的20％；
d)超细玻璃，粒径不大于0.5微米，100％用作混合物的单一玻璃添加剂。
8.根据权利要求4所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，将微量或大量的所述合成纤维引入具有所述轻集料的所述水硬型凝聚物中，变成轻混凝土或轻质砂浆的一部分，对于轻混凝土，用量达到0.5～0.9kg/m3，对于轻质砂浆，达到1.5～2kg/m3。
9.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，并入凝聚体中的所述低密度集料为泡沫玻璃，其密度为180～225kg/m3。
10.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，并入凝聚体中的所述低密度集料为泡沫玻璃，其密度为400～450kg/m3。
11.根据权利要求8或9所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，所述泡沫玻璃构成所并入的总集料的至少30％。
12.根据权利要求8或9所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，研磨所述泡沫玻璃以便获得斜面，及0～50mm或更多的不同的粒径，对于组合物的粒径曲线筛选不同的尺寸。
13.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，集料或细骨料元素、天然砂、硅或石灰石或玻璃砂或颗粒化塑料在作为从泡沫玻璃的研磨中得到的细骨料的替代物的可能用途中，粒径曲线等于或非常接近下面的数据：
14.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，混合物中使用的泡沫玻璃的抗压强度大于3N/mm2。
15.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，具有轻集料的所得建筑元素的抗压强度大于8N/mm2。
16.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，应用的混凝土和砂浆的实现的建筑元素的所得导热率低于0.50W/m.K。
17.根据权利要求1所述的轻质砂浆和混凝土，其特征在于，为了获得凝聚体，强度为CEMI52.5–42.5–32.5N或R的白色或灰色水泥与微粉化玻璃和/或超微粉化玻璃以所有的比例可选地混合。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160608 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |