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CN110662725A - 制造和施加非波特兰水泥基材料的系统和方法 - Google Patents

制造和施加非波特兰水泥基材料的系统和方法 Download PDF

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CN110662725A
CN110662725A CN201680091884.3A CN201680091884A CN110662725A CN 110662725 A CN110662725 A CN 110662725A CN 201680091884 A CN201680091884 A CN 201680091884A CN 110662725 A CN110662725 A CN 110662725A
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CN201680091884.3A
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尤金·詹姆斯·卡马利
安德烈亚斯·施雷尔
罗勃·乔治·本兹
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En Tech Co
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Abstract

提供一种用于施加建筑材料的系统和方法。该方法可包括在分批和混合装置中混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂，以产生非波特兰水泥基材料。该方法还可包括将非波特兰水泥基材料通过导管从混合装置输送到喷嘴，并将输送的非波特兰水泥基材料与喷嘴处的液体混合以产生部分液化的非波特兰水泥基材料。该方法还可包括将部分液化的非波特兰水泥基材料气动地施加到表面。

Description

制造和施加非波特兰水泥基材料的系统和方法
技术领域
本公开涉及建筑材料，更具体地，涉及制造和施加建筑材料的方法。
背景技术
在下水道整修和混凝土修复和建造领域中的现有方法可涉及喷射混凝土的应用，喷射混凝土可被气动地投射到需要修理或建造的表面。该喷射混凝土包括在基础混凝土中可找到的材料，例如砂、波特兰水泥和液体。在特定工作现场，该喷射混凝土可以采用干混施加或湿混施加的形式。短语“干混”通常涉及将在干燥状态下的一些或所有材料通过软管气动转移到喷嘴，操作者可以控制在物质的投射之前在喷嘴处将液体施加到喷嘴处的干混合物。相反，短语“湿混”通常涉及在投射之前将先前混合的包括液体的混凝土通过软管转移。
一些公司已经尝试改变喷涂混凝土的材料成分以获得某些益处。因此，一些方法可能涉及使用矿物聚合物。然而，由于这些产品中固有的有机材料，这些材料经常受到腐蚀。例如，
Figure BDA0002106811190000011
在其GeoSprayTM和GeoSprayTMAMS系列产品下生产各种产品。AMS产品可以作为GeoSprayTM产品的预处理和/或后处理应用。GeoSpray是波特兰水泥基，仅含有一小部分矿物聚合物。该混合物不是酸稳定的。AMS含有有机物，可以抵抗酸对波特兰水泥基混凝土的影响，以及波特兰水泥基材料中的微生物诱导腐蚀。
发明内容
在第一实施方式中，提供了一种施加建筑材料的方法。该方法包括在分批(batch)和混合装置中混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂，以产生非波特兰水泥基材料。该方法还包括将非波特兰水泥基材料通过导管从分批和混合装置输送到喷嘴，将输送的非波特兰水泥基材料与喷嘴处的液体混合，以产生部分液化的非波特兰水泥基材料。该方法还包括将部分液化的非波特兰水泥基材料气动地施加到表面。
可以包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，矿物聚合物材料是火山岩粉或浮石中的至少一种。碱基粉末可包括硅酸盐。混合可以为干混合。非波特兰水泥基材料可以是无机的。混合可以在移动式分批和混合车辆上进行。非波特兰水泥基材料可包括粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、苦橄岩、钾长石、钠长石、浮石、沸石中的至少一种。混合可包括在便携式枪上混合，该便携式枪配置成从分批和混合装置接收非波特兰水泥基材料。非波特兰水泥基材料的组分可包括约2500cm2/g至5000cm2/g的布莱恩细度值。
在另一个实施方式中，提供了一种用于施加建筑材料的系统。该系统可包括分批和混合装置，其被配置成分批和混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂以产生非波特兰水泥基材料。该系统还可包括导管，其被构造成从分批和混合装置输送非波特兰水泥基材料。该系统还包括喷嘴，其被构造成接收非波特兰水泥基材料并将输送的非波特兰水泥基材料与液体混合以产生部分液化的非波特兰水泥基材料，其中喷嘴进一步配置成将部分液化的非波特兰水泥基材料气动地施加到表面。
可以包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，矿物聚合物材料是火山岩粉或浮石中的至少一种。碱基粉末可包括硅酸盐。混合可以为干混合。非波特兰水泥基材料可以是无机的。混合可以在移动式分批和混合车辆上进行。非波特兰水泥基材料可包括粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、苦橄岩、钾长石、钠长石、浮石、沸石中的至少一种。混合可包括在便携式枪上混合，该便携式枪配置成从分批和混合装置接收非波特兰水泥基材料。非波特兰水泥基材料的组分可包括约2500cm2/g至5000cm2/g的布莱恩细度值。
在另一种实施方式中，提供了一种非波特兰水泥基建筑材料。非波特兰水泥基建筑材料高炉矿渣材料、火山岩粉、碱基粉末和砂。在一些实施方式中，碱基粉末可以是硅酸盐。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的配置成分批、混合和施加非水泥基材料的移动系统的侧视图；
图2是根据本公开的实施例的配置成分批、混合和施加非水泥基材料的移动系统的侧后视图；
图3是描绘根据本公开的实施例的与非水泥基的施加过程一致的操作的流程图。
各附图中的相同参考符号可指示相同构件。
具体实施方式
本公开的实施方式涉及具有碱激活粘合剂(即非波特兰水泥基)的建筑材料，以及制备和施加该建筑材料的系统和方法。尽管在混凝土修复的背景下讨论了本文包括的许多实施例，但应注意本文所述的建筑材料可用于任何合适的应用中。其中一些可能包括但不限于下水道修复工程、任何遭受酸侵蚀的混凝土结构等。
参考图1，示出了移动式分批和混合车辆100，其具有多个与其相关联的容器、隔室和装置。在一些实施例中，车辆100可包括第一容器102，其可配置成存储砂或其他材料。存储单元104可以配置为存储水或其他液体。车辆100还可以包括分批和混合装置106，其可以包括多个部件，其中一些部件可以包括但不限于第二容器108，可调节的输送机构110和便携式枪212。如图2所示，便携式枪212可通过导管或软管216连接到喷嘴214。
在一些实施例中，移动式分批和混合车辆100可配置成分批、混合和施加非波特兰水泥基建筑材料。该材料可以在车辆上(例如在分批和混合装置106内)分批和混合，或者在被放置在第二容器108内之前分批和混合。该材料可以被输送到喷嘴214，在那里它可以在被施加于需要施工或修复的表面之前与来自储存单元104的液体混合。非波特兰水泥基建筑材料的细节将在下面进一步详细讨论。
在一些实施方式中，与现有材料相比，本文所述的非波特兰水泥基建筑材料可具有更好的强度值，对无机酸和有机酸的高耐受性和无反应性以及额外地高的早期强度值。非波特兰水泥基建筑材料可显示出改善的耐高温性，以及显著的更高的强度和耐久性。在一个实例中，非波特兰水泥基建筑材料可具有优异的耐强无机酸性。此外，由非波特兰水泥基建筑材料制成的产品可具有优异的抗压强度和非常低的导热率。该材料可包括在分批和混合装置中的高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂的干混合物(例如粘合剂混合物)，以产生非波特兰水泥基材料。在一些实施方式中，粘合剂混合物可用于产生非波特兰水泥基材料。
在一些实施方式中，粘合剂混合物可包括4％-45％(重量百分比)的火山岩，0％-40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％-45％(重量百分比)的碱性组分，选自以下组中的一种或多种：硅酸钠、碱氢氧化物、碱碳酸盐及其混合物，以及20％-90％(重量百分比)的聚集体。在一些实施方式中，粘合剂混合物可以包含污染物形式的硫酸盐(SO4 2-)，其含量小于1％(重量百分比)。在一些实施方式中，钙可以以氧化钙(CaO)的形式包含在粘合剂混合物中，其含量不超过5％(重量百分比)。
在一些实施方式中，非波特兰水泥基建筑材料可包括各种类型的矿物聚合物材料。矿物聚合物材料可包括但不限于火山岩。因此，术语“矿物聚合物材料”和“火山岩”可以在本公开的范围内互换使用。这些矿物聚合物材料中的一些可包括但不限于火山灰材料，其可与强碱反应并将该混合物与砂和/或砂砾混合。火山灰或火山灰材料可以是由二氧化硅、粘土、石灰石、氧化铁和碱性物质制成的合成或天然岩石，其可以通过热的作用获得。当与氢氧化钙和水结合时，它们可以形成键结合。天然火山灰(火山灰)可以是岩浆岩，诸如德国的火山凝灰岩或莱茵河砾石，但也可以是含有高含量可溶性硅酸的沉积岩，有时也可以是活性氧化铝(粘土)。在一些实施方式中，火山灰可以是易于获得的原料，并且可以用作非波特兰水泥基建筑材料中的火山岩或矿物聚合物材料。也可以使用诸如火山岩或其他一些的天然材料，然而，如果以较小的部分使用非常细的粉末(例如这样的火山岩粉)，这可能更理想。
在一些实施方式中，非波特兰水泥基建筑材料可包括任何数量的火山灰材料，其中一些可包括但不限于细磨的粘土、片麻岩、花岗岩、流纹岩、安山岩、苦橄岩、钾长石、钠长石、浮石、沸石等，以及它们的混合物。这些材料可以以研磨形式、煅烧和/或非煅烧使用。另外和/或替代地，含有足够量的活性(例如亚稳态，玻璃质)SiO2和Al2O3，包括但不限于灰、火山灰、矿渣的所有原材料也可适用于本发明的实施方式。
在一些实施方式中，非波特兰水泥基建筑材料可包括潜在水硬化材料。本文所用的潜在水硬化材料可包括但不限于飞灰、高岭土、火山灰、粒状矿渣(例如高炉矿渣材料)和/或其混合物。在一个实例中，可以使用褐煤飞灰和无烟煤飞灰形式的飞灰。在一些实施方式中，火山灰材料可包括活性硅酸盐，如矿渣砂或飞灰。在一些实施方式中，来自燃烧无烟煤或褐煤的发电厂的砖灰(烧制粘土)或飞灰可称为合成火山灰。因此，如本文所用的术语“飞灰”可以指非天然或合成的火山灰。在一些实施方式中，飞灰的特别有利的性质可以由二氧化硅与氧化铝与氧化钙的有利比例引起，这可以区分这些物质。然而，如下面将更详细讨论的，飞灰可含有部分硫酸盐和/或氧化钙。因此，如果在粘合剂混合物中使用飞灰，可以使用一种含有有利比例的特定物质的飞灰。
在一些实施方式中，非波特兰水泥基建筑材料可包括碱粉末材料和/或各种混合液体。一些可能的混合液体可包括但不限于钾和钠水玻璃、碱氢氧化物等。在一些实施方式中，碱或碱性组分可以是硅酸钠水溶液形式的硅酸钠或粉状硅酸钠形式的硅酸钠。在一些实施方式中，可以使用喷射的干燥的硅酸盐。当使用碱氢氧化物或碱碳酸盐时，它们可以以其液体形式，或以粉末或颗粒形式使用。
在一些实施方式中，含SiO2和Al2O3的组分与碱性混合液体之间的反应可导致具有立体结构的铝硅酸盐。这些骨架结构允许产生在化合物中不需要波特兰水泥的建筑材料。
如上所述，粘合剂混合物和/或粘合剂混合物的组分可包括钙。在一些实施方式中，钙可以以氧化钙(CaO)的部分的形式包含在粘合剂混合物中。粘合剂混合物和/或非波特兰水泥基建筑材料中的这些CaO部分可在与水碱和/或其它组分反应后产生硅酸钙水合物，其可能具有已知的不利化学性质。此外，作为水泥基晶体结构的组分的钙离子经常显示出不希望的溶解度，这可能导致水泥结构随时间的弱化。因此，可以使用尽可能低的钙。利用可溶性硅酸形式的SiO2、氧化铁、铝酸盐形式的Al2O3和氧化钙的本发明的实施方式可以用水溶性硅酸盐或强碱来实施，因此产生具有少量或几乎没有钙的无机结合系统。
在一些实施方式中，钙可以以氧化钙(CaO)的形式包含在粘合剂混合物中，其含量不超过5％(重量百分比)。在一些实施方式中，氧化钙形式的钙可以以不超过2％(重量百分比)的含量包含在粘合剂混合物中。另外和/或可替代地，氧化钙形式的钙可以以不超过1％(重量百分比)的含量包含。
在一些实施方式中，硫酸盐(SO4 -2)可以以污染物的形式包含在粘合剂混合物中，和/或以小于1％(重量百分比)的含量包含。以盐形式的硫酸盐是与环境有关的物质。硫酸盐对环境的污染日益严重是由农业施肥和废物管理造成的。已经证明硫酸盐会导致土地酸化和地下水酸化。由于水中溶解度普遍较高，很容易在地下水、渗流和地表水流中移动，最终增加了废物储存设施中含硫酸盐的材料周围的酸化的影响。硫酸盐通过微生物过程被还原成亚硫酸盐，进而对动植物群产生负面影响。在一些实施方式中，粘合剂混合物中硫酸盐的含量可以保持尽可能低以至少避免这些负面影响。在一些实施方式中，硫酸盐(SO4 2-)可以以污染物的形式包含在粘合剂混合物中，和/或以小于0.5％(重量百分比)的含量包含。在一个实施方式中，硫酸盐的含量可小于0.25％(重量百分比)。
在一些实施方式中，非波特兰水泥基建筑材料可包括砂。但是，也可以使用其他聚集体。例如使用粘合剂混合物作为非水泥基混凝土的其他聚集体可包括但不限于砾石、砂、玄武岩等。用于非水泥基混凝土的其他材料也可用于本公开的范围。另外，在各种应用中，也可以使用珍珠岩、膨胀页岩、浮石或其混合物。在一些实施方式中，粘合剂混合物可包含20％(重量百分比)至70％(重量百分比)的聚集体。另外和/或可选地，粘合剂混合物中可包含20％至50％(重量百分比)的聚集体。在一个实施方式中，粘合剂混合物中可包含20％至40％(重量百分比)的聚集体。
在一些实施方式中，粘合剂混合物还可含有水。因此，在一个实施方式中，可以通过由4％至45％(重量百分比)的火山岩(例如矿物聚合物材料)，0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料(例如高炉矿渣材料)，10％至45％(重量百分比)的碱性组分(例如碱)，20％至90％(重量百分比)的聚集体(例如砂)和/或水组成的粘合剂混合物来证明对各种化学品，特别是对酸的特别高的耐受性。在一些实施方式中，碱性组分可包括硅酸钠、碱氢氧化物和/或碱碳酸盐。另外和/或可选地，粘合剂混合物可包括污染物形式的硫酸盐(SO4 2-)，和/或小于1％(重量百分比)含量的硫酸盐。在一些实施方式中，粘合剂混合物可包括氧化钙(CaO)形式的钙，其含量不超过5％(重量百分比)。
在操作中，可以将成分彻底分批并混合(例如全部或部分地在车辆100处)，然后将成分输送到便携式枪212。非波特兰水泥基建筑材料可以通过压缩空气通过导管216运送到喷嘴214。在一个特定的实施方式中，可以加入硅酸钾，固体含量为48％，密度为1,52g/cm3，SiO2：K2O(重量)为1,14和一些液体，并在部分液化的混合物可以气动地施加到所需的表面之前的短时间内(例如小于1秒)，在喷嘴214内充分混合。
本文包括的实施方式可包括含有以下一些或全部的混合物：矿渣(例如非天然火山灰、基础或潜在水硬化材料)，飞灰(例如非天然火山灰并且在配方中为可选的)，矿物聚合物材料(例如天然火山灰和可选的研磨的火山材料/火山岩)，碱/碱组分(如粉末或液体)，包括水(可选)的其他液体，砂/砂砾或其他聚集体。以下提供具体混合物的实例，但应注意，本文提供的具体混合物仅作为实例包括在内。许多另外的和替代的实施例也在本公开的范围内。
在一个特定实例中，非波特兰水泥基建筑材料可由以下混合物组成：
1份研磨的粒状高炉矿渣(例如潜在水硬化材料)
0.13份火山岩粉(如火山岩)或(可选地飞灰或混合物)
0.61份硅酸钾，重量1,14
1.35份砂和/或砂砾
表1
在一些实施方式中，混合物的组分可具有约2500-5000cm2/g的布莱恩细度(Blaine fineness)。布莱恩值是水泥粉碎程度的标准化测量值。布莱恩值作为在实验室中用布莱恩装置测定的比表面值(cm2/g)给出。例如标准波特兰水泥，CEM I 32.5，布莱恩值为3,000至4,500。在一些实施方式中，粘合剂混合物，火山岩和/或潜在水硬化材料的组分可以以细磨状态使用，其布莱恩值大于3,000。在一个实施方式中，火山岩和/或潜在水硬化材料可具有大于3,500的布莱恩值。细磨的组分可以显着提高反应速度。细磨的火山岩可以更容易地加工，并且还可以导致对成品中的多种化学品，特别是对酸的增加的耐受性。
在另一个实例中，非波特兰水泥基建筑材料可由以下混合物组成：
Figure BDA0002106811190000081
Figure BDA0002106811190000091
表2
在另一个实例中，非波特兰水泥基建筑材料可由以下混合物组成：
Figure BDA0002106811190000092
表3
在一些实施方式中，代替水硬性粘合剂，非波特兰水泥基建筑材料或粘合剂混合物，可以使用由4％-45％(重量百分比)的火山岩，0％(或大于0％)至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％-45％(重量百分比)的碱性组分和20％-90％(重量百分比)的聚集体反应产生的。在一些实施方式中，碱性组分可包括硅酸钠、碱氢氧化物和/或碱碳酸盐。另外，粘合剂混合物可以包括污染物形式的硫酸盐(SO4 2-)和/或其含量小于1％(重量百分比)。在一些实施方式中，钙可以包含在粘合剂混合物中，以氧化钙(CaO)的形式，其含量不超过5％(重量百分比)。
由于碱性组分与岩粉的反应时间足以产生粘性化合物，因此非波特兰水泥基建筑材料的实施方式产生了意想不到的结果。通过多次测试，发现该化合物在垂直表面上非常好地粘附，建立紧密粘合并在3天内硬化，抗压强度值高于50N/mm2(8000psi)。
在一些实施方式中，粘合剂混合物或非波特兰水泥基建筑材料可用于不同的技术应用领域：
干砂浆灰泥和喷涂混凝土
可以通过混合干燥组分来生产干砂浆和灰泥混合物。为此，可以使用喷射的干燥的活性硅酸盐或碱氢氧化物。基于此，可以生产现成的混合物用于喷涂混凝土。
加气混凝土
商业加气混凝土是矿物基的蒸压加气的块状建筑材料，其原始密度为300kg/m3至800kg/m3。加气混凝土通常由石灰、硬灰泥、水泥、水和硅砂等原材料制成，并可结合支撑结构和隔热材料的特性。高温隔热砌体结构可以采用整体式单壁结构的加气混凝土制成。
在一些实施方式中，生产方法可包括研磨硅砂直至其被细磨，例如在砾石厂，其布莱恩值大于3,000。可以将这些成分组合以形成砂浆混合物，其比例为例如1：1：4，同时加入水。在一些实施方式中，可将一小部分铝粉或糊状物加入到最终的悬浮液中。可将砂浆混合物倒入槽中，其中金属细粒铝在碱性砂浆悬浮液中形成氢气。可以获得气泡，其使逐渐硬化的砂浆发泡。15分钟至50分钟后，可以获得最终体积。此时，可以获得长度为3米至8米，宽度为1米至1.5米，高度为50厘米至80厘米的块。可以使用线将这些固体块或块切成任何所需的尺寸。在一些实施方式中，这些块可以在特定的蒸汽压力锅炉(例如高压釜)中在180℃至200℃的温度下在10巴至12巴的气压中在蒸汽中固化，其中材料可以在六小时至十二小时之后获得其最终特性。在化学上，加气混凝土可以主要对应于天然矿物雪硅钙石，但是可以是合成材料。
除了低导热率之外，建筑材料可以通过其缺乏可燃性来区分，使得其可以例如归入欧洲防火等级A1中。现代加气混凝土组合物可含有生石灰、水泥、砂和水的混合物。取决于烘干密度和生石灰与水泥的比例，组合物可以区分为富含石灰和富含水泥的混合物。此外，硬灰泥或灰泥形式的硫酸盐载体可用于改善抗压强度和收缩性能，这是由于改进了雪硅钙石中结晶“卡片屋”(house-of-cards)结构的发展。由于这些发现，在过去十年中已经证明，添加硬灰泥/灰泥形式的硫酸盐载体在生产中是有益的，因此，目前是所有加气混凝土组合物的组分。
通过在混合过程中添加少量铝粉，建筑材料可以获得孔结构。混合物中精细分布的铝可在碱性介质中反应，形成氢气，氢气可缓慢地使原料混合物发泡。即使在实际的水热固化过程之后，该孔结构也可以保留在产品中，并且可以基本上导致最终产品的特性。
在一些实施例中，可以将生产过程分解为以下动作中的一个或多个：
1、研磨硅砂，并制备再循环浆料
2、混合并浇注加气混凝土浆料
3、膨胀、凝固和切割粗糙的块状物或块
4、在水热条件下固化未切割的块
5、包装和储存成品
在将加气混凝土化合物混合并浇注到钢模中之后，在凝固和水热固化阶段之间可能发生许多复杂的化学反应。生石灰的水合可以在混合阶段加入水时开始。因为这是放热反应，加气混凝土化合物可以加热，并加速水泥相的水合反应。因此，在由氢气形成引起的膨胀过程中，可能发生加气混凝土化合物的连续硬化。为了获得均匀的孔结构，可以将气体发展调节至膨胀加气混凝土化合物的粘度曲线。如果不能实现这一点，则在膨胀期间可能发生结构损坏，即所谓的膨胀裂缝，这在生产过程中可能不会在以后进行校正。在几个小时的凝固时间之后，可以通过张紧的线将未切割的块切割成适当的岩层。在切割过程中产生的所有废物可以在组合物中再循环，使得在生产过程中没有浪费。
可回收性问题对于未来是最重要的。一方面，欧洲要求要求减少废物，这伴随着垃圾填埋场的关闭以及对更多回收的需求增加。另一方面，对环境保护的要求越来越高，诸如在关于地下水/替代建筑材料/土壤保持的总括条例框架内的替代建筑材料条例草案中的最低阈值和准则，至少在某些情况下，使市场上的建筑材料回收更加困难。关于硫酸盐的浸出行为可能是由洗出液中硫酸盐浓度在900mg/l和1,650mg/l之间引起的。根据替代建筑材料法规，矿物基替代建筑材料的在洗出液中的阈值为250mg/l硫酸盐。在加气混凝土的生产中省略硫酸盐载体和水泥可以显著降低洗出液中的上述硫酸盐浓度，并且可以使加气混凝土建筑废料用作矿物基的替代建筑材料。
在一些实施方式中，使用根据本公开的非水泥基粘合剂可以消除该缺点，并且还可以具有非常低的钙含量。其它典型的技术属性可能不会受到影响。
预制混凝土
预制混凝土部件或混凝土构件是由混凝土、钢筋混凝土或预应力混凝土制成的部件，其在工厂中在工业上预制，并且随后通常使用起重机放置在其最终位置。预制混凝土构件和钢筋混凝土构件被广泛使用，并以各种建筑技术实施。用于开放管道的预制构件的生产可以用在本公开的一些实施例中。
防火
用于混凝土构件和钢筋混凝土构件的灰泥饰面列于DIN 4102(Reaction to Fireof building materials and building elements)中。技术上适合作为防火的灰泥是蛭石和珍珠岩绝缘灰泥和根据DIN 18550，第2部分的灰泥。
在一些实施方式中，喷射混合物可以提供为干砂浆-矿物纤维的混合物，例如玻璃棉、岩棉或矿棉，具有水硬性粘合剂并在施用前立即与水混合。关于防火的技术特征可以与喷涂的石棉相同。
在灰泥饰面中使用非水泥基粘合剂可以进一步改善耐火性，因为非水泥基粘合剂可以具有更有利的膨胀行为，并且可以在高温下表现出较低的收缩。
在本公开的一些实施方式中，常规混合器可能不能用于生产粘合剂混合物。在一些实施方式中，使用所谓的捏合机或连续混合器来制备预混合物，随后使用强力混合器或行星式(planetary)混合器来混合聚集体，可以得到可以压缩或封闭在模具中的无机材料。并且可以在机械压缩后产生所需的产品。
下面提供的表4显示了混合和应用技术可以导致根据本公开的实施方式的粘合剂混合物的应用领域。
Figure BDA0002106811190000131
表4
在本公开的一些实施方式中，提供了一种用于生产可模制混凝土化合物的方法。该方法可以包括以下动作中的一个或多个：
该方法可包括提供粘合剂混合物，其含有4％至45％(重量百分比)的火山岩，0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％至45％(重量百分比)的碱性组分中的一种或多种。在一个实例中，碱性组分或碱可以选自和/或可以包括：硅酸钠、碱氢氧化物、碱碳酸盐，以及它们的混合物。在一些实施方式中，硫酸盐(SO4 2-)可以在粘合剂混合物中以污染物的形式包含在粘合剂混合物中，并且以小于1％(重量百分比)的含量包含在内。此外，钙以氧化钙(CaO)形式包含在粘合剂混合物中，其含量不超过5％(重量百分比)。该方法还可包括用捏合机或连续混合器生产粘合剂混合物的预混合物。在一些实施方式中，该方法可以进一步包括使用强力混合器或行星式混合器将预混合物与20％至90％(重量百分比)的聚集体混合以生产可模制的混凝土化合物。在一些实施方式中，这可以进行1分钟至5分钟的时间。在一个实施方式中，这可以进行约2分钟的时间。
该方法还可包括通过压缩或摇动来压缩可模制混凝土化合物，以形成管、预制混凝土构件、铁路连接、混凝土块、成型铺路石、人行道板等。
在本公开的一些实施方式中，提供了一种用于生产可模制混凝土化合物的方法。该方法可包括以下所示的一个或多个实施例。
在一些实施方式中，该方法可包括提供粘合剂混合物，其包含4％至45％(重量百分比)的火山岩，0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％至45％(重量百分比)的碱性组分中的一种或多种。在一些实施方式中，碱性组分可以选自和/或可以包括：硅酸钠、碱氢氧化物、碱碳酸盐，以及它们的混合物。在一个实例中，粘合剂混合物可包含20％至90％(重量百分比)的聚集体。在一些实施方式中，硫酸盐(SO4 2-)可以以污染物的形式包含在粘合剂混合物中，并且以小于1％(重量百分比)的含量。此外，粘合剂混合物中可以包含钙，其以氧化钙(CaO)的形式，其含量不超过5％(重量百分比)。该方法还可包括用干混合器生产干混合物。该方法还可包括使用强力混合器或行星式混合器将生产的干混合物和水混合，以生产可模制的混凝土化合物。
在本公开的一些实施方式中，可以提供用于制备可喷射混凝土化合物的方法。该方法可包括以下所示的一个或多个实施例。
在一些实施方式中，该方法可包括提供粘合剂混合物，其包括4％至45％(重量百分比)的火山岩，0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％至45％(重量百分比)的碱性组分中的一种或多种。在一些实施方式中，碱性组分可以选自和/或可以包括：硅酸钠、碱氢氧化物、碱碳酸盐，以及它们的混合物。在一些实施方式中，粘合剂混合物可包含20％至90％(重量百分比)的聚集体。在一些实施方式中，硫酸盐(SO4 2-)可以以污染物的形式包含在粘合剂混合物中，并且以小于1％(重量百分比)的含量。钙可以包含在粘合剂混合物中，其以氧化钙(CaO)的形式，其含量不超过5％(重量百分比)。该方法还可包括用干混合器生产干混合物。在一些实施方式中，该方法还可包括在喷枪中将干混合物与水混合，用于可喷射混凝土化合物的生产和立即施加。
在一些实施方式中，可以针对不同的应用领域制备粘合剂混合物，包括例如以上表4中列出的那些。以下提供的示例1至示例5可以说明本公开的一个或多个实施方式。
示例1
在混合和捏合机中，具有挤出螺杆，1份细磨的火山岩(例如布莱恩值为3,500)，0.15份飞灰和0.8份硅酸钠可以组合，并且在能量上(energetically)混合，直至获得均匀的、可倾倒的糊状物。
该糊状物可以在强力混合器(或行星式混合器)中与4份玄武岩和砂混合约2分钟。由此可以获得土湿的无水泥混凝土，其适合作为混凝土块生产中的面混凝土。
混合物的硫酸盐含量可以为0.16％(重量百分比)，氧化钙含量可以为0.8％(重量百分比)。
这种混合物的压缩可以通过压缩和摇动来实现，例如在压块机中实施。
所得产物可以通过显著的更高的耐酸性，更有利的机械强度性质和显著的更强烈的颜色印象来区分。
当使用其他聚集体混合物时，例如砾石和砂，也可以生产混凝土管或特定预制混凝土构件，这取决于具体的粒度分布曲线。通过控制水分含量和适应应用技术(例如倾倒、离心等)，可以实现其他产品变化。
示例2
在强力混合器中，可以混合0.2份粒状矿渣，1份细磨的火山岩和3份砂。可将该干混合物置于袋中。
在建筑工地，以这种方式生产的1份混合物可以在具有0.7份硅酸钠的路面混合物中混合，并达到所需的稠度。
混合物的硫酸盐含量可以为0.19％(重量百分比)，氧化钙含量可以为0.57％(重量百分比)。
以这种方式获得的非水泥基砌体和灰泥砂浆可以以不同的方式施加到待涂覆的表面(例如通过常规抹灰，喷涂等)。
示例3
在干混合器中，可以制备干混合物，其由1份火山灰(例如布莱恩值大于3,500)，0.4份飞灰，1份珍珠岩和0.7份粉状硅酸钠组成。
可以通过具有高剪切力的强烈混合将干混合物用水润湿，倒入模具中并压缩。
湿混合物的硫酸盐含量可以为0.32％(重量百分比)，氧化钙含量可以为1.8％(重量百分比)。
在基于上述实施例的一个实践中，在硬化阶段之后获得样品，其在经受长时间的火焰之后不显示断裂或可见的裂缝，它们也没有表现出降低的机械强度性能。经过测试。受到冰冻温度后也没有明显的损害。
示例4
在干混合器中，可以制备由1份火山灰(例如布莱恩值大于3,500)，0.4份粒状矿渣，1份珍珠岩和0.7份粉状硅酸钠组成的干混合物。
干混合物可以连续供应到喷枪，并且可以与水结合以产生可喷射混凝土。使用耐热和防火的非水泥基化合物的喷射技术可以毫无困难地密封或涂覆管和电缆穿透孔、热敏建筑材料和表面。
可喷射混凝土的硫酸盐含量可以为0.31％(重量百分比)，氧化钙含量可以为1.29％(重量百分比)。
示例5
为了生产加气混凝土，可以在市售混合器中强烈预混合16.2份火山岩，3.35份飞灰，23份硅砂。该干混合物可在强剪切力下在38℃下加入33份硅酸钠，并可在相同的混合器中与0.43份铝浆进一步混合。
可以将粘合剂混合物倒入特氟龙模具中，并在模具中加热120分钟到80℃。混合物可以变硬，同时体积增加，但仍然可以切割。为了固化，可以将模具放置在固化室中，并且可以在180℃下在其中保持30分钟。或者，可以使用高压釜在120℃下固化。
可以获得成型体，其具有与根据典型方法获得的加气混凝土相当的光学性质。与典型的加气混凝土不同，该材料可以是耐酸的，硫酸盐含量为0.21％(重量百分比)，氧化钙含量为0.6％(重量百分比)。在一个实施方式中，所得的建筑材料可具有非常低的硫酸盐和钙含量。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不意图限制本公开。如这里所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、构件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、构件、组件和/或其组。
以下权利要求中的所有装置或步骤加功能构件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的构件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但是并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的公开内容。
已经详细地并且通过参考其实施例描述了本申请的公开内容，显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以进行修改和变化。

Claims (32)

1.一种施加建筑材料的方法，包括：
在分批和混合装置中混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱和砂，以产生非波特兰水泥基材料；
将所述非波特兰水泥基材料通过导管从所述分批和混合装置输送到喷嘴；
将输送的所述非波特兰水泥基材料与所述喷嘴处的液体混合，以产生部分液化的非波特兰水泥基材料；并且
将所述部分液化的非波特兰水泥基材料气动地施加到表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述非波特兰水泥基材料包括4％至45％(重量百分比)的矿物聚合物材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述非波特兰水泥基材料包括大于0％至40％(重量百分比)的高炉矿渣材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述非波特兰水泥基材料包括10％至45％(重量百分比)的碱。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述非波特兰水泥基材料包括20％至90％(重量百分比)的砂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述非波特兰水泥基材料包括小于1％(重量百分比)的硫酸盐。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述非波特兰水泥基材料包括不超过5％(重量百分比)的氧化钙。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述高炉矿渣材料包括飞灰、高岭土、火山灰和粒状矿渣中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱包括硅酸钠、碱氢氧化物和碱碳酸盐中的一种或多种。
10.一种施加建筑材料的系统，包括：
分批和混合装置，其被配置成混合高炉矿渣材料、矿物聚合物材料、碱基粉末和砂以产生非波特兰水泥基材料，所述非波特兰水泥基材料包括以下中的一种或多种：
4％至45％(重量百分比)的矿物聚合物材料；
大于0％至40％(重量百分比)的高炉矿渣材料；
10％至45％(重量百分比)的碱；
20％至90％(重量百分比)的砂；
小于1％(重量百分比)的硫酸盐；以及
不超过5％(重量百分比)的氧化钙；
导管，所述导管被构造成从所述分批和混合装置输送所述非波特兰水泥基材料；以及
喷嘴，所述喷嘴被构造成接收所述非波特兰水泥基材料并将输送的所述非波特兰水泥基材料与液体混合以产生部分液化的非波特兰水泥基材料，其中所述喷嘴进一步配置成将所述部分液化的非波特兰水泥基材料气动地施加到表面。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述高炉矿渣材料包括飞灰、高岭土、火山灰和粒状矿渣中的一种或多种。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述碱包括硅酸钠、碱氢氧化物和碱碳酸盐中的一种或多种。
13.一种粘合剂混合物，包括：
4％至45％(重量百分比)的火山岩；
大于0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料；
10％至45％(重量百分比)碱性组分；
20％至90％(重量百分比)的聚合体；
小于1％(重量百分比)的硫酸盐；以及
不超过5％(重量百分比)的钙。
14.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述碱性组分包括硅酸钠、碱氢氧化物和碱碳酸盐中的一种或多种。
15.根据权利要求14的粘合剂混合物，其中所述碱性组分是硅酸钠。
16.根据权利要求15的粘合剂混合物，其中所述硅酸钠是硅酸钠水溶液、粉状硅酸钠和喷射干燥的硅酸盐中的一种。
17.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的硫酸盐是污染物形式。
18.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的硫酸盐小于0.5％(重量百分比)。
19.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的钙是氧化钙的形式。
20.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的钙不超过2％(重量百分比)。
21.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述火山岩是火山灰。
22.根据权利要求13所述的粘合剂混合物，其中所述潜在水硬化材料包括褐煤飞灰、无烟煤飞灰、高岭土和火山土中的一种或多种。
23.根据权利要求13所述的粘合剂混合物，其中所述聚集体包括砾石、砂、玄武岩、珍珠岩和膨胀页岩中的一种或多种。
24.根据权利要求13所述的粘合剂混合物，其中所述火山岩和/或所述潜在水硬化材料具有大于3,000的布莱恩值。
25.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的聚集体为20％至70％(重量百分比)。
26.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的聚集体为20％至50％(重量百分比)。
27.根据权利要求13的粘合剂混合物，其中所述粘合剂混合物中的聚集体为20％至40％(重量百分比)。
28.根据权利要求13所述的粘合剂混合物，还包括水。
29.一种生产可喷射混凝土化合物的方法，包括：
混合4％至45％(重量百分比)的火山岩，大于0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％至45％(重量百分比)的碱性组分以及20％至90％(重量百分比)的聚集体中的一种或多种以使用干混合器生产干粘合剂混合物，
在喷嘴处将干粘合剂混合物与水混合以产生可喷射混凝土化合物。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述干粘合剂混合物包括小于1％(重量百分比)的硫酸盐。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述干粘合剂混合物包括小于5％(重量百分比)的钙。
32.一种生产可模制混凝土化合物的方法，包括：
混合4％至45％(重量百分比)的火山岩，大于0％至40％(重量百分比)的潜在水硬化材料，10％至45％(重量百分比)的碱性组分，和20％-90％(重量百分比)的聚集体中的一种或多种，以使用干混合器制备干粘合剂混合物；
使用行星式混合器将所述干燥粘合剂混合物与水混合以制备可模制混凝土化合物。
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