[发明专利]具有超冻融稳定性的碱活化的铝硅酸盐粘合剂

说明书

本发明涉及至少一种含氮有机化合物和/或其盐与至少一种芳族羧酸和/或其盐相结合用于改善碱活化铝硅酸盐粘合剂的冻融稳定性的用途，还涉及稳定的碱活化铝硅酸盐粘合剂。

类似的体系记载在WO 10/130582中。其特别声明某些有机添加剂(尤其胺)显著降低碱活化铝硅酸盐粘合剂的收缩趋势。

建筑产品对外界影响的稳定性通常极为重要。本发明将主要集中在冻融稳定性方面，因为这是建筑产品的基本特征。

冻融循环涉及水的冰点(freezing point)附近温度的气候变化。尤其在诸如混凝土的矿物粘合剂中，冻融循环构成劣化机制。这种建筑材料具有毛细管多孔结构并且不能防水。如果这种被水浸渍的结构经受0℃以下的温度，则水在孔隙内结冰。此时冰由于水的密度异常而膨胀。这导致建筑材料耐久性退化。此外，由于材料自身经这种冻融循环使其膨胀和收缩而导致毛细唧送效应(capillary pumping effect)，所述毛细唧送效应增加水分吸入并从而导致劣化。因此建筑产品在其使用寿命期间暴露于冻融循环的数目对这种劣化过程影响极大。为此产生了用以模拟冻融循环对建筑产品所作影响的测试方法(来自http://de.wikipedia.org/wiki/Frost-Tau-Wechsel，2012年10月10日检索)。这些方法(例如ASTM C 679-92)提供了冻融稳定性的表征并因此提供了建筑材料自身的耐久性。

波特兰水泥(Portland cement)在英国专利BP 5022中第一次提及，且自那之后进一步持续发展。现代波特兰水泥包含约70重量％的CaO+MgO、约20重量％的SiO₂和约10重量％的Al₂O₃+Fe₂O₃。由于CaO含量高，波特兰水泥水硬性地变硬。但是，固化的波特兰水泥具有毛细孔，水趋向于在暖的时候迁入其中并在结冰期间崩裂固化的水泥。

来自冶金工艺的某种矿渣可以作为潜在水硬性(latent hydraulic)粘合剂用作波特兰水泥的外加剂。还可以通过强碱(如碱金属氢氧化物或水玻璃)来活化。它们可以通过与填料(例如具有合适粒径的硅砂)和添加剂混合而用作砂浆或混凝土。高炉矿渣——一种常规的潜在水硬性粘合剂——通常包含30-45重量％的CaO、约4-17重量％的MgO、约30-45重量％的SiO₂和约5-15重量％的Al₂O₃，典型地约40重量％的CaO、约10重量％的MgO、约35重量％的SiO₂和约12重量％的Al₂O₃。固化产物通常具有水硬化体系的性能。

在碱性水介质中固化的无机粘结剂体系——基于反应性、不溶于水的化合物(基于SiO₂与Al₂O₃的结合)——通常是已知的。这种固化粘合剂体系也称为“碱-活化铝硅酸盐粘合剂”或“地质聚合物(geopolymers)”并且记载在，例如US 4,349,386、WO 85/03699和US 4,472,199中。这种体系通常包含50-60重量％的SiO₂、20-25重量％的Al₂O₃、没有或极少的CaO和15-30重量％的M₂O(M＝Na、K)。

作为反应性氧化物混合物，可以使用硅粉、偏高岭土、矿渣、粉煤灰、活性粘土或它们的混合物。用于活化所述粘合剂的碱性介质通常包括碱金属碳酸盐的水溶液、碱金属氢氧化物的水溶液、碱金属铝酸盐的水溶液和/或可溶性水玻璃的水溶液。

WO 08/012438记载了基于F型低-CaO粉煤灰、高炉矿渣和碱金属硅酸盐水溶液(具有的SiO₂:M₂O比值大于1.28，优选大于1.45)的地质聚合物水泥。在基于无水氧化物计的实例中，存在约45-50重量％的SiO₂、约20-26重量％的Al₂O₃、约9-10重量％的CaO和约3-4重量％的K₂O。