[发明专利]用作包括提取硅酸盐的双组分回填灌浆的组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用作回填灌浆的多组分水泥组合物，基于该多组分组合物的硬化的水泥制品的制造方法，以及含有高浓度硅酸钠的硅酸钠溶液作为用于水泥组合物的硬化剂的用途。

发明背景

研磨的高炉矿渣是由铁矿物或废料出发生产铸铁的副产物。在这个过程中形成液体炉渣并浮在熔融金属上。高炉矿渣的主要成分为CaO(30-50质量-％)、SiO₂(28-38质量-％)、Al₂O₃(8-24质量-％)以及其它氧化物如MgO(通常1-18质量-％)，其在超过1900℃的温度下与金属分离。当该副产物迅速冷却时，获得具有潜在水硬性的玻璃质颗粒。

粒状高炉矿渣允许用作为根据欧洲标准EN197-1的水泥组分，II型(波特兰矿渣水泥)和III型(高炉水泥)，其有高达95％的理论矿渣含量。这种高的值与炉渣的潜在水硬性及其在水泥混合物中的活性相关，其使得能够生产用于特定应用的混凝土，例如其中要求高耐久性与低热发展或较低的环境CO₂-排放(immisions)的应用。

具体地，EN197-1要求满足以下条件：

(CaO+MgO)/SiO₂>1，CaO+MgO+SiO₂>67％，和玻璃体质量大于67％。

矿渣活化需要添加选自碱、硫酸盐、氧化钙或基于氯离子的碱性盐的活化剂。或者，矿渣活化可以热引发。用矿渣取代波特兰水泥熟料的能力随着矿渣活化水平而增加。

在一般情况下，与高熟料含量的水泥相比，高炉渣含量的水泥的反应性被认为是过于温和。因此高炉渣含量是针对这样的应用，其中熟料的典型的高活性会导致最终水泥制品过分地过热。

在一般情况下，希望具有高炉渣的水泥，其兼有良好的机械特性如特别高的抗压强度与快速固化。该性质也会将高炉渣含量的水泥的应用扩展至当前使用高熟料含量的水泥的那些领域，以及扩展至恶劣环境下的结构应用，或者至大规模浇注的公路、铁路或机场建设或者用于沿海地区的浇注。

在这方面，US2012/010331A1公开了包括高达95质量％的量的具有细度为300-13000cm²/g的高炉矿渣细颗粒的高炉炉渣和5至20份石膏的混凝土组合物。用碱性刺激物如石灰、钙或钠的氢氧化物或波特兰水泥硬化混凝土混合物，其中波特兰水泥是优选的，因为当它与水接触时逐渐生成氢氧化钙。US2012/010331A1中所述的混凝土组合物在7天之后显示高达19MPa的抗压强度，且在28天固化完成之后显示高达约46Mpa的抗压强度。

US2012/234109A1描述了一种水硬性粘结剂，其包括粘结剂质量的30％至90％的研磨高炉矿渣，等于或大于粘结剂质量的5％的量的波特兰水泥熟料和硫酸盐如CaSO₄、Na₂SO₄、K₂SO₄作为活化剂。用这种粘结剂/活化剂组合物制备的水泥组合物在2天之后显示高达22MPa的抗压强度。

其中经常采用高炉矿渣作为水硬性粘结剂的一个特殊的应用领域是地质聚合物组合物。地质聚合物的硬化基于形成三维铝硅酸盐网络。通常，地质聚合物是从硅酸盐前体如硅酸钠和铝源如煅烧铝矾土的混合物制成的。与水泥组合物相比，地质聚合物通常不含常规的水泥或氢氧化钙(熟石灰)。

地质聚合物组合物已例如描述在WO2010/079414A2中，其中所述组合物包含研磨方解石、cotswood石和高炉矿渣作为主要成分。如上所解释的，这些组合物包含硅酸钠作为溶液和煅烧铝矾土作为前体以形成硅酸铝。配制WO2010/079414A2中的组合物，并通过加入不超过4wt.-％的少量的水固化。

EP1801084A1也公开了地质聚合物组合物，其包含硅酸钠、飞灰、高炉矿渣、硅酸钠溶液和不同骨料的混合物作为主要成分。EP1801084A1的组合物通过加水和氢氧化钠固化，其中基于总组合物计的总的水量为约5wt.-％。

最后，WO2005/049522A1公开了地质聚合物混凝土，其包含40至60％的粗骨料、20至45％的沙子、10％至20％的飞灰和其它粘结剂组分、0.5至2％的硅酸钠和0.2至0.6％的氢氧化钠。在该文献的实施例中，加入少量水进行固化，使得组合物中总的水含量不超过约5wt.-％。