專利名稱：多孔材料及其粘結(jié)性組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貝殼砂的加工方法以及經(jīng)這種方法制備的貝殼砂在粘結(jié)制品中的應(yīng)用。
本發(fā)明所用術(shù)語“貝殼砂”同樣包括珊瑚砂和其它源于海生物如珊瑚，軟體動物等基本上是鈣的材料的微粒。典型的貝殼砂的化學成分為碳酸鈣(方解石、鉻華和vaterites)和有機物質(zhì)加上海鹽。其密度小于礦(硅石)砂，并由于其固有孔隙率而重量較輕。
以前貝殼砂已用于粘結(jié)性組合物中，例如重量輕的混凝土和防滑表面。本發(fā)明立足于經(jīng)適當加工的貝殼砂可得到出人意料的、很有價值的效果。在以前的應(yīng)用中，貝殼砂被粉碎成預(yù)期的網(wǎng)目大小，再加熱到約350℃以脫水并分解其中的有機物質(zhì)。但這種加熱方式同時會使貝殼砂中大量失去天然彈性和孔隙。本發(fā)明的重要特點在于，在很大程度上保留了它的彈性和孔隙，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的貝殼砂能用于制備耐火和耐熱性能優(yōu)良的粘結(jié)性組合物。
因此，本發(fā)明提供一種貝殼砂的制備方法，該法包括將貝殼砂在300℃以下加熱足夠時間以基本去除全部水和有機物，同時基本保持貝殼砂固有的孔隙率。這種處理規(guī)程以前從未用過，它可使貝殼砂具有獨一無二的參數(shù)和性質(zhì)以備應(yīng)用。因此本發(fā)明同樣提供一種干貝殼砂，其顆粒度最大為15mm，孔隙率為10-25％(體積)。
現(xiàn)有的貝殼砂一般的顆粒度最大為1mm，孔隙率不大于5％。
本發(fā)明的制備貝殼砂的方法包括在低溫下加熱適當?shù)臅r間，這與以前的方法是不同的。在加熱之前，貝殼砂還可用淡水洗滌，去除海鹽和某些有機物。在多數(shù)情況下，洗滌是不重要的，但在貝殼砂與鐵類金屬聯(lián)用例如與水泥或混凝土聯(lián)用的加強鋼的情況下，應(yīng)進行洗滌，因為鹽可能引起腐蝕，導至早期失效。
貝殼砂宜在不高于300℃的溫度下加熱。出人意外，這個溫度僅比現(xiàn)有技術(shù)所用的溫度低50°，但在保留孔隙率方面都有顯著的不同。優(yōu)選溫度應(yīng)不超過250℃。本發(fā)明的優(yōu)點可在低得多的溫度下進行，但不宜低于95-120℃，曾經(jīng)發(fā)明，100℃是這個低溫范圍內(nèi)特別有利的最高溫度。當然，溫度愈低，保留的孔隙率愈高，但要求的加熱時間也愈長。加熱可用現(xiàn)有技術(shù)已知的任一方便的方法進行，一種方便的設(shè)備是預(yù)熱到適當溫度的滾筒干燥器。
專業(yè)技術(shù)人員可通過簡單的實驗即可根據(jù)給定溫度、給定貝殼砂來確定所需的加熱時間。在最高溫度為300℃的情況下，加熱時間應(yīng)不超過10分鐘，較短的3-7分鐘亦可采用(在這個范圍內(nèi)5分鐘比較有利)。如果希望或需要采用較低的溫度，則時間可以加長，典型的可達1小時。雖然可能在這種溫度下進行較長時間的加熱，但這對方法的經(jīng)濟性卻不利。
加熱結(jié)束時，如果需要，貝殼砂可破碎到適宜的大小。粒度最好不超過15mm，優(yōu)選不大于6-10mm，最為優(yōu)選大部分的粒度不超過8mm。
經(jīng)這種方法產(chǎn)生的貝殼砂是一種輕而通氣的材料，其孔隙體積為10-25％，優(yōu)選15-25％。上述加熱方式可去除貝殼砂中至少大部分，在多數(shù)情況下全部的水，材料有干感。但是，在某些情況下可能保留相當多的水，以至貝殼砂與水泥混合組成的干砂漿組合物，其在貯存期間不會發(fā)生不希望程度的反應(yīng)?？刹捎矛F(xiàn)有技術(shù)公認的方法去除殘留水，例如采用溫和加熱(溫度稍高于室溫)，優(yōu)選是與攪拌或強制通風聯(lián)用，例如采用滾筒干燥，則可在上述的加熱之后再在低溫下使其轉(zhuǎn)動一定時間。
貝殼砂可用于粘結(jié)性組合物。因此，本發(fā)明提供一種粘結(jié)性組合物，該組合物至少含一種水性粘接劑和上述的貝殼砂。這種粘結(jié)性組合物，例如混凝土可澆注或加工成塊，管或其它希望的形狀。上述貝殼砂的存在能賦予硬化的組合物以優(yōu)良的撓性和出人意料好的耐火和耐熱性。
水性粘接劑可以是現(xiàn)有技術(shù)所已知的任何一種水性材料。例如波特蘭水泥、高氧化鋁水泥、礦渣水泥、抗硫酸鹽水泥或任一其它標準型水泥、或這些類型水泥的混合物。對每一種用途選擇一種或多種合適的水泥是本領(lǐng)域技術(shù)人員是完全易于做到的事情。
集料是粘結(jié)性組合物的一種常用組分，現(xiàn)有技術(shù)已知的任一種集料都可用于本發(fā)明的粘結(jié)性組合物?，F(xiàn)有技術(shù)所用的集料可在細砂和粗石塊的范圍內(nèi)變化，細砂用于砂漿，粗集料用于混凝土。
粘結(jié)性組合物中可添加現(xiàn)有技術(shù)已知數(shù)量的添加劑以達到預(yù)期的效果。它包括但又不限于下述例子
-改善操作性能和減少含水量的添加劑，諸如B-萘、磺酸鹽-甲醛縮合物(BNS)、磺酸木質(zhì)素和羧酸鹽；-加速劑，諸如氯化鈣(在不排斥氯的情況下)和三醇胺；-加強纖維，諸如玻璃、鋼或塑料纖維，典型的長度為10-20mm。
與本發(fā)明聯(lián)合使用的特別能改善操作性能的添加劑是在歐洲公布的專利申請0 306 449、德國公開件4 142 388和PCT申請WO 97/39037等中敘述的烷氧基化的苯乙烯-馬來酸酐共聚物，以及在歐洲公布的專利申請0753 488中所敘述的羧酸鹽化的丙烯酸聚合物。
本發(fā)明的貝殼砂的一個特別有利的用途是制備砂漿組合物，這種組合物在隧道工程中有重大用途，特別是在研究了Channel Tunnel隧道中發(fā)生的幾次火災(zāi)的后果后發(fā)現(xiàn)，混凝土覆面不像先前設(shè)想那樣能耐火、而且有時還發(fā)生有潛在災(zāi)難的裂縫。本發(fā)明提供一種耐火和耐熱的砂漿組合物，該組合物如上所述至少含有一種水性粘接劑和貝殼砂。
本發(fā)明還提供一種制備具有耐火或耐熱的混凝土底板的方法，該法包括應(yīng)用含有上述貝殼砂的砂漿組合物。
砂漿通常包括細集料，典型的是礦(石英)砂，本發(fā)明的砂漿亦可含這種砂。但是曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果采用上述的貝殼砂作唯一的集料，則可得到最好的耐熱和耐火性能。因此，本發(fā)明提供一種耐火和耐熱砂漿組合物，其唯一的集料是上述的貝殼砂。
本發(fā)明還提供一種耐火和耐熱的混凝土底板，該底物的外層是一種含上述貝殼砂的砂漿組合物。
本發(fā)明的砂漿組合物可含現(xiàn)有技術(shù)所公認量的標準添加物。它們可用任何方便的方法，例如澆注、涂抹或噴涂涂復(fù)到底板上。如果噴涂砂漿，則可采用濕法或干法。在這兩種情況下都在噴嘴注入加速劑。這種加速劑可以是一種熟知的鋁酸鹽或硅酸鹽類，但優(yōu)選一種基于鋁的化合物如氫氧化鋁、羥基硫酸鋁和硫酸鋁的新型不含堿的加速劑。特別優(yōu)選的加速劑可見于歐洲公布的專利申請0812812和PCT申請WO 96/05150一種典型的砂漿組合物的組成如下貝殼砂1000kg石灰 100kg水泥(波特蘭) 300kg抗硫酸鹽水泥 25kg
加水使W/C比為0.45 。
一種典型的噴涂用砂漿組合物的組成如下貝殼砂 1000kg石灰 60kg波特蘭水泥 225kg抗硫酸鹽水泥 25kg綱纖維(20mm) 20kgBNS 4.5kg聚丙烯纖維(18mm) 1.5kgW/C比為0.4，用泵輸送。加速劑在噴嘴處注入。
上述的噴涂砂漿的密度為992g/cm3，孔隙率為15-25％，這種砂漿具有非常好的耐火和耐熱性質(zhì)，能滿足和超過標準要求，不產(chǎn)生明顯的裂紋或龜裂。
下面將參照具體的、非常限制性的例子對本發(fā)明作進一步的敘述。貝殼砂的制備從海底挖出的貝殼砂經(jīng)測定孔隙率為20％。用淡水充分洗滌以去除全部海鹽和大部分有機物質(zhì)，然后將其裝入預(yù)熱至100℃的滾筒干燥器中。將溫度快速升高至250℃，物料在這個溫度下轉(zhuǎn)動5分鐘。這時停止加熱，物料在干燥器中再轉(zhuǎn)動冷卻1小時。測出該貝殼砂的孔隙率為18％。物料從干燥器卸出，破碎到最大顆粒度為8mm。這種物料輕而自由流動，并基本不含水和有機物，將其配成下列例子中進行試驗的組合物。耐熱實例(a)上述組成的噴涂砂漿樣品被澆注成尺寸為10cm×10cm×2cm的塊，將其放入管式爐中加熱至800℃，時間為30分鐘。樣品冷卻并進行檢查，塊末發(fā)生可見的變化，更為特別和重要的是無裂紋和變形。
(b)噴涂砂漿的澆注球，直徑為20cm，用焊接火焰在其表面的一點上加熱15分鐘。在這個階段，樣品上火焰點區(qū)域直徑2cm，深2cm呈火紅色，表面上其它點的溫度與火焰作用點的溫度全然相反，在15分鐘終結(jié)時約為50℃。冷卻后，球的狀況與加熱前無區(qū)別。砂漿的標準試驗試驗按照ISO標準11821990(E)，IMO FTPC Part I和IMORes A.799(19)進行，它是公認的工業(yè)標準。本試驗用的樣品稍不同于ISO 1182所述樣品。本試驗的樣品為圓柱形，直徑41.3mm，高55mm。首先按在60℃爐中加熱24小時，再在干燥器中冷卻。
試驗在預(yù)熱至750℃的垂直開口管式爐中進行，試驗樣品稱重，再插入爐頂，將其加熱30分鐘。在這個時間內(nèi)測量樣品表面及中心的溫度，并觀察持續(xù)燃燒的跡象，即該材料在爐的氣體火焰去除之后由自身的火焰繼續(xù)燃燒的趨勢。試驗結(jié)束后試樣再次稱重。
結(jié)果列于表1。
試驗結(jié)果表1貝殼砂砂漿的試驗結(jié)果按照ISO 11821990(E)和IMO Res.A.799(19)<
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按照ISO 11821990(E)，一種材料可認為不可燃的，如果(a)爐的熱電偶測出的五個最大值的平均值不能說明溫度比試驗結(jié)束時最終爐溫高出50℃以上，換句話說，材料由于自身的燃燒不能使爐溫增高50度以上。
(b)五個測出的持續(xù)燃燒時間的平均值不超過20秒，以及(c)試驗后五個試樣的平均質(zhì)量損失不超過初始質(zhì)量的50％。
按照IMO RES.A.799(19)的分類準則如下(a)爐熱電偶測出的五個最大值的平均值不比試驗結(jié)束時爐的最終爐溫高出30℃以上。
(b)熱電偶在試樣表面測出的五個最大值的平均值不比試驗結(jié)束時的最終爐溫高出30℃以上，以及(c)在試驗后五個試樣的平均重量損失不超過初始質(zhì)量的50％。
從表1可以看出。本發(fā)明的砂漿組合物優(yōu)于這些要求。
權(quán)利要求
1.一種制備貝殼砂的方法，其中貝殼砂在不超過300℃的溫度下加熱足夠的時間，以基本去除全部水和有機物，同時基本保留貝殼砂的固有孔隙率。
2.權(quán)利要求1的貝殼砂制備方法，其中貝殼砂最高在120℃的溫度下加熱，優(yōu)選最高為95℃-105℃，最優(yōu)選最高為100℃。
3.權(quán)利要求1或2的貝殼砂的制備方法，其加熱時間范圍為300℃下的10分鐘至95℃下的60分鐘。
4.權(quán)利要求1的貝殼砂制備方法，其中加熱時間在300℃下不超過5分鐘。
5.一種干貝殼砂，該砂的粒度最大為15mm，孔隙率為10-25％(體積)，優(yōu)選15-25％(體積)。
6.權(quán)利要求5的干貝殼砂，其中最大粒度為6-10mm，優(yōu)選最大粒度不超過8mm。
7.一種粘結(jié)性組合物，該組合物至少含一種水性粘接劑和權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的貝殼砂。
8.一種耐火或耐熱的砂漿組合物，該組合物至少含一種水性粘接劑和權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的貝殼砂。
9.權(quán)利要求8的耐火或耐熱砂漿組合物，其中唯一的集料是貝殼砂。
10.一種提供耐火或耐熱混凝土底板的方法，該法包括其中采用一種含權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的貝殼砂的砂漿組合物。
11.一種耐火或耐熱的混凝土底板，該底板的包含含權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的貝殼砂的砂漿組合物的外層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理貝殼砂的方法,該法在最高為300℃下將貝殼砂加熱足夠時間,以基本去除全部水和有機物,同時基本上保留貝殼砂固有的孔隙率。一般說來,所需的時間范圍在300℃下最多為10分鐘到95℃下約為1小時。所得材料可用于制備粘結(jié)性組合物,特別是砂漿,其特征在于撓性優(yōu)良、耐火或耐熱能力特別高。
文檔編號C04B18/04GK1258270SQ99800274
公開日2000年6月28日 申請日期1999年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月12日
發(fā)明者R·索爾斯維克 申請人:Mbt控股公司