本发明涉及一种用于基于工业副产物的砂浆组合物的水硬性粘结剂，涉及一种包含所述粘结剂的砂浆组合物，还涉及从这种组合物获得的用于地面的产品或工业砂浆。在建筑领域中使用的许多砂浆组合物都使用高铝水泥(也简称为cac，用于“铝酸钙水泥”)或磺铝酸盐水泥(也简称为csa，用于“硫铝酸钙水泥”)。这些类型的cac水泥已经开发出许多年了，现今已广泛使用。事实上，这些水泥尤其允许缩短凝固时间并因此可以加速组合物的硬化，而且还允许控制在硬化期间的尺寸变化或增强机械强度。因此，高铝或硫铝酸盐水泥与波特兰水泥混合使用，以实现快速固化。二元体系的加速能力取决于cac/opc比。还已知的是，将高铝或硫铝酸盐水泥与硫酸钙和任选的波特兰水泥源混合使用，以控制尺寸变化或获得快速的内源干燥。当前关注的问题之一仍然是显著减少用于建筑的产品的碳足迹。制造熟料的方法需要脱碳、煅烧、加热熔结，特别地在约1450℃的非常高的温度下的加热熔结的操作。例如，高铝水泥和波特兰水泥是每生产一吨水泥排放约800千克二氧化碳的来源。他们还是能源资源和自然资源的消耗者。因此，制造商可能会对高铝水泥或硫铝酸盐水泥的替代解决方案感兴趣。正是在这种背景下提出本发明，本发明提供了一种基于工业副产品的水硬性粘结剂，该工业副产品被认为是副产品，因此到目前为止很少或没有进行增值。考虑到副产物在建筑材料中的使用，该副产物的制备过程产生较少量的co2排放，因此允许改善碳足迹。本发明涉及一种用于砂浆组合物的水硬性粘结剂，其包含至少一种研磨的粒化高铝炉渣，其包含小于30重量％的二氧化硅。在本发明的含义内，“高铝炉渣”应理解为是指其氧化铝是最丰富的成分的炉渣。在该文件中，基本化学组成以氧化物的当量重量％给出。例如，说一种物质含有x％的氧化铝意味着该物质含有的元素铝的含量等同于由x％氧化铝所提供的元素的含量；这并不一定意味着该物质含有氧化铝作为化合物或矿物成分。炉渣是来自实施起始产物熔融的工业过程的副产物，该熔融旨在将金属与氧化物相分离，后者被称为“炉渣”。在本发明的含义内，术语“粒化”是指熔融的高铝炉渣已经过热-水淬火，这导致获得颗粒，该颗粒通常主要是无定形的。然后将粒状炉渣研磨以使其活化，如在下文中更详细地解释的。发明人已经能够证明，这种炉渣可以通过赋予该组合物相同的加速硬化性质，控制在硬化过程中的尺寸变化和改善机械强度的性质来代替高铝水泥。这些性质使得将这种粘结剂添加到用于地面的产品，特别地地面覆层和抹灰的砂浆组合物中是特别有利的。研磨的粒化高铝炉渣优选包含30重量％至60重量％，特别地30重量％至50重量％，优选32重量％至45重量％，甚至35重量％至43重量％的氧化铝。有利地，相对于研磨的粒化高铝炉渣的所有组分，研磨的粒化高铝炉渣的二氧化硅含量为5重量％至25重量％，甚至10重量％至20重量％。优选地，研磨的粒化高铝炉渣包含12重量％至18重量％的二氧化硅。优选地，研磨的粒化高铝炉渣还包含石灰(cao)。如上所述，石灰的含量小于氧化铝的含量；其优选在20重量％至40重量％之间，特别地在25重量％至35重量％之间。为了不对凝固时间造成负面影响，在高铝炉渣中的氧化铁的含量优选小于5重量％，特别地小于3重量％，甚至小于2重量％。研磨的粒化高铝炉渣有利地主要是或甚至完全是无定形的。根据rietveld方法通过x射线衍射测定的无定形材料的含量优选为至少66重量％，特别地90重量％，甚至95重量％或98重量％。研磨的粒化高铝炉渣优选通过用于石油产品脱硫的催化剂，特别地基于钼和/或钴的催化剂的完全熔融的回收而得到。这些催化剂被回收，并且在回收周期期间获得一定数量的副产物。所获得的副产物之一是高铝炉渣，其二氧化硅含量小于30重量％。高铝炉渣优选包含钼或钴，钼或钴的按氧化物表示的重量含量为最多0.5％。在催化剂回收结束时，该副产物以平均尺寸通常在2至5mm之间的集料形式存在。在该直径时，高铝炉渣的集料通常是惰性的。为了使它们具有反应性，优选将它们研磨以获得细颗粒。这种研磨操作必须考虑在内，以计算在制造粘结剂时的碳足迹。但是，如果将其与制造高铝水泥或硫铝酸盐水泥的过程中的碳足迹进行比较，则研磨操作允许将二氧化碳排放量减少90％以上。研磨的粒化高铝炉渣优选为d50粒径小于20μm，优选小于15μm的磨粒形式。d50直径是这样的直径，其使得50重量％的颗粒具有小于该d50值的直径。颗粒的这种细度特别使得可以赋予粒化高铝炉渣良好的反应性，允许其用于砂浆组合物中并获得在凝固时间和机械强度方面的预期性能。粘结剂优选包含研磨的粒化高铝炉渣和以下成分中的至少一种：-一种或多种水泥，其选自波特兰水泥，贝利特水泥，高铝或硫铝酸盐水泥，由火山灰混合物形成的水泥，其任选地包括粉煤灰，硅灰，石灰石，煅片岩和/或天然或煅烧火山灰，和/或-硫酸钙源，其选自烧石膏，半水合石膏，生石膏和/或无水石膏，单独或作为混合物。在本发明的粘结剂，在它是两种成分的混合物的意义上来说，可以是二元粘结剂，或者如果它是三种成分的混合物，则可以是三元粘结剂。粘结剂的组成也可以是更复杂的，并且包含三种以上的不同成分。在包括研磨的粒化高铝炉渣和水泥的二元体系中，粘结剂有利地由研磨的粒化高铝炉渣和波特兰水泥构成。优选地，在这种类型的二元系统中，研磨的粒化高铝炉渣的含量小于40重量％，其余为波特兰水泥。甚至更优选地，研磨的粒化高铝炉渣的含量小于20重量％。这种数量有限的高铝炉渣允许保持与所需应用相容的机械强度。在由研磨的粒化高铝炉渣和硫酸钙源组成的二元体系中，研磨的粒化高铝炉渣的含量可以是更高的。这样的系统可以包含按重量计最高至90％的研磨的粒化高铝炉渣。粘结剂也可以有利地是三元粘结剂，并且由研磨的粒化高铝炉渣，波特兰水泥和硫酸钙以其各种矿物学形式之一例如石膏构成。每种成分的相对比例可以根据对于砂浆所希望的应用而变化。例如，粘结剂可包含按重量计10％至50％的波特兰水泥，按重量计30％至70％的研磨的粒化高铝炉渣，以及按重量计10％至50％的硫酸钙。根据本发明的粘结剂可以任选地包含高铝或硫铝酸盐水泥。然而，优选地，所述粘结剂不含高铝或硫铝酸盐水泥。本发明还涉及一种干砂浆组合物，其包含至少一种根据本发明的水硬性粘结剂以及骨料和/或填料。该组合物被称为干燥的，因为这些成分中的大多数是粉状的。每种成分的百分比以相对于所述组合物的所有组分的重量百分比给出。填料是钙质或硅质类型的精细研磨的惰性矿物材料。相对于干燥组合物，它们的含量通常为0至30重量％。在砂浆组合物中通常使用的骨料的直径小于8mm。骨料是矿物颗粒，特别地石头，砾石，砂砾，卵石和/或沙子的颗粒，其含量相对于干砂浆组合物通常在30重量％至95重量％之间变化。有利地，根据本发明的砂浆组合物包含二元水硬性粘结剂，该二元水硬性粘结剂是包含小于30重量％的二氧化硅的研磨的粒化高铝炉渣和波特兰水泥的混合物。它还可以包含三元水硬性粘结剂，该粘结剂是研磨的粒化高铝炉渣和两种其它选自以下的粘结剂的混合物：-水泥，其选自波特兰水泥，贝利特水泥，高铝或硫铝酸盐水泥，由火山灰混合物形成的水泥，可任选地包括粉煤灰，硅烟，石灰石，煅片岩和/或天然或煅烧火山灰和/或-硫酸钙源，其选自烧石膏，半水合石膏(hemihydrate)，生石膏和/或无水石膏，单独的或作为混合物。优选地，根据本发明的砂浆组合物包含三元水硬性粘结剂，其是包含小于30重量％的二氧化硅的研磨的粒化高铝炉渣，波特兰水泥和选自烧石膏、半水合石膏、生石膏和/或无水石膏的硫酸钙源的的混合物，单独的或作为混合物。非常优选地，砂浆组合物不含高铝或硫铝酸盐水泥。水硬性粘结剂优选地占各种粉状组合物的总干混合物的5重量％至50重量％，取决于为该组合物所选择的用途。根据本发明的砂浆组合物可以包含活化剂，所述活化剂选自已知用于基于三元粘结剂或水泥的砂浆用组合物中的活化剂。该组合物还可以包含一种或多种选自流变剂、保水剂、引气剂、增稠剂、杀生物保护剂、分散剂、颜料、促凝剂和/或缓凝剂、聚合物树脂的添加剂。相对于干燥组合物的总重量，添加剂和助剂的总含量通常在0.001重量％至5重量％之间变化。这些不同添加剂的存在允许，特别地但非唯一地，调节湿砂浆组合物(即在与水混合之后)的凝固时间或流变性，使得满足所需产物的功能的期望。本发明还涉及地面产品，例如抹灰或地面覆层，并且还涉及能够通过将干砂浆组合物与水混合而获得的工业砂浆。举例来说，对于自流平的地面抹灰，凝固开始通常少于2小时。当在2分钟测量湿组合物时，该湿组合物的铺展值通常必须大于150mm，而在20分钟测量时，则大于135mm。在湿砂浆组合物干燥和硬化后获得的产品(其可以是地面抹灰或地面覆层)必须满足某些机械特性。例如，这些产品的抗弯强度尤其必须在28天后大于4mpa，并且对于p3类，在28天后抗压强度必须大于18mpa。对于用于地面的应用，控制湿组合物在干燥期间的收缩率也是很重要的。该收缩率通常小于1mm/m。以下实施例举例说明本发明而不限制其范围。在以下实施例中使用了研磨的粒化高铝炉渣，该炉渣是通过使基于钴和钼的用于石油产品脱硫的催化剂完全熔融的回收利用而得到的。这种炉渣的主要成分是氧化铝(41％)，石灰(32.6％)，二氧化硅(12.6％)，氧化镁(8.9％)，氧化铁(1.6％)和硫(1.6％)。在炉渣中还存在其它氧化物，特别地钼、镍、钴、铬、钒、锌、锰、磷、钾、钛以及氯的氧化物，但以最低含量存在，小于0.5％。将这种最大直径为5mm的高铝炉渣的颗粒进行研磨，以获得与水泥细度相当的细度。研磨的粒化高铝炉渣的粒度分布为如下：d10为0.7µm，d50为10µm，和d90为34µm。该研磨的粒化高铝炉渣用在地面用配制剂中，该配制剂包含波特兰水泥/高铝水泥/硫酸钙类型的三元粘结剂。高铝水泥被基于研磨的粒化高铝炉渣的副产品代替。下表1给出了用于地面抹灰的砂浆配方：组分含量%波特兰水泥9.4研磨的粒化高铝炉渣9.4硫酸钙6.3砂45石灰石填料28缓凝剂0.05可再分散聚合物粉1.3锂盐，碳酸钠系列的促凝剂0.35纤维素醚类型流变剂0.08高效减水剂0.12表1。该粉状混合物在23℃的温度下以24％的混合比与水混合。根据en13892-2进行允许表征弯曲强度和抗压强度的测试，以及根据与地面抹灰相关的certifiecstbcertified品牌认证标准的技术文件(documenttechnique)进行收缩和铺展测试，以评估硬化产品的性能。机械强度和尺寸变化是对在28天后在23℃，50％相对湿度下存储的4x4x16cm测试样品进行测量。所得结果整理在下表2中：标准期限值抗压强度(mpa)>16(en13813)28天22抗弯强度(mpa)>4(en13813)28天7.4收缩率23℃，50％相对湿度(mm/m)<128天-0.8铺展(毫米)>150(自流平)2分钟150>13520分钟140表2。获得的性能符合对自流平p3级地面抹灰所要求的规格。在第28天时抗压强度大于18mpa，抗弯强度大于4mpa。在第28天时收缩率也小于1mm/m。抹灰的施用性能(特别地凝固时间)及其最终的机械性能与通过使用基于包含高铝水泥而不是研磨的粒化高铝炉渣的三元粘结剂的砂浆获得的那些相似。根据标准en13813，这种砂浆组合物分类为ct-c20-f7。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种用于砂浆组合物的水硬性粘结剂，其包含至少一种包含小于30重量％的二氧化硅的研磨的粒化高铝炉渣，所述高铝炉渣是其中氧化铝是最丰富的成分的炉渣。
2.根据权利要求1所述的粘结剂，其中所述研磨的粒化高铝炉渣包含30重量％至60重量％的氧化铝，优选32重量％至45重量％的氧化铝。
3.根据前述权利要求中任一项所述的粘结剂，其中所述研磨的粒化高铝炉渣的二氧化硅含量为5重量％至25重量％，特别地10重量％至20重量％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的粘结剂，其中所述研磨的粒化高铝炉渣主要是无定形的。
5.根据前一项权利要求所述的粘结剂，其中所述研磨的粒化高铝炉渣呈具有小于20μm，优选小于15μm的d50粒径的研磨颗粒形式。
6.根据前述权利要求中任一项所述的粘结剂，其中所述研磨的粒化高铝炉渣是通过完全熔融用于石油产品脱硫的催化剂，特别地基于钼和/或钴的催化剂的回收而产生的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的粘结剂，包括所述研磨的粒化高铝炉渣和以下成分中的至少一种：
-一种或多种水泥，其选自波特兰水泥，贝利特水泥，高铝或硫铝酸盐水泥，由火山灰混合物形成的水泥，其任选地包含粉煤灰，硅灰，石灰石，煅片岩和/或天然或煅烧火山灰，和/或
-硫酸钙源，其选自烧石膏，半水合石膏，生石膏和/或无水石膏，单独的或作为混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的粘结剂，其由所述研磨的粒化高铝炉渣和波特兰水泥构成，所述研磨的粒化高铝炉渣的含量小于40重量％，优选小于20重量％。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的粘结剂，其包含按重量计10％至50％的波特兰水泥，按重量计30％至70％的所述研磨的粒化高铝炉渣，以及按重量计10％至50％的硫酸钙。
10.一种干砂浆组合物，其包含至少一种根据前述权利要求中任一项所述的粘结剂以及骨料和/或填料。
11.根据权利要求10所述的组合物，其不含高铝或硫铝酸盐水泥。
12.权利要求10和11中任一项的组合物，其包含一种或多种选自流变剂、保水剂、引气剂、增稠剂、杀生物保护剂、分散剂、颜料、促凝剂和/或缓凝剂、聚合树脂的添加剂。
13.用于地面的产品，如抹灰或地面覆层或工业砂浆，其能够通过将根据权利要求10至12中任一项所述的干砂浆组合物与水混合而获得。
技术总结本发明涉及是一种用于砂浆组合物的水硬性粘结剂，其包含至少一种研磨的粒化高铝炉渣，该炉渣包含小于30重量％的二氧化硅。本发明还涉及：一种干砂浆组合物，其包含至少一种这种粘结剂以及骨料和/或填料；和能够通过将干燥的砂浆组合物与水混合而获得的用于地面的产品，如抹灰或地面覆层或工业砂浆。
技术研发人员：L.雷诺;M.阿尔贝;S.朗贝雷
受保护的技术使用者：圣戈班韦伯公司
技术研发日：2018.10.22
技术公布日：2020.06.05
