用作包括提取硅酸盐的双组分回填灌浆的组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 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。
[0002] 发明背景
[0003] 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Ca0(30-50质量-% )、Si02(28-38 质量-% )、A1203 (8-24质量-% )以及其它氧化物如MgO(通常1-18质量-% )，其在超过 1900°C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。
[0004] 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C02-排放（immisions)的应用。
[0005] 具体地，EN197-1要求满足以下条件：
[0006] (Ca0+Mg0)/Si02>l，Ca0+Mg0+Si02>67%，和玻璃体质量大于 67%。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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天之后显不尚达19MPa的抗压强度，且在28天固化完成之后显不尚达约46Mpa的抗压 强度。
[0011] 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CaS04、 Na2S04、K2S04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 不尚达22MPa的抗压强度。
[0012] 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）。
[0013] 地质聚合物组合物已例如描述在W0 2010/079414A2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W0 2010/079414A2中的组合物，并 通过加入不超过4wt. -%的少量的水固化。
[0014]EP1 801 084A1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。EP1 801 084A1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. -%。
[0015] 最后，W0 2005/049522A1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. - %。
[0016] 作为用于配制地质聚合物的低水含量的结果，该聚合物通常具有非常有限的流动 性，并被认为是"湿混合料"。因此，这样的组合物不适合于如下的应用：其中必须将该材料 注入到两个壁之间的间隙中，正如放置回填浆料所需要的那样。出于同样的原因，地质聚合 物不适合自流平应用，例如用于匀泥板。
[0017] 在一些应用中，需要水泥展现出高的早期强度以允许工人在浇注后不久可以越过 浇铸表面，或继续他们的工作，而不必等到水泥已经充分硬化。在这方面，合适的抗压强度 被认为是超过〇. 5MPa，所述水泥组合物应该在很短的时间例如2小时之后达到该数值。虽 然通过加入更高量的硬化剂可以加速水泥组合物的硬化，但是这通常会导致最终性能和短 加工性的损失。
[0018]-种解决这一问题的方法是双组分组合物，其中硬化剂保持与粘结剂组分分开。 在这种情况下，粘结剂组分优选应在不存在硬化剂的情况下是稳定的，即包括水的粘结剂 组分当保持约1天时不应该硬化或相分离，以允许例如安全运输到建筑工地。然而，一旦硬 化剂与粘结剂组分混合，该组合物应迅速固化，以在约2小时之后提供大约0. 5MPa以上的 抗压强度。
[0019] 接近这些要求的体系是目前市场上可以灌浆组合物形式得到的，其是以1. 10至 3. 0的水与粘结剂比率（W/P)配制的，具有300kg/m3至638kg/m3的普通波特兰水泥含量。 除了普通波特兰水泥，现有技术的组合物还包括膨润土和缓凝剂，并通过加入40%的硅酸 钠溶液硬化。虽然这些组合物表现出具有在4至12s内的凝胶时间的合适的加工性，但是 该组合物提供低于0. 5MPa的2h抗压强度。
[0020] 需要一种克服上述缺陷且尤其是提供0. 5MPa以上的2小时抗压强度和通过在10 至100秒范围内的凝胶时间表达的良好的可加工性的水泥组合物。此外，粘结剂组分，当与 硬化剂分开保存时，应优选稳定至少1天。本申请解决了这些需要。
[0021] 发明详述
[0022] 本申请涉及包括研磨的颗粒状高炉矿渣的水泥组合物，其提供高的早期抗压强 度，特别是在固化两小时之后抗压强度超过〇. 5mPa。
[0023] 第一方面，本申请涉及一种具有至少粘结剂和硬化剂组分的多组分水泥组合物， 其中所述粘结剂组分包括研磨的颗粒状高炉矿渣和水，其中所述硬化剂组分包括至少含有 42wt.-%、优选至少45wt.-%娃酸钠（Na2Si03)的娃酸钠溶液。
[0024] 优选地，多组分水泥组合物是由所提到的粘结剂和硬化剂组分组成的双组分水泥 组合物。因此，如果组合物包含除了研磨的颗粒状高炉炉渣、水和硅酸钠溶液之外的组分， 则这些优选形成粘结剂或硬化剂组分的组成成分。
[0025] 在本发明的一个优选实施方案中，多组分水泥组合物在固化两小时之后提供 >0. 5Mpa、优选彡IMPa和最优选彡2MPa的抗压强度。如在本申请中所使用的术语"抗压强 度"，是指在23°C/50%相对湿度下固化2小时之后根据ASTM109/C109M-05测定的抗压 强度。
[0026] 另外，多组分水泥组合物优选具有约10至约100s的凝胶时间，优选约10至50s， 且最优选在10至2