建材混合物以及此混合物的生產方法和使用的製作方法

2023-06-11 03:29:21 2

建材混合物以及此混合物的生產方法和使用的製作方法
【專利摘要】公開了一種作為混凝土添加劑的建材混合物，其中建材混合物含有火山灰質載體及光催化劑。此火山灰質載體及光催化劑作為乾燥混合物存在。此建材混合物為不含水泥的乾燥混合物，其中光催化劑主要微粒大小為2nm與100nm之間，其中重量比90％以上的火山灰質載體由顆粒大小為0.1μm至1mm的粉煤灰組成。載體與光催化劑經過充分混合，因此光催化劑至少部分分布於載體表面。與其它用於催化劑的火山灰質載體的應用相比，該建材混合物改善了水泥的加工性。
【專利說明】建材混合物以及此混合物的生產方法和使用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種乾燥的建材混合物。本發明尤其涉及一種可用作混凝土或砂漿功能性添加劑的乾燥建材混合物。
【背景技術】
[0002]在【技術領域】存在多種建築材料。為實現建築計劃，尤其使用可塑形的建築材料，例如砂眾或混凝土。
[0003]混凝土由粘合劑(例如水泥)以及水、顆粒組成，必要的話還包括額外添加劑以影響混凝土的功能特性。
[0004]對建築材料及其組成成分的需求是多樣的，根據用途的不同而各不相同。一方面，混凝土的生產應製造出儘可能好的材料；另一方面，混凝土往往也要達到額外的要求，例如外形美觀或特別的功能性增值。相應的，存在改善新鮮混凝土特性(例如可加工性或處理時間)和/或改善凝固後混凝土特性(例如堅固性)的混凝土添加劑或外加物質。此類添加劑或外加物質應如此使用，不但改善所期望的特性，並且不能超出許可地惡化其他相關特性。
[0005]一種已知的混凝土添加劑為光催化性材料，例如二氧化鈦。
[0006]W02010002934A2描述一種阻火耐高溫的建築材料。該材料主要由水泥、二氧化鈦、
熱原二氧化矽和珍珠巖組成。
[0007]W02008/142205A1描述的是使用光催化活性材料覆蓋載體。載體微粒主要為冶金礦渣，例如高爐礦渣。
[0008]一旦有機化合物與混凝土接觸，此類光催化劑在電磁輻射作用下，尤其在紫外線和可見光作用下能夠促進降解有機化合物。此外，此類光催化劑對減少無機空氣有害物質(例如氮氧化合物和硫氧化合物)有效。
[0009]KRONOS公司推出的「KRONOClean」品牌光催化劑是此類光催化劑中的一例。
[0010]出於加工技術原因，這種光催化劑優選被加水，並在配製新鮮混凝土時被加入。
[0011]W098/05601A1已說明，將液態粘合劑與光催化劑微粒混合，並作為建材混合物提供使用。W02009/080647A1已說明，可用光催化劑成分覆蓋載體顆粒(例如覆蓋偏高領土載體)。
[0012]改善混凝土成品總體特性時需隨時注意，建築材料的可加工性與之非常相關。關於可加工性，已被接受並為人熟知的標準一方面是建材的需水量和凝固度以及體積安定性。

【發明內容】

[0013]本發明的目的是提供一種建材混合物。此混合物可以改善光催化活性建材混合物的可加工性，而不會負面影響其關于堅固性和光催化活性的總體特性。
[0014]此外，使用建材混合物時，應儘可能減少光催化材料的需求,但不實質惡化所產生材料的光催化活性。本發明將在減少光催化材料以及改善混凝土特性的同時達到高的光催化效能。
[0015]本發明的另一目的是利用更少的光催化活性物質生產帶有光催化特性的混凝土
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[0016]本目的將通過根據權利要求書I所述特徵的建材混合物實現。
[0017]此外，本目的將通過根據權利要求書6所述方法，以及通過根據(製造)權利要求11的規定所述的建材混合物實現。
[0018]依照本發明，此建材混合物呈現由圓角或球形粉煤灰組成的火山灰質載體。該載體與細碎的光催化劑混合。
[0019]粉煤灰是一種發電站燃燒煤粉及可能的伴隨燃燒物質所產生的細晶燃燒殘留物。粉煤灰的成分受煤的產地和種類、伴隨燃燒物質的種類及數量以及燃燒條件影響。粉煤灰是一種熟知的、有統一標準的建材添加劑(德國工業標準DIN EN450)。
[0020]載體的平均顆粒大小在0.1 μ m與Imm之間。載體與光催化劑的混合物這樣存在，好一部分細碎的光催化劑附著於載體上。也就是說，精細的、相對小的光催化劑至少局部地存在於較其更大的載體的表面上。依照本發明，火山灰質載體的至少90% (重量比)由粉煤灰組成。
[0021]許多專業文獻描述了粉煤灰的特性。Thomas Holzapfel以及Hans-UlrichBambauer在土石工業報TIZ專業報導的1987年第111卷、第2期中做了概況介紹。對於如今粉煤灰質量依舊有效的一種描述出自1958年(Gumz，W.；Kirsch, H.以及Mackowsky, Μ.-Th.: Schlackenkunde.Springer-Verlag, Berlinl958 (礦潘學，Springer 出版社，柏林1958年))。粉煤灰根本上講是粉塵狀物質。它的顆粒大小跨越幾個數量級，從大約0.01 μ m至1mm。粉煤灰從根本上有不同顆粒形狀，以帶有光滑至微粗糙表面的球形顆粒為主。已知也有部分粉煤灰作為空洞顆粒出現。粉煤灰的成分組成受使用的煤和燃燒過程影響。
[0022]載體微粒超過50%為圓角或近圓角型，則認為此種載體是圓角型或球形。
[0023]依照本發明，一種在燃燒過程中，尤其在發電過程中產生的物質與一種緊俏昂貴的物質(光催化劑)一起加工成得到完善的建材混合物。此種混合物結合併改善兩種原料的優良特性。粉煤灰作為火山灰質材料，憑藉其球形的顆粒形狀及其分布，對改善關于堅固性和孔隙分布的特性有利。此外，粉煤灰也有益於在保證光催化效能不變的條件下改善對光催化劑的需求。
[0024]火山灰質材料，其中也包括粉煤灰，根本上講作為混凝土添加劑而被熟知。根據德國工業標準DIN EN206-1/DIN1045-2，粉煤灰可計算出水灰比和最低水泥含量。由於其化學成分，粉煤灰與水和鹼性粘合劑結合後具備粘合能力，並被作為生產砂漿或混凝土的添加劑。
[0025]雖然使用粉煤灰作為水泥添加劑為人所熟知，但是將以圓角或球形粉煤灰為原料的乾燥混合物與光催化材料混合製造乾燥混合物，以及該混合物加入混凝土生產會帶來有利影響仍出乎人們意料。混凝土的可加工性得到改善，光催化效能得到提高。
[0026]相對於目前技術水平中已知的混合物，本發明建材混合物顯示出實質性的優勢。尤其關於混凝土生產中的可加工性，本發明建材混合物超越以目前技術水平建議的比例將火山灰質物質與光催化劑混合所取得的特徵。此外，本發明建材混合物不含水泥。它由光催化活性物質和粉煤灰混合而成。這樣的混合實現了光催化活性物質在粉煤灰微粒上的主要分布。在加入到混凝土時，與通過含有水泥的乾燥物質混合成的建材相比，這樣的主要分布使得光催化劑的分布更好。光催化材料是細碎的，其主要顆粒大小為2nm至lOOnm，其次要顆粒大小(結塊)為數百nm至逾I μ m。
[0027]將首先圓角或球形的火山灰質載體與光催化材料如此混合，使光催化材料至少部分地覆蓋載體表面，在將其加入粘合劑混合物時，這會改善光催化劑效果。為達到同等或更高的光催化有效性所需的光催化材料比目前技術水平更少。
[0028]生產這樣的乾燥混合物創造出了一種混合光催化劑。該光催化劑能將光催化活性優點與其他建材特性的優點結合。
[0029]圓角或球形火山灰質載體和光催化材料間相應的連接與分布尤其可以通過強化乾燥攪拌機實現(生產廠家如Eirich、Lddige或Henschel)。兩者混合時，明顯較小的光催
化劑微粒將覆蓋火山灰質載體材料。其產物可以作為可長期保存的乾燥混合物，簡單且目的明確地用於進一步加工。
[0030]在這種混合物的使 用中，火山灰質載體本身與粘合劑發生火山灰質反應，並帶來更好的可加工性和更高的堅固性，由此帶來更好的混凝土特性。另一方面，分布於載體微粒之上以及之間的光催化劑微粒在之後與粘合劑混合時會更好地分散而且效果更好。以上的觀察並不能完全解釋為什麼效果會提升。以上過程中可能出現了另一個協同效應，載體在此發揮了有害物質吸附劑作用，在混凝土凝固後，它對載體顆粒上的光催化劑起到安定作用。
[0031]尤其是在有光催化反應活性的混凝土表面上，圓角或球形的顆粒形狀可能也實現了孔隙結構的改變，這正面影響了降解率。
[0032]本發明建材混合物不僅光催化性更活躍，使用更少光催化劑至少達到目前技術水平的降解率，而且在建材技術上也與目前技術水平相應的水泥混合物相同或更好。此外，火山灰質載體的球形顆粒形狀改善水泥或混凝土混合物的加工，必要的話可實現節水、更小的孔隙體積以及更高的堅固性。
[0033]儘管細緻的添加劑(例如光催化劑)會提高需水量並負面影響混凝土的可加工性，但另一方面，更好的孔隙填充會改善其堅固性。
[0034]依照本發明的成分組合，粉煤灰的圓角或球形火山灰質載體被光催化材料局部覆蓋，這個成分組合通過相異的設置而發揮出兩者的優點，並改善混凝土整體的孔隙率、孔隙大小、可加工性以及堅固性。
[0035]也就是說，本發明改善建材技術特性和光催化效能，並減少光催化劑成本。
[0036]與本發明有實質性聯繫的是，在其他添加劑加入之前，光催化材料和粉煤灰的火山灰質載體經過強化混合，光催化劑已經覆蓋載體表面。只有這樣，本發明才能發揮其優勢效果。
[0037]根本上講，適用於本發明的粘合劑微粒大小範圍很廣泛，而光催化劑和粉煤灰的
主要微粒大小至少相差一至三個數量級。
[0038]在優選的實施例中，粉晶光催化劑為二氧化鈦，首選為銳鈦礦型。二氧化鈦是為人熟知的光催化劑，它非常適用於本發明。市場上存在各種基於二氧化鈦的光催化劑產品，有些產品在樣式和效果上有顯著區別。比如一些產品含有二氧化鈦結塊，擁有改善了的有效表面。此外，二氧化鈦光催化劑還有一些改動，它在紫外線以及可見光下有效促進對有害物質的吸收效能(例如KR0N0Clean7000)。
[0039]測量常常發現，光催化劑結塊大小在IOOnm至I μ m之間，而光催化劑的主要微粒大小在2nm與IOOnm之間。
[0040]使用二氧化鈦作為光催化劑是有優勢的，因為該產品經過廣泛的測試並為人熟知，而且它可在各種應用形式中使用。
[0041 ] 本發明可與所有細晶的二氧化鈦一同使用,其中細晶在這裡理解為二氧化鈦混合物的主要顆粒平均大小為2nm至lOOnm，必要的話包含較大的結塊。
[0042]在本發明的進一步使用中，本建材混合物除了上述的光催化劑和粉煤灰還含有額外的添加劑。這種添加劑尤其具有與粉煤灰不同的顆粒形狀。它的顆粒形狀為鋒利至圓角型不等。這樣的添加劑尤其可作為抗結塊劑，在建材混合物的進一步加工中對材料特性有利。根本上講，添加劑也可以有其它的特性，例如火山灰質特性。
[0043]任何添加劑都可以考慮作為此類添加劑使用，比如桁架粉，石灰石粉，玄武巖粉，高爐礦渣，氧相二氧化矽或其他物質。這種帶有不同顆粒形狀的添加劑，其重量比始終要低於球狀或圓角載體。
[0044]本發明的一種實施例是僅將光催化劑與火山灰質載體混合，不含其他添加物。這種情況下，光催化劑的重量比重為5%至50%，優選為15%至35%。
[0045]實踐實驗表明， 本發明建材混合物以上述比例特別能夠發揮優勢。依照這種使用形式，粉煤灰比重至少要和光催化劑相等，比重更多則更佳。
[0046]這可以保證為光催化劑的分布提供足夠的載體表面，也保證光催化劑份充分地被粉煤灰分離。
[0047]依照本發明，專業人士可以根據其使用本發明建材混合物的主要目的來選擇一種比重。如果強調以火山灰質載體作火山灰質成分，就可以選擇較高的火山灰質載體比重。根據需求，可以通過相應的、並且常態化進行的方法進行改進。
[0048]本發明建材混合物的載體平均顆粒大小小於400 μ m,優選小於200 μ m,尤其優選小於50 μ m0
[0049]減小火山灰質載體的顆粒大小實現載體與光催化劑更好地混合以及光催化劑在載體物質表面上更好地分布。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]本發明將通過附圖進一步說明。
[0051]圖像Ia顯示由電子顯微鏡拍下的粉煤灰顆粒(steament H4)，粉煤灰球形顆粒可明顯識別，顯而易見，顆粒大小跨越一至兩個數量級。
[0052]圖像Ib顯示細晶二氧化鈦光催化劑照片(KR0N0Clean7000)，其中需注意評定顆粒大小的標尺。此光催化劑尤其為結塊。
[0053]圖像Ic顯示二氧化鈦光催化劑(KR0N0Clean7000,重量比I)與粉煤灰(steamentH4，重量比3)的混合物，其中可以看出，粉煤灰和光催化劑被很好地混合。【具體實施方式】
[0054]依照本發明該使用案例中的混合物，一方面，如與圖像Ib比較即證實，光催化劑通過混合過程更好地分散。另一方面，較小的光催化劑微粒成功附著於較大的粉煤灰顆粒表面。尤其是細晶的光催化劑附著於載體表面。部分較大的結塊仍與載體分離。所示案例的混合過程為乾燥混合方法，使用Henschel生產的強化乾燥攪拌機。
[0055]這些照片並不能解釋為什麼在試驗中使用更少的光催化劑達到了更好的光催化活性。但它們顯示出，光催化劑中較小的成分通過附著於載體球狀顆粒，自身可能形成一種光催化活性顆粒。另一方面，載體的圓角或球形顆粒形狀使各物質很好地互相混合分布，這在之後的使用中將發揮其效果。
[0056]所示的粉煤灰與光催化劑(這裡是二氧化鈦)乾燥混合，依照這種使用形式，所示混合物經過強化乾燥攪拌機5分鐘的強化攪拌。粉煤灰和光催化劑的比例由不同的使用案例而決定。尤其根據Puntke測定法得出的孔隙率值以及砂漿實驗(德國工業標準DINEN196)得出的體積安定性，可以得出可用的混合比。
[0057]Puntke測定最密堆積法在專業人士內部，尤其在例如德國鋼筋混凝土委員會DAfStB關於自流平混凝土的指導方針中得到解釋。此測定法基於以下原理:如果水含量足以飽和緊密的顆粒結構，那麼混凝土在輕微撞擊下會壓縮至可不斷重現的、物質特定的堆積密度。通過有步驟地增加水含量將確定從「仍不可壓」至「剛好可壓」的過度點。接下來通過重新稱重確定樣品的水含量並確定孔隙率以及需水量。
[0058]這樣確定的重量比將進行砂漿實驗。其中，水泥重量比25%的混合物應與100%的水泥體積安定性一致。假如不是這樣，那麼可以繼續改變粉煤灰對光催化劑的比例。
[0059]下表中，組成成分不同的建材，它們的可加工性提供特有的體積安定性:
[0060]砂漿實驗依照德國工業標準DIN EN196
[0061]
【權利要求】
1.一種作為混凝土添加劑的建材混合物，此建材混合物含有火山灰質載體及光催化劑，其中此火山灰質載體及光催化劑作為乾燥混合物存在，其特徵在於，其中此建材混合物為不含水泥的乾燥混合物，其中光催化劑主要微粒大小為2nm與IOOnm之間，其中重量比90%以上的火山灰質載體由顆粒大小為0.1 μ m至Imm的粉煤灰組成,其中載體與光催化劑經過充分混合，因此光催化劑至少部分分布於載體表面。
2.根據權利要求1所述的建材混合物，其中所述細碎光催化劑含有二氧化鈦，優選為銳鈦礦形式。
3.根據上述權利要求之任一項所述的建材混合物，其中乾燥混合物含有顆粒形狀與之相異的，尤其是顆粒為尖銳至圓角型的添加物。
4.根據權利要求1至3之任一項所述的建材混合物，其中乾燥混合物只含有光催化劑及載體，此光催化劑比重為5%至50%，優選為15%至35%。
5.根據上述權利要求之任一項所述的建材混合物，其中載體平均顆粒大小小於400 μ m,優選小於200 μ m,尤其優選小於50 μ m。
6.一種用來生產作為混凝土添加劑的光催化建材混合物的方法，其具有如下步驟:以主要顆粒大小在2nm至IOOnm之間的細碎光催化劑和火山灰質載體製作乾燥混合物，其中至少重量比90%的火山灰質載體由顆粒大小在0.1 μ m至Imm的粉煤灰組成,其中此光催化劑與載體在強化攪拌機中加工成建材混合物。
7.根據權利要求6所述的方法，其中作為細碎光催化劑使用的是二氧化鈦，優選是銳鈦礦形式。
8.根據權利要求6至7之任一項所述的方法，其中此乾燥混合物中額外加入顆粒形狀與之相異的、尤其是顆粒為尖銳至圓角型的添加物。
9.根據權利要求6至8之任一項所述的方法，其中此乾燥混合物僅由光催化劑及載體組成，此光催化劑比重保持在5 %至50 %，優選是15 %至35 %。
10.根據權利要求6至9之任一項所述的方法，其中使用的載體平均顆粒大小小於400 μ m,優選小於200 μ m,尤其優選小於50 μ m。
11.一種用於砂漿或混凝土的光催化建材混合物，生產方法如下:由主要顆粒大小在2nm至IOOnm之間細碎光催化物及火山灰質載體製成無水泥乾燥混合物,此重量比至少90%的火山灰質載體由顆粒大小在0.1ym至Imm的粉煤灰組成,其中此光催化劑與載體在強化攪拌機中加工成建材混合物。
12.根據權利要求11所述的光催化建材混合物，其中作為細碎光催化劑使用的是二氧化鈦，優選是銳鈦礦形式，其中載體使用的是粉煤灰。
13.根據權利要求11至12之任一項所述的光催化建材混合物，其中此乾燥混合物中額外地加入顆粒形狀與之相異的、尤其是顆粒為尖銳至圓角型的添加物。
【文檔編號】C04B14/30GK103998391SQ201280053143
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月15日 優先權日:2011年11月22日
【發明者】維爾納·凱羅姆, 朱爾根·本德爾, 克裡斯蒂安·沙伊特 申請人:施蒂雅格電力礦產有限責任公司, 克羅諾思國際公司