用于选择包含挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法,用于制备这样的建筑材料的方法和系统

文档序号:366860 发布日期:2021-12-07 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 用于选择包含挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法,用于制备这样的建筑材料的方法和系统 (Method for selecting the composition of a building material comprising excavated clay soil, method and system for preparing such a building material ) 是由 M.诺伊维尔 M.梅尔塞 于 2020-03-06 设计创作,主要内容包括:本发明涉及用于选择包含挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法(100),所述建筑材料的组成必须包含适用于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂和活化剂的量,所述方法包括接收挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤(130)和选择适用于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂的量和活化剂的量的步骤(170)。本发明进一步涉及用于校准用于建立现场建筑材料的组成的计算算法的方法(200)、由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料以及用于制备包含挖掘出的黏土土壤的建筑材料的系统(400)。(The invention relates to a method (100) for selecting a composition of a building material comprising excavated clay soil, which composition must contain an amount of a deflocculant and an activator suitable for the excavated clay soil, the method comprising a step (130) of receiving a measurement of at least one physicochemical property of the excavated clay soil and a step (170) of selecting an amount of a deflocculant and an amount of an activator suitable for the excavated clay soil. The invention further relates to a method (200) for calibrating a calculation algorithm for establishing the composition of an on-site construction material, a construction material formed by an excavated clay soil and a system (400) for preparing a construction material comprising an excavated clay soil.)

用于选择包含挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法, 用于制备这样的建筑材料的方法和系统

技术领域

本发明涉及建筑材料的领域,并且更特别为可用于建筑中的材料(例如建筑粘合剂或混凝土)的领域。本发明涉及用于选择包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成(composition,组合物)的方法。本发明还涉及用于校准用于确定包括挖掘出的黏土土壤的现场(site)建筑材料的组成的计算算法的方法,涉及由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料,并且涉及用于制备包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的系统。

背景技术

水泥是世界上消耗第二多的资源,全世界每年生产多于40亿吨的材料,并且受到对于住房和基础设施的日益增长的需求的驱动,此消耗正在持续增长。

水泥是通常为水硬性的粘合剂,其在与水混合时硬化并凝固。在固化之后,水泥即使暴露于水时也保持其强度与稳定性。世界各地使用的水泥多种多样。此外,水泥的制备方法正变得越发复杂,并且已经开发了用于制备各种类型的混凝土的自动化系统(FR2751911,EP2296854)。

尽管如此,所有常规的水泥都含有不同百分比的熟料(clinker),范围从一些高炉水泥的5%到波特兰(Portland)水泥的最低95%,其中波特兰水泥是如今全世界使用最广泛的水泥。熟料是将包含约80%石灰石和20%铝硅酸盐(例如黏土)的混合物烧制的结果。此烧制(熟料化)在高于1200℃的温度下完成,因此这样的水泥制备方法意味着高能耗。此外,石灰石向石灰的化学转化还释放二氧化碳。作为结果,水泥行业产生了全球CO2排放的约8%。作为对此挑战的响应,行业和研究者们正在探索降低来自水泥行业的二氧化碳排放的影响的方法。

除了这些碳排放之外,在大型城市开发项目的背景下,挖掘出的土壤的管理也是一个问题。虽然通常将挖掘出的土壤储存或用以填充采石场,或用于公园开发,但是潜在使用远低于可用量。此外,虽然有人提出过将这些挖掘出的土壤用于建筑材料的生产,但是此应用遇到了如下问题:一方面原土壤(raw soil)的结构机械强度不足,和当使用偏高岭土时碳足迹非最优。

确实,如在文献FR3016376中描述的那样,所提出的基于原土(raw earth)的水泥或者具有过弱的物理性质(例如改进的机械强度、降低的毛细吸收或降低的对液体的渗透性;或者它们需要添加一定比例的波特兰水泥以具有可接受的机械性质。

对于基于偏高岭土的水泥而言,在水泥的水化期间石灰或氢氧化钠与偏高岭土的混合(物)将引起凝硬反应(pozzolanic reaction,火山灰反应)。此反应改进了偏高岭土水泥的粘合性质。因为这些性质,已经提出了基于偏高岭土的建筑材料,特别地包括与氢氧化钠联合的快速煅烧偏高岭土(flashed metakaolin,闪蒸偏高岭土),如在文献FR3034094中描述的那样。尽管如此,偏高岭土的形成需要对高岭石黏土(kaolinitic clays)进行热处理,以引起高岭石晶体结构的脱羟基反应,这引起不利的碳平衡,尤其是在考虑到挖掘出的土壤向热单元的运输时。

因此,存在对于挖掘出的黏土土壤的新用途的需求,该用途可以有利地允许温室气体排放降低和制备建筑材料(例如建筑粘合剂或现场混凝土(site concrete)),该建筑材料具有低碳足迹同时具有与在建筑行业中常用的水泥的机械性质至少相当或甚至还优于之的机械性质。

[技术问题]

因此,本发明旨在克服现有技术的缺点。特别地,本发明旨在提供用于选择包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法,所述方法一方面使得可形成建筑材料例如建筑粘合剂,以降低温室气体(例如二氧化碳)的排放,同时赋予适合其在建筑行业中使用的机械特性,并且另一方面提出现场混凝土,该现场拌混凝土包括这样的粘合剂并且与由波特兰水泥形成的混凝土相比能够改进居民的舒适度。

本发明还旨在提出由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料,该建筑材料具有适合其在建筑行业中使用的机械性质,同时构成回收(reclaiming)挖掘出的黏土土壤的方式。

本发明还旨在提出用于制备包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的方法和系统以与波特兰水泥型的常规建筑材料相比降低温室气体的排放。

发明内容

为此,本发明涉及用于选择包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法,所述建筑材料的组成包括适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂和活化剂量,所述方法通过包括计算模块的计算机装置来实现,所述方法包括:

-从计算模块接收挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤;和

-通过计算模块基于一个或多个测量值与参考值的比较来选择适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤,所述参考值包括黏土土壤的至少一种理化性质的测量值与用以形成建筑材料的适于所述黏土土壤的抗絮凝剂和活化剂量之间的相关性。

这样的选择方法具有的优点是能够选择基于挖掘出的黏土土壤的建筑材料的至少部分成分,从而形成具有与使用熟料的常规建筑材料的机械性质相当的机械性质的建筑材料,例如建筑粘合剂或现场混凝土。确实,通过现有技术的方法,从机械的角度来看,得自挖掘出的土壤的建筑材料一般不够有效地允许其应用广泛。

加之,通过该选择方法选择的成分(即挖掘出的黏土土壤、抗絮凝剂和活化剂)允许以耗能更低的制备方法形成建筑材料。

最后,由于建筑材料包括挖掘出的黏土土壤(优选地未经历过燃烧阶段),因此该建筑材料有利地保持湿热性质,从而与由波特兰水泥形成的混凝土相比允许改进居民的舒适度。

根据所述选择方法的其它任选的特征:

-所述至少一种理化形式选自:挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量、黏土的性质、粒度、杂质的含量、非黏土矿物级份的含量、污染物的含量、元素分析、金属氧化物的含量、盐度、pH和挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量。优选地,所述至少一种理化性质选自:挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量、黏土的性质、粒度、非黏土矿物级份的含量、元素分析、金属氧化物的含量、盐度、pH和挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量。更优选地,所述至少一种理化性质选自:挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量、黏土的性质、粒度、非黏土矿物级份的含量、金属氧化物的含量和挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量。这样的理化性质最可能提供适于所涉及的挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂和活化剂值。

-对经预处理的挖掘出的黏土土壤测量所述至少一种理化性质,所述预处理选自:挖掘出的黏土土壤的破碎、拣选、筛分和/或干燥。这有利地允许测量中制造的误差最小化。优选地,该预处理包括例如通过筛分或沉降进行的至少一个(一种)分级,更优选地在50μm的分级并且例如在20μm的分级。

-其事先包含接收建筑材料的所需的机械性质值,并且选择抗絮凝剂和活化剂量的步骤进一步包括排除不允许建筑材料展现所需的机械性质值的抗絮凝剂和活化剂量。因此,操作人员可以方便地为建筑材料设置目标性能标准,该建筑材料的组成是预期的。这在回收挖掘出的土壤以用于建筑应用的方法中节省了时间并且提高了性能。

-通过计算模块选择适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤包括实施预先校准的计算算法。

-通过实施统计监督学习方法获得了所述预先校准的计算算法。

根据另一方面,本发明进一步涉及用于校准用于确定建筑材料(例如建筑粘合剂或现场混凝土)的组成的计算算法的方法,例如通过包括学习模块的数码装置实施,其特征在于该方法包括:

-从学习模块接收挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的第一步;

-从学习模块接收抗絮凝剂量值和活化剂量值的第二步,该抗絮凝剂量值和活化剂量值在添加到挖掘出的黏土土壤时允许形成建筑材料;

-从学习模块接收由挖掘出的黏土土壤和在第二接收步骤中接收的抗絮凝剂和活化剂量形成的建筑材料的至少一种机械性质的测量值的第三步,所述挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的值在第一接收步骤中接收;和

-通过学习模块创建接收的测量值之间的相关性的步骤,以校准计算算法。

挖掘出的黏土土壤、抗絮凝剂和活化剂的组合允许生产具有可观的机械性质的建筑材料,并且根据本发明的选择方法允许选择恰当的量值。然而,考虑到挖掘出的黏土土壤的理化性质的复杂性与可变性,发明人开发了校准计算算法的方法,允许克服这种复杂性。这样的校准方法允许提出的抗絮凝剂和活化剂量值高度适于挖掘出的黏土土壤。应注意,接收顺序不重要而是允许方法的描述清晰。

根据另一方面,本发明进一步涉及用于由挖掘出的黏土土壤制备建筑材料的方法,该方法包括:

-测量挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的步骤;

-依据根据本发明所述的用于选择包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法的选择步骤;和

-依据所选择的组成将挖掘出的黏土土壤、抗絮凝剂和活化剂混合的步骤。

与在用于制备波特兰水泥型的常规建筑材料的方法的实施相比,这样的简单且快速的方法允许在其实施期间的温室气体的排放得以降低。

根据制备方法的其它任选特征,该方法进一步包括:

○在混合步骤期间测量正在形成的建筑材料的理化或机械性质的步骤,

○比较测量值与正在形成的建筑材料的理化或机械性质的预定值的步骤,和

○当测量值与正在形成的建筑材料的理化或机械性质的预定值不同时,添加至少一种补充成分的步骤。

因此,正在形成的建筑材料的性质的验证允许在线(即优选地实时)进行品质控制,从而确保形成的建筑材料具有尽可能接近预期的机械性质的机械性质。确实,偏差可以在混合时识别并在最终确定(finalized)建筑材料和更有理由使用之前改正。

根据另一方面,本发明涉及被配置为运行根据本发明的选择方法的计算机程序产品。

根据另一方面,本发明涉及被配置为运行根据本发明的校准方法的计算机程序产品。

根据另一方面,本发明进一步涉及由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料,其特征在于该材料包括抗絮凝剂和挖掘出的黏土土壤。优选地,本发明进一步涉及由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料,其特征在于该材料包括挖掘出的黏土土壤、活化剂和抗絮凝剂,所述抗絮凝剂占建筑材料的至少0.1重量%,优选地建筑材料的至少0.25重量%。

由于活化剂可以与挖掘出的黏土土壤的成分反应和被转化,因此在建筑粘合剂中或在现场混凝土中未系统性发现活化剂。尽管如此,在一些情况中,由挖掘出的黏土土壤形成的根据本发明的建筑材料可以进一步包括活化剂。

这样的由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料具有适合其在建筑行业中使用的机械性质,同时构成回收挖掘出的黏土土壤的方式。

依据根据本发明的建筑材料的其它任选特征,其包括不同类型黏土的混合物。

此外,其可以包括至少2重量%、优选地至少4重量%、更优选地至少6重量%的泥沙(silt,淤泥)颗粒。泥沙颗粒特别为直径为2μm-50μm的颗粒。

根据本发明的建筑材料可以包括含量为建筑材料的至少2重量%的金属氧化物。

根据本发明的建筑材料可以进一步包括高炉矿渣。

根据本发明的建筑材料可以包括30%-80重量%的挖掘出的黏土土壤、0.1%-10重量%的抗絮凝剂和5-10重量%的高炉矿渣。在这种情况中,该建筑材料优选地对应于建筑粘合剂。

根据本发明的建筑材料可以包括:

-5-20重量%的来自挖掘出的黏土土壤的原黏土;

-0.1-3重量%的抗絮凝剂;

-3-15重量%的活化剂;

-25-45重量%的砂;和

-35-55重量%的集料;

所述建筑材料则优选地对应于现场混凝土。

如在实(施)例中所示,根据本发明的建筑材料具有改进的机械性能。

此外,挖掘出的黏土土壤可以有利地经预处理,所述预处理选自:挖掘出的黏土土壤的破碎、拣选、筛分和/或干燥。该预处理可以例如包括分级。

根据另一方面,本发明涉及用于由挖掘出的黏土土壤制备根据本发明的建筑材料的方法,该方法包括:

-挖掘黏土土壤的步骤;

-任选地筛选挖掘出的黏土土壤的步骤,当挖掘出的黏土土壤包括被2cm筛保留的石头时;和

-将挖掘出的黏土土壤(优选地小于50μm的级分)、抗絮凝剂和活化剂混合的步骤。

根据另一方面,本发明进一步涉及用于制备包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的系统,所述系统包括:

-包括挖掘出的黏土土壤的至少一个容器;

-包括抗絮凝剂的至少一个容器;

-包括活化剂的至少一个容器;

-混合装置,在容器和该混合装置之间具有自动化的运输工具;

-控制模块,其被配置为生成用于被自动化的运输工具使用的输出信号,以向混合装置运输确定的抗絮凝剂和活化剂量。

有利地,根据本发明的用于制备建筑材料的系统包括被配置为接收关于适于挖掘出的黏土土壤的确定的抗絮凝剂量和确定的活化剂量的数据的通信工具;所述控制模块被配置为生成用于被自动化的运输工具使用的输出信号,以向混合装置运输确定的抗絮凝剂和活化剂量。

优选地,根据本发明的用于制备建筑材料的系统包括:用于测量挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的工具,能够实施被配置为进行以下步骤的计算机程序的计算工具:获得挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤;和基于一个或多个测量值与参考值的比较来确定适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤。

特别地,本发明进一步涉及用于制备包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的系统,所述系统包括:

-包括挖掘出的黏土土壤的至少一个容器;

-包括抗絮凝剂的至少一个容器;

-包括活化剂的至少一个容器;

-混合装置,在容器和该混合装置之间具有自动化的运输工具;

-用于测量挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的工具;

-计算工具,其适于实施被配置为进行以下步骤的计算机程序:

○获得挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤,和

○基于一个或多个测量值与参考值的比较来确定适用于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤;和

-控制模块,该控制模块被配置为生成用于被自动化的运输工具使用的输出信号,以向混合装置运输确定的抗絮凝剂和活化剂量。

这样的系统允许由挖掘出的黏土土壤自动形成建筑粘合剂或可能地现场混凝土(在添加填料的情况下),其中这些建筑材料具有与具有大得多的碳足迹的常规材料的机械性质相当的机械性质。

在阅读以下以示意性的和非限制性的实例的方式给出的描述并参考附图之后,本发明的其它优点和特征将显现,附图如下:

[图1]代表根据本发明的一种实施方式的用于选择包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法的步骤。虚线的步骤是任选的。

[图2]代表用于校准用于确定现场建筑材料的组成的计算算法的方法的步骤。虚线的步骤是任选的。

[图3]代表用于从挖掘出的黏土土壤制备建筑材料的方法的步骤。虚线的步骤是任选的。

[图4]代表根据本发明的一种实施方式的用于制备建筑材料的方法。

[图5]代表根据本发明的一种实施方式的用于制备建筑材料的方法。虚线的步骤是任选的。

[图6]代表显示根据本发明的用于制备包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的系统的功能架构的图。实线箭头代表运输工具而虚线箭头代表数据传输或指令,特别是对所述运输工具的数据传输或指令。

应当参考根据本发明的实施方式的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的不同方面。在图中,流程图和框图说明了根据本发明的各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能的实现方式的架构、功能和运行。

在此方面,流程图或框图中的每个框都可以代表系统、装置、模块或代码,其包含用于实现一个或多个特定逻辑功能(functions,函数)的一个或多个可执行的指令。在一些实现方式中,与框相关联的功能可以以与图中所示的顺序不同的顺序出现。例如,事实上,连续显示的两个框可以基本上同时执行,或者框有时可以以相反的顺序执行,这取决于所涉及的功能。程序图和/或流程图中的每个框,以及程序图和/或流程图中的框的组合可以通过专用的硬件系统来实施,该专用的硬件系统执行特定功能或者运行或执行专用的硬件和计算机指令的组合。

具体实施方式

在余下的说明书中,表述“黏土土壤”必须理解为对应于源自含有黏土的土壤的土壤,或更一般地源自具有细粒度并且因而含有基于片层结构的水合硅酸盐或硅铝酸盐的一种或多种岩石材料的松散地层(formation,构造)的土壤。特别地,黏土土壤可以对应于例如砂质-黏土质泥沙土壤、黏土质-泥沙土壤、黏土质-砂质土壤、黏土土壤的土壤。优选地,黏土土壤包括至少25重量%的黏土,优选地至少30重量%的黏土,更优选地至少40重量%的黏土。可以通过现有技术的标准方法(例如NF X31-107标准中描述的粒度法)来确定黏土的重量含量。此外,优选地,在本发明的框架中的黏土土壤包括至多95重量%黏土,优选地至多90重量%黏土,更优选地至少80重量%黏土。

在本发明的含义之内,表述“挖掘出的黏土土壤”对应于在例如在平整和/或土方工程操作期间出于建筑、建造或回填的目的采掘土壤的步骤之后获得的黏土土壤。特别地,在本发明的含义之内,所述挖掘出的黏土土壤可以或可以不从生产现场移走。优选地并且根据本发明的优点,该挖掘出的土壤在生产现场使用或在小于200km的距离处使用。此外,有利地,在本发明的框架之内,挖掘出的黏土土壤为原(raw)挖掘出的黏土土壤,即其未经历过煅烧步骤。特别地,即,其未经受过任何热预处理。例如,这对应于未经历过高于300℃、优选地高于200℃以及更优选地高于150℃的温度的升高的黏土土壤。确实,原粘土可以经历需要一般地基本上等于150℃的温度升高的加热步骤,但是不需要煅烧步骤。常规使用的黏土具有相对恒定的粒度分布(profile),其中尺寸小于2μm。挖掘出的黏土土壤可以具有不同的粒度分布。在本发明的框架中,挖掘出的黏土土壤可以包括尺寸大于2μm、优选地大于20μm、更优选地大于50μm并且例如大于75μm的颗粒,如根据ASTM D422-63标准所确定。优选地,挖掘出的黏土土壤不包括任何大于2cm的集料,如根据NF EN 933-1标准所确定。

关于挖掘出的黏土土壤、组合物(组成)、粘合剂或现场混凝土的术语“重量%”应理解为相对于组合物(组成)、粘合剂或现场混凝土的干重的比例。所述干重对应于添加水之前的重量,这对例如形成建筑材料是必须的。

在本发明的含义之内,表述“建筑材料”对应于建筑粘合剂或现场混凝土。现场混凝土将特别包括填料,例如集料和/或砂。

“抗絮凝剂”意味着在含水悬浮液中将使集料和胶体解离的任何化合物。抗絮凝剂已在例如油(oil,石油)钻探或开采的情况中使用,以使得黏土流动性更好并且开采或钻探。

“活化剂”意指具有如下功能的任何组分(composition,组合物):加速硅铝酸盐源的分散,促进溶解度低的稳定水合物的形成和具有这些水合物的致密结构的形成,由此增加并入这样的活化组分的材料的机械强度。

在本发明的含义之内,术语“颗度”对应于根据不同类别的颗粒按重量的相对比例的黏土土壤中的组分(element,元素,要素)和颗粒的分布,该不同类别的颗粒通过其尺寸确定并且组成了土壤的矿物质骨架。存在五个粒度类别:-黏土(0-2微米)-细泥沙(2-20微米)-粗泥沙(20-50微米)-细砂(50-200微米)-粗砂(200-2000微米)。

在本发明的含义之内,表述“黏土的性质”对应于黏土的化学和/或矿物学性质。这特别对应于黏土的化学组成,还对应于其矿物学及其物理特性(例如比表面积、孔隙率、形态)。例如,这可以对应于通过其通用名称(例如高岭石、伊利石、蒙脱石、蒙皂石、膨润土、绿泥石和蛭石)对黏土所做的鉴别。

在本发明的含义之内,表述“金属痕量元素”对应于金属化学元素,并且在本发明的含义之内其特别对应于选自以下的金属:铁、铅、汞、铀、铬、铜、镉、银、金、锌、镍或钛。

在本发明的含义之内,术语“基本上等于”对应于相对于比较值变化小于20%、优选地小于10%、甚至更优选地小于5%的值。

在本发明的含义之内,“模型”或“规则”或“计算算法”应理解为操作或指令的有限序列,其使得可选择抗絮凝剂和活化剂量值,即,例如形成预定义的组Y,该预定义的组Y一方面与作为与抗絮凝剂量D和活化剂量A的相关性的函数的得分(score)或种类相关,而且还与挖掘出的黏土土壤的理化性质的一个或多个值E相关。实施此操作的有限序列使得可例如将标记Y0分配至通过一组特性D0、A0、E0所描述的观察,这例如归功于能够再现具有观察到的D、A和E的Y的函数f的实施。

Y=f(D,A,E)+e

其中e代表噪声或测量误差。

在此,Y可以例如为形成建筑材料的能力(是/否)。

有利地,该计算算法可以建立预定义的组,将可以由这些量形成的其它值例如建筑材料的机械性质M的值关联。因此,通过式“M=f(D,A,E)+e”,可选择用于形成具有预定的机械性质的建筑材料的量值。

在本发明的含义之内,“监督学习方法”意指用于基于n个被标记的观察(X1…n,Y1…n,D1…n,,A1…n,,E1…n)定义函数f的方法,其中例如Y=f(D,A,E)+e或M=f(D,A,E)+e。

在本发明的含义之内,“处理”、“计算”、“确定”、“显示”、“提取”、“比较”或更广义地“可执行的操作”意指由装置或处理器执行的行为,除非本文另有说明。在这方面,操作是指在数据处理系统(例如计算机系统或电子计算装置)中的行为和/或过程,所述数据处理系统操纵并转化数据,所述数据体现为在计算机系统或用于存储、传输或显示信息的其它装置的存储器中的物理(电子)量。特别地,计算操作通过装置中的处理器来执行,所产生的数据写入数据存储器中的相应区域中,并且该区域或这些区域可以例如通过适配人机界面(Human Machine Interface)(例如作为非限制性实例,被连接对象的屏幕)返还给用户,从而对这样的数据进行编排(formatting,格式化)。这些操作可以基于应用程序或软件。

术语或表述“应用程序”、“软件”、“程序代码”和“可执行的代码”意指旨在使数据处理直接或间接(例如在转化成另外的代码的操作之后)执行特定函数的一组指令的任何表达、代码或符号。示例性的程序代码可以包括但是不限于子程序、函数、可执行的应用程序、源代码、目标代码、库和/或任何其它为了在计算机系统上执行而设计的指令序列。

在本发明的含义之内,“处理器”意指被配置为根据代码中含有的指令来执行操作的至少一个硬件电路。该硬件电路可以是集成电路。处理器的实例包括但是不限于中央处理器、图形处理器、专用集成电路(根据英语术语“ASIC”)和可编程逻辑电路。单一处理器或多种其它单元可用以实施本发明。

在本发明的含义之内,“偶联的”意指与一种或多种中间元件直接或间接连接的。两元件可以以机械方式、电的方式偶联,或可以通过通信通道链接。

在本发明的含义之内,表述“人机界面”对应于允许人与计算机交流的任何元件,特别是并且非穷举地是键盘,和允许作为对键盘上输入的命令的响应而执行显示和任选地用鼠标或触摸板来选择显示在屏幕上的项目的工具。另外的实施方式为触摸屏,该触摸屏用于在屏幕上直接选择手指或物体触碰的要素,并且触摸屏任选地能显示虚拟键盘。

在权利要求中,术语“包含”或“包括”不排除其它要素或其它步骤。

在以下描述中,使用相同的标记来标示相同的要素。标记符号不应理解为限制本发明的范围。此外,呈现和/或要求保护的不同特征可以有利地组合。其在说明书或不同的从属权利要求中的存在不排除这种可能性。

如前文所提及的,目前的情况是存在大量的挖掘出的土壤,其通常被视为废物并因此在开发现场时对开发者构成了额外的负担。这样的管理并且特别是运输这些挖掘出的土壤所产生的污染增添了制备常规水泥(例如波特兰)所产生的污染。

面对这一观察,发明人已经确定了用于选择使用挖掘出的黏土土壤并且使得可获得具有与常规水泥(例如波特兰)的机械性质相似的机械性质的建筑粘合剂的建筑材料的组成的方法。如将在实施例中显示的那样,使用这种方法能产生可以有利地但非限制性地用作波特兰水泥、石灰或CSA的替代品的建筑粘合剂。因此,以特定比例与抗絮凝剂和活化剂结合的废物(即挖掘出的黏土)可以变成建筑方法中的原材料。

此外,一方面考虑到根据本发明的建筑材料的制备方法,并且考虑到挖掘出的黏土土壤的使用,根据本发明的建筑材料的优点为具有比全世界目前使用最多的大多数建筑材料或水硬性粘合剂(即波特兰水泥)至少低两倍(two times lower,两倍低)的碳足迹。确实,根据本发明的建筑材料主要由黏土土壤制成并且具有零熟料含量或比同等产品更低的熟料含量,并且允许在具有同等机械性质的情况下降低CO2排放和生产成本。此外,所述黏土土壤优选地未经历煅烧步骤,煅烧步骤是耗能的步骤,该步骤还产生温室气体并且更特别是二氧化碳的排放。

最后,有利地,如将在实施例中呈现的那样,根据本发明的建筑粘合剂允许生产具有至少与波特兰水泥等同并且比“低碳”材料(例如前文所描述的那些)优越得多的机械性质的建筑材料。

因此,根据第一方面,本发明涉及用于选择包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成的方法100。由于在添加填料之后该建筑粘合剂可以随后用以形成例如现场混凝土,该选择方法100可以替代地对应于用于选择现场混凝土的组成的方法100。

特别地,为了可从挖掘出的黏土土壤制备建筑材料,所述建筑材料的组成必须包括适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂和活化剂量。

为此,根据本发明的方法,优选地通过包括计算模块的计算机装置实施的方法,可以包括从计算模块接收130挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤;和通过计算机模块选择170适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤。

此外,根据本发明的方法可以包括例如以下的步骤:预先处理110挖掘出的黏土土壤,测量120挖掘出的黏土土壤的理化性质,接收140建筑材料的所需的机械性质值,生成150抗絮凝剂和活化剂量值的多个组合,确定160建筑材料的所需的机械性质值,或确定正在形成的建筑材料的至少一种理化或机械性质值。

如图1中所示,根据本发明的选择方法可以包括预先处理110挖掘出的黏土土壤的步骤。因此,有利地,所述一个或多个测量值得自已经历过对挖掘出的黏土土壤进行的预处理步骤110的挖掘出的黏土土壤的样品。

此预处理步骤例如可以包括或由以下组成:对挖掘出的黏土土壤进行分级、破碎、拣选(例如根据颜色)、筛分和/或干燥。

特别地,由于在本发明的框架中黏土土壤为挖掘出的土壤,因此该黏土土壤可以包括可以在方法的第一阶段有利地去除的大尺寸的粗组分或级分。因此,特别地,根据本发明的方法可以包括将具有至少一个大于1cm(厘米)的维度的组分去除,优选地将具有至少一个大于0.2cm的维度的组分去除。优选地,根据本发明的方法可以包括将具有至少大于1cm、优选地大于475μm(微米)、更优选地大于75μm的尺寸的组分去除,尺寸根据ASTM D422-63标准确定。

此外,根据本发明的方法可以包括测量120挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的步骤。该步骤优选地对挖掘出的黏土土壤的样品进行,并且可以在现场或在专门的实验室中进行。确实,取决于所测量的一种或多种理化性质,其可或不具有可运输的仪器。

测量步骤120可以包括,例如,测量以下的步骤:

-挖掘出的黏土土壤中的黏土含量,其例如通过粒度法(例如NF X31-107标准中描述的那种)来测量;

-黏土的性质,其例如通过X-射线衍射法来获得;

-杂质并且特别是金属痕量元素的含量,其例如通过使用ICP-MS设备的元素分析来获得;

-盐度,用电导计测量黏土土壤洗涤水的电导率;

-pH,使用pH计测量黏土土壤洗涤水的pH;和

-挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量,其例如通过根据NF EN933-9+A1标准的所谓的亚甲基蓝法来测量。

因此,该测量步骤120可以例如包括使用pH计、X-射线衍射仪、电导计、电子显微镜、汞孔率计、荧光分光计、ICP-MS(英语中为Inductively Coupled Plasma MassSpectrometry)、HPLC-MS(偶联至质谱的液相色谱)、GC-MS(偶联至质谱的气相色谱)、通过BET法(比表面积的测量,Brunauer-Emmett-Teller)测量比表面积、粒度计或TGA(热重分析法)流变仪。

根据本发明的方法包括接收130挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤。特别地,此步骤可以通过数码装置中的计算模块来实施。

其测量值被接收的挖掘出的土壤的理化性质可以选自:挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量、黏土的性质、粒度、杂质含量、污染物的存在、流动性极限、塑性极限、金属氧化物的含量、盐度、pH和挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量。例如,其测量值被接收的挖掘出的土壤的理化性质可以选自:挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量、黏土的性质、粒度、杂质的含量、金属氧化物的含量、盐度、pH和挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量。优选地,其测量值被接收的挖掘出的土壤的理化性质可以例如选自:挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量、流动性极限和塑性极限。更优选地,其测量值被接收的挖掘出的土壤的理化性质包括挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量。

特别地,杂质的含量可以对应于金属的含量,并且有利地对应于金属氧化物例如铁氧化物或铝氧化物的含量。

优选地,接收挖掘出的黏土土壤的至少两种、更优选地至少三种、并且甚至更优选地至少四种理化性质的测量值。确实,取决于所考虑的理化性质的数量,选择方法的结果可以品质更佳。

所述一种或多种理化性质为广泛研究的土壤的理化性质,例如pH、粒度、黏土的含量。

特别地,根据本发明的方法包括接收130选自以下的测量值的组合:

-挖掘出的黏土土壤中的黏土的含量和黏土的性质;

-挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量和黏土的含量;

-黏土的含量和污染物的量;

-pH和挖掘出的黏土土壤的黏土的含量;或

-挖掘出的黏土土壤中黏土的总交换容量和粒度。

进一步,如在图1中所示,根据本发明的方法可以包括接收140建筑材料的所需的机械性质值。

确实,除了选择建筑材料的组成以外,根据本发明的方法还可以有利地使得可选择建筑材料的组成,从而允许制备具有给定机械性质的建筑材料。因此,用户将能选择最恰当的量,从而获得满足他/她的需求的建筑材料。

建筑材料的所需的机械性质可以例如选自:压缩强度、干缩、凝固时间、挠曲强度、拉伸强度、杨氏模量、泊松(Poisson)比。

例如,根据本发明的方法可以包括接收建筑材料的所需压缩强度值。该值可以例如由下限(例如20MPa(兆帕)或30MPa)或固定值(例如40MPa)组成。

优选地,当根据本发明的方法包括接收140建筑材料的所需机械性质的值时,选择170抗絮凝剂和活化剂量的步骤进一步包括排除171不允许建筑材料展现所需的机械性质值的抗絮凝剂和活化剂量。例如,这可以对应于通过计算算法选择A和D的所有值,其允许从E的测量值获得M=40MPa的值。替代地,在没有计算算法的情况下,这可以包括将使M的值低于30MPa的所有值从数据库过滤掉。

接收130挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤可以随后是生成150一方面为抗絮凝剂量值与另一方面为活化剂量值的多个组合的步骤。在生成该多个值之后,计算模块可以实施如下文所描述的数值选择步骤170。

此外,根据本发明的方法可以包括确定160对于建筑材料所期望的至少一种理化性质或机械性质值的步骤。该步骤例如通过计算模块实施。

从挖掘出的黏土土壤的理化性质的测量值和从生成的抗絮凝剂和活化剂量值,然后可确定由挖掘出的土壤和所考虑的抗絮凝剂和活化剂量形成的建筑材料的机械性质的值。

根据本发明的方法包括选择170适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤。该步骤可以例如通过计算模块实施。

所述抗絮凝剂和活化剂量可以对应于体积、质量或比例。优选地,该量对应于相对于添加到建筑材料组成的挖掘出的黏土土壤量的比例。替代地,若该量对应于体积或质量,则其与添加到建筑材料组成的挖掘出的黏土土壤量相关。

此外,选择170抗絮凝剂量和活化剂量可以包括确定待添加的抗絮凝剂和/或活化剂的性质。例如,这些剂的性质可以对应于一类化学分子或特定化学分子或分子的组合。

确实,抗絮凝剂可以是分子的组合,而选择抗絮凝剂量则可以对应于选择组成抗絮凝剂的每一种分子的量。这对于活化剂而言同样适用,活化剂可以为一种分子或多种分子。

有利地,该选择是基于挖掘出的黏土土壤的理化性质的一个或多个测量值与参考值的比较而做出的。特别地,该参考值包括黏土土壤的至少一种理化性质的测量值与用以形成建筑材料的适于所述黏土土壤的抗絮凝剂和活化剂量之间的相关性。

抗絮凝剂

许多化合物都可以用作抗絮凝剂,并且许多是本领域技术人员所熟知的。

在本发明的框架中,抗絮凝剂特别地为非离子型表面活性剂,例如聚氧乙烯醚。该聚氧乙烯醚可以例如选自:聚(氧乙烯)月桂基醚。

抗絮凝剂还可以是阴离子剂例如阴离子型表面活性剂。特别地,该阴离子剂可以选自:烷基芳基磺酸盐,氨基醇,碳酸盐,硅酸盐,脂肪酸,腐殖酸盐(例如腐殖酸钠),羧酸,木素磺酸盐(例如木素磺酸钠),聚丙烯酸盐,磷酸盐,或聚磷酸盐例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、正磷酸钠,羧甲基纤维素,及其混合物。

抗絮凝剂还可以是聚丙烯酸盐。则其可以选自例如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸铵。

抗絮凝剂还可以是例如选自以下的胺:2-氨基-2-甲基-1-丙醇;单-、二-或三乙醇胺;异丙醇胺类(1-氨基-2-丙醇、二异丙醇胺和三异丙醇胺)和N-烷基化的乙醇胺。

抗絮凝剂还可以是硅酸盐,例如硅酸钠、偏硅酸钠或三硅酸钠。

替代地,如前文所述,抗絮凝剂可以是化合物的混合物,例如包括选自以下的至少两种化合物的混合物:非离子型表面活性剂、阴离子剂、聚丙烯酸盐、胺和有机磷化合物。

特别地,抗絮凝剂可以是硅酸钠和碳酸钠的混合物。

优选地,抗絮凝剂选自:木素磺酸盐(例如木素磺酸钠)、聚丙烯酸盐、腐植酸盐及其混合物。

抗絮凝剂优选地呈盐的形式。

然而,本发明不限于前文提及的抗絮凝剂,为本领域技术人员所知的任何类型的抗絮凝剂都可以用来替代前文提及的抗絮凝剂。

活化剂

正是与挖掘出的黏土土壤和抗絮凝剂相结合的活化剂赋予了建筑材料其所需的机械性质。

不受理论的限制,活化剂可以允许在黏土片之间形成网络,其赋予了根据本发明的建筑材料其机械性质。

特别地,活化剂可以包括金属氧化物和/或是碱性活化组分(composition,组合物)。

优选地,该金属氧化物是过渡金属氧化物。更优选地,该金属氧化物选自:铁氧化物例如FeO、Fe3O4、Fe2O3、Fe2O3,氧化铝Al2O3,锰(II)氧化物MnO,钛(IV)氧化物TiO2,及其混合物。

该金属氧化物可以优选地衍生自例如在从铁矿石生产生铁期间形成的高炉矿渣的组合物(composition,组分)。

该金属氧化物以建筑材料的至少2重量%、优选地建筑材料的至少5重量%、更优选地建筑材料的至少10重量%的含量存在。

当活化剂为碱性活化组分(composition,组合物)时,该碱性组分(composition,组合物)可以优选地包括具有大于或等于10、更优选地大于或等于12、甚至更优选地基本等于14的pKa的化合物。

该碱性组分可以例如包括有机磷化合物,例如用简称NaTPP描述的三聚磷酸钠。

特别地,活化剂可以包括氢氧化钠和硅酸钠的混合物。

有利地,活化剂可以是进一步包括金属氧化物的碱性活化组分。如将在实施例中所示,由这样的活化剂制备的建筑粘合剂具有良好的机械性质。因此,优选地,活化剂可以包括金属氧化物和具有大于或等于10的pKa的至少一种化合物。

此外,选择步骤170可以包括确定172要并入到建筑材料组成中的添加剂量。确实,根据本发明的选择方法可以得到包括浓度确定的一些添加剂的建筑材料组成。这些添加剂允许最终的建筑材料的化学和/或机械性质得以改变。

添加剂例如选自:增塑剂、合成或天然的流变保持剂、抗收缩剂、保水剂、加气剂、合成树脂、颜料及其混合物。

所述增塑剂可以例如为聚丙烯酸酯(盐)、聚萘磺酸酯(盐)、聚羧酸酯(盐)或聚磷酸酯(盐)。

此外,选择步骤170可以包括确定173要并入到混合物中从而形成现场混凝土的填料量。这些填料允许最终的建筑材料的机械性质得以改变。

填料可以例如选自再循环的或非再循环的集料、粉末、砂、砾石、破碎混凝土和/或纤维。

所述纤维例如选自:植物纤维例如棉、亚麻、大麻、纤维素、竹子、芒草纤维,合成纤维例如金属、玻璃、碳、聚丙烯纤维,及其混合物。纤维的存在可允许形成具有改进的机械和绝缘性质的建筑材料。

有利地并且如前文所述,确定170适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤包括实施预先校准的计算算法。

此计算算法可以从不同学习模型,特别是划分(partitioning,分区)、监督或无监督模型来构建。

无监督统计学习模型可以例如选自无监督高斯混合模型、分层自下而上分类(classification ascendante hiérarchique)(英语术语为凝聚式分级聚类(hierarchical clustering agglomerative))、分层自上而下分类(classificationdescendante hiérarchique)(英语术语中为分列式分级聚类(hierarchical clusteringdivisive))。

统计监督学习模型可以例如选自例如在Burges,1998(Data Mining andKnowledge Discovery.A Tutorial on Support Vector Machines for PatternRecognition)中所描述的内核法(例如支持向量机(Support Vector Machines)SVM,内核岭回归),例如在Brieman,2001(Machine Learning.Random Forests)中描述的集合(set)法(例如Bagging、Boosting、Decision Trees、Random Forest),或例如在Rosenblatt,1958(The perceptron:a probabilistic model for information storage andorganization in the brain)中描述的神经网络。

优选地,通过实施统计监督学习方法获得了预先校准的计算算法。

因此,根据另一方面,本发明涉及用于校准计算算法的方法200。此计算算法特别地旨在确定建筑材料的组成。根据本发明的校准算法可以特别地通过包含学习模块的数码装置来实施。

如图2中所示,根据本发明的这样的校准方法包括接收230挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤。

优选地,接收了多种测量值,并且特别为挖掘出的黏土土壤的至少两种、更优选地至少三种并且甚至更优选地至少四种理化性质的值。确实,取决于所考虑在内的理化性质的数量,所述校准方法的品质将更佳。

根据本发明的校准方法还包括接收240抗絮凝剂量值和活化剂量值的步骤。这些数值对应于一旦被添加到挖掘出的黏土土壤就使得可形成建筑材料的剂的量。

所述抗絮凝剂和活化剂量可以对应于体积、质量或比例。优选地,该量对应于相对于带添加到建筑材料组成的挖掘出的黏土土壤量的比例。替代地,若该量对应于体积或质量,则其与待添加到建筑材料组成的挖掘出的黏土土壤量相关。此外,接收240抗絮凝剂和活化剂量值可以包括接收抗絮凝剂和/或活化剂的性质。例如,这些剂的性质可以对应于一类的化学分子或者特定化学分子或分子的组合。

这些值可以通过将在实施例部分描述的测试来获得。仅将能形成建筑材料的那些剂的量包括在校准方法中。

确实,所述校准方法可以包括根据接收的值形成250建筑材料的步骤。替代地,并且优选地,对多种挖掘出的黏土测试了剂的量值的多种组合,从而形成了可以用作对校准方法的输入数据的数据库。

所述方法然后包括创建270接收的测量值之间的相关性以校准计算算法的步骤。此基于测量值的相关性步骤允许计算算法得以由统计学习模型构建。因此,所述计算算法可以采取以下类型的方程的函数f的形式

Y=f(E,A,D)

优选地,如图2中所示,在创建步骤270之前,根据本发明的校准方法可以进一步包括接收260形成的建筑材料的至少一种机械性质的测量值的步骤。事实上,除了使用剂的量值和挖掘出的黏土土壤的理化性质的一个或多个值以外,根据本发明的校准方法还可以使用所得建筑材料的一个或多个测量值。因此,所述计算算法可以采取以下类型的方程的函数f的形式:

M=f(E,A,D)

优选地,接收260建筑材料的多个测量值,并且特别为建筑材料的至少两种、更优选地至少三种并且甚至更优选地至少四种理化性质的值。

此外,如图2中所示,根据本发明的校准方法可以包括预处理210黏土土壤样品的步骤,该步骤之后可以进行测量220黏土土壤的至少一种理化性质的步骤。此外,一旦建立了相关性,则该相关性可以保存280在存储介质例如RAM或永久性(non-volatile,非易失性)存储器上。

有利地,根据本发明的校准方法可以包括通过重复前文所描述的前面的步骤来更新290计算算法的步骤,并且所述前面的步骤至少为:接收230挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值,接收240当被添加到挖掘出的黏土土壤时形成建筑材料的抗絮凝剂量和活化剂量,和创建270接收的测量值之间的相关性从而校准计算算法。

根据另一方面,本发明涉及用于由挖掘出的黏土土壤制备建筑材料的方法300。

如图3中所示,根据本发明的这样的方法的优点为所谓的低碳方法,即与用于制备建筑粘合剂的已知方法中的温室气体排放相比,温室气体排放例如尤其是二氧化碳排放降低的方法。这样的温室气体排放的降低特别地与没有煅烧阶段相关联,所述煅烧阶段特别是耗能的(energy-intensive)。

此外,制备根据本发明的建筑粘合剂可以允许制备至少部分由来自建筑现场的原材料制成的现场混凝土得以进行。这样的特性进一步降低了所生产的混凝土的环境足迹。一旦选择了适于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量,则根据常规的方法就使得可由挖掘出的黏土土壤继续进行制备建筑材料。

根据本发明的制备方法可以包括测量310挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的步骤。

这样的步骤可以早在混合步骤340之前就执行。例如若进行初步研究并且无需快速使用挖掘出的土壤,就是这种情况。替代地,测量310挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的步骤可以就在选择100建筑材料的组成的步骤之前执行,这对应于实施根据本发明的方法100和混合340的步骤。例如在用于由挖掘出的黏土土壤制备建筑材料的自动化方法中,就是这种情况,其中挖掘出的黏土土壤使用(in line with)可移动的测量装置进行分析,并随后与所选择的剂的量持续混合,从而在非常短的时间内形成建筑材料。

优选地,接收多种测量值,并且特别为挖掘出的黏土土壤的至少两种、更优选地至少三种、并且甚至更优选地至少四种理化性质的值。

此外,如图3和图4中所示,根据本发明的制备方法可以包括根据本发明选择100包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的组成。

此外,其可以包括根据所选择的组成将挖掘出的黏土土壤、抗絮凝剂和活化剂混合340的步骤。

在混合步骤中,可以以这样的方式添加水:使水的质量与建筑材料的质量之比为低于1,并且例如为0.4-0.8。此外,可以有利地在将挖掘出的黏土土壤和抗絮凝剂干混过之后添加水。

因此,优选地,根据本发明的方法可以包括混合步骤,从而获得分散的或抗絮凝的挖掘出的黏土土壤的悬浮液。在混合时,优选地,在活化剂之前添加抗絮凝剂,从而使活化剂与分散的或抗絮凝的挖掘出的黏土土壤混合。

黏土悬浮液的该混合步骤340可以有利地但是非限制性地在选自以下的装置中进行:混合器和卡车混合器,或者更一般地在适于混合黏土土壤的任何装置内。

优选地,所述制备方法可以包括筛选330挖掘出的黏土土壤的步骤。此筛选步骤在混合步骤340之前并且在测量步骤310之前或之后发生。特别地,其以这样的方式实施:将直径大于20mm(毫米)的集料去除。

广义上,所述制备方法可以包括制备挖掘出的黏土土壤的步骤,其中所述制备可以包括例如:干燥、研磨、筛分、存储。

优选地,所述预处理或筛选步骤包括至少一种(一个)分级例如筛分,更优选地例如为50μm筛分的分级。有利地但是非限制性地,如此筛出的组分或颗粒(例如砂和/或集料级分)可以重新用于建筑材料并且特别是现场混凝土的配制中。对于制备建筑材料而言最引人关注的级分是未被筛子保留的级分。因此,用于由挖掘出的黏土土壤制备建筑材料的根据本发明的方法300将有利地包括对任选地筛出的挖掘出的黏土土壤进行分级335的步骤,所述分级优选地以50μm进行。

替代地,可以不对挖掘出的黏土土壤进行预处理,而是将所有黏土土壤用以获得建筑材料。在此情况下,所述方法允许生产现场混凝土。

这有利地使得可回收所有挖掘出的黏土土壤,特别是在与所述挖掘出的黏土土壤相关的理化性质足以获得具有所需机械性质的建筑材料的情况下。以这种方法,可以从一开始回收所有土壤而无需将黏土分离以对其进行加工并配制成材料。

如图5中所示,用于由挖掘出的黏土土壤制备建筑材料的根据本发明的方法300将有利地包括:

-挖掘320黏土土壤的步骤;

-筛选330挖掘出的黏土土壤的步骤,当挖掘出的黏土土壤包括被2cm筛保留的石头时;

-将挖掘出的黏土土壤(优选地小于50μm的级分)、抗絮凝剂和活化剂混合340的步骤。

此外,所述制备方法可以有利地包括处理污染物的步骤。这样的污染物处理步骤允许挖掘出的黏土土壤中的污染物的浓度得以降低,所述污染物例如为痕量的金属元素、烃(例如多环芳烃和C10-C40)、PCB(多氯联苯)、BTEX(苯、甲苯、乙基苯、二甲苯)、TOC(总有机碳)。

此外,常规地,在添加活化组分(composition,组合物)之前、同时或之后,根据本发明的方法可以包括添加添加剂或填料以用于改变最终建筑材料的机械性质。

有利地,所述制备方法可以包括在混合步骤期间(即建筑材料正在形成)测量350建筑材料的理化或机械性质的一个或多个数值,比较360测量值与正在形成的建筑材料的理化或机械性质的预定值。

因此,可对正在形成的建筑材料进行品质控制。

此外,当测量值正在形成的建筑材料的理化或机械性质的预定值不同时,所述制备方法可以包括添加370至少一种补充成分的步骤。

本文中,所述补充成分可以例如选自:抗絮凝剂、活化剂和挖掘出的黏土土壤,从而改变预定组成。所述补充成分还可以选自:如前文所描述的添加剂或填料。

这确保了正在形成的建筑材料将具有尽可能接近预期的机械性质的机械性质。确实,偏差可以在混合时识别并在建筑材料使用之前改正。

此外,如图4中所示,所述方法通过收取380形成的建筑材料的步骤来完成。

根据另一方面,本发明涉及用于制备包括挖掘出的黏土土壤的建筑材料的系统400。替代地如所述的那样,本发明涉及用于制备包括挖掘出的黏土土壤的现场混凝土的系统400。

图5所示的根据本发明的这样的方法可以包括用于建筑材料的各种组分的容器410、420、430。例如,其可以包括用于挖掘出的黏土土壤的至少一个容器410、用于抗絮凝剂的至少一个容器420和用于活化剂的至少一个容器430。此外,其可以包括用于填料和/或添加剂的至少一个容器440。此外,所述系统可以包括用于容纳清洁溶液的清洁容器。

尤其在挖掘出的黏土土壤的情况中,容器410可以不是物品而仅仅是存储挖掘出的黏土土壤的场所。容器还可以选自罐、容器(container,集装箱)、桶、筒仓。

此外,根据本发明的系统包括混合装置450。特别地,这样的装置能够对建筑粘合剂的前体成分进行均质化和/或搅拌。

此混合装置450特别地偶联至位于容器410、420、430和混合装置450之间的自动化的运输工具(分别由容器410、420、430、440和混合装置450之间的箭头代表)。这些运输工具可为例如柔性或非柔性管道、带、输送机或螺旋输送机。此外,与运输工具相结合,所述系统可以包括泵、阀、电磁阀和限流器。特别地,限流器可以被布置成与每个运输工具功能切换,以独立调节传递至混合装置450的各成分的量。

此外,根据本发明的系统可以包括挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量工具460。这样的测量工具460可以为例如pH计、X-射线衍射仪、电导计、电子显微镜、汞孔率计、荧光分光计、ICP-MS、HPLC-MS、GC-MS、通过BET法进行的比表面积测量、粒度计或流变仪。

此外,根据本发明的系统可以包括计算工具470,该计算工具470适于、优选地被配置为实施被配置为执行以下步骤的计算机程序:

-获得挖掘出的黏土土壤的至少一种理化性质的测量值的步骤;和

-基于一个或多个测量值与参考值的比较来确定适用于挖掘出的黏土土壤的抗絮凝剂量和活化剂量的步骤。

此外,根据本发明的系统包括控制模块480,该控制模块被配置为生成用于被自动化的运输工具使用的输出信号。这样的输出信号将允许系统向混合装置450运输确定的抗絮凝剂和活化剂量。此外,它们可以允许向混合装置450运输预定的挖掘出的黏土土壤量。

优选地,根据本发明的用于制备建筑材料的系统可以进一步包括:筛、优选地致密的筛、土壤破碎器、行星式混合器。

更优选地,其可以包括土壤破碎器。特别地,所述土壤破碎器使得可消除会影响建筑粘合剂或现场混凝土的品质的附聚物的存在。此外,粉末化的黏土土壤将在现场混凝土中提供均匀的外观。

甚至更优选地,根据本发明的用于制备建筑材料的系统包括分离直径大于10cm、优选地大于2cm的砾石的筛子。用于制备建筑材料的系统还可以包括用于分离直径小于50μm的颗粒、优选地直径小于20μm的颗粒的拣选工具,例如筛网型的拣选工具。有利地但是非限制性地,如此分离的组分或颗粒(例如砂和/或集料级分)可以重新用于建筑材料并且提取别是现场混凝土的配制中。

替代地,可以不对挖掘出的黏土土壤进行预处理,而是将所有黏土土壤用以获得建筑材料。在此情况下,所述方法允许生产现场混凝土。

此外,其可以包括用于在使用挖掘出的土壤之前对其进行处理的污染控制装置。

从而,根据另一方面,本发明涉及由挖掘出的黏土土壤形成的建筑材料。特别地,此建筑材料可以依据根据前文描述的本发明的制备方法来制备。例如,此建筑材料依据根据前文描述的本发明的制备方法来直接制备。

根据本发明的建筑材料的特征在于其包括抗絮凝剂和挖掘出的黏土土壤。应注意的是,所述建筑材料的制备包括添加活化剂。然而,由于此活化剂可以与挖掘出的黏土土壤反应,因此在建筑材料中未系统性地发现活化剂。尽管如此,有时,根据本发明的建筑材料可以包括抗絮凝剂、活化剂和挖掘出的黏土土壤。

鉴于可能添加填料,本发明还涉及现场混凝土,其特征在于其包括抗絮凝剂和挖掘出的黏土土壤。

替代地,在不存在添加的填料的情况下,本发明还涉及建筑粘合剂,其特征在于其包括抗絮凝剂和挖掘出的黏土土壤。

有利地,根据本发明的建筑材料包括不同类型的黏土的混合物。特别地,其可以包括选自以下的黏土组合:

-伊利石和高岭石,

-伊利石和高岭石和膨润土,

-伊利石和膨润土,

-高岭石和膨润土,

-伊利石和蒙脱石,或

-高岭石、伊利石、蒙皂石、膨润土、绿泥石、蒙脱石、白云母(muscovite)、埃洛石(hallocyte)、海泡石(sepiolite)、凹凸棒石和蛭石的组合。

此外,有利地,所述建筑材料由挖掘出的黏土土壤形成,其特征在于其包括至多80重量%的大于2μm的颗粒,优选地至多60重量%的大于2μm的颗粒。大于2μm的颗粒的含量可以例如根据NF X31-107标准来测量。因此,挖掘出的土壤优选地经历过预处理步骤,这导致粒度集中在尺寸直径小于或等于50μm、优选地小于或等于20μm的级分。

优选地,根据本发明的建筑材料包含至少50重量%的挖掘出的黏土土壤、至少60重量%的挖掘出的黏土土壤、至少70重量%的挖掘出的黏土土壤、至少80重量%的挖掘出的黏土土壤、最优选地至少90重量%的挖掘出的黏土土壤。当所述建筑材料是建筑粘合剂时,这有利地是这种情况。

确实,选择所述抗絮凝剂和活化剂量提供了能够形成具有高的挖掘出的黏土土壤量而不改变所得建筑材料的机械性质的建筑粘合剂的优点。当所述建筑材料为现场混凝土时,则其可以包括至少10重量%的挖掘出的黏土土壤,至少15重量%的挖掘出的黏土土壤,至少20重量%的挖掘出的黏土土壤,至少30重量%的挖掘出的黏土土壤,至少40重量%的挖掘出的黏土土壤,至少50重量%的挖掘出的黏土土壤。

抗絮凝剂可以占建筑材料的至少0.1重量%,建筑材料的至少0.20重量%,建筑材料的至少0.25重量%,优选地建筑材料的至少0.5重量%,更优选地建筑材料的至少1重量%,甚至更优选地建筑材料的至少1.5重量%,并且例如建筑材料的至少2重量%。当所述建筑材料为现场混凝土时,这有利地是这种情况。

抗絮凝剂可以占建筑材料的至少0.30重量%,建筑材料的至少0.5重量%,优选地建筑材料的至少1重量%,更优选地建筑材料的至少1.5重量%,甚至更优选地建筑材料的至少2重量%并且例如建筑材料的至少2.5重量%。当所述建筑材料为建筑粘合剂时,这有利地是这种情况。

此外,抗絮凝剂可以占建筑材料的至多20重量%,优选地建筑材料的至多15重量%,并且更优选地建筑材料的至多10重量%。

特别地,抗絮凝剂可以占建筑材料的0.25-10重量%,优选地建筑材料的0.5-10重量%,更优选地建筑材料的1-10重量%,甚至更优选地建筑粘合剂的2-8重量%,并且例如建筑粘合剂的2-5重量%。因此,抗絮凝剂可以优选地占建筑材料的0.1-5重量%。

特别地,抗絮凝剂占挖掘出的黏土土壤的至少0.5重量%,优选地挖掘出的黏土土壤的至少1重量%,更优选地挖掘出的黏土土壤的至少2重量%,甚至更优选地挖掘出的黏土土壤的至少3重量%,并且例如挖掘出的黏土土壤的至少4重量%。确实,在这样的抗絮凝剂浓度的情况下,根据本发明的粘合剂配制物可以随后与活化组分(composition,组合物)结合使用,从而形成具有有利的机械性质的材料。

此外,抗絮凝剂占挖掘出的黏土土壤的至多20重量%,优选地挖掘出的黏土土壤的至多10重量%。确实,过高的浓度对于形成具有有利的机械性质的材料而言是不必要的。

特别地,抗絮凝剂占挖掘出的黏土土壤的0.5-20重量%,优选地挖掘出的黏土土壤的1-10重量%,更优选地挖掘出的黏土土壤的3-10重量%并且甚至更优选地挖掘出的黏土土壤的4-10重量%。

活化剂例如以建筑材料的至少5重量%、优选地建筑材料的至少7重量%、更优选地建筑材料的至少8重量%的含量存在。当建筑材料为现场混凝土时,这有利地是这种情况。

活化剂可以例如以建筑材料的至少10重量%、优选地建筑材料的至少15重量%、更优选地建筑材料的至少20重量%、甚至更优选地建筑粘合剂的至少25重量%并且例如建筑粘合剂的至少30重量%的含量存在。

此外,活化剂可以占建筑材料的至多50重量%,优选地建筑材料的至多45重量%,并且更优选地建筑材料的至多40重量%。当建筑材料为建筑粘合剂时,这有利地是这种情况。

活化剂还可以占建筑材料的至多15重量%,优选地建筑材料的至多12重量%,并且更优选地建筑材料的至多10重量%。当建筑材料为现场混凝土时,这有利地是这种情况。

特别地,活化剂可以占建筑材料的3-12重量%,优选地建筑材料的4-10重量%,更优选地建筑材料的5-10重量%。当建筑材料为现场混凝土时,这有利地这种情况。

特别地,活化剂可以占建筑材料的10-80重量%,优选地建筑材料的15-80重量%,更优选地建筑材料的20-80重量%,甚至更优选地建筑材料的30-80重量%,并且例如建筑材料的40-60重量%。当建筑材料为建筑粘合剂时,这有利地是这种情况。

在一种特定实施方式中,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-30%-80重量%的挖掘出的黏土土壤,

-1%-10重量%的抗絮凝剂,和

-10%-50重量%的活化剂。

优选地,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-50%-75重量%的挖掘出的黏土土壤,

-1%-10重量%的抗絮凝剂,和

-15%-50重量%的活化剂。

更优选地,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-50%-70重量%的挖掘出的黏土土壤,

-2%-5重量%的抗絮凝剂,和

-15%-45重量%的活化剂。

更优选地,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-50%-60重量%的挖掘出的黏土土壤,

-2%-5重量%的抗絮凝剂,和

-25%-45重量%的金属氧化物。

甚至更优选地,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-30%-80重量%的挖掘出的黏土土壤,

-1%-10重量%的抗絮凝剂,

-10%-40重量%的金属氧化物,和

-2%-15重量%的强碱。

甚至更优选地,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-30%-80重量%的挖掘出的黏土土壤,

-0.1%-10重量%的抗絮凝剂,和

-15%-50重量%的高炉矿渣。

甚至更优选地,根据本发明的建筑材料、优选地建筑粘合剂包含:

-30%-80重量%的挖掘出的黏土土壤,

-0.1%-10重量%的抗絮凝剂,

-10%-45重量%的高炉矿渣,和

-5%-20重量%的碱性组分例如三磷酸盐。

优选地,根据本发明的建筑材料为现场混凝土,其包含:

-5-45重量%、优选地5-30重量%、更优选地10-20重量%的根据本发明的建筑粘合剂;

-25-45重量%、优选地30-40重量%的砂,其例如来自现场土壤,优选地来自挖掘出的黏土土壤;

-35-55重量%、优选地40-50重量%的集料,其例如来自现场土壤,优选地来自挖掘出的黏土土壤;和

-优选地2-10重量%的水。

更优选地,根据本发明的建筑材料为现场混凝土,其包含:

-5-20重量%的来自挖掘出的黏土土壤的原粘土,优选地5-15重量%的来自挖掘出的黏土土壤的原粘土;

-0.1-3重量%的抗絮凝剂;

-3-15重量%、优选地5-12重量%的活化剂;例如5%-10重量%的高炉矿渣;

-25-45重量%、优选地30-40重量%的砂,其例如来自现场土壤,优选地来自挖掘出的黏土土壤;

-35-55重量%、优选地40-50重量%的集料,其例如来自现场土壤,优选地来自挖掘出的黏土土壤;和

-优选地2-10重量%的水。

砂和集料可以从采石场获得。以外,粘合剂可以包括采石场黏土,以补充来自挖掘出的黏土土壤的黏土。

此外,现场混凝土可以包括助剂(adjuvant),例如增塑剂、超增塑剂、流变保留剂或加气剂。

此外,建筑粘合剂的水与干物质的重量比被有利地控制,并且其优选地为小于1,更优选地基本上等于0.6。

此外,根据另一方面,本发明涉及由根据本发明的建筑粘合剂形成的建筑材料。

此外,本发明涉及获得自根据本发明的制备方法的建筑材料。本发明涉及获得自根据本发明的制备方法的建筑材料。

本发明特别地允许生产:

-绝缘建筑材料:在添加“植物或多孔”型的轻集料的情况下由根据本发明的建筑粘合剂生产;

-轻质混凝土:在添加铝粉末型的发泡剂的情况下由根据本发明的建筑粘合剂生产。这将使空气陷(trap,捕获)于材料中并改进其绝缘性质;

-预制元件:在工厂中从根据本发明的建筑粘合剂制造混凝土块或板;和

-隔离模块。

如后文实施例所说明的,本发明提供了基于原粘土基体、抗絮凝剂和活化组分的混合物的解决方案,以提供具有与标准相似的机械性质同时具有降低的碳足迹的建筑材料。

实施例

用于测量黏土土壤的理化性质的方法:

将黏土土壤预筛分以去除所有直径大于20μm的组分或颗粒。这样的经预处理的黏土土壤特别适用于形成根据本发明的建筑粘合剂。

pH使用与100mL蒸馏水混合的20g经预处理的黏土土壤测量。在以150rpm(英语术语为“每分钟转速(revolutions per minute)”)搅拌20分钟之后,将悬浮液过滤,并随后测量经过滤的溶液的pH。

黏土含量以常规方式通过NF X31-107标准中描述的粒度法来测量。

黏土的性质常规地通过X-射线衍射法来测量。

相似性值的生成

如前文所呈现的,所述值包括黏土土壤的至少一种理化性质的测量值与抗絮凝剂和活化剂量值之间的关联性。

这些参考值由用于制备下文所描述的建筑粘合剂的方法中的与不同抗絮凝剂和活化剂量偶联的多种黏土土壤样品形成。

参考值的生成可以例如实施实验设计,例如单纯形设计(plan simplexe)、筛选设计(plan de criblage)、析因设计(plan factoriel)、响应面设计(plan de surface de réponse)、混料设计(plan de mélange)、田口设计(plan de Taguchi)。

以下表1呈现了不同的挖掘出的土壤样品的理化性质,而表2显示了用以生成参考值的实验设计的实例。

[表1]

[表2]

建筑粘合剂的制备:

根据相同的方案制备建筑粘合剂,特别是当生成参考值时,所述相同的方案即,根据例如实验计划以预定量在黏土土壤和抗絮凝剂之间进行预混合,随后添加水并将悬浮液以低速(即基本上以600转/分钟)混合30秒。之后,将活化剂添加至预混合料,随后将预混合料以高速(即以约1500转/分钟)混合3分钟。

将组合物(亦称为建筑粘合剂)中的水与干物质的重量比调节至小于1、更优选地基本上等于0.6的值。

将如此形成的建筑粘合剂随后倒入模具中,并使其在室温下(即约20摄氏度下)固化28天。

随后评价了建筑粘合剂的机械性质。

用于测量建筑粘合剂的机械性质的方法:

在固化完成后,将建筑粘合剂从模具移出,并测量机械强度。建筑粘合剂的机械强度意指其压缩强度,该压缩根据NF EN 196-1标准测量。

对表2中描述的实验执行的测量的结果在以下表3中呈现。

[表3]

这些结果显示,取决于所使用的活化剂和抗絮凝剂量,形成的粘合剂的性能将是不同的并且特别是其机械强度。

此外,其显示抗絮凝剂的存在允许获得高于30MPa的机械强度。

建筑粘合剂的组成的选择:

在准备参考值和若必要的话的计算算法之后,可实施用于选择对于给定的挖掘出的黏土土壤而言恰当的抗絮凝剂和活化剂量的方法。

首先,将挖掘出的黏土土壤的样品筛分,从而去除所有直径大于20μm的组分或颗粒。

随后,如前文所描述的那样分析经预处理的挖掘出的黏土样品的理化性质。

随后,将获得的值传输到被配置为实施根据本发明的方法的计算机装置。

后者随之生成当与预定量的挖掘出的土壤偶联时形成建筑粘合剂的抗絮凝剂和活化剂量的值。

根据本发明的建筑粘合剂的形成

随后将挖掘出的黏土土壤筛分,从而去除直径大于2cm的任何组分或颗粒,并且随后将预定量的经预处理的挖掘出的黏土土壤与选择的抗絮凝剂和活化剂量值同时或依序混合。

根据本发明形成的建筑粘合剂或现场混凝土具有与通过用波特兰水泥形成的混凝土获得的压缩强度相当的压缩强度。因此,本发明允许选择恰当的组成,这使得可由挖掘出的黏土土壤形成低碳建筑粘合剂,该低碳建筑粘合剂具有足够的机械性质以使其成为满足该领域的大部分需求的建筑材料。

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