專利名稱：乳酸鹽活化的水泥和活化劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一類用于制造混和的水硬性水泥狀材料、其混凝土及其灰泥衍生物的新型組合物，這些水泥狀材料、其混凝土及其灰泥衍生物可用于基礎(chǔ)建筑、修補(bǔ)、制造的混凝土制品、裝甲、噴射和其它應(yīng)用。這些材料中含鈣工業(yè)副產(chǎn)物與化學(xué)活化劑、阻滯劑、結(jié)合促進(jìn)劑和機(jī)械強(qiáng)度改進(jìn)劑之間的反應(yīng)可控。
背景技術(shù)：
具有火山灰性質(zhì)的材料包含玻璃狀的硅石和礬土，這種玻璃狀的硅石和礬土在水和游離石灰的存在下與鈣發(fā)生反應(yīng)從而制成硅酸鈣水合物和硅酸鋁鈣水合物。存在天然火山灰和工業(yè)火山灰二種形式。 在工業(yè)工藝中生產(chǎn)的工業(yè)火山灰包括例如根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)規(guī)定C618所定義的C級(jí)飛灰和F級(jí)飛灰。在燃燒煤炭的過程中生產(chǎn)這些飛灰。它們由存在于煤炭中的無機(jī)、不可燃物質(zhì)組成，這些物質(zhì)在燃燒過程中熔合呈無定型結(jié)構(gòu)。工業(yè)上生產(chǎn)的飛灰的等級(jí)取決于所用煤炭的類型及其化學(xué)組成。褐煤(lignite)或次煙煤(subbituminouscoal)的燃燒通常生產(chǎn)C級(jí)飛灰。無煙煤(anthracite)和煙煤(bituminous coal)的燃燒通常生產(chǎn)F級(jí)飛灰。正如ASTM C618所定義，C級(jí)飛灰的特性包括高于F級(jí)飛灰的石灰含量。C級(jí)飛灰的石灰含量較高使得C級(jí)飛灰自硬化，而F級(jí)飛灰通常需要添加額外的石灰或水泥來形成水化的水泥狀材料。天然火山灰的實(shí)例是N級(jí)火山灰。N級(jí)火山灰是未加工的或經(jīng)煅燒的天然火山灰，諸如一些娃藻土、蛋白石質(zhì)燧石(opaline chert)和頁巖；凝灰?guī)r、火山巖灰(volcanicash)和浮石；以及煅燒的粘土和頁巖。ASTM-C618中進(jìn)一步限定了 C級(jí)火山灰、F級(jí)火山灰以及N級(jí)火山灰的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，該標(biāo)準(zhǔn)公開的內(nèi)容通過引用全文插入本文。已知通常在波特蘭水泥的存在下將飛灰用在水泥組合物中。例如，Brook等人的美國專利5，556，458要求至少20%的波特蘭水泥。具體地，Brook等人指出，在他們的組合物中需要波特蘭水泥從而克服飛灰組合物初期強(qiáng)度低的缺陷。Gravitt等人的美國專利4，997，484以及Hick等人的美國專利7，288，148公開了一種沒有波特蘭水泥的飛灰水泥組合物，但該組合物依靠酸-堿反應(yīng)體系利用檸檬酸(^pH 2. 2)和堿性氫氧化物( pH 12-14)或金屬碳酸鹽( pH 11. 6)的組合作用。但是Gravitt和Hicks的飛灰水泥組合物不具有許有水泥應(yīng)用所需要的作業(yè)時(shí)間、強(qiáng)度、耐久性和硬度。美國專利申請(qǐng)No. 12/017,956(其內(nèi)容通過引用全文插入本文)描述了一種改進(jìn)的水泥狀材料，其包含火山灰粉末和PH中性活化劑(具體為pH中性檸檬酸鹽)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于下列發(fā)現(xiàn)乳酸、乳酸酯以及乳酸鹽的衍生物被用作火山灰水泥的水合活化劑時(shí)，出乎意料并令人驚訝地改善了水泥的塑性性能，例如坍落度保持性和可操作性。改善的坍落度保持性和可操作性允許工人進(jìn)行表面修整操作以得到期望的質(zhì)地，而不存在與檸檬酸鹽活化劑或利用其他較長(zhǎng)羧酸鹽的活化劑的使用有關(guān)的時(shí)間限制。令人感興趣的是，不是所有三碳羧酸都能產(chǎn)生乳酸鹽的優(yōu)點(diǎn)。特別地，發(fā)現(xiàn)丙酸(另一種三碳羧酸)鹽不能產(chǎn)生乳酸鹽活化的水泥的特征一改善的保持性和可操作性。如本文中所述，乳酸、乳酸酯或乳酸鹽被用作主要的活化劑。在本文中使用時(shí)，短語“基于乳酸的化學(xué)活化劑”指的是乳酸活化劑、乳酸酯活化劑和乳酸鹽活化劑。根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施方式，活化劑是乳酸的堿金屬鹽或堿土金屬鹽。此外，中和乳酸的其他形式可能是有利的。根據(jù)其他優(yōu)選的實(shí)施方式，活化劑是乳酸鉀、乳酸鈉、乳酸鋰、乳酸鈣或乳酸鎂。在一些實(shí)施方式中，水泥狀組合物中可能存在其他活化劑。優(yōu)選地，乳酸鹽活化劑占水泥狀組合物中活化劑總含量的50重量％以上，更優(yōu)選地占水泥狀組合物中活化劑總含量的95重量％以上。換句話說，相對(duì)于水泥狀組合物中所有組合的活化劑的總重，非乳酸鹽活化劑應(yīng)該以小于50重量％的總量存在，優(yōu)選小于30重量％，更優(yōu)選小于25重量％。
在一個(gè)實(shí)施方式中，水泥狀組合物包含煤炭飛灰基火山灰；基于乳酸的化學(xué)活化齊U?；瘜W(xué)活化劑可以是乳酸的PH中性鹽。例如，化學(xué)活化劑可以包括乳酸鉀、乳酸鈉、乳酸鋰、乳酸鈣、或乳酸鎂。pH中性鹽也可以包含堿金屬或堿土金屬。在一些實(shí)施方式中，水泥狀組合物可以基本上不含檸檬酸活化劑、堿金屬活化劑、和金屬碳酸鹽活化劑。此外，水狀泥組合物可以進(jìn)一步包含化學(xué)阻滯劑。例如，阻滯劑可以包括硼化合物，例如硼酸、氧化硼、硼酸鈉、四硼酸鈉、硼酸鉀和四硼酸鉀、五水硼砂、以及十水硼砂。基于可水合水泥的總重，水泥可以例如以O(shè). 1-3. O重量％的量包含硼酸鹽或其他阻滯劑。水泥狀組合物可以具有介于30分鐘和12小時(shí)之間、大于2小時(shí)或甚至大于12小時(shí)的固化時(shí)間，而不會(huì)有害地影響最終的特征性能，例如在較寬的溫度范圍內(nèi)(40° F到120° F)的機(jī)械性能。優(yōu)選地，水泥狀組合物具有小于24小時(shí)的固化時(shí)間。另一個(gè)實(shí)施方式是一種形成硬化的水泥組合物的方法，包括混合包含煤炭飛灰基火山灰和基于乳酸的化學(xué)活化劑的可水合的組合物，以形成硬化的水泥組合物。該方法可以進(jìn)一步包括使化學(xué)阻滯劑與包含煤炭飛灰基火山灰和化學(xué)活化劑的可水合的組合物混合在一起。在一些實(shí)施方式中，該方法可以進(jìn)一步包括將阻滯劑以介于O. lwt%和40wt%之間，更優(yōu)選介于O. lwt%和30. Owt %之間，最優(yōu)選濃度介于10. 0wt%和30. Owt %之間的濃度溶于包含化學(xué)活化劑的溶液中。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，阻滯劑和/或其他化合物可以O(shè). Iwt% _50wt%的濃度存在于其他溶劑的單獨(dú)溶液中。一種乳酸鹽或更多種乳酸鹽可以與其他已知的活化劑組合物使用，或者單一的乳酸鹽或多種乳酸鹽的組合可以用作唯一的活化劑。例如，乳酸鉀可以用作唯一的活化劑。優(yōu)選地，相對(duì)于水泥狀組合物中所有組合的活化劑的總量，非乳酸鹽活化劑以小于40wt%、更優(yōu)選小于25wt%的總量存在。硼化合物或其它傳統(tǒng)的阻滯劑可以用在組合物中。本發(fā)明的水泥可以包含天然存在或人造的任意來源的火山灰材料，包括單獨(dú)的或組合的稻殼灰、火山灰浮石、蛋白石和其他頁巖、硅藻土、蛋白石質(zhì)燧石、凝灰石、煅燒的粘土、C級(jí)飛灰、F級(jí)飛灰、N級(jí)火山灰。水泥還可以包含其它添加劑，包括硅灰(silica fume)、鋁酸鈣、氧化鎂、石灰、石膏、一種或多種來自硼化合物家族(例如硼酸鹽、硼酸、氧化硼或硼砂)的阻滯劑、有機(jī)阻滯劑(諸如葡糖庚糖酸鈉)、反應(yīng)性粘土(諸如偏高嶺土)、硅灰石、引氣劑(AEA)、粘度改性劑(VMA)、增塑劑、乳膠、纖維(用于斷裂韌性)、或收縮補(bǔ)償添加劑(SRA)。在基礎(chǔ)火山灰粉末是F級(jí)飛灰或N級(jí)火山灰的情況下，水泥包含一種或多種富鈣材料，優(yōu)選包含工業(yè)副產(chǎn)物，諸如水泥窯粉塵、石灰窯粉塵、爐渣和洗滌器灰。在一些實(shí)施方式中，火山灰粉末可基本上由100% C級(jí)飛灰組成。在其他實(shí)施方式中，基于可水合水泥的總重，可水合水泥或者可以包含例如50-95重量％的C級(jí)飛灰；或者基本上由F級(jí)飛灰組成，并且水泥可以進(jìn)一步包含富鈣材料添加劑；或者基于可水合水泥的總重，包含O. 5-50重量％的F級(jí)飛灰；或者基本上由N級(jí)火山灰組成，并且水泥可以進(jìn)一步包含富鈣材料添加劑。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，火山灰粉末基本上由C級(jí)飛灰和F級(jí)飛灰組成，其中基于可水合水泥的總重，C級(jí)飛灰以50-100重量％的量存在，F(xiàn)級(jí)飛灰以0-30重量％的量存在。所公開的水泥可以單獨(dú)使用，或者可以與其它水泥諸如波特蘭水泥、爐渣水泥和其它類型的傳統(tǒng)水硬性水泥共混。然而，為了顯示本發(fā)明水泥出眾的性質(zhì)，本發(fā)明的水泥不·需要存在其它水泥。因此，根據(jù)本發(fā)明的水泥可能基本上不含波特蘭水泥。短語“基本上不含”指含量基于參照組合物的總重小于I重量％。水泥狀組合物除了水泥以外還可以包含一種或多種填料。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，基于可水合水泥的總重，可水合水泥可以以小于20重量％、更優(yōu)選小于15重量％、小于10重量％、小于2重量％的量包含波特蘭水泥。在一些實(shí)施方式中，水泥可能包含硫酸鹽或有機(jī)化合物。在一些實(shí)施方式中，水泥組合物具有如下令人意想不到的高尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度、硬度、作業(yè)時(shí)間、滲透性、耐硫酸鹽性、耐冷凍-解凍性、堿-集料反應(yīng)性的減緩以及/或易于控制的、寬范圍的固化時(shí)間。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，灰泥、水泥漿或混凝土包含水硬性水泥，其中該水泥被基于乳酸的化學(xué)活化劑化學(xué)活化。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，可水合水泥包含火山灰粉末；一種或多種pH中性活化劑；和阻滯劑，其中所述可水合水泥具有基于所述可水合水泥的總重15%或更高、優(yōu)選20%或更高的以氧化物形式表示的鈣含量，并且其中PH中性活化劑占所述可水合水泥中的活化劑總重的50%以上；并且其中所述可水合水泥中波特蘭水泥的含量基于所述可水合水泥的總重小于20重量％。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，水泥狀組合物包含可水合水泥。該水泥可以包含例如火山灰粉末；兩種或更多種活化劑，其中至少一種為乳酸鹽；和阻滯劑；以及一種或更多種集料填料。所述集料填料可以包括硅砂、天然砂、來自石料制造的人造細(xì)集料、底渣、爐渣、磨砂玻璃、回收的鑄造用砂、回收的混凝土及其組合。根據(jù)其他實(shí)施方式，可水合水泥可以以小于所述可水合水泥中活化劑總重的30重量％、更優(yōu)選小于25重量％的量包含堿金屬和/或堿土金屬活化劑。根據(jù)其他實(shí)施方式，可水合水泥可以以基于所述可水合水泥中活化劑總重小于20重量％、小于15重量％、小于10重量％、小于5重量％、小于2重量％的量包含堿金屬和/或堿土金屬活化劑。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以前，通常認(rèn)為為了提供大多數(shù)水泥應(yīng)用所需要的強(qiáng)度和硬度需要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)(在波特蘭水泥的情況下)或強(qiáng)酸-堿化學(xué)反應(yīng)(在現(xiàn)有技術(shù)的火山灰水泥的情況下)。在這種流行的看法之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用PH中性活化劑(特別是檸檬酸鹽)制成的水泥產(chǎn)品與波特蘭水泥或者根據(jù)傳統(tǒng)的酸堿活化劑化學(xué)反應(yīng)制備的火山灰水泥相比具有出人意料出眾的性質(zhì)。在發(fā)現(xiàn)檸檬酸鹽作為活化劑的優(yōu)點(diǎn)之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，乳酸、乳酸酯以及乳酸鹽被用作火山灰水泥的水合活化劑時(shí)，出乎意料并令人驚訝地改善了水泥的塑性性能，例如坍落度保持性和可操作性。在本文中使用時(shí)，短語“基于乳酸的化學(xué)活化劑”指的是乳酸活化劑、乳酸酯活化劑和乳酸鹽活化劑。改善的坍落度保持性和可操作性允許工人進(jìn)行表面修整操作以得到期望的質(zhì)地，而不存在與檸檬酸鹽活化劑或利用其他較長(zhǎng)羧酸鹽的活化劑的使用有關(guān)的時(shí)間限制。有趣的是，還發(fā)現(xiàn)不是所有三碳羧酸都能產(chǎn)生乳酸鹽的優(yōu)點(diǎn)。特別地，發(fā)現(xiàn)丙酸(另一種三碳羧酸)鹽不能產(chǎn)生乳酸鹽活化的水泥的特征-改善的保持性和可操作性。本發(fā)明描述了一種水泥狀組合物，其中，基于乳酸的化學(xué)活化劑被用作水合活化 劑以產(chǎn)生改善的塑性性能，例如坍落度保持性和可操作性?；罨瘎┰谒突鹕交业拇嬖谙氯芙饣蚪怆x，以允許與火山灰的水合反應(yīng)以均勻、良好受控的方式進(jìn)行。硼化合物或其它傳統(tǒng)的阻滯劑可以用在組合物中以減慢或調(diào)節(jié)水合反應(yīng)。在檸檬酸鹽允許固化時(shí)間在短至10分鐘到2小時(shí)或更長(zhǎng)的范圍內(nèi)的情況下，本發(fā)明的乳酸鹽基活化劑允許固化時(shí)間在30分鐘到12小時(shí)或更長(zhǎng)的范圍內(nèi)，并且塑性性能無明顯損失。本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解的是，所述組合物可以被設(shè)計(jì)為具有任意期望的固化時(shí)間，包括介于30分鐘和12小時(shí)之間，大于2小時(shí)，大于4小時(shí)和大于6小時(shí)。本發(fā)明的實(shí)施方式還可包含火山灰材料的組合，例如C級(jí)飛灰和F級(jí)飛灰二者。C級(jí)飛灰的反應(yīng)可以產(chǎn)生相當(dāng)可觀的熱量，當(dāng)鋪筑該產(chǎn)品時(shí)這些熱量可以導(dǎo)致初期收縮。這種收縮還導(dǎo)致裂紋和與基材分層。F級(jí)飛灰含有很少或不含氧化鈣(CaO)，其與乳酸鹽活化劑反應(yīng)緩慢。因此，反應(yīng)混合物中包含一些F級(jí)飛灰來調(diào)節(jié)反應(yīng)，通過將堅(jiān)固的、尺寸均勻的玻璃微球均勻地分布在整個(gè)混合物中來形成固體產(chǎn)物。此外，通過使用乳酸鹽來調(diào)節(jié)熱反應(yīng)。該方法是通過控制向水合化合物的初始轉(zhuǎn)化速率來完成。因此，盡管產(chǎn)生的總熱量相同，實(shí)現(xiàn)水合的時(shí)間變寬，這允許以更可控的方式將熱量消散在環(huán)境中。與用檸檬酸活化的水泥一樣，用基于乳酸的化學(xué)活化劑活化的水泥材料與水的反應(yīng)時(shí)優(yōu)選包含氧化硅與氧化鈣的摩爾比(S C)為約I : I至約I. 8 I (通常為約I. I I至約I. 5 I)的水合物。作為特定的實(shí)施例，S C摩爾比可以為約1.2 1,1. 3 I或
1.4 I。為了獲得理想的S C摩爾比，可以對(duì)含鈣工業(yè)副產(chǎn)物(例如C級(jí)飛灰)與低鈣或娃土工業(yè)副產(chǎn)物(例如F級(jí)飛灰)的相對(duì)量進(jìn)行選擇。MM根據(jù)本發(fā)明的水泥可以包含如下所述原料，以整個(gè)水泥組合物(不包括砂、石和其它填料)的重量百分比表示的用量計(jì)。術(shù)語“水泥”在本文中通常被用于指粘合劑組合物。術(shù)語“水泥狀組合物”在本文中通常被用于指水泥(或粘合劑)和填料(例如砂、石等等)的組合。水泥狀復(fù)合物通常包含約5至約60%的水泥。I)天然或工業(yè)火山灰粉末?；鹕交曳勰┑膶?shí)例包括C級(jí)飛灰、F級(jí)飛灰和N級(jí)火山灰。水泥狀復(fù)合物可以包含C級(jí)飛灰作為高含鈣的火山灰粉末。在一些實(shí)施方式中，C級(jí)飛灰在水泥中的含量在約50至約98重量％的范圍內(nèi)，在約60至約95重量％的范圍內(nèi)，或在約70至約95重量％的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，高含鈣火山灰粉末中以氧化物(CaO)形式表示的鈣含量高于約22重量％，并且在約22至約約30重量％的范圍內(nèi)。如果CaO含量較低，那么可以添加額外的含石灰組分，諸如氫氧化鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣、硫酸鈣或碳酸鈣。注意至IJ，盡管本文主要描述采用C級(jí)飛灰作為高含鈣的火山灰粉末，但是其它類型的含鈣火山灰粉末(例如鼓風(fēng)爐渣、水泥窯粉塵和石灰窯粉塵)也可以用在一些實(shí)施方式中部分或全部替代C級(jí)飛灰。水泥可以額外地或替代性地包含一種或多種含鈣量相對(duì)較低或含硅量較高的火山灰粉末。優(yōu)選地，水泥包含至少一種火山灰粉末，該火山灰粉末中以氧化物形式表不的隹丐含量小于約22重量更優(yōu)選小于15重量％。在一些實(shí)施方式中,F級(jí)飛灰的含量例如在約O. 5至約50重量％的范圍內(nèi)，或者優(yōu)選在約I至約25重量％的范圍內(nèi)，或者更優(yōu)選在約2至約15重量％的范圍內(nèi)。盡管本文主要描述采用F級(jí)飛灰作為低鈣火山灰粉末，但是其它類型的含鈣量相對(duì)較低和/或含硅量較高的火山灰粉末(例如N級(jí)火山灰、火山巖灰、底渣、木灰、市政焚化爐渣、沸石等等)也可以用在一些實(shí)施方式中部分或全部替代F級(jí)飛灰。
就含鈣量較低的火山灰粉末構(gòu)成大部分火山灰粉末組分這個(gè)方面來說，必須加入富鈣材料以提供所需的鈣含量。優(yōu)選的富鈣材料包括工業(yè)副產(chǎn)物，諸如鼓風(fēng)爐渣、水泥窯粉塵、石灰窯粉塵和洗滌器灰。硅灰可以用在水泥中以增加短期強(qiáng)度、長(zhǎng)期強(qiáng)度、結(jié)合強(qiáng)度、彈性性能和/或熱性能。硅灰存在時(shí)，其含量例如在約O. 5至約10重量％的范圍內(nèi)，或者優(yōu)選在約I至約7重量％的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，水泥中以氧化物表示的總鈣含量為20重量％或更多。如果CaO含量較低，可以添加額外的含石灰組分(諸如氫氧化鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣、硫酸鈣或碳酸鈣)以達(dá)到上述韓含量。鋁酸鈣可用于增強(qiáng)產(chǎn)物的短期強(qiáng)度發(fā)展。鋁酸鈣的含量可以例如在約I至約25重量％的范圍內(nèi)，或在約5至約20重量％的范圍內(nèi)。石灰(CaO或CaOH)添加物可用于增強(qiáng)產(chǎn)物的可操作性，充當(dāng)收縮補(bǔ)償劑并且/或者起到促進(jìn)劑的作用。石灰的含量可以例如在約O. I至約5重量％的范圍內(nèi)。添加到組合物中的石灰的量取決于飛灰中所含石灰的量。硼酸鹽可被用作強(qiáng)度增加阻滯劑。優(yōu)選的硼酸鹽包括一種或多種來自硼酸鹽家族的阻滯添加劑，例如硼砂的含量可以在約O. I至約10重量％的范圍內(nèi)，或者優(yōu)選在O. I至3重量％的范圍內(nèi)，或者更優(yōu)選在O. I至約2重量％的范圍內(nèi)。還可以使用硼酸或者替代性地使用硼酸作為硼酸鹽，其含量可以例如在約O. I至約10重量％的范圍內(nèi)，或者優(yōu)選在約O. I至約5重量％的范圍內(nèi)，或者更優(yōu)選在約O. 2至約I. 7重量％的范圍內(nèi)?？梢灶~外地或者替代性地使用其它硼酸鹽，諸如硼酸、硼酸鉀、硼酸鈉、四硼酸鉀水合物和四硼酸鈉水合物。這些硼酸鹽可被添加以增加對(duì)現(xiàn)有基材的結(jié)合強(qiáng)度并且可以作為阻滯劑。除了硼酸鹽之外或作為硼酸鹽的替代，可以使用其它已知的阻滯劑(包括硫酸鹽和有機(jī)化合物)?？梢园▉碜匀樗峒易宓囊环N或多種活化劑。例如，乳酸、乳酸酯、乳酸鉀、乳酸鋰、乳酸鈉、乳酸鈣或乳酸鎂的含量相對(duì)于水泥的總重例如可以在約O. I至約30重量％的范圍內(nèi)，或者優(yōu)選地相對(duì)于水泥的總重在約2至約5重量％的范圍內(nèi)。這些活化劑可以是水泥中存在的唯一活化劑?；蛘?，可以存在其它非乳酸鹽活化劑，前提條件是乳酸鹽活化劑占活化劑組分的50%或更多?？捎糜谔娲蜓a(bǔ)充乳酸活化劑的其它pH中性活化劑的實(shí)例包括檸檬酸鹽、馬來酸、丙二酸、乙醇酸和其他羧酸以及這些酸的鹽，包括但不限于硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯化物、硫氰酸鹽。其它成分包括例如反應(yīng)性粘土(諸如偏高嶺土)、硅灰石、引氣劑(AEA)、乳膠、纖維(用于斷裂韌性)、收縮補(bǔ)償劑、粘度改性劑(VMA)和增塑劑。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的水泥基本上不含波特蘭水泥、爐渣水泥和其它類型·的傳統(tǒng)水泥。在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明的水泥可以包含其它水泥，包括波特蘭水泥，前提條件是這種其它水泥的含量相對(duì)于水泥的總重小于約20重量％，優(yōu)選小于約15重量％，更優(yōu)選小于10重量％。額外地或替代性地，實(shí)施方式可以基本上不含在其它類型的材料中使用的堿金屬活化劑，諸如堿性氫氧化物( PH 12-14)和金屬碳酸鹽( pHll. 6)。額外地或替代性地，實(shí)施方式可以基本上不含檸檬酸pH 2. 2)和/或其它酸。根據(jù)本發(fā)明的水泥狀組合物除了水泥以外還可以包含一種或多種填料。根據(jù)一些實(shí)施方式，細(xì)集料(砂)的顆粒尺寸可以在細(xì)硅砂到天然或人造砂的范圍內(nèi)，從而符合ASTM規(guī)定。這些填料可以包括例如硅砂、天然砂、來自石料制造的人造細(xì)集料、底渣、爐渣、磨砂玻璃、回收的混凝土和/或回收的鑄造用砂。填料的具體實(shí)例包括不同的等級(jí)的集料，諸如C33砂、NJ60砂、C144砂、#8石、#57石或其他。參考以下實(shí)施例更好地解釋本發(fā)明，這些實(shí)施例意欲闡述在本發(fā)明所有范圍內(nèi)的
具體實(shí)施例方式實(shí)施例表Ia和Ib提供了使用乳酸鹽活化劑的水泥混合物的實(shí)施例。表Ia所列的混合物在95° F下制成并且在72° F下使用乳酸鹽活化劑。表Ib所列的混合物在72° F下制成。在表Ia和Ib中，灰泥組合物中所用材料的比例為水泥6. 911b (包含活化劑)、C33砂10. 801b、水I. 591b。這些部分混合4分鐘，然后制備樣品。所測(cè)灰泥具有下列適當(dāng)?shù)慕M
成
C 級(jí) 6 灰 27.11 vvt%
V 級(jí)Λ灰 4.13wt°/。
阻滯劑0.4 wt%到 1.25 wt%
活化劑32 wt%到10.0 wt%
C33 砂66 7 vvt%
總 I丨·100 wi%調(diào)整C級(jí)飛灰與F級(jí)飛灰的總量，以產(chǎn)生活化劑/阻滯劑量的差異。在這些表中，提供了不同活化劑和阻滯劑的組成的重量百分比。乳酸鹽活化劑由經(jīng)中和的乳酸的60wt%固體的溶液構(gòu)成。該鹽是鉀基鹽。阻滯劑是單一的工業(yè)級(jí)硼酸源，得自 Rio Tinto Corporation。
從表Ia和Ib中可以看出這些乳酸鹽混合物保持坍落度的能力。活化劑和阻滯劑的百分比是基于混合物中C級(jí)飛灰的百分比。在表Ia和Ib中，示出了根據(jù)ASTM C 403測(cè)定的乳酸鹽對(duì)灰泥和混凝土的作業(yè)時(shí)間的保持性的作用。流動(dòng)保持時(shí)間大于2小時(shí)(作業(yè)時(shí)間)，并且通過測(cè)定每一個(gè)組合物的坍落度保持性和鋪筑時(shí)間來確定。最終的固化時(shí)間為2小時(shí)到超過9小時(shí)，并根據(jù)ASTM C403通過耐穿刺性來測(cè)定。在6小時(shí)、8小時(shí)、24小時(shí)、7天和28天時(shí)提供以psi計(jì)的水泥混合物的強(qiáng)度。在不同溫度下評(píng)估活化劑(乳酸鉀)和阻滯劑的變化以確定對(duì)將出現(xiàn)的坍落度或 流動(dòng)保持的影響(如果有的話)。由此，可以配制水泥以實(shí)現(xiàn)理想的性能。表Ia-在95° F下制成的水泥混合物-在72° F下使用乳酸鹽活化劑
權(quán)利要求
1.一種水泥狀組合物，其包含 煤炭飛灰基火山灰；和 基于乳酸的化學(xué)活化劑。
2.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，其中，所述化學(xué)活化劑是PH中性乳酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的水泥狀組合物，其中，所述化學(xué)活化劑包括乳酸鉀、乳酸鈉、乳酸鋰、乳酸鈣或乳酸鎂。
4.如權(quán)利要求2所述的水泥狀組合物，其中，所述pH中性乳酸鹽包含堿金屬或堿土金屬。
5.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，其中，所述水泥狀組合物進(jìn)一步包含化學(xué)阻滯劑。
6.如權(quán)利要求5所述的水泥狀組合物，其中，所述阻滯劑包括硼化合物。
7.如權(quán)利要求6所述的水泥狀組合物，其中，所述硼化合物選自由下列組成的組硼酸、氧化硼、硼酸鈉、四硼酸鈉、硼酸鉀和四硼酸鉀、五水硼砂、以及十水硼砂。
8.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，其中，所述水泥狀組合物基本上不含檸檬酸活化劑、堿金屬活化劑和金屬碳酸鹽活化劑。
9.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，其中，所述基于乳酸的化學(xué)活化劑占所述水泥狀組合物中的活化劑總重的50重量％以上。
10.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，其中，所述基于乳酸的化學(xué)活化劑占所述水泥狀組合物中的活化劑總重的95重量％以上。
11.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，其中，所述水泥狀組合物的固化時(shí)間介于2小時(shí)和24小時(shí)之間。
12.如權(quán)利要求I所述的水泥狀組合物，煤炭飛灰基火山灰選自由C級(jí)飛灰、F級(jí)飛灰、N級(jí)火山灰及其組合組成的組。
13.一種形成硬化的水泥組合物的方法，其包括混合包含煤炭飛灰基火山灰和基于乳酸的化學(xué)活化劑的可水合的組合物，以形成硬化的水泥組合物。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述化學(xué)活化劑是pH中性乳酸鹽。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述化學(xué)活化劑包括乳酸鉀、乳酸鈉、乳酸鋰、乳酸鈣或乳酸鎂。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述pH中性乳酸鹽包含堿金屬或堿土金屬。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括將化學(xué)阻滯劑與包含煤炭飛灰基火山灰和所述化學(xué)活化劑的所述可水合的組合物混合。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述阻滯劑包括硼化合物。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述硼化合物選自由下列組成的組硼酸、氧化硼、硼酸鈉、四硼酸鈉、硼酸鉀和四硼酸鉀、五水硼砂、以及十水硼砂。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，沒有檸檬酸活化劑、堿金屬活化劑和金屬碳酸鹽活化劑與包含煤炭飛灰基火山灰的所述可水合組合物混合以形成所述硬化的水泥組合物。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述基于乳酸的化學(xué)活化劑占用于形成所述硬化的水泥組合物的活化劑總重的50重量％以上。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述基于乳酸的化學(xué)活化劑占用于形成所述硬化的水泥組合物的活化劑總重的95重量％以上。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，與所述基于乳酸的化學(xué)活化劑混合之后，包含煤炭飛灰基火山灰的所述可水合組合物的固化時(shí)間大于2小時(shí)。
24.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，包含煤炭飛灰基火山灰的所述可水合組合物包含選自由C級(jí)飛灰、F級(jí)飛灰、N級(jí)火山灰及其組合組成的組中的火山灰。
25.如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括將阻滯劑以介于O.1被％和40wt%之間的濃度溶于包含所述化學(xué)活化劑的溶液中。
26.如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括將阻滯劑以介于O.1被％和40wt%之間的濃度溶于與所述化學(xué)活化劑分離的溶液中。
27.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述組合物中氧化鈣與氧化硅的摩爾比介于約1.2 I和約I. 4 : I之間。
28.如權(quán)利要求8所述的一種優(yōu)選的組合物，其中，所述阻滯劑以介于O.lwt%和30. Owt%之間的濃度溶于活化劑的溶液中。
29.如權(quán)利要求8所述的一種更優(yōu)選的組合物，其中，所述阻滯劑以介于10.0wt%和·30. Owt%之間的濃度溶于活化劑的溶液中。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種水泥狀組合物，其中飛灰的粘結(jié)性質(zhì)被精確控制。水泥狀組合物基本上不含游離的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，諸如檸檬酸(≈pH2.2)和堿金屬活化劑，包括堿性氫氧化物(≈pH12-14)和金屬碳酸鹽(≈pH11.6)。這些強(qiáng)化學(xué)品的使用使得在產(chǎn)品的使用過程中產(chǎn)生酸堿反應(yīng)。例如基于乳酸鹽的活化劑可被用作反應(yīng)促進(jìn)劑來替代這些強(qiáng)化學(xué)品。硼化合物也可以用在組合物中作為阻滯劑。
文檔編號(hào)C04B7/00GK102917998SQ201180013447
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者格倫·舒瑪切爾, 拉杰什庫馬爾·帕特爾 申請(qǐng)人:塞拉泰克有限公司