Легкие вспененные вяжущие вещества на основе золы-уноса и способ их получения
Группа изобретений относится к строительству, а именно к способу получения легкой цементирующей смеси, которая предназначена для изготовления цементно-стружечных плит и композиции для получения легкого цементирующего вяжущего вещества. Способ получения легкой цементирующей смеси, предназначенной для изготовления цементно-стружечных плит с улучшенной прочностью на сжатие и водостойкостью, включает смешивание воды, реакционноспособного порошка, 1-200 мас.ч. заполнителя, 1,5-6 мас.ч. соли щелочного металла и лимонной кислоты, 0,5-1,5 мас.ч. силиката щелочного металла, 2,0-6,0 мас.ч. вспенивающего агента и возможно необязательно стабилизатора пены, мас.ч. приведены в расчете на сухое вещество на 100 мас.ч. реакционноспособного порошка, 80 до 100 мас.% золы-уноса, причем зола-унос включает золу-унос класса C, золу-унос класса F с портландцементом типа III; и смеси золы-уноса класса C и золы-уноса класса F, необязательно, с портландцементом типа III, и необязательно реакционноспособный порошок не содержит гидравлический цемент. Композиция для получения легкого цементирующего вяжущего вещества для изготовления цементно-стружечных плит по указанному выше способу содержит смесь из: цементирующего реакционноспособного порошка, содержащего от 80 до 100 мас.% золы-уноса, 1-200 мас.ч. заполнителя, 1,5-6 мас.ч. соли щелочного металла и лимонной кислоты, 0,5-1,5 мас.ч. силиката щелочного металла, 2,0-6,0 мас.ч. вспенивающего агента, необязательно агента, стабилизирующего пену, на основе поливинилового спирта и воды, мас.ч. приведены в расчете на сухое вещество на 100 мас.ч. реакционноспособного порошка, причем отношение воды к твердой фазе цементирующего реакционноспособного порошка в смеси составляет примерно от 0,22 до 0,287:1, концентрация поливинилового спирта, в случае его наличия, в водном растворе составляет примерно от 2 до 5%, при этом зола-унос включает золу-унос класса C, золу-унос класса F с портландцементом типа III; и смеси золы-уноса класса C и золы-уноса класса F, необязательно с портландцементом типа III; плотность вяжущего вещества составляет примерно от 0,48 до 1,04 г/см3 (от 30 до 65 фунтов на кубический фут) со стабильными пузырьками микронного размера, а прочность на сжатие вяжущего вещества, измеренная через 14 дней, составляет примерно от 6,90 до 9,65 МПа (от 1000 фунт/кв.дюйм до 1400 фунт/кв.дюйм). Технический результат - повышение прочности на сжатие при пониженной массе. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 13 табл., 4 пр.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/428839, поданной 30 декабря 2010 года, включенной в полном объеме в настоящий документ посредством ссылки и родственной:
[002] Предварительной заявке на патент США №61/428819, озаглавленной METHOD FOR IN-SITU MANUFACTURE OF A LIGHTWEIGHT FLY ASH BASED AGGREGATE, поданной 30 декабря 2010 года, и заявкой на патент США №13/232128, озаглавленной METHOD FOR IN-SITU MANUFACTURE OF A LIGHTWEIGHT FLY ASH BASED AGGREGATE, поданной 14 сентября 2011 года, каждая из которых в полном объеме включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[003] Настоящее изобретение в целом относится к быстросхватывающимся цементирующим композициям, которые могут находить разнообразное применение, при котором требуется быстрое отверждение и достижение ранней прочности. В частности, настоящее изобретение относится к цементирующим композициям вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы, которые можно использовать для получения цементирующих плит с отличной влагостойкостью для применения во влажных и сухих помещениях в зданиях. Сборные бетонные изделия, такие как цементно-стружечные плиты, изготавливают в условиях, которые обеспечивают быстрое схватывание цементирующей смеси, так что плиты можно подвергнуть обработке вскоре введения цементирующей смеси в неподвижную или движущуюся форму или на непрерывно движущуюся ленту. В идеале, такое схватывание цементной смеси можно достичь уже через примерно 20 минут, предпочтительно, через от 10 до 13 минут, более предпочтительно, лишь через от 4 до 6 минут, после смешивания цементной смеси с подходящим количеством воды.
[004] В патенте США 6869474, включенном в настоящий документ посредством ссылки, Perez-Pena с соавторами описывает чрезвычайно быстрое схватывание цементирующих композиций, используемых для производства продуктов на основе цемента, таких как цементно-стружечные плиты, осуществляемое путем добавления алканоламина к гидравлическому цементу, такому как портландцемент, и получения суспензии с водой в условиях, обеспечивающих исходную температуру суспензии, равную по меньшей мере 90°F (32°С). Могут быть включены дополнительные реакционноспособные материалы, например, высокоглиноземистый цемент, сульфат кальция и пуццолановый материал, такой как летучая зола. Чрезвычайно быстрое схватывание позволяет быстро изготавливать цементирующие продукты. Как было обнаружено, триэтаноламиновые добавки представляют собой очень мощный ускоритель, способный обеспечивать получение составов со сравнительно короткими временами окончания схватывания при повышенных уровнях летучей золы и гипса и без необходимости добавления кальциево-алюминатных цементов. Однако составы с триэтаноламином содержат в качестве реакционноспособного порошка главным образом гидравлические цементы, такие как портландцемент и гипс, что ограничивает доступность алюминатных фаз по сравнению с алюмосиликатными фазами, которые образуются в результате активизации материалов на основе летучей золы, описанных в настоящем изобретении.
[005] В патенте США №7670427, включенном в настоящий документ посредством ссылки, Perez-Pena с соавторами описывает чрезвычайно быстрое схватывание цементирующих композиций с прочностью на сжатие на ранней стадии, используемых для производства продуктов на основе цемента, таких как цементно-стружечные плиты, достигаемое путем добавления алканоламина и фосфата к гидравлическому цементу, такому как портландцемент, и формирования суспензии с водой в условиях, обеспечивающих исходную температуру суспензии, равную по меньшей мере 90°F (32°С). Могут быть включены дополнительные реакционноспособные материалы, например, высокоглиноземистый цемент, сульфат кальция и пуццолановый материал, такой как летучая зола. Кроме того, все указанные композиции содержали значительное количество гидравлического цемента и гипса.
[006] В опубликованной заявке на патент США №US 2010-0071597 A1 (заявка на патент США №12/237634, поданная 25 сентября 2008 года) Perez-Pena описывает составы, в которых используют летучую золу и соли щелочных металлов и лимонной кислоты, такие как цитрат натрия, для получения бетонных смесей с быстрым временем схватывания и сравнительно высокой прочностью на сжатие на ранней стадии. Одной из проблем, с которой сталкиваются при применении вяжущих веществ на основе активированной летучей золы, описанных в настоящей заявке, является явное неблагоприятное взаимодействие между указанными вяжущими веществами и обычными пеногенераторами, используемыми для вовлечения воздуха и, тем самым, получения легких плит. Вяжущие вещества на основе летучей золы, которые были получены с применением обычных пен согласно такому описанному способу, страдали от разрушения пены и/или резкого понижения прочности.
[007] В патенте США 4488909, включенном в настоящий документ посредством ссылки, Galer с соавторами описывает цементирующие композиции, способные быстро схватываться. Указанные композиции позволяют осуществлять высокоскоростное производство стойких продуктов на основе диоксида углерода путем образования по существу всего потенциального эттрингита в пределах примерно 20 минут после смешивания композиции с водой. Основными компонентами цементирующей композиции являются портландцемент, высокоглиноземистый цемент, сульфат кальция и известь. Можно добавить пуццоланы, такие как летучая зола, монтмориллонитовая глина, диатомовая земля и пумицит, до уровня примерно 25%. Цементная композиция включает примерно от 14 до 21% масс, высокоглиноземистого цемента, который в комбинации с другими компонентами делает возможным образование на ранней стадии эттрингита и других гидратов алюмината кальция, ответственных за раннее схватывание цементирующей смеси. В своем изобретении Galer с соавторами предложил применение алюминатов путем использования высокоглиноземистого цемента (НАС) и ионов сульфата в виде гипса для образования эттрингита и достижения быстрого схватывания полученной ими цементирующей смеси.
[008] Эттрингит представляет собой сульфатное соединение кальция с алюминием с формулой Ca6Al2(SO4)3·32H2O или, альтернативно, 3CaO·Al2O3·3 CaSO4·32H2O. Эттрингит образуется в виде длинных игольчатых кристаллов и обеспечивает быструю раннюю прочность цементно-стружечных плит, так что их можно обрабатывать вскоре после введения в пресс-форму или на ленту для непрерывного литья и формования.
[009] В целом, быстро схватывающийся состав, предложенный Galer с соавторами, имеет несколько серьезных недостатков.
[0010] В патенте США №5536310 Brook с соавторами описывает цементирующую композицию, содержащую 10-30 частей по массе (чпм) гидравлического цемента, такого как портландцемент, 50-80 чпм летучей золы и 0,5-8,0 чпм выраженной в виде свободной кислоты карбоновой кислоты, такой как лимонная кислота или ее соли щелочных металлов, например, цитрат трикалия или цитрат тринатрия, с другими традиционными добавками, в том числе, замедлителями схватывания, такими как борная кислота или бура, которые используют для ускорения реакции и уменьшения времени схватывания композиции для преодоления описанного недостатка, связанного с применением в цементных композициях высокого содержания летучей золы.
[0011] В патенте США №5536458 Brook с соавторами описывают цементирующую композицию, содержащую гидравлический цемент, такой как портландцемент, 70-80 частей по массе летучей золы и 0,5-8,0 чпм свободной карбоновой кислоты, такой как лимонная кислота или ее соли щелочных металлов, например, цитрат калия или цитрат натрия, добавки, подобные гидроксиду калия, с другими традиционными добавками, в том числе, замедлителями схватывания, такими как борная кислота или бура, которые используют для ускорения реакции и уменьшения времени схватывания композиции для преодоления известного недостатка, связанного с применением в цементных композициях высокого содержания летучей золы.
[0012] В патенте США №4494990 Harris описывает цементирующую смесь портландцемента, в количестве, например, 25-60 чпм, летучей золы, в количестве, например, 3-50 чпм, и менее чем 1 чпм цитрата натрия.
[0013] В патенте США №6827776 Boggs с соавторами описывают гидравлическую цементную композицию, содержащую портландцемент, летучую золу, время схватывания которой регулируют с помощью pH суспензии активатора в виде кислоты, предпочтительно, лимонной кислоты, и основание, которое может представлять собой щелочной или щелочноземельный гидроксид или соль кислого компонента.
[0014] В патенте США 5490889 Kirkpatrick с соавторами описывают гидравлический цемент с добавками, состоящий из воды, летучей золы (50,33-83,63 чпм), портландцемента, измельченного кремнезема, борной кислоты, буры, лимонной кислоты (0,04-2,85 чпм) и активатора на основе щелочного металла, например, гидроксида лития (LiOH) или гидроксида калия.
[0015] В патенте США №5997632 Styron описывает гидравлическую цементную композицию, содержащую от 88 до 98% масс, летучей золы, от 1 до 10% масс. портландцемента и от примерно от 0,1 до 4,0% масс. лимонной кислоты. Известь, необходимую для достижения требуемого минимального содержания извести, равного 21%, обеспечивают путем применения суббитуминозной летучей золы или полубитуминозной летучей золы в комбинации с обогащающим агентом. Наряду с лимонной кислотой, Styron использует источник щелочи, такой как гидроксид калия или натрия.
[0016] Времена окончания схватывания цементирующих смесей продуктов на известном уровне техники обычно составляют больше 9 минут и могут достигать 2-3 часов в случае стандартных бетонных продуктов. Как правило, время окончания схватывания определяют как время, через которое цементирующие смеси схватываются в той степени, при которой выполненные из них бетонные продукты могут быть обработаны и складированы, хотя химические реакции могут продолжаться в течение длительных периодов времени.
[0017] Количества портландцемента типа I (также известного как OPC) и/или портландцемента типа III, а также применение высокоглиноземистого цемента (также известного как кальциево-алюминатный цемент) в реакционноспособной порошковой смеси, применяемой в бетонных изделиях на известном уровне техники, также очень высоки. Как правило, цементы с большим содержанием портландцемента составляют больше 60% и глиноземистый цемент составляет больше 14% масс. относительно реакционноспособной порошковой смеси.
[0018] Существует потребность в разработке способа снижения массы портландцементов, глиноземистых цементов и вяжущих смесей на основе летучей золы с тем, чтобы указанные составы можно было использовать для производства легких цементирующих бетонных продуктов для различных применений, таких как подкладочная обшивка и другие стенные или потолочные покрытия с улучшенной прочностью. В настоящем способе разработаны составы с усиленной прочностью на сжатие при пониженной массе и уменьшенной стоимости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] В настоящем изобретении предложен способ получения быстросхватывающей цементирующей композиции вспененного вяжущего вещества на основе летучей золы.
[0020] В настоящем изобретении также предложены легкие цементирующие композиции с пониженной массой и повышенной ранней и конечной прочностью на сжатие. Цементирующие композиции получают из раствора вспененного вяжущего вещества, содержащего цитраты натрия, силикаты натрия, вспенивающие агенты, стабилизатор пен и реакционноспособный порошок, состоящий из летучей золы, предпочтительно в форме летучей золы класса C или смесей летучей золы класса C и класса F.
[0021] В настоящем изобретении предложен способ получения легкой цементирующей смеси с быстрым схватыванием, улучшенной прочностью на сжатие и повышенной водостойкостью, включающий: смешивание при температуре окружающей среды или при температурах выше окружающей среды воды, реакционноспособного порошка, соли щелочного металла и лимонной кислоты в количестве, ускоряющем схватывание, и легкого заполнителя в виде реакционноспособного порошка, в котором отношение воды к твердой фазе реакционноспособного порошка составляет от примерно 0,17 до 0,27:1,0 и, более предпочтительно, от примерно 0,20 до 0,25:1,0, при этом реакционноспособный порошок содержит по существу 100% масс. летучей золы и не содержит гидравлический цемент и гипс (гидратированный сульфат кальция).
[0022] Такой цементирующий реакционноспособный порошок включает по меньшей мере летучую золу и может также включать портландцемент типа I (OPC) и/или портландцемент типа III, кальциево-алюминатный цемент (CAC) (также обычно называемый глиноземистым цементом или высокоглиноземистым цементом) и минеральную добавку на основе нелетучей золы.
[0023] Вплоть до 40% масс. цементирующей реакционноспособной порошковой смеси цементирующей композиции может представлять собой минеральные добавки на основе нелетучей золы, обладающие сильными вяжущими свойствами, небольшими вяжущими свойствами или не обладающие вяжущими свойствами.
[0024] Летучая зола типа C обычно содержит известь. Таким образом, реакционноспособная порошковая смесь цементирующей композиции обычно не содержит известь, добавленную из внешнего источника.
[0025] Как правило, исходная температура суспензии лежит в диапазоне от комнатной температуры (примерно 75°F) до примерно 100°-115°F (от 24°C до примерно 38°-46°C).
[0026] Время окончания схватывания (т.е., время, через которое цементирующие плиты можно подвергнуть обработке) цементирующей композиции, измеренное с применением иглы Гилмора, должно составлять самое большое 20 минут, предпочтительно, от 10 до 13 минут или менее, более предпочтительно, от примерно 4 до 6 минут, после смешивания с подходящим количеством воды. Более короткое время схватывания и более высокая прочность на сжатие на ранней стадии позволяет увеличить производительность и понизить стоимость изготовления продукта.
[0027] Очень быстросхватывающиеся цементирующие композиции согласно настоящему изобретению можно использовать для разнообразных применений, при которых желательно быстрое отверждение и достижение ранней прочности. Применение соли щелочного металла и лимонной кислоты, такой как цитрат калия и/или цитрат натрия, для ускорения схватывания цементирующей композиции, при получении суспензии при повышенных температурах, обеспечивает возможность увеличения объема производства цементирующих продуктов, таких как цементно-стружечные плиты.
[0028] Доза цитрата щелочного металла в суспензии составляет от примерно 1,5 до 6% масс., предпочтительно, от примерно 1,5 до 4,0% масс., более предпочтительно, от примерно 2 до 3,5% масс. и, наиболее предпочтительно, примерно 3,5% масс. в пересчете на цементирующие реакционноспособные компоненты согласно настоящему изобретению. Цитраты натрия являются предпочтительными, хотя можно использовать цитрат калия или смесь цитрата натрия и калия. Как упомянуто выше, указанные весовые проценты приведены в пересчете на 100 частей по массе реакционноспособных компонентов (цементирующего реакционноспособного порошка). Таким образом, например, для 100 фунтов цементирующего реакционноспособного порошка, общее содержание цитратов натрия может составлять примерно от 1,5 до 4,0 фунтов.
[0029] Типичный цементирующий реакционноспособный порошок согласно настоящему изобретению содержит от 75 до 100% масс. летучей золы и 0% масс. гидравлического цемента или гипса. Как правило, по меньшей мере половина летучей золы представляет собой летучую золу типа C.
[0030] Другой типичный цементирующий реакционноспособный порошок включает от 75 до 100% масс. летучей золы, от нуля до 25% масс. портландцемента типа III, в пересчете на массу реакционноспособного порошка, в котором летучая зола представляет собой летучую золу класса F.
[0031] Существует синергическое взаимодействие между цитратом щелочного металла, силикатом щелочного металла и летучей золой. Добавление силиката щелочного металла, например, силиката натрия, придает преимущества, обеспечивающие увеличение ранней и долгосрочной прочности на сжатие в случае композиций, содержащих высокие количества летучей золы, по сравнению со сравнимыми композициями, в которых используют ускорители, такие как кальциево-алюминатные цементы, триэтаноламин или корродирующие гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид калия или натрия.
[0032] Кроме того, добавление цитратов щелочных металлов и силикатов щелочных металлов улучшает текучесть смеси в отличие от других ускорителей, таких как сульфат алюминия, применение которых может привести к преждевременному схватыванию бетонных смесей.
[0033] Также могут присутствовать и другие добавки, например, инертный заполнитель, которые не рассматриваются как цементирующий реакционноспособный порошок, но являются частью всей цементирующей композиции. Другие такие добавки включают один или более компонентов, выбранных из песка, заполнителя, легких наполнителей, добавок, уменьшающих содержание воды, таких как суперпластификаторы, ускорителей схватывания, замедлителей схватывания, воздухововлекающих добавок, вспенивающих агентов, добавок, регулирующих усадку, добавок, модифицирующих вязкость суспензии (загустителей), красителей и добавок для улучшения внутренних условий твердения, которые могут быть введены при необходимости в зависимости от возможности процесса и применения цементирующей композиции согласно настоящему изобретению.
[0034] Легкие цементирующие композиции согласно настоящему изобретению можно использовать для изготовления сборных бетонных строительных изделий, таких как цементирующие плиты, с отличной влагостойкостью, для применения во влажных и сухих помещениях в зданиях. Сборные бетонные изделия, такие как цементно-стружечные плиты, изготавливают в условиях, которые обеспечивают быстрое схватывание цементирующей смеси, так что плиты можно подвергнуть обработке вскоре после введения цементирующей смеси в неподвижную или движущуюся форму или на непрерывно движущуюся ленту.
[0035] Легкие цементирующие композиции можно использовать в любом бетонном изделии, в том числе, в бетонных панелях, настилочных материалах, покрытиях, отделочных материалах, перекрытиях, а также в смесях для заделки поверхностных дефектов для дорог с бетонным покрытием. Бетонные изделия, полученные с применением легких композиций согласно настоящему изобретению, имеют особые преимущества при применении, требующем водостойкости, по сравнению с композициями, содержащими гипс, и при применениях, требующих более высокой прочности на сжатие, чем содержащие цемент композиции с более высоким содержанием следовых количеств углерода.
[0036] Все процентные содержания, отношения и доли в настоящем документе приведены по массе, если не указано иное.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0037] Фиг.1 представляет собой графическое отображение результатов, полученных в примере 1, демонстрирующих влияние цитрата натрия и силикатов натрия по сравнению с одними цитратами натрия на кубиковую прочность на сжатие относительно плотности смесей вспененной летучей золы, содержащих цитрат натрия, силикат натрия, вспененные in-situ путем применения альфа-олефинсульфонатного мыла в качестве вспенивающего агента.
[0038] Фиг.2 представляет собой графическое отображение результатов, полученных в примере 2, демонстрирующих прочность на сжатие относительно плотности для вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы, содержащих предварительно полученную пену с PVOH, для экспериментальных точек, приведенных в таблице 2-1, и смесей, содержащих предварительно полученную пену без PVOH, для экспериментальных точек, приведенных в таблице 2-2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0039] В настоящем изобретении предложен способ получения легкой цементирующей смеси с улучшенной прочностью на сжатие и водостойкостью, включающий: смешивание воды, реакционноспособного порошка, соли щелочного металла и лимонной кислоты и легкого заполнителя, при этом отношение воды к твердой фазе реакционноспособного порошка составляет примерно от 0,17 до 0,35:1,0, обычно, примерно от 0,17 до 0,30:1,0, более предпочтительно, примерно от 0,2 до 0,23:1,0. Реакционноспособный порошок содержит от 75 до 100% масс. летучей золы и 0 до 25% масс. гидравлического цемента и/или гипса. Как правило, в настоящем изобретении смешивают цементирующий реакционноспособный порошок, содержащий летучую золу, с цитратами калия и/или цитратами натрия и водой при исходной температуре суспензии в диапазоне от по меньшей мере комнатной температуры до 115°F (от 24°C до 41°C), для достижения быстрого схватывания, предпочтительно, через менее чем от 10 до 13 минут, более предпочтительно, через примерно от 4 до 6 минут или менее.
[0040] В настоящем изобретении также предложены цементирующие композиции с улучшенными характеристиками быстрого конечного схватывания и повышенной ранней прочностью на сжатие.
[0041] Типичные ингредиенты перечислены в следующей таблице A.
[0042]
| ТАБЛИЦА A | |||
| частей по массе, сухое вещество в пересчете на 100 частей по массе реакционноспособного порошка | |||
| Ингредиент | Широкий диапазон | Предпочтительный диапазон | Более предпочтительный диапазон |
| Реакционноспособный порошок (100 частей) | |||
| Общее содержание летучей золы (класса C или смеси класса C и класса F) | от 80 до 100 | от 88,5 до 100 | 100 |
| Летучая зола класса F во всей летучей золе | примерно 0-46 | примерно 0-30 | отсутствует |
| Портландцемент | 0-25 | 0-11,5 | отсутствует |
| Кальциево-алюминатный цемент | менее чем 25 | 10-11,5 | отсутствует |
| Минеральная добавка на основе нелетучей золы | необязательно | необязательно | отсутствует |
| Добавленная известь | необязательно∗ | отсутствует | отсутствует |
| Соль щелочного металла и лимонной кислоты | от 1,5 до 6 | от 1,5 до 4 | от 2 до 3,5 |
| Легкий заполнитель | 1-200 | 2-125 | |
| Силикат натрия | от 0,5 до 1,5 | от 0,5 до 1,0 | от 0,5 до 1,0 |
| Пена/воздухововлекающая добавка (альфа-олефинсульфонатное мыло) | от 2,0 до 6,0 | ||
| Суперпластификатор | от 0,1 до 1 | ||
| ∗ добавленная известь не нужна, если ингредиенты реакционноспособного порошка уже содержат достаточное количество извести. |
[0043] Как правило, массовое отношение воды к цементирующему реакционноспособному порошку составляет примерно от 0,15 до 0,3:1,0. Инертные легкие заполнители не являются частью цементирующего реакционноспособного порошка.
[0044] Не желая быть ограниченными теорией, теоретически полагают, что повышенная прочность на сжатие на ранней стадии достигается при быстром схватывании путем применения цементирующего реакционноспособного порошка с высоким содержанием минеральных веществ на основе летучей золы, составляющем от 75 до 100% масс. содержащим летучую золу класса C в отдельности или смесь летучей золы класса C и класса F; и не содержащим портландцемент, кальциево-алюминатный цемент или гипс; и смешивания цементирующего реакционноспособного порошка, цитрата щелочного металла, силиката щелочного металла и воды с получением суспензии при комнатной температуре или повышенных температурах выше 20°C, так что образование гидратов алюмосиликатов щелочных металлов и/или гидратов алюмосиликата и/или алюмосиликатных соединений кальция, присутствующих в летучей золе, может происходить в результате гидратации такой реакционноспособной порошковой смеси с цитратом щелочного металла.
[0045] Таким образом, используют минимальное количество воды для гидратации цементирующего реакционноспособного порошка и быстрого образования гидратов алюмосиликатов щелочных металлов и других гидратов, присутствующих в летучей золе. Добавление щелочных солей лимонной кислоты значительно способствует работоспособности цементирующей суспензии. Как правило, в указанной суспензии массовое отношение воды к реакционноспособной порошковой смеси составляет примерно от 0,20 до 0,35:1, более обычно, примерно от 0,20 до 0,30:1, предпочтительно, примерно от 0,20 до 0,25:1. Количество воды зависит от потребности конкретных материалов, присутствующих в цементирующей композиции
[0046] Гидраты алюмосиликатов щелочных металлов и/или другие гидраты алюмосиликата и/или алюмосиликатных соединений кальция образуются в процессе гидратации очень быстро, придавая, таким образом, быстрое схватывание и жесткость смесям, полученным с применением цементирующей реакционноспособной порошковой смеси цементирующей композиции согласно настоящему изобретению. При производстве продуктов на основе цемента, таких как цементно-стружечные плиты, именно образование гидратов алюмосиликатов щелочных металлов и/или других гидратов алюмосиликата и/или алюмосиликатных соединений кальция делает возможной обработку цементно-стружечных плит в течение нескольких минут после смешивания цементирующей композиции согласно настоящему изобретению с подходящим количеством воды.
[0047] Схватывание композиции характеризуется временем начала схватывания и временем окончания схватывания, которые измеряют с применением игл Гилмора, как описано в методике испытаний ASTM C266. Время окончания схватывания также соответствует времени, за которое бетонное изделие, например, бетонная панель, затвердевало в достаточной мере, так что его можно было подвергнуть обработке или, в случае бетонного пола или дороги, по нему можно было ходить или пустить транспорт. Сравнительно более высокая прочность на сжатие на ранней стадии (от 3 до 5 часов) может быть преимуществом в случае бетонного материала, поскольку это позволяет указанному материалу выдерживать более высокие нагрузки без деформации. Специалистам в данной области техники будет понятно, что реакции отверждения продолжаются в течение длительных периодов и после достижения времени окончания схватывания.
[0048] Прочность композиции на ранней стадии исследуют путем измерения прочности на сжатие после отверждения в течение 24 часов или 14 дней, как описано в ASTM C109. Обеспечение высокой ранней прочности позволяет облегчить обработку складированных панелей.
[0049] В предпочтительных композициях согласно настоящему изобретению, времена окончания схватывания, составляющие примерно 5 минут, достигают при плотностях строительного раствора в диапазоне от 60 до 65 фунтов на кубический фут (pcf) и обеспечении величин кубиковой прочности на сжатие в диапазоне примерно от 1000 до 1400 psi.
Цементирующий реакционноспособный порошок
[0050] Цементирующий реакционноспособный порошок содержит летучую золу и, возможно, портландцемент. Цементирующий реакционноспособный порошок обычно содержит от 75 до 100% масс. более обычно, от 80 до 100% масс. летучей золы и от 0 до 25% масс. портландцемента. Цементирующий реакционноспособный порошок предпочтительно содержит от 88,5 до 100% масс. летучей золы. Цементирующий реакционноспособный порошок более предпочтительно содержит 100% масс. летучей золы класса C и не содержит гидравлический цемент.
[0051] Цементирующий реакционноспособный порошок предпочтительно содержит от 10 до 40% масс. извести. Однако такая известь обычно не представляет собой добавленную известь. Скорее указанная известь включена как химический компонент летучей золы.
[0052] Основным ингредиентом цементирующего реакционноспособного порошка цементирующей композиции согласно настоящему изобретению является минеральная добавка на основе летучей золы, предпочтительно, летучей золы класса С. Летучая зола описана ниже в разделе, озаглавленном Минеральные добавки на основе летучей золы и нелетучей золы.
[0053] Наряду с летучей золой, цементирующий реакционноспособный порошок может включать от 0 до 25% масс. необязательных цементирующих добавок, таких как портландцемент, кальциево-алюминатный цемент, сульфат кальция или гипс (природный гипс). Однако цементирующие композиции с пониженным содержанием воды согласно настоящему изобретению, т.е. цементирующие композиции с массовым отношением воды к реакционноспособному порошку, составляющем примерно от 0,17 до 0,35:1,0, содержащие указанные необязательные цементирующие добавки, имеют значительно уменьшенную прочность на сжатие по сравнению с такими же композициями с пониженным содержанием воды согласно настоящему изобретению, но без дополнительных цементирующих добавок.
[0054] Например, в некоторых цементирующих реакционноспособных порошковых смесях, когда не требуется прочность на сжатие или когда следует использовать более высокие отношения воды к реакционноспособному порошку, например, отношения выше примерно 0,35:1,0, можно применять портландцемент в количестве примерно от 0 до 25% масс. при содержании летучей золы от 75 до 100% масс.
Минеральные добавки на основе летучей золы и нелетучей золы
[0055] Гидравлический цемент в обычных композициях реакционноспособного порошка по существу заменяют на летучую золу, имеющую пуццолановые свойства, такую как летучую золу класса C, летучую золу класса F или их смеси, в частности, летучую золу класса C. Можно добавлять и другие необязательные минеральные добавки на основе нелетучей золы, обладающие сильными вяжущими свойствами, небольшими вяжущими свойствами или не обладающие вяжущими свойствами. При добавлении, минеральные добавки на основе нелетучей золы, обладающие пуццолановыми свойствами, являются предпочтительными в цементирующем реакционноспособном порошке согласно настоящему изобретению.
[0056] В ASTM C618-97 пуццолановые материалы определяют как "кремнистые или кремнистые и глиноземистые материалы, которые сами по себе обладают небольшим вяжущим свойством или не обладают вяжущим свойством, но которые, в мелко измельченной форме и присутствии влаги, будут химически взаимодействовать с гидроксидом кальция при обычных температурах с образованием соединений, обладающих цементирующими свойствами". К пуццолановым материалам, обладающим пуццолановыми свойствами, были отнесены различные природные и искусственные материалы. Некоторые примеры пуццолановых материалов включают пемзу, перлит, диатомовую землю, тонкий кремнеземный порошок, туф, трасс, рисовую шелуху, метакаолин, измельченный гранулированный доменный шлак и летучую золу.
[0057] Все из указанных пуццолановых материалов можно использовать по отдельности или в объединенной форме как часть цементирующего реакционноспособного порошка согласно настоящему изобретению.
[0058] В цементирующей реакционноспособной порошковой смеси согласно настоящему изобретению летучая зола представляет собой предпочтительный пуццолан. Летучая зола, характеризующаяся высоким содержанием оксида кальция и алюмината кальция (такая как летучая зола класса C, описанная в стандарте ASTM C618) является предпочтительной, как будет описано ниже. В качестве необязательных минеральных добавок также могут быть включены другие минеральные добавки, такие как карбонат кальция, вермикулит, глины и измельченная слюда.
[0059] Летучая зола представляет собой побочный продукт в виде тонкоизмельченного порошка, образующийся при сжигании угля. В котлах энергетических установок электростанций, в которых сжигают пылевидный уголь, образуется большая часть коммерчески доступной летучей золы. Такая летучая зола состоит главным образом из стекловидных сферических частиц, а также остатков гематита и магнетита, обуглившегося вещества и некоторых кристаллических фаз, образовавшихся во время охлаждения. Структура, состав и свойства частиц летучей золы зависят от структуры и состава угля и процессов сжигания, при которых образуется летучая зола. В стандарте ASTM C618 различают два основных класса летучей золы, применяемых в бетоне - класс C и класс F. Указанные два класса летучей золы обычно получают из различных видов углей, которые образуются в результате различных процессов формирования угля, протекающих на протяжении геологических периодов времени. Летучую золу класса F обычно получают при сжигании антрацита или битуминозного угля, тогда как летучую золу класса C, как правило, получают из лигнита или полубитуминозного угля.
[0060] В стандарте ASTM C618 различают летучую золу класса F и класса C главным образом в зависимости от ее пуццолановых свойств. Соответственно, в стандарте ASTM C618, основное различие в спецификации между летучей золой класса F и летучей золой класса C состоит в минимальном предельном содержании SiO2+Al2O3+Fe2O3 в композиции. Минимальное предельное содержание SiO2+Al2O3+Fe2O3 для летучей золы класса F составляет 70%, а для летучей золы класса C составляет 50%. Таким образом, летучая зола класса F является более пуццолановой, чем летучая зола класса C. Хотя это явно не отражено в стандарте ASTM C618, летучая зола класса C обычно имеет высокое содержание оксида кальция (извести).
[0061] Летучая зола класса C благодаря присутствию свободной извести (оксиду кальция) наряду с пуццолановыми свойствами обычно имеет цементирующие свойства, тогда как класс F редко проявляет цементирующие свойства при смешивании только с водой. Наличие высокого содержания оксида кальция придает летучей золе класса C цементирующие свойства и при смешивании с водой приводит к образованию гидратов силиката кальция и алюмината кальция. Как будет показано в примерах, приведенных ниже, было обнаружено, что летучая зола класса C обеспечивает превосходные результаты, в частности, в предпочтительных составах, в которых не используют кальциево-алюминатный цемент и гипс.
[0062] Как правило, по меньшей мере 50% масс. летучей золы в цементирующем реакционноспособном порошке представляет собой летучую золу класса C. Более типично, по меньшей мере 75% масс. цементирующего реакционноспособного порошка представляет собой летучую золу класса C. Еще более предпочтительно, по меньшей мере 88,5% масс. цементирующего реакционноспособного порошка представляет собой летучую золу класса C.
[0063] Типичными минеральными веществами, обнаруженными в летучей золе, являются, среди прочего, кварц (SiO2), муллит (Al2Si2O13), геленит (Ca2Al2SiO7), гематит (Fe2O3), магнетит (Fe3O4). Кроме того, в летучей золе также содержатся минеральные вещества, представляющие собой полиморфы алюмосиликата, обычно обнаруживаемые в таких горных породах, как силлиманит, кианит и андалузит, все три из которых представлены молекулярной формулой Al2SiO5.
[0064] Типичная подходящая летучая зола класса C, полученная из полубитуминозного угля, имеет следующий состав, приведенный в таблице B.
| ТАБЛИЦА B | |
| Типичная подходящая летучая зола класса C | |
| Компонент | Доля (% масс.) |
| SiO2 | 20-40 |
| Al2O2 | 10-30 |
| Fe2O3 | 3-10 |
| MgO | 0,5-8 |
| SO3 | 1-8 |
| C | 0,5-2 |
| H2O | 0,33-3 |
| CaO | 25-35 |
| K2O | 0,5-4 |
| Na2O | 0,5-6 |
[0065] Размер летучей золы обычно таков, что менее чем примерно 34% частиц удерживается на сите 325 (U.S. Series) при испытании согласно методике испытаний C-311 ASTM ("Sampling and Testing Procedures for Fly Ash as Mineral Admixture for Portland Cement Concrete"). Такую летучую золу предпочтительно извлекают и используют сухой вследствие ее способности к самоотверждению.
[0066] Подходящая летучая зола класса F имеет следующий состав, перечисленный в таблице C.
[0067]
| ТАБЛИЦА C | |
| Типичная подходящая летучая зола класса F | |
| Компонент | Доля (% масс.) |
| SiO2 | 50-65 |
| Al2O2 | 10-30 |
| Fe2O3 | 3-10 |
| MgO | 0,5-3 |
| SO3 | 0,3-4 |
| C | 0,25-3 |
| H2O | 0,33-3 |
| CaO | 0-10 |
| K2O | 0,5-4 |
| Na2O | 1-6 |
[0068] Летучая зола составляет по существу весь цементирующий материал реакционноспособного порошка согласно настоящему изобретению. При применении летучей золы класса C добавление других традиционных цементирующих добавок не является необходимостью и, как было обнаружено, уменьшает конечную прочность на сжатие композиций легкого заполнителя согласно настоящему изобретению.
[0069] Как было обнаружено, в случае, когда вместо большого количества летучей золы класса C используют летучую золу класса F, содержащую по существу меньше глинозема и извести, чем летучая зола класса C, необходимо добавление портландцемента типа III для повышения прочности на сжатие вяжущего вещества на основе летучей золы класса F до уровней, получаемых при применении композиций, содержащих 60% масс. или более летучей золой класса C, характеризующейся по существу большим содержанием глинозема и извести. В частности, при использовании в вяжущей системе до 60% масс. летучей золы класса F, необходимо добавление до 30% масс. портландцемента типа III для увеличения прочности на сжатие вяжущего вещества более чем в три с половиной раза, чем при добавлении к летучей золе класса F только летучей золы класса C. Таким образом, при использовании в настоящем вяжущем веществе летучей золы класса F, предпочтительная смесь содержит примерно от 46 до 60% масс. летучей золы класса F, от 10 до 29% масс. портландцемента типа III и от 10 до 32% масс, летучей золы класса C и от 2 до 4% масс, цитрата натрия с водой. Отношение воды к летучей золе и, при необходимости, любому портландцементу, следует поддерживать ниже примерно 0,37 и, более предпочтительно, ниже примерно 0,33.
[0070] Согласно настоящему изобретению, необходимость использования гидравлического цемента, такого как портландцемент типа III, можно избежать и можно добиться сравнительно быстрого нарастания прочности на ранней стадии путем применения в качестве реакционноспособного порошка по существу только летучей золы класса C вместо смесей летучей золы класса F, содержащих портландцемент типа III. Когда реакционноспособный порошок предпочтительно представляет собой летучую золу класса C согласно настоящему изобретению, нет необходимости использовать другие традиционные цементы, добавляемые в реакционноспособный порошок, в том числе портландцемент типа I и типа II или другие гидравлические цементы, включая белый портландцемент, шлаковые цементы, такие как шлакопортландцемент, и пуццолановые многокомпонентные портландцементы, расширяющиеся цементы, кальциево-сульфоалюминатные цементы и тампонажные цементы.
Соли щелочных металлов и лимонной кислоты
[0071] Согласно настоящему изобретению, применение солей щелочных металлов и лимонной кислоты, таких как цитрат натрия или калия, придает смесям сравнительно хорошую текучесть и не позволяет им затвердевать слишком быстро, т.е., смеси затвердевают не быстрее, чем через 5-10 минут после смешивания при температурах выше комнатной температуры, достигая хорошей прочности на сжатие на ранней стадии.
[0072] Доза соли щелочного металла и лимонной кислоты, например, цитрата калия или цитратов натрия, составляет примерно от 1,5 до 6,0% масс., предпочтительно, примерно от 1,5 до 4,0% масс., более предпочтительно, примерно от 2,0 до 3,5%. и, наиболее предпочтительно, примерно 3,5% масс. в пересчете на 100 частей цементирующих реакционноспособных компонентов согласно настоящему изобретению. Таким образом, например, для 100 фунтов цементирующего реакционноспособного порошка, общее содержание цитратов калия и/или натрия может составлять примерно от 1,5 до 4,0 фунтов. Предпочтительными цитратами щелочных металлов являются цитраты калия и цитраты натрия и, в частности, моногидрат цитрата трикалия и моногидрат цитрата тринатрия.
Силикаты щелочных металлов
[0073] Согласно настоящему изобретению, применение силикатов щелочных металлов, таких как силикат натрия или силикат калия, придает смесям сравнительно хорошую текучесть и не позволяет им затвердевать слишком быстро, т.е., смеси затвердевают не быстрее, чем через 5-10 минут после смешивания при температурах выше комнатной температуры, достигая хорошей прочности на сжатие на ранней стадии.
[0074] Доза безводного силиката натрия или силиката калия составляет примерно от 0,25 до 1,0% масс., предпочтительно, примерно от 0,5 до 1,0% масс. и, более предпочтительно, примерно 1,0 в пересчете на 100 частей цементирующих реакционноспособных компонентов согласно настоящему изобретению. Таким образом, например, для 100 фунтов цементирующего реакционноспособного порошка, общее содержание силикатов калия и/или натрия может составлять примерно от 0,5 до 1,0 фунтов. Предпочтительными силикатами щелочных металлов являются безводные триоксил метасиликаты натрия и, в частности, пентагидрат силиката натрия 212.74 от компании Fischer Scientific (технический сорт).
Замедлители схватывания
[0075] Возможно применение замедлителей схватывания в качестве компонента в композиции согласно настоящему изобретению. Главная функция замедлителя схватывания состоит в предотвращении слишком быстрого затвердевания суспензионной смеси и стимулирования, тем самым, синергического физического взаимодействия и химической реакции между различными реакционноспособными компонентами.
[0076] Можно избежать добавления традиционных замедлителей схватывания, таких как лимонная кислота, винная кислота, яблочная кислота, уксусная кислота, борная кислота и т.п., путем применения солей щелочных металлов и лимонной кислоты, например, цитрата натрия или калия, при этом использование таких цитратов щелочных металлов, в отсутствие указанных традиционных замедлителей схватывания, обеспечивает хорошую текучесть и препятствует слишком быстрому затвердеванию бетонной суспензии.
Вторичные неорганические ускорители схватывания
[0077] Как описано выше, в отсутствие дополнительных замедлителей схватывания, главным образом цитраты щелочных металлов ответственны за придание цементирующим смесям свойств чрезвычайно быстрого схватывания, хорошей текучести, а также сравнительно высокой прочности на сжатие. Однако в комбинации с цитратами щелочных металлов, в цементирующую композицию согласно настоящему изобретению можно добавлять другие неорганические ускорители схватывания в качестве вторичных неорганических ускорителей схватывания.
[0078] Как полагают, добавление указанных вторичных неорганических ускорителей схватывания приведет только к небольшому уменьшению времени схватывания по сравнению со снижением, достигаемым благодаря добавлению цитрата щелочного металла. Примеры таких вторичных неорганических ускорителей схватывания включают карбонат натрия, карбонат калия, нитрат кальция, нитрит кальция, формиат кальция, ацетат кальция, хлорид кальция, карбонат лития, нитрат лития, нитрит лития, сульфат алюминия, алканоламины, полифосфаты и т.п. Следует избегать применения гидроксида калия, гидроксида натрия и хлорида кальция, если коррозия крепежей цементно-стружечной плиты является проблемой. Как правило, нет необходимости использовать вторичные неорганические ускорители схватывания. Применение вторичных ускорителей схватывания не требуется, и они не являются частью предпочтительной композиции согласно настоящему изобретению. В случае использования, массовое отношение вторичного неорганического ускорителя схватывания к 100 частям по массе цементирующей реакционноспособной порошковой смеси, как правило, будет составлять менее чем примерно 1,0% масс., предпочтительно, менее чем примерно 0,25% масс. Перечисленные вторичные неорганические ускорители схватывания можно использовать по отдельности или в комбинации.
Суперпластификаторы и воздухововлекающие добавки
[0079] Введение добавок, уменьшающих содержание воды (суперпластификаторов), можно избежать путем использования солей щелочных металлов и лимонной кислоты, например, цитрата натрия или калия, при этом применение указанных цитратов щелочных металлов обеспечивает хорошую текучесть и препятствует слишком быстрому затвердеванию бетонной суспензии.
[0080] Воздухововлекающие добавки добавляют к цементирующей суспензии согласно настоящему изобретению для образования пузырьков воздуха (пены) in situ. Воздухововлекающие добавки обычно представляют собой поверхностно-активные вещества, применяемые для преднамеренного улавливания в бетоне микроскопических пузырьков воздуха. В качестве альтернативы, воздухововлекающие добавки используют для получения из внешнего источника пены, которую вводят в смеси композиций согласно настоящему изобретению в процессе смешивания для уменьшения плотности продукта. Как правило, для получения пены из внешнего источника воздухововлекающую добавку (также известную как жидкий вспенивающий агент), воздух и воду смешивают в подходящем пеногенераторе с образованием пены. Перед добавлением пены в цементирующую суспензию к пене можно добавить агент, стабилизирующий пену, такой как поливиниловый спирт.
[0081] Примеры воздухововлекающих добавок/вспенивающих агентов включают, среди прочего, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и олигомеры алкилэфир сульфата. Подробное описание общей формулы указанных вспенивающих агентов можно обнаружить в патенте США 5643510, включенном в настоящий документ посредством ссылки.
[0082] Можно использовать такую воздухововлекающую добавку (вспенивающий агент), как добавка, соответствующая стандартам, изложенным в ASTM C260 "Standard Specification for Air-Entraining Admixtures for Concrete" (1 августа, 2006). Такие воздухововлекающие добавки хорошо известны специалистам в данной области техники и описаны в монографии Kosmatka с соавторами "Design and Control of Concrete Mixtures", четырнадцатое издание, Portland Cement Association, в частности, в главе 8, озаглавленной "Air Entrained Concrete" (цитируемой в публикации заявки на патент США №2007/0079733 A1). Коммерчески доступные воздухововлекающие материалы включают винсоловые древесные смолы, сульфонированные углеводороды, жирные и смолистые кислоты, алифатические замещенные арилсульфонаты, такие как сульфонированные лигниновые соли и другие многочисленные активные на границе раздела фаз материалы, которые обычно принимают форму анионных или неионных поверхностно-активных веществ, абиетинат натрия, насыщенные или ненасыщенные жирные кислоты и их соли, тенсиды, алкиларилсульфонаты, фенолэтоксилаты, лигносульфонаты, смоляные мыла, гидроксистеарат натрия, лаурилсульфат, ABS (алкилбензолсульфонаты), LAS (линейные алкилбензолсульфонаты), алкансульфонаты, полиоксиэтилен алкил(фенил)эфиры, сложные сульфатные эфиры полиоксиэтилена алкил(фенил)эфира или их соли, сложные фосфатные эфиры полиоксиэтилен алкил(фенил)эфира или их соли, белковые материалы, алкенилсульфосукцинаты, альфа-олефинсульфонаты, натриевую соль альфа-олефинсульфоната или лаурилсульфат или сульфонат натрия и их смеси.
[0083] Как правило, воздухововлекающая (пенообразующая) добавка составляет примерно от 0,01 до 8,0% масс. в пересчете на массу всей цементирующей композиции.
[0084] При необходимости в композиции согласно настоящему изобретению можно также добавить другие химические добавки, такие как добавки, регулирующие усадку, красители, агенты, изменяющие вязкость (загустители) и добавки для улучшения внутренних условий твердения.
Холсты
[0085] Дискретные упрочняющие волокна различных видов также могут быть включены в композиции цементирующих плит, полученные с применением вяжущего вещества согласно настоящему изобретению. Холсты, выполненные из материалов, таких как стекловолокно с полимерным покрытием и полимерные материалы, такие как полипропилен, полиэтилен и нейлон, можно использовать для упрочнения продукта на основе цемента в зависимости от его функции и применения. Цементно-стружечные плиты, полученные согласно настоящему изобретению, обычно упрочняют с помощью холстов, сделанных из стекловолокна с полимерным покрытием.
Заполнители и наполнители
[0086] Хотя описанная цементирующая реакционноспособная порошковая смесь определяет быстросхватывающийся компонент цементирующей композиции согласно настоящему изобретению, специалистам в данной области техники будет понятно, что в композицию могут быть включены и другие материалы в зависимости от ее предполагаемого использования и применения.
[0087] Например, в случае цементно-стружечных плит, желательно изготовить легкие плиты без чрезмерного ухудшения требуемых механических свойств продукта. Такую цель достигают путем добавления легких заполнителей и наполнителей. Примеры подходящих легких заполнителей и наполнителей включают доменный шлак, вулканический туф, пемзу, пористые формы глины, сланца и перлита, полые керамические сферические частицы, полые пластмассовые сферические частицы, пенопластовые шарики и т.п. Для производства цементно-стружечных плит особенно подходящими являются заполнители в виде керамзита и сланца. При применении в композиции, пенопластовые шарики и полые пластмассовые сферические частицы требуются в очень небольшом количестве в пересчете на массу благодаря их чрезвычайно низкой насыпной плотности.
[0088] В зависимости от выбора легкого заполнителя или наполнителя, массовое отношение легкого заполнителя или наполнителя к реакционноспособной порошковой смеси может составлять примерно от 1/100 до 200/100, предпочтительно, примерно от 2/100 до 125/100. Например, для изготовления легких цементно-стружечных плит, массовое отношение легкого заполнителя или наполнителя к реакционноспособной порошковой смеси будет предпочтительно составлять примерно от 2/100 до 125/100. При применениях, при которых указанное свойство легкого продукта не имеет решающего значения, можно использовать речной песок и крупный заполнитель, обычно используемые в бетонной конструкции, как часть композиции согласно настоящему изобретению.
Исходная температура суспензии
[0089] Как было обнаружено, согласно настоящему изобретению, образование суспензии в условиях, которые обеспечивают первоначально высокую температуру суспензии, является важным для достижения быстрого схватывания и отверждения цементирующих составов. Исходная температура суспензии должна соответствовать по меньшей мере примерно комнатной температуре. Температуры суспензии в диапазоне от 38°C до 41°C обеспечивают короткие времена схватывания и, соответственно, являются предпочтительными.
[0090] В целом, повышение исходной температуры суспензии в пределах указанного диапазона увеличивает скорость роста температуры по мере протекания реакций и уменьшает время схватывания. Таким образом, предпочтительной является исходная температура суспензии, равная 95°F (35°C), по сравнению с исходной температурой суспензии, равной 90°F (32,2°C), температура 100°F (37,7°C) предпочтительна по сравнению с 95°F (35°C), температура 115°F (41,1°C) предпочтительна по сравнению с 100°F (37,7°C), температура 110°F (40,6°C) предпочтительна по сравнению с 105°F (41,1°C) и так далее. Полагают, что преимущества от увеличения исходной температуры суспензии уменьшается при достижении верхнего предела широкого диапазона температур.
[0091] Как будет понятно специалистам в данной области техники, обеспечение исходной температуры суспензии можно осуществить с помощью более чем одного способа. Возможно, наиболее подходящий способ состоит в нагревании одного или более из компонентов суспензии. В указанных примерах авторы настоящего изобретения подавали воду, нагретую до такой температуры, что при добавлении к сухим реакционноспособным порошкам и нереакционноспособной твердой фазе, образовавшаяся суспензия приобретала требуемую температуру. В качестве альтернативы, при необходимости твердую фазу можно было получить при температурах выше окружающей среды. Использование пара для подачи тепла к суспензии является еще одним возможным способом, который может быть адаптирован.
[0092] Хотя потенциально и более медленно, но суспензию можно получить при температурах окружающей среды и быстро (например, в пределах примерно 10, 5, 2 или 1 минут) нагреть с повышением температуры до примерно 90°F или выше (или до любого из перечисленных выше диапазонов), при этом преимущества настоящего изобретения все еще сохраняются.
[0093] Производство сборных бетонных изделий, таких как цементно-стружечные плиты
[0094] Сборные бетонные изделия, такие как цементно-стружечные плиты, наиболее эффективно изготавливают при непрерывном процессе, при котором реакционноспособный порошок смешивают с заполнителями, наполнителями и другими необходимыми ингредиентами, с последующим добавлением воды и других химических добавок непосредственно перед размещением смеси в пресс-форму или ленту для непрерывного литья и формования.
[0095] Вследствие характеристик быстрого схватывания цементирующей смеси следует понимать, что смешивание сухих компонентов цементирующей смеси с водой обычно выполняют непосредственно перед процессом литья. В результате образования гидратов алюмосиликатов щелочных металлов и/или других гидратов алюмосиликатов и/или алюмосиликатных соединений кальция, бетонное изделие становится жестким, готовым для разрезания, обработки и складирования для дополнительного отверждения.
[0096] Были использованы два способа для вовлечения воздуха в вяжущие вещества на основе летучей золы.
[0097] Один из подходов (пример 1, приведенный ниже) состоял в добавлении пенообразующих добавок, т.е. альфа-олефинсульфонатного (AOS) мыла, к вяжущим веществам на основе летучей золы и образовании пузырьков или воздушных полостей in-situ при перемешивании вяжущих веществ на основе летучей золы на протяжении заранее заданного количества времени. Во втором подходе пену получали ex-situ и перемешивали с вяжущими веществами на основе летучей золы. В этом случае, как было обнаружено, для предотвращения разрушения пузырьков пены при подмешивании в суспензии летучей золы было необходимо использовать смесь альфа-олефинсульфонатного (AOS) мыла и поливинилового спирта (PVOH). Добавление PVOH действовало как стабилизатор и, по-видимому, имеет решающее значение для стабильности пены и целостности ячеек вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы.
[0098] Следующие композиции вспененной летучей золы, описанные в настоящей заявке, содержат от 75 до 80,5% летучей золы, от 3 до 6% цитрата натрия (или калия), от 0,5 до 1,5% силиката натрия, от 14 до 20% воды и от 0,4 до 0,7% вспенивающего агента в виде процента от всей композиции. Цитрат натрия можно заменить на цитрат калия или можно использовать смесь обоих веществ. Предпочтительный вспенивающий агент представляет собой устойчивое мыло, состоящее из длинной углеродной цепи (C12-C16), и не содержит аммиак для предотвращения нежелательного аммиачного запаха, возникающего при протекании реакции во время операции перемешивания.
[0099] В настоящей работе будет продемонстрировано, что успешное производство вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы требует оптимизации двух параметров:
[00100] Скорости реакции вяжущих веществ на основе летучей золы.
[00101] Способа введения пены в вяжущее вещество на основе летучей золы/цитрата натрия.
[00102] Сначала воду, цитрат натрия, силикат натрия и вспенивающий агент смешивают до однородности. Указанные ингредиенты добавляют к реакционноспособному порошку на основе летучей золы. Вспенивание указанной смеси начинается немедленно и завершается в пределах от 3 до 6 минут. Рост температуры смеси начинается вскоре после смешивания, что указывает на экзотермическую реакцию, описанную предыдущей заявке на патент США настоящего автора. Отверждение при комнатной температуре продолжается в течение первых 24 часов, и конечная прочность достигается в течение нескольких дней. Вспененные in-situ вяжущие вещества, полученные таким образом, характеризуются уникальной комбинацией низкой массы, что связано с улучшенными величинами прочности на сжатие.
[00103] Вышеприведенные компоненты объединяли, используя массовое отношение воды к реакционноспособному порошку (летучей золе), составляющему от 0,18/1 до 0,23. Кубиковую прочность на сжатие смесей измеряли с применением стандартных методов испытания. Микроструктуру смесей анализировали с применением сканирующего электронного микроскопа.
ПРИМЕРЫ
[00104] Следующие примеры иллюстрируют влияние добавления цитрата щелочного металла и цитрата натрия на особенности роста температуры суспензии, характеристики схватывания и кубиковую прочность на сжатие (CCS) цементирующих композиций согласно настоящему изобретению. Смесь портландцемента, летучей золы класса C и гидрата сульфата кальция (природного гипса) используют в качестве компонентов реакционноспособного порошка.
ПРИМЕР 1 - Методика смешивания (пены in-sitii)
[00105] Силикат натрия добавляют к воде и растворяют. К раствору добавляют цитрат натрия и растворяют. К полученному раствору силиката натрия/цитрата натрия добавляют мыло. Затем раствор силиката натрия, цитрата натрия и мыла добавляют к реакционноспособному порошку на основе летучей золы и смешивают в смесителе Hobart при средней скорости. Через примерно 40 секунд, скорость смешивания увеличивают (#3) и продолжают смешивание в течение в общей сложности до 4-6 минут.
[00106] Раствор, содержащий от 2,5 до 8,0% силиката натрия, от 15 до 35% цитрата натрия получают путем перемешивания до растворения сначала всего силиката натрия и затем цитрата натрия. К полученному раствору добавляют 3-6% вспенивающего агента. После такого добавления вязкость раствора цитрата натрия значительно возрастает, что указывает на синергическое взаимодействие между цитратом натрия и вспенивающим агентом. Используемое поверхностно-активное вещество представляло собой альфа-олефинсульфонатное (AOS) мыло торговой марки Witconate AOS от компании Akzo Nobel.
[00107] Смешивание раствора осуществляли при комнатной температуре и затем кубические пресс-формы, заполненные вяжущим веществом, помещали в камеру для кондиционирования, в которой до времени испытания поддерживали относительную влажность 90% и температуру 90°F.
[00108] Настоящий пример иллюстрирует влияние применения растворов, содержащих силикат натрия для улучшения характеристик прочности на сжатие вспененных вяжущих веществ, содержащих цитрат натрия и летучую золу класса C, смешанную с гидратом сульфата кальция, на зерна заполнителя, полученные с помощью описанной выше методики смешивания, по сравнению со смесями, содержащими полугидрат сульфата кальция. В таблице 1 приведены композиции и величины прочности на сжатие для суспензий летучей золы, которые были вспенены in-situ путем добавления 2% цитрата натрия и различных доз силиката натрия и вспенивающего агента (AOS). Для достижения заданной плотности все добавки и вспенивающий агент добавляли к воде перед смешиванием с порошком летучей золой в течение от 3 до 5 минут. На фиг.1 показано графическое отображение данных, приведенных в таблице 1, иллюстрирующее взаимосвязь прочности на сжатие относительно плотности для вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы, содержащих цитрат натрия и силикат натрия, по сравнению с вяжущими веществами, содержащими цитрат натрия без силиката натрия.
[00109] Добавки, применяемые для активизации летучей золы, такие как цитрат калия, цитрат натрия и необязательные добавки, такие как лимонная кислота, бура, борная кислота, добавляли к воде для смешивания перед смешиванием с летучей золой, цементом и любым необязательным легким заполнителем.
[00110] Композиции, описанные в настоящей заявке, объединяли, используя массовое отношение вспученного керамического заполнителя к добавляемому к цементу реакционноспособному порошку, равное 0,56:1,0.
[00111] Кубики хранили в запечатанном пластмассовом пакете, содержащем влажное полотенте, при комнатной температуре в течение 24 часов, извлекали из пресс-формы и затем помещали в камеру для кондиционирования при 90% относительной влажности и 90°F для проведения 14-дневного испытания. Максимальную нагрузку, необходимую для раздробления кубиков измеряли, используя компрессор SATEC UTC 120HVL, запрограммированный таким образом, чтобы соответствовать скорости нагрузки, описанной в методике, приведенной в ASTM C109.
[00112] Композиции, включенные в пример 1, объединяли, используя массовое отношение воды к реакционноспособному порошку, составляющее примерно 0,26/1, и массовое отношение вспученного керамического заполнителя к летучей золе (реакционноспособному порошку), составляющее примерно 0,56/1.
[00113] Перед смешиванием с цементами цитрат щелочного металла растворяли в воде при комнатной температуре. Другие эксперименты с добавлением твердого цитрата щелочного металла, который смешивали с цементом, привели к одинаковым результатам. После смешивания в смесителе Hobart смесь помещали в стандартные двухдюймовые кубические пресс-формы.
[00114] Максимальную нагрузку, необходимую для раздробления кубиков, измеряли во время испытания с помощью компрессора SATEC UTC 120HVL, запрограммированного таким образом, чтобы соответствовать степени нагрузки, описанной в методике, приведенной в ASTM C109.
[00115] Сырьевые материалы и ингредиенты, применяемые в указанных примерах, перечислены ниже:
[00116] Силикат натрия
[00117] Альфа-олефинсульфонатное мыло (Witconate)
[00118] Летучая зола класса C (Campbell)
[00119] Вспученный керамический заполнитель
[00120] Цитрат натрия (моногидрат цитрата три натрия)
[00121] Массовое отношение воды к реакционноспособному порошку на основе летучей золы обычно составляет от 0,22 до 0,287:1,0, при этом массовые отношения от 0,22 до 0,2:1 являются предпочтительными, когда реакционноспособный порошок представляет собой по существу 100% масс, летучую золу класса C и содержит мало гипса или не содержит гипс. В случае, когда часть летучей золы класса C заменена летучей золой класса F, гипс используют, но количество гипса минимизируют в соответствии с предпочтительной практикой настоящего изобретения.
[00122] ПРИМЕР 1 (смеси 1-17) - Методика смешивания in situ
[00123] Сначала силикат натрия добавляли к воде и растворяли, затем к раствору добавляли цитрат натрия и растворяли. Затем к раствору силиката натрия и цитрата натрия добавляли вспенивающий агент на основе мыла. Далее водный раствор силиката натрия, цитрата натрия и мыла добавляли к реакционноспособному порошку на основе летучей золы класса C и перемешивали в смесителе Hobart при средней скорости. Через примерно 40 секунд скорость смесителя увеличивали (скорость #3) и продолжали смешивание в течение в общей сложности до 4-6 минут.
[00124] Раствор, содержащий от 2,5 до 8,0% силиката натрия, от 15 до 35% цитрата натрия изготавливали путем перемешивания до растворения сначала всего силиката натрия, а затем цитрата натрия. К полученному раствору добавляли 3-6% вспенивающего агента. После такого добавления вязкость раствора цитрата натрия значительно возрастала, что указывает на синергическое взаимодействие между цитратом натрия и вспенивающим агентом. Используемое поверхностно-активное вещество представляло собой альфа-олефинсульфонатное (AOS) мыло торговой марки Witconate AOS от компании Akzo Nobel.
[00125] Жидкости и смеси хранили при комнатной температуре, и кубические пресс-формы с вяжущим веществом помещали в камеру для кондиционирования, в которой поддерживали, в которой до времени испытания поддерживали относительную влажность 90% и температуру 90°F.
[00126] В таблице 1 приведены композиции смесей, содержащие летучую золу класса C при массовых отношениях 20/100 и 2,0% масс. цитрата натрия с различными дозами силиката натрия и неочищенного мыла. В указанных композициях весовой процент цитрата натрия к летучей золе поддерживали постоянным при 2,0% по массе летучей золы. Как видно из таблицы 1, приведенные данные свидетельствуют, что для вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы повышение содержания силиката натрия с цитратом натрия увеличивает кубиковую прочность на сжатие при одинаковой плотности по сравнению с вяжущими веществами на основе летучей золы, содержащими лишь цитрат натрия.
[00127] Данные, приведенные в таблице 1, также демонстрируют, что влияние цитрата натрия уменьшается в присутствие буры по сравнению с влиянием смесей, содержащих борную кислоту. При сравнении смесей 6 и 7, содержащих одинаковый уровень (21,8 г) цитрата натрия, но в случае смеси 6 с добавлением (7,2 г) лимонной кислота, а в случае смеси 7 с добавлением (7,2 г) борной кислоты, смесь, содержащая лимонную кислоту, имела через 3 часа несколько лучшую прочность на сжатие, но аналогичную прочности на сжатие после 14 дней отверждения. В таблице 1 CCS представляет собой аббревиатуру кубиковой прочности на сжатие.
[00128]
[00129]
| ТАБЛИЦА 1 | ||||||||||
| Летучая зола класса C1 | Вода | Цитрат натрия | Силикат натрия | Смесь ID | Неочищенное мыло | Цитрат натрия | Силикат натрия | Время смешивания | Плотность | CCS |
| г | г | г | г | # | г | % масс.FA | % масс.FA | (мин) | pcf | psi |
| 1000 | 180,0 | 20 | 0 | 1 | 7,5 | 2,0% | 0,0% | 4 | 52,8 | 77 |
| 1000 | 180,0 | 20 | 0 | 2 | 7,5 | 2,0% | 0,0% | 3 | 59,7 | 336 |
| 1500 | 270,0 | 30 | 0 | 3 | 11,44 | 2,0% | 0,0% | 3 | 67,3 | 758 |
| 1500 | 270,0 | 30 | 0 | 4 | 15,08 | 2,0% | 0,0% | 3 | 64,9 | 563 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 5 | 16,14 | 2,0% | 0,5% | 4 | 59,8 | 976 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 6 | 11,44 | 2,0% | 0,5% | 4 | 63,6 | 1130 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 7 | 11,44 | 2,0% | 0,5% | 3 | 70,6 | 1467 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 8 | 16,15 | 2,0% | 0,5% | 5 | 53,6 | 596 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 9 | 12,0 | 2,0% | 0,5% | 3 | 67,7 | 1313 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 10 | 10,0 | 2,0% | 0,5% | 3 | 70,2 | 1543 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 11 | 13,0 | 2,0% | 0,5% | 3 | 66,4 | 1202 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 7,5 | 12 | 8,0 | 2,0% | 0,5% | 3 | 74,6 | 1708 |
| 1500 | 272,7 | 30 | 7,5 | 13 | 15,0 | 2,0% | 0,5% | 3 | 66,5 | 1115 |
| 1500 | 272,7 | 30 | 15,0 | 14 | 11,44 | 2,0% | 1,0% | 4 | 65,3 | 1408 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 15,0 | 15 | 16,15 | 2,0% | 1,0% | 4 | 63,7 | 1132 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 15,0 | 16 | 16,15 | 2,0% | 1,0% | 5 | 58 | 898 |
| 1500 | 271,4 | 30 | 15,0 | 17 | 16,15 | 2,0% | 1,0% | 6 | 51,9 | 546 |
| 1 летучая зола класса C Campbell, мыло Witconate AOS |
[00130] Влияние увеличения содержания силиката натрия на рост температуры смеси для смесей с постоянными уровнями цитрата натрия показано на графиках, приведенных на фиг.1. Как можно видеть на фиг.1, смеси с более высокими дозами силиката натрия характеризуются более резким ростом прочности на сжатие при одинаковой плотности.
[00131] В случае смесей #1 и #2, содержащих 2,0% масс. цитрата натрия и не содержащих силикат натрия, прочность на сжатие возрастает до менее чем 800 psi при плотности 67 pcf., по сравнению с ростом примерно от 1200 до более чем 1400 psi при одинаковой плотности при добавлении от 0,5 до 1,0% масс. силиката натрия к такой же суспензии, содержащей 2,0% масс. цитрата натрия. Такое сравнение указывает, что присутствие силиката натрия способствует реакции, которая коррелирует со сравнительно повышенными прочностями на сжатие на ранней стадии, измеренными для смесей, содержащих только цитрат натрия.
ПРИМЕР 2 - Методика смешивания для пен ex-situ
[00132] Методика смешивания (пен ex-situs)
[00133] Сначала приготавливают раствор PVOH (концентрация от 2 до 5%) с применением теплой воды (от 50 до 80 C) до полного растворения PVOH. Полученный раствор оставляют для достижения комнатной температуры и затем добавляют поверхностно-активное вещество в виде мыла (8% раствор мыла) и вспенивают перед смешиванием с суспензией летучей золы/цитрата натрия/воды, используя стандартные методики смешивания. Для этого примера, силикат натрия не добавляли, и основная задача состояла в определении влияния PVOH на вспененные вяжущие вещества на основе летучей золы при использовании пен ex-situ. Применяемое поверхностно-активное вещество представляло собой альфа-олефинсульфонатное (AOS) мыло торговой марки Witconate AOS от компании Akzo Nobel. Используемый PVOH представлял собой CELVOL 205-S от компании Scksui Specialty Chemical America LLC, Scksui Chemical Company Ltd.
[00134] Составы для примера #2, полученные с использованием раствора мыла плюс вспенивающий агент с PVOH, приведены в таблице 2-1 и составы для примера #2, полученные с использованием 4% раствора мыла плюс вспенивающий агент без PVOH, приведены в таблице 2-1. Общее количество жидкостей включало воду для смешивания, воду, используемую в растворе мыла, и количество вспенивающего агента, применяемого для получения пены, добавляемой к смесям летучей золы и воды. Экспериментальные точки, приведенные в таблице 2-1 и таблице 2-2, нанесены на график, показанный на фиг.2. Образцы кубиков были отверждены аналогично образцам, описанным в примере 1.
[00135] Было отмечено улучшение стабильности пены и присутствие сравнительно меньших пузырьков пены при применении указанной методики вспенивания. В лабораторных условиях было отмечено, что для смесей с пенами ex-situ перед добавлением PVOH вспененные вяжущие вещества проявляли дестабилизирующие эффекты, такие как разрушение и коалесценция пузырьков пены, как только вяжущие вещества разливали в пресс-формы. Указанные дестабилизирующие эффекты были наиболее заметны около верхней поверхности, где вспененное вяжущее вещество находилось в контакте с воздухом. Напротив, смеси с PVOH, добавленные к пене ex-situ, не разрушались при подмешивании в вяжущие вещества на основе летучей золы/цитрата натрия, образуя вместо этого сеть мелких ячеистых пузырьков, которые трудно увидеть невооруженным глазом. Улучшенная стабильность пены позволяла получить устойчивые вспененные вяжущие вещества на основе летучей золы, плотность суспензии которых составляла от 38 до 70 pcf. Добавление PVOH не оказывало значительного влияния на прочность на сжатие на нижнем конце диапазона значений плотности (от 38 до 40 pcf), но улучшение прочности на сжатие было заметным в случае смесей с плотностями выше 40 pcf и, в частности, в случае смесей с плотностями в диапазоне от 50 до 70 pcf. Результаты, приведенные в таблицах 2-1 и 2-2 и нанесенные на график, показанный на фиг.2, указывают, что добавление PVOH можно использовать для улучшения хрупкости вяжущих веществ на основе летучей золы путем предотвращения деформации пузырьков воздуха, добавленных за счет пены (ex-situ).
[00136]
| ТАБЛИЦА 2-1 | |||||
| Составы для примера #2, в которых используют раствор мыла плюс вспенивающий агент с PVOH | |||||
| № смеси | Летучая зола | Всего жидкостей | Цитрат натрия | Плотность | Кубиковая прочность на сжатие (CCS) |
| г | г | г | pcf | psi | |
| 1 | 1000 | 245 | 20 | 53,1 | 408 |
| 2 | 1000 | 245 | 20 | 47,9 | 319 |
| 3 | 1000 | 245 | 20 | 46,8 | 320 |
| 4 | 1000 | 245 | 20 | 37,8 | 130 |
| 5 | 1000 | 245 | 20 | 39,3 | 113 |
| 6 | 1000 | 245 | 20 | 53,6 | 416 |
| 7 | 1000 | 245 | 20 | 62,5 | 807 |
| 8 | 1000 | 245 | 20 | 59,4 | 734 |
| 9 | 1000 | 245 | 20 | 53,6 | 430 |
| 10 | 1000 | 245 | 20 | 50,2 | 399 |
| 11 | 1000 | 245 | 20 | 50,7 | 348 |
| 12 | 1000 | 245 | 20 | 70,7 | 1262 |
| 13 | 1000 | 245 | 20 | 67,5 | 1284 |
| 14 | 1000 | 245 | 20 | 63,8 | 1039 |
| 15 | 1000 | 245 | 20 | 58,7 | 585 |
| 1 Летучая зола класса C Campbell, мыло Witconate AOS |
[00137]
| ТАБЛИЦА 2-2 | |||||
| Составы для примера #2, в которых используют раствор мыла плюс вспенивающий агент | |||||
| № смеси | Летучая зола | Общее содержание жидкостей | Цитрат натрия | Плотность | Кубиковая прочность на сжатие (CCS) |
| г | г | г | pcf | psi | |
| 1 | 1000 | 245 | 20 | 73,6 | 487 |
| 2 | 1000 | 245 | 20 | 59,0 | 348 |
| 3 | 1000 | 245 | 20 | 55,5 | 310 |
| 4 | 1000 | 245 | 20 | 50,0 | 231 |
| 5 | 1000 | 245 | 20 | 39,7 | 132 |
| 1 Летучая зола класса C Campbell, мыло Witconate AOS |
[00138] На графике, приведенном на фиг.2, показана прочность на сжатие относительно плотности для вспененных вяжущих веществ на основе летучей золы, содержащих предварительно полученную пену с PVOH, для экспериментальных точек, приведенных в таблице 2-1, и для смесей, содержащих предварительно полученную пену без PVOH, для экспериментальных точек, приведенных в таблице 2-2. Указанный способ является предпочтительным, поскольку сравнительно меньший размер пузырьков позволит обеспечить значительно более высокое процентное содержание воздуха, который подмешивают в вяжущие вещества на основе летучей золы.
[00139] ПРИМЕР 3 - Смеси, полученные с использованием летучей золы класса F
[00140] Предыдущие эксперименты были направлены на применение летучей золы класса C в качестве основного цементирующего вяжущего вещества, в комбинации с цитратом натрия или калия, поскольку предварительные результаты с использованием летучей золой класса F указывали на сравнительно более низкую прочность на сжатие вяжущих веществ на основе летучей золы класса F по сравнению с похожими составами, содержащими летучую золу класса C. В то же время с коммерческой точки зрения желательно иметь возможность использовать любой тип летучей золы в зависимости от местных источников используемого угля. Хорошо известно и согласно результатам химического анализа, основное различие в химическом составе между летучей золой класса C и класса F состоит в более высоком содержании извести в случае летучей золы класса C относительно летучей золы класса F (20% относительно 10%).
[00141] Для этого примера смеси содержали следующие компоненты:
[00142] Компонент A = летучая зола класса F
[00143] Компонент B = ПЦ, типа III
[00144] Компонент C = Вода
[00145] Технологический параметр X = Цитрат натрия
[00146] Нижние и верхние пределы для количеств каждого из компонентов смеси, а также нормированные относительные содержания, применяемые в примере 3, представлены в таблице 3-1. Обратите внимание, что нижние и верхние пределы для каждого компонента в сочетании с общим количеством смеси накладывают ограничения на исследования. Например, существует минимальное содержание воды, определяемое практическими условиями эксперимента. Кроме того, мы обращаем внимание, что основным компонентом смесей является летучая зола класса F и этот выбор был сделан на основе предыдущего опыта работы с указанными смесями. Кроме того, низкий уровень цитрата натрия был выбран на основе предыдущей работы, при которой использовали высокий уровень для сбора информации о поведении смесей при сравнительно более высоком уровне, ранее изученном.
[00147]
| ТАБЛИЦА 3-1 | |||||
| Компоненты смесей, используемые в примере 3 | |||||
| Компонент | Описание | Количество компонентов в смеси (г) | Относительное содержание компонентов в смеси (нормированное относительно общего количества смеси) | ||
| Нижний | Верхний | Нижний | Верхний | ||
| A | Летучая зола класса F | 840 | 1350 | 0,47 | 0,75 |
| B | PC типа III | 0 | 510 | 0,0 | 0,28 |
| C | Вода для смешивания | 400 | 620 | 0,22 | 0,34 |
| X1 | Цитрат натрия | 55 | 160 |
[00148] В таблице 3-2 показан состав экспериментальных смесей. С применением стандартных методов смешивания, описанных в литературе, было получено тридцать восемь смесей. Компоненты смесей объединяли со вспученным керамическим заполнителем и перлитом, поддерживая концентрации при постоянном уровне. Перед смешиванием с летучей золой, цементом и легким заполнителем к воде для смешивания добавляли цитрат натрия.
[00149] Кроме того, в таблице 3-2 приведены компоненты смеси, выраженные в виде соотношения W/C (вода к летучей золе плюс цемент). Содержание летучей золы выражено как процентное содержание FA/(FA+PC). Пожалуйста, обратите внимание, что W = вода для смешивания, C=FA+PC = общее содержание цементов (или реакционноспособного порошка), FA = содержание летучей золы класса F и PC = содержание портландцемента типа III. В таблице 3-2, количества приведены в граммах или указаны в виде процентного содержания. В таблице 3-2 и 3-3, PC означает портландцемент и FA означает летучая зола.
[00150]
| ТАБЛИЦА 3-2 | |||||||||
| (Количества в граммах или в виде процентного содержания) | |||||||||
| Порядок испытаний | Летучая зола класса F | PC типа III | Вода для смешивания | Цитрат Na | Легкий заполнитель на основе керамзита (ECLA) | Перлит | Цитрат Na | W/C | FA/(PC+FA) |
| 1 | 865 | 510 | 425 | 55 | 481 | 83 | 4,0% | 0,309 | 62,9% |
| 2 | 1213 | 143 | 445 | 55 | 474 | 81 | 4,1% | 0,328 | 89,5% |
| 3 | 1213 | 118 | 470 | 55 | 466 | 80 | 4,1% | 0,353 | 91,2% |
| 4 | 890 | 510 | 400 | 160 | 490 | 84 | 11,4% | 0,286 | 63,6% |
| 5 | 1265 | 0 | 535 | 160 | 443 | 76 | 12,6% | 0,423 | 100,0% |
| 6 | 1010 | 170 | 620 | 55 | 413 | 71 | 4,7% | 0,525 | 85,6% |
| 7 | 958 | 288 | 555 | 55 | 436 | 75 | 4,4% | 0,446 | 76,9% |
| 8 | 840 | 510 | 450 | 160 | 473 | 81 | 11,9% | 0,333 | 62,2% |
| 9 | 1075 | 235 | 490 | 55 | 459 | 79 | 4,2% | 0,374 | 82,1% |
| 10 | 1120 | 280 | 400 | 160 | 490 | 84 | 11,4% | 0,286 | 80,0% |
| 11 | 1213 | 143 | 445 | 160 | 474 | 81 | 11,8% | 0,328 | 89,5% |
| 12 | 840 | 340 | 620 | 55 | 413 | 71 | 4,7% | 0,525 | 71,2% |
| 13 | 1350 | 50 | 400 | 55 | 490 | 84 | 3,9% | 0,286 | 96,4% |
| 14 | 840 | 510 | 450 | 55 | 473 | 81 | 4,1% | 0,333 | 62,2% |
| 15 | 1120 | 280 | 400 | 55 | 490 | 84 | 3,9% | 0,286 | 80,0% |
| 16 | 1128 | 118 | 555 | 160 | 436 | 75 | 12,9% | 0,446 | 90,6% |
| 17 | 840 | 425 | 535 | 160 | 443 | 76 | 12,6% | 0,423 | 66,4% |
| 18 | 1180 | 0 | 620 | 55 | 413 | 71 | 4,7% | 0,525 | 100,0% |
| 19 | 1265 | 0 | 535 | 55 | 443 | 76 | 4,3% | 0,423 | 100,0% |
| 20 | 1350 | 25 | 425 | 55 | 481 | 83 | 4,0% | 0,309 | 98,2% |
| 21 | 1350 | 50 | 400 | 160 | 490 | 84 | 11,4% | 0,286 | 96,4% |
| 22 | 983 | 373 | 445 | 55 | 474 | 81 | 4,1% | 0,328 | 72,5% |
| 23 | 1350 | 0 | 450 | 160 | 473 | 81 | 11,9% | 0,333 | 100,0% |
| 24 | 958 | 373 | 470 | 160 | 466 | 80 | 12,0% | 0,353 | 72,0% |
| 25 | 1128 | 118 | 555 | 55 | 436 | 75 | 4,4% | 0,446 | 90,6% |
| 26 | 958 | 288 | 555 | 160 | 436 | 75 | 12,9% | 0,446 | 76,9% |
| 27 | 890 | 510 | 400 | 55 | 490 | 84 | 3,9% | 0,286 | 63,6% |
| 28 | 983 | 373 | 445 | 160 | 474 | 81 | 11,8% | 0,328 | 72,5% |
| 29 | 1213 | 118 | 470 | 160 | 466 | 80 | 12,0% | 0,353 | 91,2% |
| 30 | 1075 | 235 | 490 | 160 | 459 | 79 | 12,2% | 0,374 | 82,1% |
| 31 | 1350 | 0 | 450 | 55 | 473 | 81 | 4,1% | 0,333 | 100,0% |
| 32 | 865 | 510 | 425 | 160 | 481 | 83 | 11,6% | 0,309 | 62,9% |
| 33 | 958 | 373 | 470 | 55 | 466 | 80 | 4,1% | 0,353 | 72,0% |
| 34 | 1180 | 0 | 620 | 160 | 413 | 71 | 13,6% | 0,525 | 100,0% |
| 35 | 840 | 340 | 620 | 160 | 413 | 71 | 13,6% | 0,525 | 71,2% |
| 36 | 1350 | 25 | 425 | 160 | 481 | 83 | 11,6% | 0,309 | 98,2% |
| 37 | 840 | 425 | 535 | 55 | 443 | 76 | 4,3% | 0,423 | 66,4% |
| 38 | 1010 | 170 | 620 | 160 | 413 | 71 | 13,6% | 0,525 | 85,6% |
[00151]
| ТАБЛИЦА 3-3 | |||||||||
| Кубиковая прочность на сжатие для смесей, используемых в примере 3 | |||||||||
| Порядок испытаний | Летучая зола класса F | PC типа III | Вода для смешивания | Цитрат натрия | W/C | FA/(PC+FA) | Плотность | 24-час.-CCS | 14-дневн. CCS |
| Количество (г) | (pcf) | (psi) | |||||||
| 1 | 865 | 510 | 425 | 55 | 0,309 | 62,9% | 92,2 | 1185 | 4897 |
| 2 | 1213 | 143 | 445 | 55 | 0,328 | 89,5% | 89,9 | 529 | 1279 |
| 3 | 1213 | 118 | 470 | 55 | 0,353 | 91,2% | 85,4 | 301 | 1199 |
| 4 | 890 | 510 | 400 | 160 | 0,286 | 63,6% | 92,2 | 805 | 2710 |
| 5 | 1265 | 0 | 535 | 160 | 0,423 | 100,0% | 80,8 | 125 | 184 |
| 6 | 1010 | 170 | 620 | 55 | 0,525 | 85,6% | 80,0 | 90 | 358 |
| 7 | 958 | 288 | 555 | 55 | 0,446 | 76,9% | 82,6 | 157 | 1446 |
| 8 | 840 | 510 | 450 | 160 | 0,333 | 62,2% | 89,9 | 595 | 1886 |
| 9 | 1075 | 235 | 490 | 55 | 0,374 | 82,1% | 87,8 | 330 | 1982 |
| 10 | 1120 | 280 | 400 | 160 | 0,286 | 80,0% | 89,5 | 843 | 1677 |
| 11 | 1213 | 143 | 445 | 160 | 0,328 | 89,5% | 85,6 | 569 | 1151 |
| 12 | 840 | 340 | 620 | 55 | 0,525 | 71,2% | 79,9 | 115 | 1779 |
| 13 | 1350 | 50 | 400 | 55 | 0,286 | 96,4% | 89,8 | 788 | 778 |
| 14 | 840 | 510 | 450 | 55 | 0,333 | 62,2% | 90,8 | 822 | 4218 |
| 15 | 1120 | 280 | 400 | 55 | 0,286 | 80,0% | 84,1 | 549 | 1442 |
| 16 | 1128 | 118 | 555 | 160 | 0,446 | 90,6% | 84,3 | 374 | 571 |
| 17 | 840 | 425 | 535 | 160 | 0,423 | 66,4% | 85,2 | 232 | 901 |
| 18 | 1180 | 0 | 620 | 55 | 0,525 | 100,0% | 74,1 | 0 | 0 |
| 19 | 1265 | 0 | 535 | 55 | 0,423 | 100,0% | 72,5 | 0 | 0 |
| 20 | 1350 | 25 | 425 | 55 | 0,309 | 98,2% | 88,3 | 657 | 948 |
| 21 | 1350 | 50 | 400 | 160 | 0,286 | 96,4% | 88,3 | 395 | 599 |
| 22 | 983 | 373 | 445 | 55 | 0,328 | 72,5% | 91,0 | 838 | 3391 |
| 23 | 1350 | 0 | 450 | 160 | 0,333 | 100,0% | 85,4 | 49 | 87 |
| 24 | 958 | 373 | 470 | 160 | 0,353 | 72,0% | 88,8 | 367 | 1110 |
| 25 | 1128 | 118 | 555 | 55 | 0,446 | 90,6% | 81,0 | 137 | 679 |
| 26 | 958 | 288 | 555 | 160 | 0,446 | 76,9% | 83,6 | 90 | 631 |
| 27 | 890 | 510 | 400 | 55 | 0,286 | 63,6% | 93,2 | 1293 | 4108 |
| 28 | 983 | 373 | 445 | 160 | 0,328 | 72,5% | 88,3 | 472 | 1331 |
| 29 | 1213 | 118 | 470 | 160 | 0,353 | 91,2% | 85,9 | 405 | 701 |
| 30 | 1075 | 235 | 490 | 160 | 0,374 | 82,1% | 84,2 | 297 | 1022 |
| 31 | 1350 | 0 | 450 | 55 | 0,333 | 100,0% | 84,2 | 239 | 622 |
| 32 | 865 | 510 | 425 | 160 | 0,309 | 62,9% | 89,7 | 688 | 2021 |
| 33 | 958 | 373 | 470 | 55 | 0,353 | 72,0% | 87,3 | 414 | 3933 |
| 34 | 1180 | 0 | 620 | 160 | 0,525 | 100,0% | 76,1 | 0 | 0 |
| 35 | 840 | 340 | 620 | 160 | 0,525 | 71,2% | 82,1 | 109 | 441 |
| 36 | 1350 | 25 | 425 | 160 | 0,309 | 98,2% | 85,2 | 209 | 421 |
| 37 | 840 | 425 | 535 | 55 | 0,423 | 66,4% | 84,5 | 318 | 3474 |
| 38 | 1010 | 170 | 620 | 160 | 0,525 | 85,6% | 79,1 | 53 | 345 |
[00152] В таблице 3-3 приведены величины кубиковой прочности на сжатие для смесей, применяемых в примере 2, измеренные после 24 часов и после 14 дней отверждения.
[00153] Результаты наблюдения за данными измерения CCS после 24 часов отверждения следующие:
[00154] Прочность после 24 часов отверждения значительно уменьшается при увеличении содержания воды, особенно в случае смесей со сравнительно более низким уровнем цитрата натрия
[00155] Снижение прочности можно компенсировать путем увеличения содержания цитрата натрия
[00156] Увеличение количества портландцемента (за счет снижения количества летучей золы класса F), значительно увеличивает прочность на сжатие после 24 часов отверждения. Это противоречит результатам, наблюдаемым при применении летучей золы класса C.
[00157] Данные наблюдения за результатами измерения CCS после 24 часов отверждения следующие:
[00158] Прочность после 24 часов отверждения значительно уменьшается при увеличении содержания воды, особенно в случае смесей со сравнительно более низким уровнем цитрата натрия
[00159] Снижение прочности можно компенсировать путем увеличения содержания цитрата натрия. Увеличение количества портландцемента (за счет снижения количества летучей золы класса F), значительно увеличивает прочность на сжатие после 24 часов отверждения. Это противоположно поведению, наблюдаемому в случае результатов, полученных при использовании летучей золой класса C, описанных в предыдущем проведенном нами испытании.
[00160] Следующие наблюдения были сделаны на основании анализа прочности на сжатие для смесей, применяемых в примере 3:
[00161] В целом, прочность уменьшается при увеличении отношения воды к твердой фазе.
[00162] CCS после 24 часов отверждения и CCS после 14 дней отверждения прямо коррелируют.
[00163] CCS после 14 дней отверждения и содержание летучей золы класса F обратно коррелируют, но прямо коррелируют с содержанием портландцемента.
[00164] Результаты, полученные в примере 3, указывают, что смеси летучей золы класса F с PC типа III и с цитратом натрия можно использовать для достижения требуемых прочностей.
[00165] Полученные результаты также указывают, что при применении летучей золы класса F с дефицитом извести, для достижения требуемой прочности необходимо добавление небольших количеств портландцемента, чтобы дополнить содержание извести и глинозема.
[00166] Параметры предпочтительного состава для смесей летучей золы класса F и состава портландцемента типа III, основанные на результатах, полученных в примере 3, следующие:
[00167] от 70 до 90% летучей золы класса F
[00168] от 10 до 30% портландцемента типа III
[00169] от 2 до 4% цитрата натрия
[00170] Вода/(летучая зола + портландцемент)<0,37 и, предпочтительно, <0,33
ПРИМЕР 4
[00171] Настоящий пример дополнительно иллюстрирует влияние применения растворов, содержащих силикат натрия, для улучшения характеристик прочности на сжатие вспененных вяжущих веществ, содержащих цитрат натрия и летучую золу класса C.
[00172] В таблицах 4-1 и 4-2 приведены композиции и величины прочности на сжатие для смесей вспененной летучей золы при использовании цитрата натрия и пены/мыла, добавленных к воде, и в таблицах 3-3 и 3-4 представлены композиции и прочность на сжатие смесей вспененной летучей золы, в которых силикат натрия и цитрат натрия и вспенивающий агент добавляют к воде перед смешиванием с реакционноспособным порошком на основе летучей золой.
[00173] Прочность на сжатие после 14 дней отверждения смесей #2 и #4, приведенных в таблице 4-1, с плотностью 65,4 и 59,8 pcf, соответственно, составляла 661 и 479, соответственно. В таблице 3-2, мы отметили похожее вредное влияние уменьшения плотности смесей, когда прочность на сжатие смеси #2, при плотности 62,9 pcf, составляла 514 psi.
[00174]
| ТАБЛИЦА 4-1 | ||||||||||
| Смесь | Летучая зола | H2O | Na Цитрат | Неочищенное мыло | Цитрат Na, % масс. FA | Цитрат Na, % раст-р. | Мыло, конц-ция % | W/FA | Плотность | CCS |
| # | г | г | г | г | % | % | % | pcf | psi | |
| 1 | 1600 | 368 | 192 | 0 | 12,0 | 34,3 | 0,0 | 0,23 | 128 | 6798 |
| 2 | 1600 | 368 | 192 | 16 | 12,0 | 33,3 | 4,2 | 0,23 | 65,4 | 661 |
| 3 | 1600 | 368 | 192 | 8 | 12,0 | 33,8 | 2,1 | 0,23 | 80,0 | 1298 |
| 4 | 1600 | 368 | 192 | 18 | 12,0 | 33,2 | 4,7 | 0,23 | 59,8 | 479 |
| 5 | 1600 | 368 | 192 | 16 | 12,0 | 33,3 | 4,2 | 0,23 | 86,1 | 1565 |
[00175]
| ТАБЛИЦА 4-2 | ||||||||||
| Смесь | Летучая зола | H2O | Na Цитрат | Неочищенное мыло | Цитрат Na, % масс. FA | Цитрат Na, % раст-р. | Мыло, конц-ция. % | W/FA | Плотность | CCS |
| # | г | г | г | г | % | % | % | pcf | psi | |
| 1 | 1000 | 280 | 90 | 7,5 | 9,0 | 32,4 | 4,0 | 0,28 | 45,3 | 169 |
| 2 | 1000 | 280 | 90 | 7,5 | 9,0 | 29,9 | 4,0 | 0,28 | 62,9 | 514 |
| 3 | 1000 | 280 | 90 | 7,5 | 9,0 | 27,2 | 4,0 | 0,28 | 42,9 | 161 |
| 4 | 1000 | 280 | 65 | 7,5 | 6,5 | 24,2 | 4,0 | 0,28 | 32,6 | 84 |
| 5 | 1000 | 280 | 90 | 7,5 | 9,0 | 29,9 | 4,0 | 0,28 | 44,2 | 162,3 |
[00176]
| ТАБЛИЦА 4-3 | |||||||||
| Смесь | Силикат Na | H2O | Неочищенное мыло | Силикат Na% масс, FA | Цитрат Na, % раст-р. | Мыло, конц-ция % | W/FA | Плотность | CCS |
| # | г | г | г | % | % | % | pcf | psi | |
| 1 | 15 | 182,7 | 5,0 | 1,5 | 17,6 | 2,7 | 0,180 | 51,4 | 471 |
| 2 | 25 | 184,0 | 7,5 | 2,5 | 17,2 | 3,9 | 0,182 | 54,6 | 503 |
[00177] Содержание летучей золы класса C во всех исследуемых смесях составляло 1000 г и содержание цитрата натрия составляло 40 грамм, что соответствовало 4,0% масс, цитрата натрия в пересчете на массу летучей золы класса С.
[00178]
| ТАБЛИЦА 4-4 | |||||||||
| Смесь | Силикат Na | H2O | Неочищенное мыло | Силикат Na, % масс, FA | Цитрат Na, %, растра | Мыло, конц-ция % | W/FA | Плотность | CCS |
| # | г | г | г | % | % | % | pcf | psi | |
| 1 | 5 | 180,9 | 6 | 0,5 | 17,6 | 3,2 | 0,180 | 44,4 | 334 |
| 2 | 10 | 181,8 | 6 | 1,0 | 17,6 | 3,2 | 0,180 | 61,4 | 1010 |
| 3 | 15 | 182,7 | 6 | 1,5 | 17,5 | 3,2 | 0,180 | 62,4 | 1159 |
| 4 | 5 | 180,9 | 5,5 | 0,5 | 17,7 | 3,0 | 0,180 | 59,5 | 891 |
| 5 | 20 | 180,0 | 5 | 2,0 | 17,8 | 2,7 | 0,176 | 65,5 | 1327 |
| 6 | 20 | 183,6 | 6 | 2,0 | 17,4 | 3,2 | 0,180 | 63,3 | 1182 |
[00179] Содержание летучей золы класса C во всех исследуемых смесях, приведенных ниже, составляло 1000 г и содержание цитрата натрия составляло 40 грамм, что соответствовало 4,0% масс. цитрата натрия в пересчете на массу летучей золы класса C.
[00180] Как показано в таблицах 4-3 и 4-4, прочности на сжатие смесей, содержащих как силикат натрия, так и цитрат натрия, были более чем в два раза больше прочностей на сжатие смесей без силиката натрия, приведенных в таблицах 3-1 и 3-2. Например, прочность на сжатие смеси #1 с плотностью 51,4 pcf, приведенной в таблице 4-3, составляла 471 psi, что сравнимо с прочностью на сжатие, равной 479 psi, для смеси #4 с плотностью 59,8 pcf, приведенной в таблице 4-1, к которой не добавляли силикат натрия. Кроме того, полученные смеси с плотностями в диапазоне от 59,5 до 65,5 pcf, приведенные в таблице 4-4, прочности на сжатие которых составляют от 891 до 1327 psi, спокойно выдерживали сравнение со смесями без силиката натрия, приведенными в таблице 4-1, прочность на сжатие которых составляла 660 psi при плотности 65,4 pcf.
[00181] Согласно анализу результатов, приведенных в таблицах 4-3 и 4-4, увеличение массы % силиката натрия сверх 1,5% масс. относительно летучей золы не улучшало значительно прочность на сжатие и, следовательно, не является предпочтительным. Дозы силиката натрия выше 1,5% масс. также продемонстрировали тенденцию к уменьшению эффективности вспенивающего агента. Рекомендованная доза силиката натрия составляет от примерно 0,25 до 1,5% масс., при предпочтительном диапазоне от примерно 0,5 до 1,0% масс. Доза силиката натрия менее чем 0,25% масс. не обеспечивает значительного улучшения прочности на сжатие.
[00182] Было также обнаружено, что силикат натрия, по-видимому, помогает регулировать исходную экзотермическую реакцию и вспенивание вязкой летучей золы и вяжущего вещества на основе цитрата натрия, которое образуется в течение начальных 3-6 минут смешивания, необходимого для вспенивания летучей золы и цитрата натрия.
[00183] Хотя приведено описание предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области техники, для которых предназначено настоящее описание, будет понятно, что возможны модификации и дополнения изобретения без выхода за рамки его существа и объема.
1. Способ получения легкой цементирующей смеси, где смесь предназначена для изготовления цементно-стружечных плит, с улучшенной прочностью на сжатие и водостойкостью, включающий:
смешивание
воды,
реакционноспособного порошка,
1-200 мас.ч. заполнителя,
1,5-6 мас.ч. соли щелочного металла и лимонной кислоты для ускорения схватывания,
0,5-1,5 мас.ч. силиката щелочного металла для ускорения схватывания,
2,0-6,0 мас.ч. вспенивающего агента и
необязательно стабилизатора пены,
где мас.ч. приведены в расчете на сухое вещество на 100 мас.ч. реакционноспособного порошка,
при этом массовое отношение воды к реакционноспособному порошку составляет примерно от 0,22 до 0,287:1,0, и реакционноспособный порошок содержится от 80 до 100 мас.% золы-уноса,
при этом зола-унос включает золу-унос класса C, золу-унос класса F с портландцементом типа III; и смеси золы-уноса класса C и золы-уноса класса F, необязательно, с портландцементом типа III, и причем необязательно реакционноспособный порошок не содержит гидравлический цемент.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор стабилизатора пены на основе поливинилового спирта добавляют к вспенивающему агенту и воде для получения пены ex-situ перед добавлением реакционноспособного порошка, заполнителя, соли щелочного металла и лимонной кислоты, и силиката щелочного металла.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакционноспособный порошок содержит от 88,5 до 100 мас.% золы-уноса класса C.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность указанной смеси составляет примерно от 0,48 до 1,04 г/см3 (от 30 до 65 фунтов на кубический фут) со стабильными пузырьками микронного размера, а прочность на сжатие, измеренная через 14 дней, составляет примерно от 6,90 до 9,65 МПа (от 1000 фунт/кв.дюйм до 1400 фунт/кв.дюйм).
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что соль щелочного металла и лимонной кислоты представляет собой по меньшей мере один компонент из группы, состоящей из цитрата натрия, цитратов калия и их смеси, и присутствует в количестве от 1,5 до 6,0% мас.%, в пересчете на массу реакционноспособного порошка на основе золы-уноса.
6. Способ по п.1, дополнительно включающий подмешивание к указанной смеси по меньшей мере одного компонента из группы, состоящей из воздухововлекающей добавки, вторичного неорганического ускорителя схватывания и их смесей.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что зола-унос представляет собой летучую золу класса C, к указанной смеси не добавляют замедлителей схватывания, и схватывание смеси происходит через примерно от 4 до 6 минут после ее образования.
8. Композиция для получения легкого цементирующего вяжущего вещества для изготовления цементно-стружечных плит, содержащая смесь из:
цементирующего реакционноспособного порошка, содержащего от 80 до 100 мас.% золы-уноса;
1-200 мас.ч. заполнителя;
1,5-6 мас.ч. соли щелочного металла и лимонной кислоты для ускорения схватывания;
0,5-1,5 мас.ч. силиката щелочного металла для ускорения схватывания;
2,0-6,0 мас.ч. вспенивающего агента;
необязательно агента, стабилизирующего пену, на основе поливинилового спирта и
воды,
где мас.ч. приведены в расчете на сухое вещество на 100 мас.ч. реакционноспособного порошка,
при этом отношение воды к твердой фазе цементирующего реакционноспособного порошка в смеси составляет примерно от 0,22 до 0,287:1,
причем концентрация поливинилового спирта, в случае его наличия, в водном растворе составляет примерно от 2 до 5%;
при этом зола-унос включает золу-унос класса C, золу-унос класса F с портландцементом типа III; и смеси золы-уноса класса C и золы-уноса класса F, необязательно с портландцементом типа III; и
причем плотность вяжущего вещества составляет примерно от 0,48 до 1,04 г/см3 (от 30 до 65 фунтов на кубический фут) со стабильными пузырьками микронного размера, а прочность на сжатие вяжущего вещества, измеренная через 14 дней, составляет примерно от 6,90 до 9,65 МПа (от 1000 фунт/кв.дюйм до 1400 фунт/кв.дюйм).
9. Композиция по п.8, отличающаяся тем, что реакционноспособный порошок содержит от 88,5 до 100 мас.% золы-уноса класса C, необязательно тонкий кремнеземный порошок, но не содержит гидравлический цемент или замедлитель схватывания.
10. Композиция по п.8, отличающаяся тем, что в пересчете на массу цементирующего порошка смесь содержит примерно от 1,5 до 6,0 мас.% по меньшей мере одной соли щелочного металла и лимонной кислоты, выбранной из группы, состоящей из цитратов натрия, цитратов калия и их смесей, и от 0,25 до 1,0 мас.% по меньшей мере одного порошка силиката щелочного металла, выбранного из группы, состоящей из силиката натрия, силиката калия и их смесей.
