凝结可控的高强度C类粉煤灰胶凝组合物制造技术

一个实施方案包含一种具有可控凝结时间的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物，其包含至少一种C类粉煤灰；至少一种碱金属氢氧化物；至少一种磷酸盐源；和水。替代的实施方案包含一种具有固体活化剂的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物，所述组合物包含至少一种C类粉煤灰；至少一种碱金属碳酸盐；至少一种磷酸盐源；和水。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】凝结可控的高强度C类粉煤灰胶凝组合物
本专利技术总体上涉及凝结可控的C类粉煤灰水泥。更具体地，本专利技术涉及用于建设、建筑和石油工业的专用砂浆和混凝土。
技术介绍
根据现有技术实施方案报道，在碱金属硅酸盐活化的C类粉煤灰(CFA)水泥中添加硼酸盐并不影响其凝结性能；相反，大量的硼酸盐对粘合剂的强度有负向影响。现有技术中公开的缓凝剂通常不能有效地延长无碱金属硅酸盐CFA胶凝混合物的凝结时间或可加工时间。现有技术中公开的大多数CFA胶凝组合物展现出快速凝结和快速获得强度的性质。由于凝结时间极短或可加工时间非常有限，现有技术中公开的CFA胶凝组合物不能用于大多数建设和建筑的应用，例如预拌混凝土。因此，迫切需要开发一种有效的基于CFA胶凝组合物的缓凝剂，以抵消高温(炎热天气)的加速效应，并在整个运输、浇筑和修整过程中保持混凝土的可加工性。专利技术概述根据第一大方面，本专利技术提供一种具有可控凝结时间的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物，其包括：至少一种C类粉煤灰；至少一种碱金属氢氧化物；至少一种磷酸盐源；和水。根据第二大方面，本专利技术提供了一种粉煤灰砂浆或混凝土，其通过将具有可控凝结时间的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物混合制成，所述C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物包括：至少一种C类粉煤灰；至少一种碱金属氢氧化物；至少一种磷酸盐源；以及水，其中，所述CFA胶凝组合物还包括第二火山灰材料，其中所述火山灰材料选自如下群组：F类粉煤灰、磨细高炉矿渣、超细高炉矿渣、玻璃化铝硅酸钙、水泥窑灰及其组合，其中，所述第二火山灰材料替代所述C类粉煤灰最高为40wt.％，其中所述至少一种碱金属氢氧化物、至少一种磷酸盐源和至少一种碱金属盐溶解于水中以形成活化剂溶液。根据第三大方面，本专利技术提供一种含有固体活化剂的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物，所述C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物包括：至少一种C类粉煤灰；至少一种碱金属碳酸盐；至少一种磷酸盐源；和水。专利技术详述定义除非特别说明，否则当术语的定义偏离术语的常用含义时，本申请意向使用以下提供的定义。应当理解，前面的概述和下面的详述仅是示例性和解释性的，并且不限制所要求保护的任何主题。在本申请中，除非另有特别说明，否则单数的应用包括复数。必须注意的是，除非上下文另有明确规定，否则如说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式“a”、“an”和“the”包括复数指代。在本申请中，“或”的使用是指“和/或”，除非另有说明。此外，术语“包括”以及其他形式的使用不受限制。为了本专利技术的目的，术语“包含”、术语“含有”、术语“包括”以及这些词语的变体旨在是开放式的，并且意味着除了列出的元素之外，还可以存在其他元素。为了本专利技术的目的，在描述本专利技术的各种实施方案时，使用诸如“顶部”、“底部”、“更高”、“更低”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上”、“向下”等方向术语仅仅是为了方便。本专利技术的实施方案可以以各种方式定向。例如，附图中所示的图、装置等可以翻转、在任何方向上旋转90°、反转等。为了本专利技术的目的，如果某个值是通过使用该值、属性或其他因素执行数学计算或逻辑决策而得出的，则该值或属性是“基于”特定的值、属性、条件的满足或其他因素的。为了本专利技术的目的，应当注意，为了提供更简洁的描述，本文给出的一些定量表达式不限定于术语“约”。应当理解，无论术语“约”是否被明确使用，本文给出的每个量意指实际给定值，并且还意指基于本领域的普通技术人员可以合理地推断的对该给定值的近似值，包括由于该给定值的实验和/或测量条件而产生的近似值。就本专利技术而言，术语“实际温度”是指由温度计测量的任何特定地方的空气的实际温度。就本专利技术而言，术语“BWOB”指的是“按粘合剂的重量计”，其通常被认为是当基于特定粘合剂或粘合剂混合物的总量添加材料时，添加到水泥中的材料的总量(以百分比计)。在地质聚合物材料的情况下，粘合剂通常为火山灰材料，称为火山灰前体，其可被碱性溶液活化。就本专利技术而言，术语“水泥”是指粘合剂，一种用于建筑的物质，可以凝结、硬化并粘附到其他材料上，从而将它们粘合在一起。水泥很少单独使用，可用于将砂和砾石(骨料)粘合在一起。水泥与细骨料混合产生砌筑用砂浆，或与砂和砾石混合产生混凝土。建筑中使用的水泥通常是无机的，通常是基于石灰或硅酸钙，根据水泥在水存在下的水化能力，可以被描述为水力或非水力的。就本专利技术而言，术语“混凝土”是指由碎石或砾石、砂、胶凝材料和水的混合物制成的重型粗糙建筑材料，其可被摊铺或浇注到模具中，并且在硬化时形成石头状物质。一些实施方案可包括由细骨料和粗骨料以及随时间硬化的液体水泥(水泥浆)粘结在一起组成的复合材料。可以使用最常用的硅酸盐水泥(波特兰水泥，Portlandcement)但有时也可以使用其他水硬性水泥，如铝酸钙水泥。地质聚合物被认为是一种新型的无硅酸盐水泥的胶凝材料。就本专利技术而言，术语“地质聚合物”是指不含硅酸盐水泥的可持续胶凝粘合剂系统。狭义地说，本专利技术的地质聚合物涉及具有类似于有机热固性聚合物的三维网络结构的无机聚合物。所公开的地质聚合物的骨架基质是沸石骨架的X射线无定形类似物，具有通过氧桥连接的Si和Al原子的四面体配位，碱金属阳离子(通常为Na+和/或K+)作为AlO4-的电荷平衡器。本专利技术的地质聚合物可更广泛地视为一类碱活化材料(AAM)，由碱铝硅酸盐和/或碱土铝硅酸盐相组成，这是固体铝硅酸盐粉末(术语火山灰前体)与碱活化剂反应的结果。就本专利技术而言，术语“地质聚合物组合物”是指由固体或液体形式的火山灰前体和碱活化剂组成的混合比例。此外，地质聚合物组合物可根据应用进一步包括细骨料和粗骨料、纤维和其他外加剂。就本专利技术而言，术语“砂浆”是指含有细骨料的可使用的膏体，其用于将诸如石头、砖块和混凝土砌块等建筑模块粘合在一起，填充和密封它们之间的不规则间隙，并且有时在砌筑墙体中添加装饰性颜色或图案。在最广泛的意义上，砂浆包括沥青、柏油和软泥或粘土，如用于泥砖之间。水泥或地质聚合物砂浆固化后变硬，形成刚性结构。就本专利技术而言，术语“室温”是指从约15℃(59℉)到25℃(77℉)的温度。就本专利技术而言，术语“凝结”是指将塑性膏体转化为非塑性膏体和刚性块。就本专利技术而言，术语“凝结时间”是指从水(碱活化剂溶液)添加到水泥(火山灰前体)的瞬间，至，膏体开始失去塑性(初始凝结)之间所经过的时间。终凝时间是指从水(碱活化剂溶液)添加到水泥(火山灰前体)的瞬间，至，膏体完全失去塑性并达到足够的硬度以抵抗一定压力所经过的时间。就本专利技术而言，术语“微溶于水”是指溶解度为0.1g/100ml水至1g/100ml水的物质。除非另有规定，否则术语“微溶”和“微溶于水”在下面的说明中互换使用以指代微溶于水的物质。就本专利技术而言，术语“水不溶性”是指溶解度小于0.1g/100ml水的物质。说明虽然本专利技术容易受到各种修改和替代形式的影响，但其具体实施方案已在附图中以实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可控凝结时间的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物，其包含：/n至少一种C类粉煤灰；/n至少一种碱金属氢氧化物；/n至少一种磷酸盐源；和/n水。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180822 US 62/721,021;20190820 US 16/545,0121.一种具有可控凝结时间的C类粉煤灰(CFA)胶凝组合物，其包含：
至少一种C类粉煤灰；
至少一种碱金属氢氧化物；
至少一种磷酸盐源；和
水。


2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述至少一种碱金属氢氧化物包含氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙或其组合。


3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述至少一种磷酸盐源包含磷酸三钠(无水磷酸三钠及磷酸三钠水合物)、磷酸二钠(无水磷酸二钠及磷酸二钠水合物)及磷酸二氢钠，及其钾、锂、铯、铵、铝、钙、镁的等同物或其组合，以及磷酸。


4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述至少一种碱金属氢氧化物为氢氧化钠，且其中所述至少一种磷酸盐源为无水磷酸三钠或磷酸三钠水合物。


5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述胶凝组合物进一步包含：至少一种可溶性的碱金属盐；且其中所述碱金属盐选自以下群组：碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硫酸钠、硫酸钾或其组合。


6.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述至少一种碱金属盐包含碳酸钠。


7.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述至少一种碱金属盐包含至多10％BWOB。


8.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述至少一种碱金属氢氧化物、至少一种磷酸盐源和至少一种碱金属盐溶解于水中以形成活化剂溶液。


9.一种砂浆或混凝土，其包含如权利要求8所述的组合物、其他成分或外加剂，和至少一种骨料。


10.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述至少一种碱金属氢氧化物包含按粘合剂的重量计(BWOB)约0.01％至约10％；所述至少一种磷酸盐源包括含0.05％至约10％BWOB；和，水包含约15％至约50％BWOB。


11.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述CFA胶凝组合物进一步包含第二火山灰材料，所述火山灰材料选自以下群组：F类粉煤灰、磨细高炉矿渣、超细高炉矿渣、玻璃化铝硅酸钙、水泥窑灰及其组合；所述第二火山灰材料替代C类粉煤灰最高为40wt.％。


12.一种粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：贡伟亮，徐辉，W·卢策，I·L·佩格，
申请(专利权)人：美国天主教大学，
类型：发明
国别省市：美国;US