Холодный бетон - RU2721049C1

Описание

[0001] Эта заявка утверждает приоритет Обычной Патентной Заявки США № 15/228,781, поданной 4 августа 2016 года, полное содержание которой включено здесь ссылкой.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение относится к бетонным материалам, и к способам создания бетонных материалов, которые не требуют нагревания или других специальных процессов отверждения для получения разнообразных строительных материалов. Более конкретно, изобретение относится к продуктам, и к способам их изготовления, которые значительно сокращают образование диоксида углерода и других парниковых газов во время изготовления, в отличие от портландцемента и обычных геополимерных цементов. Наиболее конкретно, это изобретение относится к холодным бетонам и цементам, для которых не используются жидкие или сухие гидроксидные добавки в качестве основного активатора или повышающей значение рН добавки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В цементах и бетонных композициях, применяемых в разнообразных отраслях промышленности, таких как строительная промышленность, как правило, требуется использование значительных количеств энергии для их изготовления. Цель настоящего изобретения состоит в создании материалов, и способов создания материалов, для которых не требуется нагревание или другие специальные процессы отверждения для их получения. В отличие от портландцемента и типичных геополимерных цементов, холодный бетон и цементные композиции согласно настоящему изобретению значительно снижают образование диоксида углерода и парниковых газов во время изготовления. Кроме того, еще одно преимущество изобретения состоит в том, что в нем применяются базовые процессы и материалы, которые могут быть внедрены с использованием существующих производственного оборудования и методологий. Дополнительной целью является повышение качества продукта путем сокращения возможностей повреждения конструктивных особенностей, например, при воздействии неблагоприятных климатических условий (таких как экстремальная или изменчивая погода), исключительно сильного нагревания, повреждающих химикатов, такие как хлориды, сульфаты, кислоты, или тому подобного.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] Опубликованная Патентная Заявка США 2015/0122154, опубликованная 7 мая 2015 года, на имя Diaz-Loya и др., описывает пуццолановую цементную композицию и способ ее получения. Эти цементные композиции могут включать пуццолановый материал и активатор на основе соли гликолевой кислоты, глицериновой кислоты, яблочной кислоты, винной кислоты, малоновой кислоты, глутаровой кислоты, малеиновой кислоты, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, пропионовой кислоты или масляной кислоты, замедлитель на основе глюкогептонатов, сульфатных солей, сахаров, сахарных кислот, лигнинов, и/или ускоритель на основе аминов.

[0005] Опубликованная Патентная Заявка США 2014/0264140, опубликованная 18 сентября 2014 года, на имя Gong и др., направлена на композитный вяжущий материал, который содержит один или многие материалы зольной пыли Класса F, один или многие усилители гелеобразования, и один или многие усилители затвердевания, в котором каждый из одного или многих материалов зольной пыли Класса F содержит 15 вес.% или менее оксида кальция, и в котором композитный вяжущий материал представляет собой не содержащий портландцемент вяжущий материал для бетона.

[0006] Опубликованная Международная Заявка WO 2015199291A1 раскрывает бетонную композицию типа материала для сокращения диоксида углерода, содержащую зольную пыль и доменный шлак.

[0007] Опубликованная Патентная Заявка США 2014/0360721, опубликованная 11 декабря 2014 года, на имя Getzlaf и др., описывает цементную композицию, включающую содержащие оксид кальция промышленные отходы и замедлитель. Цементная композиция не содержит портландцемент. Композиция также включает оксид щелочного металла, гидроксикарбоновую кислоту и сульфатное соединение.

[0008] Опубликованная Патентная Заявка США 2014/0251186, опубликованная 11 сентября 2014 года, на имя Cross, направлена на цемент или цементную смесь, которая включает зольную пыль, оксид цинка и борат. Боратное соединение используется в качестве замедлителя схватывания.

[0009] Опубликованная Патентная Заявка США 2014/0047999, опубликованная 20 февраля 2014 года, на имя Razl, направлена на способ получения устойчивых к кислотам и высокой температуре цементных композитов, где вяжущее вещество представляет собой только активированную щелочью зольную пыль Класса F, зольную пыль Класса F в смеси с размолотым шлаком, или сам размолотый шлак. Зольная пыль Класса F образует активируемые щелочью цементные системы более низкого качества.

[0010] Патент США 8,202,362, выданный 19 июня 2012 года, на имя Davidovits и др., раскрывает геополимерный цемент на основе алюмосиликатной зольной пыли Класса F и доменного шлака.

[0011] Опубликованная Патентная Заявка США 2015/0321954, опубликованная 12 ноября 2015 года, на имя Chalmers и др., раскрывает геополимерный цемент, содержащий зольную пыль и гранулированный доменный шлак. В частности, заявка указывает, что «по меньшей мере один кремний-алюминатный материал может включать любой один компонент или комбинацию зольной пыли, смоляного камня, доменного шлака, размолотого стекла или цеолита. По меньшей мере один кремний-алюминатный материал предпочтительно содержит зольную пыль и гранулированный доменный шлак.

[0012] Опубликованная Патентная Заявка США 2015/0107491, опубликованная 23 апреля 2015 года, на имя Ball и др., раскрывает цементный вяжущий материал, содержащий размолотый гранулированный доменный шлак (GGBS) и порошкообразную топливную золу. В частности, реферат заявки требует, что «цементный вяжущий материал включает по меньшей мере 90% по весу гидравлически активного материала, содержащего размолотый гранулированный доменный шлак (GGBS) и/или порошкообразную топливную золу (PFA), и по меньшей мере 0,1% по весу CaO в композиции активатора для гидравлически активного материала. Цементный вяжущий материал не содержит никакой портландцемент, и поэтому является более благоприятным для окружающей среды. Кроме того, вяжущий материал содержит суперпластификатор, такой как простой поликарбоксилатный эфир (PCE). Бетон, строительный раствор, жидкий раствор, стяжка или штукатурка могут быть сформированы из смеси цементного вяжущего материала, частиц заполнителя, воды и суперпластификатора.

[0013] Опубликованная Международная Заявка WO 2015089611A1 на имя Pianaro раскрывает геополимерный цемент, получаемый из стекла вторичной обработки.

[0014] Ни один из прототипных литературных источников не описывает холодные бетоны и цементы, в которых не применяются жидкие или сухие гидроксидные добавки в качестве основного активатора или повышающей значение рН добавки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Здесь раскрыты материалы и способы создания материалов, для которых не требуются нагревание или другие специальные процессы затвердевания, для получения разнообразных строительных материалов. Одно назначение раскрытых здесь материалов и способов состоит, по меньшей мере, в снабжении промышленности, такой как строительная промышленность, продуктом, который значительно снижает образование диоксида углерода и других парниковых газов во время изготовления, в отличие от портландцемента и обычных геополимерных цементов. Кроме того, еще одно преимущество изобретения состоит в том, что в нем применяются базовые процессы и материалы, которые могут быть внедрены с использованием существующих производственного оборудования и методологий. Дополнительной целью является повышение качества продукта путем сокращения возможностей повреждения конструктивных особенностей, например, при воздействии неблагоприятных климатических условий (таких как экстремальная или изменчивая погода) исключительно сильного нагревания, повреждающих химикатов, такие как хлориды, сульфаты, кислоты, или тому подобного.

[0016] Соответственно этому, основной целью настоящего изобретения является создание композиции холодного бетона из смеси воды, действующей в качестве смазочного средства и активатора; заполнителей из минералов на основе кремния с различными величинами диаметров в диапазоне размеров ситовых ячеек для от около 0,02 мм до 6 дюймов (152,4 мм), действующих в качестве материала наполнителя; безводного или гидратированного метасиликата/пентагидрата метасиликата натрия или калия, действующего в качестве активатора; отходов сталеплавильного производства, включающих Гранулированный Размолотый Доменный Шлак, действующих в качестве вяжущего ингредиента; отходов с высоким или низким содержанием кальция от сжигания угля (зольной пыли или зольного остатка), действующих в качестве вяжущего ингредиента; тетрабората натрия, дигидрата цитрата натрия, лимонной кислоты или борной кислоты, действующих в качестве замедлителей времени схватывания; гидроксидов металлов, включающих кальций, калий, магний, натрий или алюминий в пропорциональном количестве, для достижения прочности; аттапульгитовой, каолиновой, красной глины, или других мелкозернистых глин с высоким содержанием алюмосиликатов, которые подвергнуты кальцинированию или иной обработке для сокращения или удаления содержащихся органических веществ и устранения органических характеристик с целью повышения концентрации кремния и алюмосиликатов и связанной с этим прочности; белкового или синтетического белкового материала, имеющего такие же характеристики, как белок, который способен формировать слабую ковалентную связь с гидроксидами и силикатами, тем самым изменяя концентрацию ионов гидроксидов и силикатов с целью сохранения постоянного объема во время процесса схватывания, и для снижения характеристик клейкости/липкости силикатов; и эфирного масла папоротника для снижения содержания воды в смеси и снижения вязкости.

[0017] Другие цели и преимущества этого изобретения станут очевидными из нижеследующего описания, приведенного в сочетании с любыми сопроводительными чертежами, в котором, в порядке иллюстрации и примера, изложены определенные варианты осуществления изобретения. Любые содержащиеся здесь чертежи составляют часть этого описания и включают примерные варианты осуществления настоящего изобретения, и иллюстрируют различные цели и признаки его.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Определенные аспекты, подходы, варианты осуществления, вариации и признаки изобретения описываются здесь с различными уровнями детализации, чтобы обеспечить дополнительное понимание вариантов осуществления, относящихся к композициям, включающим Холодные Бетоны или Цементы, и способам, имеющим отношение к получению и применению таких композиций.

[0019] Как используемый здесь, термин «портландцемент» подразумевает любой цемент, который называется как обычный портландцемент (OPC), портландцемент, композитный гидравлический цемент, простой цемент, композитный пуццолановый цемент, пуццолановый цемент, или другие промышленные наименования или жаргонные описания, где материал может быть использован как связующее в композиции с минеральными заполнителями, легкими заполнителями, синтетическими заполнителями или без заполнителей, водой и химикатами, с образованием массы, которая затвердевает и используется в конструкциях или структурах, которые могут соответствовать или могут не соответствовать регламентам, включающим International Code Council (Совет по международным строительным нормам и правилам) (ICC), American Association of State Highway and Transportation Officials (Американская ассоциация служащих автомобильных дорог штатов) (AASHTO), The American Society for Testing and Materials (Американское общество испытания материалов) (ASTM), The American Concrete Institute (Американский институт бетона) (AO), или подобное международное агентство по перевозкам, строительству или эксплуатационному содержанию зданий. Портландцемент включает модифицированные материалы, включающие такие, которые смешаны с зольной пылью и другими пуццоланами, цементы с высоким содержанием кальция, не содержащие сульфаты цементы, сульфатостойкие цементы, быстротвердеющие цементы, и цементы с воздухововлекающей добавкой.

[0020] Как применяемый здесь, термин ʺгеополимерный цемент» представляет собой промышленный термин, описывающий содержащие диоксид кремния и алюминий пуццоланы, которые активируются и связываются щелочами, солями щелочных металлов, гидроксидами и оксидами щелочных металлов, которые образуют затвердевший материал, используемый в транспортной отрасли, строительной промышленности, и как специальный устойчивый к химическим веществам и/или термостойкий бетон. Геополимерные цементы могут содержать или могут не содержать портландцемент, чаще всего содержат жидкие гидроксиды и силикаты, и наиболее типично требуют тепловой обработки для достижения прочностных характеристик.

[0021] Как используемый здесь, термин «поливиниловый спирт» имеет отношение к водорастворимым синтетическим полимерам, образованным полимеризацией винилацетата и поливинилацетата. Поливиниловый спирт также обозначается как PVA, PVAI, PVOH, и виниловый спирт. Поливиниловый спирт является полностью или частично гидролизованным. Надлежащая вязкость определяется испытаниями в пробных замесах, но приемлема любая вязкость, при которой достигается устойчивость к плавиковой кислоте.

[0022] Как применяемые здесь, термины «холодный бетон» или «холодный цемент» представляют собой промышленные термины, описывающие содержащие диоксид кремния и алюминий пуццоланы, которые активируются и связываются щелочами, солями щелочных металлов, гидроксидами и оксидами щелочных металлов, которые изначально свойственны вводимым пуццоланам, которые образуют затвердевший материал, используемый в транспортной отрасли, строительной промышленности, и как специальный устойчивый к химическим веществам и/или термостойкий бетон. В холодном бетоне и цементе могут использоваться или могут не применяться материалы на основе портландцемента, и не используются жидкие гидроксидные добавки в качестве основного активатора или повышающей значение рН добавки. Холодный бетон и цемент соответствуют настоящему изобретению.

[0023] Как используемый здесь, термин «вяжущие материалы» подразумевает мелкозернистый материал, который имеет вяжущую способность цемента, когда применяется в бетоне или сам по себе, такой как портландцемент, композитные гидравлические цементы и расширяющийся цемент, или такие материалы в сочетании с зольной пылью, другими необработанными или кальцинированными природными пуццоланами, тонким кремнеземным порошком, и/или размолотым гранулированным доменным шлаком.

[0024] Как применяемый здесь, термин «пирогенный кремнезем» имеет отношение к искусственному тонкозернистому материалу, состоящему как минимум на 90% из диоксида кремния. Пирогенный кремнезем может иметь или может не иметь пуццолановую природу. Он может быть заменен другими содержащими тонкозернистый диоксид кремния материалами, такими как тонкозернистые глинистые минералы, размолотое стекло, силикагель, или прочими подобными материалами.

[0025] Как используемый здесь, термин «зольная пыль» (Класса С или Класса F) подразумевает материал как побочный продукт сжигания угля при производстве электроэнергии, который может быть или может не быть квалифицирован согласно техническим условиям стандарта ASTM C618. Зольная пыль представляет собой тонкодисперсный продукт сжигания угля, который собирают из потока отходящего газа электростатическими осадителями и/или пылеуловителями с матерчатыми фильтрами, и используют в геополимере, портландцементе и холодных цементах и бетоне в качестве вяжущего материала и для подавления реакции щелочи с кремнеземом. Зольная пыль может быть заменена целиком или частично тонким кремнеземным порошком, который представляет собой побочный продукт сжигания угля, полученный из газового потока или отсортированный от зольной пыли. Сортированная зольная пыль для предполагаемого здесь назначения представляет собой стандартную зольную пыль Класса С или Класса F, где более мелкие или более крупные частицы были отделены друг от друга и использованы либо как более мелкая, либо как более грубая фракция.

[0026] Как применяемый здесь, термин «гранулированный размолотый доменный шлак» (GGBFS) представляет собой побочный продукт, полученный во время производства (охлаждения) металлических продуктов и изделий, включающих железо, медь, латунь, и прочие. GGBFS обычно содержит диоксид кремния, алюминий, кальций или другие реакционноспособные компоненты с повышенными концентрациями, которые, будучи смешанными с геополимером, портландцементом или холодным цементом и бетоном, содействуют развитию прочности и подавлению реакции щелочи с кремнеземом.

[0027] Как используемый здесь, термин «минеральные заполнители на основе кремния» имеет отношение к любому природному или синтетическому заполнителю, который измельчен или окатан, и применим в качестве наполнителя в портландцементе, геополимерах, и в бетоне холодных типов. Заполнители представляют собой гранулированный материал, такой как песок, гравий, дробленый камень, и шлак из доменной печи для производства чугуна, используемый с вяжущей средой с образованием бетона или строительного раствора. Материалы с высоким содержанием кремния часто представляют собой кварцит, мрамор и другие аллювиальные, осадочные и химически связанные минералы с величинами прочности в самом широком диапазоне, соответствующем значениям от около 10 (легкие) до 40000 psi (0,07-275,8 МПа) (нормальные и тяжелые). Материалы заполнителей, содержащие карбонаты или углерод, могут быть использованы как заменители, когда химическая устойчивость не является необходимой.

[0028] Как применяемый здесь, термин «зольный остаток» подразумевает побочный продукт сжигания угля при выработке электроэнергии, который не квалифицируется согласно техническим условиям стандарта ASTM C618. Зольный остаток представляет собой грубозернистый продукт сжигания угля, который собирают со дна парогенератора и используют в геополимере, портландцементе и холодных цементах и бетоне в качестве вяжущего материала и легкого заполнителя.

[0029] Как используемый здесь, термин «замедлитель времени схватывания» имеет отношение к любой сухой или жидкой смеси, добавляемой к портландцементу, геополимеру или к холодным цементам и бетонам, для замедления времени схватывания, и чтобы обеспечить более длительное время работопригодности в процессе строительства и действий по эксплуатационному содержанию в различных условиях. Нижеизложенное является иллюстративным, хотя и представляющим собой неограничивающие примеры соединений, пригодных в качестве или замедлителей схватывания, и/или стимулятора активации и модификатора реологии.

(1) Тетраборат натрия, также известный как бура, борат натрия или тетраборат динатрия, представляет собой соединение бора, минерал и соль борной кислоты. Порошкообразный тетраборат натрия/бура является белым на вид, и содержит мягкие бесцветные кристаллы, которые легко растворяются в воде. Тетраборат натрия часто используется как замедлитель схватывания, стимулятор активации и модификатор реологии для геополимеров и цемента и бетоне холодных типов.

(2) Когда применяется портландцемент, могут быть использованы обычные поверхностно-активное вещество, пластификатор, замедлитель схватывания из производства портландцемента, модификаторы реологии и снижающие водопотребность добавки, такие как приобретенные в фирмах SIKA, BASF Construction Chemicals, W.R. Grace, Euclid, и у других поставщиков.

(3) Дигидрат цитрата натрия имеет химическую формулу Na3C6H5О7. Иногда он называется просто цитратом натрия, хотя цитрат натрия может подразумевать любую из трех натриевых солей лимонной кислоты. Дигидрат цитрата натрия часто применяется в качестве замедлителя схватывания, стимулятора активации и модификатора реологии для геополимеров и цемента и бетона холодных типов.

(4) Лимонная кислота представляет собой слабую органическую трехосновную кислоту, имеющую химическую формулу C6H8О7. Она встречается в природе в цитрусовых фруктах. В биохимии она является промежуточным продуктом в цикле лимонной кислоты, который происходит в метаболизме всех аэробных организмов. Лимонная кислота часто применяется в качестве замедлителя схватывания для геополимеров и цемента и бетона холодных типов.

(5) Борная кислота, также называемая гидроборатом, боратной кислотой, ортоборной кислотой и acidum boricum, представляет собой слабую одноосновную кислоту Льюиса как производное бора, часто применяемую в качестве антисептика, инсектицида, огнезащитного состава, поглотителя нейтронов, или прекурсора других химических соединений. Она имеет химическую формулу H3BO3 (иногда записываемую как B(OH)3), и существует в форме бесцветных кристаллов или белого порошка, который растворяется в воде. Когда встречается в виде минерала, она называется сассолитом. Борная кислота часто используется в качестве замедлителя схватывания для геополимеров и цемента и бетона холодных типов.

[0030] Как применяемый здесь, термин «глина с высоким содержанием алюмосиликатов» имеет отношение к любому минеральному материалу природного происхождения, применимому в портландцементе, геополимере и холодных цементах и бетоне, такому как каолиновые, красные и аттапульгитовые глины, которые имеют содержание органических компонентов менее 2% (вес/вес), но повышенное содержание диоксида кремния, по меньшей мере 40% (вес/вес), и содержание алюминия по меньшей мере 15% (вес/вес). В качестве заменителей могут быть использованы другие минералы природного происхождения, такие как цеолиты, диатомовая земля, вулканические минералы, и прочие подобные материалы.

[0031] Как используемый здесь, термин «белок» или «синтетический белковый материал» подразумевает крупные биомолекулы, или макромолекулы, содержащие одну или многие длинные цепи из остатков аминокислот. Для белка, применимого в геополимере или цементах и бетоне холодных типов, цепь ДНК должна создавать ковалентную связь между смесью силикатов и образованных гидроксидов, тем самым временно корректируя концентрацию ионов (с повышением или снижением) и снижая и/или устраняя характеристики клейкости и липкости, присущие геополимерным цементам многих типов, и уменьшая изменение объема смеси высококачественной реструктуризацией ионов во время преобразования после того, как действие белка прекращается вследствие снижения величины рН, колебаний температуры, или со временем.

[0032] Как применяемый здесь, термин «эфирное масло папоротника» имеет отношение к имеющемуся в продаже на рынке растительному экстракту, поставляемому фирмой MBPHX, LLC, находящейся в Корал-Спрингс, Флорида.

[0033] Как используемый здесь, термин «фторированные поверхностно-активные вещества» описывает синтетические фторорганические химические соединения, которые имеют многочисленные атомы фтора. Они могут быть полифторированными или на фторуглеродной основе (перфторированными), но являются нереакционноспособными, когда подвергаются воздействию плавиковой кислоты или других коррозионно-агрессивных в отношении диоксида кремния кислот. Фторированные поверхностно-активные вещества применимы в геополимере и в бетоне холодных типов для снижения поверхностного натяжения воды и регулирования реологии смесей, где используются поливиниловые спирты.

[0034] Как применяемый здесь, термин «легкие наполнительные материалы» подразумевает легкие минеральные заполнители природного происхождения и другие синтетические материалы, применимые в качестве заполнителей и создающих полости наполнителей в бетонных смесях. Легкие наполнительные материалы включают любой природный или синтетический материал с удельным весом сыпучего материала менее 1,0. Легкие наполнительные материалы применяются для снижения веса композитных смесей для целей ограничения веса строительных конструкций, для усиления изоляционных свойств, и для улучшения устойчивости смесей к условиям повышенной температуры, в том числе к пожарам. Легкие наполнительные материалы могут включать такие компоненты, но без ограничения ими, как вермикулит, вулканический пепел, вспененное стекло, вспученный сланец, искусственные и/или образованные как побочный продукт сжигания угля зольные микросферы, синтетические или белковые воздушные пузырьки, и другие искусственные или природные и создающие полости материалы.

[0035] Как используемый здесь, термин «волокна» имеет отношение к искусственным микроволокнам (тонким) и макроволокнам (толстым), или деформированным волокнам, получаемым в промышленном масштабе, с конкретной целью замены традиционной армирующей стали, устранения или уменьшения растрескивания бетона, регулирования величин модуля, повышения прочности, и корректирования реологии бетонной смеси. Волокна обычно формируются из поливинилхлорида (PVC), стали, нейлона, KEVLARTM (Kevlar представляет собой зарегистрированный товарный знак для пара-арамидного синтетического волокна), стекла, базальта, и керамического материала с переменными величинами денье, длиной и формой.

[0036] Как применяемый здесь, термин «подвижность» подразумевает меру обрабатываемости бетона, или текучесть. Он представляет собой непосредственную меру консистенции или жесткости бетонной смеси.

[0037] Как используемый здесь, термин «испытание на осадку конуса» имеет отношение к измерению свойств свежей бетонной смеси, и обычно определяется методом испытания согласно стандарту ASTM C143. Испытание представляет собой эмпирический тест, в котором измеряют удобоукладываемость свежей бетонной смеси, и когда проводится на многих замесах во время крупных укладок, в нем измеряется консистенция между замесами. Результатом испытание на осадку конуса является мера поведения уплотненного перевернутого конуса из бетонной смеси под действием силы тяжести. Тем самым измеряется консистенция или влажность бетонной смеси.

[0038] Как применяемый здесь, термин «водонасыщенное состояние при сухой поверхности» представляет собой эмпирические значение, используемое для оценки оптимального или расчетного содержания влаги в минеральных песках и заполнителях, применяемых в бетоне. Влагосодержание соответственно водонасыщенному состоянию при сухой поверхности обычно определяется методами испытания согласно стандартам ASTM C127 и C128 для грубых заполнителей и мелких заполнителей, соответственно. «Водонасыщенное состояние при сухой поверхности» может быть определено как состояние заполнителя, в котором поверхности частиц являются «сухими» (то есть, поверхностная адсорбция уже больше не происходила бы), но пустоты внутри частиц насыщены водой. В этом состоянии заполнители не будут влиять на содержание свободной воды в композитном материале.

[0039] Как используемый здесь, термин «влажный до насыщения» может быть определен как состояние заполнителя, в котором все поры полностью заполнены водой с пленкой на поверхности.

[0040] Как применяемый здесь, термин «воздушно-сухой» может быть определен как состояние заполнителя, в котором вся влага удалена с поверхности, но внутренние поры частично заполнены.

[0041] Как используемый здесь, термин «абсолютно сухой» может быть определен как состояние заполнителя, в котором вся влага удалена из заполнителя нагреванием в печи при температуре 105°С до постоянного веса (обычно достаточно нагревание в течение ночи), и все поры пусты.

[0042] Термин «около» или «приблизительно», как применяемый здесь, означает состояние в пределах приемлемого диапазона погрешности для конкретного значения, как определяется специалистом с обычной квалификацией в этой области технологии, который отчасти будет зависеть от того, как значение измеряется или определяется, то есть, представляет собой ограничения измерительной системы. Где конкретные значения описываются в заявке и пунктах формулы изобретения, если не оговорено иное, термин «около» подразумевает величину в пределах приемлемого диапазона погрешности для конкретного значения.

[0043] Если не оговаривается иное, все требования в отношении материалов выражаются как вес/вес.%, что следует понимать как отношение массы конкретного компонента к массе всей смеси, как указанной, в том числе воды×100%.

[0044] В одном варианте осуществления настоящее изобретение направлено на холодный бетон или цемент, образованный из смеси воды, действующей в качестве смазочного средства и активатора; минеральных заполнителей на основе кремния с различными величинами диаметров в диапазоне размеров ситовых ячеек от около 0,02 мм до 6 дюймов (152,4 мм), действующих в качестве материала наполнителя; безводного или гидратированного метасиликата/пентагидрата метасиликата натрия или калия, действующего в качестве активатора; отходов сталеплавильного производства, включающих гранулированный размолотый доменный шлак, действующих в качестве вяжущего ингредиента; отходов с высоким или низким содержанием кальция от сжигания угля (зольной пыли или зольного остатка), действующих в качестве вяжущего ингредиента; тетрабората натрия, дигидрата цитрата натрия, лимонной кислоты или борной кислоты, действующих в качестве замедлителей времени схватывания; гидроксидов металлов, включающих кальций, калий, магний, натрий или алюминий в пропорциональном количестве, для достижения прочности; аттапульгитовой, каолиновой, красной глины, или других мелкозернистых глин с высоким содержанием алюмосиликатов, которые подвергнуты кальцинированию или иной обработке для сокращения или удаления содержащихся органических веществ и устранения органических характеристик, с целью повышения концентрации кремния и алюмосиликатов и связанной с этим прочности; белкового или синтетического белкового материала, имеющего такие же характеристики, как белок, который способен формировать слабую ковалентную связь с гидроксидами и силикатами, тем самым изменяя концентрацию ионов гидроксидов и силикатов с целью сохранения постоянного объема во время процесса схватывания, и для снижения характеристик клейкости/липкости силикатов; и эфирного масла папоротника для снижения содержания воды в смеси и снижения вязкости.

[0045] Вода должна быть питьевой, но может быть использована техническая вода, если компоненты смеси варьируют для соответствия применению технической воды вследствие переменных источников воды с переменными величинами рН, содержанием минеральных веществ, фторида и других химикатов и ингредиентов.

[0046] Заполнители должны включать материалы с высоким содержанием диоксида кремния, такие как кварцит, мрамор, и другие аллювиальные, осадочные и химически связанные минералы с величинами прочности в самом широком диапазоне, соответствующем значениям от около 10 (легкие) до 40000 psi (0,07-275,8 МПа) (нормальные и тяжелые). Заполнители, как правило, но не специально, в отношении прочности и зернистости должны соответствовать условиям Американского общества испытания материалов (ASTM), типовым техническим условиям для заполнителей, применяемых в бетоне, и, как правило, но не обязательно, должны смешиваться в концентрациях, определенных в различных спецификациях Американского института бетона, изложенных в Manual of Concrete Practice (Руководстве по производству бетонных работ), в том числе нормативам ACI 318, ACI 301, ACI 211, и ACI 506. The American Concrete Institute (Американский институт бетона) Уровни содержания воды в смеси проверяются для заполнителей, чтобы обеспечивать когезивный и вязкий материал, и приспосабливать к рассчитанному объему смеси в 1 кубический метр, или 27 кубических футов на ярд, и необходимые прочности в диапазоне от около 25 фунтов на квадратный дюйм (psi) (для легких) до около 20000 psi (0,17-137,9 МПа) (для нормальных и тяжелых) ко времени от 2 часов до 56 дней при переменных условиях среды при затвердевании, в том числе при электропрогреве бетона, при тепловом отверждении, лабораторном отверждении, и при затвердевании в условиях окружающей среды, в переменных географических климатических условиях, в том числе при усредненных среднесуточных температурах от -50 до 140 градусов Фаренгейта (от -45,6°С до 60°С), и при переменных барометрических давлениях.

[0047] Материал растительного экстракта эфирного масла папоротника добавляется к заполнителям перед введением вяжущих материалов и воды. Растительный экстракт папоротника снижает потребный расход воды для смеси, обусловленный покрываемой площадью поверхности вяжущих материалов и заполнителей. Сокращение количества необходимой воды в смесях повышает прочность и снижает пластичность, продолжительность сушки и собственное изменение объема смеси. Растительный экстракт папоротника должен рассчитываться для каждой смеси, но должен быть подобным растительному экстракту папоротника, поставляемому фирмой MBPHX, LLC, находящейся в Корал-Спрингс, Флорида.

[0048] Концентрации вышеуказанных материалов регулируются и согласуются в пределах объема смеси, как требуется для достижения достаточной прочности, потери проницаемости и содержания диоксида кремния, чем достигается устойчивость (менее 5% потери в массе) к серной кислоте с концентрациями в диапазоне от около 0,01% до около 98%; к соляной кислоте с концентрациями в диапазоне от около 0,01% до около 57%; к азотной кислоте с концентрациями в диапазоне от около 0,01% до около 68%, к фосфорной кислоте с концентрациями в диапазоне от около 0,01% до около 98%, к уксусной кислоте с концентрациями в диапазоне от около 0,01% до около 98%; и при всех концентрациях при воздействии всех хлоридов и всех сульфатов без деградации потери массы или изменения объема при экспозициях при непрерывном погружении в течение времени в диапазоне от 1 до 730 дней.

[0049] В еще одном варианте исполнения концентрации компонентов сохраняются и согласуются, в то же время со снижением или устранением присутствующих тетрабората натрия, тем самым предотвращая чрезмерное загущение и изменение реологии, в присутствии поливинилового спирта (PVA), который добавляется в количестве, эффективном для сохранения устойчивости отвержденных смесей к повреждению водой, в то же время с достижением устойчивости (с менее 5% потери в массе) к разрушению плавиковой кислотой с концентрациями при погружении от около 0,01% до около 55% в течение от 1 до 90 дней. Вязкость и содержание гидролизованного PVA используются для достижения разнообразных характеристик реологии, вязкости, суспендирования заполнителей, и времени схватывания. В случае, что концентрации PVA становятся слишком повышенными для достижения устойчивости к плавиковой кислоте, и смесь утрачивает когезию, необходимую для укладки, прочности или закачивания, добавляются фторированные поверхностно-активные вещества для повышения влажности смеси и модифицирования реологических характеристик, в то же время с сохранением характеристик прочности и проницаемости, и дополнительно защищая смесь от разрушения плавиковой кислотой. В случае, если некоторые отходы от сжигания угля, отходы сталеплавильного производства, силикаты или другие компоненты смеси препятствуют достижению достаточного снижения проницаемости затвердевшей смеси, минеральные заполнители с высоким содержанием диоксида кремния удаляются и заменяются бутилкаучуком, пластиком или другими устойчивыми к плавиковой кислоте материалами наполнителя, или беспримесную цементную смесь размещают без риска разрушения заполнителей от воздействия плавиковой кислоты и относительного расширения вследствие расщепления заполнителя.

[0050] В альтернативном варианте исполнения твердые и прочные заполнители с высоким содержанием диоксида кремния, PVA и фторированные поверхностно-активные вещества удаляются и заменяются материалами легкого наполнителя, такими, но без ограничения этим, как вермикулит, вулканический пепел, вспененное стекло, вспученный сланец, искусственные и/или образованные как побочный продукт сжигания угля зольные микросферы, синтетические или белковые воздушные пузырьки, и другие искусственные или природные и создающие пузырьки материалы. К смеси добавляются тетраборат натрия, карбонат натрия или другие подобные материалы, чтобы повысить устойчивость смеси к нагреванию, и для увеличения времени работопригодности. Материалы легкого наполнителя, отходы от переработки угля и стали, тетраборат натрия, карбонат натрия, метасиликат натрия или калия, белок, вода и растительный экстракт объединяются с концентрациями, при которых достигается желательная плотность, варьирующая от около 20 фунтов на кубический фут (pcf) до около 100 фунтов pcf (320,4-1601,8 кг/м³), с величинами относительной прочности в диапазоне от около 50 psi до около 6000 psi (0,35-41,4 МПа) на 21 день затвердевания на воздухе, или ускоренного затвердевания с использованием нагревания или электроэнергии.

[0051] В некоторых из вариантов исполнения размер и концентрации материалов наполнителя, и концентрации отходов обработки угля и стали, тетрабората натрия, карбоната натрия, метасиликата натрия или калия, белка и воды выбираются так, чтобы для нормальной укладки смеси обеспечивалось пропускание через обычное промышленное насосное устройство для пневматического нанесения, предназначенное для вариантов применения с распылительным нанесением или других пневматических строительных укладок, например, для придания огнестойкости или других термостойких покрытий, и для достижения желательной плотности и прочности нанесения.

[0052] Типичные размеры материала наполнителя варьируют от около 0,01 мм до около 8 мм. Размер и концентрация материалов в смеси регулируются для достижения термостойкости за время от около 1 часа до около 5 часов величины максимально 2000 градусов Фаренгейта (1093°С) в течение длительных периодов, и при кратком (максимум 5 минут) воздействии температур, превышающих 3000 градусов Фаренгейта (1649°С).

[0053] Во избежание любого растрескивания, обусловленного различными материалами или переменными концентрациями замесов, применяются волокна из поливинилхлорида (PVC), стали, нейлона, KEVLARTM (Kevlar представляет собой зарегистрированный товарный знак для пара-арамидного синтетического волокна), стекла, базальта, керамического материала, или других микро-, макро- или деформированных волокон с переменными дозировками, в зависимости от содержания вяжущего материала в смеси. Волокна могут иметь различные величины денье, длину, и форму. В случае стеклянных и других подобных волокон, стеклянный материал должен быть устойчивым к щелочам. В случае термостойких смесей должны использоваться такие волокна, как стеклянные, базальтовые и керамические, вследствие высокой теплостойкости этих материалов.

Пример 1

[0054] Для получения песка и вяжущего материала, которые могут быть нанесены кельмой, или залиты на место, которые устойчивы к кислотам, сульфатам, хлоридам и воздействию тепла вплоть до 1200 градусов Фаренгейта (649°С), устойчивый к реагентам минеральный заполнитель, такой, но без ограничения этим, как аллювиальные кварцитовые осадочные породы с высоким содержанием диоксида кремния, шахтный базальт, или натуральный мрамор, с максимальными размерами частиц заполнителя от около 1/4 дюйма (6,35 мм) до гранул из сита с ячейками № 200 U.S. Mesh sieve (0,0029 дюйма, или 74 мкм), смешивают в соотношениях, которые создают чистовую поверхность с гладкой текстурой, и обеспечивают отношение максимальной толщины слоя к размеру заполнителя около 3 к 1. Смешение будет приводить не более, чем к 35%-ному отклонению от линии максимальной плотности при анализе по X/Y-графику, и графически нанесенной долей с % прохождения с подъемом до степени 0,45, при постепенном уплотнении заполнителя до его максимума. Объединенный заполнитель должен, в единицах массы, составлять от около 20% (вес/вес) до 75% (вес/вес) массы готовой вяжущей смеси, включая воду. К минеральному заполнителю в состоянии водонасыщения при сухой поверхности, влажном до насыщения или в сухом состоянии (воздушно-сухом или абсолютно сухом) добавляют эфирное масло папоротника, и перед введением других ингредиентов смеси, в количестве от около 0,05% (вес/вес) до около 1,0% (вес/вес) массы готовой цементной смеси, включая воду.

[0055] Вяжущие материалы должны быть смешаны с сухими материалами, включающими эфирное масло папоротника, в случае сухих расфасованных в мешки цементных смесей, или отдельно в случае влажных замесов бетонных смесей. Вяжущие материалы должны включать, либо по отдельности, либо объединенными, по меньшей мере один материал из зольной пыли (Класса С или Класса F), и гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS), добавляемый при различных концентрациях, в зависимости от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, в концентрациях по массе, варьирующих максимально до 40% (вес/вес), обычно от около 8% (вес/вес) до около 40% (вес/вес). Каждая из концентраций зольной пыли и концентраций гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS) должна выбираться согласованием массовых и объемных количеств для каждого из составов смесей, пока характеристики не станут такими, как регламентировано проектными требованиями. Вяжущие материалы должны включать метасиликат натрия или калия, или пентагидрат метасиликата натрия или калия, добавляемые в переменных концентрациях, зависящих от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих максимально от около 2% (вес/вес) до около 7% (вес/вес). Концентрации метасиликата натрия или калия или пентагидрата метасиликата натрия или калия в смеси должны выбираться по согласованию массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут удовлетворять проектным требованиям. Вяжущие материалы должны включать тетраборат натрия, дигидрат цитрата натрия, или лимонную, борную или кремниевую кислоты, добавляемые в переменных концентрациях, варьирующих от около 0,5% (вес/вес) до около 5,0% (вес/вес) по массе смеси, включая воду, для снижения содержания воздуха в смеси и для увеличения времени схватывания и/или времени работопригодности. Белок добавляется как часть вяжущего материала с концентрациями в диапазоне от около 0,01% (вес/вес) до около 0,1% (вес/вес), при условии, что белок вводится при минимальной концентрации, которая будет создавать ковалентную связь между силикатами смеси и образованными гидроксидами, тем самым временно устраняя характеристики клейкости/липкости, и уменьшая изменение объема смеси, но менее, чем количество, при котором образуются нежелательные количества воздуха. Вода добавляется к смеси в количествах по массе, варьирующих от около 3% (вес/вес) до около 15% (вес/вес), так, что концентрация воды является эффективной для создания подвижности как меры консистенций и других характеристик, которые удовлетворяют проектным требованиям для предполагаемой цели, варьирующих от консистенции кладочного строительного раствора для вертикальных или потолочных ремонтных бетонных работ, наносимыхкельмой соединений строительным раствором, ремонтных бетонных работ на горизонтальных поверхностях, герметизаций, облицовок, для несущих стен, бетонных полов, балок или колонн в вариантах применения с затвердеванием, самоуплотнением и самовыравниванием. Когда все компоненты смешаны, материал нужно перемешивать в течение от 2 до 7 минут перед укладкой и/или схватыванием.

[0056] Смесь была сформирована в соответствии с Таблицей 1, как излагается ниже.

[0057] Примечания к нижеследующим Таблицам:

[0058] Масса масла папоротника была рассчитана для цели суммирования массы смеси и содержания в % по массе с использованием следующего расчета: ((жидких унций/128)×(8,33(вес воды на галлон)×1,035 (удельный вес масла папоротника))

[0059] Подвижность как меру консистенции увеличивали регулированием содержания воды и сохранением той же массы масла папоротника, или исключением масла папоротника. Консистенция сообразно осадке конуса также может быть увеличена сохранением массы воды и повышением массы масла папоротника.

[0060] Массы смесей с индивидуальной консистенцией согласно осадке конуса и весами образуют приблизительно кубический ярд бетона по объему на основе индивидуального удельного веса материала.

[0061] Для проектных заданных требований могут быть использованы более крупные или более мелкие заполнители. В то время как в отношении заполнителя и концентраций вяжущих материалов можно следовать инструкциям Американского института бетона, изложенным в Руководстве по производству бетонных работ, определение оптимальных заполнителя и концентраций вяжущих материалов выполняется на основе проектных требований, количество материала более крупного или более мелкого заполнителя определяется на основе формы частиц (дробленых или округленных), размера частиц, проектных требований и реологии смеси, как обусловливаемых площадью поверхности более мелких частиц.

[0062] В то время как смешение друг с другом GGBFS и зольной пыли зачастую создает заданные свойства, может иметь место применение только одного из материалов.

Таблица 1

Пример 2

[0063] Для получения песка, заполнителя и вяжущего материала, которые могут быть нанесены кельмой, или залиты на место, которые устойчивы к кислотам, сульфатам, хлоридам и к кратковременному (приблизительно до 10 минут) воздействию тепла вплоть до 2400 градусов Фаренгейта (1315°С), устойчивый к реагентам минеральный заполнитель, такой, но без ограничения этим, как зольные микросферы, вспененное стекло, вермикулит, вспученный сланец, вулканический пепел, захваченный воздух, и другие создающие полости и легкие наполняющие материалы, смешивают в соотношениях, которые создают цементную массу, и обеспечивают отношение максимальной толщины слоя к размеру заполнителя около 3 к 1. Смешение будет приводить не более, чем к 35%-ному отклонению от линии максимальной плотности при анализе по X/Y-графику, и графически нанесенной долей с % прохождения с подъемом до степени 0,45, при постепенном уплотнении заполнителя до его максимума. Объединенный заполнитель должен, в единицах массы, составлять от около 5,0% (вес/вес) до 40% (вес/вес) массы готовой вяжущей смеси, включая воду. К минеральному заполнителю в состоянии водонасыщения при сухой поверхности, влажном до насыщения или в сухом состоянии добавляют эфирное масло папоротника, и перед введением других ингредиентов смеси, в количестве от около 0,05% (вес/вес) до около 1,0% (вес/вес) массы готовой цементной смеси, включая воду.

[0064] Вяжущие материалы должны быть смешаны с сухими материалами минерального заполнителя, включающими эфирное масло папоротника, в случае сухих расфасованных в мешки цементных смесей, или отдельно в случае влажных замесов бетонных смесей. В случае сухих расфасованных в мешки цементных смесей, которые включают минеральный заполнитель, эфирное масло папоротника должно быть сначала смешано с сухим минеральным заполнителем, чтобы обеспечить абсорбирование масла папоротника сухим заполнителем, с последующим смешением с остальными сухими вяжущими материалами. В случае влажных замесов бетонных смесей эфирное масло папоротника нужно добавлять к заполнителю в состоянии водонасыщения при сухой поверхности и перемешивать в течение минимум 30 секунд, перед добавлением остальных сухих материалов.

[0065] Вяжущие материалы должны включать, либо по отдельности, либо объединенными, по меньшей мере один материал из зольной пыли (Класса С или Класса F) и гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS), добавляемый при различных концентрациях, в зависимости от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, в концентрациях по массе, варьирующих максимально до 65% (вес/вес), обычно от около 15% (вес/вес) до около 65% (вес/вес). Каждая из концентраций зольной пыли и концентраций гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS) в смеси должна выбираться согласованием массовых и объемных количеств для каждого из составов смесей, пока характеристики не станут такими, как регламентировано проектными требованиями.

[0066] Вяжущие материалы должны включать метасиликат натрия или калия, или пентагидрат метасиликата натрия или калия, добавляемые в переменных концентрациях, зависящих от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 3,0% (вес/вес) до около 10% (вес/вес). Концентрации метасиликата или пентагидрата метасиликата в смеси должны выбираться по согласованию массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут удовлетворять проектным требованиям.

[0067] Вяжущие материалы должны включать тетраборат натрия, дигидрат цитрата натрия, или лимонную, борную или кремниевую кислоты, добавляемые в переменных концентрациях, варьирующих от около 1,0% (вес/вес) до около 5,0% (вес/вес) по массе смеси, включая воду, для снижения содержания воздуха в смеси и для увеличения времени схватывания и/или времени работопригодности.

[0068] Белок добавляется как часть вяжущего материала с концентрациями в диапазоне от около 0,05% (вес/вес) до около 1,0% (вес/вес), при условии, что белок вводится при минимальной концентрации, которая будет создавать ковалентную связь между силикатами смеси и образованными гидроксидами, тем самым временно устраняя характеристики клейкости/липкости, и уменьшая изменение объема смеси, но менее, чем количество, при котором образуются нежелательные количества воздуха. В случае, что образованные гидроксиды недостаточны для создания ковалентной связи, могут быть добавлены гидроксид кальция и другие гидроксиды как дополнение, в концентрациях, которые обеспечивают образование ковалентной связи, но не вызывают чрезмерного увлечения воздуха.

[0069] Вода добавляется к смеси в количествах по массе, варьирующих от около 7% (вес/вес) до около 25% (вес/вес), так, что концентрация является достаточной для создания подвижности как меры консистенций и других характеристик, которые удовлетворяют проектным требованиям для предполагаемой цели, варьирующих от консистенции кладочного строительного раствора для вертикальных или потолочных ремонтных бетонных работ, наносимых кельмой соединений строительным раствором, ремонтных бетонных работ на горизонтальных поверхностях, герметизаций, облицовок, и/или для несущих стен, бетонных полов, балок или колонн в вариантах применения с затвердеванием, самоуплотнением и самовыравниванием.

[0070] Когда все компоненты смешаны, материал нужно перемешивать в течение от 2 до 7 минут перед укладкой и/или схватыванием.

[0071] Смесь была сформирована в соответствии с Таблицей 2, как излагается ниже.

Таблица 2

Пример 3

[0072] Для получения материала цементного строительного раствора, который может быть нанесен кельмой, или залит на место, который устойчив к различным кислотам, но в особенности к плавиковой кислоте. Вяжущие материалы должны включать, либо по отдельности, либо объединенными, по меньшей мере один материал из зольной пыли (Класса С или Класса F) и гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS), добавляемый при различных концентрациях, в зависимости от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, в концентрациях по массе, варьирующих максимально до 65% (вес/вес), обычно от около 10% (вес/вес) до около 65% (вес/вес). Каждая из концентраций зольной пыли и концентраций гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS) в смеси должна выбираться согласованием массовых и объемных количеств для каждого из составов смесей, пока характеристики не станут такими, как регламентировано проектными требованиями.

[0073] Вяжущие материалы должны включать метасиликат натрия или калия и/или пентагидрат метасиликата натрия или калия, добавляемые в переменных концентрациях, зависящих от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 3,0% (вес/вес) до около 12% (вес/вес). Концентрации метасиликата в смеси должны выбираться по согласованию массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут удовлетворять проектным требованиям.

[0074] Вяжущие материалы должны включать дигидрат цитрата натрия, или лимонную, борную или кремниевую кислоты, добавляемые в переменных концентрациях, варьирующих от около 1,0% (вес/вес) до около 5,0% (вес/вес) по массе смеси, включая воду, для снижения содержания воздуха в смеси и для увеличения времени схватывания и/или времени работопригодности.

[0075] Могут быть некоторые добавления тетрабората натрия, но концентрации, как правило, составляют менее 1,5% (вес/вес) вследствие реакции между тетраборатом и PVA, которая иногда является вредной и вызывает загущение.

[0076] Белок добавляется как часть вяжущего материала с концентрациями в диапазоне от около 0,005% (вес/вес) до около 1,0% (вес/вес), при условии, что белок вводится при минимальной концентрации, которая будет создавать ковалентную связь между силикатами смеси и образованными гидроксидами, тем самым временно устраняя характеристики клейкости/липкости, и уменьшая изменение объема смеси, но менее, чем количество, при котором образуются нежелательные количества воздуха.

[0077] Поливиниловый спирт (PVA) добавляется к смеси в концентрациях, варьирующих от около 0,5% (вес/вес) до около 15,0% (вес/вес). Дозирование PVA определяется на основе метода проб и ошибок, с использованием отвержденных образцов, погружаемых в воду и плавиковую кислоту. Количество PVA выбирается, когда потеря массы после непрерывного воздействия плавиковой кислоты составляет менее 5,0% через 30 дней, и сравнимые образцы, подвергнутые воздействию воды при погружении, остаются незатронутыми в отношении потери массы и/или потери прочности.

[0078] Вода добавляется к смеси в количествах по массе, варьирующих от около 10% (вес/вес) до около 30% (вес/вес), так, что концентрация является эффективной для создания подвижности как меры консистенций и других характеристик, которые удовлетворяют проектным требованиям, и подходящей для предполагаемой цели, варьирующей от консистенции кладочного строительного раствора для вертикальных или потолочных ремонтных бетонных работ, наносимых кельмой соединений строительным раствором, ремонтных бетонных работ на горизонтальных поверхностях, герметизаций, облицовок, и/или для несущих стен, бетонных полов, балок или колонн, с консистенцией с самоуплотнением или самовыравниванием. Воду нужно добавлять к композитной сухой смеси материалов, перемешивать в течение от 5 до 10 минут, и затем наносить за период времени, применимый сообразно предполагаемой цели использования и желательной работопригодности.

[0079] Материалы заполнителей, включая устойчивые к плавиковой кислоте заполнители, могут быть добавлены к смеси для снижения концентраций вяжущего материала. Типичные заполнители включают не содержащие кальций и диоксид кремния материалы, которые обычно являются искусственными и рассчитаны для предполагаемой цели, или представляют собой отходы различных отраслей промышленности, в том числе нефтехимической и прочих промышленных производств, такие как PVC, каучук, и другие промышленные продукты.

[0080] Смесь была сформирована в соответствии с Таблицей 3, как излагается ниже.

Таблица 3

Пример 4

[0081] Для получения заполнителя, песка и вяжущего материала, которые могут закачиваться или иным образом наноситься на место, которые создают смесь, устойчивую к кислотам, сульфатам, хлоридам и воздействию тепла вплоть до 1200 градусов Фаренгейта (649°С), устойчивый к реагентам минеральный заполнитель, такой, но без ограничения этим, как аллювиальные кварцитовые осадочные породы с высоким содержанием диоксида кремния, шахтный базальт, или натуральный мрамор с максимальными размерами частиц заполнителя от около 12 дюймов (304,8 мм) до гранул из сита с ячейками № 200 мкм, смешивают в соотношениях, которые создают плотную бетонную смесь, при анализе по X/Y-графику с подъемом до степени 0,45, без отклонения от линии максимальной плотности более, чем на 35%, и с отношением максимального размера заполнителя к толщине слоя 3 к 1. Объединенный заполнитель должен, в единицах массы, составлять от около 20% (вес/вес) до 80% (вес/вес) массы готовой вяжущей смеси, включая воду. К минеральному заполнителю в состоянии водонасыщения при сухой поверхности, влажном до насыщения или в сухом состоянии добавляют эфирное масло папоротника, и перед введением других ингредиентов смеси, в количестве от около 0,05% (вес/вес) до около 1,0% (вес/вес) массы готовой цементной смеси, включая воду.

[0082] Вяжущие материалы должны смешиваться с сухими материалами, включающими эфирное масло папоротника, в случае сухих расфасованных в мешки цементных смесей, или отдельно в случае влажных замесов бетонных смесей.

[0083] Вяжущие материалы должны включать, либо по отдельности, либо объединенными, по меньшей мере один материал из зольной пыли (Класса С или Класса F) и гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS), добавляемый при различных концентрациях, в зависимости от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих максимально до 50% (вес/вес), обычно от около 9% (вес/вес) до около 50% (вес/вес). Каждая из концентраций зольной пыли и концентраций гранулированного размолотого доменного шлака (GGBFS) в смеси должна выбираться согласованием массовых и объемных количеств для каждого из составов смесей, пока характеристики не станут такими, как регламентировано проектными требованиями.

[0084] Вяжущие материалы должны включать метасиликат натрия или калия или пентагидрат метасиликата натрия или калия, добавляемые в переменных концентрациях, зависящих от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 2% (вес/вес) до около 7% (вес/вес).

[0085] Концентрации метасиликата/пентагидрата метасиликата в смеси должны выбираться по согласованию массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут удовлетворять проектным требованиям. Вяжущие материалы должны включать тетраборат натрия, дигидрат цитрата натрия, или лимонную, борную или кремниевую кислоты, добавляемые в переменных концентрациях, варьирующих от около 0,5% (вес/вес) до около 5,0% (вес/вес) по массе смеси, включая воду, для снижения содержания воздуха в смеси и для увеличения времени схватывания и/или времени работопригодности.

[0086] Белок добавляется как часть вяжущего материала с концентрациями в диапазоне от около 0,01% (вес/вес) до около 0,1% (вес/вес), при условии, что белок вводится при минимальной концентрации, которая будет создавать ковалентную связь между силикатами смеси и образованными гидроксидами, тем самым временно устраняя характеристики клейкости/липкости, и уменьшая изменение объема смеси, но менее, чем количество, при котором образуются нежелательные количества воздуха.

[0087] Вода добавляется к смеси в количествах по массе, варьирующих от около 3% (вес/вес) до около 10% (вес/вес), так, что концентрация является эффективной для создания подвижности как меры консистенций, которые удовлетворяют проектным требованиям, которые являются подходящими для предполагаемой цели, варьирующей от тротуарного бетона до строительных водонепроницаемых перемычек, атомных и работающих с использованием углеводородов электростанций, фундаментов, высотных зданий, и всех вариантов применения с традиционной укладкой, с самоуплотнением, пневматическим нанесением или с самовыравниванием.

[0088] Когда все компоненты объединены, материал нужно перемешивать в течение от 2 до 7 минут перед размещением и/или схватыванием.

[0089] Смесь была сформирована в соответствии с Таблицей 4, как излагается ниже.

Таблица 4

Пример 5

[0090] Для получения заполнителя, песка и вяжущего материала, которые могут закачиваться или иным образом наноситься на место, которые создают смесь, устойчивую к кислотам, сульфатам, хлоридам и воздействию тепла вплоть до 1200 градусов Фаренгейта (649°С), устойчивый к реагентам минеральный заполнитель, такой, но без ограничения этим, как аллювиальные кварцитовые осадочные породы с высоким содержанием диоксида кремния, шахтный базальт, или натуральный мрамор с максимальными размерами частиц заполнителя от около 12 дюймов (304,8 мм) до гранул из сита с ячейками № 200 мкм, смешивают в соотношениях, которые создают плотную бетонную смесь, при анализе по X/Y-графику с подъемом до степени 0,45, без отклонения от линии максимальной плотности более, чем на 35%, и с отношением максимального размера заполнителя к толщине слоя 3 к 1. Объединенный заполнитель должен, в единицах массы, составлять от около 20% (вес/вес) до 80% (вес/вес) массы готовой вяжущей смеси, включая воду. К минеральному заполнителю в состоянии водонасыщения при сухой поверхности, влажном до насыщения или в сухом состоянии добавляют эфирное масло папоротника, и перед введением других ингредиентов смеси, в количестве от около 0,01% (вес/вес) до около 0,1% (вес/вес) массы готовой цементной смеси, включая воду.

[0091] Вяжущие материалы должны смешиваться с сухими материалами, включающими эфирное масло папоротника, в случае сухих расфасованных в мешки цементных смесей, или отдельно в случае влажных замесов бетонных смесей. Вяжущие материалы должны включать зольную пыль (Класса С или Класса F), добавляемую при различных концентрациях, в зависимости от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 10,0% (вес/вес) до 40% (вес/вес).

[0092] Концентрации зольной пыли в смеси должны выбираться согласованием массовых и объемных количеств зольной пыли в составах смесей, пока характеристики не станут такими, как регламентировано проектными требованиями. Вяжущие материалы должны включать метасиликат натрия или калия, или пентагидрат метасиликата натрия или калия, добавляемые в переменных концентрациях, зависящих от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 2% (вес/вес) до около 7% (вес/вес).

[0093] Концентрации метасиликата/пентагидрата метасиликата в смеси должны выбираться по согласованию массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут удовлетворять проектным требованиям. Вяжущие материалы должны включать тетраборат натрия, дигидрат цитрата натрия, или лимонную, борную или кремниевую кислоты, добавляемые в переменных концентрациях, варьирующих от около 0,5% (вес/вес) до около 5,0% (вес/вес) по массе смеси, включая воду, для снижения содержания воздуха в смеси и для увеличения времени схватывания и/или времени работопригодности.

[0086] Белок добавляется как часть вяжущего материала с концентрациями в диапазоне от около 0,01% (вес/вес) до около 0,1% (вес/вес), при условии, что белок вводится при минимальной концентрации, которая будет создавать ковалентную связь между силикатами смеси и образованными гидроксидами, тем самым временно устраняя характеристики клейкости/липкости, и уменьшая изменение объема смеси, но менее, чем количество, при котором образуются нежелательные количества воздуха.

[0095] Вода добавляется к смеси в количествах по массе, варьирующих от около 3% (вес/вес) до около 10% (вес/вес), так, что концентрация является эффективной для создания подвижности как меры консистенций, которые удовлетворяют проектным требованиям, которые являются подходящими для предполагаемой цели, варьирующей от тротуарного бетона до строительных водонепроницаемых перемычек, атомных и работающих с использованием углеводородов электростанций, фундаментов, высотных зданий, и всех вариантов применения с традиционной укладкой, с самоуплотнением, пневматическим нанесением или с самовыравниванием.

[0096] Когда все компоненты объединены, материал нужно перемешивать в течение от 2 до 7 минут перед размещением и/или схватыванием.

[0097] Смесь была сформирована в соответствии с Таблицей 5, как излагается ниже.

Таблица 5

Пример 6

[0098] Для получения заполнителя, песка и вяжущего материала, которые могут закачиваться или иным образом наноситься на место, которые создают смесь, устойчивую к кислотам, сульфатам, хлоридам и воздействию тепла вплоть до 1200 градусов Фаренгейта (649°С), устойчивый к реагентам минеральный заполнитель, такой, но без ограничения этим, как аллювиальные кварцитовые осадочные породы с высоким содержанием диоксида кремния, шахтный базальт, или натуральный мрамор с максимальными размерами частиц заполнителя от около 12 дюймов (304,8 мм) до гранул из сита с ячейками № 200 мкм, смешивают в соотношениях, которые создают плотную бетонную смесь, при анализе по X/Y-графику с подъемом до степени 0,45, без отклонения от линии максимальной плотности более, чем на 35%, и с отношением максимального размера заполнителя к толщине слоя 3 к 1. Объединенный заполнитель должен, в единицах массы, составлять от около 20% (вес/вес) до 80% (вес/вес) массы готовой вяжущей смеси, включая воду. К минеральному заполнителю в состоянии водонасыщения при сухой поверхности, влажном до насыщения или в сухом состоянии добавляют эфирное масло папоротника, и перед введением других ингредиентов смеси, в количестве до около 0,01% (вес/вес) до около 0,1% (вес/вес) массы готовой цементной смеси, включая воду.

[0099] Вяжущие материалы должны смешиваться с сухими материалами, включающими эфирное масло папоротника, в случае сухих расфасованных в мешки цементных смесей, или отдельно в случае влажных замесов бетонных смесей.

[00100] Вяжущие материалы должны включать гранулированный размолотый доменный шлак (GGBFS), добавляемый при различных концентрациях, в зависимости от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 10,0% (вес/вес) до 40% (вес/вес). Концентрации GGBFS в смеси должны выбираться согласованием массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут такими, как регламентировано проектными требованиями.

[00101] Вяжущие материалы должны включать метасиликат натрия или калия, или пентагидрат метасиликата натрия или калия, добавляемые в переменных концентрациях, зависящих от прочности смеси, изменения объема, карбонизации и реологических характеристик, до концентраций по массе, варьирующих от около 2% (вес/вес) до около 7% (вес/вес). Концентрации метасиликата/пентагидрата метасиликата в смеси должны выбираться по согласованию массовых и объемных количеств в составах смесей, пока характеристики не станут удовлетворять проектным требованиям.

[00102] Вяжущие материалы должны включать тетраборат натрия, дигидрат цитрата натрия, или лимонную, борную или кремниевую кислоты, добавляемые в переменных концентрациях, варьирующих от около 0,5% (вес/вес) до около 5,0% (вес/вес) по массе смеси, включая воду, для снижения содержания воздуха в смеси и для увеличения времени схватывания и/или времени работопригодности.

[00103] Белок добавляется как часть вяжущего материала с концентрациями в диапазоне от около 0,01% (вес/вес) до около 0,1% (вес/вес), при условии, что белок вводится при минимальной концентрации, которая будет создавать ковалентную связь между силикатами смеси и образованными гидроксидами, тем самым временно устраняя характеристики клейкости/липкости, и уменьшая изменение объема смеси, но менее, чем количество, при котором образуются нежелательные количества воздуха.

[00104] Вода добавляется к смеси в количествах по массе, варьирующих от около 3% (вес/вес) до около 10% (вес/вес), так, что концентрация является эффективной для создания подвижности как меры консистенций, которые удовлетворяют проектным требованиям, которые являются подходящими для предполагаемой цели, варьирующей от тротуарного бетона до строительных водонепроницаемых перемычек, атомных и работающих с использованием углеводородов электростанций, фундаментов, высотных зданий, и всех вариантов применения с традиционной укладкой, с самоуплотнением, пневматическим нанесением или с самовыравниванием. Когда все компоненты объединены, материал нужно перемешивать в течение от 2 до 7 минут перед размещением и/или схватыванием.

[00105] Смесь была сформирована в соответствии с Таблицей 6, как излагается ниже.

Таблица 6

[00106] Все патенты и публикации, упомянутые в этом описании, являются показательными в отношении уровней квалифицированных специалистов в области технологии, к которой относится изобретение. Все патенты и публикации включены здесь ссылкой в такой же мере, как если бы каждая из индивидуальных публикаций была конкретно и индивидуально приведена, будучи включенной ссылкой.

[00107] Должно быть понятно, что, в то время как изобретение иллюстрировано в определенной форме, оно не ограничивается этой конкретной формой или конфигурацией, описанной и показанной здесь. Квалифицированным специалистам в этой области технологии будет очевидно, что разнообразные изменения могут быть сделаны без выхода за пределы области изобретения, и изобретение не должно рассматриваться как ограниченное тем, что показано и описано в описании и любых чертежах/фигурах, включенных в него.

[00108] Квалифицированному специалисту в этой области технологии будет без труда понятно, что настоящее изобретение хорошо адаптируется для исполнения технических требований и достижения упомянутых целей и преимуществ, а также тех, которые изначально присущи ему. Описанные здесь варианты осуществления, методы, процедуры и способы в данный момент являются показательными для предпочтительных вариантов осуществления, предполагаются примерными и не подразумеваются ограничивающими область. Его изменения и другие варианты применения будут проведены квалифицированными специалистами в этой области технологии, которые находятся в пределах смысла изобретения и определяются областью пунктов прилагаемой формулы изобретения. Хотя изобретение было описано в связи с конкретными предпочтительными вариантами осуществления, должно быть понятно, что изобретение как заявленное не должно быть ненадлежащим образом ограничено такими конкретными вариантами осуществления. Действительно, разнообразные модификации описанных подходов для осуществления изобретения, которые очевидны квалифицированным специалистам в этой области технологии, предполагаются входящими в пределы области пунктов нижеследующей формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к композиции холодного бетона (варианты), включающей смесь воды, заполнителей из минералов на основе кремния, действующих в качестве материала наполнителя; пентагидрата метасиликата натрия или калия, действующего в качестве активатора; отходов сталеплавильного производства, включающих гранулированный размолотый доменный шлак, действующих в качестве вяжущего ингредиента; отходов с высоким или низким содержанием кальция от сжигания угля (зольной пыли или зольного остатка), действующих в качестве вяжущего ингредиента; тетрабората натрия, дигидрата цитрата натрия, лимонной кислоты или борной кислоты, действующих в качестве замедлителей времени схватывания; упрочняющих агентов, включающих гидроксиды кальция, калия, магния, натрия или алюминия; аттапульгитовой, каолиновой, красной глины или других мелкозернистых глин с высоким содержанием алюмосиликатов для повышения концентрации кремния и алюмосиликатов и связанной с этим прочности; белкового или синтетического белкового материала для формирования слабой ковалентной связи с гидроксидами и силикатами, с целью сохранения постоянного объема во время процесса схватывания; и эфирного масла папоротника для снижения содержания воды в смеси и снижения вязкости. Технический результат - уменьшение образования парниковых газов, повышение физико-механических свойств бетона. 6 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 табл.

Формула