[发明专利]具有高压缩强度并且快速固化的基于飞灰的轻质水泥组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年9月25日提交的美国专利申请号12/237,634的优先权，通过引用将其以全文结合在此。

发明领域

本发明总体上涉及快速固化的水泥组合物，这些组合物可以多种应用中，在这些应用中快速硬化以及达到早期强度是所希望的。具体地说，本发明涉及可以用来制造在建筑物中的湿和干的位置使用的具有优异耐湿性的水泥组合物。预制的混凝土产品例如水泥板是在以下条件下制造的：这些条件提供了一种水泥混合物的迅速固化，这样在件该水泥混合物倾倒入一个固定或移动的形模中或一个连续移动的带上之后可以对这些板立即进行处理。理想地，这种水泥混合物的凝固可以在将该水泥混合物与合适量的水混合约20分钟、优选10至13分钟、更优选4至6分钟之后就立即实现。

发明背景

授予Perez-Pena等人的美国专利6,869,474(将其通过引用结合在此)讨论了用于生产基于水泥的产品(例如水泥板)的水泥组合物的极其快速的固化，这是通过将一种烷醇胺加入水硬水泥例如波特兰水泥中、并且在提供至少90°F(32℃)的初始浆料温度的条件下与水形成一种浆料而实现的。可以包括另外的反应性材料，例如高铝水泥、硫酸钙以及一种火山灰的材料，例如飞灰。极其迅速的固化允许迅速生产水泥产品。已经发现，加入的三乙醇胺是一种非常有力的促进剂，该促进剂能够生产具有相对较短的最终固化时间、具有增加的水平的飞灰和石膏、并且无需铝酸钙水泥的配制品。然而，与含有铝酸钙水泥的水泥板配制品相比具有三乙醇胺的配制品还具有相对较低的早期压缩强度。

Perez-Pena等人于2007年6月6日提交的美国专利申请号11/758,947(将其通过引用结合在此)讨论了用于生产基于水泥的产品(例如水泥板)的、具有早期压缩强度的水泥组合物的极其快速固化，这是通过将一种烷醇胺和一种磷酸盐加入水硬水泥例如波特兰水泥中，并且在提供至少90°F(32℃)的初始浆料温度的条件下与水形成一种浆料而实现的。可以包括另外的反应性材料，例如高铝水泥、硫酸钙以及一种火山灰的材料，例如飞灰。再次地，所有的组合物包含一个显著量的水硬水泥以及石膏。

授予Galer等人的美国专利4,488,909(将其通过引用结合在此)讨论了能够迅速固化的水泥组合物。这种组合物通过在该组合物与水混合之后约20分钟内形成基本上所有的潜在的钙铝矾而允许高速生产耐二氧化碳的水泥板。这种水泥组合物的基本组分是波特兰水泥、高铝水泥、硫酸钙以及石灰。可以加入高达约25％的火山灰，例如飞灰、蒙脱土粘土、硅藻土、以及浮石。这种水泥组合物包括约14wt％至21wt％的高铝水泥，它与其他使之能够在早期形成钙铝矾的组分以及其他对早期的水泥混合物的固化负责的铝酸钙水合物相结合。Galer等人在他们的发明中提供了使用高铝水泥(HAC))的铝酸盐以及使用石膏的硫酸根离子，以形成钙铝矾并且实现了它们的水泥混合物的迅速固化。

钙铝矾是一种硫酸铝钙化合物，具有化学式Ca₆Al₂(SO₄)₃·32H₂O或替代地3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32 H₂O。钙铝矾作为长的针状晶体形成并且为水泥板提供了迅速的早期强度，这样在将它们倾倒入一种模具中或一个连续浇注并且成形的带上之后可以对其进行迅速处理。

总体上，Galer等人的迅速固化的配制品受制于几点局限性。如以下重点说明的，这些局限性对于水泥产品(例如水泥板)的生产构成了更严重的顾虑。

授予Brook等人的美国专利号5,536,310披露了一种水泥组合物，该水泥组合物包含10-30重量份(pbw)的一种水硬水泥例如波特兰水泥、50-80pbw的飞灰、以及0.5-8.0pbw(表达为游离酸)的一种羧酸(例如柠檬酸)或它们的碱金属盐，例如柠檬酸三钾或柠檬酸三钠，连同其他的常规添加剂，包括阻滞剂添加剂例如硼酸或硼砂，它们被用来加速该组合物的反应以及固化时间以便克服所披露的在水泥组合物中使用一个高的飞灰含量的缺点。