[发明专利]用于原位制备轻量飞灰基骨料的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月30日提交的美国临时申请No.61/428819的权益，该申请的全文内容通过引用并入本文，而且本申请涉及：

2010年12月30日提交的题为“Lightweight Foamed Fly Ash Binders”的美国临时申请No.61/428839，该申请的全文内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及快速凝结的水泥质组合物，它可以用于其中期望快速硬化和获得早期强度的各种应用中。具体而言，本发明涉及一种制备均匀轻量飞灰基水泥质骨料组合物的方法，该组合物具有类似于膨胀粘土骨料和轻量填料的性质，并且可用于制备具有优异耐水性且用在建筑干湿位置的板。将这些具有预形成泡沫的骨料加入快速凝结的水泥质混合物中，以使在水泥质混合物倒入静止或运动的模型中或在连续运动的带上之后很快可以处理预浇板产品。理想地，水泥混合物的凝结可以在将该水泥混合物与合适量的水混合之后的约20分钟、优选10至13分钟、更优选4至6分钟实现。

背景技术

Perez-Pena等人的美国专利6,869,474通过引用并入本文，讨论了极快速凝结水泥质组合物从而通过向水硬水泥如portland水泥中加入链烷醇胺，并在提供至少90°F(32°C)的初始浆料温度的条件下与水形成浆料来实现制备水泥基产品如水泥板。可以包括其它反应性材料如高铝水泥、硫酸钙和火山灰材料如飞灰。极快速凝结允许快速制备水泥质产品。已发现加入的三乙醇胺是非常强大的促凝剂，其能够制备具有相对较短的最终凝结时间、且飞灰和石膏的含量增加并且不需要铝酸钙水泥的配料(formulation)。但是，具有三乙醇胺的配料主要包含水硬水泥如portland水泥和石膏作为反应性粉末，相比通过活化本发明中飞灰材料产生的铝酸盐相这限制了铝酸盐相的可利用性。

Perez-Pena等人的公布的美国专利申请No.US2008-0302276A1(2007年6月6日提交的美国专利申请No.11/758,947)通过引用并入本文，讨论了具有早期抗压强度的极快速凝结水泥质组合物，从而通过向水硬水泥如portland水泥中加入链烷醇胺和磷酸盐，并在提供至少90°F(32°C)的初始浆料温度的条件下与水形成浆料来实现制备水泥基产品如水泥板。可以包括其它反应性材料如高铝水泥、硫酸钙和火山灰材料如飞灰。此外，所有组合物都包含显著量的水硬水泥和石膏。

Perez-Pena的公布的美国专利申请No.US2010-0071597A1(2008年9月25日提交的美国专利申请No.12/237,634)公开了使用飞灰和柠檬酸的碱金属盐如柠檬酸钠的配料以形成具有快速凝结时间和相对较高的早期抗压强度的混凝土混合物。该申请描述的活化飞灰粘结料所遭遇的一大挑战是这些粘结料与用于夹带空气的常规发泡体系之间明显的劣性相互作用，由此制备轻量板。根据该公开的方法已经用常规泡沫制备的飞灰基粘结料已遭受泡沫崩裂和/或强度急剧下降。

Galer等人的美国专利4,488,909通过引用并入本文，讨论了能够快速凝结的水泥质组合物。该组合物允许通过在将组合物与水混合后约20分钟内形成基本全部的可能钙矾石而高速制备耐二氧化碳的产品。该水泥质组合物的基本组分是portland水泥、高铝水泥、硫酸钙和石灰。火山灰如飞灰、蒙脱石粘土、硅藻土和浮石可以加入直至约25%。该水泥组合物包含约14至21wt%的高铝水泥，其与其它组分组合使得能够早期形成钙矾石和负责水泥质混合物早期凝结的其它铝酸钙水合物。在他们的发明中，Galer等人使用高铝水泥(HAC)提供铝酸根离子并使用石膏提供硫酸根离子以形成钙矾石并使它们的水泥质混合物快速凝结。

钙矾石是具有式Ca₆Al₂(SO₄)₃·32H₂O或3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O的钙铝硫酸盐化合物。钙矾石形成为长针状晶体并为水泥板提供快速早期强度，以致于它们在倒入模具内后或者在连续浇注和成形带上可以迅速处理。

一般而言，Galer等人的快速凝结配料存在若干局限。如下文强调的这些局限对于制备低成本混凝土产品如轻量骨料甚至更成问题，因为它使用相对较昂贵的高铝水泥提供铝酸盐相。