CN116635347A - 用于砂浆和混凝土的高性能混杂型粉煤灰/铝酸钙胶凝组合物 - Google Patents

用于砂浆和混凝土的高性能混杂型粉煤灰/铝酸钙胶凝组合物 Download PDF

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Abstract

高性能混凝土组合物，其包含：(i)至少一种C类粉煤灰，(ii)至少一种铝酸钙水泥，(iii)至少一种骨料，以及(iv)水。

Description

用于砂浆和混凝土的高性能混杂型粉煤灰/铝酸钙胶凝组 合物
技术领域
本发明涉及用于建造、建筑以及通常使用普通波特兰水泥(Portland cement)组合物的其他应用的混杂型C类粉煤灰(fly ash)/铝酸钙胶凝组合物。
背景技术
每年生产大约70亿立方码的混凝土，使其成为地球上消耗量第二大的物质(仅次于水)。全世界制造约42亿公吨波特兰水泥，年增长率为2.5％。波特兰水泥的生产是一个能源密集型过程，其中将石灰石和粘土开采、粉碎并加热至超过1500℃的高温。在此过程中，燃料燃烧与粘土煅烧和石灰石脱碳都会排放CO2。每生产1000kg普通波特兰水泥(OPC)，平均排放927kg CO2。全球CO2总排放量的约7％来自波特兰水泥制造。在混凝土中使用“绿色材料”代替波特兰水泥将有助于减轻混凝土对环境的不利影响。
粉煤灰是一种细碎的无定形铝硅酸盐物质，含有不同量的钙，从煤燃烧室(锅炉)“向上飞”并由诸如静电除尘器或织物过滤器“袋式除尘器”，和洗涤器的排放控制装置捕获。全球燃煤发电厂每年产生超过10亿吨粉煤灰。一部分这类粉煤灰与波特兰水泥共混以制造混凝土产品，而所产生的粉煤灰中约65％在垃圾填埋场或灰池中处置。美国材料与试验协会(ASTM)C618标准认可两大类粉煤灰，C类和F类。对于F类粉煤灰(FFA)，(SiO2+Al2O3+Fe2O3)的下限为70重量％，而对于C类粉煤灰(CFA)其为50重量％。无烟煤和烟煤的燃烧通常会产生F类粉煤灰，并且通常含有小于15重量％的CaO。C类粉煤灰通常具有高氧化钙含量(例如，15重量％至40重量％)。近来，褐煤和次烟煤的使用显著增加，并且美国相当大比例的煤炭储量生产含有大量CaO的C类粉煤灰。
为了减少与PC相关的CO2排放量的增加，可以将粉煤灰用作波特兰水泥混凝土生产中的补充胶凝材料(SCM)，从而对其进行回收。按胶凝材料组分的质量计，粉煤灰在混凝土中的用量范围为15％至25％。在大型结构(例如，地基和水坝)中用量更高(30％至50％)以限制固化过程中的温度升高。F类粉煤灰与波特兰水泥结合使用时提高了硬化混凝土的某些耐久性，诸如限制因碱-二氧化硅(alkali-silica)反应引起的膨胀、提高耐硫酸盐性和降低氯化物渗透性。然而，C类粉煤灰材料中过量的氧化镁(MgO)或游离石灰(CaO)可能在这些材料用于混凝土时导致不坚固(不希望的体积变化)，因此与C类粉煤灰共混通常不会继承此类耐久性益处。
一种更环保的粉煤灰使用方式是完全消除波特兰水泥，并通过碱活化制成地质聚合物水泥或混凝土。以这种方式，二氧化碳排放量仅为制造波特兰水泥的二氧化碳排放量的一小部分。碱活化是一种化学过程，其中将诸如粉煤灰的铝硅酸盐材料与碱性硅酸盐活化剂混合以产生在短时间内凝结并硬化的糊状物。随着CaO含量的增加，基于粉煤灰的地质聚合物的凝结时间呈指数下降，相反，抗压强度随着CaO的增加而增加。碱金属硅酸盐活化的CFA通常在36分钟内凝结，瞬时凝结极为常见，例如，几分钟。不幸的是，目前尚无有效的缓凝剂来适当控制碱金属硅酸盐活化的CFA材料的凝结以制造有用的建造产品。
C类粉煤灰通过在没有氢氧化钙来源的情况下与水反应生成水合物，形成硅酸钙和铝酸钙水合物，从而展示出自胶凝行为。Roskos等人(2011)研究了含有来自美国16家发电厂的C类粉煤灰的100％粉煤灰混凝土。在不使用强度促进剂的情况下，100％粉煤灰混凝土的28天抗压强度普遍较低，并且各粉煤灰之间的差异很大，例如，从约700psi至小于4000psi(27.6MPa)。100％C类粉煤灰混合物的凝结通常极快，并且必须包含有效的缓凝剂以达到适合于工业应用的工作时间。
现有技术公开了基本上由碱源(其为碱金属氢氧化物和碱金属碳酸盐)、柠檬酸类促进剂和缓凝剂组成的CFA胶凝组合物。有利的碱金属类型是锂和钾。柠檬酸类促进剂包括柠檬酸与诸如柠檬酸钾和柠檬酸钠等的碱金属柠檬酸盐。碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属柠檬酸盐是诱导和加速CFA水合所必需的活化剂。现有技术中公开的诸如硼化合物的缓凝剂一般不能有效地延长CFA胶凝混合物的凝结时间或可工作时间。现有技术中公开的大多数CFA胶凝组合物都展现出快速凝结和强度快速增加，如在以下案件中：美国专利第4,997,484号、第5,435,843号、第5,997,632号、第6,482,258号、第7,288,148号、第8,186,106号、第8,617,308号、第9,0231号和EP 0346416B1。由于极短的凝结时间或非常有限的可工作时间，现有技术中公开的CFA胶凝组合物不能用于大多数建造和建筑应用，诸如预拌混凝土。因此，迫切需要开发具有精确控制凝结和可工作时间的基于CFA的胶凝组合物。此外，活化剂、缓凝剂和促进剂的化学品通常为含水形式，以实现预期的性质和性能。具体而言，含水活化剂通常对环境苛刻。此外，现有技术中公开的活化CFA胶凝组合物通常使用昂贵的化学品，诸如柠檬酸、柠檬酸盐、氢氧化钾、氢氧化锂和碳酸钾，这使得胶凝材料在经济上不太可行。
或者，可以将合适的第二粘合剂与C类粉煤灰共混以改变新拌和硬化性质以制造有用的砂浆和混凝土产品。美国专利第7,442,248B2号公开了主要由CFA和OPC组成的胶凝组合物。然而，必须包含碱金属氢氧化物以制造有用的产品。使用OPC会显著增加CO2足迹。美国专利第5,439,518号公开了含有CFA与半水石膏的共混物的胶凝组合物。由于半水石膏的瞬时凝结，可工作时间极短，1小时抗压强度为至少1000psi(7MPa)。美国专利第9,656,916B2号公开了含有半水石膏和硫铝酸钙水泥(CSA)的基于CFA的胶凝组合物。必须包含诸如柠檬酸钠或柠檬酸钾等的碱金属柠檬酸盐，以活化和加速水合过程，并使硬化产品实现合理的性质和性能。
铝酸钙水泥(CAC)也可以包含在基于CFA的胶凝组合物中。众所周知，CAC的水合最终导致形成立方铝酸钙水合物(CAH)晶相(一种热力学稳定的铝酸盐水合物)。CAC产品的高早期强度、良好的耐化学性和耐高温性促进了铝酸钙水泥混凝土在某些建造工程应用中的使用。
与波特兰水泥不同，铝酸钙水合物的形成取决于水分的可利用率和环境温度。在低于15℃时通常形成十水铝酸钙(CAH10)，随着温度升高，其转化为八水铝酸二钙(C2AH8)和三水铝矿(AH3)。然而，CAH10和C2AH8在自然界中是亚稳态的，并且在温度高于27℃时转化为稳定的六水铝酸三钙(C3AH6)和AH3，并释放水。此过程被称为转化反应且它是不可避免的，并且其速度取决于温度和水分的可利用率。这种转化过程引起显著的体积变化，从而导致孔隙率增加。反之，该转化将导致在混凝土的使用寿命期间发生抗渗性和抗压强度的显著降低。
尽管铝酸钙水泥在低CO2足迹方面具有优势，但它在建造应用中的应用有限。因此，在可使用铝酸钙水泥之前，必须防止或避免不希望的相转化。目前只有少数几种方法可以防止铝酸钙水泥水合过程中发生相转化。例如，使用硅粉将这些亚稳态CAH转化为铝硅酸钙水合物(CASH)。可以加入硫酸钙或硫酸钠以通过促进钙矾石形成来控制不希望的转化。已发现，高炉矿渣和粉煤灰(F类和C类二者)可有效地控制铝酸钙水泥水合过程中不希望的转化[美国专利第5,624,489号]。然而，这些添加剂中的大部分可能会对抗压强度和其他性质和性能产生重大影响。
美国专利申请第2009/0306251A1号公开了基于CFA的地坪补片组合物，其包含铝酸钙水泥和聚合物粘合剂以及其他成分(例如，纤维素醚和偏高岭土粘土)。所公开的组合物含有小于15重量％的CAC，并且仅一个样品公开了在CFA与CAC的混合物中约9.4重量％的CAC。该专利申请没有提供任何测试结果。根据本发明人的测试结果，与100％CFA组合物相比，CFA与CAC的混合物中CAC的量小于10重量％并没有提供明显的改善硬化产品的性质和性能的益处。
美国专利第9,676,668B2号公开了基于CAC的干混合料组合物，其以CFA作为防转化添加剂。按CAC与CFA的混合物的重量计，CFA的量为25％至40％且CAC的量为60％至75％。基于CAC的干混合料还包含作为缓凝剂的聚羧酸盐和作为促进剂的氯化锂。根据专利申请中公开的实施例，该产品的28天抗压强度相对较低，小于7500psi(51.7MPa)。考虑到CAC的高材料成本，所公开的干混合料组合物对于建造和建筑应用在经济上是不可行的。
美国专利申请第2013/0087076A1号公开了含有CAC的无机聚合物或地质聚合物组合物。所公开的组合物必须含CFA、CAC和OPC三种粘合剂(在该三元混合物中，CAC小于15重量％，OPC小于8重量％)、一种或多种化学活化剂(例如，氢氧化钠、柠檬酸)和缓凝剂(例如，石膏)。该现有技术仅公开了几个实施例，且不幸的是，没有传达测试结果。在这些实施例中，公开了按CFA的重量计7％和更少的CAC。众所周知，预计碱活化的CFA材料会发生快速凝结，并且快速凝结可能是所公开组合物的主要加工问题，因为该组合物的pH为12至13.5。预计硬化产品的性质和性能将不理想。
美国专利第9,321,681B2号、第9,643,888B2号和第10,597,327B2号公开了用于诸如桥面、罩面、道路修复以及喷射混凝土和道路修补的一系列应用的尺寸稳定的铝硅酸盐地质聚合物胶凝组合物。地质聚合物组合物含有以下必需成分：必须含CFA、CAC和硫酸钙(CS)的三元粘合剂共混物、化学活化剂和超增塑剂(superplasticizers)、加气剂(airentraining agents)、流变控制剂和成膜聚合物中的至少一种。所述化学活化剂选自由碱金属柠檬酸盐、碱金属氢氧化物和碱金属硅酸盐组成的组。在所述专利的延续案中，硫铝酸钙水泥(CSA)或波特兰水泥被公开为除CFA、CAC和CS之外的第四种粘合剂成分(美国专利第10,221,096B2号和第10,597,327B2号)。在现有技术诸如美国专利第4,997,484号、美国专利第7,288,148号和美国专利第8,186,106号中，碱金属柠檬酸盐已被公开用于活化C类粉煤灰。在文献和现有技术中已充分了解到，在基于铝酸钙水泥的组合物中包括硫酸钙(例如，石膏)会诱导钙矾石的形成，这为一个膨胀的过程。影响包括补偿收缩以保持体积稳定性和防止铝酸钙水合物的转化。然而，发现包含石膏可能导致不稳定的膨胀和产品失效。
本发明提供了不含任何化学活化剂的高性能基于CFA的胶凝组合物，但与现有技术中公开的材料、组合物和产品相比具有受控良好的凝结时间和显著改善的性质和性能。本专利公开了混杂型CFA组合物，其以CAC作为第二粘合剂，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC为约10％至约50％。本发明公开了用于有效且精确地调节基于CFA的胶凝材料的凝结时间的无机化合物。本发明还公开了用以制造尺寸稳定产品的无机膨胀剂和用以有效改善新拌砂浆和混凝土的可加工性(例如，坍落度和扩展度)的有机超增塑剂粉末。本发明提供了经济可行的、高性能基于CFA的胶凝组合物，其以CAC作为次要粘合剂，用于建造和建筑行业的广泛应用，诸如预拌、预制、修复、自流平砂浆(SLM)和自密实混凝土(self-consolidating concrete，SSC)。基于波特兰水泥的混凝土产品的二氧化碳排放量减少高达90％。
发明内容
本文所述的一个实施方案提供了高性能混凝土组合物，其包含：(i)至少一种C类粉煤灰，(ii)至少一种铝酸钙水泥，(iii)至少一种骨料(aggregate)；以及(iv)水。
在又一个描述的实施方案中，高性能自密实混凝土组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥；(iii)至少一种超增塑剂，(iv)至少一种骨料，以及(v)水。
在另一个描述的实施方案中，高性能自流平砂浆组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥；(iii)至少一种超增塑剂，(iv)至少一种骨料，以及(v)水。
在又一个描述的实施方案中，用于高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥；(iii)至少一种细骨料，(iv)至少一种粉末状超增塑剂，(v)至少一种促进剂，(vi)至少一种膨胀剂，(vii)至少一种功能性填料；以及(viii)至少一种粉末状消泡剂。
本文所述的一个实施方案提供了以CAC作为第二粘合剂的高性能混凝土组合物。高性能混凝土组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计(BWOB)，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种细骨料和至少一种粗骨料；以及(iv)水，其中水与组合的CFA和CAC的质量比(w/b)在约0.15至约0.55范围内，优选地在约0.25至约0.40范围内，其中组合的CFA和CAC占混凝土混合料的约10重量％至约50重量％，并且其中所述骨料在混凝土混合料的约45重量％至约85重量％范围内。
在一些实施方案中，高性能混凝土混合料组合物还包含促凝剂、呈粉末或液体形式的超增塑剂、功能性填料、用于收缩补偿的膨胀剂、消泡剂、减缩剂(shrinkage reducingadmixture，SRA)、加气剂(air entraining admixture，AEA)、流变控制剂、保水剂、防水剂或憎水剂(repelling admixture)、呈液体或粉末形式的有机聚合物、以及用于增强或抗裂目的的纤维，以及有机或无机着色剂或颜料。
本文所述的一个实施方案提供了自密实混凝土组合物。SCC组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种呈液体或粉末形式的超增塑剂；(iv)至少一种细骨料和至少一种粗骨料；(v)至少一种功能性填料；以及(vi)水，其中w/b在约0.15至约0.55范围内，优选地在约0.25至约0.45范围内，并且总骨料在混凝土混合料的约60重量％至约85重量％范围内。所述至少一种超增塑剂选自下组：聚羧酸酯醚共聚物(Polycarboxylate ethercopolymer，PCE)、硫酸三聚氰胺甲醛(sulfate melamine formaldehyde，SMF)、木质素磺酸盐(lignosulphonates salts，LSS)和磺化萘甲醛(sulfonate naphthaleneformaldehyde，SNF)，并且其中所述超增塑剂呈液体或粉末形式，其包含约0.01％至约5％BWOB且优选地约0.25％至约1.5％BWOB的超增塑固体(superplasticizing solids)。所述通过至少200目筛的至少一种功能性填料选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、研磨火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中所述至少一种功能性填料占所述自密实混凝土混合料的约2％至约10％，且优选地，所述至少一种功能性填料是碳酸钙或石灰石粉。
在一些实施方案中，本文所述的SCC组合物还包含促凝剂、膨胀剂、粘度调节剂、消泡剂、保水剂、防水剂或憎水剂、减缩剂、加气剂、液体有机聚合物或可再分散聚合物粉末，缓凝剂、着色剂或颜料，以及抗裂和/或增强的纤维。
本文所述的一个实施方案提供了用于地坪和修补应用的高性能自流平砂浆组合物。本文所述的SLM组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种呈液体或粉末形式的超增塑剂；(iv)至少一种细骨料；以及(vi)水，其中水与粘合剂的质量比在约0.15至约0.55范围内，优选地在约0.25至约0.40范围内；其中所述细骨料在SLM混合料的约30重量％至约70重量％范围内，优选地在约40重量％至约60重量％范围内；其中所述至少一种超增塑剂选自下组：PCE、SMF、LSS和SNF，而所述至少一种超增塑剂包含约0.01％至约5％BWOB、优选地约0.25％至约1.5％BWOB的超增塑固体，并且其中优选的超增塑剂为呈粉末形式的PCE。
在一些实施方案中，本文所述的高性能SLM组合物还包含促凝剂、膨胀剂、功能性填料、消泡剂、粘度控制剂、有机聚合物乳胶或可再分散聚合物粉末、加气剂、减缩剂、防水剂或憎水剂、着色剂或颜料，以及抗裂或增强纤维。
本文所述的一个实施方案提供了用于地坪和修补应用的高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物。本文所述的用于SLM的干混合物组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种呈粉末形式的超增塑剂；(iv)至少一种细骨料；(v)至少一种膨胀剂；(vi)至少一种促进剂，以及(vii)至少一种功能性填料，其中组合的CFA和CAC粘合剂占所述干混合物的约10％重量％至约55重量％，优选地约15重量％至约40重量％；其中所述细骨料占所述干混合物的约30重量％至约75重量％，优选地约40％至约60％；其中所述至少一种超增塑剂选自下组：PCE、SMF、LSS和SNF，其中所述至少一种呈粉末形式的超增塑剂占约0.01％至约5.0％BWOB，优选地约0.25％至约1.5％BWOB；其中至少一种促进剂选自下组：氯化锂、碳酸锂和硫酸锂、碱金属碳酸盐、碱金属柠檬酸盐、甲酸钙、乙酸钙、硬脂酸钙、氯化钙、硝酸钙、无水石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥，并且所述至少一种促进剂占约0.005％至约10％BWOB，且优选地，所述至少一种促进剂选自锂化合物的组，其中按铝酸钙水泥的重量计(BWOC)，锂化合物占约0.01％至约0.5％，且更优选地约0.05％至约0.15％BWOB；其中至少一种膨胀剂选自下组：轻烧氧化镁(light burnt magnesium oxide)、氧化钙、无水石膏、石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，其占至多约15％BWOB，更优选地，所述至少一种膨胀剂是轻烧氧化镁，其占约4％至约10％BWOB；其中通过至少200目筛的至少一种功能性填料选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、研磨火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中所述至少一种功能性填料占SLM混合料的约2％至约10％，且优选地，所述至少一种功能性填料为碳酸钙或石灰石粉；并且其中将充分混合的干混合物包装并将干混合物与水混合以制造w/b为约0.15至约0.55、优选地约0.25至约0.40的SLM。
在一些实施方案中，本文描述的用于地坪和修复应用的高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物还包含消泡剂、可再分散聚合物粉末、粘度控制剂、防水剂或憎水剂、抗裂纤维或增强纤维、以及着色剂或颜料。
具体实施方式
定义
本发明提供了不含任何化学活化剂的高性能基于C类粉煤灰的胶凝组合物，与现有技术中公开的组合物、材料和产品相比，其具有受控良好的凝结时间、高尺寸稳定性、显著改善的性质和性能。本发明提供了铝酸钙水泥作为第二粘合剂，用以促进CFA材料的水合过程；无机外加剂，用以调节凝结时间；超增塑剂，用以有效降低w/b并改善坍落度、扩展度和可加工性；以及收缩补偿剂，用以实现产品的高尺寸稳定性。本发明提供了用于建造和建筑行业中的预拌、预制、修复、自密实混凝土和自流平砂浆应用的经济可行的高性能混杂型粉煤灰胶凝组合物。
本文所述的一个方面提供了一种基于CFA的胶凝组合物。基于CFA的砂浆或混凝土混合料至少包括：i)包含CFA和CAC的复合粘合剂，ii)至少一种骨料，以及iii)水。
C类粉煤灰(CFA)
C类粉煤灰通常由燃烧褐煤或次烟煤产生，由于其CaO含量高，除了具有火山灰性质外，还具有一些自胶凝性质。C类粉煤灰的水合产物主要由CSH、CASH和诸如水铝黄长石钙矾石和单硫铝酸盐(monosulfoaluminate)的某些矿物组成。根据ASTMC618，SiO2、Al2O3和Fe2O3的总和为至少50重量％，且SO3的最大含量为5重量％。典型的CFA含有铝硅酸钙玻璃和具有自胶凝性质的晶相，诸如C2S、C4AF、C3A、C2AS、方镁石、无水石灰和游离石灰。CaO超过22重量％的CFA是优选的，因为CFA的反应性随着其中CaO含量的增加而增大。在欧洲，称为钙质灰的高钙粉煤灰可含有高于5.0％的SO3，这是ASTM C618定义的最大允许含量。本发明中公开的组合物允许使用不限于由ASTM C618定义的C类粉煤灰的钙质灰。在本发明的一些实施方案中可使用某些SO3>5重量％的钙质灰，根据ASTM C618，其被废弃作为C类粉煤灰。SO3>5重量％的废弃C类粉煤灰或钙质灰中大量硬石膏的存在可能有益于所公开组合物的新拌和硬化性质。例如，硬石膏的存在可加速用所公开组合物的某些实施方案制造的新拌砂浆和混凝土的凝结。高钙粉煤灰中的硬石膏起到膨胀剂的作用，用以补偿收缩并提高产品的尺寸稳定性。因此，本专利将CFA定义为SO3<5重量％的C类粉煤灰和/或SO3>5重量％的废弃C类粉煤灰或钙质灰。
铝酸钙水泥(CAC)
铝酸钙水泥是一种水硬性水泥。铝酸钙水泥的主要活性成分是铝酸一钙(CA)和二铝酸钙(CA2)。其他次要相包括铝铁酸钙、斜硅钙石(C2S)、七铝酸十二钙(C12A7)和钙铝黄长石(C2AS)。市面上可获得的包括高铝酸盐水泥的所有铝酸钙水泥产品均可用于本发明公开的用于建造和建筑行业的组合物中。通常，铝酸钙水泥包含约30重量％至约80重量％的Al2O3、约15重量％至约45重量％的CaO和至多约20重量％的Fe2O3。铝酸钙相可以以结晶形式和/或无定形形式获得。Ciment Fondu、71和Luminite SG4是市售的铝酸钙水泥的一些实例，其具有铝酸一钙作为主要水泥相。如通过布莱恩(Blaine)表面积法(ASTMC204)所测量的，本发明组合物的一些实施方案中铝酸钙水泥的表面积为约3,000cm2/g至6,000cm2/g。无定形铝酸钙水泥或以C12A7作为主要胶凝相的铝酸钙水泥通常具有更大的反应性，产生具有快速凝结和更高早期强度的新拌砂浆或混凝土。通常在波特兰水泥混凝土中用作促进剂的无定形铝酸钙水泥也可包含在本发明的某些实施方案中。本发明公开了一种复合粘合剂组合物，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与50％之间。
骨料
骨料可以是细骨料或粗骨料或两者，这取决于基于CFA的混合料组合物的类型。细骨料(FA)，例如石英砂被认为具有在约0.075mm至约4.75mm、优选地约0.1mm至约2mm，且更优选地约0.15mm至约0.75mm范围内的粒度。如果在基于CFA的混合料中使用细骨料，则可以使用本领域已知的任何细骨料。可以向基于CFA的混合料中加入至多约75重量％，诸如约30重量％至约60重量％的细骨料。配方中砂的粒度分布和量有助于控制本发明的一些实施方案的胶凝组合物的流变行为，诸如在自流平砂浆组合物中。细骨料可以为常重的，也可以为轻质的。膨胀珍珠岩或釉面珍珠岩、陶瓷微球和玻璃微球可以包含在某些配方中，以实现砂浆和混凝土产品的低密度并提高隔热性和耐火性。
粗骨料(CA)被定义为平均粒度为至少4.75mm的岩石材料，通常包含在混凝土混合料配方中。轻质骨料(LWA)也可以包含在相应的配方中，以降低混凝土的密度或提高隔热性。尺寸大于1/2"的骨料也可用于某些应用，例如预拌、预制或路面。优选地，粗骨料包括石英、花岗岩、玄武岩、砂岩、安山岩、凝灰岩、变质岩、石灰石、白云石、碎粒化高炉矿渣、大理石、板岩和片麻岩。可用于本发明的一些实施方案的粗骨料符合ASTM C33(2011)和AASHTOM6/M80标准中描述的规格。在混凝土混合料组合物的某些实施方案中，除细骨料外还必须包含粗骨料，其在混凝土混合料的约20重量％至约60重量％范围内，细骨料与总骨料的体积比为0.3至0.7。
超增塑剂
市面上可获得的超增塑剂和减水剂可以很好地与本发明公开的砂浆和混凝土组合物一起使用。超增塑剂的实例包括聚羧酸酯醚共聚物、硫酸三聚氰胺甲醛、木质素磺酸盐和磺化萘甲醛。超增塑剂可以以液体或粉末形式施加。具体而言，本发明人发现，PCE对于降低w/b和改善坍落度、扩展度和可加工性是最有效的，特别是其粉末形式。所公开的组合物包含约0.01％至约5％BWOB，且优选地约0.25％至约1.5％BWOB的超增塑固体。
促进剂(ACC)
本发明人发现，在所公开的基于CFA的组合物的某些实施方案中可能需要促凝剂，因为在100％CFA混合料组合物中加入CAC通常会导致凝结时间显著延长，例如从30分钟延长至约300分钟。当超增塑剂或其他有机外加剂包含在混合料组合物中时，凝结时间可能还会增加。有效促进剂的实例包括氯化锂、碳酸锂、硫酸锂、碱金属碳酸盐、碱金属柠檬酸盐、甲酸钙、乙酸钙、硬脂酸钙、氯化钙、硝酸钙、无水石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥。通常，促进剂占约0.005％至约10％BWOB。更优选地，促进剂选自锂化合物的组，按铝酸钙水泥的重量计(BWOC)，锂化合物占约0.01％至约0.5％，且优选地约0.05％至约0.15％BWOC。
膨胀剂
混凝土结构由于蒸发损失水分而引起的体积变化称为混凝土收缩。它是一种依时性变形，其在不受外力影响的情况下减少混凝土的体积。混凝土收缩的类型包括塑性收缩、干缩、自收缩和碳化收缩。过度收缩会导致裂缝，这是混凝土中最令人讨厌的缺陷之一。因此，本专利提供了一种收缩补偿机制来制造低收缩、尺寸稳定的基于CFA的产品，特别是在本发明的SLM和SCC的某些实施方案中。膨胀剂的实例包括轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥。膨胀剂的水合作用涉及体积增加，这补偿了早期固化期间大多数类型的收缩(例如，塑性收缩或干缩)。轻烧氧化镁是优选的膨胀剂。在使用SO3>5重量％的CFA的组合物混合料情况下，材料中所含的硬石膏提供了内部膨胀剂，因此在此情况下不需要外部收缩补偿机制。通常至少一种膨胀剂在混合料组合物中占至多约15％BWOB，优选地约4％至约10％BWOB。由有机分子制成的减缩剂也能有效减少砂浆和混凝土的早期收缩。
功能性填料
功能性填料通常是无机材料，具有较少的火山灰性质，粒度小于100μm，且优选地小于50μm(例如，通过200目筛)。特别包含了功能性填料以配制SLM或SCC，其中最佳颗粒分级对于实现适当的流变控制和低塑性收缩至关重要。功能性填料的实例包括白云石、石灰石、碳酸钙、云母、滑石、硅灰石、研磨二氧化硅、火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉。在某些应用中，可以包括诸如玻璃微球或陶瓷微球和釉面珍珠岩的轻质填料以实现低产品密度和改善的隔热性。至少一种功能性填料占混杂型CFA/CAC混合料组合物或经预先包装的干混合物组合物的至多15重量％，且优选地约2重量％至约10重量％。优选地，至少一种功能性填料是碳酸钙或石灰石粉。另外，碳酸钙可能与铝酸钙水泥发生反应，以防止其发生转化。
其他成分
任选的成分和添加剂可以包含在本发明的CFA/CAC混合料组合物的一些实施方案中。这些成分和添加剂包括至少一种选自由以下组成的组：可再分散聚合物粉末、聚合物乳胶分散体、消泡剂、加气剂、保水剂、减缩剂、流变控制剂、粘度调节剂(增稠剂)、防水剂或憎水剂、阻锈剂(corrosion-inhibiting admixture)、着色剂和/或颜料、以及各种类型的抗裂或增强的纤维。
流变控制剂可以包含在本发明的CFA/CAC混合料组合物的某些实施方案中，特别是对于可能发生新拌砂浆或混凝土离析的SLM和SCC。流变控制剂的实例包括琥珀酰聚糖(succinoglycans)、迪特胶(diutan gum)、黄原胶和基于纤维素醚的有机化合物、聚丙烯酰胺、碱溶胀型聚合物以及丙烯酸系物/丙烯酰胺共聚物。基于纤维素醚的有机化合物的实例包括羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和甲基乙基纤维素(MEC)。这些有机流变控制剂和增稠剂在冷水和热水中均是可溶的，并且它们充当保水剂，从而除了控制新拌砂浆和混凝土的流变性质外，还能最大限度地减少颗粒离析和泌水(bleeding)。
聚合物包含在本发明的某些实施方案中，诸如在用于工业地坪应用的SLM中。聚合物以含水乳液的形式或以分散的形式加入到砂浆或混凝土混合料中。这是为了提高混凝土的以下性质：新拌砂浆和混凝土的可加工性、抗弯强度和抗拉强度、抗冲击性和耐磨性、耐久性以及对侵蚀性流体的抵抗力、以及硬化产品的粘结强度。目前可用于混凝土工业的所有类型的聚合物均可用于本发明所公开的混合料组合物中，包括聚合物乳胶(分散体)、可再分散聚合物粉末、水溶性聚合物和液体聚合物，其中液体聚合物不太受欢迎。作为基于聚合物的外加剂的水溶性聚合物是水溶性粉末状聚合物，诸如纤维素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。聚合物乳胶是聚合物微粒在含水介质中的稳定分散体(胶体乳液)。乳胶的实例包括纯丙烯酸系物、苯乙烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、苯乙烯丙烯酸系物、乙烯基丙烯酸系物或丙烯酸化乙烯乙酸乙烯酯共聚物。可再分散聚合物粉末通过两步法制造。通过乳液聚合制得聚合物乳胶作为原材料，并且进行喷雾干燥以获得聚合物粉末。优选的可再分散聚合物包括聚乙酸乙烯酯(PVA)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙酸乙烯酯乙烯(VAE)和聚乙酸乙烯酯叔碳酸乙烯酯(VA/VeoVA)。通常，在本发明的某些实施方案中公开的混合料组合物中，聚合物固体(乳液或粉末形式)占至多20％BWOB，且优选地约4％至约12％BWOB。
在本发明的某些实施方案中包含纤维用于抗裂或增强。植物来源的纤维素纤维和合成有机纤维，诸如聚乙烯醇(PVA)纤维、尼龙纤维和聚丙烯(PP)以及耐碱玻璃纤维是用于抗裂应用的实例，特别是在SLM和SCC的某些实施方案以及耐火材料中。这些抗裂纤维可以以砂浆或混凝土混合料组合物的0.01体积％至0.5体积％的范围包含在本发明的某些实施方案中。耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、矿物纤维、合成有机纤维和钢纤维可以以新拌砂浆或混凝土混合料组合物的0.1体积％至10体积％、更优选地0.5体积％至5.0体积％的范围包含在本发明的某些实施方案中。
在本发明的一些实施方案中，可以将消泡剂(DFA)加入到混合料组合物中。消泡剂用于减少截留的空气量，从而减少早期固化期间的塑性收缩，在表面美观很重要的地方产生无缺陷表面，并改善硬化产品的性能。优选地，消泡剂包含在本发明的某些实施方案中，用于工业地坪应用的SLM和新拌砂浆和混凝土极易流动的SCC。消泡剂的实例包括聚环氧乙烷、聚醚胺、聚乙二醇、聚丙二醇、烷氧基化物、磷酸三丁酯、聚丙烯酸烷基酯、硅烷、硅酮、聚硅氧烷、聚醚硅氧烷、矿物油和疏水性二氧化硅。EUCON AIR-DOWN和AIR-MINUS是粉末状消泡剂的两个实例。消泡剂固体以0.05％至1.5％BWOB的范围包含在本发明的某些实施方案中。
混凝土混合料组合物
本文所述的一个实施方案提供了以CAC作为第二粘合剂的高性能混凝土组合物。混凝土组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种细骨料和/或至少一种粗骨料；以及(iv)水，其中水与组合的CFA和CAC的质量比在约0.15至约0.55范围内，优选地在约0.25至约0.40范围内，其中组合的CFA和CAC占混凝土混合料的约10重量％至约50重量％，并且其中总骨料在混凝土混合料的约45重量％至约85重量％范围内。
在一些实施方案中，高性能混凝土混合料组合物还包含促凝剂、呈粉末或液体形式的超增塑剂、功能性填料、用于收缩补偿的膨胀剂、消泡剂、减缩剂、加气剂、流变控制剂、防水剂或憎水剂、以及有机或无机着色剂或颜料、呈液体或粉末形式的有机聚合物、以及用于增强或抗裂目的的纤维。
自密实混凝土
本文所述的一个实施方案提供了高性能自密实混凝土组合物。SCC组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种呈液体或粉末形式的超增塑剂；(iv)至少一种细骨料和至少一种粗骨料；(v)至少一种功能性填料；以及(vi)水，其中w/b在约0.15至约0.55范围内，优选地在约0.20至约0.40范围内，并且其中总骨料在混凝土混合料的约60重量％至约85重量％范围内。至少一种超增塑剂选自下组：聚羧酸酯醚共聚物、硫酸三聚氰胺甲醛、木质素磺酸盐和磺化萘甲醛，并且其中超增塑剂呈液体或粉末形式，其包含约0.01％至约5％BWOB，且优选地约0.25％至约1.0％BWOB的超增塑固体。通过至少200目筛的至少一种功能性填料选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、研磨火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中至少一种功能性填料占自密实混凝土混合料的约2％至约10％，且优选地，至少一种功能性填料是碳酸钙或石灰石粉。
在一些实施方案中，本文所述的自密实混凝土组合物还包含至少一种膨胀剂，而所述膨胀剂选自下组：轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，而膨胀剂占约至多约15％且优选地约4％至约10％BWOB。
在一些实施方案中，本文所述的自密实混凝土组合物还包含促凝剂、功能性填料、消泡剂、粘度控制剂、保水剂、防水剂或憎水剂、减缩剂、液体有机聚合物或再分散聚合物粉末、加气剂、着色剂或颜料，以及抗裂和/或增强的纤维。
自流平砂浆(SLM)
本文所述的一个实施方案提供了用于地坪和修补应用的高性能自流平砂浆组合物。本文所述的SLM混合料组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，按组合的CFA和CAC的重量计，CAC介于约10％与约50％之间；(iii)至少一种呈液体或粉末形式的超增塑剂；(iv)至少一种细骨料；以及(vi)水，其中水与粘合剂的质量比在约0.15至约0.55范围内，且优选地在约0.25至约0.40范围内；其中细骨料在SLM混合料的约30重量％至约70重量％范围内，且优选地在约40重量％至约60重量％范围内；其中至少一种超增塑剂选自下组：PCE、SMF、LSS和SNF，而至少一种超增塑剂包含约0.01％至约5％BWOB、更优选地约0.25％至约1.5％BWOB的超增塑固体，并且其中优选的超增塑剂为呈粉末形式的PCE。
在一些实施方案中，高性能SLM组合物还包含至少一种膨胀剂，其选自下组：轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，其中至少一种膨胀剂占至多约15％BWOB，且优选地至少一种膨胀剂是轻烧氧化镁，其占约4％至约10％BWOB。
在一些实施方案中，本文所述的高性能SLM组合物还包含至少一种促进剂，其选自下组：氯化锂、碳酸锂和硫酸锂、碱金属碳酸盐、碱金属柠檬酸盐、甲酸钙、乙酸钙、硝酸钙、氯化钙、硬脂酸钙、无水石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥，并且至少一种促进剂占约0.01至约10％BWOB。优选地，至少一种促进剂选自锂化合物的组，其中锂化合物占约0.01％至约0.5％BWOC，且优选地约0.05％至约0.15％BWOC。
在一些实施方案中，本文所述的高性能SLM组合物还包含通过至少200目筛的至少一种功能性填料，选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中至少一种功能性填料占SLM混合料的至多约15％，且优选地占SLM混合料的约4重量％至约10重量％。优选地，至少一种功能性填料是碳酸钙或石灰石粉。
在一些实施方案中，本文所述的高性能SLM组合物还包含粘度控制剂、消泡剂、防水剂或憎水剂、减缩剂、加气剂、着色剂或颜料、有机聚合物乳胶或再分散聚合物粉末、以及抗裂纤维或增强纤维。在一些实施方案中，粘度控制剂在SLM配方中占至多约2％，并且选自下组：琥珀酰聚糖、迪特胶、黄原胶和基于纤维素醚的有机化合物、聚丙烯酰胺、碱溶胀型聚合物和丙烯酸系物/丙烯酰胺共聚物。基于纤维素醚的有机化合物的实例包括羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和甲基乙基纤维素(MEC)。
用于SLM的经预先包装的干混合物组合物
本文所述的一个实施方案提供了用于地坪和修补应用的高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物。本文所述的用于SLM的干混合物组合物包含：(i)至少一种C类粉煤灰；(ii)至少一种铝酸钙水泥，CAC介于约10％与约50％BWOB之间；(iii)至少一种粉末状超增塑剂；(iv)至少一种细骨料；(v)至少一种膨胀剂；(vi)至少一种促进剂，以及(vii)至少一种功能性填料，其中组合的CFA和CAC粘合剂占干混合物的约10重量％至约55重量％，且优选地约15重量％至约35重量％；其中细骨料占干混合物的约30重量％至约75重量％，且优选地约40重量％至约60重量％；其中至少一种超增塑剂选自下组：PCE、SMF、LSS和SNF，其中至少一种粉末状超增塑剂占约0.01％至约5％BWOB，且优选地约0.25％至约1.0％BWOB；其中至少一种促进剂选自下组：氯化锂、碳酸锂和硫酸锂、碱金属碳酸盐、碱金属柠檬酸盐、甲酸钙、乙酸钙、硬脂酸钙、氯化钙、硝酸钙、无水石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥，并且至少一种促进剂占约0.005％至约10％BWOB。优选地，至少一种促进剂选自锂化合物的组，其中锂化合物占约0.01％至约0.5％BWOC，且优选地约0.05％至约0.15％BWOC；其中至少一种膨胀剂选自下组：轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，其占至多约15％BWOB，且优选地，至少一种膨胀剂是轻烧氧化镁，其占约4％至约10％BWOB；其中通过至少200目筛的至少一种功能性填料选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中至少一种功能性填料占SLM混合料的约2重量％至约15重量％，且更优选地，至少一种功能性填料为碳酸钙或石灰石粉；并且其中将充分混合的干混合物包装，并将干混合物与水混合以制造w/b为约0.15至约0.55且优选地约0.25至约0.40的SLM。
在一些实施方案中，本文所述的用于地坪和修复应用的高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物还包含至少一种消泡剂、至少一种可再分散聚合物粉末、至少一种呈粉末形式的粘度控制剂、至少一种防水剂或憎水剂、至少一种着色剂或颜料，以及至少一种抗裂纤维或增强纤维。
在本发明的混凝土混合料组合物的一些实施方案中，根据ASTM C143的坍落度在约0”至约12”范围内，初凝时间在约30分钟至约12小时范围内，并且28天抗压强度在约6000psi(41.4MPa)至约14,000psi(96.6MPa)范围内，凝结温度为约0℃至约90℃。
在本发明的自密实混凝土混合料组合物的一些实施方案中，使用修改版本的坍落度测试(ASTM C143)的坍落扩展度至少为455mm，初凝时间在约30分钟至约12小时范围内，并且28天抗压强度在约6000psi(41.4MPa)至约14,000psi(96.6MPa)范围内，凝结温度为约0℃至约90℃。
在本发明的自流平砂浆组合物的一些实施方案中，使用68mm×30mm环测定的扩展度为至少200mm，初凝时间范围为约30分钟至约12小时，1天抗压强度在1000psi(6.9MPa))至4000psi(27.6MPa)范围内，7天抗压强度在6000psi(41.4MPa)至10,000psi(69.0MPa)范围内，并且28天抗压强度在约8000psi(55.2MPa)至约16,000psi(110.4MPa)范围内。
实施例
用于样品制备的原材料
使用以下原材料来制备实施例中的样品。C类粉煤灰来自美国乔治亚州朱丽叶的Scherer发电厂，这种粉煤灰(SCH)含有26.5％(重量％)的CaO且烧失量(Loss-On-Ignition，LOI)为0.25％。其Si+Al+Fe氧化物的总和为约59.08重量％。10.92重量％的粉煤灰颗粒保留在325号筛上。还测试了其他来源的C类粉煤灰是否适合制造用于高性能混凝土产品的混杂型CFA/CAC水泥。来自位于美国堪萨斯州圣玛丽斯的Jeffrey能源中心发电厂(JEFF)的CFA含有28.22％(重量％)的CaO且烧失量(LOI)为0.66％。其Si+Al+Fe氧化物的总和为52.09重量％。来自位于美国德克萨斯州拉格兰德的Fayette电力项目(FAY)的CFA含有26.44％(重量％)的CaO。其Si+Al+Fe氧化物的总和为57.33重量％。来自位于美国伊利诺伊州乔帕的Joppa发电厂(JOPP)的CFA含有26.81％(重量％)的CaO。其Si+Al+Fe氧化物的总和为约56.29重量％。本发明提供的实施例中使用的所有粉煤灰均符合ASTM C618的C类粉煤灰。所有粉煤灰材料均由Headwater Boral Materials销售。X射线衍射分析表明，所有粉煤灰样品主要含有高Ca铝硅酸盐玻璃颗粒，晶相主要包括石英、铝酸三钙(C3A)、硬石膏、游离石灰和方镁石。
使用三种来源的铝酸钙水泥来制备样品：来自Imerys/Kerneos的71和Ciment Fondu，以及来自Calucem的Luminite SG4。表1总结了三种铝酸钙水泥的化学组成和布莱恩细度，Ciment Fondu和Luminite SG4的化学组成相似。
表1.铝酸钙水泥的组成(重量％)及特性
3/8”和4.75mm的石英砾石用作粗骨料(CA)。为达到饱和表面干燥(SSD)条件，将干燥的砾石浸入水中24小时。使用干布从砾石表面手动去除剩余的游离水。处于SSD条件下的砌筑砂用作细骨料(FA)。使用Trident湿度探头(型号T90)来测定砌筑砂样品的水分含量。然而，通常将风干砂或砾石加入到混合物中，并且在制备样品时约90％的SSD水分与水结合。
实施例中使用的膨胀剂是来自Premier Magnesia的PreVent G。PreVent G是轻烧氧化镁(MgO)。
来自Duda Diesel的碳酸钙(CC)用作功能性填料，颗粒通过325目筛。
氯化锂由AFG Bioscience制造且碳酸锂来自Inoxia有限公司。两种锂化合物均用作促凝剂。
由BASF制造的Melflux 2651F用作粉末状超增塑剂。它是基于聚羧酸酯醚共聚物。
来自Fritz-Pak公司的Air Minus(呈粉末形式)用作消泡剂。
用于样品制备的合成纤维包括来自西卡瑞典公司的6mm Crackstop聚丙烯纤维。
关于样品制备和测量的一般说明
对于混凝土样品，除粗骨料外的所有干成分均在20L K-Lab强力混合机(宾夕法尼亚州克尔彻工业公司)中以250rpm混合3分钟。然后加入水并继续混合3分钟。最后，加入粗骨料并以低速，诸如100rpm混合3分钟。根据ASTM C143测定新拌混凝土的坍落度或坍落扩展度。将新拌混凝土倒入3”×6”圆柱形模具中并在振动台上振动3分钟以去除夹带的气泡。将装满新拌混凝土的模具盖上盖子并在室温(RT)(约20℃至25℃)下固化。将一些圆柱形样品放在装满水的容器中，盖紧盖子，且然后将整个装置移至烘箱中以在特定高温(例如，35℃、60℃和75℃)下固化16至24小时。典型的批量大小为16kg。
对于砂浆样品制备，例如SLM，将包括CFA、风干的或SSD沙子、功能性填料、超增塑剂粉末、膨胀剂、促进剂、纤维和消泡剂(如果有的话)的所有干成分在7-QT行星式混合机中以中等速度混合3分钟。然后加入水并继续混合另外3分钟。批量大小约为3000至5000克。将新拌糊状物立即转移到容器(直径为7.6cm且高度为40mm)中，随后在振动台上处理约1分钟以去除截留的气泡。根据ASTM C191，使用型号为E004N的Vicatronic自动维卡仪(意大利Matest)(下文称为AutoVicat)，将所提及容器中的新拌砂浆用于初凝时间和终凝时间。将一些新拌砂浆倒入扩展度环(flow ring)(68mm×30mm)中用于扩展度测定。将剩余的糊状物倒入2”×4”的圆柱形塑性模具中。将带有新拌砂浆样品的模具加盖并在室温下固化，直到进行相应的测试。
根据ASTM C39，使用CM-4000-SD压缩机(美国测试马克工业公司)进行抗压强度测试。
以下实施例以其优选实施方案说明本发明的实践。
实施例#1至12
实施例#1至11的砂浆样品是用C类粉煤灰与不同含量的铝酸钙水泥共混制备的。实施例#1至8的C类粉煤灰来自乔治亚州朱丽叶的Scherer发电厂。在实施例#9至11中使用了其他来源的C类粉煤灰。砂浆混合料组合物及测试结果如表2所示。所有样品均使用w/b＝0.32、50％SSD砂和来自Imerys/Kerneos的71铝酸钙水泥制备。
实施例#1至4是不合格的实施例，且它们的唯一目的是用于比较。没有CAC的100％CFA砂浆在25分钟内凝结，28天抗压强度小于6000psi(41.3MPa)(实施例#1)。将CFA与CAC的混合物中的CAC增至至多7.5％(实施例#2和3)，凝结时间增加，但抗压强度小于不含CAC的砂浆混合料。实施例#4是100％CAC砂浆组合物，其在所有固化日均展现出快速凝结(51分钟)和高抗压强度(表2)。
实施例#5至8表明，当在砂浆混合料组合物中将10％至40％CAC与CFA共混时，与现有技术中公开的混合料组合物相比，可以实现性质和性能的显著改善。例如，10％CAC(实施例#5)使凝结时间延长至270分钟，并且在所有固化期，抗压强度均高于不含CAC或CAC至多7.5％的砂浆样品(实施例#1至3，表1)。当CFA与CAC的共混物中的CAC增至30％时(实施例#7)，记录到高达15825psi(109.1MPa)的28天抗压强度，这甚至高于100％CAC砂浆样品的28天强度(实施例#4)。如果100％CAC砂浆样品暴露于超过约27℃的环境温度下，它将经历转化过程，从而导致抗压强度和耐久性显著下降。然而，当CAC小于50％时，CFA与CAC的系统不会发生这样的转化过程。实施例#5至8表明，CFA与CAC的混合物中CAC超过10％使得新拌砂浆或混凝土具有对于实际应用而言长度合理的凝结时间，并且使得制造出抗压强度显著提高的硬化产品。
表2.砂浆混合料组合物及测试结果
TBD＝待测定
实施例#9至11表明，化学组成和物理特性具有一系列变化的C类粉煤灰适用于制造高性能胶凝产品。
实施例#12至17
实施例#12至17说明了多种成分，诸如作为功能性填料的碳酸钙(CC)、作为超增塑剂的PCE、作为促进剂的碳酸锂或氯化锂、作为收缩补偿剂的轻烧氧化镁以及用于抗裂的纤维对具有含20％CAC的混杂型粘合剂混合物的砂浆混合料组合物的性质的影响。这些实施例表明，可以通过掺入适当比例的这些添加剂和外加剂来配制具有理想自流平性质的砂浆混合料。混合料组合物和测试结果如表3所示。在所有实施例中均使用氯化锂作为促进剂，除了实施例#12中改为碳酸锂。
实施例#12具有与实施例#6基本相同的组成，其是参照组合物，具有含20％CAC的CFA与CAC的混合物，但另外包含促进剂，即按CAC的重量计(BWOC)0.015％碳酸锂。在w/b＝0.32时，新拌砂浆不流动并且表现得像泥浆。振动压实在引起流动性方面是有效的。初凝时间从实施例#6中的约5小时大幅减至实施例#12中的约126分钟。固化28天后，抗压强度降至10312psi(71.1MPa)。该实施例表明，碳酸锂在加速混合料组合物的凝结方面是有效的。
表3.具有20％CAC和不同添加剂的砂浆组合物以及新拌和硬化性质
实施例#13和14用于证明基于PCE的超增塑剂粉末在改善新拌砂浆样品的可加工性方面的效率(表3)。在w/b＝0.30、ACC＝0.026％BWOC(氯化锂)且PCE＝0.125％BWOB时，新拌砂浆展现出自流平行为，但其流动性在混合完成后10分钟后丧失(实施例13)，表明PCE的用量不足以维持其流动性。初凝时间为120分钟。当w/b保持在0.30且ACC保持在0.026％时，包含0.25％BWOB PCE产生自流平砂浆(实施例#14)。初凝时间经测定为约158分钟。这些实施例表明，尽管PCE在改善扩展度和可加工性方面极其有效，但它可能会延长新拌砂浆的凝结时间。即使砂浆混合料中存在PCE外加剂，本发明中公开的锂化合物在加速凝结方面也极其有效。重要的是要注意，使用PCE不会显著影响固化过程中强度增加的速度。事实上，实施例#14和15的砂浆样品展现出高早期强度，1天抗压强度超过3000psi(21MPa)，并且28天抗压强度超过12000psi(82.7MPa)。
实施例#15至17分别代表了自流平砂浆混合料组合物，其还掺入了4％BWOB的膨胀剂用于收缩补偿，以及0.75％BWOB的PP纤维(6mm)用于抗裂。所有SLM混合料均含有45.16重量％SSD砂和9.03重量％碳酸钙，其w/b均固定为0.30。轻烧氧化镁(PreVent G)用作膨胀剂。两个变量是作为促进剂的氯化锂和作为超增塑剂的PCE。
当PCE为0.35％BWOB(实施例#15)时，扩展度为216mm，凝结时间仍接近300分钟。将氯化锂从实施例#15中的0.03％BWOC增至0.04％BWOC(实施例#16)，初凝时间略微降至265分钟，并且扩展度略微增至229mm。当氯化锂增至0.08％BWOC且PCE增至0.65％BWOB(实施例#17)时，扩展度降至约200mm，并且初凝时间从实施例#16中的约265分钟大幅减至约92分钟(实施例#17)。表3中的所有这些SLM混合料组合物产生具有约3000psi(20.7MPa)的1天抗压强度、约9000psi(62MPa)的7天抗压强度和超过12000psi(75.8MPa)的28天抗压强度的硬化产品。这些实施例表明，本发明中公开的混合料组合物产生适用于一系列工业应用如工业地坪的高早强、高性能的自流平砂浆。
实施例#18至19
实施例#2至19采用71铝酸钙水泥，其含有约70％Al2O3。实施例#18使用来自Calucem的Luminite SG4，并且实施例#19使用来自Imerys/Kerneos的Ciment Fondu来制备自流平砂浆。Luminite SG4和Ciment Fondu铝酸钙水泥含有约40重量％Al2O3，而71含有约71重量％Al2O3。两个实施例都具有相同的混合料组合物，其含有45.16重量％的SSD砂作为细骨料(FA)和9.03重量％的碳酸钙作为功能性填料。w/b比固定为0.30；PCE为0.75％BWOB；氯化锂为0.08％BWOC；消泡剂(来自Fritz-Pak公司的Air Minus(呈粉末形式))为0.125％BWOB；且轻烧氧化镁为4％BWOB。表4总结了砂浆混合料组合物和测试结果。实施例表明，具有低Al2O3铝酸钙水泥的混合料组合物能够产生与具有高Al2O3铝酸钙水泥诸如/>71的混合料组合物具有可比性能的硬化SLM。
表4.具有20％CAC的自流平砂浆组合物、新拌和硬化性质
实施例#20至26
实施例#20至26代表自流平砂浆混合料组合物，其包含碳酸钙粉作为功能性填料、轻烧氧化镁作为膨胀剂、PCE粉末作为超增塑剂和氯化锂作为促凝剂。此外，混合料组合物还掺入了消泡剂。所有SLM混合料均含有45.16重量％SSD砂和9.03重量％碳酸钙，w/b固定为0.32。这些实施例表明，涉及多种添加剂的适当配比将产生用于工业地坪应用的高性能自流平砂浆，初凝时间为30分钟和180分钟，并且扩展度超过220mm。实施例#19至26的混合料组合物和测试结果如表5所示。表中的所有实施例均使用了71铝酸钙水泥。
表5.高性能自流平砂浆组合物以及新拌和硬化性质
实施例#20使用4％BWOB轻烧氧化镁作为膨胀剂。氯化锂为0.15％BWOC，导致初凝时间约为80分钟，并且扩展度为225mm。当氯化锂减至0.125％BWOC，PCE增至0.80％BWOB，氧化镁增至6％BWOB(实施例21)时，凝结时间延长到159分钟，并且扩展度增至250mm。显然，凝结时间和扩展度都对促进剂氯化锂的用量相当敏感。实施例#22和23表明，可开发出新拌SLM，其初凝时间短至约35分钟，并且早期强度和最终强度不受影响，例如，1天抗压强度仍然超过3000psi(20.7MPa)，并且28天抗压强度超过11500psi(79.3MPa)。当氧化镁为4％BOWB，氯化锂为0.135％BWOC且PCE为1.15％BWOB(实施例#24)时，获得了具有用于工业地坪应用所需性质，诸如凝结时间为93分钟，扩展度为241mm，并且高早期强度和最终强度的自流平砂浆。1天后，抗压强度高达3620psi(25.0MPa)，并且固化28天后，抗压强度高达12838psi(88.5MPa)。实施例#25使用与实施例#24几乎相同的配方，不同之处在于氯化锂含量降至0.125％BWOC。初凝时间延长至114分钟。立即倾倒后扩展度为248m，且向干混合物中加入水后30分钟，扩展度降至191mm。这表明，新拌自流平砂浆可以在超过30分钟的时间内保持其流动性。
在之前的实施例中，新拌砂浆样品中经常存在气泡，并且这些气泡在流动过程中缓慢消散。为了更有效地去除气泡，表5中所有实施例的SLM混合料中均包含0.25％BWOB的粉末状消泡剂(来自Fritz-Pak公司的Air Minus)。在表5中的大多数实施例中，新拌砂浆中夹带的气泡在流动过程中要少得多且更容易消散，表明粉末状消泡剂在去除夹带的气泡方面非常有效。
实施例#26和32
实施例#26至32代表在混杂型CFA和CAC粘合剂混合物中CAC在20％至30％范围内的高性能混凝土混合料。实施例#26至28使用来自美国乔治亚州Scherer发电厂的C类粉煤灰，并且实施例#29至31使用来自美国伊利诺伊州Joppa发电厂的C类粉煤灰。混凝土混合料组合物及测试结果如表6所示。表6中的所有混凝土混合料均使用1.15的粗骨料与细骨料质量比(CA:FA)。表中的所有实施例均使用了71铝酸钙水泥。
在没有任何添加剂的情况下，混凝土混合料在室温下固化28天后产生9309psi(64.2MPa)的抗压强度(实施例#26)。使用较高的w/b比(0.30)以实现11”的坍落度。使用如超增塑剂(PCE)、功能性填料(碳酸钙)和膨胀剂(轻烧氧化镁)等添加剂，新拌混凝土展现出接近自密实的性质，坍落度为11”，但w/b比降至0.275(实施例#27)。在室温下固化28天后，抗压强度为8518psi(58.7MPa)。当样品在50℃下固化16小时时，抗压强度为5925psi(40.9MPa)。样品在室温下连续固化，28天后抗压强度为10143psi(69.9MPa)(实施例#27)。当w/b从实施例#27中的0.275降至实施例#28中的0.26时，在室温下固化7天后，抗压强度为8280psi(57.1MPa)，并且固化28天后，抗压强度为12489psi(86.1MPa)。当样品在60℃下固化16小时时，抗压强度高达7737psi(53.3MPa)(实施例#28)。样品继续在室温下固化。28天后，抗压强度为9208psi(63.5MPa)。当样品在70℃下固化16小时时，抗压强度高达8178psi(53.5MPa)(实施例#28)。28天后，抗压强度为10304psi(71.0MPa)。这些实施例表明，通过联合使用超增塑剂和功能性填料可以实现自密实性质。高温固化产生高早强产品，例如，在70℃下固化16小时后早期强度超过8000psi(55.2MPa)。
实施例#29至#32使用来自美国伊利诺伊州Joppa发电厂的C类粉煤灰。这些实施例的目的是说明混杂型粘合剂混合物中铝酸钙水泥的含量对硬化混凝土产品的早期强度和最终强度的影响。混凝土混合料包含5重量％的碳酸钙作为填料和4％BWOB的轻烧氧化镁作为膨胀剂。当w/b比为0.26、PCE为0.50％BWOB且CAC为20％时(实施例#29)，坍落度约为7”。在室温下固化1天后，抗压强度为2879psi(19.9MPa)，并且固化28天后增至12132psi(83.6MPa)。在60℃下固化24小时后，抗压强度高达9126psi(62.9MPa)。在室温下再固化27天后，抗压强度为10769psi(74.2MPa)。当w/b略微降至0.25，PCE增至0.85％BWOB，并且混杂型粘合剂混合物中的CAC增至25％时(实施例#30)，坍落度增至91/2”。在室温下固化1天后，抗压强度增至3273psi(22.6MPa)，固化28天后，抗压强度增至13213psi(91.1MPa)。在60℃下固化24小时后，抗压强度高达10123psi(62.9MPa)。当CFA与CAC的混合物中的CAC进一步增至30％，而PCE和w/b保持不变时(实施例#31)，坍落度约为11”，接近自密实。在室温下固化1天后，抗压强度高达4307psi(29.7MPa)，并且7天后，抗压强度增至10228psi(70.5MPa)。固化28天后，抗压强度变为12759psi(88.0MPa)。当混凝土样品在60℃下固化24小时时，抗压强度为9971psi(68.7MPa)，并且在室温下再固化27天后，抗压强度变为11704psi(80.7MPa)。这些实施例表明，通过联合使用超增塑剂和功能性填料可以实现自密实性质。增加混杂型粘合剂外加剂中的CAC将提高混凝土产品的早期强度和最终强度。高温固化可使抗压强度快速增长。例如，当混凝土样品在60℃下固化24小时时，可以达到高达超过10000psi(68.9MPa)的抗压强度。当w/b从实施例#31中的0.25进一步降至实施例#32中的0.20时，坍落度仍超过9”。在室温下固化24小时后，抗压强度为7777psi(53.6MPa)。固化7天后，抗压强度几乎翻倍，达到14022psi(96.7MPa)。实施例#32表明，通过引入超增塑剂和作为功能性填料的碳酸钙，可以实现w/b的显著降低。降低的w/b在提高硬化混凝土产品的抗压强度方面发挥重要作用。
表6.高性能混凝土混合料组合物及测试结
已经详细描述了本公开的许多实施方案，显然，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，修改和变化是可能的。此外，应理解，本公开中的所有实施例尽管说明了本发明的许多实施方案，但作为非限制性实施例提供，且因此不应被视为限制如此说明的各个方面。
参考文献
以下参考文献在上文中提及并通过引用并入本文：
1.C.Roskos,D.Cross,M.Berry,J.Stephens,Identification and verificationof self-cementing fly ash binders for'Green'concrete(2011World of Coal Ash(WOCA)Conference,May 9-12,2011in Denver,CO,USA)
本申请中引用的所有文件、专利、期刊文章和其他材料均通过引用并入本文。
尽管已经参考某些实施方案公开了本公开，但在不脱离如所附权利要求书所限定的本公开的领域和范围的情况下，对所描述的实施方案的诸多修改、变化和改变是可能的。因此，本公开旨在不限于所描述的实施方案，而是具有由所附权利要求书的措辞以及其等效内容所限定的全部范围。

Claims (51)

1.高性能混凝土组合物，其包含：
(i)至少一种C类粉煤灰，
(ii)至少一种铝酸钙水泥，
(iii)至少一种骨料；以及
(iv)水。
2.如权利要求1所述的混凝土组合物，其中所述至少一种C类粉煤灰含有至少20重量％的CaO和至多10重量％且优选地小于或等于5重量％的SO3。
3.如权利要求1所述的混凝土组合物，其中所述至少一种铝酸钙水泥包含约30重量％至约80重量％的Al2O3和约15重量％至约45重量％的CaO，其中所述至少一种铝酸钙水泥是结晶的或无定形的或其组合，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种铝酸钙水泥占约10％至约50％。
4.如权利要求1所述的混凝土组合物，其中水与组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的质量比在约0.15至约0.55范围内，且优选地在约0.25至约0.40范围内。
5.如权利要求1所述的混凝土组合物，其中所述至少一种骨料包括细骨料和粗骨料，并且其中组合的细骨料和粗骨料占混凝土混合料的约40重量％至约85重量％，且优选地约60重量％至约80重量％，并且其中至少一种骨料为常重的或轻质的或两者。
6.如权利要求1所述的混凝土组合物，其中所述高性能混凝土混合料组合物还包含呈液体或粉末形式的超增塑剂、促凝剂、功能性填料、膨胀剂、粘度控制剂、消泡剂、减缩剂、防水剂或憎水剂、液体有机聚合物或可再分散聚合物粉末、加气剂、着色剂以及抗裂和/或增强的纤维。
7.如权利要求1所述的混凝土组合物，其中新拌混凝土具有约30分钟至约12小时的室温凝结时间，并且其中硬化产品具有在约6000psi(41.4MPa)至约14000psi(96.5MPa)范围内的28天抗压强度与约0℃至约90℃的凝结温度。
8.高性能自密实混凝土组合物，其包含：
(i)至少一种C类粉煤灰，
(ii)至少一种铝酸钙水泥，
(iii)至少一种超增塑剂，
(iv)至少一种骨料；以及
(v)水。
9.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述至少一种C类粉煤灰含有至少20重量％的CaO和至多10重量％且优选地小于或等于5重量％的SO3。
10.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述至少一种铝酸钙水泥包含约30重量％至约80重量％的Al2O3和约15重量％至约45重量％的CaO，其中所述至少一种铝酸钙水泥是结晶的或无定形的或其组合，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，铝酸钙水泥占约10％至约50％。
11.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中水与组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的质量比在约0.15至约0.55范围内，且优选地在约0.20至约0.40范围内。
12.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述至少一种骨料包括细骨料和粗骨料，并且其中组合的细骨料和粗骨料占混凝土混合料的约40重量％至约85重量％，并且其中至少一种骨料为常重的或轻质的或两者。
13.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述至少一种超增塑剂选自下组：聚羧酸酯醚共聚物、硫酸三聚氰胺甲醛、木质素磺酸盐和磺化萘甲醛，并且其中所述超增塑剂为液体或粉末形式，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种超增塑剂包括约0.01％至约5％且优选地约0.25％至约1.5％的超增塑固体。
14.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述自密实混凝土混合料组合物还包含至少一种膨胀剂，其中所述膨胀剂选自下组：轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述膨胀剂占至多约15％且优选地约4％至约8％。
15.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述自密实混凝土混合料组合物还包含至少一种功能性填料，其中功能性填料选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中所述至少一种功能性填料占混凝土混合料的至多20重量％，且优选地约2重量％至约10重量％。
16.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中所述自密实混凝土组合物还包含促凝剂、粘度控制剂、消泡剂、减缩剂、防水剂或憎水剂、液体有机聚合物或可再分散聚合物粉末、加气剂、着色剂以及抗裂和/或增强的纤维。
17.如权利要求8所述的混凝土组合物，其中自密实混凝土具有至少455mm的坍落扩展度、约30分钟至约12小时的初凝时间、以及约6000psi(41.4MPa)至约14000psi(96.5MPa)的28天抗压强度与约0℃至约90℃的凝结温度。
18.高性能自流平砂浆组合物，其包含：
(i)至少一种C类粉煤灰，
(ii)至少一种铝酸钙水泥，
(iii)至少一种超增塑剂，
(iv)至少一种细骨料；以及
(vi)水。
19.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述至少一种C类粉煤灰含有至少20重量％的CaO和至多10重量％且优选地小于或等于5重量％的SO3。
20.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述至少一种铝酸钙水泥包含约30重量％至约80重量％的Al2O3和约15重量％至约45重量％的CaO，其中所述至少一种铝酸钙水泥是结晶的或无定形的或其组合，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种铝酸钙水泥占约10％至约50％。
21.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中水与组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的质量比在约0.15至约0.55范围内，且优选地在约0.20至约0.40范围内。
22.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述细骨料具有小于或等于4.75mm的最大粒度，并且其中所述细骨料占所述自流平砂浆混合料的约30重量％至约70重量％，且优选地约35重量％至约50重量％，并且其中至少一种骨料为常重的或轻质的或两者。
23.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述至少一种超增塑剂选自下组：聚羧酸酯醚共聚物、硫酸三聚氰胺甲醛、木质素磺酸盐和磺化萘甲醛，并且其中所述超增塑剂为液体或粉末形式，其包括按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计约0.01％至约5％且优选地约0.25％至约1.5％的超增塑固体，而优选的超增塑剂是呈粉末或含水形式的基于PCE的超增塑剂。
24.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述高性能自流平砂浆混合料组合物还包含至少一种膨胀剂，而所述膨胀剂选自下组：轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述膨胀剂占至多约15％且优选地约4％至约8％。
25.如权利要求24所述的砂浆组合物，其中所述至少一种膨胀剂包括轻烧氧化镁。
26.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述自流平砂浆混合料组合物还包含至少一种促进剂，其选自下组：氯化锂、碳酸锂和硫酸锂、柠檬酸锂、碱金属碳酸盐、碱金属柠檬酸盐、甲酸钙、乙酸钙、硬脂酸钙、氯化钙、硝酸钙、无水石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥，并且按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种促进剂占约0.01％至约10％。
27.如权利要求26所述的砂浆组合物，其中至少一种促进剂选自锂化合物的组，而按铝酸钙水泥的重量计，锂化合物占约0.01％至约0.5％，且优选地约0.05％至约0.15％，而锂化合物选自硫酸锂、氯化锂、碳酸锂和柠檬酸锂。
28.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述自流平砂浆混合料组合物还包含通过至少200目筛的至少一种功能性填料，其选自下组：石灰石粉、碳酸钙粉；研磨二氧化硅、火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中所述至少一种功能性填料占所述自流平砂浆混合料的至多20重量％，且优选地约5重量％至约15重量％。
29.如权利要求28所述的砂浆组合物，其中所述至少一种功能性填料是碳酸钙或石灰石粉。
30.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述自流平砂浆混合料组合物还包含至少一种聚合物乳胶、水溶性聚合物或可再分散聚合物或其组合，其中至少一种聚合物乳胶选自下组：纯丙烯酸系物、苯乙烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、苯乙烯丙烯酸系物、乙烯基丙烯酸系物或丙烯酸化乙烯乙酸乙烯酯共聚物，其中至少一种水溶性聚合物选自下组：纤维素衍生物、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，其中至少一种可再分散聚合物选自下组：聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯乙烯和聚乙酸乙烯酯叔碳酸乙烯酯，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，聚合物固体占至多20％，且优选地约4％至约12％。
31.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述自流平砂浆混合料组合物还包含至少一种消泡剂，其中所述至少一种消泡剂选自：聚环氧乙烷、聚醚胺、聚乙二醇、聚丙二醇、烷氧基化物、磷酸三丁酯、聚丙烯酸烷基酯、硅烷、硅酮、聚硅氧烷、聚醚硅氧烷、矿物油和疏水性二氧化硅，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，呈固体状的至少一种消泡剂占至多2.5％，优选地约0.05％至约1.0％。
32.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中所述自流平砂浆混合料组合物还包含粘度控制剂、减缩剂、防水剂或憎水剂、加气剂、着色剂或颜料、以及抗裂或增强的纤维。
33.如权利要求18所述的砂浆组合物，其中高性能自流平砂浆具有至少200mm的扩展度、约30分钟至约12小时的初凝时间、1000psi(6.9MPa)至4000psi(27.6MPa)的1天抗压强度、6000psi(41.4MPa)至10000psi(69.0MPa)的7天抗压强度、以及在约8000psi(55.2MPa)至约16000psi(110.2MPa)范围内的28天抗压强度和约0℃至约90℃的凝结温度。
34.用于高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物，其包含：
(i)至少一种C类粉煤灰，
(ii)至少一种铝酸钙水泥，
(iii)至少一种细骨料，
(iv)至少一种粉末状超增塑剂，
(v)至少一种促进剂，
(vi)至少一种膨胀剂，
(vii)至少一种功能性填料；以及
(viii)至少一种粉末状消泡剂。
35.如权利要求34所述的混合物组合物，其中所述至少一种C类粉煤灰含有至少20重量％的CaO和至多10重量％、更优选地小于或等于5重量％的SO3。
36.如权利要求34所述的混合物组合物，其中所述至少一种铝酸钙水泥包含约30重量％至约80重量％的Al2O3和约15重量％至约45重量％的CaO，其中所述至少一种铝酸钙水泥是结晶的或无定形的或其组合，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，铝酸钙水泥占约10％至约50％。
37.如权利要求34所述的混合物组合物，其中所述至少一种细骨料包括小于或等于4.75mm的最大粒度，其中所述至少一种细骨料是烘干的，并且其中所述至少一种细骨料占干混合物的约35重量％至约60重量％，其中至少一种骨料为常重的或轻质的或两者。
38.如权利要求34所述的混合物组合物，其中所述至少一种粉末状超增塑剂选自下组：聚羧酸酯醚共聚物、硫酸三聚氰胺甲醛、木质素磺酸盐和磺化萘甲醛，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述超增塑剂占约0.01％至约5％，优选地约0.25％至约1.5％。
39.如权利要求37所述的混合物组合物，其中所述至少一种粉末状超增塑剂是聚羧酸酯醚共聚物。
40.如权利要求34所述的混合物组合物，其中所述至少一种促进剂选自下组：氯化锂、碳酸锂和硫酸锂、柠檬酸锂、碱金属碳酸盐、碱金属柠檬酸盐、甲酸钙、乙酸钙、硬脂酸钙、氯化钙、硝酸钙、无水石膏、半水石膏和硫铝酸钙水泥，并且按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种促进剂占约0.01％至约10％。
41.如权利要求40所述的混合物组合物，其中至少一种促进剂选自锂化合物的组，而按铝酸钙水泥的重量计，锂化合物占约0.01％至约0.5％，且优选地约0.05％至约0.15％。
42.如权利要求34所述的混合物组合物，其中至少一种膨胀剂包括轻烧氧化镁、氧化钙、无水石膏、半水石膏、硫铝酸钙水泥或其组合，而按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述膨胀剂占1％至约15％，且优选地约4％至约8％。
43.如权利要求42所述的混合物组合物，其中所述至少一种膨胀剂包括轻烧氧化镁。
44.如权利要求34所述的混合物组合物，其中至少一种功能性填料包括石灰石粉、碳酸钙；研磨二氧化硅、火山灰、超细粉煤灰、超细高炉矿渣、细磨沸石和硅粉，并且其中所述至少一种功能性填料通过200目筛(50μm)，其中所述至少一种功能性填料占用于自流平砂浆应用的干混合物的约2重量％至约20重量％。
45.如权利要求44所述的混合物组合物，其中至少一种功能性填料是碳酸钙或石灰石粉。
46.如权利要求34所述的混合物组合物，其中至少一种粉末状消泡剂包括聚环氧乙烷、聚醚胺、聚乙二醇、聚丙二醇、烷氧基化物、磷酸三丁酯、聚丙烯酸烷基酯、硅烷、硅酮、聚硅氧烷、聚醚硅氧烷、矿物油和疏水性二氧化硅，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，至少一种消泡剂占至多1.5％，且优选地约0.05％至约1.0％。
47.如权利要求34所述的混合物组合物，其中用于高性能自流平砂浆的经预先包装的干混合物组合物还包含至少一种水溶性聚合物或至少一个可再分散聚合物或其组合，其中至少一种水溶性聚合物包括纤维素衍生物、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，并且其中至少一种可再分散聚合物包括聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯乙烯和聚乙酸乙烯酯叔碳酸乙烯酯，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，聚合物固体占至多20％，且优选地约4％至约12％。
48.如权利要求34所述的混合物组合物，其中用于高性能自流平砂浆应用的所述经预先包装的干混合物组合物还包含至少一种粉末状流变控制剂，其选自下组：琥珀酰聚糖、迪特胶、黄原胶、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、碱溶胀型聚合物和丙烯酸系物/丙烯酰胺共聚物，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种粉末状流变控制剂占至多10％，且优选地约0.5％至约5％。
49.如权利要求34所述的混合物组合物，其中用于高性能自流平砂浆应用的经预先包装的干混合物组合物还包含至少一种用于裂缝控制的纤维，所述用于裂缝控制的纤维选自纤维素纤维、聚乙烯醇纤维、尼龙纤维和聚丙烯、以及耐碱玻璃纤维，并且其中按组合的粉煤灰和铝酸钙水泥的重量计，所述至少一种纤维占至多5％。
50.如权利要求34所述的混合物组合物，其中所述经预先包装的干混合物与水混合以现场制造高性能自流平砂浆，并且其中所述经预先包装的干混合物是以约0.15至约0.55且优选地约0.25至约0.40的水与组合的粉煤灰和铝酸钙的质量比与水混合。
51.如权利要求34所述的混合物组合物，其中由所述干混合物组合物制成的高性能自流平砂浆具有至少200mm的扩展度、约30分钟至约12小时的初凝时间、1000psi(6.9MPa)至4000psi(27.6MPa)的1天抗压强度、6000psi(41.4MPa)至10000psi(69.0MPa)的7天抗压强度、以及在约8000psi(55.2MPa)至约16000psi(110.2MPa)范围内的28天抗压强度和约0℃至约90℃的凝结温度。
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