DE69632311T2 - Flugasche enthaltendes zementmaterial - Google Patents
Flugasche enthaltendes zementmaterial Download PDFInfo
- Publication number
- DE69632311T2 DE69632311T2 DE1996632311 DE69632311T DE69632311T2 DE 69632311 T2 DE69632311 T2 DE 69632311T2 DE 1996632311 DE1996632311 DE 1996632311 DE 69632311 T DE69632311 T DE 69632311T DE 69632311 T2 DE69632311 T2 DE 69632311T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- binder
- cement
- cafa
- alkali
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 138
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims abstract description 39
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 60
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 34
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 23
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims description 19
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 17
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 claims 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 claims 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 claims 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 abstract description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 2
- 102000003817 Fos-related antigen 1 Human genes 0.000 abstract 2
- 108090000123 Fos-related antigen 1 Proteins 0.000 abstract 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 229910052915 alkaline earth metal silicate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 241001422926 Mayetiola hordei Species 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000009435 building construction Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000009998 heat setting Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 101150101567 pat-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B12/00—Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
- C04B12/04—Alkali metal or ammonium silicate cements ; Alkyl silicate cements; Silica sol cements; Soluble silicate cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
- C04B28/26—Silicates of the alkali metals
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S106/00—Compositions: coating or plastic
- Y10S106/01—Fly ash
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft im allgemeinen Zementmaterialien. Insbesondere betrifft die Erfindung chemisch aktivierte Flugaschezementmaterialien.
- Hintergrund der Erfindung
- Portlandzementbeton ist, obgleich er im Hochbau brauchbar ist, in seiner Anwendung aufgrund seiner langen Härtungszeit zur Erzielung einer hohen Druckfestigkeit beschränkt. Chemische Zusätze, wie Superweichmacher und Härtungsbeschleuniger, die Portlandzement zugegeben werden, erzeugen eine hohe frühe Druckfestigkeit, sind jedoch teuer.
- Flugasche, die auf die Mülldeponie gelangt oder in Oberflächenansammlungen gelagert wird, stellt Umweltprobleme dar, die mit der möglichen Boden- und Grundwasserverunreinigung zusammenhängen. Es wurde im Stand der Technik versucht, diese Probleme anzugehen, indem als Mittel zur Beseitigung von Flugasche während der Herstellung von Beton, Flugasche Portlandzement beigemischt wird.
- P. Kumar Mehta et al., Concrete Structure, Properties and Materials, Seiten 269–271, (1986) lehrt, daß Flugasche mit Portlandzement gemischt werden kann, um die Festigkeit und chemische Beständigkeit von Portlandzementbeton zu verbessern. Das Mischen von Flugaschen, wie Flugasche der Klasse F und der Klasse C, mit Portlandzement hat jedoch nur begrenzte Akzeptanz gefunden, da die niedrige pozzuolartige Reaktivität von Flugasche dazu neigt, die Abbindungszeit von Portlandzementbeton zu erhöhen.
- Die Abbindungszeit von Mischungen aus Flugasche und Portlandzement kann jedoch durch Alkalisilicate verkürzt werden. Beispielsweise gibt Talling, B., "Effect of Curing Conditions on Alkali Activated Slags", Fly Ash, Silica Fume, Slag, and Natural Pozzolans in Concrete, herausgegeben von V. M. Malhotra, Seiten 1485–1500, (1989), an, daß Natriumsilicat die Geschwindigkeit der Entwicklung der Festigkeit bei Hochofenschlacke erhöht.
- J. Wastiels et al. "Mineral Polymer Based on Fly Ash", Proceedings of the 9th International Conference on Solid Waste Management, Widener University, Philadelphia, PA (1993), zeigt das Mischen von Flugasche und wässerigem Natriumsilicat, wobei das Verhältnis von SiO2 : Na2O in der Silicatlösung mindestens etwa 0,80 : 1 beträgt. Obgleich diese Zusammensetzungen wärmegehärtet werden können, härten sie aufgrund des Bedarfs an sehr großen Mengen der wässerigen Natriumsilicatlösungen, die sehr hohe SiO2 : Na2O Verhältnisse haben, langsam aus.
- WO-A-92/22514 offenbart eine Zementbindemittelmischung, die beträchtliche Mengen (bis zu 95%) Flugasche enthalten kann. Die Flugasche wird mit einer Bindemittelmischung gemischt, die Eisenoxid, ein Silicat, das ein Natriumsilicat sein kann, und ein Alkalihydroxid enthält, das ein Natriumhydroxid sein kann. Es wird kein Verhältnis von SiO2 : M2O in der Bindemittelmischung angegeben. Die Druckfestigkeit der aus dieser Mischung gebildeten Teile ist nicht höher als etwa 44 MPa.
- US-A-4642137 beschreibt ein Mineralbindemittel zur Verwendung zusammen mit Portlandzement. Das Bindemittel wird aus sechs unterschiedlichen wesentlichen Komponenten hergestellt, nämlich Metakaolin, Schlacke, einem weiteren Material, das Flugasche sein oder umfassen kann, Siliciumdioxiddampf (amorphem Siliciumdioxid) und Kaliumsilicat und Kaliumhydroxid. Die Verwendung der amorphen Siliciumdioxidkompo nente wird als das wichtigste Merkmal erachtet und kein spezifisches Verhältnis von SiO2 : M2O ist offenbart.
- Deshalb besteht weiterhin ein Bedarf an Zementmaterialien, die schnell eine hohe Druckfestigkeit in verkürzten Zeiträumen erreichen können.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Erfindung stellt schnell härtende, hochfeste Zementmischungen, die Flugasche und Alkalisilicatbindemittel umfassen, nachstehend als CAFA Bindemittelmischung bezeichnet, in Übereinstimmung mit Anspruch 1 zur Verfügung.
- Die CAFA-Bindemittelmischungen können mit feinen Zuschlagstoffen gemischt werden, um CAFA-Mörtelmischungen zur Verfügung zu stellen. Die CAFA-Mörtelmischungen können mit groben Zuschlagstoffen, wahlweise mit Fasern, zur Schaffung von CAFA-Betonmischungen kombiniert werden. Jede der CAFA-Bindemittel-, Mörtel- und Betonmischungen kann bei erhöhten Temperaturen von etwa 40°C bis etwa 120°C gehärtet werden, um hochfeste Produkte zu ergeben.
- Nachdem die Erfindung kurz zusammengefaßt wurde, wird die Erfindung nun detailliert unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die nichtbeschränkenden Beispiele beschrieben. Wenn nichts anderes angegeben ist, sind alle Prozentsätze Gewichtsprozentsätze und alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die vorstehende Zusammensetzung sowie die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung wird besser verstanden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung werden in den Zeichnungen Ausführungsformen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt werden. Es ist jedoch zu beachten, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten, genauen Anordnungen und Mittel beschränkt ist.
-
1 zeigt die Druckfestigkeit der erfindungsgemäßen CAFA-Betonmischungen mit Bezug auf die Druckfestigkeit, die von Portlandzementbeton von Typ III, der bei 55°C wärmegehärtet wurde, erzielt wird. -
2 zeigt die Beziehung zwischen der kombinierten Menge von Natriumsilicatlösungen und Natriumhydroxidlösungen in gehärteten CAFA-Mörtelmischungen und der Druckfestigkeit. -
3 zeigt die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt von Flugasche und der Druckfestigkeit für CAFA-Mörtelmischungen, die bei 80°C wärmegehärtet wurden. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Die Erfindung schafft neue Zementmaterialien, die Flugasche, gemischt mit Alkalisilicatbindemittel, umfassen. Die sich ergebende CAFA-Bindemittelmischung kann allein verwendet werden. Alternativ kann die CAFA-Bindemittelmischung mit feinen Zuschlagstoffen zur Schaffung von CAFA-Mörtelmischungen gemischt werden. In ähnlicher Weise können die CAFA-Mörtelmischungen allein verwendet werden oder des weiteren mit groben Zuschlagstoffen sowie wahlweise mit Fasern gemischt werden, um CAFA-Betonmischungen zu schaffen. Die CAFA-Bindemittelmischungen sowie die CAFA-Mörtelmischungen und die CAFA-Betonmischungen werden nachstehend insgesamt als CAFA-Zusammensetzungen bezeichnet.
- Bei den erfindungsgemäßen CAFA-Zusammensetzungen wird Flugasche mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, d. h. Flugasche der Klasse F verwendet, die weniger als etwa 6% Kohlenstoff enthält. Flugasche der Klasse F ist wie in ASTM C-618 definiert. Flugasche der Klasse F kann aus der Verbrennung von Steinkohle und Anthrazitkohle erhalten werden.
- Typischerweise kann Flugasche der Klasse F in CAFA-Bindemittelmischungen in Mengen von etwa 10% bis etwa 90% vorhanden sein. Vorzugsweise ist die Flugasche der Klasse F in einer Menge von etwa 60 bis etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der CAFA-Bindemittelmischung, vorhanden. Typischerweise weisen etwa 90% der Flugasche der Klasse F eine Teilchengröße mit einer größeren Teilchenabmessung von weniger als etwa 100 μm auf.
- Das bei den CAFA-Bindemittelmischungen verwendete Alkalisilicatbindemittel ist eine Mischung einer Alkalisilicatkomponente und einer Alkalihydroxidkomponente. Die Alkalisilicatkomponente umfaßt vorzugsweise Natriumsilicat.
- Die Alkalisilicatkomponente wird typischerweise in der Form einer wässerigen Lösung verwendet. Die Alkalisilicatkomponente umfaßt vorzugsweise etwa 38% bis etwa 55%, stärker bevorzugt etwa 38% bis etwa 39% Alkalisilicatfeststoffe und etwa 45% bis etwa 62%, stärker bevorzugt etwa 61% bis etwa 62% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Lösung. Im Handel erhältliche Natriumsilicatlösungen, die ein SiO2 : Na2O Verhältnis von etwa 2 : 1 bis etwa 3,22 : 1 aufweisen, können als Alkalisilicatkomponente verwendet werden. Natriumsilicatlösungen mit einem Verhältnis von SiO2 : Na2O innerhalb dieses Bereichs sind von der PQ Corporation, Valley Forge, PA, erhältlich.
- Die Alkalihydroxidkomponente umfaßt vorzugsweise Natriumhydroxid. Die Alkalihydroxidkomponente kann etwa 25% bis etwa 100%, vorzugsweise etwa 25% bis etwa 75% Natriumhydroxid und bis etwa 75%, vorzugsweise etwa 25% bis etwa 75% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Natriumhydroxidkomponente, umfassen.
- Das Alkalisilicatbindemittel wird vorzugsweise aus etwa 25% bis etwa 75% der Alkalisilicatkomponente und etwa 25% bis etwa 75% der Alkalihydroxidkomponente, bezogen auf das Gewicht des Alkalisilicatbindemittels, gebildet. Die relativen Menge jeder Komponente kann variiert werden, so lange das Alkalisilicatbindemittel ein SiO2 : Na2O Gewichtsverhältnis von etwa 0,20 : 1 bis etwa 0,75 : 1 aufweist. Das Alkalisilicatbindemittel weist vorzugsweise überwiegend monomere Silicationen in Lösung auf. Das Alkalisilicatbindemittel besitzt typischerweise einen pH von etwa 10 bis etwa 14,6, wobei höhere pH Werte in dem Bereich bevorzugt sind.
- CAFA-Bindemittelmischungen können durch Mischen des Alkalisilicatbindemittels, der Flugasche und wahlweise zusätzlichen Wassers hergestellt werden. Wie nachstehend verwendet, soll zusätzliches Wasser Wasser bedeuten, das einer CAFA-Zusammensetzung zusätzlich zu dem in dem Alkalisilicatbindemittel vorhandenen Wasser zugegeben wird. Besondere Mischverfahren sind nicht erforderlich, um das Alkalisilicatbindemittel, Flugasche und zusätzliches Wasser zu mischen. Die Mengen der Flugasche, des zusätzlichen Wassers, der feinen Zuschlagstoffe und der groben Zuschlagstoffe, der Alkalihydroxidkomponente und der Alkalisilicatkomponente, die zur Herstellung von CAFA-Bindemittelmischungen verwendet werden, CAFA-Mörtelmischungen und CAFA-Betonmischungen sind nachstehend als jeweils auf das Gesamtgewicht dieser Mischungen bezogen ausgedrückt. Des weiteren wird die Menge der Alkalisilicatkomponente, die in diesen Zusammensetzungen enthalten ist, nachstehend als auf die Verwendung einer wässerigen Alkalisilicatkomponente bezogen ausgedrückt, die eine wässerige Alkalisilicatlösung ist, die etwa 38% Natriumsilicatfeststoffe enthält. Die Menge der Alkalihydroxidkomponente in diesen Zusammensetzungen wird nachstehend als auf die Verwendung einer Alkalihydroxidkomponente bezogen ausgedrückt, die eine 50%ige wässerige Alkalihydroxidlösung ist, die etwa 50% NaOH Feststoffe aufweist.
- CAFA-Bindemittelmischungen können, wie vorstehend beschrie ben, mit etwa 1% bis etwa 50%, vorzugsweise etwa 2% bis etwa 20%, stärker bevorzugt etwa 10% bis etwa 15%, der Alkalisilicatkomponente, etwa 2% bis etwa 20%, stärker bevorzugt etwa 10% bis etwa 15%, der Alkalihydroxidkomponente, bis etwa 10%, stärker bevorzugt bis etwa 4% zusätzlichem Wasser und etwa 15% bis etwa 90%, stärker bevorzugt etwa 60% bis etwa 80%, der Flugasche der Klasse F hergestellt werden. Die Prozentsätze dieser Komponenten können jedoch in Übereinstimmung mit dem Feststoffgehalt der Alkalisilicat- und Alkalihydroxidkomponenten variieren.
- Verschiedene Zusätze können der CAFA-Bindemittelmischung einverleibt werden, um für gewünschte ästhetische Eigenschaften sowie für die Verbesserung der Entwicklung der Festigkeit, zu sorgen. Beispiele solcher Zusätze umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Färbemittel wie Farbstoffe. Zusätze, die für die Entwicklung der Festigkeit brauchbar sind, umfassen feine Pulver und wässerige Lösungen von mehrwertigen Verbindungen wie Aluminaten, Ferriten und Calcium. Diese Zusätze sorgen für mehrwertige Metallkationen, die zur Verringerung der Löslichkeit der in der CAFA-Bindemittelmischung vorhandenen Silicatstrukturen dienen, um die Haltbarkeit und Witterungsbeständigkeit zu verbessern. Obgleich gelöschter Kalk und kalkhaltige Produkte in der CAFA-Bindemittelmischung vorhanden sein können, ist ihre Gegenwart nicht erforderlich.
- Portlandzement kann in CAFA-Bindemittelmischungen in Mengen von bis zu etwa 15 Gew.-% der CAFA-Bindemittelmischung enthalten sein. Portlandzement bedeutet im Handel erhältliche Zusammensetzungen eines Materials auf der Basis von Calcium, das durch exotherme Hydration härtet, wobei Wasser mit den Bestandteilen des Zements reagiert. Typische Portlandzementzusammensetzungen umfassen etwa 55% bis etwa 65% CaO, etwa 17% bis etwa 25% SiO2, etwa 5% bis etwa 10% Al2O3, wobei der Rest Fe2O3, Na2O, K2O, Kohlenstoff und unlösliche Materialien ist.
- CAFA-Mörtelmischungen können durch Mischen von CAFA-Bindemittelmischungen mit feinen Zuschlagstoffen hergestellt werden. Feine Zuschlagstoffe besitzen eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,25 mm bis etwa 4 mm und eine Teilchengrößenveränderung innerhalb dieses Bereichs, die ASTM C-33 entspricht. CAFA-Mörtelmischungen können hergestellt werden durch Mischen von etwa 30% bis etwa 99%, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 60% CAFA-Bindemittelmischung und etwa 1% bis etwa 70%, stärker bevorzugt etwa 40% bis etwa 60% feine Zuschlagstoffe. Noch stärker bevorzugt können CAFA-Mörtelmischungen durch Mischen von etwa 45% bis etwa 55% CAFA-Bindemittelmischung und etwa 45% bis etwa 55% feinen Zuschlagstoffen hergestellt werden.
- So können CAFA-Mörtelmischungen gemischt werden, um einen breiten Bereich von Mengen an Flugasche, zusätzlichem Wasser, der Alkalisilicatkomponente, der Alkalihydroxidkomponente und feinen Zuschlagstoffen zu umfassen. CAFA-Mörtelmischungen können mit etwa 15% bis etwa 60%, vorzugsweise etwa 25% bis etwa 50%, stärker bevorzugt etwa 30% bis etwa 50% Flugasche der Klasse F, bis etwa 10%, vorzugsweise bis etwa 5%, stärker bevorzugt bis etwa 3% zusätzlichem Wasser, etwa 1% bis etwa 20%, vorzugsweise etwa 2% bis etwa 10% der Alkalisilicatkomponente, etwa 1% bis etwa 20%, vorzugsweise etwa 2% bis etwa 10% der Alkalihydroxidkomponente und etwa 0,1% bis etwa 60%, vorzugsweise etwa 30% bis etwa 60%, stärker bevorzugt etwa 40% bis etwa 60%, feinen Zuschlagstoffen hergestellt werden. Alle Prozentsätze sind auf das Gesamtgewicht der CAFA-Mörtelmischung bezogen.
- CAFA-Betonmischungen können durch Mischen eines breiten Bereichs von CAFA-Mörtelmischungen, groben Zuschlagstoffen und zusätzlichem Wasser hergestellt werden. Die Menge der groben Zuschlagstoffe in der CAFA-Betonmischung ist ähnlich der Menge der groben Zuschlagstoffe, die bei dem Portlandzementbeton verwendet wird. Brauchbare grobe Zuschlagstoffe umfassen übliche Kiesel und Steine der Größe, die vergleichbar mit derjenigen ist, die bei der Herstellung von Portlandzementbeton verwendet wird. Besonders brauchbare grobe Zuschlagstoffe sind diejenigen, die ASTM C-33 erfüllen.
- CAFA-Betonmischungen können mit etwa 25% bis etwa 99,9%, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 80%, stärker bevorzugt etwa 45% bis etwa 65% CAFA-Mörtelmischung, etwa 0,1 bis etwa 75%, vorzugsweise etwa 20% bis etwa 60%, stärker bevorzugt etwa 35% bis etwa 55% groben Zuschlagstoffen und bis etwa 15%, vorzugsweise bis etwa 10%, stärker bevorzugt bis etwa 5% zusätzlichem Wasser hergestellt werden.
- CAFA-Betonmischungen können so mit einem breiten Bereich der Menge an Flugasche, zusätzlichem Wasser, Alkalisilicatkomponente, Alkalihydroxidkomponente, feinen Zuschlagstoffen und groben Zuschlagstoffen hergestellt werden. CAFA-Betonmischungen können mit etwa 10% bis etwa 90%, vorzugsweise etwa 15% bis etwa 90%, stärker bevorzugt etwa 15% bis etwa 30%, noch stärker bevorzugt etwa 15% bis etwa 25% Flugasche der Klasse F hergestellt werden. Zusätzliches Wasser kann in einer Menge von bis etwa 10%, vorzugsweise etwa 3% verwendet werden. Die bei der CAFA-Bindemittelmischung verwendete Alkalisilicatkomponente kann in einer Menge von etwa 1% bis etwa 20%, vorzugsweise etwa 2% bis etwa 4%, verwendet werden. Die bei der CAFA-Bindemittelmischung verwendete Alkalihydroxidkomponente kann in einer Menge von etwa 1% bis etwa 20%, vorzugsweise etwa 2% bis etwa 4% verwendet werden. Feine Zuschlagstoffe können in einer Menge bis etwa 85%, vorzugsweise etwa 20% bis etwa 70%, stärker bevorzugt etwa 25% bis etwa 35%, verwendet werden. Grobe Zuschlagstoffe können in einer Menge von etwa 1% bis etwa 85%, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 60%, stärker bevorzugt etwa 40% bis etwa 50%, verwendet werden. Alle Prozentsätze sind auf das Gesamtgewicht der CAFA-Betonmischung bezogen.
- Bei der CAFA-Betonmischung können Faserverstärkungen verwen det werden. Brauchbare Faserverstärkungen umfassen Fasern wie Stahl, Glas, Polypropylen, Graphit, Kohlenstoff, Niederdruckpolyethylen wie Spectra® von E. I. DuPont de Nemours & Co., und Aramidfasern wie Kevlar®, auch von E. I. DuPont de Nemours & Co erhältlich. Der Typ der verwendeten Verstärkungsfasern hängt von den in dem endgültigen Betonprodukt gewünschten Eigenschaften ab. Beispielsweise können Stahlfasern verwendet werden, um Betonprodukte mit erhöhter Bruchzähigkeit zu versehen.
- Das Mischen von CAFA-Zusammensetzungen wird durchgeführt, um eine Viskosität zu ergeben, die ausreichend niedrig ist, um die CAFA-Zusammensetzungen zu transportieren und zu gießen, aber hoch genug, um eine Abtrennung der darin enthaltenen Feststoffteilchen zu verhindern. Die Viskosität der CAFA-Zusammensetzungen kann durch Ändern der Menge und des Typs der Flugasche, der Menge der Silicatkomponente und der Alkalihydroxidkomponente in dem Alkalisilicatbindemittel sowie der Temperatur des Alkalisilicatbindemittels gesteuert werden. Beispielsweise verringert das Erhöhen der Menge des Alkalisilicatbindemittels in der CAFA-Bindemittelmischung die Viskosität der CAFA-Bindemittelmischung. Das Erhöhen der Temperatur des Alkalisilicatbindemittels verringert auch die Viskosität der CAFA-Bindemittelmischung.
- Jede der CAFA-Zusammensetzungen kann zu einer Vielzahl von Formen gegossen werden. Während des Gießens können die CAFA-Zusammensetzungen zur Eliminierung von Luftblasen gerüttelt und gestampft werden. Jede der gegossenen CAFA-Zusammensetzungen kann dann wärmegehärtet werden, um Produkte mit überlegender Festigkeit und angenehmen ästhetischen Eigenschaften herzustellen.
- Gegossene CAFA-Zusammensetzungen können an Ort und Stelle mittels Wärmelampen, Isolierdecken und dergleichen sowie mittels Mikrowellenerwärmen gehärtet werden. Wärmehärten der CAFA-Zusammensetzungen wird jedoch typischerweise in einem Ofen bei etwa 40°C bis etwa 120°C, vorzugsweise etwa 50°C bis etwa 100°C, während einer Härtungszeit durchgeführt, die ausreicht, um Produkte mit einer hohen Druckfestigkeit zu ergeben. Wie hier verwendet, wird unter Härtungszeit die Zeit verstanden, die erforderlich ist, um eine Menge Wasser auszutreiben, die ausreicht, um ein selbsttragendes Produkt zu ergeben. Die Härtungszeit beträgt typischerweise etwa 1,5 Stunden bis etwa 60 Stunden. Das Wärmehärten kann bei einem großen Bereich von Drücken, die von etwa 0,3 Atmosphären bis etwa 100 Atmosphären variieren, durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Wärmehärten bei Atmosphärendruck durchgeführt.
- Die gegossenen CAFA-Zusammensetzungen werden nach Wärmehärten bei hohen Temperaturen zur Schaffung einer gehärteten CAFA-Zusammensetzung aus der Form entfernt und vorzugsweise bei Raumtemperatur bei einer relativen Feuchtigkeit von etwa 20% bis etwa 30% während eines Zeitraums von etwa einer Stunde bis etwa 31 Tagen, vorzugsweise etwa einer Stunde bis etwa sieben Tagen, gehalten. Die CAFA-Zusammensetzungen können jedoch bei erhöhten Temperaturen von etwa 40°C bis etwa 120°C wärmegehärtet, aus der Form entfernt und weiter bei weniger hohen Temperaturen von etwa 40°C bis etwa 70°C wärmegehärtet werden. Das weitere Wärmehärten bei weniger hohen Temperaturen kann zum Härten von Dichtungsmassen oder einer anderen Oberflächenbehandlung brauchbar sein, die auf die gehärtete CAFA-Zusammensetzung aufgebracht wurde(n).
- Die gehärteten CAFA-Zusammensetzungen der Erfindung, wie mittels Röntgenstrahlbeugung identifiziert, unterscheiden sich von nichtumgesetzter Flugasche. Während die Anmelder nicht durch irgendeine bestimmte Theorie gebunden sein wollen, nehmen sie an, daß das Mischen von Flugasche mit Alkalisilicatbindemittel und Wärmehärten des sich ergebenden Materials in Übereinstimmung mit der Erfindung die Kristallinität des Quarzes, Mullits und anderer kristalliner Komponenten der Flugasche zur Schaffung einer neuen Zusammenset zung verringert.
- Die Erfindung wird nun durch die nachfolgenden, nichteinschränkenden Beispiele weiter veranschaulicht.
- Beispiele 1 bis 2: CAFA-Bindemittelmischungen
- Natriumsilicatbindemittel wird durch Mischen der Natriumhydroxidkomponente und der Natriumsilicatkomponente hergestellt. Die Natriumhydroxidkomponente ist ein 50%iges wässeriges Natriumhydroxid, das einen NaOH-Feststoffgehalt von 50% besitzt. Die Natriumsilicatkomponente weist 37,6% Natriumsilicatfeststoffe, die ein SiO2 : Na2O Verhältnis von 3,22 : 1 aufweisen, und 62,4% Wasser auf. Dieses Natriumsilicat ist im Handel als Typ N Natriumsilicat von der PQ Corporation, Valley Forge, Pennsylvania, erhältlich. Das sich ergebende Natriumsilicatbindemittel umfaßt 24,44% Na2O, 13,96% SiO2, ein SiO2 : Na2O Verhältnis von 0,57 : 1 und 61,6% H2O. Das Natriumsilicatbindemittel wird mit Flugasche gemischt, um die CAFA-Bindemittelmischung von Tabelle 1 zu ergeben. Die Mengen der Natriumhydroxidkomponente und der Natriumsilicatkomponente, die zur Bildung des Natriumsilicatbindemittels verwendet werden, sowie die Menge der Flugasche in der CAFA-Bindemittelmischung sind in Tabelle 1 angegeben, wobei die Prozentsätze auf das Gesamtgewicht der CAFA-Bindemittelmischung bezogen sind.
- Zwei Proben der CAFA-Bindemittelmischung von Tabelle 1 werden 18 Stunden bei 90°C wärmegehärtet und dann in einem Bereich mit Umgebungsbedingungen verbracht. Zwei Tage nach dem Gießen wurden Probestücke in Übereinstimmung mit ASTM C-192 und ASTM C-617 zur Messung der Druckfestigkeit hergestellt. Die Probestücke werden gemäß ASTM C-39 2 Tage nach dem Gießen getestet. Die Druckfestigkeiten sind in Tabelle 1A angegeben.
- Beispiele 3 bis 7: CAFA-Mörtelmischungen
- Natriumsilicatbindemittel wird wie in den Beispielen 1 bis 2 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Mengen der Natriumhydroxidkomponente und der Natriumsilicatkomponente von Tabelle 2 verwendet werden. Das sich ergebende Natriumsilicatbindemittel umfaßt 22,96% Na2O, 13,74% SiO2, 63,3% H2O und ein Verhältnis von SiO2 : Na2O von 0,60 : 1. Das Natriumsilicatbindemittel wird mit Flugasche der Klasse F, zusätzlichem Wasser und feinen Zuschlagstoffen in einer Menge gemischt, die ausreicht, um die in Tabelle 2 angegebene CAFA-Mörtelmischung zu schaffen.
- Proben der CAFA-Mörtelmischung von Tabelle 2 werden gegossen, bei 80°C während mehrerer Zeitspannen wärmegehärtet und in einen Bereich mit Umgebungsbedingungen verbracht. Probestücke zur Messung der Druckfestigkeit werden wie in den Beispielen 1 bis 2 angegeben, jedoch 12 Tage nach dem Gießen, hergestellt. Die Druckfestigkeit wird wie in den Beispielen 1–2 12 Tage nach dem Gießen gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2A angegeben.
- Beispiel 8: CAFA-Betonmischungen
- Natriumsilicatbindemittel wird wie in den Beispielen 1 bis 2 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Mengen der Natriumhydroxidkomponente und der Natriumsilicatkomponente von Tabelle 3 verwendet werden. Das sich ergebende Natriumsilicatbindemittel umfaßt 18,94% Na2O, 10,7% SiO2, 70,4% H2O und ein Verhältnis von SiO2 : Na2O von 0,57 : 1. Das Natriumsilicatbindemittel wird mit Flugasche, zusätzlichem Wasser sowie feinen und groben Zuschlagstoffen in Mengen gemischt, die ausreichend sind, um eine CAFA-Betonmischung mit der in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung zu schaffen.
- Die CAFA-Betonmischung wird gegossen, bei 50°C 18 Stunden wärmegehärtet und dann in einen Bereich mit Umgebungsbedingungen verbracht. 31 Tage nach dem Gießen wird ein Probestück zur Messung der Druckfestigkeit wie in den Beispielen 1 bis 2 hergestellt. Die Druckfestigkeit wird, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, mit der Ausnahme gemessen, daß die Druckfestigkeit 31 Tage nach dem Gießen gemessen wird. Das Ergebnis ist in Tabelle 3A gezeigt.
-
1 zeigt die Druckfestigkeiten, die nach 7 Tagen bei Proben einer CAFA-Mörtelmischung erhalten wurden, die die gleiche Zusammensetzung wie Beispiel 3 hatte, als Funktion der Härtungszeit bei 80°C mit Bezug auf wärmegehärteten Portlandzementbeton vom Typ III. Die Proben der CAFA-Mörtelmischungen werden bei 80°C während der in1 angegebenen Zeitspannen gehärtet und dann für den Rest des 7-tägigen Zeitraums in einen Bereich mit Umgebungsbedingungen verbracht wurden. Wie in1 gezeigt, erreichen Proben, die bei 80°C 24 Stunden gehärtet wurden, eine Druckfestigkeit nach 7 Tagen von etwa 89,6 MPa (13.000 psi) und Proben, die bei 80°C 4 Stunden gehärtet wurden, erreichen eine Druckfestigkeit nach 7 Tagen von etwa 82,7 MPa (12.000 psi). Als Vergleich ist die Druckfestigkeit für Portlandzementbeton, der bei 55°C 10 bis 24 Stunden gehärtet wurde, etwa 34,5 MPa (5000 psi) 7 Tage nach dem Gießen. Die bei CAFA-Mörtelmischungen erhaltene Druckfestigkeit ist somit etwa zwei- bis etwa dreimal höher als diejenige des Portlandzementbetons. Ähnliche Erhöhungen der Festigkeit mit Bezug auf Portlandzementbeton werden nach 28 Tagen festgestellt. - Vorstehendes zeigt, daß die Erfindung CAFA-Mischungen schafft, die eine Druckfestigkeit viel schneller entwickeln als Portlandzementmaterialien. Bauprodukte, die früher bei Verwendung von Portlandzement für das Entfernen aus der Form 24 Stunden benötigten, können jetzt in etwa 1,5 bis 60 Stunden aus der Form entfernt werden. Diese schnelle Entwicklung der Festigkeit ermöglicht einen beträchtlich erhöhten Ausstoß der Produktionsanlagen.
- Die Druckfestigkeiten der gehärteten CAFA-Zusammensetzungen der Erfindung variieren mit den Mengen der Natriumhydroxidfeststoffe und der Natriumsilicatfeststoffe, die durch die Natriumhydroxid- bzw. Natriumsilicatkomponenten in der CAFA-Zusammensetzung, wie in
2 gezeigt, vorgesehen werden. Die CAFA-Mörtelmischungen von2 werden mit einer Natriumsilicatkomponente, die Natriumsilicat vom Typ N von der PQ Corporation, Valley Forge, PA, ist, das etwa 37,6% Feststoffe aufweist, und 50%igem wässerigen Natriumhydroxid, das etwa 50% NaOH Feststoffe aufweist, gebildet. Die CAFA-Mörtelmischungen werden gegossen und bei 80°C 18 Stunden wärmegehärtet. Die gehärteten CAFA-Mörtelmischungen werden dann in einen Bereich mit Umgebungsbedingungen verbracht und 7 Tage nach dem Gießen getestet. Wie in2 gezeigt, erhöht sich die Druckfestigkeit mit Erhöhung der kombinierten Menge der Natriumsilicatkomponente und der Natriumhydroxidkomponente in der CAFA-Mörtelmischung. - Die Druckfestigkeit der gehärteten CAFA-Zusammensetzungen der Erfindung ist auch mit Bezug auf die Menge des Kohlenstoffs in der verwendeten Flugasche empfindlich. Wie in
3 gezeigt, nimmt die Druckfestigkeit der CAFA- Zusammensetzungen mit der Erhöhung des Prozentsatzes des Kohlenstoffs ab. Dementsprechend beträgt der Kohlenstoffgehalt der verwendeten Flugasche vorzugsweise weniger als etwa 6%, stärker bevorzugt weniger als etwa 3%. Die Menge des Gehalts der Alkalisilicat- und Alkalihydroxidfeststoffe kann bei CAFA-Zusammensetzungen erhöht werden, um den Verlust von Druckfestigkeit aufgrund des Vorhandenseins von Kohlenstoff in der Flugasche auszugleichen. - Ohne durch irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, daß die schnelle Erhöhung der Druckfestigkeit während des Wärmehärtens der erfindungsgemäßen CAFA-Zusammensetzungen auf die chemische Aktivierung und teilweise Auflösung der Flugasche innerhalb einer wässerigen Alkaliumgebung sowie die Aktivierung der Oberflächenoxide jeglicher vorhandener Zuschlagstoffteilchen zurückzuführen ist. Wenn eine CAFA-Zusammensetzung wärmegehärtet wird, wird angenommen, daß die CAFA-Zusammensetzung ein Silicatgel erzeugt, das Wasser freisetzt. Es wird angenommen, daß das freigesetzte Wasser eine Polymerisierung der Silicate in dem Silicatgel verursacht, um eine steinartige Matrix zu ergeben, bei der die zusammengeballten Teilchen integral gebunden werden. Es wird auch angenommen, daß die überlegene Druckfestigkeit der gehärteten CAFA-Zusammensetzungen auf die großen Mengen an Aluminosilicatglas zurückzuführen ist. So wird angenommen, daß, im Gegensatz zu Portlandzement, die Entwicklung der Festigkeit nicht auf gelöschten Kalk oder kalkhaltige Produkte zurückzuführen ist.
- Zusätzlich zu der hohen Druckfestigkeit weisen die erfindungsgemäßen CAFA-Zusammensetzungen auch eine niedrige Durchlässigkeit auf. Durchlässigkeit ist an Anzeichen für die relative Leichtigkeit, mit der ein Material mit Wasser gesättigt werden kann, sowie die Geschwindigkeit, mit der Wasser durch das Material strömen kann. Um die Durchlässigkeit der gehärteten CAFA-Zusammensetzungen zu bewerten, wird die gehärtete CAFA-Betonmischung von Beispiel 8 mit Bezug auf Durchlässigkeit in Übereinstimmung mit ASTM C-5084-90 getestet. Es wurde gefunden, daß der gehärtete CAFA-Beton von Beispiel 8 31 Tage nach dem Gießen eine Durchlässigkeit von 9,54 × 10–11 m/Sek. aufweist.
- Die erfindungsgemäßen CAFA-Mischungen können bei einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich gegossenen Bauprodukten, wie Wänden, Böden, Straßen und dergleichen verwendet werden. Andere Anwendungen umfassen Verkleidungen und Beschichtungen auf Gegenständen wie Rohren, Betonrippenstahl, Wänden sowie Beschichtungen auf elektronischen Bauteilen. Andere zusätzliche Anwendungen umfassen beispielsweise Schleifmittel.
- Für Fachleute ist ersichtlich, daß Änderungen bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ohne den Umfang von deren breiten erfinderischen Konzept zu verlassen, vorgenommen werden können. Es ist deshalb ersichtlich, daß diese Erfindung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch Modifikationen innerhalb des Geists und des Umfangs der vorliegenden Erfindung umfassen soll, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Claims (15)
- Schnellaushärtende hochfeste Zementbindemittelmischung, die umfaßt Flugasche der Klasse F mit weniger als 6% Kohlenstoff, und ein Alkalisilicatbindemittel, wobei das Alkalisilicatbindemittel umfaßt – eine Alkalisilicatkomponente, die einen Natriumsilicat-Feststoffgehalt von 38% bis 55%, ein SiO2 : Na2O-Verhältnis von 2 : 1 bis 3,22 : 1 sowie 45% bis 62% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Alkalisilicatkomponente, aufweist, und – eine Alkalihydroxidkomponente, die 25% bis 100% Natriumhydroxid und bis zu 75% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Alkalihydroxidkomponente, umfaßt, wobei das Alkalisilicatbindemittel ein SiO2 : Na2O-Gewichtsverhältnis von 0,20 : 1 bis 0,75 : 1 aufweist.
- Zementbindemittelmischung nach Anspruch 1, wobei die Flugasche der Klasse F in einer Menge von 15% bis 80%, bezogen auf das Gewicht der Bindemittelmischung, vorhanden ist.
- Zementbindemittelmischung nach Anspruch 2, wobei die Flugasche der Klasse F in einer Menge von 60% bis 80% vorhanden ist.
- Zementbindemittelmischung nach Anspruch 1, wobei die Alkalisilicatkomponente 2 bis 20 Gew.-% der Zementbindemittelmischung ausmacht und die Alkalihydroxidkomponente 2 bis 20 Gew.-% der Zementbindemittelmischung ausmacht.
- Zementbindemittelmischung nach Anspruch 4, wobei das SiO2 : Na2O-Verhältnis 0,5 : 1 bis 0,6 : 1 beträgt.
- Zementbindemittelmischung nach Anspruch 1, die außerdem Portlandzement in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% der Bindemittelmischung umfaßt.
- Zementmörtelmischung, die die Zementbindemittelmischung nach Anspruch 1 und feine Zuschlagsstoffe umfaßt,
- Zementbetonmischung, die die Zementmörtelmischung nach Anspruch 7 und eine Verstärkung umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus groben Zuschlagsstoffen und Fasern.
- Zementbetonmischung nach Anspruch 8, die 10% bis 90% Flugasche der Klasse F, 1% bis 20% Natriumhydroxidkomponente, 1% bis 20% Natriumsilicatkomponente, bis zu 10% zusätzliches Wasser, 1% bis 85% grobe Zuschlagsstoffe und 1% bis zu 85% feine Zuschlagsstoffe, bezogen auf das Gewicht der Betonmischung, umfaßt.
- Zementbetonmischung nach Anspruch 8, wobei die Faser aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Stahl, Glas, Polypropylen, Graphit, Kohlenstoff und Polyethylen hoher Dichte.
- Verfahren zur Herstellung eines hochfesten ausgehärteten Zementprodukts, das umfaßt Bilden einer Mischung, die eine Zementbindemittelmischung nach Anspruch 1 umfaßt, und Wärmebehandeln der Mischung bei einer erhöhten Temperatur, um ein hochfestes ausgehärtetes Zementprodukt zu erhalten.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Flugasche der Klasse F in der Zusammensetzung in einer Menge von 10% bis 90%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, vorhanden ist.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Wärmebehandlung bei 40°C bis 120°C für 1,5 bis 60 Stunden durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei das SiO2 : Na2O-Verhältnis 0,5 : 1 bis 0,6 : 1 beträgt.
- Zementmaterial nach Anspruch 1, das wärmegehärtet ist.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US38985095A | 1995-02-17 | 1995-02-17 | |
US389850 | 1995-02-17 | ||
US50709695A | 1995-07-26 | 1995-07-26 | |
US507096 | 1995-07-26 | ||
PCT/US1996/001928 WO1996025369A1 (en) | 1995-02-17 | 1996-02-14 | Fly ash cementitious material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69632311D1 DE69632311D1 (de) | 2004-06-03 |
DE69632311T2 true DE69632311T2 (de) | 2005-02-17 |
Family
ID=27012876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996632311 Expired - Fee Related DE69632311T2 (de) | 1995-02-17 | 1996-02-14 | Flugasche enthaltendes zementmaterial |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5601643A (de) |
EP (1) | EP0809613B1 (de) |
AT (1) | ATE265399T1 (de) |
AU (1) | AU4922696A (de) |
CA (1) | CA2243977C (de) |
CZ (1) | CZ248898A3 (de) |
DE (1) | DE69632311T2 (de) |
ES (1) | ES2220971T3 (de) |
WO (1) | WO1996025369A1 (de) |
Families Citing this family (59)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6645289B2 (en) | 1997-05-26 | 2003-11-11 | Sci Con Technologies, Inc. | Complex admixture and method of cement based materials production |
CN1229298C (zh) | 1999-01-27 | 2005-11-30 | 金伟华 | 利用废玻璃制备的无机粘结剂 |
ES2164530B1 (es) * | 1999-05-28 | 2003-10-01 | Consejo Superior Investigacion | Procedimiento de obtencion de un conglomerante hidraulico basado en la activacion caustica de cenizas volantes. |
US6277189B1 (en) | 1999-08-31 | 2001-08-21 | The Board Of Trustees Of Southern Illinois University | Coal combustion by-products-based lightweight structural materials and processes for making them |
AU2002222355B2 (en) * | 2000-10-05 | 2005-11-24 | Holcim Technology Ltd. | Slag cement |
US20020081247A1 (en) | 2000-12-26 | 2002-06-27 | Dodson Christopher E. | Apparatus and method for producing amorphous silica ash |
CZ292875B6 (cs) * | 2002-03-20 | 2003-12-17 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Geopolymerní pojivo na bázi popílků |
DE10341171B4 (de) * | 2003-02-27 | 2007-09-20 | Bauhaus Universität Weimar | Verwendung eines Materials zur Beschichtung von Bauelementen in chemisch aggressiver Umgebung |
US20050005573A1 (en) * | 2003-07-07 | 2005-01-13 | Strabala William M. | Fly-ash based seamless masonry mortar |
US7442248B2 (en) * | 2003-11-18 | 2008-10-28 | Research Incubator, Ltd. | Cementitious composition |
AU2004290614B2 (en) * | 2003-11-19 | 2010-04-01 | Rocla Pty Ltd | Geopolymer concrete and method of preparation and casting |
US7250119B2 (en) * | 2004-05-10 | 2007-07-31 | Dasharatham Sayala | Composite materials and techniques for neutron and gamma radiation shielding |
US20060032408A1 (en) * | 2004-08-12 | 2006-02-16 | Strabala William M | Method of making pozzolands and cementitious materials from coal combustion by-products |
US7771529B1 (en) | 2004-08-31 | 2010-08-10 | Polycor Vetrazzo, Inc. | Cementitious composition incorporating high levels of glass aggregate for producing solid surfaces |
CN100410203C (zh) * | 2005-01-10 | 2008-08-13 | 张政丰 | 水工用护层土的制造方法及再生方法 |
US7163581B2 (en) * | 2005-02-23 | 2007-01-16 | Cheng-Mao Chang | Method for making regenerated soil material for the production of a structural unit, the structural unit made from the regenerated soil material, and method for recycling the structural unit |
EP1721876A1 (de) * | 2005-05-09 | 2006-11-15 | Sika, S.A. | Verfahren zur Herstellung von selbstnivellierendem Mörtel und darin verwendetes Bindemittel |
WO2007096686A1 (en) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Cemex Research Group Ag | Universal hydraulic binder based on fly ash type f |
AU2007231558B2 (en) * | 2006-03-29 | 2011-06-23 | Zeobond Research Pty Ltd | Dry mix cement composition, methods and systems involving same |
US20090239429A1 (en) | 2007-03-21 | 2009-09-24 | Kipp Michael D | Sound Attenuation Building Material And System |
CN103898996A (zh) | 2007-03-21 | 2014-07-02 | 阿什工业技术有限责任公司 | 结合微粒基质的实用材料 |
US8445101B2 (en) | 2007-03-21 | 2013-05-21 | Ashtech Industries, Llc | Sound attenuation building material and system |
WO2008128287A1 (en) * | 2007-04-20 | 2008-10-30 | Descrete Ip Pty Limited | Binding composition |
US7473311B2 (en) * | 2007-05-21 | 2009-01-06 | Summa-Magna 1 Corporation | Cementitious composition |
CN101801887A (zh) * | 2007-06-19 | 2010-08-11 | 乔治亚技术研究公司 | 高强度火山灰泡沫材料及其制备方法 |
US8177906B2 (en) * | 2007-07-12 | 2012-05-15 | Ceramatec, Inc. | Treatment of fly ash for use in concrete |
US8172940B2 (en) | 2007-07-12 | 2012-05-08 | Ceramatec, Inc. | Treatment of fly ash for use in concrete |
EP2178806B1 (de) * | 2007-08-17 | 2014-04-16 | Cemex Research Group AG | Baustoff auf basis von aktivierter flugasche |
US8167994B2 (en) * | 2007-08-20 | 2012-05-01 | Grant Davon Birch | Cellular cementitious composition |
US7655202B2 (en) * | 2007-10-09 | 2010-02-02 | Ceramatec, Inc. | Coal fired flue gas treatment and process |
KR100902281B1 (ko) * | 2008-02-27 | 2009-06-11 | 강원대학교산학협력단 | 도시쓰레기 소각재를 이용한 무기바인더 조성물 및 그제조방법 |
JP2009203102A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Nagoya Institute Of Technology | セラミックス粉体の固化方法及びセラミックス固化体 |
WO2010030560A2 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-18 | Ceramatec, Inc. | Previous concrete comprising a geopolymerized pozzolanic ash binder |
US8591677B2 (en) | 2008-11-04 | 2013-11-26 | Ashtech Industries, Llc | Utility materials incorporating a microparticle matrix formed with a setting agent |
WO2010085537A2 (en) | 2009-01-22 | 2010-07-29 | The Catholic University Of America | Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications |
RU2443660C2 (ru) * | 2009-06-05 | 2012-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Акросилтекс" (Ооо "Акросилтекс") | Способ получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего |
WO2011029149A1 (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-17 | Halok Pty Ltd | A building panel |
US20110189385A1 (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-04 | Manuel Darryl F | Products and methods for repairing concrete surfaces |
US8236098B2 (en) * | 2010-03-24 | 2012-08-07 | Wisconsin Electric Power Company | Settable building material composition including landfill leachate |
CZ2010855A3 (cs) * | 2010-11-23 | 2012-05-30 | Rázl@Ivan | Cementové kompozity odolné kyselinám a vysokým teplotám a zpusob jejich výroby |
JP6096674B2 (ja) * | 2010-12-17 | 2017-03-15 | ザ カソリック ユニヴァーシティ オブ アメリカThe Catholic University Of America | 超高性能コンクリート用ジオポリマー複合体 |
RU2458877C1 (ru) * | 2011-02-28 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" | Вяжущее |
RU2470881C2 (ru) * | 2011-03-21 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" | Вяжущее |
US20120247766A1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Hemmings Raymond T | Geothermal grout, methods of making geothermal grout, and methods of use |
WO2013052732A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Boral Industries Inc. | Inorganic polymer/organic polymer composites and methods of making same |
US8864901B2 (en) | 2011-11-30 | 2014-10-21 | Boral Ip Holdings (Australia) Pty Limited | Calcium sulfoaluminate cement-containing inorganic polymer compositions and methods of making same |
ES2581906T3 (es) * | 2012-03-30 | 2016-09-08 | Dow Global Technologies Llc | Estructura de material compuesto resistente al fuego |
RU2500656C1 (ru) * | 2012-05-14 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" | Способ получения кислотостойкого бетона |
RU2509065C1 (ru) * | 2012-12-25 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук | Асфальтобетонная смесь на основе модифицированного битума |
US20140194328A1 (en) | 2013-01-07 | 2014-07-10 | Vince Alessi | Thermoset ceramic compositions and a method of preparation therefor |
US9169159B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-10-27 | Jerry Setliff | Cementitious composition |
RU2554966C2 (ru) * | 2013-08-20 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" | Сырьевая смесь для приготовления золощелочного бетона |
FR3034094B1 (fr) | 2015-03-27 | 2020-10-09 | Hoffmann Jb Tech | Composition pour materiau de construction a base de metakaolin, procede de fabrication associe et utilisation pour la realisation d'elements de construction |
WO2017040308A1 (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | Washington State University | Fly ash cementitious compositions |
US11479512B2 (en) * | 2016-12-23 | 2022-10-25 | Nu-Rock Corporation S.A.R.L. | Process and apparatus for producing a shaped article |
AU2017416947A1 (en) * | 2017-06-01 | 2019-12-19 | Hebei Research Institute Of Construction And Geotechnical Investigation Co. Ltd. | Cast-in-place geopolymer pile with heating system |
US10407343B2 (en) | 2017-06-02 | 2019-09-10 | University Of Tennessee Research Foundation | Method of producing geopolymer cement utilizing desulfurized red mud |
KR101901684B1 (ko) * | 2018-04-12 | 2018-09-28 | 흥국산업(주) | 석탄 바닥재를 이용한 속성 고강도 지오폴리머의 제조 방법 |
CN111393080B (zh) * | 2020-02-28 | 2022-04-19 | 山东省交通科学研究院 | 一种高性能胶凝材料及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4328035A (en) * | 1979-10-24 | 1982-05-04 | Unisearch Limited | Construction of building materials |
US4328034A (en) * | 1980-05-27 | 1982-05-04 | Ferguson Charles N | Foam composition and process |
EP0148280B1 (de) * | 1982-12-16 | 1987-09-09 | Hüls Troisdorf Aktiengesellschaft | Wasserhaltige härtbare Formmassen auf Basis von anorganischen Bestandteilen und Verfahren zur Herstellung von Formkörpern |
DE3246621A1 (de) * | 1982-12-16 | 1984-06-20 | Dynamit Nobel Ag, 5210 Troisdorf | Bauteilverkleidungen aus anorganischen formmassen |
US4450009A (en) * | 1983-04-29 | 1984-05-22 | Halliburton Company | Method of preparing a light weight cement composition from sea water |
US4461644A (en) * | 1983-04-29 | 1984-07-24 | Halliburton Company | Light weight composition and a method of sealing a subterranean formation |
US4642137A (en) * | 1985-03-06 | 1987-02-10 | Lone Star Industries, Inc. | Mineral binder and compositions employing the same |
US4655837A (en) * | 1985-04-26 | 1987-04-07 | Jong Slosson B | Building material and manufacture thereof |
WO1992022514A1 (en) * | 1991-06-12 | 1992-12-23 | Ferrock Corporation (Australia) Pty Ltd | Process for forming solid aggregates including shaped articles |
US5352288A (en) * | 1993-06-07 | 1994-10-04 | Dynastone Lc | Low-cost, high early strength, acid-resistant pozzolanic cement |
US5626552A (en) * | 1993-11-15 | 1997-05-06 | Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of waste disposal |
-
1996
- 1996-02-14 AT AT96905481T patent/ATE265399T1/de not_active IP Right Cessation
- 1996-02-14 DE DE1996632311 patent/DE69632311T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-14 CA CA 2243977 patent/CA2243977C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-14 AU AU49226/96A patent/AU4922696A/en not_active Abandoned
- 1996-02-14 ES ES96905481T patent/ES2220971T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-14 CZ CZ982488A patent/CZ248898A3/cs unknown
- 1996-02-14 WO PCT/US1996/001928 patent/WO1996025369A1/en active IP Right Grant
- 1996-02-14 EP EP96905481A patent/EP0809613B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-16 US US08/649,413 patent/US5601643A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5601643A (en) | 1997-02-11 |
CA2243977C (en) | 2002-09-10 |
EP0809613B1 (de) | 2004-04-28 |
ES2220971T3 (es) | 2004-12-16 |
ATE265399T1 (de) | 2004-05-15 |
DE69632311D1 (de) | 2004-06-03 |
EP0809613A1 (de) | 1997-12-03 |
AU4922696A (en) | 1996-09-04 |
CZ248898A3 (cs) | 1999-02-17 |
CA2243977A1 (en) | 1996-08-22 |
WO1996025369A1 (en) | 1996-08-22 |
EP0809613A4 (de) | 1999-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69632311T2 (de) | Flugasche enthaltendes zementmaterial | |
DE3785307T2 (de) | Dauerhafte und hoch-bestaendige, geformte bauteile. | |
DE69634256T2 (de) | Zementformulierung | |
DE3873324T2 (de) | Zementzubereitung, haertbar bei niedrigen temperaturen. | |
DE69303803T2 (de) | Behandlungsmethode zur Bodenverfestigung | |
DE2314352A1 (de) | Verstaerkte mischung | |
DE69023419T2 (de) | Injektionsschlamm zum Verfestigen von gerissenen Strukturen. | |
DE3889284T2 (de) | Zementzusammensetzungen. | |
DE2558972B2 (de) | Zementmassen, gehärtete Zementmassen und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE69109688T2 (de) | Verfahren zur verbesserung der aktivierung latent hydraulischer basischer hochofenschlacke zur herstellung eines baumaterials. | |
DE10331758B4 (de) | Verfahren zu deren Herstellung einer nicht abgebundenen Betonmischung und Verwendung eines Gemisches als Betonverdicker | |
DE3133503A1 (de) | "bindemittel" | |
CH574880A5 (en) | High strength concrete prodn - from cement, siliceous fly ash and liquefying agent | |
DD297632A5 (de) | Verwendung von wirbelschichtasche in estrichmoertel | |
DE69902038T3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Elements | |
DE2953652C1 (de) | Hydraulische anorganische Masse | |
DE3641370C2 (de) | ||
DE3221463A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines leichtbaustoffes | |
DE60014174T2 (de) | Bodenstabilisierung durch bindemittelzusatz | |
DE4313770A1 (de) | Spritzbeton und ein Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2458304A1 (de) | Mischbinder aus schmelzkammergranulat und seine verwendung | |
DE19707038C1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Bindemittels | |
EP0422390A1 (de) | Verwendung von Wirbelschichtasche in Estrichmörtel | |
DE202023100087U1 (de) | Ein System zur Herstellung von ultrahochfestem Beton | |
DE2001171C3 (de) | Puzzolanartiges Zusatzmittel für bei der Erhärtung Calciumhydroxid abspaltende hydraulische Bindemittel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |