MX2014012352A - Composiciones geopolimericas dimensionalmente estables y metodo. - Google Patents

Composiciones geopolimericas dimensionalmente estables y metodo.

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Abstract

Se describe un método para elaborar composiciones aglutinantes cementosas geopoliméricas para productos cementosos tal como concreto, elementos y paneles de construcción prefabricados, materiales de reparación y mortero, y lo similar. Las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades se hacen al mezclar una mezcla sinergística de mineral de aluminosilicato térmicamente activado, cemento de aluminato de calcio, un sulfato de calcio y un activador químico con agua.

Description

COMPOSICIONES GEOPOLIMERICAS DIMEN IONALMENTE ESTABLES Y METODO CAMPO DE LA INVENCION Esta invención describe generalmente composiciones cementosas que contienen geopolímeros basado en aluminosilicato que pueden ser utilizados para una variedad de aplicaciones. En particular, la invención generalmente describe a las composiciones cementosas que ofrecen propiedades que son deseables en términos de tiempos de fraguado, estabilidad dimensional y retracción de material total reducido en curado, y otras propiedades deseables.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION La Patente de E.U.A.6,572,698 para Ko describe una composición de aluminosilicato activado que contiene aluminosilicatos, sulfato de calcio y un activador que contiene sales de metales alcalinos se describen. Los aluminosilicatos son seleccionados de un grupo que consiste de escoria de alto horno, arcilla, marga y subproductos industriales, tales como cenizas volantes, y tiene un contenido de AI2O3 mayor de 5% en peso. La escoria de alto horno está presente en una cantidad menor de 35% en peso, y polvo del horno de cemento (CKD, por sus siglas en inglés), en una cantidad de 1 a 20% en peso, se añade a la mezcla como activador.
Ref . 251616 La patente de E.U.A. No. 4,488,909 para Galer et al., analiza composiciones cementosas capaces de fraguado rápido. La composición cementosa incluye cemento portland, cemento de alúmina alta, sulfato de calcio y cal. Las puzolanas tal como ceniza volante, arcilla montmorillonita, tierra diatomácea y pumicita pueden añadirse hasta en aproximadamente 25%. La composición del cemento incluye aproximadamente 14 a 21 % en peso de cemento de alúmina alta. Galer et al proporciona aluminatos que usan cemento de alúmina alta (HAC, por sus siglas en inglés) e iones de sulfato usando yeso para formar ettringita y lograr el fraguado rápido de su mezcla cementosa.
La patente de E.U.A. No.6,869,474 para Perez-Peña et al., analiza composiciones cementosas para producir productos basados en cemento tal como tableros de cemento. Esto se logra mediante la adición de una alcanolamina a cemento hidráulico tal como cemento portland, y que forma una suspensión con agua bajo condiciones que proporciona una temperatura de suspensión inicial de por lo menos 90°F (32°C). Los materiales reactivos adicionales pueden incluirse tal como cemento de alúmina alta, sulfato de calcio y un material de puzolana tal como ceniza volante.
La patente de E.U.A. No.7,670,427 de Perez-Peña et al., analiza composiciones cementosas con resistencia compresiva de edad temprana para producir productos basados en cemento tales como tableros de cemento logrados mediante la adición de una alcanolamina y un fosfato a cemento hidráulico tal como cemento portland, y que forma una suspensión con agua bajo condiciones que proporcionan una temperatura de suspensión inicial de por lo menos 90°F (32°C). Los materiales reactivos adicionales pueden incluirse tal como cemento de alúmina alta, sulfato de calcio y un material de puzolana tal como ceniza volante.
La solicitud de patente publicada de E.U.A. No. US 2010-0071597 Al de Perez-Pena describe las formulaciones que utilizan ceniza volante y sales de metales alcalinos del ácido cítrico tal como citrato de sodio para formar mezclas de concreto con tiempo de fraguado rápido y resistencia compresiva de edad temprana relativamente alta. El cemento hidráulico y el yeso puede utilizarse hasta 25% en peso de la formulación, aunque su uso no es recomendado: Las composiciones de ceniza volante activada descritas en esta solicitud pueden interactuar con los sistemas de espumado tradicionales utilizados para arrastrar el aire y así hacer tableros ligeros.
La patente de E.U.A. No. 5,536,310 para Brook et al., describe una composición cementosa que contiene 10-30 partes por peso (pbw) de un cemento hidráulico tal como cemento portland, 50-80 pbw de ceniza volante y 0.5-8.0 pbw expresados como un ácido libre de un ácido carboxílico tal co o ácido cítrico o sus sales de metales alcalinos, por ejemplo, citrato de tripotasio o citrato de trisodio, con otros aditivos convencionales, que incluyen los aditivos retardadores tal como ácido bórico o bórax.
La patente de E.U.A. No. 6,641,658 para Dubey describe una composición cementosa basada en cemento Portland que contiene 35-90% de cemento Portland, 0-55% de puzolana, 5-15% de cemento de alúmina alta y 1 a 8% de forma anhidrita insoluble de sulfato de calcio en lugar del yeso natural/yeso convencional soluble para aumentar la liberación de calor y disminuir el tiempo de fraguado a pesar del uso de grandes cantidades de puzolana, por ejemplo, ceniza volante. La composición cementosa puede incluir agregados livianos y rellenos, superplastificantes y aditivos tal como citrato de sodio.
La patente de E.U.A. No. 7618490 No. B2 para Nakashima et al., describe un material de rociado de fraguado rápido que comprende uno o más de sulfoaluminato de calcio, aluminosilicato de calcio, hidróxido de calcio, una fuente de flúor y concreto de cemento Portland. Puede añadirse sulfato de calcio como anhidro o como un hemihidrato.
La patente de E.U.A. No. 4655979 para Nakano et al., describe un proceso para la fabricación de un concreto celular utilizando cemento basado en silicato de calcio, retardador de metales alcalinos, cemento de sulfo-aluminato de calcio (CSA) y un sulfato de calcio opcional que puede añadirse a la composición de concreto.
La solicitud de patente publicada de E.U.A. No. 2008/0134943 Al para Godfrcy et al., describe un material de encapsulación de residuos compuesto de por lo menos una sal de sulfoaluminato de un metal alcalinotérreo con sulfato de calcio, y relleno inorgánico opcional tal como la escoria de alto horno, ceniza de combustible pulverizado, sílice finamente dividido, piedra caliza, y agentes de fluidificación orgánicos e inorgánicos. Preferiblemente por lo menos una sal de sulfoaluminato de un metal alcalinotérreo comprende sulfoaluminato de calcio (CSA). Una composición adecuada puede, por ejemplo, comprender por lo menos una sal de sulfoaluminato de un metal alcalinotérreo en combinación con yeso y ceniza de combustible pulverizado (PFA), en donde aproximadamente 86% de las partículas de yeso tienen un tamaño de partícula de menos de 76 um, y aproximadamente 88% de las partículas PFA tienen un tamaño de partícula por debajo de 45 um. Un ejemplo comprende 75% (70:30 CSA:CaSC>4.2H2O); 25% de ceniza de combustible pulverizado; relación agua/sólidos 0.65.
La patente de E.U.A. No. 6730162 para Li et al., describe composiciones cementosas duales incluyendo un primer aglutinante hidráulico que tiene 2.5% a 95% en peso de C4A3S que es la notación química en donde C =CaO, S = S1O2, A = AI2O3 (en otra palabras calcio sulfo-alúmina) y 2.5 a 95% en peso de hemihidrato y/o una anhidrita de sulfato de calcio. Los cementos de sulfoalumina o cementos de ferroalumina son ejemplos de los cementos que contienen C4A3S. También pueden incluir aditivos del relleno mineral seleccionados del grupo que consiste de escoria, ceniza volante, puzolana, hollín de sílice, finos de piedra caliza, subproductos industriales de cal y residuos.
La solicitud publicada China CN 101921548A para Deng et al., describe una composición de cemento de sulfoaluminato hecha de 90-95% en peso de clinker de sulfoaluminato y yeso anhidro, arena de cuarzo, ceniza volante procedentes de la incineración de residuos, hidroxipropil metilcelulosa éter, polvo de pegamento redispersable y fibra. El clinker de sulfoaluminato y yeso anhidro cumple con el estándar de cemento de sulfoaluminato, es decir, GB20472-2006.
La solicitud publicada Coreana KR 549958 B1 para Jung et al., describe una composición de cemento de alúmina, CSA, yeso, citrato de calcio y ácido hidroxil carboxílico.
La solicitud publicada Coreana KR 2009085451 A para Noh, describe una composición de escoria de alto horno en polvo, yeso y CSA. El yeso puede tener un tamaño de partícula promedio de 4 mieras o menos.
La solicitud publicada Coreana KR 2009025683 A describe material impermeable tipo polvo utilizado para concreto y mortero, se obtiene mediante pulverización de cemento, yeso anhidro, polvo de sílice, polvo resistente al agua, ceniza volante, material de expansión tipo sulfoaluminato de calcio y composición inorgánica.
La solicitud publicada Coreana KR 2010129104 A para Gyu et al., describe la composición para mezclar el concreto lanzado, que comprende (en % en peso): metacaolín (5-20), sulfoaluminato de calcio (5-20), yeso anhidro (20-45) y ceniza volante (30-50).
Existe una necesidad de composiciones geopoliméricas basadas en ceniza volante estable dimensionalmente y método para reducir la cantidad de contracción, el comportamiento de temperatura inicial y final y reducir el tiempo de fraguado de mezclas de composiciones basadas en ceniza volante así estas formulaciones pueden ser utilizadas para fabricar los productos de concreto cementoso con resistencia mejorada.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención proporciona composiciones cementosas geopoliméricas mejoradas y métodos para hacer las composiciones que tienen al menos una, y en muchos casos más de una, propiedad altamente deseable tal como estabilidad dimensional significativamente mejorada durante y después del curado; tiempos de fraguado inicial y final mejorados y modificables; tiempos de trabajo extendidos; generación de temperatura modificada durante el mezclado, fraguado y curado; y otras propiedades mejoradas como se discute aquí. En muchas, si no todas, de las modalidades, las propiedades mejoradas se proporcionan sin pérdida significante (si existe) en la resistencia compresiva de edad temprana, resistencia compresiva final u otras propiedades de fuerza. Algunas modalidades, de hecho, proporcionan un sorprendente aumento en la edad temprana y la resistencia compresiva final.
Las propiedades mejoradas de aquellas y otras modalidades de la invención proporcionan distintas ventajas sobre aglutinantes geopolimericos previos, tal como aglutinantes basados en ceniza volante, así como otros aglutinantes cementosos que pueden contener un contenido significativo de geopolímero. En algunas modalidades preferidas, las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención se forman de soluciones o suspensiones de por lo menos agua y uno o más componentes reactivos cementosos en una forma seca o en polvo. Los componentes reactivos cementosos comprenden cantidades efectivas de materiales de aluminosilicato de geopolímero activado térmicamente, tal como ceniza volante; cementos de aluminato de calcio; y sulfatos de calcio. Uno o más activadores químicos de metal alcalino, tal como una sal de metal alcalino del ácido cítrico, o una base de metal alcalino, también se añade a las soluciones, ya sea en una forma seca al polvo reactivo, o como una adición de líquido a la suspensión. Opcionalmente, la suspensión o solución puede incorporar otros aditivos tal como agentes reductores de agua, agentes aceleradores o retardantes establecidos, agentes de aire incorporado, agentes espumantes, agentes humectantes, agregados ligeros u otros, materiales de refuerzo, u otros aditivos para proporcionar o modificar las propiedades de la suspensión y el producto final.
En muchas composiciones preferidas de la invención, los componentes reactivos cementosos en su forma seca o en polvo comprenden aproximadamente 65 a aproximadamente 97 por ciento en peso de mineral de aluminosilicato activado térmicamente tal como ceniza volante, de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 por ciento en peso de cemento de aluminato de calcio, y de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 15 por ciento en peso de sulfato de calcio, basado en el peso seco total de todos los componentes reactivos cementosos. En las composiciones preferidas de la invención, los componentes reactivos cementosos comprenden cemento de aluminato de calcio de aproximadamente 1 a aproximadamente 200 partes en peso en relación con 100 partes en peso de mineral de aluminosilicato activado térmicamente.
En otras modalidades, puede usarse una mezcla de dos o más tipos de cementos de aluminato de calcio y cementos de sulfoaluminato de calcio, y las cantidades y tipos de cementos de aluminato de calcio y cementos de sulfoaluminato de calcio pueden variar dependiendo de su tamaño de partícula y composición química (fineza de Blaine). La fineza de Blaine del cemento de aluminato de calcio en las modalidades y otras modalidades preferiblemente es mayor de aproximadamente 3000, más preferiblemente mayor de aproximadamente 4000, y más preferiblemente mayor de aproximadamente 5000. La fineza de Blaine del cemento de sulfoaluminato de calcio en las modalidades y otras modalidades preferiblemente es mayor de aproximadamente 3000, más preferiblemente mayor de aproximadamente 4000, aún más preferiblemente mayor de 5000 y más preferiblemente mayor de aproximadamente 6000.
En algunas modalidades preferidas, la cantidad de activador químico de metal alcalino es de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 10% en peso basado en el peso seco total de los materiales reactivos cementosos. Más preferiblemente, el intervalo del activador químico de metal alcalino es de aproximadamente 1% a aproximadamente 6% en peso total de los materiales reactivos cementosos, preferiblemente aproximadamente 1.25% a aproximadamente 4%, más preferiblemente 1.5% a aproximadamente 3.5%, y más preferiblemente aproximadamente 1.5% a 2.5%. El citrato de sodio y citrato de potasio son activadores del ácido de metal alcalino preferido, aunque también se puede utilizar una mezcla de citrato de sodio y potasio. Las bases de metales alcalinos, tales como hidróxidos de metales alcalinos, y silicatos de metales alcalinos también pueden usarse dependiendo de la aplicación y las necesidades de esta aplicación.
Estas y otras modalidades preferidas de la invención, a diferencia de anteriores composiciones geopoliméricas de ceniza volante, están formulados para proporcionar composiciones cementosas geopoliméricas que son dimensionalmente estables y resistentes al agrietamiento sobre fraguado y endurecimiento bajo condiciones restringidas y no restringidas. Por ejemplo, la contracción libre a corto plazo de ciertas modalidades preferidas de la invención usualmente es menor de aproximadamente 0.3%, preferiblemente menor de aproximadamente 0.2%, y más preferiblemente menor de aproximadamente 0.1%, y más preferiblemente menor de aproximadamente 0.05% (medido después del fraguado inicial y dentro de 1 a 4 horas de mezclado). En las modalidades preferidas, la contracción a largo plazo de las composiciones durante el curado también usualmente es menor de aproximadamente 0.3%, más preferiblemente menor de aproximadamente 0.2% y más preferiblemente menor de aproximadamente 0.1%.
Para control adicional con respecto a la estabilidad dimensional y contracción en estas modalidades, la cantidad de cemento de aluminato de calcio es aproximadamente 2.5 a aproximadamente 100 partes en peso en relación con 100 partes en peso del mineral de aluminosilicato térmicamente activado, más preferiblemente aproximadamente 2.5 a aproximadamente 50 partes en peso en relación con 100 partes en peso del mineral de aluminosilicato térmicamente activado, y más preferiblemente aproximadamente 5 a aproximadamente 30 partes en peso en relación con 100 partes en peso de mineral de aluminosilicato térmicamente activado. Para modalidades donde el control de estabilidad dimensional como se indica por la contracción del material es de importancia, la cantidad de activador de metal alcalino más preferiblemente varía entre aproximadamente 1 y aproximadamente 3% en peso seco total de los materiales reactivos cementosos (es decir, mineral de aluminosilicato activado térmicamente tal como ceniza volante, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio), incluso más preferiblemente de aproximadamente 1.25% a aproximadamente 2.75% en peso seco total de los materiales reactivos cementosos, y más preferiblemente de aproximadamente 1.5% a aproximadamente 2.5% en peso seco total de los materiales reactivos cementosos.
Las composiciones geopoliméricas dimensionalmente estables de las modalidades preferidas de la invención además evidencian una reducción sorpresiva en el aumento de la temperatura máxima durante el curado de la composición en relación con los productos cementosos geopoliméricos previos. Por esta y razones relacionadas, estas modalidades resisten agrietamiento térmico a un grado inesperado. Por ejemplo, en algunas modalidades preferidas, el aumento de temperatura normalmente es menor de aproximadamente 50°F (28°C), más preferiblemente menor de aproximadamente 40°F (22°C) y más preferiblemente menor de aproximadamente 30°F (17°C).
Estas y otras modalidades preferidas de la invención también exhiben una tasa inesperada de desarrollo de la fuerza de edad temprana. Por ejemplo, en algunas de las modalidades, su resistencia compresiva de 4 horas puede exceder aproximadamente 1000 psi (6.9 MPa), preferiblemente que excede aproximadamente 1500 psi (10.3 MPa), más preferiblemente que excede aproximadamente 2500 psi (17.2 MPa). En las modalidades, su desarrollo resistencia compresiva puede exceder aproximadamente 1500 psi (10.3 MPa), más preferiblemente que excede aproximadamente 2500 psi (17.2 MPa) y más preferiblemente que excede aproximadamente 3500 psi (24.1 MPa). En estas y otras modalidades preferidas, la resistencia compresiva de 28 días puede exceder además aproximadamente 3500 psi (24.1 MPa), más preferiblemente que excede aproximadamente 4500 psi (31.0 MPa) y más preferiblemente que excede aproximadamente 5500 psi (37.9 MPa). En aún otras modalidades, las composiciones son capaces de desarrollar resistencia compresiva después de 1 a 4 horas de aproximadamente 500 psi (3.5 MPa) a aproximadamente 4000 psi (27.6 MPa), más preferiblemente de aproximadamente 1500 a aproximadamente 5000 psi (10.3 a 34.5 MPa) después de 24 horas, y más preferiblemente de aproximadamente 3500 a aproximadamente 10000 psi (24.1 a 70 MPa) después de 28 días.
Por otra parte, las composiciones cementosas geopoliméricas de ciertas de las modalidades preferidas de la invención también tienen durabilidad extremadamente buena bajo condiciones húmedas, con resistencias compresivas húmedas últimas similar a resistencias compresivas secas. Por ejemplo, en ciertas modalidades, su resistencia compresiva saturada de agua a 28 días normalmente puede exceder aproximadamente 3500 psi (24.1 MPa), más preferiblemente que excede aproximadamente 4500 psi (31.0 MPa) y más preferiblemente que excede aproximadamente 5500 psi (37.9 MPa).
Debido a que los tiempos establecidos de la suspensión al estado sólido para geopolímeros activados con metal alcalino, así como los cementos de aluminato de calcio combinados y sulfatos de calcio, por lo general son relativamente cortos, se espera que las modalidades preferidas que combinan todos estos componentes también podrían tener tiempos establecidos cortos y tiempos de trabajo limitados. Sorprendentemente, sin embargo, los tiempos establecidos proporcionados por las modalidades preferidas de la invención no se limitan a tiempos establecidos cortos (a menudo menos de 15 minutos), pero proporcionan un control significativo sobre las reacciones de fraguado de suspensión que permite extensiones significantes de los tiempos de trabajo y establecidos de suspensión.
Por ejemplo, en algunas modalidades, la composición puede ser formulada por un tiempo corto de fraguado, tal como menos de aproximadamente 10 minutos. En otras modalidades preferidas, la composición puede formularse para un fraguado extendido de entre aproximadamente 10 a aproximadamente 30 minutos. En aún otras modalidades más preferidas, la formulación de composición preferiblemente es seleccionada para proporcionar un tiempo de fraguado de aproximadamente 30 a aproximadamente 60 minutos. En aún otras modalidades más preferidas, la composición puede formularse para tiempos de fraguado tan largos como aproximadamente 60 a aproximadamente 120 minutos, aproximadamente 120 a aproximadamente 240 minutos, o tiempos más largos si así se desea.
Los tiempos de fraguado de las modalidades, además, pueden ser seleccionados y si se desea extendidos, sin pérdida significante (si existe) en propiedades de resistencia de encogimiento, resistencia compresiva y otras propiedades de resistencia. Como un resultado, las modalidades inesperadamente pueden utilizarse en aplicaciones donde productos basados en geopolímero anterior y productos cementosos con componentes geopoliméricos no se pueden usar debido a una necesidad de tiempos de trabajo y establecidos extendidos sin contracción no aceptable o pérdida de resistencia.
En ciertas modalidades preferidas, las composiciones de la invención también desarrollan resistencia de la unión a la tracción excepcional con un sustrato subyacente. Por ejemplo, la resistencia de la unión a la tracción preferible entre las modalidades y un substrato concreto preferiblemente supera aproximadamente 200 psi (1.4 MPa) y más preferiblemente supera aproximadamente 300 psi (2.1 MPa). En algunas modalidades, el pH superficial de las composiciones cementosas geopoliméricas dimensionalmente estables endurecidas y completamente curadas de la invención también se mejoran en relación con materiales basados en cemento Portland y productos, los cuales usualmente tienen un pH superficial de más de 12 y más usualmente de más de 13. En ciertas modalidades preferidas, las composiciones se miden 16 horas después de la instalación y preferiblemente tienen un pH de menos de aproximadamente 11, más preferiblemente menos de aproximadamente 10.5 y más preferiblemente menos de aproximadamente 10. En este contexto, el pH superficial se mide utilizando la norma de prueba ASTM F-710 (2011).
En muchas modalidades preferidas, las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención no requieren cementos hidráulicos basados en silicato de calcio, tal como cementos Portland, para el desarrollo de resistencia y estabilidad dimensional. En otras modalidades, los cementos Portland pueden ser incorporados para proporcionar propiedades específicas deseadas. Sin embargo, sorprendentemente se encuentra que, dependiendo de la composición específica de la modalidad, una cantidad en exceso de cemento Portland en realidad disminuyó la estabilidad dimensional de la composición durante y después del curado, en lugar de aumentar su estabilidad dimensional.
Para modalidades preferidas de la invención que incorporan cementos hidráulicos basados en silicato de calcio, el límite en los cementos hidráulicos puede variar dependiendo de la composición específica de la modalidad, pero puede ser identificado por un aumento en la contracción con respecto a la contracción de la misma modalidad con una cantidad reducida del cemento hidráulico de silicato de calcio. En ciertas de las modalidades el contenido de cemento Portland no debe exceder aproximadamente 15% en peso del peso de los componentes del polvo reactivo, en otra modalidad preferida, no debe exceder el 10% en peso del peso de los componentes del polvo reactivo, y en aún otra modalidad preferida no debe exceder aproximadamente 5% en peso del peso de los componentes del polvo reactivo, y en aún otra modalidad preferida, no hay cantidad sustancial de cemento Portland en los componentes del reactivo.
También sorprendentemente se encontró en algunas modalidades que una cantidad en exceso de cemento de aluminato de calcio puede causar una pérdida de estabilidad dimensional, como se indica por un aumento en la contracción después del establecimiento inicial de la composición. Para las aplicaciones que requieren un grado significante de estabilidad dimensional y/o control de contracción para evitar grietas, deslaminación y otros modos de falla, la cantidad de cemento de aluminato de calcio es preferiblemente aproximadamente 10 a aproximadamente 60 partes en peso seco en relación con 100 partes en peso seco del mineral de aluminosilicato térmicamente activado.
En otras modalidades preferidas, también se ha encontrado inesperadamente que la cantidad de sulfato de calcio presente en proporción al cemento de aluminato de calcio en la composición puede moderar los efectos adversos potenciales, tal como contracción, causado por el contenido de cemento de aluminato de calcio. En las modalidades, la cantidad de sulfato de calcio es preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 200 partes en peso en relación con 100 partes en peso de cemento de aluminato de calcio .
Para el control más efectivo de la contracción material de estas modalidades, la cantidad de sulfato de calcio es de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 partes en peso seco en relación con 100 partes en peso seco de cemento de aluminato de calcio, más preferiblemente aproximadamente 15 a aproximadamente 75 partes en peso seco en relación con 100 partes en peso seco de cemento de aluminato de calcio, y más preferiblemente de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 partes en peso seco en relación con 100 partes en peso seco de cemento de aluminato de calcio. En modalidades donde un incremento en la resistencia compresiva de edad temprana es importante, una cantidad preferida de la cantidad de sulfato de calcio es de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 partes a aproximadamente 100 partes en peso seco de cemento de aluminato de calcio.
En aún otras modalidades de la invención, el tipo de sulfato de calcio (primariamente dihidrato, hemihidrato o anidrito) añadido a la composición puede tener una influencia significativa en el desarrollo de la resistencia compresiva de edad temprana de la composición parcialmente curada (es decir, en menos de aproximadamente 24 horas) . Sorprendentemente, se ha encontrado que varias modalidades que usan el sulfato de calcio primariamente anhidro (anhidrita) tienen una mayor resistencia compresiva temprana que las modalidades que usan primariamente la forma de dihidrato y, en algunas modalidades, pueden tener resistencias compresivas tempranas comparables con aquellas que utilizan sulfato de calcio primariamente hemihidratado. En otras modalidades, dos o más de los tipos de sulfato de calcio (dihidrato, hemihidrato o anidrita) pueden emplearse juntos, y las cantidades de los diferentes tipos ajustados para proporcionar control mejorado de la resistencia compresiva de la composición. Del mismo modo, los diferentes tipos y cantidades de sulfato de calcio pueden emplearse solos o en combinación para ajustar la contracción deseada y otras propiedades de la composición.
Cuando el desempeño la contracción es de preocupación central, otras modalidades de la invención incorporan sulfatos de calcio con tamaños de partícula promedio preferiblemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 mieras, aproximadamente 1 a aproximadamente 50 mieras, y aproximadamente 1 a aproximadamente 20 mieras. Estas modalidades proporcionan una mejora sorprendente en la resistencia a la contracción, y en otras modalidades, los tamaños de partícula de sulfato de calcio en por lo menos los intervalos preferidos pueden proporcionar una contribución importante a tasas mejoradas de desarrollo de resistencia durante el curado de las composiciones.
En aún otras modalidades, sorprendentemente se encontró que sulfato de calcio anhidro sustancialmente insoluble en agua (anhidrita) puede proporcionar beneficios importantes, a pesar de su baja solubilidad en agua y previamente se presume limitada, si existe, la reactividad en la composición. Por ejemplo, se encontró inesperadamente que la anhidrita proporciona un control de estabilidad dimensional mejorada significante mediante la reducción de la contracción durante el curado de estas y otras modalidades en relación con las composiciones de la téenica previa. La anhidrita también proporciona resistencia compresiva a largo plazo y temprana mejorada significativamente en relación con las composiciones de la técnica previa, y, en algunos casos, resistencias compresivas a largo plazo y tempranas comparables con o mejores que las composiciones que utilizan hemihidrato o dihidrato de sulfato de calcio como fuente de sulfato de calcio. La selección del tipo de sulfato de calcio usado en una modalidad particular dependerá de la tasa deseada de desarrollo de resistencia de edad temprana en combinación con un balance de otras propiedades, tales como tiempo establecido y resistencia a la contracción para una aplicación particular final.
En otras modalidades, el tamaño de partícula y la morfología del sulfato de calcio proporcionan una influencia significativa y sorprendente sobre el desarrollo de la resistencia a edad temprana (menos de 24 horas) de las composiciones. En las modalidades, el uso de un sulfato de calcio de tamaño de partícula relativamente pequeño proporciona un desarrollo más rápido en resistencia compresiva de edad temprana. En aquellas modalidades, el tamaño de partícula promedio preferido de sulfato de calcio varía entre 1 y 100 mieras, más preferiblemente de aproximadamente 1 a 50 mieras, y más preferiblemente de aproximadamente 1 a 20 mieras.
En ciertas modalidades, las composiciones también exhiben un comportamiento de auto-nivelado después de que el mezclado inicial mientras proporciona una o más de las características de desempeño sorprendente mencionado anteriormente. El aspecto auto-nivelado del material es útil en una variedad de situaciones y aplicaciones tal como bases auto-niveladas para pisos, acabados de cemento, fabricación de productos de concreto precisos y paneles, colocación de la suspensión de elementos de construcción reforzados fuertemente, etc. Las composiciones de aquellas modalidades son auto-niveladas después del mezclado inicial con agua al polvo reactivo de la invención en una relación en peso de aproximadamente 0.15 a aproximadamente 0.4, más preferiblemente 0.17 a 0.35, aún más preferiblemente 0.20 a 0.30. Por otra parte, en otras modalidades, las composiciones también pueden ser proporcionadas en una consistencia tipo pasta espesa, formable después del mezclado inicial mientras igualmente proporciona una o más características de desempeño mejoradas .
Una formulación preferible para auto-nivelado y remendar las composiciones comprende aproximadamente 65 a aproximadamente 95 por ciento en peso de ceniza volante, aproximadamente 2 a aproximadamente 30 por ciento en peso de cemento de aluminato de calcio, y aproximadamente 0.2 a aproximadamente 15 por ciento en peso de sulfato de calcio. En algunas modalidades, la composición cementosa geopol imérica de la invención puede realizarse sobre una superficie de un substrato, en donde el aglutinante cementoso geopolimérico se mezcla como un producto auto-nivelado y se vierte a un grosor efectivo de aproximadamente 0.02 cm a aproximadamente 7.5 cm.
Las características físicas de los productos proporcionan buenos ejemplos de los beneficios de estas modalidades, es decir, la estabilidad dimensional, resistencia al movimiento dimensional y angustia física y alta resistencia superficial a la abrasión y desgaste, adecuado para el uso comercial, industrial y otras áreas del tráfico alto. El consumo del tiempo y mediciones de preparación de superficie de sustrato tal como granallado, escarificado, chorro de agua, formación de costra, o molido puede ser minimizado o evitado en conjunto, dependiendo de la aplicación.
En otros aspectos de la invención, modalidades preferidas proporcionan métodos para hacer composiciones cementosas dimensionalmente estables con tiempos de fraguado adaptables a aplicaciones específicas, el desarrollo de buena resistencia a edad temprana y características de resistencia compresiva última y otras, pH superficial mejorado, resistencia a la unión extensible mejorada con sustratos y otros beneficios. En ciertas modalidades preferidas, estos métodos comprenden los pasos de preparar de una mezcla sinérgica, sorprendentemente efectiva de aluminosilicatos térmicamente activados, preferiblemente de ceniza volante clase C, cemento de aluminato de calcio, un sulfato de calcio y un activador químico de metales alcalinos.
En ciertas modalidades preferidas de tales métodos, las mezclas preferidas se preparan usando componentes, tal como aquellos mencionados anteriormente, para formar un polvo reactivo cementoso que comprende ceniza volante clase C térmicamente activa, cemento de aluminato de calcio, y un sulfato de calcio seleccionado del grupo que consiste de dihidrato de sulfato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, sulfato de calcio anhidro y mezclas de los mismos (preferiblemente en forma de grano fino con tamaño de partícula menor de 300 mieras) .
En aquellas modalidades, un activador químico adicional se agrega a la mezcla ya sea en forma seca o líquida, que comprende una sal de metal alcalino o base preferiblemente seleccionada del grupo formado por sales de metales alcalinos de ácidos orgánicos, hidróxidos de metales alcalinos y silicatos de metales alcalinos. En los siguientes pasos, se añade agua y opcionalmente un superplastif icante, particularmente un material plastif icante carboxilado, para formar mezclas de suspensión estable que pueden utilizarse en aplicaciones adecuadas para productos cementosos geopoliméricos .
En los métodos preferidos, las mezclas se preparan a una temperatura inicial de 0°C a aproximadamente 50°C, más preferiblemente una temperatura inicial de aproximadamente 5°C a aproximadamente 40°C, incluso más preferiblemente una temperatura inicial de aproximadamente 10°C a aproximadamente 35°C, más preferiblemente la temperatura ambiente de aproximadamente 25°C. En las modalidades, se mide la temperatura inicial de la mezcla general durante el primer minuto después de que el polvo reactivo cementoso; el activador y el agua primero estén todos presentes en la mezcla. Por supuesto puede variar la temperatura de la mezcla general durante este primer minuto pero en las modalidades preferidas; la temperatura de la suspensión preferiblemente se mantiene dentro del intervalo indicado .
En algunas modalidades preferidas, la suspensión puede ser mezclada utilizando energías relativamente bajas, mientras aún se logra una composición bien mezclada. En algunos de los métodos preferidos, la suspensión se mezcla con las energías equivalentes a las proporcionadas por mezcladores de taladro de mano de baja velocidad o mezcladores equivalentes con un valor de clasificación de aproximadamente 250 RPM o mayores. En consecuencia, las composiciones geopoliméricas de tales modalidades preferidas son fáciles de mezclar a pesar del uso de las cantidades relativamente pequeñas de agua utilizadas para preparar la mezcla utilizada para formar la composición final.
En muchas modalidades, otros aditivos que no se consideran polvo reactivo cementoso pueden incorporarse en la suspensión y composición cementosa geopol imérica general. Los otros aditivos, por ejemplo, agentes reductores de agua como los superplastif icantes mencionados anteriormente, agentes de aceleración establecidos, agentes retardantes establecidos, agentes desgasificantes, agentes espumantes, agentes humectantes, agentes de control de contracción, agentes de modificación de viscosidad (espesantes), polvos poliméricos redispersables de formación de espuma, dispersiones de polímeros de formación de películas, agentes colorantes, agentes de control de corrosión, mezclas de reducción de reacción de sílice alcalino, fibras de refuerzo discretas y agentes de curado internos. Otros aditivos pueden incluir rellenos, tal como uno o más de arena y/u otros agregados, llenadores ligeros, mineral de puzolana, rellenos minerales, etc.
Mientras que se señala por separado anteriormente, cada una de las composiciones geopoliméricas preferidas y mezclas de la invención tienen por lo menos uno, y pueden tener una combinación de dos o más de las ventajas distintas mencionadas anteriormente (así como aquellos aparentes de la discusión adicional, ejemplos y datos aquí) en relación con las composiciones cementosas geopoliméricas de la téenica previa.
Muchas, si no la mayoría, de las modalidades de la invención son ambientalmente sostenibles, utilizando geopolímeros de ceniza volante que comprenden desechos post industriales como una fuente de materia prima primaria. Esto reduce significativamente la huella de carbono del ciclo de vida y la energía incorporada de ciclo de vida del producto fabricado.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de las modalidades preferidas de la presente invención pueden utilizarse donde se utilizan otros materiales cementosos, particularmente aplicaciones donde la flexibilidad del tiempo de trabajo y de fraguado, la estabilidad dimensional, resistencia compresiva y/u otras características de resistencia son importantes o necesarias. Por ejemplo, en varias aplicaciones del producto concreto que incluyen paneles de concreto estructurales para pisos, losas y paredes, bases de pared y piso para instalación de materiales de acabado de piso tal como tejas de cerámica, piedras naturales, tejas de vinilo, VCTs y alfombra, reparación de puentes y superposiciones de carretera, aceras y otros estucos en suelo, estuco exterior y yeso de acabado, bases de la parte superior y de tapa auto-niveladas, gunitado y hormigón para la estabilización de tierra y rocas en la cimentación, laderas de montaña y minas, morteros de reparación de parches para rellenar y alisar grietas, agujeros y otras superficies irregulares, estatuas y murales para aplicaciones interiores y exteriores, así como materiales de pavimento para carreteras, tableros de puentes y otras superficies sustentadoras de peso y tráfico.
Otros ejemplos incluyen usos de artículos de concreto prefabricados, así como productos de construcción tales como tableros cementosos, bloques de manipostería, ladrillos y adoquines con durabilidad húmeda excelente. En algunas aplicaciones, los productos de concreto pref bricados tales como tableros de cemento son preferiblemente realizados bajo condiciones que proporcionan tiempos de fraguado adecuados para verter en forma estacionaria o en movimiento o sobre una correa de movimiento continuo.
Las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención pueden usarse con diferentes rellenos y aditivos incluyendo agentes espumantes y agentes desgasificantes para añadir aire en proporciones específicas para hacer productos cementosos ligeros, incluyendo elementos de construcción pref bricados, productos de reparación de construcción, estructuras de rodamiento de tráfico tal como composiciones de carretera con buenas propiedades de expansión y sin contracción.
Otras ventajas, beneficios y aspectos de varias modalidades de la invención se discuten posteriormente, se ilustran en las figuras de acompañamiento y se entenderá por aquellos de experiencia en la téenica de la descripción más detallada posteriormente. Todos los porcentajes, relaciones y proporciones en este documento son en peso, a menos que se especifique lo contrario.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Figura 1A es una gráfica de resultados del tiempo de contracción del ejemplo comparativo 1.
Figura IB es una fotografía del asentamiento del ejemplo 1.
Figura 2 es una fotografía de asentamiento del ejemplo comparativo 2.
Figura 3A es una fotografía de asentamiento del ejemplo comparativo 3.
Figura 3B es una gráfica de resultados del tiempo de contracción del ejemplo comparativo 3.
Figura 4A es una fotografía del asentamiento del ejemplo comparativo 4 para mezclas 1 y 2.
Figura 4B es una gráfica del comportamiento de contracción de la mezcla 1 en el ejemplo comparativo 4 para la mezcla que comprende cemento de alúmina alta, ceniza volante y citrato de metal alcalino.
Figura 5A es una fotografía del medallón del asentamiento de las dos composiciones de mezcla en el ejemplo 5.
Figura 5B es una gráfica de la contracción de composiciones cementosas del ejemplo 5.
Figura 6A es una fotografía del medallón de asentamiento de las composiciones de mezcla en el ejemplo 6.
Figura 6B es una gráfica del comportamiento de contracción de composiciones geopoliméricas de la invención en el ejemplo 6.
Figura 6C es una gráfica del aumento de la temperatura de la suspensión de composiciones geopoliméricas en el ejemplo 6.
Figura 7 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 7.
Figura 8 es una gráfica de la contracción de las composiciones de la invención (mezclas de 2 a 4) en el ejemplo 8.
Figura 9A es una gráfica de la contracción de las composiciones en ejemplo 9.
Figura 9B es una gráfica del aumento de la temperatura de la suspensión de composiciones del ejemplo 9.
Figura 10 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 10.
Figura 11 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 11.
Figura 12 es una gráfica de la contracción de las composiciones del ejemplo 12.
Figura 13 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 14 Figura 14 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 15.
Figura 15 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 16.
Figura 16 es una gráfica de la contracción de las composiciones en el ejemplo 17.
Figura 17 es una gráfica de la contracción de las composiciones del ejemplo 18.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La tabla A muestra la composición de las composiciones cementosas geopolímericas dimensionalmente estables de algunas modalidades de la invención expresada en partes por peso (pbw) de componentes individuales o agregados.
La tabla A muestra las composiciones cementosas geopolímericas dimensionalmente estables de algunas modalidades de la invención comprenden dos componentes componente de polvo reactivo A (también referido aquí como "Material reactivo cementoso" y componente activador B. El material reactivo cementoso para los propósitos de esta invención se define como un aluminosilicato térmicamente activado, cementó de aluminato de calcio, un sulfato de calcio y cualquier cemento reactivo adicional en la medida que se agrega a los otros ingredientes enumerados. En los siguientes TABLAS, el componente de polvo reactivo A es una mezcla de materiales que comprende mineral de aluminosilicato térmicamente activo que comprende ceniza volante clase C, cemento que comprende cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio. El componente activador B comprende un activador químico de metales alcalinos o sus mezclas, que puede ser un polvo o solución acuosa. El componente de polvo reactivo A y componente activador B combinados juntos forman la mezcla reactiva de las composiciones cementosas geopolímericas de algunas modalidades de la invención.
TABLA A Composiciones cementosas geopolímericas de algunas modalidades de la invención La tabla B representa formulaciones de densidad completa (preferiblemente densidades en el intervalo de 100 a 160 libras por pie cúbico) que incorporan la composición día tabla A y otros ingredientes.
TABLA B Cantidades de ingredientes La tabla C representa las formulaciones de densidad ligera (preferiblemente densidades en el intervalo de 10 a 125 libras por pie cúbico) incorporando las composiciones día tabla A y otros ingredientes.
TABLA C Cantidades de ingredientes La tabla D representa densidad ligera o completa (preferiblemente densidades en el intervalo de 40 a 160 libras por pie cúbico) formulaciones incorporando la composición día tabla A, agregado grueso y otros ingredientes.
TABLA D Cantidades de ingredientes La contracción libre a largo plazo de las mezclas de composiciones cementosas geopol iméricas de algunas modalidades de la invención con mediciones de contracción iniciadas entre el 1 y 4 horas después de mezclar para formar una mezcla acuosa de cerca de 0.3% o menos, preferiblemente menos de 0.2% y más preferiblemente menos de 0.1% y más preferiblemente menos de 0.05%. Como se mencionó anteriormente, la interacción sinérgica entre el mineral aluminos i1 icato térmicamente activado, cemento de aluminato de calcio, seleccionado adecuadamente la fuente y la cantidad de sulfato de calcio y seleccionado adecuadamente activador de metal alcalino utilizado en cantidad apropiada según algunas modalidades de esta invención ayuda a minimizar la contracción del material.
Se ha encontrado muy sorprendente que la cantidad de cemento de aluminato de calcio en las composiciones cementosas geopol iméricas de algunas modalidades de la invención tiene una influencia importante en controlar el grado de contracción material medido después de la configuración inicial del material. También ha sido sorprendentemente sido encontrado que más allá de cierta cantidad de cemento de aluminato de calcio en una modalidad dada, la cantidad de material contracción que se produce después de que el conjunto inicial del material comienza a aumentar.
La tabla DI muestra cantidades de ingredientes.
TABLA DI También ha sido inesperadamente encontrada que la cantidad de sulfato de calcio presente en proporción de cemento de aluminato de calcio en la mezcla tiene una influencia significativa en el grado de contracción material de composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención.
La tabla D2 muestra cantidades de ingrediente de algunas modalidades de la invención, la cantidad de sulfato de calcio por cemento de aluminato de calcio de 100 piezas.
TABLA D2 Para una cantidad dada de activador de metales alcalinos y otros componentes en la composición de algunas modalidades de la invención, se encontró el uso del sulfato de calcio dihidrato para proporcionar el control más efectivo en reducir al mínimo la contracción del material. El uso de sulfato de calcio anhidro (anhidrita) y hemi-hidrato del sulfato de calcio también proporcionan excelente control en la disminución de la contracción del material de las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. Calcio sulfato dihidrato y sulfato de calcio anhidro (anhidrita) son la forma preferida de sulfato de calcio de algunas modalidades de esta invención. El sulfato de calcio dihidrato es más preferiblemente, en forma de yeso natural de grano fino.
Se ha encontrado es sorprendente que la cantidad de metal alcalino activador tiene una influencia significativa en el grado de contracción material de composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. La tabla D3 muestra cantidades de ingrediente para la cantidad % del metal alcalino activador en relación con el peso de los materiales cementosos (es decir, minerales de aluminosilicato térmicamente activado, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio) preferido para lograrlo.
TABLA D3 Preferiblemente, la composición no comprende cemento Portland. De hecho, bastante sorprendentemente se ha encontrado que la incorporación de silicato de calcio basado Cementos hidráulicos tales como cemento Portland a las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención tiene una influencia negativa en la estabilidad dimensional del material resultante. Aumento en la cantidad de cemento Portland añadida a las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención aumenta la contracción de las composiciones resultantes. Aumento de contracción material en presencia de cemento Portland resultados incluso cuando cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y metales alcalinos activador químico están presentes en la composición. Por ejemplo, se ha encontrado sorprendentemente incorporación de cerca de 6%, 14%, y cerca del 25% en peso de cemento Portland en las composiciones de polvo reactivo de algunas modalidades de la invención, aumentó el material 8 semanas libres de contracción, medida después del material inicial, a cerca de 0.1%, 0,16% y 0,47%, respectivamente. Por lo tanto, además de cemento Portland influye negativamente en la interacción sinérgica entre los cuatro componentes reactivos básicos (aluminosilicato térmicamente activado mineral compuesto por ceniza volante clase C, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato y metales alcalinos activador químico en algunas modalidades de la invención. Por lo tanto, preferiblemente las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención no contienen cemento Portland.
Para formar la composición de algunas modalidades de la invención, el componente polvo reactivo A (aluminosilicato térmicamente activado mineral, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio), activador del componente B (activador químico de metal alcalino) y el agua se mezclan para formar una lechada de cementosa en una temperatura inicial (temperatura durante el primer minuto los ingredientes son primeros todos los presentes en la mezcla) de alrededor de 0°C a alrededor de 50°C y preferiblemente cerca de 10 a 35°C aproximadamente. Como resultado, sobreviene la reacción geopolimérización, dando lugar a formación de silicato de aluminio geopoliméricas reacción especies y ajuste y endurecimiento del material resultante. Simultáneamente, las reacciones de hidratación de aluminato de calcio y fases silicato de calcio también ocurren conduce a fijar y endurecimiento del material resultante.
Las composiciones geopoliméricas dimensionalmente estables de algunas modalidades de la invención tienen extremadamente agua bajo demanda para lograr una mezcla trabajable en estado fresco y para producir un material fuerte y durable en el estado endurecido.
La relación de peso de sólidos totales/agua de las composiciones cementosas geopoliméricas dimensionalmente estable de algunas modalidades de la invención en la ausencia de árido grueso es de 0.04 a acerca de 0.25, preferiblemente de 0.04 a acerca de 0.20, preferiblemente más de 0.05 a 0.175 y todavía más preferiblemente 0.05 a acerca de 0.15. La proporción de sólidos preferible agua/total de las composiciones geopoliméricas dimensionalmente estable de algunas modalidades de la invención en presencia de árido grueso es preferiblemente menos de 0.125, más preferiblemente menos de 0.10 y todavía más preferiblemente menos de 0.075.
Sólidos totales incluyen materiales cementosos, agregados (como arena u otros agregados), cargas y otros aditivos sólidos sobre una base libre del agua.
Una mínima cantidad de agua se proporciona para lograr la hidratación química y reacciones de silicato de aluminio geopolimérización. Preferiblemente, en la mezcla de algunas modalidades de la invención, la proporción del peso del agua a materiales cementosos trata de 0.17 a sobre 0.4, preferiblemente más de 0.2 a acerca de 0.35 y todavía más preferiblemente 0.22 a sobre 0.3. La cantidad de agua depende de las necesidades de los materiales individuales presentes en la composición cementosa. Como se utiliza en este documento, "materiales cementosos" se definen como el mineral aluminosilicato térmicamente activado, cemento de alu inato de calcio, sulfato de calcio y cualquier cemento adicional que puede añadirse a la mezcla reactiva.
El ajuste de la composición se caracteriza por inicial y final establecer plazos, según lo medido utilizando una aguja Gilmore especificado en el procedimiento de prueba ASTM C266. La cuenta regresiva final también corresponde a la época cuando un producto concreto, por ejemplo, un panel de hormigón haya endurecido suficientemente así puede ser manejado.
La reacción geopolimérica de mineral aluminosilicato térmicamente activado como cenizas volantes es una reacción exotérmica. Ha sido encontrado inesperadamente esa ceniza, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y activador químico alcalinos-metálicos sinérgicamente interactuar unos con otros en algunas modalidades de la invención como parte de la reacción geopolimerización a reducir muy significativamente la tasa y la cantidad de calor liberado por el material que experimenta la reacción exotérmica. La selección apropiada del tipo de sulfato de calcio y su importe, la cantidad de cemento de aluminato de calcio y la selección apropiada del activador químico de metales alcalinos y su cantidad son clave y fundamental para reducir y minimizar la tasa y la cantidad de calor liberado debido a la reacción exotérmica resultante.
La reacción geopolimérica de mineral aluminosilicato térmicamente activado como ceniza avanza a un ritmo muy rápido y lleva a extremadamente rápida gelificación y ajuste del material. Normalmente, cuando solo las cenizas volantes se reaccionó con un activador químico de metal alcalino según el arte previo, la congelación del material empieza dentro de 2 a 3 minutos y el conjunto final se alcanza en menos de 10 minutos después de la formación de una mezcla acuosa. Se ha encontrado inesperadamente que minerales de aluminosilicato térmicamente activado tales como ceniza volante clase C, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y activador químico alcalinos-metálicos interactúen sinérgicamente como parte de la reacción geopolimerización de algunas modalidades de la invención para incrementar significativamente el tiempo de gelificación y tiempo final del ajuste del material resultante. La selección apropiada del tipo de sulfato de calcio y su cantidad, la cantidad de cemento de aluminato de calcio y la selección apropiada del activador químico de metales alcalinos y su cantidad son eficaces para prolongar la tasa de gelificación y período y el tiempo de fraguado final del material resultante. Para una cantidad dada de metal alcalino activador en la composición, aumento en la cantidad de sulfato de calcio ha sido encontrado para aumentar la gelificación y final de fraguado de las composiciones cementosas resultante de geopoliméricas algunas modalidades de la invención. Además, para una cantidad dada de metal alcalino activador en la composición, aumento de tamaño de partícula de sulfato de calcio ha sido encontrado para aumentar la gelificación y final de fraguado de la resultante geopoliméricas cementosos composiciones de algunas modalidades de la invención. Además, para un tamaño determinado de partículas de sulfato de calcio y cantidad de activador químico en la composición, calcio sulfato dihidrato lleva a mayor aumento en la gelificación y tiempos de fraguado final, y sulfato de calcio anhidro más rápida gelificación y tiempos de fraguado final. Para las cemento geopoliméricas composiciones de algunas modalidades de la invención, el período de congelación oscila entre 20 y 60 minutos, con tiempos de fraguado final de unas 30 a cerca de 120 minutos. El aumento de gelificación y tiempos de fraguado final permiten una más abierta y tiempos de trabajo para el geopoliméricas cementosos composiciones de algunas modalidades de la invención.
La fuerza de edad temprana de la composición se caracteriza por la medición de la resistencia compresiva después de aproximadamente 3 a unas 5 horas de curado. Relativamente mayor resistencia compresiva de temprana edad puede ser una ventaja para el material de cemento porque puede soportar tensiones más altas sin deformación excesiva. Logrando alta resistencia temprana permite la facilidad de manejo y uso de los productos manufacturados. Además, debido a la consecución de alta resistencia temprana, el material y las estructuras pueden abrir al tráfico y permite soportar cargas estructurales y no estructurales a una edad temprana. Se entenderá por aquellos especializados en el arte que siguen las reacciones de polimerización por períodos prolongados después de haber alcanzado el tiempo de fraguado final .
Las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención son capaces de desarrollar a temprana edad extremadamente alta y máxima resistencia compresiva. Por ejemplo, las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención son capaces de desarrollar resistencia compresiva después de 1 a 4 horas de aproximadamente 500 psi a aproximadamente 4000 psi, sobre 1500 y 5000 PSI después de 24 horas y 3,500 a aproximadamente 10000 psi después de 28 días.
El tipo de sulfato de calcio también sorprendentemente se encuentra que tiene una influencia muy significativa en el desarrollo de resistencia compresiva de temprana edad (< 24 horas) de las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. El mayor incremento en la resistencia compresiva de temprana edad se produce cuando se utiliza el sulfato de calcio anhidro (anhidrita), seguido por hemihidrato de sulfato de calcio y que seguido de dihidrato de sulfato de calcio.
En algunas modalidades, se ha encontrado que un menor tamaño de las partículas de sulfato de calcio conduce a un desarrollo más rápido en la fuerza de temprana edad (£ 24 horas). Cuando es deseable tener una tasa extremadamente rápida del desarrollo de la fuerza, el tamaño de partícula medio preferido de sulfato de calcio es aproximadamente 1 a cerca de 30 mieras, más preferiblemente sobre 1 a cerca de 20 mieras y aún más preferiblemente sobre 1 a cerca de 10 mieras.
Mezcla reactiva cementosa La mezcla reactiva cementosa de algunas modalidades de la presente invención comprende el componente de polvo reactivo A (también conocido en el presente como material cementoso reactivo) y activador del componente B con preferibles intervalos como se muestra en la tabla A. El componente del polvo reactivo A comprende minerales de aluminosilicato térmicamente activado, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio. El activador del componente B comprende el metal alcalino activador químico.
Preferiblemente, la mezcla reactiva cementosa contiene alrededor de 10 a 40% en peso de cal. Sin embargo, esta cal no debe ser cal agregada. Más bien es a veces incluido como un componente químico del mineral aluminosilicato térmicamente activado.
Además el mineral aluminosilicato térmicamente activado, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio, puede incluir el cemento polvo reactivo de 0 a 15% en peso de aditivos cementosos opcionales tales como cemento Portland. Sin embargo, preferiblemente hay una ausencia de cemento Portland como su incorporación aumenta la contracción material haciendo el material menos dimensionalmente estable.
Cenizas volantes clase C y otro mineral de aluminosilicato térmicamente activo Los minerales de aluminosilicato térmicamente activos en algunas modalidades seleccionan a un grupo que consiste de las cenizas volantes, escorias de alto horno, termal activadas arcillas, lutitas, metacaolín, zeolitas, Marga barro rojo, roca de la tierra y ladrillos de la arcilla del suelo. Preferiblemente, tienen contenido de A1203 mayor que alrededor del 5% en peso. Preferiblemente arcilla o marga se utiliza después de la activación térmica mediante tratamiento térmico a temperaturas de aproximadamente 600° a cerca de 850°C. Los minerales de aluminosilicato térmicamente activado preferido de algunas modalidades de la invención tienen alta cal (CaO) contenido en la composición, preferiblemente superior a 10% en peso, preferiblemente más mayor que alrededor del 15% y aún más preferiblemente mayor que alrededor del 20%. La mayoría prefirió térmicamente activado alumino-silicato mineral es clase C cenizas volantes, por ejemplo, las cenizas volantes de centrales eléctricas alimentadas con carbón. La ceniza también posee propiedades de puzolana.
ASTM C618 (2008) define materiales de puzolana como "materiales silíceos o sílice y alúmina que poseen poco o ningún valor cementoso, pero, en forma finamente dividido y en presencia de humedad, químicamente reacciona con el hidróxido de calcio en las temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades cementosas".
Cenizas volantes es el mineral de silicato de aluminio térmicamente activado preferido en la mezcla de cemento en polvo reactivo de algunas modalidades de la invención. Cenizas volantes que contienen alto contenido de aluminato de calcio y óxido de calcio (tales como cenizas de mosca clase C de la norma ASTM C618 (2008) son preferidas como se explica más abajo.
Cenizas volantes es un subproducto de polvo fino formado a partir de la combustión del carbón. Las calderas de la utilidad de planta eléctrica quemando carbón pulverizado producen más cenizas volar comercialmente disponibles. Estas cenizas volantes consisten principalmente de partículas esféricas vidriosas, así como los residuos de hematita y magnetita, residuo carbonoso y algunas fases cristalinas formadas durante el enfriamiento. La estructura, composición y propiedades de las partículas de cenizas volantes dependen de la estructura y composición del carbón y los procesos de combustión, por el cual está formada cenizas volantes. Estándar ASTM C618 (2008) reconoce dos clases principales de las cenizas volantes para uso en concreto - clase C y clase F. Estas dos clases de las cenizas volantes se derivan generalmente de diferentes tipos de carbones que son el resultado de las diferencias en los procesos de formación de carbón que ocurren durante períodos de tiempo geológico. Ceniza volante clase F se produce normalmente de la quema de antracita o hulla bituminosa, considerando que la ceniza volante clase C se produce normalmente de lignito o carbón sub-bituminoso.
La norma de ASTM C618 (2008) distingue clase F y clase C cenizas volantes sobre todo según sus propiedades de puzolana. En consecuencia, en la norma ASTM C618 (2008), la descripción principal diferencia entre la ceniza volante clase F y ceniza volante clase C es el límite mínimo de S1O2, AI2O3 + Fe203 en la composición. El límite mínimo de SÍO2, AI2O3 + Fe2C>3 por ceniza volante clase F es 70% y para la clase C cenizas volantes es un 50%. Así, las cenizas volantes clase F son más puzolánicas de las cenizas volantes de clase C. Aunque no explícitamente reconocido en la norma ASTM C618 (2008), las cenizas volantes de clase C preferiblemente tienen un contenido alto óxido de calcio (cal).
La ceniza volante clase C generalmente tiene propiedades cementosas además propiedades puzolánicas debido a la cal libre (óxido de calcio). Clase F es raramente cemento al mezclarse con el agua sola. Presencia de óxido de calcio alto contenido hace cenizas volantes clase C poseen propiedades cementosos conduce a la formación de silicato de calcio y aluminato de calcio hidratos cuando está mezclado con agua. Como se verá en los siguientes ejemplos, ceniza volante clase C se ha encontrado para proporcionar resultados superiores.
El mineral aluminosilicato térmicamente activado comprende ceniza volante clase C, preferiblemente, cerca de 50 a cerca de 100 piezas ceniza volante clase C por 100 partes aluminosilicato térmicamente activado mineral, preferiblemente el mineral térmicamente activado aluminosilicato consta de cerca de 75 piezas de ceniza volante clase C cerca de 100 partes por 100 partes minerales de aluminosilicato térmicamente activado.
Otros tipos de cenizas volantes, tales como ceniza volante clase F, también pueden ser empleados. Preferiblemente, por lo menos 50% en peso del mineral aluminosilicato térmicamente activado en el cemento polvo reactivo es ceniza volante clase C con la ceniza volante clase F resto o cualquier otro mineral aluminosilicato térmicamente activado. Más preferiblemente, de 55 a 75% en peso de los aluminosilicatos térmicamente activado mineral en el cemento polvo reactivo es ceniza volante clase C con el resto de clase F o cualquier otro mineral aluminosilicato térmicamente activado. Preferiblemente el mineral térmicamente activado aluminosilicato es alrededor de 90 a 100% ceniza volante clase C, por ejemplo 100% de ceniza volante clase C.
El tamaño promedio de partícula de los minerales de silicato de aluminio térmicamente activado de algunas modalidades de la invención es preferiblemente menos de cerca de 100 mieras, preferiblemente menos de 50 mieras, más preferiblemente menos de 25 mieras y aún más preferiblemente menos de 15 mieras.
Preferiblemente la composición de la mezcla de algunas modalidades de la invención tiene metacaolín a más de 5 partes por 100 partes minerales de aluminosilicato térmicamente activado. Preferiblemente, las composiciones de algunas modalidades de la invención tienen una ausencia de metacaolín. Se ha encontrado presencia de metacaolín aumentar la demanda de agua de la mezcla por lo tanto su uso no es deseable en las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención.
Los minerales a menudo se encuentran en las cenizas volantes son cuarzo (S1O2), mulita (AI2S12O13), gehlenita (Ca2A12Si07) , hematita (Fe203), magnetita (Fe30í), entre otros. Además, minerales de aluminio de silicato polimorfo comúnmente encontrado en rocas como Sillimanita, cianita y Andalucita representadas por la fórmula molecular de A12SÍ05 tres también encuentran a menudo en ceniza.
Las cenizas volantes también pueden incluir sulfato de calcio u otra fuente de iones sulfato que estará en la composición de la mezcla de algunas modalidades de la invención.
La fineza de la ceniza es preferiblemente tal que menos de aproximadamente 34% es retenido en un tamiz de 325 malla (serie de los E.E.U.U.) como probados en ASTM prueba procedimiento C-311 (2011) (muestreo y procedimientos de prueba para las cenizas volantes como aditivo Mineral para hormigón de cemento Portland"). El tamaño promedio de partícula de los materiales de las cenizas volantes de algunas modalidades de la invención es preferiblemente menos de 50 mieras, preferiblemente menos de 35 mieras, más preferiblemente menos de 25 mieras y aún más preferiblemente menos de 15 mieras. Esta ceniza es preferiblemente recuperado y utilizado seco debido a su naturaleza auto ajuste.
Las cenizas volantes clase C hechas de carbón sub bituminoso tiene la siguiente composición representativa enumerada en la tabla E. Esta ceniza es preferiblemente recuperado y utilizado seco debido a su naturaleza auto ajuste.
TABLA E Un ejemplo de ceniza volante clase C Una ceniza volante de clase F preferiblemente adecuada tiene la siguiente composición listada en la tabla F.
TABLA F Un ejemplo de ceniza volante clase F adecuada Cementos hidráulicos Cementos hidráulicos para los propósitos de esta invención es un cemento que se somete a un químico ajuste reacción cuando viene en contacto con el agua (hidratación) y que, no sólo establecerá (curación) bajo el agua pero también forma un producto resistente al agua.
Cementos hidráulicos incluyen, pero no se limitan a, cementos de silicato de aluminio como cemento Portland, cemento de aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio y cementos de fluoroaluminato de calcio.
Cemento de aluminato de calcio Cemento de aluminato de calcio (CAC) es un cemento hidráulico que constituye un componente de la mezcla de polvo reactivo de modalidades de la invención.
Cemento de aluminato de calcio (CAC) también comúnmente se conoce como cemento aluminoso o cemento de alta alúmina. Cementos de aluminato de calcio tienen una alta alúmina contenido, sobre 30-45% en peso es preferiblemente. Cementos de aluminato de calcio de mayor pureza también están disponibles en el mercado en que el contenido de alúmina puede ir tan alto como el cerca de 80% en peso. Estos cementos de aluminato de calcio pureza superiores tienden a ser relativamente más caros. El aluminato de calcio cementos utilizados en las composiciones de algunas modalidades de la invención son finamente molidos para facilitar la entrada de los aluminatos en la fase acuosa que hidrata la rápida formación de etringita y otro aluminato de calcio puede tener lugar. La superficie del cemento de aluminato de calcio que es útil en algunas modalidades de la composición de la invención es mayor que aproximadamente 3.000 cm2/gramo y preferiblemente cerca de 4,000 a 6,000 cm2/gramo según lo medido por el método de superficie de Blaine (ASTM C 204).
Han surgido varios métodos de fabricación para producir cemento de aluminato de calcio en todo el mundo. Las principales materias primas utilizadas en la fabricación de cemento de aluminato de calcio son típicamente, bauxita y piedra caliza. Un método de fabricación que se ha utilizado en los Estados Unidos para la producción de cemento de aluminato de calcio se describe a continuación. La bauxita es aplastada y secada, luego de molida junto con piedra caliza. El compuesto de polvo seco de bauxita y piedra caliza luego se introduce en un horno rotatorio. Un carbón pulverizado bajo cenizas es utilizado como combustible en el horno. Reacción entre bauxita y piedra caliza lleva a cabo en el horno y el producto líquido se acumula en el extremo inferior del horno y vierte en un canal situado en la parte inferior. La escoria fundida se apaga con agua para formar granulados del clínker, que luego es transportada a un montón de acciones. Luego se muele este granulado a la consistencia deseada para producir el cemento final.
Varios compuestos de aluminato de calcio se forman durante el proceso de fabricación de cementos de aluminato de calcio. El compuesto predominante formado es aluminato monocálcico (Ca0*Al203, también conocido como CA), en un tipo de cemento de aluminato de calcio. En otro tipo de cemento de aluminato de calcio, 12Ca0*7Al203 también conocido como C12A7 o dodeca aluminato de hepta calcio se configura como la fase reactiva aluminato de calcio primario. Los demás aluminato de calcio y compuestos de silicato de calcio que se forman en la producción de cementos de aluminato de calcio incluyen CaO«2Ai203 también se conoce como dialuminato CA2 o calcio, silicato dicálcico (2Ca0*Si02, llamado C2S), silicato de alúmina dicálcico (2Ca0»Al203*Si02, llamado C2AS). También se forman varios otros compuestos que contengan una proporción relativamente alta de óxidos de hierro. Estos incluyen ferritas calcio como CaO«Fe2C>3 o CF y 2CaO»Fe2C>3 o C2F y calcio alumino-ferritas como tetracalcio aluminoferrita (4CaO*Al203*Fe2Ü3 o C4AF), 6Ca0*Al203*2Fe203 o C6AF2) y 6Ca0*2Al203«Fe203 o C6A2F). Otros componentes menores presentes en el cemento de aluminato de calcio incluyen magnesia (MgO), titania (T1O2), sulfatos y álcalis. Los cementos de aluminato de calcio recomendado: útiles de algunas modalidades de la invención pueden tener uno o más de las fases mencionadas. Cementos de aluminato de calcio teniendo aluminato monocálcico (CaO*Al2C>3 o CA) o aluminato de hepta dodeca calcio (12CaO«7Al203 o C12A7) como fases predominantes son particularmente preferido de algunas modalidades de la presente invención. Además, las fases aluminato de calcio pueden estar disponibles en forma cristalina o en forma amorfa. Ciment Fondu (o HAC Fondu), Secar 51 y Secar 71 son algunos ejemplos de cementos de aluminato de calcio comercialmente disponibles que tienen el aluminato monocálcico (CA) como la fase primaria de cemento. EV eterno es un ejemplo de cemento de aluminato de calcio comercialmente disponibles que tiene el dodeca hepta aluminato del calcio (12CaO*7Al2C>3 o CI2A?) como la fase predominante de cemento.
Preferiblemente las composiciones de algunas modalidades de la invención comprenden sobre 1-200 partes por peso, preferiblemente cerca de 2 a 100 partes por peso, preferiblemente más aproximadamente 5-75 partes por peso y aún más preferiblemente sobre 10-50 piezas de cemento de aluminato de calcio peso por pbw 100 de mineral aluminosilicato térmicamente activado.
Cementos de sulfoaluminato de calcio (CSA) Cementos de sulfoaluminato de calcio (CSA) pueden utilizarse opcionalmente de algunas modalidades de la presente invención. CSA cementos son una clase diferente de cementos de cemento de aluminato de calcio (CAC) o base de silicato de calcio Cementos hidráulicos, por ejemplo, cemento Portland. CSA cementos son Cementos hidráulicos basados en sulfoaluminato del calcio, en lugar de aluminatos de calcio que son la base de cemento CAC o silicatos de calcio que son la base de cemento Portland. Cementos de sulfoaluminato de calcio están hechos de las escorias que incluyen Ye'elimite (Ca4(A102)6SO4 o C4A3S) como una fase primaria. Otras fases principales presentes en la sulfo pueden incluir uno o más de las siguientes opciones: silicato dicálcico (C2S) y tetracalcio aluminoferrita (C4AF) y sulfato de calcio (CS). El requisito de cal relativamente baja de cementos de sulfoaluminato de calcio en comparación con el cemento Portland reduce consumo de energía y emisiones de gases de invernadero de producción de cemento. De hecho, se pueden fabricar cementos de sulfoaluminato de calcio a temperaturas aproximadamente 200°C inferior de cemento Portland, reduciendo aún más las emisiones de gases de casa verde y energía. La cantidad de fase Ye'elimite (Ca4(AlC)6SO4 o C4A3S) presente en los cementos de sulfoaluminato de calcio útiles en algunas modalidades de esta invención es preferiblemente cerca de 20 a 90% en peso y más preferiblemente 30 a 75% en peso. Cuando se utilizan cementos sulfoaluminato de calcio (CSA) de la presente invención, puede sustituir parcialmente cemento de aluminato de calcio. La cantidad de sustitución de cemento de sulfoaluminato de calcio en la composición de algunas modalidades de la invención puede ser hasta de 49% en peso del peso agregado de cemento de sulfoaluminato de calcio y cemento de aluminato de calcio.
Cemento Portland Las composiciones de algunas modalidades de la invención puedan tener acerca de 0 a 15 partes por peso total de cemento Portland en relación a 100 partes por ceniza de peso.
El bajo costo y amplia disponibilidad de las calizas, pizarras y otros materiales de origen natural hacer cemento Portland, uno de los materiales de menor costo ampliamente utilizados durante el último siglo en todo el mundo. Como se utiliza en este documento, "Cemento Portland" es un silicato de calcio basado en cemento hidráulico. ASTM C 150 define cemento Portland como "cemento hidráulico (cemento que no sólo se endurece al reaccionar con agua, pero también forma un producto resistente al agua) producida por pulverizar compuesto clinker esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos, que generalmente contienen uno o más de las formas de calcio sulfato como una adición de tierra ínter". Como se utiliza en este documento, "escorias" son nodulos (diámetros, de 0.2 - aproximadamente 1,0 pulgada [5 - 25 mm]) de un material sinterizado que se producen cuando una mezcla cruda de la composición predeterminada es calentada a la temperatura alta.
Sin embargo, es muy sorprendente, se ha descubierto que la adición de cemento Portland a las composiciones dimensionalmente estables de la presente invención compuesto mineral aluminosilicato, metal alcalino activador químico, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio tiene una influencia negativa en el comportamiento de la contracción de las composiciones resultantes. Se ha encontrado que la adición de cemento Portland a las composiciones de geopoliméricas de la presente invención aumenta la contracción de las composiciones resultantes. La magnitud de la contracción observada aumenta con el aumento en la cantidad de cemento Portland en las composiciones resultantes.
Este resultado es muy inesperado y sorprendente y subraya la naturaleza extremadamente compleja de interacciones químicas que se producen cuando otros tipos de cementos y aditivos químicos son introducidos a las composiciones del aglutinante geopolimérico dimensionalmente estable de la presente invención. No basado en este entendimiento, cemento Portland se incorpora en algunas modalidades preferidas de la invención. Sin embargo, se prevé que se utilizar cierta cantidad de cemento Portland en algunas modalidades cuando se desee en situaciones donde un aumento en el comportamiento de la contracción puede ser aceptable. El límite práctico de la cantidad de cemento Portland dependerá de la cantidad de efectos adversos sobre el comportamiento de contracción que puede ser aceptable, pero en algunas modalidades preferidas de la invención, no más de 15 partes por peso de cemento Portland por 100 partes por peso del mineral aluminosilicato térmicamente activado está incluido.
Fluoroaluminato de calcio Fluoroaluminato de calcio tiene la fórmula química 3CaO-3Al2C>3-CaF2. El fluoroaluminato de calcio a menudo se produce mediante la mezcla de cal, bauxita y fluorita en una cantidad tal que el mineral del producto resultante se convierte 3Ca0-3Al203-CaF2. CaF2 y quemar la mezcla resultante a una temperatura de acerca de 1,200-1,400°C. Cementos de fluoroaluminato de calcio pueden utilizarse opcionalmente en la presente invención.
Sulfato de calcio Sulfato de calcio constituye un ingrediente de las composiciones geopoli éricas de algunas modalidades de la invención. Aunque el sulfato de calcio por ejemplo sulfato de calcio dihidrato reaccionará con agua, no forma un producto resistente al agua y no se considera ser el cemento hidráulico para los propósitos de esta invención. Tipos de sulfato de calcio que son útiles de algunas modalidades de la invención incluyen calcio sulfato dihidrato, hemihidrato de sulfato de calcio y sulfato de calcio anhidro (anhidrita). Los sulfatos de calcio pueden disponer de forma natural o producción industrialmente. Sulfatos de calcio interactúan sinérgicamente con los otros componentes fundamentales de las composiciones cementosas de algunas modalidades de la invención y de tal modo ayuda a minimizar la contracción material mientras impartir otras propiedades útiles para el material final.
Diferentes formas morfológicas del sulfato de calcio se pueden emplear provechosamente en varias modalidades de la presente invención. Las propiedades de las composiciones geopoliméricas y compuestos de algunas modalidades de la invención se han encontrado dependen significativamente del tipo de sulfato de calcio usado basado en su composición química, granulometría, morfología cristalina y tratamiento químico y térmico. Entre otras propiedades, el comportamiento de ajuste, la tasa de desarrollo de la fuerza, se pueden adaptar mejor resistencia compresiva, la contracción comportamiento y resistencia de las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención que se agrieta seleccionando una fuente adecuada de sulfato de calcio en la formulación. Por lo tanto, la selección del tipo de sulfato de calcio usado de algunas modalidades de la invención se basa en el equilibrio de propiedades buscó en la aplicación final.
En las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la invención, se emplea una mezcla de dos o más tipos de sulfato de calcio. Cuando se utiliza una mezcla, los tipos de sulfato de calcio utilizados pueden variar dependiendo de su composición química, tamaño de partícula, forma cristalina y morfología o tratamiento superficial.
El tamaño de partícula y la morfología del sulfato de calcio se han encontrado para influir significativamente en definitiva fortalezas de las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención y el desarrollo de la temprana edad. En general, se encontró un menor tamaño de las partículas de sulfato de calcio para proporcionar un desarrollo más rápido en la fuerza de la edad temprana. Cuando es deseable tener una tasa extremadamente rápida del desarrollo de la fuerza, el tamaño de partícula medio preferido de las gamas de sulfato de calcio es aproximadamente 1 a cerca de 100 mieras, más preferiblemente sobre 1 a cerca de 50 mieras y aún más preferiblemente sobre 1 a cerca de 20 mieras. Además, también se han encontrado sulfatos de calcio con granulometría más fina para dar lugar a la menor contracción material de algunas modalidades.
Se ha más encontrado que para una cantidad determinada de cemento de aluminato de calcio y otros componentes de las materias primas presentes, un aumento (pero no excesivo aumento) en la cantidad de sulfato de calcio conduce al aumento de la resistencia compresiva de la temprana edad de las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. El más dramático incremento en la resistencia compresiva de temprana edad se produce cuando la cantidad de sulfato de calcio es alrededor de 10 a 50% por peso del cemento de aluminato de calcio.
Las tres formas de sulfato de calcio (principalmente hemihidrato, dihidrato y anhidrita) son útiles en las mezclas de cuatro-reactivos-componente de algunas modalidades de la invención para pagar los beneficios de tiempos más largos de ajuste y mayor resistencia compresiva fortalezas que ejemplos comparativos 1-4 abajo. Las tres formas de sulfato de calcio diferentes se han encontrado para tener efectos diferentes y sorprendentes en relación con los demás en tiempos de fraguado y resistencia compresiva fortalezas en varias modalidades de la invención.
Es bien sabido que la forma más soluble del sulfato de calcio es el hemihidrato, seguido de forma relativamente baja solubilidad del dihidrato y seguido por la forma relativamente insoluble de la anhidrita. Las tres formas son conocidos para establecer (matrices de la forma de la forma química dihidrato) en medios acuosos bajo condiciones apropiadas y los tiempos de fraguado y fuerzas compresivas del conjunto de formas son conocidas por seguir su orden de solubilidad. Por ejemplo, todas las otras cosas siendo iguales, empleado como la única creación material, el hemihidrato generalmente tiene el conjunto más corto tiempos y el más largo la anhidrita establecer tiempos (típicamente mucho tiempo establecer plazos).
Es bastante sorprendente, se ha encontrado que modalidades que emplean predominantemente o todos hemihidrato de sulfato de calcio tienen el tiempo establecido más largo, mientras que aquellos que emplean predominantemente o todos de anhidrita de sulfato de calcio tienen el tiempo establecido más pequeño. Igualmente sorprendente, en diversas modalidades, se ha encontrado que los emplean predominantemente o anhidrita de sulfato de calcio, todos tienen mayores fortalezas compresivas tempranas que los emplean el principalmente dihidrato forma. Las modalidades utilizando principalmente el formulario hemihidrato tienen resistencia compresiva principio similar a los que utilizan principalmente la forma de anhidrita.
En las composiciones geopoliméricas de otras modalidades, una mezcla de dos o más tipos de sulfato de calcio también puede emplearse para modificar el conjunto de tiempos y principios propiedades de resistencia compresiva de la composición en relación con esas modalidades usando predominantemente o un solo tipo de sulfato de calcio. Cuando se utiliza una mezcla, los tipos de sulfato de calcio utilizados pueden variar dependiendo de su composición química, tamaño de partícula, forma cristalina y morfología o tratamiento superficial.
Se ha encontrado el tamaño de partícula y la morfología del sulfato de calcio utilizado para influir significativamente en definitiva fortalezas de las composiciones de aglutinante cementoso geopolimérico de algunas modalidades de la invención y el desarrollo de la temprana edad. En general, se encontró un menor tamaño de las partículas de sulfato de calcio para proporcionar un desarrollo más rápido en la fuerza de la edad temprana. Cuando es deseable tener una tasa extremadamente rápida del desarrollo de la fuerza, el tamaño de partícula medio preferido de las gamas de sulfato de calcio de alrededor de 1 a cerca de 100 mieras, preferiblemente más de aproximadamente 1 a cerca de 50 mieras y más preferiblemente de aproximadamente 1 a cerca de 20 mieras. Además, también se han encontrado sulfatos de calcio con granulometría más fina para reducir el encogimiento material.
Se ha más encontrado que para una cantidad determinada de cemento de aluminato de calcio y otros componentes de las materias primas presentes, un aumento (pero no excesivo aumento) en la cantidad de sulfato de calcio conduce al aumento de la resistencia compresiva de la temprana edad de las carpetas geopoliméricas de algunas modalidades de la presente invención. El más dramático incremento en la resistencia compresiva de temprana edad se produce cuando la cantidad de sulfato de calcio es alrededor de 10 a 50% por peso del cemento de aluminato de calcio.
Se ha encontrado también inesperadamente que la cantidad de sulfato de calcio presente en proporción de cemento de aluminato de calcio en la mezcla tiene una influencia significativa en el grado de contracción material de geopoliméricas composiciones de algunas modalidades de la invención. Preferiblemente, esas modalidades tienen una cantidad de sulfato de calcio de aproximadamente 5 a cerca de 200 piezas por peso concerniente a 100 partes por peso de cemento de aluminato de calcio. Para el control más eficaz sobre material contracción de las composiciones geopoliméricas en esas modalidades, la cantidad de sulfato de calcio es aproximadamente 10 a cerca de 100 partes por peso concerniente a 100 partes por peso de cemento de aluminato de calcio, más preferiblemente cerca de 15 a 75 partes por peso concerniente a 100 partes por peso de cemento de aluminato de calcio y más preferiblemente cerca de 20 a 50 partes por peso concerniente a 100 partes por peso de cemento de aluminato de calcio.
Para dadas cantidades de metales alcalinos activador y otros componentes de la materia prima en la composición de algunas modalidades de la invención, el uso de sulfato de calcio dihidrato se ha encontrado para proporcionar el control más efectivo en reducir al mínimo la contracción del material. El uso de sulfato de calcio anhidro (anhidrita) y hemihidrato de sulfato de calcio también proporcionan excelente control en la disminución de la contracción del material de las composiciones de aglutinante cementoso geopolimérico de esas modalidades.
La selección del tipo o tipos de sulfato de calcio empleadas en las composiciones de tales modalidades se basa en la tasa de desarrollo de la fuerza de edad temprana, control de encogimiento y equilibrio de otras propiedades en la aplicación final deseada.
El tipo de sulfato de calcio también se ha encontrado para tener una influencia muy significativa en el desarrollo de resistencia compresiva de temprana edad (£ 24 horas) de las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. El mayor incremento en la resistencia compresiva de temprana edad se produce cuando se utiliza el sulfato de calcio anhidro (anhidrita), seguido por hemihidrato de sulfato de calcio, seguido de sulfato de calcio dihidrato. La selección del tipo de sulfato de calcio usado de una composición de algunas modalidades de la invención se basa en la tasa de desarrollo de la fuerza de edad temprana, control de encogimiento y equilibrio de otras propiedades en la aplicación final deseada.
Una parte o la totalidad del importe de sulfato de calcio pueden añadirse como un componente añadido del cemento de aluminato de calcio en las composiciones de algunas modalidades de la invención. Cuando esto sucede, la cantidad de sulfato de calcio añadido por separado en la composición se reduce en una cantidad equivalente en el cemento de aluminato de calcio.
Sulfato de calcio también puede estar incluido en las cenizas volantes en algunas modalidades de la composición. Cuando tal es el caso, se puede reducir la cantidad de sulfato de calcio añadido por separado en la composición. La cantidad de sulfato de calcio añadido por separado a las composiciones de algunas modalidades de la invención puede ser ajustada en base a la disponibilidad de los iones sulfato aportados por otros ingredientes presentes en la mezcla. Para mayor durabilidad de las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención, es deseable mantener el contenido de sulfato de calcio a niveles relativamente bajos. Exceso de calcio sulfato u otros iones sulfato en la mezcla pueden conducir a Socorro químico debido a la expansión material causado por la precipitación y la hidratación de las sales presentes en el material.
Puzolanas Otros minerales de silicato y aluminosilicatos opcionales que son puzolanas poseer substancial, poco o ningún propiedades astringentes por cuenta propia en un medio acuoso pueden ser incluidos como aditivos minerales opcionales en las composiciones de algunas modalidades de la invención. Varios materiales naturales y artificiales han sido denominados materiales puzolánicos que poseen propiedades puzolánicas. Algunos ejemplos de materiales puzolánicos humo de sílice, piedra pómez, perlita, tierra de diatomeas, finamente suelo de arcilla, finamente suelo pizarra, finamente suelo pizarra, finamente vidrio molido, Toba volcánica, trass y cáscara de arroz. Todos estos materiales puzolánicos pueden utilizarse por separado o en forma combinada como parte del cemento polvo reactivo de algunas modalidades de la invención.
Rellenos-agregados, rellenos minerales inorgánicos y rellenos ligeros Mientras que la mezcla de polvo reactivo cementoso descrita define el componente de ajuste rápido de la composición cementosa de algunas modalidades de la invención, se entenderá por aquellos especializados en el arte que otros materiales pueden ser incluidos en la composición dependiendo de su uso y aplicación.
Uno o más rellenos tales como arenas, agregados gruesos, agregados comunes, rellenos minerales inorgánicos, rellenos ligeros pueden ser utilizados como un componente en las formulaciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. Estos rellenos no son preferiblemente puzolanas o minerales de aluminosilicato térmicamente activado.
Preferiblemente cargas minerales inorgánicas son dolomita, piedra caliza, carbonato de calcio, suelo de arcilla, pizarra, pizarra, mica y talco. Generalmente tienen un tamaño de partícula fina con diámetro de partícula preferiblemente promedio de menos de 100 mieras, preferiblemente menos de unas 50 mieras y más preferiblemente menos de 25 mieras en las composiciones de algunas modalidades de la invención. Arcillas de esmectita y paligorskita y sus mezclas no se consideran rellenos minerales inorgánicos en esta invención.
Agregado fino o arena se define como un material inorgánico de la roca con un tamaño promedio de partícula de menos de 4.75 mm (0.195 pulgadas).
Arena preferible de la invención tiene un tamaño de partícula de 0.1 milímetros hasta aproximadamente 2 mm. Arena fina con un tamaño de partícula de alrededor de 1 mm o menos es relleno preferido en algunas modalidades de esta invención. Arena tiene un diámetro máximo de partícula de 0.6 mm, preferiblemente a lo sumo aproximadamente 0.425 mm, un diámetro de partícula dentro de un intervalo de acerca de 0.1 a 0.5 mm, preferiblemente aproximadamente 0.1 mm a 0.3 mm es útil en otras modalidades de la invención. Arena fina preferible ejemplos de QUIKRETE FINO No. 1961 y UNIMIN 5030 teniendo un intervalo de tamaño predominante de los E.E.U.U. del tamiz número #70 - #30 (0.2-0.6 mm).
La distribución de tamaño de partícula y la cantidad de arena en la formulación ayuda a controlar el comportamiento reológico de las composiciones cementosas de algunas modalidades de la invención. Arena fina puede añadirse en las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención en relación arena/cemento materiales (polvo reactivo) de 0.05 a cerca de 4. Cuando se desea lograr la reológico material autonivelante, la arena más deseable al cociente de materiales cementosos en la formulación es de 0.50 a aproximadamente 2, preferiblemente más de 0.75 a alrededor de 1.5.
Agregado grueso se define como un material inorgánico de la roca con un tamaño promedio de partícula menos 4.75 mm (0.195 pulgadas), por ejemplo 1/4" a 1-1/2 pulgadas" (0.64 a 3.81 cm). Agregada con el tamaño más grande de 1-1/2"(3.81 cm) también puede ser había utilizado en algunas aplicaciones por ejemplo pavimentos de concreto. La forma de la partícula y la textura del agregado grueso utilizado pueden ser angular, textura áspera, alargadas, redondeadas o liso o una combinación de estos. Preferiblemente agregado grueso están hechas de minerales como el granito, basalto, cuarzo, riolita, andesita, Toba, piedra pómez, piedra caliza, dolomita, piedra arenisca, mármol, pedernal, silicio, grauvaca, pizarra o gnessis.
El agregado grueso útil en algunas modalidades de la invención preferiblemente cumplir con las descripciones establecen en ASTM C33 (2011) y AASHTO M6/M80 estándares (2008).
Cuando agregado grueso en las composiciones cementosas geopolimérica de algunas modalidades de la invención, se emplean preferiblemente en un agregado al cociente de materiales cementosos (polvo reactivo) de aproximadamente 0.25 a 5. Algunas modalidades de la invención contienen agregado grueso con agregado grueso al cociente de materiales cementosos de acerca de 0.25 a 1. Algunas otras modalidades de la invención contienen agregado grueso con agregado grueso al cociente de materiales cementosos de alrededor de 1 a 3.
Relleno ligero tiene una gravedad específica de menos de 1.5, preferiblemente menos de aproximadamente 1, más preferiblemente menos de aproximadamente 0.75 y todavía más preferiblemente menos de aproximadamente 0.5. En algunas otras modalidades preferidas de la invención la gravedad específica del relleno ligero es menos de 0.3, preferiblemente más menos cerca de 0.2 y más preferiblemente inferior a 0.1. En contraste, relleno mineral inorgánico preferiblemente tiene una gravedad específica sobre aproximadamente 2.0. Ejemplos de relleno ligero útil piedra pómez, vermiculita, formas expandidas de arcilla, pizarra, pizarra y perlita, escoria, escoria expandida, cenizas, microesferas de vidrio, microesferas de cerámica sintéticas, huecas microesferas de cerámica, perlas de poliestireno ligeros, huecas microesferas de plástico, perlas de plástico expandido y similares. Perlas de plástico expandido y esferas de plástico huecas cuando se utiliza en la composición de algunas modalidades de la invención se emplean en muy pequeña cantidad sobre una base de peso debido a su extremadamente baja gravedad específica.
Cuando ligeros rellenos que se utilizan para reducir el peso del material, pueden ser empleados en un relleno en relación materiales cementosos (polvo reactivo) de 0.01 a cerca de 2, preferiblemente de 0.01 a 1. Una combinación de dos o más tipos de relleno ligero útil en las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la invención.
Mientras que algunas modalidades de algunas modalidades de la invención contienen solamente arena como el relleno agregado, otras modalidades pueden contener cargas minerales inorgánicas y arenas o relleno ligero. Otras modalidades pueden contener relleno mineral inorgánico y llenadores ligeros como el material de relleno adicional. Algunas otras modalidades de la invención contienen relleno mineral inorgánico, arena y llenador ligero como el material de relleno adicional. Algunas otras modalidades de la invención contienen solamente cargas minerales inorgánicas o rellenos livianos y ningún agregado fino, arena o agregado grueso. Algunas modalidades de la invención que contienen agregado grueso pueden incluir o excluir uno más de los siguientes rellenos - arena, ligero relleno y relleno mineral inorgánico .
Algunas modalidades de la presente invención están completamente libres de cualquier añadido relleno.
Activadores químicos de metal alcalino En algunas modalidades de la invención, bases y sales de metales alcalinos son útiles como activadores químicos para activar el mineral térmicamente activado aluminosilicato compuesto por componente polvo reactivo como cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio. Los activadores de metales alcalinos de algunas modalidades de esta invención pueden ser agregados en forma líquida o sólida. Los activadores químicos de metales alcalinos preferidos de algunas modalidades de esta invención son sales metálicas de ácidos orgánicos. Los más preferían alcalinos-metálicos activadores químicos de algunas modalidades de esta invención son sales de metales alcalinos de ácidos carboxí licos. Hidróxidos de metales alcalinos y silicatos de metales alcalinos son otros ejemplos de metales alcalinos activador químico de algunas modalidades de esta invención. Alternativamente, hidróxidos de metales alcalinos y silicatos de metales alcalinos pueden también utilizarse en combinación con ácidos carboxílicos como el ácido cítrico para proporcionar la activación química de polvo reactivo compuesto por mezcla minerales de aluminosilicato térmicamente activado, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.
En algunas modalidades de la presente invención, empleando metales alcalinos sales del ácido cítrico como el citrato de sodio o de potasio en combinación con la mezcla de polvo reactivo compuesto mineral térmicamente activado aluminosilicato compuesto por ceniza volante clase C, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio , proporciona las composiciones de mezcla con relativamente buena fluidez y que no endurecer demasiado rápido, después de mezclar las materias primas en o alrededor de la temperatura ambiente (aproximadamente 20-25°C) .
La cantidad de metal alcalino sal de ácido cítrico, por ejemplo, citrato de potasio o sodio citratos, es de 0.5 a 10 % en peso, preferiblemente cerca de 1.0 a cerca de 6% en peso, preferiblemente aproximadamente 1.25 a cerca de 4% en peso, más preferiblemente 1.5 a aproximadamente 2.5% en peso y aún más preferiblemente cerca de 2% de peso basado en 100 partes de los componentes reactivos cementosos (es decir componente del polvo reactivo) de algunas modalidades de la invención. Así, por ejemplo, para 100 kilos de cemento en polvo reactivo, puede haber aproximadamente 1.25 a cerca de 4 libras totales de potasio o de sodio citratos. Los metal alcalino recomendado: citratos son citratos de potasio y citratos de sodio y particularmente monohidrato citrato tri-potasio, citrato trisódico anhidro, monohidrato citrato trisódico, citrato de sodio dibásico sesquihidrato, tri-sodio citrato dihidrato, citrato de di sodio y citrato de mono sodio.
Preferiblemente el activador no contiene un aminoalcohol . También, preferiblemente el activador no contiene fosfatos.
Retardadores de conjunto Compuestos orgánicos tales como ácidos carboxílíeos hidroxilados , carbohidratos, azúcares y almidones son los retardadores preferidos de algunas modalidades de la invención. Ácidos orgánicos como el ácido cítrico, ácido tartárico, ácido málico, ácido glucónico, ácido succínico, ácido glicólico, ácido alónico, ácido butírico, ácido málico, ácido fumárico, ácido fórmico, ácido glutámico, ácido pentanoic, ácido glutárico, ácido glucónico, ácido tartrónico, ácido múcico, ácido trididroxi benzoico, etc., son útiles como retardadores de conjunto en las composiciones cementosas geopoliméricas dimensionalmente estable de algunas modalidades de la invención. Gluconato de sodio es también útil como un retardador de conjunto orgánico en algunas modalidades de la presente invención. Celulosa basado en polímeros orgánicos tales como hidroxietil-celulosa (HEC), hidroxipropil celulosa (HPC), hidroxipropilmetil-celulosa (HPMC), etil-celulosa (EC), metiletil-celulosa (EC) , carboximetil-celulosa (CMC), carboximetiletil-celulosa (CMEC), carboximetilhidroxietil-celulosa (CMHEC) también son útiles como retardadores en las composiciones de algunas modalidades de la presente invención. Estos retardadores basados en celulosa cuando se añade a la composición de algunas modalidades de la invención también significativamente aumentan la viscosidad de la mezcla además de causar el retraso. Preferiblemente retardadores basado en ácido inorgánicos del ácido bórico o boratos tipo no son empleados en las composiciones de la presente invención porque se han encontrado para obstaculizar la reológico de la mezcla, causar excesiva eflorescencia y reducir la fuerza de adherencia material a otros substratos .
Otros agentes de control de conjunto opcionales Otros aditivos químicos de control conjunto opcional incluyen un carbonato de sodio, carbonato de potasio, nitrato de calcio, calcio nitrito, Formiato de calcio, acetato de calcio, cloruro de calcio, carbonato de litio, nitrato de litio, nitrito de litio, sulfato de aluminio, aluminato de sodio, alcanolaminas, polifosfatos y lo similar. Estos aditivos cuando se incluyen como parte de la formulación también pueden influir la reológico de las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención además de afectar a su comportamiento del fraguado .
Materiales opcionales, fibras y entelado Otros materiales opcionales y aditivos pueden estar incluidos en las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. Estos incluyen al menos un miembro seleccionado del grupo que consiste de filmógeno polvos poliméricos redispersables , filmógeno látex dispersiones de polímeros, agentes antiespumantes y antiespumantes, aditivos, agentes de control conjunto, contracción reduce adiciones, agentes espumantes y evaporadores , agentes de control reológico orgánicos e inorgánicos, viscosidad modificando agentes (espesantes), agentes de control (supresión) de eflorescencias, agentes de control de corrosión, agentes humectantes, colorantes o pigmentos de retención de agua, fibras discretas, fibras largas y continuas y refuerzo, refuerzo textil, fibras de alcohol polivinílico, y/o producir vidrio u otras fibras de refuerzo discretos.
Fibras de refuerzo discretas de diferentes tipos pueden incluirse también en las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la invención. Telas de poliéster hechas de materiales como fibra de vidrio recubierto de polímero y los materiales poliméricos como polipropileno, polietileno y nylon pueden utilizarse para reforzar los productos prefabricados a base de cemento, dependiendo de su función y aplicación.
Preferiblemente las composiciones geopoliméricas de modalidades de la invención tienen una ausencia de polvo del horno de cemento. Polvo del horno de cemento (CKD) se crea en el horno durante la producción de cemento clinker. El polvo es una mezcla de partículas de alimento crudo no reaccionado y parcialmente calcinado, escoria polvo y ceniza, enriquecida con sulfatos alcalinos, haluros y otros volátiles. Estas partículas son capturadas por los gases de escape y recogidas en dispositivos de control de partículas tales como ciclones, mangas y precipitadores electrostáticos. CKD compuesta principalmente de carbonato de calcio y dióxido de silicio, que es similar al horno de cemento crudo de alimentación, pero la cantidad de los álcalis, cloruro y sulfato generalmente es considerablemente mayor en el polvo. CKD de tres diferentes tipos de operaciones: puente largo-mojado, seco largo y álcali con pre-calcinado tiene varios rasgos físicos y químicos. CKD generados a partir de hornos de largo secado y largo húmedo se compone de horno parcialmente calcinado alimentar finos enriquecidos con cloruros y sulfatos alcalinos. El polvo que se acumula desde el derivador del álcali de hornos pre-calcinados tiende a ser más grueso, más calcinado y también concentrado con volátiles del álcali. Sin embargo, el proceso del derivador de álcali contiene la mayor cantidad en peso de óxido de calcio y menor pérdida por calcinación (LOI). La tabla AA de Adaska et al., Beneficial Uses of Cement Kiln Dust, presentado en 2008 IEEE/PCA 50 Cement industry Technical conf., Miami, FL, mayo 19-22 de 2008, proporciona el desglose de composición para los tres tipos diferentes de operación e incluye una composición química preferiblemente para el cemento portland tipo I para la comparación .
TABLA G Composición de CKD a partir de diferentes fuentes de operación Superplastificantes y agentes desgasificantes Agentes reductores de agua (superplastificantes), se utilizan preferiblemente en las composiciones de algunas modalidades de la invención. Se puede añadir en forma seca o en forma de una solución. Superplastificante ayuda a reducir la demanda de agua de la mezcla. Ejemplos de superplastificantes incluyen polinaftaleno sulfonatos, poliacrilatos, policarboxilates, poliéter policarboxilatos, lignosulfonatos, sulfonatos de melamina, caseínas y similares. Dependiendo del tipo de superplastificante utilizada, la proporción de peso de la superplastificante (sobre la base de polvo seco) a la mezcla de polvo reactivo preferiblemente será alrededor de 5% en peso o menos, preferiblemente cerca de 2% en peso o menos, preferiblemente de 0.1 a 1 % en peso.
Superplastificante basado en la química de poliéter policarboxilato son más preferidos agua que reduce la adición química de las composiciones cementosas geopolimérica de algunas modalidades de la invención. Policarboxilato superplastificante de poliéter es los preferidos ya que facilitan la modalidad de los diversos objetivos de esta invención como se mencionó anteriormente.
Agentes desgasificantes se añaden a la mezcla de cementosa de algunas modalidades de la invención para formar burbujas de aire (espuma) in situ. Agentes desgasificantes son preferiblemente tensioactivos utilizados deliberadamente atrapar burbujas microscópicas en el concreto. Alternativamente, se emplean agentes desgasificantes para externamente producen espuma que se introduce en las mezclas de las composiciones de algunas modalidades de la invención durante la operación de mezcla para reducir la densidad del producto. Preferiblemente externamente producen espuma el agente desgasificante (también conocido como un agente espumante líquido), aire y agua se mezclan de forma espuma en una espuma adecuada generación de aparatos. Una espuma agente estabilizador tales como alcohol de polivinilo puede agregarse a la espuma antes de que la espuma se agrege a la mezcla de cementosa.
Ejemplos de agentes desgasificantes/espumantes sulfonatos de alquilo, alquilbenzolfulfonatos y oligómeros de alquil éter sulfato entre otros. Detalles de la fórmula general para estos agentes espumantes pueden encontrarse en la Patente de E.U.A. No. 5,643,510 incorporada aquí por referencia.
Agente desgasificante (agente espumante) como eso conforme a normas como conjunto adelante en ASTM C 260 "Descripción de norma por mezclas de desgasificante para concreto" (01 de agosto de 2006) se pueden emplear. Los agentes desgasificantes son bien conocidos por los expertos en la téenica y se describen en Kosmatka et al "Diseño y Control de mezclas de concreto", XIV edición, asociación de cemento Portland, específicamente el capítulo 8, titulado "concreto desgasificado" (citado en la Publicación de solicitud de patente No. 2007/0079733 Al). Materiales desgasificantes disponibles comercialmente incluyen resinas de madera vinsol, sulfonados hidrocarburos, ácidos grasos y resinosos, alifáticos sustituidos aril sulfonatos, tales como sales de lignina sulfonado y numerosos otros interfacialmente activos materiales que normalmente toman la forma de agentes tensioactivos no iónicos o aniónicos, abietato de sodio, ácidos grasos saturados o insaturados y sus sales, agentes tensioactivos, alquil-aril-aulfonatos, fenoles etoxilados, lignosulfonatos, resina jabones, sodio hidroxiestearato, lauril sulfato, ABSs (alquilbencenosulfonatos), LASs (alquilbencenosulfonatos lineales), alcanosulfonatos, polioxietileno alquil (fenil) éteres, ésteres de polioxietileno (fenil) alquil éter sulfato o sus sales, ésteres de fosfato polioxietileno (fenil) alquil éter o sus sales, materias proteínicas, alquenilsulfosuccinatos, alfa-olefinsulfonatos, una sal de sodio de alfa olefina sulfonato de sodio, o lauril sulfato de sodio o sulfonato y mezclas.
Preferiblemente el agente desgasificante (espumante) es de 0.01 a cerca de 1% en peso del peso de la composición en general cemento.
Bio-polímeros y agentes de control reológico orgánico Succinoglicanos, goma diutan, goma guar, goma wellan, gomas xantana y éter de celulosa basado en compuestos orgánicos, bio-polímeros que actúan como agentes de control reológico en algunas modalidades de la presente invención hidrocoloides. Polímeros orgánicos sintéticos tales como poliacril amidas, polímeros acrílicos alcalino-hinchable, polímeros acrílicos asociativos, copolímeros de acrilamida/acrílico, polímeros alcalino-hinchables modificados hidrofóbicamente, polímeros orgánicos altamente hinchables en agua se pueden emplear provechosamente como agentes de control reológico y espesantes en las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la invención.
Tipos de agentes de control reológicos y espesantes tanto asociativos y no asociativos se pueden emplear provechosamente en las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la invención.
Ejemplos de polímeros orgánicos basados en celulosa útiles para control reológico en las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la presente invención incluyen hidroxietil-celulosa (HEC), hidroxipropil celulosa (HPC), hidroxipropilmetil-celulosa (HPMC), etil-celulosa (CE), metiletil-celulosa (MEC), carboximetil-celulosa (CMC), carboximetiletil-celulosa (CMEC) y carboximetilhidroxietil-celulosa (CMHEC).
Los agentes de control orgánico reológico y espesantes mencionados son solubles en agua fría y caliente. Estos aditivos también actúan como agentes de retención del agua y así minimizan la segregación material y sangrado además de controlar la reología del material.
Agentes de control reológico inorgánicos Las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención también pueden incluir agentes inorgánicos reológico perteneciente a la familia de filosilicatos. Ejemplos de agentes de control reológico inorgánicos particularmente útiles en las composiciones geopoliméricas de invención paligorskita, sepiolita, esmectitas, caolinitas e ilita. Arcillas de esmectita particularmente útil en algunas modalidades de la presente invención incluyen HECTORITA, saponita y montmorillonita. Diferentes variedades de arcillas de bentonitas naturales y tratadas químicamente también pueden usarse para controlar la reología de las composiciones de la presente invención. Estos aditivos también actúan como agentes de retención del agua y así minimizan la segregación material y sangrado. Los agentes de control reológico inorgánicos pueden añadirse en ausencia de o en combinación con los agentes de control orgánico reológico en algunas modalidades de la presente invención.
Aditivos de polímero de formación de película Preferiblemente los polvos poliméricos redispersables formando película en algunas modalidades de son polvos del látex. Estos polvos poliméricos son agua-redispersible y producido por el secado por aspersión de dispersiones de polímeros acuosos (látex).
Látex es un polímero de emulsión. El látex es una dispersión de polímero a base de agua, ampliamente utilizada en aplicaciones industriales. El látex es una dispersión estable (emulsión coloidal) de micropartículas de polímero en un medio acuoso. Por lo tanto, es una suspensión/dispersión de goma o plástico polímero micropartículas en el agua. Los látex pueden ser naturales o sintéticos.
El látex se hace preferiblemente de un acrílico puro, un caucho de estireno, un caucho de butadieno estireno, un acrílico estireno, un acrílico de vinilo o un copolí ero de acetato de vinilo de etileno acrilado y más preferiblemente es un acrílico puro. Preferiblemente látex polimérico se deriva de al menos un monómero acrílico seleccionado del grupo formado por ácido acrílico, ásteres del ácido acrílico, ácido metacrílico y ásteres del ácido metacrílico. Por ejemplo, los monómeros empleados preferiblemente en polimerización de emulsiones incluyen estos monómeros como acrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de metilo, acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexil, otros acrilatos, metacrilatos y sus mezclas, ácido acrílico, ácido metacrílico, estireno, tolueno de vinilo, acetato de vinilo, ásteres de ácidos carboxílicos más altos que el ácido acético, por ejemplo versato de vinilo, acrilonitrilo, acrilamida, butadieno, etileno, cloruro de vinilo del vinilo y mezclas de los mismos. Por ejemplo, un polímero de látex puede ser un copolímero butil acrilato/metil metacrilato o un copolímero 2-etilhexil acrilato/metil metacrilato. Preferiblemente, el polímero del látex se deriva más de uno o más monómeros seleccionados del grupo que consiste de estireno, alfa-metil estireno, cloruro de vinilo, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, pieles metacrilato, acetato de vinilo, vinilo ásteres de ácidos onocarboxílicos terciario ramificado, ácido itacónico, ácido crotónico, ácido maléico, ácido fumárico, etileno y dienos conjugados de C4-C8.
Agente de supresión de eflorescencias Agentes tales como siliconas, silanos, siloxanos, estearatos se agregan a las composiciones cementosas de algunas modalidades de la invención para reducir el potencial de eflorescencias del material. Ejemplos seleccionados de agentes anovulatorios eflorescencia útiles incluyen octiltrietoxi silano, metil potasio siliconado, estearato de calcio, estearato de butilo, estearatos de polímero. Estos agentes de control de eflorescencias reducen el transporte del agua dentro del material endurecido y así minimizar la migración de sales y otras sustancias solubles que potencialmente pueden causar eflorescencia. Eflorescencia excesivo puede conducir a pobre estética, interrupción material y daños causados por reacciones expansivas que ocurren debido a la acumulación de la sal y sal hidratación y reducción en la fuerza de adherencia con recubrimientos de superficie y otros sustratos.
Agentes desespumante Agentes desespumantes pueden añadirse a las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención para reducir la cantidad de aire, aumentar la resistencia del material, aumentar la fuerza de adherencia material a otros substratos y para producir una superficie libre de defecto en aplicaciones donde la estética superficial es un criterio importante. Ejemplos de agentes antiespumante adecuados útiles en las composiciones de geopoliméricas de algunas modalidades de la invención óxidos de polietileno, polieteramina, glicol de polietileno, glicol de polipropileno, alcoxilatos, polialcoxilato, alcoholes grasos etoxilados, ásteres hidrofóbicos, tributilo de fosfato, alquil poliacrilatos, silanos, siliconas, polisiloxanos, siloxanos poliéter, dioles acetilénicos, tetra etil decinediol, alcohol secundario etoxilado, aceite de silicona, sílice hidrófobo, aceites (aceite mineral, aceite vegetal, aceite blanco), ceras (ceras de parafina, ceras éster, ceras alcohol graso), amidas, ácidos grasos, poliéter derivados de ácidos grasos, etc.
Temperatura de la mezcla inicial En algunas modalidades de la presente invención, formando la mezcla en condiciones que proporcionar una temperatura de la mezcla de la mezcla inicial reducido y un aumento de menos de 50°F (28°C) a una temperatura de la mezcla final composiciones mezcla, más preferiblemente un aumento de menos de 40°F (22°C) y más preferiblemente un aumento de menos de 30°F (17°C) para mejora estabilidad de temperatura y lo más importante, gelificación más lento y tiempos de fraguado final de 10 a cerca de 240 minutos, más preferiblemente cerca de 60 a cerca de 120 minutos y más preferiblemente cerca de 30 a 90 minutos, permite controló más tiempo de trabajo para el uso comercial de las composiciones de algunas modalidades de la invención. La temperatura de la mezcla inicial es preferiblemente sobre temperatura ambiente.
Aumentando la temperatura inicial de la mezcla aumenta la tasa de aumento de la temperatura como las reacciones de proceden y reduce el tiempo de fraguado. Así, temperatura de la mezcla inicial, de 95°F (35°C) a 105°F (41.1°C), utilizada en la preparación de las cenizas volantes convencional basado en composiciones geopoliméricas para congelación rápida y fraguado se evita preferiblemente desde la formulación de composición está diseñada para reducir el comportamiento de aumento de la temperatura de la composición mixta de las temperaturas de la mezcla inicial. El beneficio de la estabilidad térmica obtenidos con algunas modalidades de la presente invención para aumentar el tiempo de gelificación inicial y fraguado final que, a su vez, proporciona para la creciente comercialmente trabajabilidad puede reducirse un poco si la temperatura de la mezcla inicial ya es relativamente alta.
La temperatura inicial se define como la temperatura de la mezcla general durante el primer minuto después de que el cemento en polvo reactivo, activador y el agua son primeros todos los presentes en la mezcla. Por supuesto puede variar la temperatura de la mezcla general durante este primer minuto pero para lograr estabilidad térmica preferida preferiblemente se mantendrá dentro de un intervalo temperatura inicial de 0 a aproximadamente 50°C, preferiblemente una temperatura inicial de aproximadamente 10 a aproximadamente 35°C, más preferiblemente una temperatura inicial de aproximadamente 15 a aproximadamente 25°C, preferiblemente la temperatura ambiente.
Material exotérmico y comportamiento al aumentar la temperatura Las composiciones de la presente invención ventajosamente lograr calor moderado evolución y baja temperatura se levantan dentro del material durante la etapa de curado. En estas composiciones de algunas modalidades de la invención, el aumento de la temperatura máxima que ocurren en el material es preferiblemente menos de 50°F (28°C), más preferiblemente menos de 40°F (22°C) y más preferiblemente menos de 30°F (17°C). Esto evita la excesiva expansión térmica y consecuente que se agrieta y la interrupción del material. Este aspecto se convierte en aún más beneficioso cuando el material se utiliza de una manera donde participan grandes espesores de material vierte en aplicaciones de campo real. Las composiciones cementosas geopoliméricas de la presente invención son beneficiosas en este aspecto particular que exhiben menor expansión térmica y mayor resistencia que en aplicaciones de campo real de agrietamiento térmico.
EJEMPLOS En todos los ejemplos, a menos que se especifique lo contrario, el cemento de aluminato de calcio, conocido como Ciment Fondu (también denominado aquí como HAC Fondu), disponible en Kerneos Inc. fue empleado como un componente de cemento en polvo reactivo. La composición del óxido del cemento de aluminato de calcio (cemento Fondu) empleado fue como se muestra en la tabla AA: TABLA AA La fase aluminato de calcio principal presente en el Ciment Fondu (HAC Fondu) en los ejemplos era aluminato monocálcico (CA).
En todos los ejemplos, salvo indicación en contrario, las cenizas volantes era ceniza volante clase C de Campbell Power Plant, West Olive, MI. Esta ceniza tenía un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 4 mieras. La fineza Blaine medida de la ceniza fue aproximadamente 4300 cm2/g. La composición de óxido de la ceniza volante clase C utilizada en estos ejemplos era como se muestra en la tabla AA.
El sulfato de calcio usado en algunas modalidades de la invención y en los ejemplos tiene un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 1-200 mieras (micrómetros) y preferiblemente cerca de 1-20 mieras cuando se utiliza el sulfato de calcio de grano fino.
En particular, el sulfato de calcio dihidrato empleado en los ejemplos era un grano fino calcio sulfato dihidrato, denominado aquí como yeso natural, disponible desde Estados Unidos Gypsum Company. El yeso natural es un dihidrato del sulfato de calcio de grano fino con un tamaño promedio de partícula de alrededor de 15 mieras.
El sulfato de calcio anhidro (anhidrita) incluido en algunos de los ejemplos fue relleno marca SNOW WHITE disponible desde United States Gypsum Company. El relleno del USG SNOW WHITE es una forma insoluble de anhidrita producida por el tratamiento térmico de alta temperatura del sulfato de calcio, preferiblemente del yeso. Tiene un nivel muy bajo de humedad químicamente combinada, preferiblemente alrededor del 0.35%. El tamaño medio de partícula del llenador USG nieve blanca es aproximadamente 7 mieras.
El hemihidrato de sulfato de calcio usado en algunos de los ejemplos de los ejemplos es calcio sulfato hemihidrato marca USG HYDROCAL C-Base disponible de United States Gypsum Company. HYDROCAL C-Base es una forma morfológica alfa hemihidrato de sulfato de calcio con microestructura de bloques de cristal y la menor demanda de agua. El USG HYDROCAL C-Base tiene un tamaño promedio de partícula de alrededor de 17 mieras.
Dihidrato del sulfato de calcio de grano grueso, de lo contrario aquí identificado como yeso natural grueso, empleado en algunos de los ejemplos fue procurado desde la planta de USG Detroit y está disponible en United States Gypsum Company como yeso grueso marca USG BEN FRANKLIN AG. El yeso de marca USG BEN FRANKLIN AG es un dihidrato del sulfato de calcio granulado grueso con un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 75-80 mieras.
El molido fino QUIKRETE No.1961 arena fina y arena UNIMIN 5030 utilizada en algunas modalidades de la presente invención y en algunos ejemplos tenían un tamaño de partícula como se muestra en la tabla BB: TABLA BB Citrato de potasio o citrato de sodio fue el citrato del álcali añadido a las composiciones cementosas de algunas modalidades de la invención y actuó como un activador químico, modificador de reológico y agente de control.
El tiempo de configuración inicial y el tiempo de ajuste final divulgado en los siguientes ejemplos se midieron con la norma ASTM C266 (2008) usando las agujas Gilmore.
El comportamiento asentamiento y flujo de las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de esta invención y algunos de los ejemplos se caracterizaron por una prueba de caída. La prueba de caída utilizada en los ejemplos siguientes utiliza un cilindro hueco de 5.08 cm. (2 pulg.) de diámetro y aproximadamente 10.16 cm (4 pulg.) de largo sostenido verticalmente con un extremo abierto descansando sobre una superficie lisa de plástico. El cilindro se llene hasta la parte superior con la mezcla de cementosa siguió golpeando la superficie superior para retirar la mezcla de exceso de la mezcla. El cilindro es entonces suavemente levantado verticalmente para permitir que la mezcla salga desde el fondo y difunda en la superficie de plástico para formar una empanada de la circular. El diámetro de la hamburguesa es entonces medido y registrado como la caída del material. Composiciones con comportamiento de flujo buen rendimiento un valor mayor de depresión. El flujo de la mezcla se caracteriza por puntuación la fluidez de la mezcla en una escala del 1 al 10 con un valor de 1 que representa un comportamiento de flujo muy pobre y un valor de 10 que representa el comportamiento del flujo excelente.
La contracción del material (también denominada en el presente documento "contracción") en este documento se caracteriza por medir el cambio de longitud del espécimen prisma según el estándar de prueba ASTM C928 (2009). La medición de la longitud inicial se toma 4 horas después de que se reunió a los componentes de las materias primas individuales incluyendo el agua. La medida final se toma 8 semanas después de que se unieron los componentes incluyendo el agua. La diferencia entre las mediciones iniciales y finales dividida por la longitud inicial veces 100% da la contracción como un porcentaje. La longitud de 1 in.xl in (sección transversal) cambiar las muestras prisma también contempladas en el presente como barras, están dispuestos según la norma ASTM C157 (2008).
La resistencia compresiva del material se midió de acuerdo con el método de prueba ASTM C109 (2008) por la prueba del cubo de 2 pulgadas x 2 pulgadas x 2 pulgadas a falla bajo compresión. Los cubos desmoldeados desde los moldes de bronce después de endurecer y curado en bolsas de plástico selladas hasta la edad de la prueba. Los cubos fueron probados en la edad de 4 horas, 24 horas, 7 días y 28 días después de la fundición.
El comportamiento de aumento de temperatura mezcla del material se midió en la condición de semi adiabática por poner la mezcla en un contenedor aislado y registrando la temperatura material usando un termopar.
Muchos de los ejemplos muestran propiedades físicas de los geopoliméricas desarrollado cementosos composiciones de algunas modalidades de la invención, que incluye térmicamente activaron mineral aluminosilicato (ceniza), cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y activadores químicos metales alcalinos. Este estudió la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con activador químico metal alcalino y sulfato de calcio en el material temprana edad y comportamiento a largo plazo de la contracción (química y retracción al secado), resistencia compresiva de temprana edad, máxima resistencia compresiva, exotérmica comportamiento y características de ajuste de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollados de algunas modalidades de la invención.
Muchos de los ejemplos muestran propiedades físicas de los geopoliméricas desarrollado cementosos composiciones de algunas modalidades de la invención, que incluye térmicamente activaron mineral aluminosilicato (ceniza volante), cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y activadores químicos metales alcalinos. Esto ilustra la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con activador químico metal alcalino y sulfato de calcio en el material temprana edad y comportamiento a largo plazo de la contracción (química y retracción al secado), resistencia compresiva de temprana edad, máxima resistencia compresiva, exotérmica comportamiento y características de ajuste de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollados de algunas modalidades de la invención.
Composiciones de algunas modalidades de la presente invención ventajosamente lograr calor moderado evolución y baja temperatura se levantan dentro del material durante la etapa de curado. En estas composiciones, el aumento de la temperatura máxima que ocurren en el material es preferiblemente menos de 50°F (28°C) sobre, más preferiblemente menos de 40°F (22°C) y todavía más preferiblemente menos de sobre 30°F (17°C). Esto evita la excesiva expansión térmica y consecuente que se agrieta y la interrupción del material. Este aspecto se convierte en aún más beneficioso cuando el material se utiliza de una manera donde participan grandes espesores de material vierte en las aplicaciones de campo real. Las composiciones cementosas geopoliméricas de la presente invención investigado como discutidos más abajo son beneficiosas en este aspecto particular que exhiben menor expansión térmica y mayor resistencia al agrietamiento térmico en aplicaciones de campo real.
Las composiciones de algunas modalidades de la invención también logrado tiempos de fraguado suficientemente largo para proporcionar buena traba abilidad. Un tiempo extremadamente corto del ajuste es problemático para algunas aplicaciones como un material de corto vida (vida útil) laboral causa dificultades significativas con el procesamiento del material fraguado rápido con el equipo y herramientas utilizados en aplicaciones de campo real.
EJEMPLO 1 Ejemplo comparativo de composiciones cementosas geopoliméricas actuales Los ejemplos siguientes ilustran las propiedades físicas de composiciones cementosas geopoliméricas actuales compuestas por ceniza volante clase C y un citrato de potasio. Resultados de la prueba muestran el comportamiento de la contracción, edad temprana y máxima resistencia compresiva; y el comportamiento de ajuste de las composiciones cementosas se muestra en la tabla 1. Todas las tres mezclas fueron activadas con citrato de potasio y contienen cantidades variables de arena agregada. Todas las tres mezclas disponen de 100 partes por peso de ceniza volante clase C y 100 partes por peso Total de materiales cementosos. Todo el material cementoso era ceniza volante clase C de la planta de energía Campbell, West Olive, MI y arena fina grado comercial QUIKRETE No.1961.
TABLA 1 Composiciones geopolimericas del estado de la téenica actuales en el ejemplo comparativo 1 La figura 1A muestra el comportamiento de contracción de los actual estado del arte composiciones cementosas geopoliméricas investigados en el comparativo ejemplo 1.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en las materias primas se mezclan y reparto. Se puede observar que las composiciones de ceniza activadas con el citrato de un álcali demostraron extremadamente alta cantidad de contracción. La contracción máxima medida fue encontrada para ser tan alto como 0,75% después de 8 semanas de curado en 75°F/50% RH. Aumento en el contenido de arena disminuyó el grado de contracción pero la contracción global todavía seguía siendo muy alta en niveles inaceptables. Estos altos niveles de contracción material procesar el material insatisfactorio para la mayoría de las aplicaciones de construcción. Cabe señalar que para la mayoría de las aplicaciones de construcción, la magnitud total de la contracción superior al 0.10% se considera extremadamente alta e indeseable.
Comportamiento de flujo inicial, asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 2 muestra el comportamiento del flujo inicial y asentamiento del actual estado del arte composiciones cementosas geopoliméricas investigados en el comparativo ejemplo 1.
TABLA 2 Flujo y asentamiento del ejemplo comparativo 1 La composición de las cenizas volantes activada con el citrato de un álcali tuvo un comportamiento de buen flujo en las proporciones de arena y cemento de 0.75%. La mezcla perdió su fluidez a un grado pequeño cuando la relación arena/cemento se incrementó a 1.50%. Finalmente, en una proporción de arena/cemento de 2.50, la mezcla se convirtió en extremadamente rígida y no tenía absolutamente ninguna característica de flujo.
La figura IB muestra la fotografía de torta de asentamiento para la Mezcla #1 investigada en el comparativo ejemplo 1. La torta de asentamiento había desarrollado importantes grietas al secado. La iniciación de grietas en las tortas se produjo en menos de 30 minutos de la prueba de caída. El número de grietas y el tamaño de grietas crecieron con material posterior secado y endurecimiento.
Tiempo de fraguado La tabla 3 muestra el comportamiento de ajuste del actual estado del arte composiciones cementosas geopoliméricas investigados en el comparativo ejemplo 1.
TABLA 3 Tiempo de fraguado del ejemplo comparativo 1 Las composiciones cementosas en este ejemplo tuvieron comportamiento extremadamente rápida configuración. Todos mixes había gelificada para arriba rápidamente y perdieron el comportamiento del flujo en menos de 5 minutos después de las materias primas se mezclan en forma de una mezcla acuosa.
Resistencia compresiva La tabla 4 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas actuales de estado de la téenica investigadas en el comparativo ejemplo 1. Todas las composiciones de ceniza mostraron un desarrollo de resistencia compresiva superior a 7000 psi en 28 días.
TABLA 4 Resistencia compresiva del ejemplo comparativo 1 EJEMPLO 2 Ejemplo comparativo Este ejemplo investiga a temprana edad estabilidad dimensional y resistencia de la preferencia actual estado del arte geopoliméricas formulaciones consta de composiciones cementosos compuesto por cenizas volantes y citrato de sodio que se agrieta. La tabla 5 muestra la composición de la materia prima de la composición de la mezcla investigada. Las mezclas fueron activadas con citrato de potasio y contienen cantidades variables de arena agregada. Las mezclas tenían 100 partes por peso de ceniza volante clase C y 100 partes por peso Total de materiales cementosos. En otras palabras, todo el material cementoso era ceniza volante clase C.
La composición utiliza arena fina grado comercial QUIKRETE No.1961 y superplastificante BASF CASTAMENT FS20.
TABLA 5 Composición de mezcla del ejemplo comparativo 2 y ejemplo comparativo 3 Comportamiento de agrietamiento de edad temprana del material La figura 2 muestra una fotografía de la torta de asentamiento para la mezcla investigada en comparativo ejemplo 2. La torta de asentamiento había desarrollado importantes grietas al secado. La iniciación de grietas en la hamburguesa se produjo en menos de 30 minutos de la prueba de caída. El número de grietas y el tamaño de grietas crecieron significativamente con material posterior secado y endurecimiento.
Comportamiento de resistencia compresiva de composición de ejemplo comparativo 2 La tabla 5A muestra el comportamiento de resistencia compresiva de la mezcla en 2 ejemplo comparativo. Las fuerzas compresivas edad temprana de la composición fueron relativamente bajas, siendo menos de 500 psi en 4 horas y menos de 2000 psi en 24 horas. Como se mostrará más adelante en los ejemplos, las composiciones geopoliméricas de modalidades de la invención desarrollan significativamente mayor fuerza compresiva en estas mismas edades tempranas con relaciones agua/cemento equivalente. Como se muestra en los ejemplos de modalidades específicas de la presente invención las fortalezas compresiva de temprana edad pueden fácilmente ser adaptados al ajustar el tipo y cantidad de sulfato de calcio, la cantidad de cemento de aluminato de calcio y el tipo y cantidad de metal alcalino activador empleado en las composiciones de modalidades de la invención.
TABLA 5A Resistencia compresiva del ejemplo 2 - (psi) EJEMPLO 3 Ejemplo comparativo Este ejemplo investiga la estabilidad dimensional de edad temprana y resistencia al agrietamiento de las composiciones cementosas comparativas compuesto por cenizas volantes y citrato de metal alcalino. La tabla 5 muestra la composición de la materia prima de la composición de la mezcla investigada.
Comportamiento de agrietamiento a edad temprana del material La figura 3A muestra una fotografía de la torta de asentamiento para la mezcla investigada en la ejemplo comparativo 3. La torta de asentamiento había desarrollado importantes grietas al secado. La iniciación de grietas en la hamburguesa se produjo en menos de 30 minutos despues de la prueba de caída.
Comportamiento de resistencia compresiva de composición de ejemplo comparativo 3 La tabla 5B muestra el comportamiento de resistencia compresiva de la mezcla en 3 ejemplo comparativo. Las fuerzas compresivas edad temprana de la composición fueron relativamente bajas siendo menos de 500 psi en 4 horas y menos de 1500 psi. Como se muestra en los ejemplos posteriores de modalidades de la invención, las fuerzas compresivas de temprana edad pueden ser adaptadas al ajustar el tipo y cantidad de sulfato de calcio, la cantidad de cemento de aluminato de calcio y el tipo y cantidad de metal alcalino activador empleado en las composiciones de la invención .
TABLA 5B Resistencia compresiva de las composiciones de mezcla del ejemplo comparativo 3 - (psi) Comportamiento de contracción La figura 3B muestra el comportamiento de contracción de edad muy temprana de la composición del cemento en comparativo ejemplo 3.
Las mediciones de contracción a edad muy temprana se inician en una edad de 1 hora desde el momento en las materias primas se mezclan y reparto. La composición de las cenizas volantes activada con un metal alcalino citrato demostró gran cantidad de contracción . La contracción máxima medida fue encontrada para ser superior a 1% después de 8 semanas de curado en sobre 75°F/50% RH . Estos altos niveles de contracción material procesar el material insatisfactorio para la mayoría de las aplicaciones de construcción. En la mayoría de las aplicaciones de construcción, contracción superiores a alrededor del 0.10% se considera indeseable altos.
EJEMPLO 4 Adición de cemento de aluminato de calcio puro a ceniza volante - ejemplo comparativo Este ejemplo muestra las propiedades físicas de las composiciones cementosas compuesto por cenizas volantes, el citrato de calcio aluminato cemento y álcali. Este estudió la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en la contracción y resistencia de las composiciones cementosas investigadas compuesto por cenizas volantes y citrato de álcali que se agrieta.
Las tablas 6 y 7 muestran las composiciones de materia prima de las diferentes mezclas cementosas investigadas en este ejemplo 1-4. Ciment Fondu (HAC Fondu) , un cemento de aluminato de calcio, disponible desde Kerneos fue utilizado como un componente de cemento en polvo reactivo en esta investigación. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las distintas composiciones de mezcla investigadas en este ejemplo es variada y era igual al 10% en peso y 30% en peso del peso de las cenizas volantes. Citrato de potasio fue agregado como fuente de citrato alcalino en las composiciones cementosas investigadas en este ejemplo. El sulfato de calcio usado era USG yeso natural calcio sulfato dihidrato. Arena fina grado comercial QUIKRETE No. 1961 se usa junto con AdvaCast 500, superplastif icante WR Grace.
TABLA 6 Composiciones de polvo reactivo cementosas en partes en peso para el ejemplo comparativo 4 (Mezcla 1 y Mezcla 2) y ejemplo 5 (Mezcla 3 y Mezcla 4) TABLA 7 Composiciones de polvo reactivo cementosas en partes en peso para el ejemplo comparativo 4 (Mezcla 1 y Mezcla 2) y ejemplo 5 (Mezcla 3 y Mezcla 4) Comportamiento de flujo inicial, asentamiento y comportamiento de agrietamiento as temprana edad del material La tabla 8 se muestra el comportamiento del flujo inicial y depresión de las mezclas binarias de las cenizas volantes y cemento de aluminato de calcio investigado en ejemplo 4. Ambas mezclas investigadas tenían comportamiento buen flujo y tortas de alto diámetro según lo observado en la prueba de caída.
TABLA 8 Flujo y asentamiento de composiciones investigadas en el ejemplo 4 (Mezcla 1 y Mezcla 2) y ejemplo 5 (Mezcla 3 y Mezcla 4) La figura 4A muestra fotografías de hamburguesas de caída para el comparativo mezcla 1 y 2 investigado en ejemplo 4 . Dos hamburguesas de depresión desarrollaron importantes grietas al secado. La iniciación de grietas en las hamburguesas comenzó a ocurrir tan pronto como 5 minutos después de las materias primas se mezclaron juntos. El número de grietas y el tamaño de grietas crecieron significativamente con material posterior secado y endurecimiento. Se puede concluir que además de cemento de aluminato de calcio a las composiciones de ceniza activada con citratos alcalinos conduce a un material inestable dimensionalmente propenso a agrietarse al secado y endurecimiento excesivo.
Comportamiento de contracción Las muestras prisma rectangular fueron lanzadas para la caracterización del comportamiento de la contracción de las mezclas investigados. Muestras prisma para Mix 2 agrietado en el molde (antes de desmoldear) en menos de 1 hora después de la fundición debido a la contracción excesiva de material.
La figura 4B muestra el comportamiento de la contracción para mezclar 1. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH. Se puede observar que prismas para mezclar 1 que contiene una mezcla de ceniza, cemento de alta alúmina y un metal alcalino citrato se contrajeron de forma muy significativa. La contracción medida de la muestra de prisma para mezclar 1 al final de 8 semanas es de 1.08%.
EJEMPLO 5 Las tablas 6 y 7 muestran las composiciones de materia prima de las dos mezclas cementosas geopoliméricas (Mezcla 3 y 4 de la mezcla en las tablas 6 y 7) de esta invención investigadas en el ejemplo 5. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 10% en peso (Mezcla 3) y 30% en peso (Mix 4) el peso de las cenizas volantes. Yeso natural de grano fino se añadió a nivel diferente cantidad de 33,33% de peso basado en el peso del cemento de aluminato de calcio).
Comportamiento de flujo inicial, asentamiento y .ento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 8 se muestra el comportamiento del flujo inicial y las características de la depresión de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención (Mezcla 3 y 4 de la mezcla en la tabla 8), que incluye vuelan cenizas, cemento de aluminato de calcio, yeso natural de grano fino y citrato alcalino investigados en el ejemplo 5. Se puede observar claramente que todas las composiciones de mezcla investigadas tenían buen flujo comportamiento. Es particularmente digno de mención que las propiedades buen flujo eran incluso en una relación agua/cemento de materiales tan baja como 0.25.
La figura 5A muestra fotografías de las empanadas de la depresión para las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en el ejemplo 5. Las hamburguesas de la caída de este ejemplo no desarrollaron cualquier agrietamiento sobre secado como fue el caso de las mezclas cementosas de ejemplo comparativo 4 que contiene no yeso natural. Por lo tanto, incorpora una fuente de sulfato de calcio (grano fino yeso natural) a la mezcla de cementosa compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio y citrato de álcali conduce al dimensionalmente estable composiciones cementosas geopoliméricas que poseen superior resistencia a agrietamiento en secado.
Comportamiento de contracción La figura 5B muestra un gráfico del comportamiento de la contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en el ejemplo 5. El objetivo principal de esta investigación fue estudiar la influencia de incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con sulfato de calcio (yeso natural) y citrato de metal alcalino sobre el comportamiento de la contracción de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones de esta investigación y figura 5B: La incorporación de sulfato de calcio (yeso natural) tuvo un impacto significativo en mejorar la resistencia al agrietamiento y estabilidad dimensional de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio y el citrato de un metal alcalino. Contrariamente a las barras de contracción mezclar 1 comparativas de ejemplo comparativo 4 (con no yeso natural) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 5 compuesto por sulfato de calcio (yeso natural) fueron totalmente estables y no dio lugar a grietas antes o después de moldeo.
El encogimiento máximo medido de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural) y el álcali fue significativamente más bajo que el de las composiciones cementosos que contiene las cenizas volantes y citrato alcalino solamente (ejemplo 1). Por ejemplo, las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato (yeso natural) y citrato de álcali tenía máxima contracción medida 0.14% en comparación con la contracción máxima de alrededor de 0.75% para la mezcla comparativo conteniendo las cenizas volantes y álcali citrato únicamente (ejemplo 1). Por lo tanto, se pueden concluir que además de sulfato de calcio para composiciones cementosas compuesto de cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio y álcali citrato ayuda a reducir muy significativamente la contracción del material.
Tiempo de fraguado La tabla 9 muestra el tiempo de fraguado de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en el ejemplo 5.
TABLA 9 Tiempos de fraguado del ejemplo 5 (Mezcla 3 y Mezcla 4) Composiciones cementosas investigadas en el ejemplo 5 tuvieron comportamiento de ajuste rápido con ajuste final tiempos que oscilan entre 20 a 40 minutos. Las composiciones cementosas desarrolladas de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural) y el álcali tenía relativamente más largos tiempos de fraguado que el cementosos composiciones que comprende sólo las cenizas volantes y álcali citrato como se ve en el ejemplo 1. Para la composición de cemento que consta de cenizas volantes y citrato alcalino del ejemplo 1, el tiempo de ajuste final fue aproximadamente 15 minutos. Un tiempo extremadamente corto del ajuste es un problema para aplicaciones más prácticas, puesto que un material de corto vida (vida útil) laboral causa dificultades significativas con el procesamiento del material fraguado rápido utilizando el equipo y herramientas relativas a la aplicación de campo real.
Resistencia compresiva La tabla 10 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural) y citrato de álcali investigado en el ejemplo 5.
TABLA 10 Resistencia compresiva del ejemplo 5 (Mezcla 3 y Mezcla 4) - (psi) Esto estudió la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con sulfato de calcio dihidrato (grano fino yeso natural) en la edad temprana y comportamiento de máxima resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención. Los datos indican lo siguiente: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigado en este ejemplo continuada aumentando en función del tiempo.
La edad temprana (4 horas y 24 horas) fuerza de mezclas aumentó con aumento en la cantidad de yeso natural en la composición del cementosa.
Las fuerzas compresivas de temprana edad 4 horas del material fueron superiores a 1400 psi con el uso de yeso natural como un componente de las composiciones cementosas geopoliméricas investigados de la invención.
Las fortalezas compresivas de 24 horas de edad temprana del material fueron superiores a 2000 psi con el uso de yeso natural como un componente de las composiciones cementosas geopoliméricas investigados de la invención. Cabe destacar que la fuerza compresiva 24 horas para Mezcla 3 con cemento de aluminato de calcio de 30 piezas y sulfato de calcio 10 piezas era muy alta a aproximadamente 4150 psi.
La resistencia compresiva de día 28 de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en este ejemplo era muy alta, aproximadamente 6900 psi para Mezcla 3 y aproximadamente 4000 psi para Mezcla 4 .
En las modalidades de la presente invención se muestra en este ejemplo, se inesperadamente encontró que cuando el mineral aluminosilicato, activador de metales alcalinos, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio se mezclaron juntos, la reacción resultante fue menos exotérmica que las dos reacciones separadas y el tiempo de gelificación y tiempos de endurecimiento se extendieron significativamente.
También se ha encontrado que hay una reducción significativa en la contracción material cuando los minerales aluminosilicato y metales alcalinos activador fueron reaccionados junto con cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio como hemos comentado anteriormente en el apartado de la descripción.
EJEMPLO 6 La tabla 11 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopol iméricas investigadas en este ejemplo, como se muestra en la tabla 6. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 30% en peso del peso de las cenizas volantes. Dihidrato de sulfato de calcio (yeso natural) fue agregado en los niveles de diferente cantidad (5% en peso, 10% en peso, 20% y 30% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio y ceniza) en las distintas composiciones de mezcla investigadas. Las cenizas volantes es ceniza volante clase C, Campbell Power Plant, West Olive, MI, el sulfato de calcio dihidrato es USG Yeso natural, el cemento de aluminato de calcio es Ciment Fondu (HAC Fondu), Kerneos Inc, la arena es arena fino grado comercial QUIKRETE No. 1961 y el superplast ificante es AdvaCast 500, de WR Grace .
TABLA 11 Composiciones investigadas en el ejemplo 6 Comportamiento de flujo inicial, asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 12 muestra las características de conducta y depresión del flujo inicial de la geopoliméricas cementosos composiciones de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato (último yeso) y citrato de álcali investigado en ejemplo 6.
TABLA 12 Flujo y asentamiento del ejemplo 6 Todas las composiciones de mezcla investigadas tenían buen auto-nivelado, comportamiento de flujo y tortas de alto diámetro según lo observado en la prueba de caída. La gran depresión y el comportamiento auto-nivelado era obtenible en una relación agua/cemento de materiales tan baja como 0.275.
La figura 6A muestra fotografías de hamburguesas de la depresión para las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención en el ejemplo 6. Las hamburguesas de la caída de este ejemplo no desarrollaron cualquier agrietamiento al secado en contraste con las mezclas cementosas de ejemplo comparativo 4 que contiene no sulfato de calcio (yeso natural). Así, puede ser concluido incorporación de sulfato de calcio (yeso natural) a la mezcla de cemento que comprende de las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, y citrato de álcali conduce a composiciones cementosas geopoliméricas dimensionalmente estables que poseen superior resistencia ala agrietamiento en secado.
Comportamiento de contracción La figura 6B muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención en ejemplo 6. Esto demuestra la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con un sulfato de calcio (calcio sulfato dihidrato o yeso natural) sobre el comportamiento de la contracción de los geopoliméricas desarrollado cementosos composiciones de la invención.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de 8 semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación y la figura 6B: La incorporación de sulfato de calcio (yeso natural) tuvo un impacto significativo en la mejora de la resistencia al agrietamiento y estabilidad dimensional de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, el citrato de calcio aluminato cemento y álcali. Contrariamente a las barras de la contracción de ejemplo comparativo 4 (con no yeso natural) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 6 compuesto por sulfato de calcio (grano fino yeso natural) eran completamente estables y no dio lugar a grietas antes o después de moldear.
La contracción máxima medida de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y el álcali fue significativamente menor que en las composiciones cementosos consta de cenizas volantes y álcali citrato únicamente (ejemplo 1) . Por ejemplo, las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y citrato de álcali tuvo una contracción máxima de 0.13% a 0.24% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la mezcla comparativo consta de cenizas volantes y álcali citrato únicamente (ejemplo 1). Por lo tanto, además de yeso natural de grano fino a composiciones cementosas compuestas de cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio y citrato de álcali ayuda a reducir significativamente la contracción del material.
El aumento en la cantidad de calcio sulfato (yeso natural) a los niveles utilizados en este ejemplo resultó en una disminución general en la máxima contracción del material. Se puede observar que en una cantidad calcio sulfato (yeso natural) de 16.7% en peso, la reducción del material fue 0.24% (Mezcla 1). Aumento de cantidad de calcio sulfato (yeso natural) a 33.3% en peso y 66.7% de peso resultó en una disminución de la contracción material a un valor de aproximadamente 0.13% (Mezcla 2 y Mezcla 3). Un aumento en la cantidad de calcio sulfato (yeso natural) al 100% p dio lugar a un ligero aumento de contracción a un valor de aproximadamente 0.15% Evolución termica y comportamiento para elevar la temperatura La figura 6 muestra el comportamiento de subida temperatura exotérmico y la mezcla de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención en ejemplo 6. Las composiciones cementosas de ejemplo 6 consta de cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y el álcali demostró solamente un comportamiento de subida muy moderada de la temperatura. Evolución de calor moderado y aumento de la temperatura baja dentro del material durante la etapa de curado son cruciales para prevenir la excesiva expansión térmica y consecuente que se agrieta y la interrupción del material. Este aspecto se vuelve aún más crucial cuando el material se utiliza de una manera donde participan grandes espesores de material vierte en la aplicación de campo real. Las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en este ejemplo se revelan ser altamente beneficiosa en este aspecto particular ya que conducirían a una expansión térmica menor y mayor resistencia en las aplicaciones de campo real de agrietamiento térmico.
Tiempo de fraguado La tabla 13 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención en ejemplo 6 compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural de grano fino) y citrato de álcali.
TABLA 13 Tiempos de fraguado del ejemplo 9 Todas las composiciones cementosos investigadas en este ejemplo demostraron ajuste final tiempos que oscilan entre 30 y 50 minutos. En cambio, la composición de cementosa compuesto por cenizas volantes y citrato alcalino del ejemplo 1 tuvieron un momento de ajuste final de aproximadamente 15 minutos .
Resistencia compresiva La tabla 14 muestra la edad temprana y el comportamiento de máxima resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural de grano fino) y citrato de álcali del ejemplo 6.
TABLA 14 Resistencia compresiva del ejemplo 6 - (psi) De este estudio se pueden establecer las siguientes observaciones: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigado en este ejemplo continuada aumentando en función del tiempo.
Las resistencias compresivas de temprana edad 4 horas del material fueron superiores a 750 psi con el uso de sulfato de calcio (yeso natural) como un componente de las composiciones cementosas geopoliméricas investigados de la invención.
Las resistencias compresivas de 24 horas de edad temprana del material fueron superiores a 1500 psi con el uso de sulfato de calcio (yeso natural) como un componente de las composiciones cementosas geopoliméricas investigados de la invención.
La resistencia compresiva 28 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención investigados en este ejemplo era muy alta en menores cantidades de sulfato de calcio (yeso natural) y disminuyó con el aumento en la cantidad de sulfato de calcio. Por ejemplo, la resistencia compresiva 28 días de mezcla 1 con 16.7% sulfato de calcio y Mezcla 2 con 33.3% sulfato de calcio, fueron 5221 psi y psi 4108, respectivamente. Por otro lado, para Mezcla #4 con 100% de sulfato de calcio, resistencia compresiva 28 días cayó a 2855 psi.
EJEMPLO 7 Este ejemplo compara las composiciones de invención compuesto por cemento de aluminato de calcio en los niveles de diferente cantidad en las mezclas que contienen las cenizas volantes, sulfato de calcio (dihidrato del sulfato de calcio de grano fino o yeso natural) y citrato de álcali.
La tabla 15 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 40% del peso, peso 60% y 80% en peso del peso de la ceniza volante clase C. Sulfato de calcio en forma de grano fino yeso natural USG fue agregado en el nivel de la cantidad de 30% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio y 13.3, 20 y 26.7% en peso de las cenizas volantes. El cemento de aluminato de calcio era Ciment Fondu (HAC Fondu), Kerneos, Inc., la arena es arena fina grado comercial QUIERETE No.1961 y el superplastificante es AdvaCast 500, WR Grace.
TABLA 15 Composiciones del ejemplo 7 Comportamiento de flujo inicial, asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 16 muestra las características de conducta y depresión del flujo inicial de la geopoliméricas cementosos composiciones de la invención compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio dihidrato (yeso último grano fino) y citrato de álcali investigado en ejemplo 7.
TABLA 16 Flujo y asentamiento del ejemplo 7 Todas las composiciones de mezcla investigadas tenían buen flujo comportamiento según lo observado en la prueba de caída.
Comportamiento de contracción La figura 7 muestra los datos para el comportamiento de la contracción de geopoliméricas cementosos composiciones 7 de la invención en este ejemplo.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Este ejemplo demostró lo siguiente: Contrario a los barrotes de la contracción de ejemplo comparativo 4 (con sin sulfato de calcio) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 7 compuesto por sulfato de calcio (grano fino yeso natural) eran completamente estables y no dio lugar a grietas antes o después de moldear.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural de grano fino) y citrato de álcali tenían una máxima contracción fue extremadamente baja en cerca de menos de 0.06% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de la mezcla comparativo que contiene sólo las cenizas volantes y citrato alcalino (ejemplo 1).
Tiempo de fraguado La tabla 17 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de invención del ejemplo 7.
TABLA 17 Tiempos de fraguado del ejemplo 7 Todas las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención demostraron comportamiento de ajuste rápido. Sin embargo, la composición de la mezcla de invención investigado en este ejemplo que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y el álcali tuvo un tiempo de ajuste relativamente mayor que la composición cementosos arte previo que comprende las cenizas volantes y álcali citrato únicamente (ejemplo 1). Los tiempos de ajuste final de la composición del cemento de geopoliméricas mezcla 1, 2 y 3 de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato dihidrato (yeso natural) y citrato de potasio fue de aproximadamente 3 0 a 45 minutos en comparación con un tiempo de fraguado final extremadamente rápida de aproximadamente 15 minutos para la composición de la mezcla que contiene sólo las cenizas volantes y citrato de potasio (ejemplo 1).
Resistencia compresiva La tabla 18 muestran el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (grano fino yeso natural) y citrato de álcali investigado en ejemplo 7.
TABLA 18 Resistencia compresiva del ejemplo 7 - (psi) Se pueden establecer las siguientes observaciones: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigado en este ejemplo continuada aumentando con el tiempo.
La resistencia compresiva de temprana edad 4 horas del material era superior a 1500 psi con el uso de cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural de grano fino) y citrato de álcali como parte de las composiciones cementosas geopoliméricas de invención. Asimismo, las fuerzas compresivas 24 horas de las composiciones de invención superaban 1900 psi.
EJEMPLO 8 Este ejemplo representa las propiedades físicas de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio en forma de sulfato de calcio anhidro grano fino (es decir, anhidrita) y citrato de álcali, mezclados como se muestra en la tabla 6. La tabla 19 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. Mezcla 1 representa una composición comparativa investigada en el ejemplo 8. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo era igual a 0% en peso, 30% en peso, 60% de peso y 90% en peso del peso de las cenizas volantes. Anhidrita (relleno USG SNOW WHITE) se añadió una cantidad de 33,33% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio (ciment Fondu HAC Fondu) y 0, 10, 20 y 30% p de las cenizas volantes en las composiciones de mezcla investigados. Arena fina de grado comercial QUIKRETE No.1961 y superplastificante BASF CASTAMENT FS20 fue utilizado.
TABLA 19 Composiciones geopolimericas del ejemplo 8 comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 20 muestra las características de comportamiento y caída del flujo inicial de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato en forma de anhidrita y citrato de álcali investigó en el ejemplo 8.
TABLA 20 Flujo y asentamiento del ejemplo 8 Todas las composiciones de mezcla investigadas tenían buen auto-nivelado, comportamiento de flujo y tortas de alto diámetro según lo observado en la prueba de caída. Es particularmente significativo que tan alta depresión y comportamiento auto-nivelado era obtenible con una relación agua/cemento de materiales de apenas 0.25.
Las tortas de asentamiento para cuatro mezclas todo compuesto de sulfato de calcio en forma de anhidrita estaban en excelentes condiciones y no desarrollaron grietas.
Comportamiento de contracción La figura 8 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en el ejemplo 8. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en el 75°F/50% de humedad relativa (RH).
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación: Contrario a las barras de contracción de ejemplo comparativo 4 (con sin sulfato de calcio) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 8 compuesto por cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio anhidro (anhidrita) y citrato de álcali eran completamente estables y no dio lugar a grietas antes o después de moldeo.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (anhidrita) y el álcali tiene una contracción máxima entre 0.21% y 0.26% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de la mezcla comparativo conteniendo las cenizas volantes y citrato alcalino solamente (ejemplo 1) y cerca de 0.62% para la mezcla comparativa 1 del presente ejemplo que también contiene las cenizas volantes y citrato alcalino solamente.
La contracción más baja se obtuvo para Mezcla 2 compuesto por cemento de aluminato de calcio en el 30% en peso de sulfato de calcio y cantidad de cenizas volantes (anhidrita) en 33.3% del peso de la cantidad de aluminato de calcio.
Resistencia compresiva La tabla 21 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (anhidrita) y citrato de álcali en el ejemplo 8.
TABLA 21 Resistencia compresiva del ejemplo 8 - (psi) En el ejemplo se estudió la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con el sulfato de calcio en forma de anhidrita en la edad temprana y comportamiento de máxima resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención. De este estudio se desprenden las siguientes observaciones importantes: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigado en este ejemplo continuada aumentando en función del tiempo.
Resistencia compresiva de edad temprana a la resistencia compresiva máxima de la composición de la mezcla sin sulfato de calcio (Mezcla comparativa 1) fueron inferiores en comparación con los de las composiciones cementosas de la invención compuesto por sulfato de calcio (mezcla de 2 a 4).
La edad temprana (4 horas y 24 horas) las fortalezas compresivas de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención compuesto por cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio en forma de anhidrita eran excepcionalmente altas. Por ejemplo, mezcla 3 compuesto por cemento de aluminato de calcio en una cantidad de 60% en peso de las cenizas volantes y anhidrita en una cantidad de 33.33% en peso de cemento de aluminato de calcio alcanzó una fuerza compresiva de 5032 psi en tan sólo 4 horas y 6789 psi en 24 horas. Del mismo modo, mezcla 4 compuesto por cemento de aluminato de calcio en una cantidad de 80% en peso de las cenizas volantes y anhidrita en una cantidad de 33.33% en peso de cemento de aluminato de calcio alcanzó una fuerza compresiva de 6173 psi en tan sólo 4 horas y 8183 psi en 24 horas.
Las fuerzas compresivas 28 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención que comprende las cenizas volantes, aluminato de calcio, sulfato de calcio en forma de anhidrita y citrato de potasio fueron excepcionalmente alto y superior a 10000 psi (69 MPa).
Así ha sido muy sorprendentemente encontrar que el uso de sulfato de calcio anhidro insoluble (anhidrita o anhidrita muertos quemado) proporciona un conjunto más rápido, una tasa superior de desarrollo de resistencia compresiva, y una fuerza de compresión máxima mayor que los obtenidos con el uso de un relativamente alto calcio soluble sulfato dihidrato (ver ejemplo 7).
Otra característica inesperada de modalidades de esta invención es la dependencia de la configuración de comportamiento y resistencia compresiva del tipo de sulfato de calcio usado en las composiciones de la invención.
EJEMPLO 9 La tabla 22 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo, como se muestra en la tabla 6.
La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 40% en peso del peso de las cenizas volantes. Yeso natural se añadió una cantidad de 33.3% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio y 13.3% en peso de la ceniza volante clase C. Sodio citrato dihidrato fue utilizado como el metal alcalino activador químico en todas las composiciones de mezcla investigados. El agua en relación de materiales cementosos utilizado en esta investigación fue igual a 0.30. Arena fina grado comercial QUIKRETE No. 1961 y superplastificante CASTAMENT FS20.
TABLA 22 Composiciones investigadas en el ejemplo 9 Comportamiento de agrietamiento de edad temprana y asentamiento del material La tabla 23 muestra las características de comportamiento y caída del flujo inicial de las composiciones cementosas geopoliméricas de una modalidad de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato dihidrato (yeso natural de grano fino) y el álcali citrato investigado en ejemplo 9.
TABLA 23 Flujo y asentamiento del ejemplo 9 Las composiciones de mezcla con relación arena/cemento materiales que van desde 0.75 a 1.50 (mezclas de 1, 2 y 3) tenían buen flujo comportamiento según lo observado en la prueba de caída. Por otro lado, la composición de la mezcla con relación arena/cemento materiales de 2.5 (Mezcla 4) fue muy dura con propiedades de flujo pobre.
Comportamiento de contracción La figura 9A muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 9. El objetivo principal de esta investigación fue estudiar la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con un grano fino calcio sulfato dihidrato (yeso natural) y un álcali citrato sobre el comportamiento de la contracción de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención que contiene diferente cantidad de arena en la mezcla.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Las siguientes conclusiones se extraen de este ejemplo y la figura 9A: A diferencia de las barras de la contracción de ejemplo comparativo 4 (Mezcla 2 con ningún sulfato de calcio), que rompió antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 9 compuesto por sulfato de calcio dihidrato en forma de grano fino yeso natural fueron totalmente estables y no agrietamiento antes o después del desmoldeo.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención (ejemplo 9) compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato dihidrato (yeso natural de grano fino) y el álcali citrato demostrada muy baja contracción con una contracción máxima de menos de 0.05% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de la mezcla comparativo conteniendo las cenizas volantes y citrato de álcali en el ejemplo 1.
Evolución de calor y comportamiento de elevación de temperatura de suspensión La figura 9B muestra el comportamiento de subida temperatura exotérmico y la mezcla de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 9. Las composiciones cementosas de este ejemplo que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y el álcali demostraron solamente un comportamiento de subida muy moderada de la temperatura. El aumento de la temperatura máxima fue de 100°F con un aumento de la temperatura neto de menos de 30°F. Un menor grado de aumento de la temperatura es beneficioso en la mayoría de las aplicaciones ya que proporciona excelente estabilidad térmica y reduce el potencial para el movimiento termal y especialmente cuando el material es débil durante las primeras etapas de curado de agrietamiento térmico.
Tiempo de fraguado La tabla 24 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigado en ejemplo 9.
TABLA 24 Tiempos de fraguado del ejemplo 9 Todas las composiciones cementosos investigadas en este ejemplo tuvieron comportamiento de ajuste rápido. Los tiempos de fraguado final de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención de este ejemplo que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural) y citrato de sodio variaron de aproximadamente 55 minutos a aproximadamente 65 minutos en comparación con un tiempo de fraguado final extremadamente rápida de aproximadamente 15 minutos para la composición de la mezcla que contiene las cenizas volantes y citrato de sodio sólo (ejemplo 1). Un tiempo extremadamente corto del ajuste es problemático para algunas aplicaciones.
Resistencia compresiva La tabla 25 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y el álcali en ejemplo 9.
TABLA 25 Resistencia compresiva del ejemplo 9 - (psi) De este estudio se pueden establecer las siguientes observaciones: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención en este ejemplo continúa aumentando en función del tiempo. Se puede observar que las diferentes composiciones de geopoliméricas de la invención investigados en este ejemplo lograron satisfactoria temprana edad y desarrollo de la fuerza máxima.
EJEMPLO 10 La tabla 26 muestra las composiciones de materia prima de la geopoliméricas las mezclas cementosas, que son las mismas como el ejemplo 9.
La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 40% en peso del peso de las cenizas volantes. Dihidrato de sulfato de calcio (Yeso natural) se añadió una cantidad de 33.3% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio y 13.3% en peso de la ceniza volante clase C. Citrato de potasio fue utilizado como el metal alcalino activador químico en todas las composiciones de mezcla en este ejemplo. El agua en relación de materiales cementosos utilizado en esta investigación era igual a 0.25. Influencia de la cantidad de superplastificante en el rendimiento de las composiciones cementosas de la invención fue investigada en el ejemplo.
TABLA 26 Composiciones investigadas en el ejemplo 10 Comportamiento de agrietamiento de edad temprana y sentamiento del material La tabla 27 muestra las características de comportamiento y caída del flujo inicial de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso último grano fino) y el álcali investigadas en ejemplo 10.
TABLA 27 Flujo y asentamiento del ejemplo 10 Se puede observar que todas las composiciones de mezcla de la invención investigadas en este ejemplo tuvieron buen flujo comportamiento. El comportamiento del flujo de las composiciones mejoró con la incorporación de superplastificante en las composiciones de mezcla. Ninguna mejoría en el flujo y la caída se observó aumento en la cantidad de superplastificante más allá de 0.80%.
Comportamiento de contracción La figura 10 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 10. El objetivo principal de esta investigación fue estudiar la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con un grano fino calcio sulfato dihidrato (yeso natural) y un álcali citrato sobre el comportamiento de la contracción de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención que contienen diferentes cantidades de superplastificante en la mezcla.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones de esta investigación y la figura 10: A diferencia de las barras de la contracción de ejemplo comparativo 4 (Mezcla 2 con ningún sulfato de calcio), que rompió antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 10 compuesto por sulfato de calcio en forma de grano fino yeso natural fueron totalmente estables y sin grietas, ya sea antes o después de moldeo.
Las composiciones cemento geopoliméricas de una modalidad de la invención (ejemplo 10) compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato dihidrato (yeso natural de grano fino) y el álcali demostró muy baja contracción con un máximo de contracción de menos del 0.1% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de la mezcla comparativo conteniendo las cenizas volantes y citrato alcalino (ejemplo 1).
La cantidad de contracción aumentó ligeramente con un aumento en la cantidad de superplastificante. Se puede observar que para la Mezcla 2 con una cantidad de superplastificante de 0.4%, la contracción máxima fue de 0.05%; por otro lado, para mezclar 4 con una cantidad de superplastificante de 1.2%, la contracción máxima había aumentado por una pequeña cantidad en un valor de cerca de 0.08%.
Resistencia compresiva La tabla 28 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de calcio sulfato (yeso natural de grano fino) y el álcali en el ejemplo 10.
TABLA 28 Resistencia compresiva del ejemplo 10 - (psi) De este estudio se pueden establecer las siguientes observaciones: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de esta modalidad de la invención continúa aumentando en función del tiempo. Las diferentes composiciones investigadas lograron satisfactorio edad temprana y última fuerza.
Las resistencias compresivas de edad temprana (4 horas y 24 horas) de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato dihidrato (yeso natural), y citrato de álcali eran excepcionalmente altos y superiores a 2000 psi en la edad de 4 horas y más de 3000 psi en la edad de 24 horas.
Las fuerzas compresivas de 28 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención que comprende las cenizas volantes, aluminato de calcio, calcio sulfato citrato dihidrato (yeso natural) y el álcali fueron excepcionalmente altos que van desde aproximadamente 4750 psi a aproximadamente 6750 psi.
EJEMPLO 11 Las tablas 29 y 30 muestran las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas investigadas en este ejeplo .
La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 40% en peso del peso de las cenizas volantes. Yeso natural utilizado en esta investigación se agrega a un nivel de cantidad de 33.33% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio. Cemento Portland ha añadido Mezcla #1 a través de Mezcla #3 en tasas de cantidad de 6.1% en peso, 14% en peso y 24.6% en peso de los materiales cementosos totales, respectivamente. El agua en materiales cementosos relación era igual a 0.275 para mezclas todos investigados. Clase C ceniza, planta de energía de Campbell, West Olive, MI, USG Yeso natural, Ciment Fondu (HAC Fondu), cemento de aluminato de calcio Kerneos, Inc., Holcim de cemento Portland tipo I, Masón City, Iowa, Arena fina de grado comercial QUIKRETE No. 1961 y AdvaCast 500, WR Grace.
TABLA 29 Composiciones de mezcla de polvo reactivo cementoso geopoli érico del ejemplo 11 en partes en peso TABLA 30 Composiciones cementosas geopolimericas del ejemplo 11 Comportamiento del flujo inicial y asentamiento La tabla 31 muestra las características de conducta y asentamiento del flujo inicial de las composiciones cementosos consta de cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural), cemento Portland y citrato de álcali investigadas en ejemplo 11.
TABLA 31 Flujo y asentamiento del ejemplo 11 El comportamiento del flujo y caída de las composiciones influyó negativamente con un aumento en la cantidad de cemento Portland en la composición.
Comportamiento de contracción La figura 11 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 11. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de este ejemplo y FIG. 11: incorporación de cemento aumentó significativamente la contracción de las composiciones cementosas investigadas. Los valores de contracción máxima para las distintas mezclas investigados están tabulados en la tabla 32.
TABLA 32 Valores de contracción máxima para las composiciones de mezcla investigadas en la edad de 8 semanas Como se discute en detalle en la descripción anterior, este ejemplo muestra el inesperado resultado obtenido con adición de cemento Portland a modalidades de la presente invención fueron el cemento Portland tiene una influencia negativa en el comportamiento de la contracción de las composiciones. La magnitud de la contracción es demostrada por este ejemplo a aumentar proporcionalmente con el aumento en la cantidad de cemento Portland en las composiciones.
Además de cemento Portland para las composiciones cementosas de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y citrato alcalino aumentando significativamente la contracción del material.
Basado en las pruebas de esta modalidad, además de cemento Portland en las composiciones geopoliméricas dimensionalmente estable de la invención no se recomiendan y deben limitarse a una cantidad muy pequeña, preferiblemente no superior a 15% en peso del peso total de materiales cementosos.
EJEMPLO 12 La tabla 33 muestra la composición de la materia prima de la mezcla de cemento geopoliméricas investigada en éste ejemplo 12.
Este ejemplo investiga la incorporación de microesferas de cerámica que tanto arenas como ligeras como rellenos en la composición. Citrato de sodio se añadió una cantidad 2% en peso del peso de los materiales cementosos totales. Calcio sulfato dihidrato como agregado en 13.3% en peso de las cenizas volantes y aluminato de calcio fue agregado en 40% en peso de la ceniza volante clase C. Clase C cenizas volantes (Campbell Power Plant, West Olive, MI,) USG yeso natural, cemento de aluminato de calcio (Ciment Fondu (HAC Fondu), Kerneos, Inc), arena fina de grado comercial QUIKRETE No.1961, microesferas de cerámica (Kish Company) y superplastificante BASF CASTAMENT FS20.
TABLA 33 Composiciones del ejemplo 12 El comportamiento de flujo inicial, asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 34 muestra el comportamiento del flujo inicial y depresión de la composición de cemento geopoliméricas investigada en este ejemplo que comprende relleno ligero.
TABLA 34 Flujo y asentamiento del ejemplo 12 Basado en los resultados mostrados en la tabla 34 que se puede concluir que las composiciones de mezcla de la invención que comprende rellenos ligeros tienen buena trabajabilidad y propiedades autoniveladoras.
Comportamiento de contracción La figura 12 muestra el comportamiento de la contracción de geopoliméricas cemento composición de la invención en ejemplo 12.
Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en 75°F/50% RH.
Se observa que la composición cementosa de la invención incorporando relleno ligero exhibió movimiento dimensional extremadamente baja en función del tiempo. pH El pH superficial de la geopoliméricas completamente curado composiciones se menciona en la tabla 39 fue medido según la ASTM F710-11 método de ensayo y se encontró que es 9.82. El medidor de pH de concreto Extech PH150-C Exstick se utiliza para llevar a cabo las mediciones de pH superficial.
EJEMPLO 13 La tabla 35 muestra la composición de la materia prima de la mezcla de cemento geopoliméricas investigada en éste ejemplo 13. En este ejemplo incorpora tanto cemento de aluminato de calcio y sulfoalu inato de calcio cemento en la composición. Calcio sulfato dihidrato fue agregado en 10% en peso de la ceniza volante clase C y cemento de aluminato de calcio fue agregado en 10, 20 y 40% en peso de las cenizas volantes. Cemento de sulfoaluminato de calcio fue agregado en 20% en peso de las cenizas volantes. Las cenizas volantes es ceniza volante clase C, (Campbell Power Plant, West Olive, MI), USG Yeso natural calcio sulfato dihidrato, cemento de aluminato de calcio (Denka SCI), FASTROCK 500 (compañía CTS) calcio sulfoaluminate, Arena fina de grado comercial QUIKRETE No. 1961 y superplastificante BASF Castament FS 20 se emplearon. Citrato de sodio se añadió una cantidad 2% en peso del peso de los materiales cementosos TABLA 35 Composiciones cementosas geopoliméricas del ejemplo 13 Comportamiento del flujo inicial y asentamiento La tabla 36 muestra las características de conducta y depresión del flujo inicial de las composiciones cementosas de algunas modalidades de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, cemento de sul foaluminato de calcio, sulfato de calcio (yeso natural) y citrato de álcali investigadas en ejemplo 13.
TABLA 36 Flujo y asentamiento del ejemplo 13 Basado en los resultados mostrados en la tabla 36, las composiciones de mezcla de la invención compuesto por cemento de alu inato de calcio y cemento de sulfoaluminato de calcio tienen buena trabajabilidad y propiedades de auto-nivelado.
Resistencia compresiva La tabla 37 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollados de algunas modalidades de la invención, que incluye las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio, dihidrato de sulfato de calcio (yeso natural de grano fino) y citrato de álcali en el ejemplo 13.
TABLA 37 Resistencia compresiva del ejemplo 13 - (psi) Se extraen las siguientes conclusiones de este estudio: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención que comprende tanto cemento de aluminato de calcio y cemento de sulfoaluminato de calcio continuada aumentando en función del tiempo. Las diferentes composiciones investigadas lograron satisfactorio edad temprana y última fuerza.
Las resistencias compresivas de edad temprana (4 horas y 24 horas) de composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio, calcio sulfato dihidrato (yeso natural), y citrato de álcali eran excepcionalmente alto y por encima de aproximadamente 2500 psi en la edad de 4 horas y por encima de aproximadamente 3400 psi en la edad de 24 horas.
Las fortalezas a la compresión 28 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de algunas modalidades de la invención que comprende las cenizas volantes, aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio, el citrato de calcio sulfato (yeso natural) y el álcali fueron excepcionalmente alto y por encima de aproximadamente 7000 psi.
EJEMPLO 14 Este ejemplo muestra las propiedades físicas de los composiciones cementosas geopoliméricas desarrolladas de la invención que comprenden las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio en forma de citrato de calcio de grano fino sulfato dihidrato y álcali. La tabla 38 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. Todas las mezclas contienen cemento de aluminato de calcio en los cuales la fase aluminato de calcio principal era hepta-aluminato de dodecacalcio (12CaO· 7Al2O3 o C12A7). Este cemento de aluminato de calcio está disponible comercialmente con el nombre comercial TERNAL EV de Kerneos Inc. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 10% en peso, 20% en peso, 30% en peso y 40% en peso de las cenizas volantes. El grano fino DE calcio sulfato dihidrato utilizado en este ejemplo tenía un tamaño de partícula igual a 13 mieras disponibles de USG Company con marca registrada de USG Terra Alba Filler. Calcio sulfato dihidrato se añadió una cantidad de 50% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio y 5, 10, 15 y 20% en peso de la ceniza en las composiciones de mezcla investigados .
TABLA 38 Composiciones geopoliméricas del ejemplo 14 Comportamiento de asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 39 muestra el comportamiento del asentamiento de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio dihidrato y citrato de álcali en ejemplo 14.
TABLA 39 Flujo y asentamiento del ejemplo 14 Todas las composiciones de mezcla investigadas tienen buena fluidez según lo observado en la prueba de asentamiento.
Las tortas de asentamiento para todas las cuatro mezclas que comprende dihidrato del sulfato de calcio de grano fino estaban en excelentes condiciones y no desarrollaron ningún agrietamiento.
Comportamiento de contracción La figura 13 muestra comportamiento contracción de geopolimér icas cementosos composiciones de la invención en ejemplo 14. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en el 75°F/50% de humedad relativa (RH).
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación: Contrario a las barras de la contracción del ejemplo comparativo 4 (sin sulfato de calcio) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 14 compuesto por cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio dihidrato y citrato de álcali eran completamente estables y no dio lugar a grietas antes o después de moldear.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio dihidrato y citrato alcalino tiene una contracción máxima entre 0.04% a 0.08% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de la mezcla comparativo conteniendo las cenizas volantes y citrato alcalino solamente (ejemplo 1).
La cantidad de contracción máxima disminuye con el aumento en la cantidad de cemento de aluminato de calcio en la composición. Mezcla 1 que comprende cemento de aluminato de calcio al 10% en peso de las cenizas volantes cantidad tuvo una contracción máxima de 0.08%; por otro lado, la mezcla 3 compuesto por cemento de aluminato de calcio en el 30% en peso de las cenizas volantes cantidad tuvo una contracción máxima de sólo 0.05% y la mezcla 4 compuesto por cemento de aluminato de calcio al 40% en peso de las cenizas volantes cantidad tuvo una contracción máxima de sólo 0.04%.
Tiempo de configuración La tabla 40 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 14.
TABLA 40 Tiempos de fraguado del ejemplo 14 Todas composiciones cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo tuvieron un comportamiento de ajuste rápido. Los tiempos de fraguado final de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención de este ejemplo varió de aproximadamente 69 minutos a aproximadamente 76 minutos en comparación con un tiempo de fraguado final ext emadamente rápida de aproximadamente 15 minutos para la composición de la mezcla que contiene las cenizas volantes y citrato de sodio sólo (ejemplo 1). Cabe señalar que un tiempo extremadamente corto del ajuste puede ser problemático para algunas aplicaciones.
Resistencia compresiva La tabla 41 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio dihidrato y citrato alcalino investigados en ejemplo TABLA 41 Resistencia compresiva del ejemplo 14 (psi) En el ejemplo se estudió la influencia de la incorporación de cemento de aluminato de calcio en combinación con grano fino calcio sulfato dihidrato en la edad temprana y comportamiento de máxima resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención. De este estudio se desprenden las siguientes observaciones importantes: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigado en este ejemplo continuada aumentando en función del tiempo. Las fuerzas compresivas 28 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención compuesto por cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, citrato de potasio y sulfato de calcio dihidrato fueron excepcionalmente alto y superior a 5000 psi. Por otra parte, las fuerzas compresivas 56 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención eran aún mayor y más de 7000 psi.
La mezcla 2 que comprende cemento de aluminato de calcio al 20% en peso de las cenizas volantes cantidad rindió mayor máxima resistencia compresiva superiores a 9500 psi en la edad de 56 días.
EJEMPLO 15 Este ejemplo muestra la influencia de diferentes formas de sulfatos de calcio en las propiedades físicas de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, sulfato de calcio y citrato de un álcali. Tres tipos diferentes de sulfatos se compararon - de calcio dihidrato del sulfato de calcio, sulfato de calcio anhidro (anhidrita) y calcio sulfato hemihidrato. La tabla 42 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. Todas las mezclas contienen cemento de aluminato de calcio en los cuales la fase aluminato de calcio principal era hepta-aluminato de dodecacalcio (12CaO*7Al2C>3 o C12A7). Este cemento de aluminato de calcio está disponible comercialmente con el nombre comercial TERMAL EV de Kerneos Inc. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 20% en peso del peso de las cenizas volantes. El tipo de sulfato de calcio contenido en las distintas composiciones de mezcla investigadas en este ejemplo fue la siguiente: calcio sulfato dihidrato en mezclar 1, sulfato de calcio anhidro (anhidrita) en la Mezcla 2 y calcio sulfato hemihidrato en mezcla 3. Se agregaron los sulfatos de calcio en una cantidad igual al 50% en peso del peso del cemento de aluminato de calcio y 10 % en peso de la ceniza en las composiciones de mezcla investigados.
TABLA 42 Composiciones geopolimericas del ejemplo 15 Ceniza volante clase C, Campbell Power Plant, West ive, MI USG Terra Alba Filler USG Snow White Filler USG Hydrocal C-Base Ternal EV, Kerneos Inc.
Arena fina grado comercial QUIKRETE No.1961 BASF CASTAMENT FS20 SURFYNOL 50OS MOMENTIVE AXILAT RH 100 XP Arcilla BENTONE CT HECTORITE Pigmento de óxido de hierro Yipin Black S350M Comportamiento de asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 43 muestra el comportamiento de la depresión de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 15.
TABLA 43 Comportamiento de asentamiento del ejemplo 18 Todas las composiciones de mezcla investigadas tenían buena fluidez según lo observado en la prueba de caída. Cabe destacar que las composiciones de mezcla con sulfato de calcio anhidro (Mezcla 2) y hemihidrato de sulfato de calcio (Mezcla 3) rindieron mejor fluidez en comparación con la mezcla que contiene sulfato de calcio dihidrato (Mezcla 1).
Las tortas de asentamiento para todas las tres mezclas que comprende diversas formas de sulfato de calcio estaban en excelentes condiciones y no desarrollaron ningún agrietamiento.
Comportamiento de contracción La figura 14 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 15. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en el 75°F/50% de humedad relativa (RH).
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación: Contrario a las barras de la contracción del ejemplo comparativo 4 (con sin sulfato de calcio) que rompió antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 15 compuesto por cemento de aluminato de calcio, diferentes formas de sulfato de calcio y citrato alcalino fueron totalmente estables y no dio lugar a grietas antes o después del desmoldeo.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de algunas modalidades de la invención de las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, compuesto por diversas formas de sulfato de calcio y citrato de álcali tuvieron una contracción máxima entre 0.06 a 0.10% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de la mezcla comparativo conteniendo las cenizas volantes y álcali citrato únicamente (ejemplo 1).
La cantidad de contracción máxima varía con el tipo de sulfato de calcio en la composición. Mezcla 1 compuesto por sulfato de calcio dihidrato y Mezcla 3 compuesto por hemihidrato de sulfato de calcio, tenía una menor contracción máxima del 0.06% en comparación con la mezcla 3 compuesto por sulfato de calcio anhidro (anhidrita) que produjo una contracción máxima de aproximadamente 0.10% Tiempo de fraguado La tabla 44 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 15.
TABLA 44 Tiempos de fraguado del ejemplo 15 Todas las composiciones cementosas geopoli éricas investigadas en este ejemplo demuestran un comportamiento de ajuste rápido. Los tiempos de fraguado final de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención de este ejemplo varió de aproximadamente 42 minutos a aproximadamente 71 minutos en comparación con un tiempo de fraguado final extremadamente rápida de aproximadamente 15 minutos para la composición de la mezcla que contiene las cenizas volantes y citrato de sodio sólo (ejemplo 1). Cabe señalar que un tiempo extremadamente corto del ajuste puede ser problemático para algunas aplicaciones.
El tiempo de ajuste de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención dependía del tipo de empleado como parte de la composición de la mezcla de sulfato de calcio. La composición compuesto por sulfato de calcio anhidro (anhidrita) (Mezcla 2) rindió el tiempo más rápido de ajuste; en la mano, la otra inventiva composición (mezcla 1) compuesto por sulfato de calcio dihidrato proporciona más tiempo de fraguado.
Resistencia compresiva La tabla 45 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención que comprende diferentes tipos de sulfato de calcio investigados en ejemplo 15.
TABLA 45 Resistencia compresiva del ejemplo 15 (psi) Este ejemplo estudió la influencia de la incorporación de diferentes tipos de sulfato de calcio en la edad temprana y el comportamiento de máxima resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención. De este estudio se desprenden las siguientes observaciones importantes: La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención continúa aumentando en función del tiempo independientemente del tipo de sulfato de calcio usado en la mezcla.
Los días 28 y 56 de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende diferentes tipos de sulfato de calcio, cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio y citrato de potasio eran excepcionalmente altos y superiores a 7000 psi.
La mezcla 2 compuesto por sulfato de calcio anhidro (anhidrita) tuvo la tasa más rápida de desarrollo de resistencia compresiva y la resistencia a compresión final más alta en comparación con las mezclas con sulfato de calcio dihidrato (Mezcla 1) y hemihidrato de sulfato de calcio (Mezcla 3).
La última fuerza compresiva de la composición geopoliméricas de la invención compuesto por sulfato de calcio anhidro (anhidrita) superaba los 10,000 psi.
EJEMPLO 16 Este ejemplo estudia las propiedades físicas de composiciones cementosas geopoliméricas desarrolladas de esta modalidad de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato hemihidrato con un hidróxido de metal alcalino (hidróxido de sodio) o una mezcla de un hidróxido de metal alcalino (hidróxido de sodio) y un ácido (ácido cítrico).
La tabla 46 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. Todas las mezclas contienen cemento de aluminato de calcio en los cuales la fase aluminato de calcio principal es hepta-aluminato dodecacalcio (12Ca0*7Al2O3 o CI2A7). Este cemento de aluminato de calcio está disponible comercialmente con el nombre comercial TERNAL EV de Kerneos Inc. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 20% del peso el peso de las cenizas volantes. Una mezcla (Mezcla 2) investigada contuvo solamente el hidróxido de sodio como el activador químico y no ácido cítrico. En Mezcla 3, mezcla 4 y mezcla 5, una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico fue agregada a las composiciones cementosas de la invención para actuar como un activador químico. Del mismo modo, una de las mezclas (Mezcla 1) contenía solamente ácido cítrico para la activación del producto químico y no hidróxido de sodio.
TABLA 46 Composiciones geopolimericas del ejemplo 16 Comportamiento de asentamiento La tabla 47 muestra el comportamiento de la depresión de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigadas en ejemplo 16.
TABLA 47 Comportamiento de asentamiento del ejemplo 16 Para la mezcla 1 que contiene ácido cítrico pero sin hidróxido de sodio, el mezclador material era extremadamente rígida y completamente inviable al mezclar . Por otro lado, las composiciones de mezcla que contenga hidróxido de sodio (Mezcla 2) o una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico (Mezcla 3, mezcla 4 y Mezcla 5), eran fácilmente trabajable indicado como también por su torta de diámetro relativamente grande en la prueba de caída. Esta buena trabajabilidad era obtenible incluso a un muy bajo nivel de agua/cemento materiales ratio de acerca de 0.30. Para base estándar de cemento Portland o yeso basado en materiales, tales propiedades de fluidez y auto-nivelada comportamiento son sólo puede obtenerse cuando la relación agua/cemento de materiales es en exceso de aproximadamente 0.45.
Comportamiento de contracción La figura 15 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 16. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en el 75°F/50% de humedad relativa (RH).
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación y la figura 15: Contrario a los barrotes de la contracción de ejemplo comparativo 4 (sin sulfato de calcio) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 16 compuesto por cemento de aluminato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, hidróxido de metal alcalino (con o sin ácido cítrico) fueron totalmente estables y no dio lugar a grietas antes o después de des moldear .
La composición cementosa de la invención compuesta por hidróxido de sodio solamente como un activador químico (Mezcla 2) demostró una muy baja contracción máxima de aproximadamente menos de 0.05%. Las composiciones cementosas de la invención que comprende una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico como activador químico (Mezcla 3, Mezcla 4 y Mezcla 5) también demostraron una muy baja contracción máxima de aproximadamente menos de 0.10%. Cabe destacar que las composiciones cementosas que contiene 1% de hidróxido de sodio y ácido cítrico hasta que el 1% (Mezcla 3 y Mezcla 4) tenían muy baja contracción máxima de aproximadamente menos de 0.05%. Mezcla 5 que contienen hidróxido de sodio 1% y 2% de ácido cítrico, la contracción máxima aumentó a cerca de 0.08%.
Tiempo de fraguado La tabla 48 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 16.
TABLA 48 Tiempos de fraguado del ejemplo 16 Todas composiciones cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo (Mezcla 2 hasta Mezcla 5) demostraron un comportamiento de fraguado muy rápido con tiempos de fraguado finales que van desde aproximadamente 62 minutos a 172 minutos. En el caso de mezclar 1, con no hidróxido de sodio, el tiempo de fraguado final era extremadamente largo superiores a 5 horas. Por otro lado, las mezclas que contienen una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico (Mezcla 4 y Mezcla 5) rindieron un comportamiento extremadamente rápida configuración con tiempo de fraguado final de aproximadamente 1 hora.
Resistencia compresiva La tabla 49 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención investigadas en ejemplo 16.
TABLA 49 Resistencia compresiva del ejemplo 16 (psi) Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de este estudio: La composición cementosa sin base de metal alcalino (hidróxido de sodio) (Mezcla 1) rindió comportamiento extremadamente pobre resistencia compresiva. Tanto la edad temprana y resistencia compresiva máxima para esta mezcla (Mezcla 1) eran extremadamente baja y significativamente inferior a las composiciones de geopoliméricas de la invención que comprende una mezcla de hidróxido de sodio (Mezcla 2) o una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico (Mezcla 3 hasta Mezcla 5).
Las fuerzas compresivas 28 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención que comprende una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico (Mezcla 3 a Mezcla 5) fueron excepcionalmente altos y superiores a 5000 psi. Por otra parte, las fuerzas compresivas 56 días de todas las composiciones cemento geopoliméricas de la invención que comprende una mezcla de hidróxido de sodio y ácido cítrico (Mezcla 3 a Mezcla 5) eran aún mayor y más de 7500 psi.
EJEMPLO 17 Este ejemplo estudia las propiedades físicas de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrolladas de esta modalidad de la invención que comprende las cenizas volantes, cemento de aluminato de calcio, calcio sulfato hemihidrato con un silicato alcalino-metálico (silicato de sodio) o una mezcla de un silicato alcalino-metálico (silicato de sodio) y un ácido (ácido cítrico).
La tabla 50 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. Todas las mezclas contienen cemento de aluminato de calcio en los cuales la fase aluminato de calcio principal es hepta-alu inato dodecacalcio (12Ca0»7Al203 o C12A7). Este cemento de aluminato de calcio está disponible comercialmente con el nombre comercial TERMAL EV de Kerneos Inc. La cantidad de cemento de aluminato de calcio usado en las composiciones de mezcla de este ejemplo fue igual al 20% del peso el peso de las cenizas volantes. Mezcla 1 a Mezcla 3 contenía sólo del silicato de sodio como el activador químico y no ácido cítrico. En la Mezcla 4 y Mezcla 5, una mezcla de silicato de sodio y ácido cítrico fue agregada a las composiciones cementosas de la invención para actuar como un activador químico.
TABLA 50 Composiciones geopolimericas del ejemplo 17 Comportamiento de asentamiento La tabla 51 muestra el comportamiento de la depresión de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigadas en ejemplo 17.
TABLA 51 Comportamiento de asentamiento del ejemplo 17 Las composiciones de mezcla que contiene silicato de sodio sólo (Mezcla 1 a Mezcla 3) o una mezcla de silcato de sodio y ácido cítrico (Mezcla 4 y Mezcla 5) eran fácilmente trabajables según lo indicado por sus tortas de diámetro relativamente grandes en la prueba de caída. Buena trabajabilidad era obtenible incluso a un muy bajo nivel de agua/cemento materiales ratio de acerca de 0,30. Para estándar cemento Pórtland en yeso basado en materiales, tales propiedades de fluidez y auto-nivelado comportamiento son sólo puede obtenerse cuando la relación agua/cemento de materiales se trata de 0.45.
Comportamiento de contracción La figura 16 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 17. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en el 75°F/50% de humedad relativa (RH).
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación y la figura 16: Contrario a las barras de la contracción del comparativo ejemplo 4 (sin sulfato de calcio) que rompió antes de moldeo, las barras de contracción de ejemplo 17 compuesto por cemento de aluminato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, silicato alcalino-metálico (con o sin ácido cítrico) fueron completamente estables y no dio lugar a grietas antes o después de des-moldeo.
Todas las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención compuestas de silicato de sodio o una mezcla de silicato de sodio y ácido cítrico como activador químico demostró una muy baja contracción máxima de aproximadamente menos de 0.05%.
Tiempo de fraguado La tabla 52 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigadas en ejemplo 17.
TABLA 52 Tiempos de fraguado del ejemplo 17 Todas las composiciones cementosas geopol imér icas investigadas en este ejemplo compuesto de silicato de sodio demostraron un comportamiento de ajuste más lento en comparación con las composiciones de geopol iméricas de la invención en 16 ejemplo compuesto por hidróxido de sodio. Mezcla 1 a Mezcla 4 tenía un tiempo de fraguado final superior a 5 horas. Mezcla 5 compuesto por una mezcla de silicato de sodio y ácido cítrico fijó más rápido con un tiempo de fraguado final de aproximadamente 3 horas y 45 minutos .
Resistencia compresiva La tabla 53 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención investigados en ejemplo 17.
TABLA 53 Resistencia compresiva del ejemplo 17 (psi) Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de este estudio: La composición cementosa sin base de metal alcalino (silicato de sodio) (Mezcla 1 de ejemplo 16) rindió comportamiento extremadamente pobre resistencia compresiva. La última fuerza compresiva de las composiciones de mezcla compuesto de silicato de sodio o una mezcla de silicato de sodio y ácido cítrico es un activador químico fue significativamente superior a la resistencia compresiva de la mezcla en la ausencia de silicato de sodio (Mezcla 1 de ejemplo 16).
Las resistencias compresivas máximas investigaron las fortalezas compresivas definitiva de todas las composiciones cemento geopol iméricas de la invención en este ejemplo que comprende o silicato de sodio o una mezcla de silicato de sodio y ácido cítrico fueron satisfactorios y superiores a aproximadamente 4000 psi.
EJEMPLO 18 El objetivo de este ejemplo fue estudiar la influencia de las mezclas de cemento de aluminato de calcio y cemento de sulf oaluminato de calcio sobre las propiedades físicas de las composiciones cementosas geopol iméricas de la invención. La tabla 54 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopol iméricas investigadas en este ejemplo. Todas las mezclas contienen cemento de aluminato de calcio en los cuales la fase aluminato de calcio principal era hepta- aluminato de dodecacalcio (12CaO·7Al2C>3 o C12A7). Este cemento de aluminato de calcio está disponible comercialmente con el nombre comercial TERNAL EV de Kerneos Inc . La Mezcla 2 a la Mezcla contiene una mezcla de cemento de aluminato de calcio y cemento de sulfoaluminato de calcio. El cemento de sulfoaluminato de calcio usado fue Fastrock 500 de la compañía CTS. La Mezcla 5 demuestra el funcionamiento de la composición geopol imér icas de la invención compuesto por carbonato de litio.
TABLA 54 Composiciones geopolímericas del ejemplo 18 Comportamiento de asentamiento y comportamiento de agrietamiento de temprana edad del material La tabla 55 muestra el comportamiento de la depresión de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigadas en ejemplo 18.
TABLA 55 Flujo y asentamiento del ejemplo 18 Todas las composiciones de mezcla investigadas tenían buena fluidez según lo observado en la prueba de caída.
Las tortas de asentamiento para todas las cinco mezclas estaban en excelentes condiciones y no desarrollaron ningún agrietamiento.
Comportamiento de contracción La figura 17 muestra comportamiento contracción de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 18. Las medidas de contracción se iniciaron en una edad de 4 horas desde el momento en que las materias primas se mezclan para formar una mezcla acuosa. Se midió la contracción material para una duración total de aproximadamente 8-semanas mientras curado del material en el 75°F/50% de humedad relativa (RH).
Pueden obtenerse las siguientes conclusiones importantes de esta investigación: Contrario a las barras de contracción de ejemplo comparativo 4 (sin sulfato de calcio) que rompió incluso antes de moldeo, las barras de la contracción del ejemplo 18 eran completamente estables y no dio lugar a grietas antes o después de des-moldeo.
Las composiciones cementosas geopoliméricas de las modalidades de la invención investigados en este ejemplo tuvieron una contracción máxima inferior a 0.10% en comparación con una contracción máxima de alrededor de 0.75% para la composición de mezcla comparativo que contiene ceniza volante y álcali citrato únicamente (ejemplo 1).
Los resultados de este ejemplo también demuestran que las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende diferentes mezclas de cemento de aluminato de calcio y cemento de sulfoaluminato de calcio son capaces de proporcionar estabilidad dimensional excelente con contracción extremadamente baja.
Tiempo de fraguado La tabla 56 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigados en ejemplo 18.
TABLA 56 Tiempos de fraguado del ejemplo 18 Todas las composiciones cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo tuvieron un comportamiento de ajuste rápido. Los tiempos de fraguado final de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención de este ejemplo varió de aproximadamente 66 minutos a aproximadamente 150 minutos en comparación con un tiempo de fraguado final extremadamente rápida de aproximadamente 15 minutos para la composición de la mezcla que contiene las cenizas volantes y citrato de sodio sólo (ejemplo 1). Debe señalarse que un tiempo extremadamente corto del ajuste es problemático para los usos más prácticos.
Los resultados de este ejemplo también demuestran que las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende diferentes mezclas de cemento de aluminato de calcio y cemento de sulfoaluminato de calcio son capaces de proporcionar un comportamiento de ajuste rápido mientras se mantiene un tiempo suficientemente largo abierto.
Comparación de los resultados para mezcla 4 y mezcla 5 demuestra claramente que la adición de carbonato de litio tiene un efecto de aumentar el tiempo de ajuste de algunas modalidades de las composiciones geopoliméricas de esta invención. Este resultado es muy sorprendente e inesperado que se observa la sal de litio (carbonato de litio) para actuar como un retardador de algunas modalidades de esta invención. Cabe señalar que esta observado el comportamiento es lo contrario a lo que es bien sabido en el arte sobre el efecto de las sales de litio como carbonato de litio en el comportamiento de ajuste de los sistemas de aglutinante de calcio aluminato base de cemento. Los cementos de aluminato de calcio del estado de la téenica presentes muestran que sales de litio tal como carbonato de litio actúan como aceleradores de conjunto reduciendo así el tiempo inicial y final del ajuste del material. El hallazgo presente se muestra en este ejemplo muestra lejos de lo que es bien sabido en la técnica y establece que sales de litio como carbonato de litio tienen un efecto retardador en las primeras etapas de la reacción (el tiempo de configuración inicial y final) de algunas modalidades de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención.
Resistencia compresiva La tabla 57 muestra el comportamiento de resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas desarrollado de la invención investigadas en ejemplo 18.
TABLA 57 Resistencia del ejemplo 18 (psi) De este estudio se pueden establecer las siguientes observaciones importantes: Los resultados de este ejemplo demuestran que las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención que comprende diferentes mezclas de cemento de aluminato de calcio y cemento de sulfoaluminato de calcio son capaces de proporcionar una rápida una tasa de desarrollo de resistencia compresiva. La tasa de desarrollo de la fuerza puede ser adaptada mediante el ajuste de la cantidad de cemento de aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio y su proporción relativa en las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención.
La resistencia compresiva de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigadas en este ejemplo continuada aumentando en función del tiempo. Las fuerzas compresivas 28 días de algunas modalidades de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención eran excepcionalmente altas proporcionando resultados superiores a 5000 psi.
El tiempo de fraguado y resistencia compresiva resultantes para la Mezcla 5 son otra vez muy sorprendentes e inesperados. Comparando el tiempo de ajuste y compresión fuerza resultados para Mezcla 4 y Mezcla 5 de varias edades, puede ser observado y concluyó que durante las primeras etapas de la reacción de hidratación del carbonato de litio actúa como un retardador de conjunto incrementando el tiempo inicial y final de ajuste de algunas modalidades de composiciones cementosas geopoliméricas de esta invención; por otro lado, durante las etapas posteriores de la reacción de hidratación, el mismo (carbonato de litio) actúa como un acelerador aumentando la tasa de desarrollo de la fuerza y la fuerza máxima de algunas modalidades de composiciones cementosas geopoliméricas de esta invención.
EJEMPLO 19 El objetivo de este ejemplo fue estudiar la influencia de la adición de una sal de litio sobre cómo establecer el comportamiento de la geopoliméricas cementosos composiciones de la invención. La tabla 58 muestra las composiciones de materia prima de las mezclas cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo. Todas las mezclas contienen cemento de aluminato de calcio en los cuales la fase aluminato de calcio principal era hepta- aluminato de dodecacalcio (12Ca0*7Al2O3 o CI2A7). Este cemento de aluminato de calcio está disponible comercialmente con el nombre comercial TERNAL EV de Kerneos Inc. La mezcla 2 y Mezcla 3 contienen una sal de litio en forma de carbonato de litio.
TABLA 58 Composiciones geopoliméricas del ejemplo 19 Tiempo de fraguado La tabla 59 muestra el tiempo de ajuste de composiciones cementosas geopoliméricas de la invención investigadas en ejemplo 19.
TABLA 59 Tiempos de fraguado del ejemplo 19 Todas composiciones cementosas geopoliméricas investigadas en este ejemplo tuvieron un comportamiento de ajuste rápido. Los tiempos de fraguado final de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención de este ejemplo varió de aproximadamente 75 minutos a aproximadamente 132 minutos en comparación con un tiempo de fraguado final extremadamente rápida de aproximadamente 15 minutos para la composición de la mezcla que contiene las cenizas volantes y citrato de sodio sólo (ejemplo 1). Debe señalarse que un tiempo extremadamente corto del ajuste es problemático para los usos más prácticos.
Los resultados de este ejemplo demuestran claramente que la adición de carbonato de litio tiene un efecto de aumentar el tiempo de ajuste de algunas modalidades de esta invención. Este resultado es muy sorprendente e inesperado que se observa la sal de litio (carbonato de litio) para actuar como un retardador de algunas modalidades de esta invención. Cabe señalar que esta observado el comportamiento es lo contrario a lo que es bien sabido en la téenica sobre el efecto de las sales de litio como carbonato de litio en el comportamiento de ajuste de los sistemas de aglutinante de calcio aluminato base de cemento. Los cementos de aluminato de calcio del estado de la técnica presentes enseñan que sales de litio como acto de carbonato de litio como aceleradores conjunto reduciendo así el tiempo inicial y final del ajuste del material. El hallazgo presente como se muestra en este ejemplo muestra lejos de lo que es bien conocido en la técnica y establece que sales de litio como carbonato de litio tienen un efecto retardador en las primeras etapas de la reacción (el tiempo de configuración inicial y final) de algunas modalidades de las composiciones cementosas geopoliméricas de la invención.
Las composiciones geopoliméricas de algunas modalidades preferidas de la invención que se muestran en los ejemplos tienen la aplicación en un número de productos comerciales. En particular las composiciones pueden ser utilizadas para; Reparación de carretera y productos de parche de carretera, superficies y pavimentos que llevan el tráfico, como se muestra en algunas propiedades descritas en los ejemplos 5, 6, 9, 10, 14, 15, 16, 18 y 19; Ladrillos y piedras sintéticas, como se muestran en algunas propiedades descritas en los ejemplos 5, 6, 9, 12 y 14; Materiales de reparación para pared, piso y techo y morteros de enlace, yesos y materiales superficiales, como se muestra en algunas propiedades descritas en los ejemplos 9,10,11,14, 18 y 19; Materiales de techado, como se muestra en algunas propiedades de los ejemplos 5, 6, 14 y 18; Productos de concreto proyectado que son productos cementosos pulverizados utilizados para estabilización de suelo y roca y como materiales de revestimiento, como se muestra por algunas propiedades descritas en los ejemplos 5, 6, 7, 9 y 15; Estructuras que llevan peso, como se muestra en algunas propiedades descritas en los ejemplos 8, 10, 13, 14, 15, 16, 17 y 18; Molduras arquitectónicas y estatuarias, como se muestran por algunas propiedades descritas en los ejemplos 5-19; y Bases de auto-nivelado, como se muestran por algunas propiedades descritas en los ejemplos 9, 10 y 12-19.
Aunque hemos descrito las modalidades preferidas para implementar nuestra invención, se entenderá por aquellos de experiencia en la téenica a la cual está dirigida esta descripción que modificaciones y adiciones podrán realizarse a nuestra invención sin desviarse de su alcance.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1.- Una composición geopolimérica de aluminosilicato, caracterizada porque comprende el producto de la reacción de: agua,- un activador químico seleccionado del grupo que consiste de una sal de metal alcalino, una base de metal alcalino y sus mezclas; y material reactivo cementoso, en donde el material reactivo cementoso comprende: un mineral de aluminosilicato térmicamente activado; un cemento de aluminato de calcio; y un sulfato de calcio seleccionado del grupo que consiste de dihidrato de sulfato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, sulfato de calcio anhidro y sus mezclas, en donde la relación en peso del activador químico al material reactivo cementoso es aproximadamente 1 a aproximadamente 6:100; y en donde el material reactivo cementoso comprende: aproximadamente 35 a aproximadamente 96% en peso del mineral de aluminosilicato térmicamente activado, aproximadamente 2 a aproximadamente 45% en peso del cemento de aluminato de calcio, aproximadamente 1 a aproximadamente 45% en peso del calcio sulfato.
2.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la relación en peso del activador químico al material reactivo cementoso es de aproximadamente 1 a aproximadamente 6:100; en donde la relación en peso del agua al material reactivo cementoso es de aproximadamente 0.17 a aproximadamente 0.40:1; en donde la relación en peso del cemento de aluminato de calcio al mineral de aluminosilicato térmicamente activado es de aproximadamente 2 a aproximadamente 100:100; y en donde la relación en peso y el sulfato de calcio al cemento de aluminato de calcio es de aproximadamente 2 a aproximadamente 100:100.
3.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el activador químico comprende un citrato de metal alcalino y el mineral de aluminosilicato térmicamente activado comprende ceniza volante Clase C.
4.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el producto de reacción tiene cantidades de activador químico y sulfato de calcio en relación con cantidades del mineral de aluminosilicato térmicamente activado y cemento de aluminato de calcio efectivas para causar que el producto de reacción tenga un conjunto final en un tiempo predeterminado después del mezclado con agua.
5.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las cantidades del activador químico y el sulfato de calcio en relación con cantidades de mineral de aluminosilicato térmicamente activado y el cemento de aluminato de calcio son efectivas para causar que el producto de reacción tenga un conjunto final en aproximadamente 30 a aproximadamente 70 minutos después de mezclado con agua, y tiene una resistencia compresiva de 28 días mayor a 3500 psi (24 MPa); y en donde el material reactivo cementoso contiene dihidrato de sulfato de calcio; en donde la relación en peso del dihidrato de sulfato de calcio al cemento de aluminato de calcio es aproximadamente 17 - aproximadamente 67: 100; en donde el material reactivo cementoso y el activador químico comprende citrato de metal alcalino en donde la relación en peso del citrato de metal alcalino al material reactivo cementoso es de aproximadamente 2 a aproximadamente 3:100; y en donde el dihidrato de sulfato de calcio tiene un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 mieras.
6.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la relación en peso del activador químico al material reactivo cementoso es de aproximadamente 2 a aproximadamente 4:100; en donde el material reactivo cementoso contiene sulfato de calcio anhidro, en donde la relación en peso del sulfato de calcio anhidro al cemento de aluminato de calcio es aproximadamente 20 a aproximadamente 50:100; en donde el sulfato de calcio anhidro tiene un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 mieras; y en donde la composición tiene un tiempo de fraguado final de aproximadamente 40 - aproximadamente 60 minutos, y tiene una resistencia compresiva de 4 horas mayor de 2500 psi (17 MPa), y tiene una resistencia compresiva de 28 días mayor de 10000 psi (69 MPa).
7.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el producto de reacción comprende cantidades de cemento de aluminato de calcio, el sulfato de calcio, y el activador químico en relación con cantidades del mineral de aluminosilicato térmicamente activado efectivas para limitar la contracción de la composición a menos de 0.3%.
8.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el mineral de aluminosilicato térmicamente activado comprende ceniza volante clase C; en donde el material reactivo cementoso comprende: aproximadamente 65 a aproximadamente 95 por ciento en peso de cenizas volantes, aproximadamente 2 a aproximadamente 30 por ciento en peso de cemento de aluminato de calcio, y aproximadamente 0.2 a aproximadamente 15 por ciento en peso de sulfato de calcio.
9.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el producto de reacción resulta de una reacción exotérmica en una suspensión de agua, en donde la cantidad del cemento de aluminato de calcio, el sulfato de calcio y el activador químico, en relación con la cantidad de mineral de aluminosilicato térmicamente activado, son efectivos para limitar la temperatura de suspensión máxima elevada a aproximadamente 50°F.
10.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue tiene fluidez y trabajabilidad suficiente en las pruebas de asentamiento para producir tortas de asentamiento que tienen diámetros de aproximadamente 7 a aproximadamente 11 pulgadas y no se agrieta en el secado.
11.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el producto de reacción tiene: resistencia compresiva de 4 horas de aproximadamente 500 psi (3.5 MPa) a aproximadamente 4000 psi (28 MPa); resistencia compresiva de 24 horas de aproximadamente 1500 psi (10 MPa) a 5000 psi (34.5 MPa); resistencia compresiva de 28 días de aproximadamente 3500 psi (24 MPa) a aproximadamente 10000 psi (69 MPa); y en donde la mezcla tiene un tiempo de fraguado final de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 240 minutos después de reaccionar la mezcla en agua.
12.- La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque está en la forma seleccionada de un grupo que consiste de un material de reparación de construcción, un material de reparación de piso, una base de piso auto-nivelada sobre un sustrato, una estructura que soporta la carga, un panel de revestimiento de panel, un aglutinante en materiales de construcción, materiales de construcción seleccionados del grupo que consiste de ladrillo, bloques y piedras, un material de revestimiento de pared, un material de pavimento para las superficies que soportan el tráfico, un material de reparación de superficies que soportan el tráfico, un material para las estructuras que soportan el peso, un material para techos, un material de concreto proyectado, y un mortero en la forma de un material de reparación de construcción.
13.- Un método de preparación de una composición geopolimérica de aluminosilicato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-14, caracterizado porque comprende hacer reaccionar una mezcla de: agua; un activador químico seleccionado del grupo que consiste de una sal de metal alcalino, una base de metal alcalino y sus mezclas; y material reactivo cementoso, en donde el material reactivo cementoso comprende: un mineral de aluminosilicato térmicamente activado; un cemento de aluminato de calcio; y un sulfato de calcio seleccionado del grupo que consiste de dihidrato de sulfato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, sulfato de calcio anhidro y sus mezclas.
14.- Una mezcla para formar una composición geopolimérica de aluminosilicato, caracterizada porque comprende: un mineral de aluminosilicato térmicamente activado; un cemento de aluminato de calcio, y un sulfato de calcio seleccionado del grupo que consiste de dihidrato de sulfato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, sulfato de calcio anhidro y sus mezclas; y que comprende un activador químico seleccionado del grupo que consiste de una sal de metal alcalino, una base de metal alcalino y sus mezclas, en donde la relación en peso del cemento de aluminato de calcio al mineral de aluminosilicato térmicamente activado es aproximadamente 1 a aproximadamente 100:100; y en donde la relación en peso del sulfato de calcio al cemento de aluminato de calcio es de aproximadamente 2 a aproximadamente 100:100.
15.- Un material reactivo cementoso para formar una composición geopolimérica de aluminosilicato, caracterizado porque comprende: aproximadamente 35 a aproximadamente 96% en peso de un mineral de aluminosilicato térmicamente activado; aproximadamente 2 a aproximadamente 45% en peso de un cemento de aluminato de calcio, y aproximadamente 1 a aproximadamente 45% en peso de un sulfato de calcio seleccionado del grupo que consiste de dihidrato de sulfato de calcio, hemihidrato de sulfato de calcio, sulfato de calcio anhidro y sus mezclas, y un activador químico seleccionado del grupo que consiste de una sal de metal alcalino, una base de metal alcalino y sus mezclas.
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