RU2795134C2 - Control of setting time of geopolymer compositions containing reactive aluminosilicate materials characterized by high ca content - Google Patents

Control of setting time of geopolymer compositions containing reactive aluminosilicate materials characterized by high ca content Download PDF

Info

Publication number
RU2795134C2
RU2795134C2 RU2020122769A RU2020122769A RU2795134C2 RU 2795134 C2 RU2795134 C2 RU 2795134C2 RU 2020122769 A RU2020122769 A RU 2020122769A RU 2020122769 A RU2020122769 A RU 2020122769A RU 2795134 C2 RU2795134 C2 RU 2795134C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
fly ash
geopolymer composition
reactive
geopolymer
Prior art date
Application number
RU2020122769A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020122769A3 (en
RU2020122769A (en
Inventor
Вэйлян ГОН
Хуэй СЮЙ
Вернер ЛУТЦЕ
Ян Л. ПЕГ
Original Assignee
Те Католик Юниверсити Ов Америка
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Те Католик Юниверсити Ов Америка filed Critical Те Католик Юниверсити Ов Америка
Priority claimed from PCT/IB2018/059056 external-priority patent/WO2019116124A1/en
Publication of RU2020122769A publication Critical patent/RU2020122769A/en
Publication of RU2020122769A3 publication Critical patent/RU2020122769A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2795134C2 publication Critical patent/RU2795134C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: geopolymer composition, characterized by controlled setting time, contains: at least one reactive aluminosilicate; at least one solution of the moderator in water; at least one alkaline silicate activator solution. At least one moderator is a soluble metal salt that hydrolyses in an alkaline solution and co-precipitates the silicate components present in the alkaline silicate activator solution and is selected from the following group: anhydrous barium chloride, barium chloride dihydrate, barium nitrate, barium nitrite and barium metaborate monohydrate. At least one said retarder solution is combined with at least one said alkaline silicate activator solution prior to mixing with at least one said reactive aluminosilicate. At least one specified retarder is used in an amount of from 0.5 to 10% by weight when calculating the weight of the binder.
EFFECT: controlling the setting time of geopolymer materials for the possibility of transportation and laying.
24 cl, 2 dwg, 4 tbl, 21 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретение The field of technology to which the invention belongs

Раскрытое изобретение в общем случае относится к присадкам для геополимерных композиций. Говоря более конкретно, оно относится к замедляющим присадкам для эффективного управления схватыванием в геополимерных композициях и системах, которые могут быть использованы для конкретных областей применения. The disclosed invention generally relates to additives for geopolymer compositions. More specifically, it relates to retardants for effective set control in geopolymer compositions and systems that can be used for specific applications.

Уровень техники State of the art

В общем случае геополимеры, полученные при использовании определенного реакционноспособного алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са, схватываются и затвердевают очень быстро вследствие моментального образования гелей гидрата силиката кальция и гидрата алюмосиликата кальция. В инженерно-технической практике геополимеры должны характеризоваться разумно продолжительным временем схватывания. Это означает то, что бетон или строительный раствор, полученные при использовании пуццоланового вяжущего, должны характеризоваться временем схватывания, достаточно продолжительным для допущения транспортирования и укладки. Однако, в случае чрезмерно продолжительного времени схватывания это станет неэкономичным. Таким образом, для успешных применений геополимерных материалов в строительной отрасли промышленности ключевыми моментами являются улучшения надлежащего управления временем схватывания при использовании замедлителя схватывания. In general, geopolymers made using certain reactive aluminosilicates having a high Ca content set and harden very quickly due to the instantaneous formation of calcium silicate hydrate and calcium aluminosilicate hydrate gels. In engineering practice, geopolymers should have reasonably long setting times. This means that concrete or mortar produced using a pozzolanic binder must have a setting time long enough to allow transport and installation. However, if the setting time is too long, this becomes uneconomical. Thus, for the successful applications of geopolymer materials in the construction industry, the keys to improving proper setting time management when using a retarder.

Сущность изобретения The essence of the invention

В соответствии с первым широким аспектом настоящее раскрытие предлагает геополимерную композицию, характеризующуюся контролируемым временем схватывания, содержащую: по меньшей мере один реакционноспособный алюмосиликат; по меньшей мере один раствор замедлителя в воде и по меньшей мере один раствор щелочно-силикатного активатора, при этом, по меньшей мере один замедлитель представляет собой растворимую соль металла, которая гидролизуется в щелочном растворе и соосаждает силикатные компоненты, присутствующие в растворе щелочно-силикатного активатора, причем указанный по меньшей мере один раствор замедлителя объединен с указанным по меньшей мере одним раствором щелочно-силикатного активатора до смешивания с указанным по меньшей мере одним реакционноспособным алюмосиликатом, при этом указанный по меньшей мере один замедлитель выбран из группы: безводный хлорид бария, дигидрат хлорида бария, нитрат бария, нитрит бария и моногидрат метабората бария, причем указанный по меньшей мере один замедлитель использован в количестве в диапазоне от 0,5 до 10 мас.% при расчете на массу вяжущего. According to a first broad aspect, the present disclosure provides a controlled set time geopolymer composition comprising: at least one reactive aluminosilicate; at least one retarder solution in water and at least one alkaline silicate activator solution, wherein at least one retarder is a soluble metal salt that hydrolyzes in the alkaline solution and coprecipitates the silicate components present in the alkaline silicate activator solution wherein said at least one retarder solution is combined with said at least one alkaline silicate activator solution prior to mixing with said at least one reactive aluminosilicate, said at least one retarder being selected from the group: anhydrous barium chloride, chloride dihydrate barium, barium nitrate, barium nitrite and barium metaborate monohydrate, wherein said at least one moderator is used in an amount in the range of 0.5 to 10% by weight based on the weight of the binder.

В соответствии со вторым широким аспектом настоящее раскрытие предлагает способ получения геополимерной композиции, характеризующейся контролируемым временем схватывания, включающий: объединение по меньшей мере одного реакционноспособного алюмосиликата, по меньшей мере одного раствора замедлителя в воде и по меньшей мере одного раствора щелочно-силикатного активатора, где раствор замедлителя в воде представляет собой раствор, полученный в результате растворения растворимой соли металла в воде, причем растворимая соль металла гидролизуется в щелочном растворе и соосаждает силикатные компоненты, присутствующие в растворе щелочно-силикатного активатора, причем указанный по меньшей мере один раствор замедлителя объединяют с указанным по меньшей мере одним раствором щелочно-силикатного активатора до смешивания с указанным по меньшей мере одним реакционноспособным алюмосиликатом, при этом указанный по меньшей мере один замедлитель выбран из группы: безводный хлорид бария, дигидрат хлорида бария, нитрат бария, нитрит бария и моногидрат метабората бария, причем указанный по меньшей мере один замедлитель использован в количестве в диапазоне от 0,5 до 10 мас.% при расчете на массу вяжущего. According to a second broad aspect, the present disclosure provides a process for preparing a geopolymer composition having a controlled set time, comprising: combining at least one reactive aluminosilicate, at least one solution of a moderator in water, and at least one solution of an alkaline silicate activator, wherein the solution moderator in water is a solution obtained by dissolving a soluble metal salt in water, wherein the soluble metal salt hydrolyzes in an alkaline solution and coprecipitates the silicate components present in the alkaline silicate activator solution, wherein said at least one solution of the moderator is combined with the with at least one alkaline silicate activator solution prior to mixing with said at least one reactive aluminosilicate, wherein said at least one moderator is selected from the group: anhydrous barium chloride, barium chloride dihydrate, barium nitrate, barium nitrite, and barium metaborate monohydrate, wherein said at least one retarder is used in an amount in the range of 0.5 to 10% by weight, based on the weight of the binder.

Краткое описание чертежей Brief description of the drawings

Прилагающиеся чертежи, которые включаются в настоящий документ и составляют часть данного описания изобретения, иллюстрируют типовые варианты осуществления изобретения и совместно с общим описанием изобретения, представленным выше, и подробным описанием изобретения, представленным ниже, используются для разъяснения признаков изобретения. The accompanying drawings, which are incorporated herein and form a part of this specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the general description of the invention above and the detailed description of the invention below, are used to explain the features of the invention.

На фиг. 1 иллюстрируются спектры комбинационного рассеяния для раствора натриево-силикатного активатора, который содержит от 0% до 5% моногидрата хлорида бария ПРНМВ в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия изобретения. In FIG. 1 illustrates the Raman spectra for a sodium silicate activator solution that contains 0% to 5% barium chloride monohydrate PLMWH, in accordance with one embodiment of the present disclosure.

На фиг. 2 иллюстрируются спектры комбинационного рассеяния для соосажденных силикатных материалов, которые содержат 0,5%, 0,75, 0,875 и 1,0% моногидрата хлорида бария ПРНМВ в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия изобретения. In FIG. 2 illustrates Raman spectra for co-deposited silicate materials that contain 0.5%, 0.75%, 0.875%, and 1.0% of PRMS barium chloride monohydrate, in accordance with one embodiment of the present disclosure.

Подробное описание изобретения Detailed description of the invention

Определения Definitions

Тогда, когда определение терминов будет отклоняться от широко используемого значения термина, заявитель будет предполагать использование определений, представленных ниже, если только не будет иметься конкретного указания. When the definition of terms deviates from the commonly used meaning of the term, the Applicant will assume the use of the definitions provided below, unless there is a specific indication.

Как это необходимо понимать, представленное выше общее описание изобретения и следующее ниже подробное описание изобретения являются типовыми и только разъяснительными и не являются ограничительными по отношению к заявленной сущности любого предмета. В данной заявке использование единственного числа будет включать и множественное число, если только не будет иметься конкретного утверждения о другом. Как это необходимо отметить, в соответствии с использованием в описании изобретения и прилагающейся формуле изобретения формы в единственном числе «один», «некий» и «данный» будут включать и соответствия во множественном числе, если только в контексте ясным образом не предписывает иное. В данной заявке использование «или» будет обозначать «и/или», если только не будет иметься утверждения о другом. Кроме того, использование термина «включающий», а также других форм, таких как «включают», «включает» и «включенный», не является ограничивающим. As it is to be understood, the above general description of the invention and the following detailed description of the invention are exemplary and explanatory only and are not restrictive with respect to the claimed essence of any subject matter. In this application, the use of the singular will include the plural, unless there is a specific statement to the contrary. As it should be noted, as used in the specification and in the appended claims, the singular forms "one", "some" and "given" will include the plural equivalents, unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the use of "or" will mean "and/or" unless otherwise stated. In addition, the use of the term "including", as well as other forms such as "include", "includes" and "included", is not limiting.

Для целей настоящего раскрытия изобретения термин «содержащий», термин «имеющий», термин «включающий» и вариации данных слов предполагаются не накладывающими ограничений и означают возможное присутствие дополнительных элементов, других, чем перечисленные элементы. For the purposes of this disclosure, the term "comprising", the term "having", the term "comprising" and variations of these words are intended to be non-limiting and mean the possible presence of additional elements other than the listed elements.

Для целей настоящего раскрытия изобретения определяющие расположение и направление термины, такие как «верх», «низ», «верхний», «нижний», «выше», «ниже», «левый», «правый», «горизонтальный», «вверх», «вниз» и тому подобное, используются просто для удобства описания различных вариантов осуществления настоящего раскрытия изобретения. Варианты осуществления настоящего раскрытия изобретения могут быть ориентированы различным образом. Например, диаграммы, аппаратура и тому подобное, продемонстрированные на фигурах чертежей, могут быть повернуты на 180°, повернуты на 90° в любом направлении, перевернуты и так далее. For the purposes of this disclosure, location and direction terms such as "top", "bottom", "top", "bottom", "above", "below", "left", "right", "horizontal", " up, down, and the like are used merely for convenience in describing various embodiments of the present disclosure. Embodiments of the present disclosure may be oriented in various ways. For example, the diagrams, apparatus, and the like shown in the drawings may be rotated 180°, rotated 90° in any direction, reversed, and so on.

Для целей настоящего раскрытия изобретения значение или свойство будут иметь в своей «основе» конкретные значение, свойство, удовлетворение условию или другой фактор в случае выведения данного значения в результате проведения математического расчета или логического решения при использовании данных значения, свойства или другого фактора. For the purposes of this disclosure, a value or property will be "based" on a particular value, property, condition, or other factor if that value is inferred by performing a mathematical calculation or logical decision using that value, property, or other factor.

Как это необходимо отметить для целей настоящего раскрытия, в целях получения более краткого описания изобретения некоторые из количественных выражений, представленных в настоящем документе, не квалифицируются термином «приблизительно». Необходимо понимать, что независимо от того, используется ли термин «приблизительно» явно или нет, каждое количество, представленное в настоящем документе, подразумевает обозначение фактического заданного значения, а также оно подразумевает обозначение приближения к такому заданному значению, которое разумным образом предполагалось бы на основании уровня знаний специалиста в соответствующей области техники, включая приближения вследствие условий проведения эксперимента и/или измерения для такого заданного значения. As it should be noted for the purposes of this disclosure, in order to obtain a more concise description of the invention, some of the quantitative expressions presented in this document are not qualified by the term "approximately". It is to be understood that, whether the term "approximately" is used explicitly or not, each quantity presented herein is intended to mean an actual setpoint, and it also means an approximation to such a setpoint that would reasonably be expected based on the level of knowledge of a specialist in the relevant field of technology, including approximations due to the conditions of the experiment and/or measurement for such a given value.

Для целей настоящего раскрытия термин «фактическая температура» относится к фактической температуре воздуха в любом конкретном месте согласно измерению при использовании термометра. For the purposes of this disclosure, the term "actual temperature" refers to the actual air temperature at any particular location as measured using a thermometer.

Для целей настоящего раскрытия термин «ПРНМВ» относится к выражению «при расчете на массу вяжущего», которое в общем случае рассматривается как количество (в процентах) материала, добавленного к цементу, когда материал добавляют в расчете на совокупное количество конкретного вяжущего или смеси из вяжущих. В случае геополимерных материалов вяжущие будут представлять собой обычно пуццолановые материалы, называемые пуццолановым предшественником, который может быть активирован при использовании щелочных растворов. For the purposes of this disclosure, the term "WBCW" refers to the expression "by weight of binder", which is generally considered as the amount (in percent) of material added to cement when the material is added based on the total amount of a particular binder or mixture of binders. . In the case of geopolymer materials, the binders will typically be pozzolanic materials, referred to as pozzolanic precursor, which can be activated using alkaline solutions.

Для целей настоящего раскрытия термин «цемент» относится к вяжущему, представляющему собой вещество, используемое для строительства, которое схватывается, затвердевает и пристает к другим материалам при связывании их друг с другом. Изредка будучи используемым самим по себе, цемент может быть использован для связывания песка и гравия (заполнителя) воедино. Цемент, смешиваемый с мелким заполнителем, приводит к производству строительного раствора для каменной кладки, или цемент, смешиваемый с песком и гравием, приводит к производству бетона. Цементы, используемые при строительстве, обычно являются неорганическими, зачастую имея в своей основе известь или силикат кальция, и они могут быть охарактеризованы либо как гидравлические, либо как негидравлические в зависимости от способности цемента гидратироваться в присутствии воды. For the purposes of this disclosure, the term "cement" refers to a binder, which is a substance used for construction that sets, hardens, and adheres to other materials when bonding them together. Occasionally used on its own, cement can be used to bind sand and gravel (aggregate) together. Cement mixed with fine aggregate results in masonry mortar, or cement mixed with sand and gravel results in concrete. The cements used in construction are usually inorganic, often based on lime or calcium silicate, and they can be characterized as either hydraulic or non-hydraulic, depending on the ability of the cement to hydrate in the presence of water.

Для целей настоящего раскрытия термин «бетон» относится к тяжелому крупнозернистому вяжущему материалу, полученному из смеси из щебенки или гравия, песка, цементирующего материала и воды, который может быть размазан или вылит в формы, и который формирует камнеподобную массу после затвердевания. Некоторые варианты осуществления могут включать композитный материал, образованный из мелкого и крупного заполнителя, связанного воедино при использовании текучего цемента (цементной пасты), который затвердевает с течением времени. Наиболее часто может быть использован портландцемент, но иногда могут быть использованы и другие гидравлические цементы, такие как кальциево-алюминатный цемент. Геополимеры рассматриваются в качестве нового типа цементирующих материалов, не требующих использования портландцемента. For the purposes of this disclosure, the term "concrete" refers to a heavy, coarse-grained cementitious material made from a mixture of crushed stone or gravel, sand, cementitious material and water, which can be spread or poured into molds, and which forms a stone-like mass after hardening. Some embodiments may include a composite material formed from fine and coarse aggregate bonded together using a flowable cement (cement paste) that hardens over time. Most often Portland cement can be used, but other hydraulic cements such as calcium aluminate cement can sometimes be used. Geopolymers are considered as a new type of cementing materials that do not require the use of Portland cement.

Для целей настоящего раскрытия термин «геополимер» относится к экологически безопасным системам цементирующих вяжущих, не требующих использования портландцемента. В одном узком значении термина геополимеры раскрытого изобретения соотносятся с неорганическими полимерами, обладающими структурой трехмерной сетки, подобной структурам органических термоотверждающихся полимеров. Матрица основной цепи раскрытых геополимеров представляет собой рентгено-аморфный аналог каркаса цеолитов, характеризующихся наличием тетраэдрической координации атомов Si и Al, связанных кислородными мостиками, при этом с материалом ассоциируются катионы щелочных металлов (обычно Na+ и/или K+) в качестве компенсаторов заряда для AlO4 . Геополимеры раскрытого изобретения в более широком плане могут быть рассмотрены в качестве класса щелочно-активируемых материалов (ААМ), образованных из фаз щелочного алюмосиликата и/или щелочно-щелочноземельного алюмосиликата, как результат прохождения реакции между твердым порошкообразным алюмосиликатом (термин «пуццолановый предшественник») и щелочным активатором. For the purposes of this disclosure, the term "geopolymer" refers to environmentally friendly cementitious binder systems that do not require the use of Portland cement. In one narrow sense of the term, the geopolymers of the disclosed invention refer to inorganic polymers having a three-dimensional network structure similar to those of organic thermoset polymers. The matrix of the main chain of the disclosed geopolymers is an X-ray amorphous analogue of the zeolite framework, characterized by the presence of tetrahedral coordination of Si and Al atoms linked by oxygen bridges, while alkali metal cations (usually Na + and/or K + ) are associated with the material as charge compensators for AlO 4 - . The geopolymers of the disclosed invention can be considered more broadly as a class of alkali activated materials (AAMs) formed from alkali aluminosilicate and/or alkaline earth aluminosilicate phases as a result of a reaction between a solid powdered aluminosilicate (the term "pozzolanic precursor") and alkaline activator.

Для целей настоящего раскрытия термин «геополимерная композиция» относится к составу смеси, состоящему из пуццолановых предшественников и щелочного активатора в твердой или жидкой форме. В дополнение к этому, геополимерная композиция, кроме того, может включать мелкий и крупный заполнитель, волокна и другие присадки в зависимости от области применения. For the purposes of this disclosure, the term "geopolymer composition" refers to a mixture composition consisting of pozzolanic precursors and an alkaline activator in solid or liquid form. In addition, the geopolymer composition may also include fine and coarse aggregates, fibers and other additives, depending on the application.

Для целей настоящего раскрытия термин «строительный раствор» относится к удобоукладываемой пасте, содержащей мелкий заполнитель и используемой для связывания друг с другом структурных элементов, таких как камни, кирпичи и бетонные строительные блоки, заполнения и запечатывания неправильных зазоров между ними и иногда добавления декоративных окрасок или орнаментов стенам ручной кладки. В своем наиболее широком смысле строительный раствор включает пек, асфальт и пластическую керамическую массу (болотный грунт) или глину, такие как то, что используют между кирпичами мокрого прессования. Цемент или геополимерный строительный раствор становятся твердыми при их отверждении, что в результате приводит к получению жесткой структуры. For the purposes of this disclosure, the term "mortar" refers to a workable paste containing fine aggregate and used to bond structural elements such as stones, bricks, and concrete building blocks together, fill and seal irregular gaps between them, and sometimes add decorative coloring or ornaments on handmade walls. In its broadest sense, mortar includes pitch, asphalt, and plastic ceramic mass (marsh) or clay, such as that used between wet pressed bricks. The cement or geopolymer mortar becomes solid as it cures, resulting in a rigid structure.

Для целей настоящего раскрытия термин «комнатная температура» относится к температуре в диапазоне от приблизительно 15°С (59°F) до 25°С (77°F). For the purposes of this disclosure, the term "room temperature" refers to a temperature in the range from about 15°C (59°F) to 25°C (77°F).

Для целей настоящего раскрытия термин «схватывание» относится к превращению пластической пасты в непластическую и жесткую массу. For the purposes of this disclosure, the term "setting" refers to the transformation of a plastic paste into a non-plastic and rigid mass.

Для целей настоящего раскрытия термины «срок схватывания» или «время схватывания» относятся ко времени, прошедшему между моментом добавления воды (раствора щелочного активатора) к цементу (пуццолановому предшественнику) и временем, когда паста начинает утрачивать свою пластичность, (начальное схватывание). Время окончательного схватывания является временем, прошедшим между моментом добавления воды (раствора щелочного активатора) к цементу (пуццолановому предшественнику), и временем, когда паста полностью утрачивает свою пластичность и достигает крепости (прочности), достаточной для противостояния некоторому определенному давлению. For the purposes of this disclosure, the terms "set time" or "set time" refer to the time elapsed between the time water (alkaline activator solution) is added to the cement (pozzolanic precursor) and the time the paste begins to lose its plasticity (initial setting). The final setting time is the time elapsed between the moment water (alkaline activator solution) is added to the cement (pozzolanic precursor) and the time when the paste completely loses its plasticity and reaches a strength (strength) sufficient to withstand some specific pressure.

Для целей настоящего раскрытия термин «умеренно растворимый в воде» относится к веществу, характеризующемуся растворимостью в диапазоне от 0,1 г при расчете на 100 мл воды до 1 г при расчете на 100 мл воды. Если только не будет иметься указания на другое, то термины «умеренно растворимый» и «умеренно растворимый в воде» будут использоваться в представленном ниже описании изобретения взаимозаменяемым образом для обозначения веществ, которые являются умеренно растворимыми в воде. For the purposes of this disclosure, the term "moderately soluble in water" refers to a substance having a solubility ranging from 0.1 g per 100 ml of water to 1 g per 100 ml of water. Unless otherwise indicated, the terms "moderately soluble" and "moderately soluble in water" will be used interchangeably in the description below to refer to substances that are sparingly soluble in water.

Для целей настоящего раскрытия термин «нерастворимый в воде» относится к веществу, которое характеризуется растворимостью, составляющей менее, чем 0,1 г при расчете на 100 мл воды. For the purposes of this disclosure, the term "water-insoluble" refers to a substance that has a solubility of less than 0.1 g per 100 ml of water.

Описание изобретения Description of the invention

Несмотря на восприимчивость изобретения к различным модификациям и альтернативным формам, его конкретные варианты осуществления в порядке примера были продемонстрированы на чертежах и будут подробно описываться ниже. Однако, как это необходимо понимать, на изобретение не предполагается накладывать ограничения конкретными раскрытыми формами, но, наоборот, изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в пределы объема и сущности изобретения. Despite the susceptibility of the invention to various modifications and alternative forms, its specific embodiments by way of example have been shown in the drawings and will be described in detail below. However, as it is to be understood, the invention is not intended to be limited to the specific forms disclosed, but rather the invention is to cover all modifications, equivalents and alternatives falling within the scope and spirit of the invention.

Геополимеры представляют собой класс щелочно-активируемых вяжущих, обладающих структурой трехмерной сетки, подобной структурам органических термоотверждающихся полимеров. Матрица основной цепи геополимеров представляет собой рентгено-аморфный аналог каркаса цеолитов, характеризующихся наличием тетраэдрической координации атомов Si и Al, связанных кислородными мостиками, при этом с материалом ассоциируются катионы щелочных металлов (обычно Na+ и/или K+) в качестве компенсаторов заряда для AlO4 . Номинально эмпирическая формула геополимеров может быть представлена в виде Mn[–(SiO2)z–AlO2]n · wH2O, где М представляет собой щелочной катион; z представляет собой молярное соотношение между Si и Al (1, 2 или 3); и n представляет собой степень поликонденсации. Растворение источника реакционноспособного алюмосиликата, характеризующегося низким уровнем содержания Са, в результате щелочного гидролиза приводит к расходованию воды и производству алюминатных и силикатных производных. Эта первая ступень геополимеризации регулируется способностью щелочного соединения растворять стеклянную сетку на основе зольного уноса и производить небольшие реакционноспособные компоненты силикатов и алюминатов: Geopolymers are a class of alkali-activated binders that have a three-dimensional network structure similar to those of organic thermoset polymers. The matrix of the main chain of geopolymers is an X-ray amorphous analog of the framework of zeolites, characterized by the presence of tetrahedral coordination of Si and Al atoms connected by oxygen bridges, while alkali metal cations (usually Na + and/or K + ) are associated with the material as charge compensators for AlO 4 - . The nominally empirical formula of geopolymers can be represented as M n [–(SiO 2 ) z –AlO 2 ] n · wH 2 O, where M is an alkaline cation; z is the molar ratio between Si and Al (1, 2 or 3); and n is the degree of polycondensation. Dissolution of a source of reactive aluminosilicate having a low Ca content by alkaline hydrolysis results in water consumption and the production of aluminate and silicate derivatives. This first step of geopolymerization is controlled by the ability of the alkaline compound to dissolve the fly ash based glass grid and produce small reactive components of silicates and aluminates:

Figure 00000001
Figure 00000001

Сразу после растворения данные компоненты становятся частью водной фазы, то есть, активирующего раствора, который уже содержит силикат. Тем самым, формируется сложная смесь из силикатных, алюминатных и алюмосиликатных компонентов. Раствор становится все более и более концентрированным, что в результате приводит к образованию щелочно-алюмосиликатного геля (AAS), поскольку данные компоненты в водной фазе формируют большие сетки в результате поликонденсации: Immediately after dissolution, these components become part of the aqueous phase, that is, the activating solution, which already contains silicate. Thus, a complex mixture of silicate, aluminate and aluminosilicate components is formed. The solution becomes more and more concentrated resulting in the formation of an alkali aluminosilicate gel (AAS) as these components in the aqueous phase form large networks through polycondensation:

Figure 00000002
Figure 00000002

После гелеобразования система продолжает перекомпоновываться и реорганизоваться, поскольку связность гелевой сетки увеличивается, что в результате приводит к получению трехмерной алюмосиликатной сетки, которая схватывается и затвердевает во время последующего осуществления технологического процесса отверждения. After gelation, the system continues to reconfigure and reorganize as the cohesiveness of the gel network increases, resulting in a three-dimensional aluminosilicate network that sets and solidifies during the subsequent curing process.

Примеры данных реакционноспособных алюмосиликатов, характеризующихся низким уровнем содержания Са, включают метакаолин (МК), определенные прокаленные цеолиты и характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F (Low-Ca FFA). Examples of these low-Ca reactive aluminosilicates include metakaolin (MK), certain calcined zeolites, and low-Ca class F fly ash (Low-Ca FFA).

Метакаолин представляет собой аморфный алюмосиликатный пуццолановый материал, и его использование восходит к 1962 году, когда его включили в бетон для плотины в Жупии в Бразилии. Это термически- активируемый алюмосиликатный материал, характеризующийся высокой пуццолановой активностью, сопоставимой с активностью пирогенного диоксида кремния или превосходящей ее. Он образуется в результате прокаливания каолинитовой глины при температуре в диапазоне от 650°C до 800°С в зависимости от степени чистоты и степени кристалличности глин предшественников. Щелочное активирование метакаолина приводит к получению типичной композиции геля материала AAS, которая будет схватываться и затвердевать при температурах окружающей среды. Механические свойства и микроструктура геополимера сильно зависят от первоначального молярного соотношения Si/Al. О лучших прочностных свойствах сообщалось для смесей, характеризующихся соотношениями SiO2/Al2O3 в диапазоне 3,0 – 3,8 при молярном соотношении M2O/Al2O3, составляющем приблизительно единицу. Metakaolin is an amorphous aluminosilicate pozzolanic material and its use dates back to 1962 when it was incorporated into concrete for a dam at Jupia in Brazil. It is a thermally activated aluminosilicate material characterized by high pozzolanic activity, comparable to that of pyrogenic silica or exceeding it. It is formed by calcining kaolinite clay at a temperature ranging from 650° C. to 800° C., depending on the purity and degree of crystallinity of the precursor clays. Alkaline activation of the metakaolin results in a typical AAS material gel composition that will set and solidify at ambient temperatures. The mechanical properties and microstructure of the geopolymer are highly dependent on the initial Si/Al molar ratio. The best strength properties have been reported for blends having SiO 2 /Al 2 O 3 ratios ranging from 3.0 to 3.8 with an M 2 O/Al 2 O 3 molar ratio of approximately one.

Зольный унос представляет собой мелкое порошкообразное вещество, которое «взлетает» из камеры сжигания угля (котла) и улавливается при использовании систем управления выбросами, таких как электростатический осадитель или тканевый «мешочный» пылеуловитель, и скрубберы. Ежегодно производится приблизительно 131 миллион тонн зольного уноса, и приблизительно 56 миллионов тонн данного зольного уноса отправляют на вторичное использование. Во всемирном масштабе приблизительно 65% произведенного зольного уноса утилизируют на полигонах для захоронения отходов или в золошлакоотвалах. Сжигание антрацита и битуминозного угля обычно приводит к производству зольного уноса класса F, который содержит менее, чем 8% СаО. Зольный унос в основном образован из стеклообразных сферических частиц. В стандарте American Society for Testing and Materials (ASTM) C618 признается существование двух основных классов зольных уносов – класса С и класса F. Нижнее предельное значение для (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) у зольного уноса класса F (FFA) составляет 70%, а соответствующее значение у зольного уноса класса С (CFA) составляет 50%. Высокий уровень содержания оксида кальция образует зольные уносы класса С, которые обладают цементирующими свойствами, что приводит к образованию гидратов силиката кальция и алюмината кальция при смешивании с водой при отсутствии потребности в щелочном активировании. В патенте США № 5,435,843 раскрывается композиция щелочно-активируемого зольного уноса класса С, где время начального схватывания у цемента составляет менее, чем приблизительно 5 минут. В общем случае зольные уносы класса F характеризуются максимальным уровнем содержания оксида кальция, составляющим приблизительно 18% (масс.), в то время как зольные уносы класса С в общем случае характеризуются более высокими уровнями содержания оксида кальция, такими величины как в диапазоне от 20 до 40% (масс.). Материал Low-Ca FFA обычно содержит менее, чем 8% (масс.) СаО. Геополимеры на основе материала Low-Ca FFA обычно схватываются и затвердевают очень медленно и характеризуются низкой конечной прочностью для отверждения при температурах окружающей среды (например, комнатной температуре), но их реакционная способность увеличивается по мере увеличения температуры отверждения. В целях изготовления подходящей для использования строительной продукции щелочное активирование материала Low-Ca FFA требует использования высокой температуры отверждения. В альтернативном варианте, для изготовления геополимерной продукции, которая схватывается и затвердевает при температурах окружающей среды, должен быть примешан более реакционноспособный алюмосиликатный материал, такой как измельченный гранулированный доменный шлак (BFS) или метакаолин. Fly ash is a fine powdery substance that "flies up" from the coal combustion chamber (boiler) and is captured using emission control systems such as electrostatic precipitator or fabric "bag" dust collector and scrubbers. Approximately 131 million tons of fly ash is produced annually and approximately 56 million tons of this fly ash is recycled. Globally, approximately 65% of the fly ash produced is disposed of in landfills or ash and slag dumps. The combustion of anthracite and bituminous coal typically results in the production of class F fly ash, which contains less than 8% CaO. Fly ash is mainly formed from glassy spherical particles. The American Society for Testing and Materials (ASTM) C618 recognizes the existence of two main fly ash classes, class C and class F. The lower limit for (SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) is class F fly ash ( FFA) is 70% and the corresponding value for Class C fly ash (CFA) is 50%. A high level of calcium oxide forms class C fly ash, which has cementing properties, resulting in the formation of calcium silicate and calcium aluminate hydrates when mixed with water without the need for alkaline activation. US Pat. No. 5,435,843 discloses a Class C alkali activated fly ash composition wherein the cement has an initial setting time of less than about 5 minutes. In general, Class F fly ash has a maximum calcium oxide level of approximately 18 wt %, while Class C fly ash generally has higher levels of calcium oxide, such as values ranging from 20 to 40% (mass.). The Low-Ca FFA material typically contains less than 8 wt % CaO. Geopolymers based on Low-Ca FFA material typically set and cure very slowly and have low final strength for curing at ambient temperatures (eg room temperature), but their reactivity increases as the cure temperature increases. The alkaline activation of Low-Ca FFA requires the use of a high curing temperature in order to make suitable building products for use. Alternatively, a more reactive aluminosilicate material, such as ground granular blast furnace slag (BFS) or metakaolin, must be mixed in to make geopolymer products that set and harden at ambient temperatures.

Измельченный гранулированный доменный шлак представляет собой еще один тип реакционноспособного алюмосиликатного материала, который является обогащенным по щелочноземельным оксидам, таким как СаО и MgO. Это стеклообразный зернистый материал, который варьируется в диапазоне от грубой крупнопористой рыхлой структуры, имеющей более, чем 4,75 мм в диаметре, до плотных зерен размерности песка. Измельчение приводит к уменьшению размера частиц до тонкости помола цемента, что делает возможным использование материала в качестве дополнительного цементирующего материала в бетоне на основе портландцемента. Доменный шлак по существу представляет собой кальциево-алюмосиликатное стекло, обычно содержащее 27 – 38% SiO2, 7 – 12% Al2O3, 34 – 43% CaO, 7 – 15% MgO, 0,2 – 1,6% Fe2O3, 0,15 – 0,76% MnO и 1,0 – 1,9% серы (в основном - в виде сульфида кальция) при расчете на массу. Доменный шлак обычно рассеивают на фракции, разделяя его на три марки, то есть, 80, 100 и 120, согласно документу ASTM C989-92. Кроме того, сверхмелкий доменный шлак является еще более реакционноспособным в сопоставлении с материалом BFS 120. Например, продукт MC-500® Microfine® Cement (de neef Construction Chemicals) представляет собой сверхмелкий топочный шлак, характеризующийся размерами частиц, составляющими менее, чем приблизительно 10 мкм, и площадью удельной поверхности, составляющей приблизительно 800 м2/кг. Поскольку материал BFS почти что на 100% является стеклообразным, он в общем случае является более реакционноспособным, чем большинство зольных уносов. Щелочное активирование материала BFS приводит к получению по существу гелей гидрата силиката кальция (CSH) и алюмосиликата кальция (CASH). Как это хорошо известно, геополимеры, полученные в результате щелочного активирования материала ВFS, обычно схватываются и затвердевают очень быстро даже при температуре окружающей среды, что в результате приводит к получению намного более высокой предельной прочности, чем у геополимеров, полученных при использовании характеризующегося низким уровнем содержания Са зольного уноса класса F. Для некоторых композиций время начального схватывания составляет менее, чем 60 минут, что делает затруднительными смешивание, укладку и отделку. Как это было установлено, щелочно-активируемый шлак обладает определенными превосходными свойствами в сопоставлении портландцементным бетоном, такими как низкая теплота гидратации, высокая ранняя прочность и превосходная долговечность в агрессивной окружающей среде.1 Как это установил просмотр опубликованной литературы, данной системе вяжущего свойственны определенные серьезные проблемы, такие как быстрое схватывание и высокая усадка при высыхании.2, 3 Данные проблемы должны быть разрешены до возможного использования материала в коммерческой практике. Crushed granular blast-furnace slag is another type of reactive aluminosilicate material that is enriched in alkaline earth oxides such as CaO and MgO. It is a glassy granular material that ranges from a coarse coarse porous loose structure having a diameter greater than 4.75 mm to dense grains the size of sand. Grinding leads to a reduction in particle size to the fineness of grinding cement, which makes it possible to use the material as an additional cementitious material in concrete based on Portland cement. Blast furnace slag is essentially calcium aluminosilicate glass, usually containing 27 - 38% SiO 2 , 7 - 12% Al 2 O 3 , 34 - 43% CaO, 7 - 15% MgO, 0.2 - 1.6% Fe 2 O 3 , 0.15 - 0.76% MnO and 1.0 - 1.9% sulfur (mainly in the form of calcium sulfide) by weight. Blast-furnace slag is usually dispersed into fractions, dividing it into three grades, i.e., 80, 100 and 120, according to ASTM C989-92. In addition, ultrafine blast furnace slag is even more reactive than BFS 120 material. , and a specific surface area of approximately 800 m 2 /kg. Since the BFS material is almost 100% glassy, it is generally more reactive than most fly ash. Alkaline activation of the BFS material results in essentially calcium silicate hydrate (CSH) and calcium aluminosilicate (CASH) gels. As is well known, geopolymers produced by alkaline activation of BFS material typically set and harden very quickly even at ambient temperature, resulting in a much higher ultimate strength than geopolymers produced using low content Class F fly ash. Some compositions have an initial setting time of less than 60 minutes, making mixing, laying and finishing difficult. It has been found that alkali activated slag has certain superior properties over Portland cement concrete, such as low heat of hydration, high early strength, and excellent durability in harsh environments. 1 Based on a review of the published literature, this binder system has some serious problems, such as fast setting and high dry shrinkage. 2, 3 These issues must be resolved before the material can be used commercially.

В последнее время существенно увеличилось использование бурого и полубитуминозного углей, и значительная процентная доля угля сохраняет за собой производство в США зольного уноса, который содержит значительные количества СаО. Зольный унос, характеризующийся высокими уровнями содержания СаО, (High-Ca FFA), например, в диапазоне от более, чем 8% (масс.) до менее, чем 20% (масс.), все еще может быть классифицирован с отнесением к типу F в соответствии с документом ASTM C-618. Времена схватывания у геополимеров на основе зольного уноса уменьшаются по экспоненциальному закону по мере увеличения уровня содержания СаО, и, однако, по мере увеличения количества СаО увеличивается предел прочности при сжатии.4 Как это установили в раскрытых вариантах осуществления, в свежеприготовленных геополимерах, полученных при использовании материала High-Ca FFA, содержащего 12,2% (масс.) СаО, может иметь место мгновенное схватывание. Геополимеры, полученные при использовании материала CFA, содержащего СаО в количестве, составляющем более, чем 20%, обычно схватываются в пределах 36 минут, и мгновенное схватывание, например, в пределах нескольких минут, является очень широко распространенным.5 Как это с очевидностью следует, при изготовлении подходящей для использования строительной продукции для геополимеров, полученных при использовании материалов High-Ca FFA (например, при более, чем 8% СаО) и CFA, требуется надлежащее управление схватыванием.6 Щелочное активирование для материала High-Ca FFA приводит к получению гидратированных продуктов, таких как CSH и CASH, совместно с щелочно-алюмосиликатным гелем. Сроки схватывания у геополимеров также зависят от характеристик раствора щелочного активатора, таких как молярная концентрация щелочи, молярное соотношение SiO2/M2O (M = Na, K) и между водой и вяжущим (вод./вяж.). Например, сроки схватывания уменьшаются по мере увеличения молярной концентрации гидроксида щелочного металла и молярного соотношения SiO2/M2O (M = Na, K), но увеличиваются по мере увеличения значения вод./вяж. Наоборот, предел прочности при сжатии для затвердевшего геополимера увеличивается по мере увеличения молярной концентрации гидроксида щелочного металла и молярного соотношения SiO2/M2O (M = Na, K). Recently, the use of lignite and sub-bituminous coals has increased significantly, and a significant percentage of coal retains US fly ash production, which contains significant amounts of CaO. Fly ash characterized by high levels of CaO (High-Ca FFA), for example, in the range from more than 8% (wt.) to less than 20% (wt.), can still be classified by type. F in accordance with ASTM C-618. The setting times of fly ash based geopolymers decrease exponentially as CaO levels increase, and however, as CaO levels increase, compressive strength increases. 4 As established in the disclosed embodiments, freshly made geopolymers made using High-Ca FFA material containing 12.2 wt % CaO can experience flash setting. Geopolymers made using a CFA material containing more than 20% CaO typically set within 36 minutes, and instant setting, for example within a few minutes, is very common. 5 As it clearly follows, proper setting control is required in the manufacture of suitable building products for geopolymers made using High-Ca FFA (eg, greater than 8% CaO) and CFA materials. 6 Alkaline activation for High-Ca FFA material results in hydrated products such as CSH and CASH together with alkali aluminosilicate gel. The setting times of geopolymers also depend on the characteristics of the alkali activator solution, such as the molar concentration of alkali, the molar ratio of SiO 2 /M 2 O (M = Na, K) and between water and binder (water / binder). For example, the setting time decreases as the molar concentration of alkali metal hydroxide and the molar ratio of SiO 2 /M 2 O (M = Na, K) increase, but increase as the water / knit value increases. Conversely, the compressive strength of the hardened geopolymer increases with increasing alkali metal hydroxide molar concentration and SiO 2 /M 2 O (M = Na, K) molar ratio.

Зольный унос класса С обнаруживает определенную степень подобия с доменным шлаком. Оба материала представляют собой кальциево-алюмосиликатные стекла. Данные пуццолановые материалы обозначают терминами «реакционноспособные щелочноземельные алюмосиликаты» или «реакционноспособный алюмосиликат, характеризующийся высоким уровнем содержания Са». В дополнение к материалам BFS и CFA, в данную категорию попадают материал High-Ca FFA, стекловидный силикат кальция (VCAS) и клинкерная печная пыль (CKD). Материал VCAS представляет собой бросовый продукт при производстве стекловолокна. На одном представительном производственном агрегате по изготовлению стеклянного волокна обычно приблизительно 10 – 20% (масс.) материала, подвергнутого переработке стекла, не преобразуются в конечный продукт и отбрасываются в качестве побочного продукта или отхода VCAS и отправляются для утилизирования на полигон для захоронения отходов. Материал VCAS на 100% является аморфным, и его композиция является очень хорошо согласованной, в основном включающей приблизительно 50 – 55% (масс.) SiO2, 15 – 20% (масс.) Al2O3 и 20 – 25% (масс.) СаO. Измельченный материал VCAS демонстрирует пуццолановую активность, сопоставимую с тем, что имеет место для кварцевой пыли и метакаолина при проведении испытания в соответствии с документами ASTM C618 и С1240. Материал CKD является побочным продуктом при изготовлении портланд-цемента и представляет собой промышленные отходы. Во всемирном масштабе ежегодно производится более, чем 30 миллионов тонн материала CKD, при этом значительные его количества отправляют на полигоны для захоронения отходов. Типичный материал CKD содержит приблизительно 38 – 64% (масс.) СаО, 9 – 16% (масс.) SiО2, 2,6 – 6,0% (масс.) Al2О3, 1,0 – 4,0% (масс.) Fe2О3, 0,0 – 3,2% (масс.) MgО, 2,4 – 13% (масс.) K2О, 0,0 – 2,0% (масс.) Na2О, 1,6 – 18% (масс.) SО3, 0,0 – 5,3% (масс.) Cl и характеризуется величиной ППП в диапазоне 5,0 – 25% (масс.). Материал CKD в общем случае представляет собой очень мелкий порошок (например, при площади удельной поверхности в диапазоне приблизительно 4600 – 14000 см2/г). Во время проведения щелочного активирования будет происходить дополнительное образование геля материала CSH, эттрингита (3CaO ⋅ Al2O3 ⋅ 3CaSO4 ⋅ 32H2O) и/или сингенита (смешанного сульфата щелочного металла-кальция). Class C fly ash exhibits a certain degree of similarity to blast furnace slag. Both materials are calcium aluminosilicate glasses. These pozzolanic materials are referred to as "reactive alkaline earth aluminosilicates" or "high Ca reactive aluminosilicates". In addition to BFS and CFA, High-Ca FFA, Vitreous Calcium Silicate (VCAS) and Clinker Kiln Dust (CKD) fall into this category. VCAS material is a waste product in the production of fiberglass. In one representative glass fiber manufacturing facility, typically approximately 10 to 20% (w/w) of the recycled glass material is not converted into a final product and is discarded as a by-product or VCAS waste and sent to a landfill for disposal. The VCAS material is 100% amorphous and its composition is very well matched, generally comprising approximately 50 - 55% (wt.) SiO 2 , 15 - 20% (wt.) Al 2 O 3 and 20 - 25% (wt.) .) CaO. Crushed VCAS material exhibits pozzolanic activity comparable to that of silica dust and metakaolin when tested according to ASTM C618 and C1240. CKD material is a by-product in the manufacture of Portland cement and is industrial waste. Worldwide, more than 30 million tons of CKD material is produced annually, with significant amounts sent to landfills. A typical CKD material contains approximately 38 - 64% (wt.) CaO, 9 - 16% (wt.) SiO 2 , 2.6 - 6.0% (wt.) Al 2 O 3 , 1.0 - 4.0 % (mass.) Fe 2 O 3 , 0.0 - 3.2% (mass.) MgO, 2.4 - 13% (mass.) K 2 O, 0.0 - 2.0% (mass.) Na 2 O, 1.6 - 18% (wt.) SO 3 , 0.0 - 5.3% (wt.) Cl - and is characterized by a PPP value in the range of 5.0 - 25% (wt.). The CKD material is generally a very fine powder (eg, with a specific surface area in the range of approximately 4600 - 14000 cm 2 /g). During alkaline activation, additional gelling of the CSH material, ettringite (3CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ 3CaSO 4 ⋅ 32H 2 O) and/or syngenite (mixed alkali metal-calcium sulfate) will occur.

В общем случае геополимеры, полученные в результате щелочного активирования данных реакционноспособных алюмосиликатов, характеризующихся высоким уровнем содержания Са, схватываются и затвердевают очень быстро вследствие моментального образования гелей гидрата силиката кальция и гидрата алюмосиликата кальция. В инженерно-технической практике геополимеры должны характеризоваться разумно продолжительным временем схватывания. Это означает то, что бетон или строительный раствор, полученные при использовании пуццоланового вяжущего, должны характеризоваться временем схватывания, достаточно продолжительным для допущения транспортирования и укладки. Однако, в случае чрезмерно продолжительного времени схватывания это станет неэкономичным. В соответствии с раскрытыми вариантами осуществления, для успешных применений геополимерных материалов в строительной отрасли промышленности ключевым моментом является надлежащее управление временем схватывания при использовании замедлителя схватывания. In general, geopolymers resulting from alkaline activation of these high-Ca reactive aluminosilicates set and harden very rapidly due to the instantaneous formation of calcium silicate hydrate and calcium aluminosilicate hydrate gels. In engineering practice, geopolymers should have reasonably long setting times. This means that concrete or mortar produced using a pozzolanic binder must have a setting time long enough to allow transport and installation. However, if the setting time is too long, this becomes uneconomical. In accordance with the disclosed embodiments, for successful applications of geopolymer materials in the construction industry, proper control of setting time when using a retarder is key.

Достижения управления сроками схватывания можно добиться в результате надлежащего составления рецептуры композиции раствора активатора для геополимеров на основе алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са. Например, большое значение вод./вяж. и низкая концентрация щелочного силиката могут приводить к получению геополимерной пасты, характеризующейся достаточно продолжительными сроком схватывания или удобоукладываемостью. Однако, на эксплуатационные характеристики затвердевшего продукта обычно оказывается в значительной степени неблагоприятное воздействие, и ожидаются намного меньшая прочность и большая усадка при высушивании. В последние годы для замедления схватывания в щелочно-активируемых цементах или геополимерах использовали разнообразный выбор присадок, хотя их эффективности замедления варьируются в широких пределах.3 В патенте США № 5,366,547 раскрывается способ использования фосфатной добавки для замедления срока схватывания у доменного шлака, активируемого при использовании гидроксида натрия. Примеры фосфатного замедлителя включают метафосфат натрия, полифосфат натрия, метафосфат калия и полифосфат калия. Эффект замедления для данных фосфатных добавок может варьироваться при использовании раствора силиката натрия для активирования материала BFS или других типов алюмосиликатов, характеризующихся высоким уровнем содержания Са. Авторы Kalina et al. 7 использовали Na3PO4 для замедления схватывания у доменного шлака, активируемого при использовании силиката натрия. Твердый фосфат натрия смешивали с материалом BFS, а после этого смешивали с раствором натриево-силикатного активатора. На предел прочности при сжатии оказывали в значительной степени неблагоприятное воздействие (уменьшение) в случае использования высокой дозировки замедлителя для достижения продолжительных срока схватывания или времени удобоукладываемости. Авторы Chang 8 и Chang et al. 9 пришли к заключению, что использование одной только фосфорной кислоты продлевало время схватывания у щелочно-активируемого шлака после достижения критической концентрации, но уменьшало предел прочности при сжатии в раннем возрасте. Согласно оценке ионы Са2+, высвобожденные во время растворения доменного шлака в высокощелочном растворе, связываются с фосфатным анионом от замедлителя. Формирование структур дигидрофосфата, а впоследствии и гидрофосфата кальция в результате приводит к появлению недостатка кальциевых ионов в растворе, что, в свою очередь, предотвращает зародышеобразование и рост для материалов CSH и CASH. Таким образом, время начального схватывания пролонгируется. Setting time control can be achieved by properly formulating an activator solution for high Ca aluminosilicate geopolymers. For example, the great value of water / knit. and a low concentration of alkali silicate can result in a geopolymer paste having a sufficiently long setting time or workability. However, the performance of the cured product is usually significantly adversely affected, and much lower strength and higher dry shrinkage are expected. In recent years, a variety of additives have been used to retard set in alkali activated cements or geopolymers, although their retardation efficiencies vary widely. 3 US Pat. No. 5,366,547 discloses a method of using a phosphate additive to delay the setting time of blast furnace slag activated by the use of sodium hydroxide. Examples of the phosphate moderator include sodium metaphosphate, sodium polyphosphate, potassium metaphosphate, and potassium polyphosphate. The retarding effect for these phosphate additives can vary when using a sodium silicate solution to activate the BFS material or other types of high Ca aluminosilicates. Authors Kalina et al. 7 used Na 3 PO 4 to retard the setting of blast furnace slag activated using sodium silicate. Solid sodium phosphate was mixed with the BFS material and then mixed with the sodium silicate activator solution. The compressive strength was significantly adversely affected (reduced) when a high dosage of retarder was used to achieve a long setting time or workability. The authors of Chang 8 and Chang et al. 9 concluded that the use of phosphoric acid alone extended the setting time of the alkali activated slag after reaching the critical concentration, but reduced the early compressive strength. The Ca 2+ ions released during the dissolution of blast-furnace slag in the highly alkaline solution are estimated to bind to the phosphate anion from the moderator. The formation of dihydrogen phosphate and subsequently calcium hydrogen phosphate structures results in a lack of calcium ions in solution, which in turn prevents nucleation and growth for CSH and CASH materials. Thus, the initial setting time is prolonged.

Эффективность определенных замедлителей, широко используемых для портланд-цемента, в геополимерах варьируется. Большинство присадок для замедления схватывания, эффективных в портланд-цементе, могут не действовать в высокощелочных геополимерных системах. Согласно наблюдениям авторов Wu et al.10 тартрат калия или натрия не обнаруживал какого-либо воздействия на время начального схватывания у щелочно-активируемого шлака, но слегка сокращал время окончательного схватывания. Как это установили авторы Rathanasak et al.11, сахароза и гипс, которые хорошо действуют в портландцементе, не продлевали сроки схватывания у материала High-Ca FFA, активируемого при использовании силиката натрия. Авторы Brought et al.12 исследовали эффект замедления от NaCl в отношении сроков схватывания у систем шлака, активируемого при использовании силиката натрия. Добавление NaCl в значительной степени замедляло как схватывание, так и развитие прочности при высоких дозировках, но при низких дозировках, то есть, составляющих 4% и менее (масс.) от шлака, NaCl исполнял функцию ускорителя. В еще одной системе шлака, активируемого при использовании силиката натрия13, наблюдали маленькое воздействие NaCl на время схватывания вплоть до 20%-ного добавления при расчете на массу вяжущего (ПРНМВ), а при выходе за пределы данной точки схватывание замедлялось. Однако, добавление таких больших количеств хлорида в армированный геополимерный бетон может в значительной степени ускорить корродирование арматурного профиля и таким образом, уменьшить продолжительность эксплуатации. The effectiveness of certain retarders commonly used for Portland cement varies in geopolymers. Most retarders effective in Portland cement may not work in highly alkaline geopolymer systems. According to the observations of Wu et al. 10 Potassium or sodium tartrate did not show any effect on the initial setting time of the alkali activated slag, but reduced the final setting time slightly. As established by Rathanasak et al. 11 , sucrose and gypsum, which work well in Portland cement, did not prolong the setting time of High-Ca FFA activated with sodium silicate. The authors of Brought et al. 12 investigated the retarding effect of NaCl on set times in slag systems activated using sodium silicate. The addition of NaCl significantly retarded both setting and strength development at high dosages, but at low dosages, ie, 4% or less (w/w) of the slag, NaCl acted as an accelerator. In yet another slag system activated using sodium silicate 13 , a small effect of NaCl on the setting time was observed up to 20% addition based on the weight of the binder (WBMW), and setting was slowed beyond this point. However, the addition of such large amounts of chloride to reinforced geopolymer concrete can greatly accelerate the corrosion of the rebar profile and thus reduce service life.

Также очень хорошо известным является использование боратов в качестве замедлителей для портланд-цемента. Однако, согласно сообщению авторов Nicholson et al. 14 бораты, добавленные к щелочно-активируемому зольному уносу (класса С) не оказывали воздействия на поведение при схватывании; наоборот, от большого количества боратов на прочность вяжущих оказывалось негативное воздействие. В патенте США № 4,997,484 раскрывается геополимерная композиция на основе активируемого при использовании гидроксида щелочного металла зольного уноса класса С (без содержания растворимого силиката). Геополимерные композиции демонстрируют быстрое нарастание прочности, например, в диапазоне от 1800 до 4000 фунт/дюйм2 (от 12,4 до 27,6 МПа) после отверждения при 73°F (22,8°С) на протяжении 3 – 4 часов несмотря на использование в качестве замедлителя буры. Борный замедлитель не был эффективным при замедлении схватывания у геополимера на основе щелочно-активируемого материала CFA. Как в патенте США № 7,794,537, так и в патенте США № 7,846,250 в качестве замедлителей раскрываются определенные химические соединения, которые хорошо известны для портланд-цемента и геополимера. Геополимерные композиции имеют в своей основе материалы либо МК, либо FFA для областей применения на нефтяных месторождениях или для хранения углекислого газа. Данные соединения, которые замедляют загущение цементного раствора, цементирующего скважину, при повышенных температурах, например, 85°С, включают буру (Na2B4O7 ⋅ 10H2O), борную кислоту, натриевую соль фосфорной кислоты и лигносульфонат. Also very well known is the use of borates as retarders for Portland cement. However, as reported by Nicholson et al. 14 Borates added to alkali activated fly ash (class C) had no effect on setting behavior; on the contrary, a large amount of borates had a negative effect on the strength of binders. US Pat. No. 4,997,484 discloses a geopolymer composition based on an alkali metal hydroxide activated Class C fly ash (no soluble silicate content). Geopolymer compositions exhibit rapid strength development, for example, in the range of 1800 to 4000 psi (12.4 to 27.6 MPa) after curing at 73°F (22.8°C) for 3 to 4 hours despite for use as a borax retarder. The boron retarder was not effective in retarding the setting of the geopolymer based on the alkali activated CFA material. Both US Pat. No. 7,794,537 and US Pat. No. 7,846,250 disclose certain chemical compounds as retarders that are well known for Portland cement and geopolymer. Geopolymer compositions are based on either MK or FFA materials for oilfield applications or carbon dioxide storage. These compounds that retard the thickening of the cement slurry at elevated temperatures, eg 85°C, include borax (Na 2 B 4 O 7 ⋅ 10H 2 O), boric acid, sodium phosphoric acid, and lignosulfonate.

В патентной заявке США № US 2011/0284223 раскрываются композиции и способы для области применения при цементировании скважины, в связи с которыми используют органические соединения для замедления загущения геополимерных систем при повышенных температурах. Геополимерные композиции не являются новыми и раскрывались на предшествующем уровне техники и обширно исследовались в литературе. Предпочтительные соединения в качестве замедлителя включают аминированный полимер, аминофосфонаты, четвертичные аммониевые соединения и третичные амины. Однако, несмотря на отсутствие уникальности у самой геополимерной композиции влияние этих замедлителей на упрочненные свойства, такие как предел прочности при сжатии, прежде не разрабатывалось/не сообщалось. US Patent Application No. US 2011/0284223 discloses compositions and methods for well cementing applications that use organic compounds to retard thickening of geopolymer systems at elevated temperatures. Geopolymer compositions are not new and have been disclosed in the prior art and extensively researched in the literature. Preferred retarder compounds include the aminated polymer, aminophosphonates, quaternary ammonium compounds, and tertiary amines. However, despite the lack of uniqueness in the geopolymer composition itself, the effect of these retarders on hardened properties, such as compressive strength, has not been previously developed/reported.

В китайском патенте CN 102249594B раскрываются сложные замедлители, предназначенные для замедления сроков схватывания у щелочно-активируемого доменного шлака. Сложный замедлитель образован из хромата натрия, гетероциклической аминокислоты и силиконового поверхностно-активного вещества. В китайском патенте CN 1118438C раскрывается сложный замедлитель, состоящий из хромата калия, сахара и фенола, для шлака, активируемого при использовании силиката натрия. Начальное схватывание может быть подстроено во временном периоде в диапазоне между 1 часом и 70 часами. Однако, данный замедлитель может оказаться нежелательным, поскольку хромат является высокоподвижным, легко мигрирующим токсичным анионным компонентом и создает риск загрязнения окружающей среды. В китайской патентной заявке CN 101723607A раскрываются растворимые цинковые соли для замедления сроков схватывания у доменного шлака, активируемого при использовании силиката натрия. Данные цинковые соли включают нитрат, сульфат и хлорид. В китайских патентных заявках CN 1699251А и CN 100340517C раскрывается бариевая соль в качестве замедлителя для щелочно-активируемых карбонита/доменного шлака. Либо цинковую, либо бариевую соль растворяют в воде и добавляют к доменному шлаку. После этого к смеси добавляют раствор щелочного активатора. В альтернативном варианте, совместно с доменным шлаком измельчают порошкообразную соль. После этого к твердой смеси примешивают раствор активатора. Chinese patent CN 102249594B discloses complex retarders designed to delay the setting time of alkali activated blast-furnace slag. The complex retarder is formed from sodium chromate, a heterocyclic amino acid and a silicone surfactant. Chinese patent CN 1118438C discloses a complex moderator consisting of potassium chromate, sugar and phenol for sodium silicate activated slag. The initial setting can be adjusted in time period between 1 hour and 70 hours. However, this moderator may not be desirable because chromate is a highly mobile, easily migrating toxic anionic component and poses a risk of environmental pollution. Chinese Patent Application CN 101723607A discloses soluble zinc salts for delaying the setting time of blast furnace slag activated using sodium silicate. These zinc salts include nitrate, sulfate and chloride. Chinese patent applications CN 1699251A and CN 100340517C disclose barium salt as a moderator for alkali activated carbonite/blast furnace slag. Either the zinc or barium salt is dissolved in water and added to the blast furnace slag. After that, an alkaline activator solution is added to the mixture. Alternatively, powdered salt is ground together with blast furnace slag. After that, the activator solution is mixed into the solid mixture.

К сожалению, большинство замедлителей в предшествующем уровне техники были разработаны только для щелочно-активируемого шлака. Как это хорошо известно, эффективность замедлителей в значительной степени зависит от композиций вяжущих. Замедлитель, эффективный в портланд-цементе и щелочно-активируемом шлаке, необязательно хорошо действует в геополимерных системах, таких как системы, полученные из материалов High-Ca FFA, CFA, или смесь из материалов Low-Ca FFA и BFS. Unfortunately, most prior art moderators have only been developed for alkali activated slag. As is well known, the effectiveness of retarders is highly dependent on binder formulations. A retarder that is effective in Portland cement and alkali activated slag does not necessarily work well in geopolymer systems, such as systems made from High-Ca FFA, CFA materials, or a mixture of Low-Ca FFA and BFS materials.

В способах, раскрытых в предшествующем уровне техники, используют главным образом два существенных механизма замедления времен схватывания у щелочно-активируемого шлака. Замедлители добавляют для хелатообразования и/или осаждения высвобожденного иона Са2+ в целях предотвращения вступления Са2+ в реакцию с силикатными компонентами, которые уже присутствуют в растворе щелочного активатора. В еще одном способе замедлители добавляют для получения непосредственно связанных защитных слоев на поверхностях частиц безводного доменного шлака и, тем самым, уменьшения их способности растворяться в высокощелочном растворе. Данные приставшие слои могли бы представлять собой либо адсорбированные производные, либо нерастворимые кальциевые соли, которые осаждаются и пристают на поверхностях. В данном случае данный способ обозначается термином «защищающий слой». В китайском патенте CN 102249594B раскрываются адсорбирование силиконового поверхностно-активного вещества на поверхностях частиц доменного шлака, введение компонентов, придающих заряд, что в результате приводит к отталкиванию при уменьшении скорости мигрирования Са2+ и/или уменьшении электростатического притяжения силикатных анионов, что, тем самым, предотвращает гелеобразование для материала CSH. Катионы Са2+, высвобожденные во время растворения доменного шлака в высокощелочной окружающей среде, связываются с фосфатными анионами от фосфатного замедлителя, например, Na3PO4. Образование нерастворимых кальциево-фосфатных соединений уменьшает доступность Са2+ и, таким образом, стимулирует зародышеобразование и рост отравляемой фазы CSH, и, таким образом, сроки схватывания продлеваются. 7 Соединения бора, растворенные в щелочном растворе, образуют тетрагидроксилборат, который, в свою очередь, вступает в реакцию с Са2+. Осажденный борат кальция (например, Ca(B[OH]4)2 H2O) частично или полностью покрывает поверхность частиц доменного шлака. Таким образом, присутствие таких непроницаемых слоев бората кальция предотвращает дополнительное растворение частиц доменного шлака в щелочном растворе. 15 Растворимые цинковые соли преобразуются в фазу цинката кальция (например, CaZn2(OH)6 ⋅ H2O), которая частично или полностью покрывает зерна доменного шлака и, таким образом, пассивирует их в отношении дальнейших гидратации или щелочного активирования. 16, 17 В патентной заявке США № US 20160060170 раскрываются геополимерные композиции, содержащие наночастичный замедлитель, для управления сроками схватывания. Реакционноспособные алюмосиликаты включают метакаолин, зольный унос или золу от рисовой шелухи. До смешивания с раствором натриево-силикатного активатора частицы реакционноспособного алюмосиликата имеют нанесенное покрытие из наночастиц, таких как частицы галлуазитовых нанотрубок или каолиновых наноглин. Наночастичное покрытие предназначено для замедления прохождения реакции геополимеризации. С порошкообразными доменным шлаком/карбонатитом предварительно смешивают раствор бариевой соли. Вследствие приобретения поверхностями частиц доменного шлака отрицательного заряда в воде катионы Ва2+ будут иметь тенденцию к адсорбированию на поверхностях зерен шлака. После воздействия раствора щелочного силиката нерастворимые бариевые осадки формируют тонкую пленку на зернах шлака и, таким образом, предотвращают вступление шлака в контакт с щелочным раствором (китайская патентная заявка CN 1699251A). In the methods disclosed in the prior art, there are mainly two significant mechanisms for slowing the setting times of the alkali activated slag. Retarders are added to chelate and/or precipitate the released Ca 2+ ion in order to prevent Ca 2+ from reacting with the silicate components already present in the alkali activator solution. In another method, retarders are added to form directly bonded protective layers on the surfaces of the anhydrous blast-furnace slag particles and thereby reduce their ability to dissolve in the highly alkaline solution. These adhering layers could be either adsorbed derivatives or insoluble calcium salts that precipitate and adhere to surfaces. In this case, this method is denoted by the term "protective layer". Chinese Patent CN 102249594B discloses the adsorption of a silicone surfactant on the surfaces of blast-furnace slag particles, the introduction of charge imparting components, which results in repulsion while reducing the Ca 2+ migration rate and/or reducing the electrostatic attraction of silicate anions, thereby , prevents gelation for CSH material. Ca 2+ cations released during the dissolution of blast furnace slag in a highly alkaline environment bind to phosphate anions from a phosphate moderator, eg Na 3 PO 4 . The formation of insoluble calcium phosphate compounds reduces the availability of Ca 2+ and thus stimulates the nucleation and growth of the poisoned CSH phase, and thus the setting time is extended. 7 Boron compounds dissolved in an alkaline solution form tetrahydroxyl borate, which, in turn, reacts with Ca 2+ . Precipitated calcium borate (eg Ca(B[OH] 4 ) 2 H 2 O) partially or completely covers the surface of the blast-furnace slag particles. Thus, the presence of such impermeable layers of calcium borate prevents further dissolution of the blast furnace slag particles in the alkaline solution. 15 Soluble zinc salts are converted to a calcium zincate phase (eg CaZn 2 (OH)6 ⋅ H 2 O) which partially or completely coats the blast-furnace slag grains and thus passivates them for further hydration or alkaline activation. 16, 17 US Patent Application No. US 20160060170 discloses geopolymer compositions containing a nanoparticle retarder to control setting time. Reactive aluminosilicates include metakaolin, fly ash or rice husk ash. Prior to mixing with the sodium silicate activator solution, the reactive aluminosilicate particles are coated with nanoparticles such as halloysite nanotube particles or kaolin nanoclays. The nanoparticle coating is designed to slow down the geopolymerization reaction. Powdered blast-furnace slag/carbonatite is pre-mixed with a solution of barium salt. Due to the acquisition of a negative charge by the surfaces of blast-furnace slag particles in water, Ba 2+ cations will tend to be adsorbed on the surfaces of slag grains. After exposure to the alkali silicate solution, the insoluble barium deposits form a thin film on the slag grains and thus prevent the slag from coming into contact with the alkali solution (Chinese patent application CN 1699251A).

В случае использования формирования защитных слоев на поверхностях пуццолановых частиц для замедления сроков схватывания у щелочно-активируемых материалов до смешивания с раствором щелочного силиката с пуццолановыми частицами должен быть смешан раствор солей металлов, таких как нитрат бария, для улучшения степени покрытия защитным покрытием. In the case of using the formation of protective layers on the surfaces of the pozzolanic particles to delay the setting time of alkali activated materials, a solution of metal salts such as barium nitrate must be mixed with the pozzolanic particles before mixing with the alkaline silicate solution to improve the degree of coverage of the protective coating.

В раскрытых вариантах осуществления предлагается новый способ, использующий соли металлов для замедления сроков схватывания у щелочно-активируемых материалов или геополимеров. Быстрое схватывание щелочно-активируемых реакционноспособных алюмосиликатов, характеризующихся высоким уровнем содержания Са, относится к образованию гелей материалов CSH и/или CASH при раннем времени отверждения. Во время растворения частиц реакционноспособного алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са, высвобождаются катионы Са2+, и катионы почти что моментально вступают в реакцию с силикатными анионами, присутствующими в щелочном растворе. Достижения управления схватыванием можно добиться при использовании способов предшествующего уровня техники, например, в результате удаления ионов Са2+ в щелочном растворе и/или формирования защищающих слоев на поверхностях пуццолановых частиц. Достижения управления схватыванием также можно добиться в результате управления доступностью силикатных компонентов для зародышеобразования и роста гелей материалов CSH и/или CASH. Например, в раскрытом способе для геополимеров, цементирующих скважину,18 используют порошкообразное щелочно-силикатное стекло. Геополимерная паста при раннем времени отверждения содержит небольшое количество силикатных компонентов. Порошкообразное щелочно-силикатное стекло растворяется и высвобождает силикатные компоненты при управляемой скорости на протяжении раннего времени отверждения, и, таким образом, времена загущения и схватывания продлеваются. Однако, данный способ приводит к получению затвердевших геополимеров, которые не являются надлежащими в области применения для строительных материалов, где требуется наличие прочности, составляющей более, чем 30 МПа. В альтернативном варианте, в воде растворяют соли металлов (например, хлорид бария), а после этого до смешивания с сухими ингредиентами в смесителе получающийся в результате раствор смешивают с раствором щелочного силиката. Данные соли металлов, такие как хлорид бария, гидролизуются в щелочном растворе, и во время гидролиза соосаждаются силикатные анионы, что оставляет раствор активатора обедненным по силикатным компонентам. Степень взаимодействий металл – силикат зависит от молярного соотношения металл/Si, которое определяет эффективность замедления. Соосажденный силикат медленно повторно растворяется и становится доступным для геополимеризации и/или образования гелей материалов CSH и/или CASH во время последующего осуществления технологического процесса отверждения. Таким образом, срок схватывания продлевается. In the disclosed embodiments, a novel process is provided using metal salts to delay the setting time of alkali activated materials or geopolymers. The fast setting of alkali activated reactive aluminosilicates having a high level of Ca content refers to the formation of gels of CSH and/or CASH materials at an early cure time. During the dissolution of the reactive aluminosilicate particles having a high Ca content, Ca 2+ cations are released and the cations almost instantly react with the silicate anions present in the alkaline solution. Setting control can be achieved using prior art methods, for example by removing Ca 2+ ions in an alkaline solution and/or by forming protective layers on the surfaces of the pozzolanic particles. Achievements of setting control can also be achieved by controlling the availability of silicate components for nucleation and gel growth of CSH and/or CASH materials. For example, in the disclosed method for well cementing geopolymers 18 powdered alkali silicate glass is used. Geopolymer paste at early curing time contains a small amount of silicate components. The powdered alkali silicate glass dissolves and releases the silicate components at a controlled rate during the early curing time, and thus the thickening and setting times are extended. However, this method results in hardened geopolymers which are not suitable for building materials applications where strengths greater than 30 MPa are required. Alternatively, the metal salts (eg, barium chloride) are dissolved in water, and then the resulting solution is mixed with the alkali silicate solution before mixing with the dry ingredients in a mixer. These metal salts, such as barium chloride, are hydrolysed in an alkaline solution, and silicate anions are co-precipitated during hydrolysis, leaving the activator solution depleted in silicate components. The degree of metal-silicate interactions depends on the metal/Si molar ratio, which determines the deceleration efficiency. The co-precipitated silicate slowly redissolves and becomes available for geopolymerization and/or gelling of the CSH and/or CASH materials during the subsequent curing process. Thus, the setting time is extended.

В раскрытом способе используют намного меньше бариевых солей для достижения сопоставимых сроков схватывания с теми, что имеют место при использовании способа «защищающего слоя», раскрытого в китайских патентных заявках CN 101723607A, CN 1699251A и CN 100340517С, где раствор соли металла должен быть предварительно смешан с твердым веществом, то есть, доменным шлаком, для достижения получения защитного покрытия на пуццолановых зернах. Например, по меньшей мере, 2% цинковых солей ПРНМВ создают эффект замедления в доменном шлаке, активируемом при использовании силиката натрия. По меньшей мере, 4% бариевых солей ПРНМВ создают эффект замедления в доменном шлаке/карбонатите, активируемых при использовании силиката натрия. Для достижения лучшей степени покрытия защищающими слоями требуется более высокая дозировка замедлителей, которая, однако, обычно стимулирует значительное уменьшение предела прочности при сжатии у затвердевшего продукта. Вдобавок к этому, степень покрытия защищающими слоями в значительной степени зависит от поверхностного заряда пуццолановых частиц. Несмотря на возможность наличия у доменного шлака отрицательного поверхностного заряда, поверхностный заряд у зольного уноса может быть и положительным в растворе. Поэтому при использовании способа «защищающего слоя» эффективность для эффекта замедления может в значительной степени различаться между различными источниками реакционноспособных алюмосиликатов. The disclosed method uses far fewer barium salts to achieve comparable setting times to those experienced with the "protective layer" method disclosed in Chinese Patent Applications CN 101723607A, CN 1699251A and CN 100340517C, where the metal salt solution must be premixed with solid matter, i.e. blast-furnace slag, to achieve a protective coating on the pozzolanic grains. For example, at least 2% ZNMP zinc salts have a retardation effect in blast furnace slag activated using sodium silicate. At least 4% of the barium salts of PRMS have a retarding effect in blast furnace slag/carbonatite activated using sodium silicate. In order to achieve a better degree of coverage with protective layers, a higher dosage of retarders is required, which, however, usually stimulates a significant decrease in the compressive strength of the cured product. In addition to this, the degree of coverage with protective layers is highly dependent on the surface charge of the pozzolanic particles. Despite the possibility that blast-furnace slag has a negative surface charge, the surface charge of fly ash can also be positive in solution. Therefore, when using the "guard layer" method, the effectiveness for the retardation effect can vary greatly between different sources of reactive aluminosilicates.

Таким образом, в раскрытых вариантах осуществления предлагаются эффективные неорганические замедляющие присадки для регулирования времен загущения и схватывания у геополимерной композиции, которая может быть использована в качестве цементного раствора, цементирующего скважину, строительного раствора и бетона. Thus, the disclosed embodiments provide effective inorganic retardants for controlling the thickening and setting times of a geopolymer composition that can be used as a well cement slurry, mortar and concrete.

В других вариантах осуществления, описанных в настоящем документе, предлагаются геополимерные композиции, сроки схватывания у которых могут варьироваться при использовании неорганического замедлителя. Геополимерная композиция содержит: (i) по меньшей мере, один характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F, содержащий оксид кальция в количестве, меньшем или равном 8% (масс.); (ii) по меньшей мере, один характеризующийся высоким уровнем содержания Са алюмосиликат, выбираемый из группы, состоящей из доменного шлака, зольного уноса класса С, стекловидного силиката кальция и печной пыли; (iii) замедляющий раствор; и (iv) водный щелочно-силикатный активатор. In other embodiments described herein, geopolymer compositions are provided whose setting times may vary when an inorganic retarder is used. The geopolymer composition contains: (i) at least one class F low Ca fly ash containing calcium oxide in an amount less than or equal to 8 wt. %; (ii) at least one high-Ca aluminosilicate selected from the group consisting of blast furnace slag, class C fly ash, vitreous calcium silicate, and furnace dust; (iii) retarding solution; and (iv) an aqueous alkaline silicate activator.

Раскрытый раствор замедлителя получают в результате растворения, по меньшей мере, одной растворимой соли металла в воде, где, по меньшей мере, одну растворимую соль металла выбирают из хлорида бария, дигидрата хлорида бария, нитрата бария, нитрита бария, моногидрата метабората бария, гидрата нитрата бария, нитрата цинка, хлорида цинка, сульфата цинка, хлорида свинца, нитрата свинца, хлорида стронция, нитрата стронция и сульфата стронция. Хлорид бария и нитрат бария являются предпочтительными. The disclosed retarder solution is obtained by dissolving at least one soluble metal salt in water, where at least one soluble metal salt is selected from barium chloride, barium chloride dihydrate, barium nitrate, barium nitrite, barium metaborate monohydrate, nitrate hydrate barium, zinc nitrate, zinc chloride, zinc sulfate, lead chloride, lead nitrate, strontium chloride, strontium nitrate and strontium sulfate. Barium chloride and barium nitrate are preferred.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одну соль металла растворяют в растворе замедлителя, а раствор замедлителя содержит от приблизительно 0,1 до приблизительно 10% металлических солей ПРНМВ. В одном варианте осуществления соль металла представляет собой дигидрат хлорида бария. Дозировка дигидрата хлорида бария находится в диапазоне от приблизительно 0,10 до приблизительно 5% ПРНМВ, а более предпочтительно от приблизительно 0,5% до приблизительно 2,5% ПРНМВ. In one embodiment, at least one metal salt is dissolved in the retarder solution, and the retarder solution contains from about 0.1 to about 10% of the metal salts of PLMN. In one embodiment, the metal salt is barium chloride dihydrate. The dosage of barium chloride dihydrate is in the range of from about 0.10% to about 5% NLMW, and more preferably from about 0.5% to about 2.5% NLMW.

В одном варианте осуществления растворимую бариевую соль растворяют в воде. До смешивания раствора активатора со всеми другими ингредиентами раствор замедлителя смешивают с раствором щелочно-силикатного активатора. В еще одном варианте осуществления раствор замедлителя и раствор активатора добавляют по отдельности во время проведения смешивания с другими ингредиентами. Раствор щелочно-силикатного активатора может содержать гидроксиды металлов и силикаты металлов, где металл представляет собой калий, натрий или комбинации из них обоих. In one embodiment, the soluble barium salt is dissolved in water. Before mixing the activator solution with all other ingredients, the retarder solution is mixed with the alkali silicate activator solution. In yet another embodiment, the retarder solution and the activator solution are added separately while mixing with the other ingredients. The alkali silicate activator solution may contain metal hydroxides and metal silicates, where the metal is potassium, sodium, or combinations of both.

В раскрытом варианте осуществления предлагается геополимерная композиция, включающая: (i) по меньшей мере, один характеризующийся высоким уровнем содержания Са алюмосиликат, выбираемый из группы, состоящей из материалов BFS, CFA, стекловидного силиката кальция и печной пыли; (ii) раствор замедлителя; и (iii) раствор щелочного силиката. In the disclosed embodiment, a geopolymer composition is provided comprising: (i) at least one high-Ca aluminosilicate selected from the group consisting of BFS, CFA, vitreous calcium silicate, and kiln dust; (ii) moderator solution; and (iii) an alkaline silicate solution.

В одном раскрытом варианте осуществления геополимерная композиция включает: (i) по меньшей мере, один характеризующийся высоким уровнем содержания Са алюмосиликат, выбираемый из группы, состоящей из материалов BFS, CFA, стекловидного силиката кальция и печной пыли; (ii) метакаолин; (iii) раствор замедлителя; и (iv) раствор щелочного силиката. In one disclosed embodiment, the geopolymer composition comprises: (i) at least one high-Ca aluminosilicate selected from the group consisting of BFS, CFA, vitreous calcium silicate, and kiln dust; (ii) metakaolin; (iii) moderator solution; and (iv) an alkaline silicate solution.

В одном раскрытом варианте осуществления геополимерная композиция, кроме того, включает мелкие и/или крупные заполнители, суперпластификатор или волокно в целях изготовления строительного раствора и бетона для областей применения в строительстве. In one disclosed embodiment, the geopolymer composition further comprises fine and/or coarse aggregates, superplasticizer or fiber for the purpose of making mortar and concrete for building applications.

В одном раскрытом варианте осуществления предлагаются композиции высококачественного и сверхвысококачественного бетона, сроки схватывания у которых могут быть отрегулированы при использовании неорганического замедлителя. Композиции высококачественного и сверхвысококачественного бетона содержат: (i) доменный шлак; (ii) метакаолин; (iii) замедляющий раствор; и (iv) водный щелочно-силикатный активатор; (v) по меньшей мере, заполнитель; и (vi) по меньшей мере, один микронный/субмикронный наполнитель. In one disclosed embodiment, high quality and ultra high quality concrete compositions are provided whose setting times can be adjusted using an inorganic retarder. Compositions of high quality and ultra high quality concrete contain: (i) blast furnace slag; (ii) metakaolin; (iii) retarding solution; and (iv) an aqueous alkaline silicate activator; (v) at least a filler; and (vi) at least one micron/submicron filler.

Одна цель настоящего раскрытия изобретения заключается в предложении эффективной замедляющей присадки для регулирования времен схватывания у геополимерной композиции, которая может быть использована в качестве цементного раствора, цементирующего скважину, строительного раствора и бетона. В частности, в настоящем раскрытии изобретения предлагается эффективный способ замедления для управления схватыванием у геополимерных систем, содержащих материал High-Ca FFA или алюмосиликат, характеризующийся высоким уровнем содержания Са. One object of the present disclosure is to provide an effective retarding agent for controlling set times in a geopolymer composition that can be used as well cement slurry, mortar and concrete. In particular, the present disclosure provides an effective retardation method for controlling set in geopolymer systems containing High-Ca FFA material or high Ca aluminosilicate.

Геополимеры на основе зольного уноса, характеризующегося низким уровнем содержания Са Low-Ca fly ash geopolymers

Геополимеры на основе материала Low-Ca FFA будут схватываться и затвердевать очень медленно и характеризоваться низкой конечной прочностью в случае отверждения при низких температурах (например, комнатной температуре) вследствие низкой реакционной способности зольного уноса в щелочном растворе. Термин «реакционная способность» в настоящем документе определяется в связи с относительной массой вяжущего пуццолана, которая вступает в реакцию с щелочным раствором. Обычно более реакционноспособными являются зольные уносы, характеризующиеся меньшими размерами частиц, такие как сверхмелкий зольный унос (UFFA), характеризующийся средним размером частиц в диапазоне приблизительно от 1 до 10 мкм. Материал UFFA подвергают тщательной переработке в результате механического отделения сверхмелкой фракции от исходного зольного уноса. Материал UFFA также может приводить к уменьшению соотношения вод./вяж. для достижения желательной удобоукладываемости, например, величины осадки, и приводит к получению затвердевшего геополимера, характеризующегося лучшими эксплуатационными характеристиками. Из электростанций с газификацией угля выгружают зольный унос при газификации угля, обычно в виде обогащенных по SiO2 по существу сферических частиц, характеризующихся максимальным размером частиц в диапазоне приблизительно 5 до 10 мкм. При использовании менее реакционноспособных зольных уносов в целях производства схватываемой геополимерной продукции при температурах окружающей среды требуется наличие второго вяжущего, которое является намного более реакционноспособным. Geopolymers based on Low-Ca FFA material will set and cure very slowly and exhibit low ultimate strength when cured at low temperatures (eg room temperature) due to low fly ash reactivity in alkaline solution. The term "reactivity" is defined herein in relation to the relative weight of the pozzolan binder that reacts with the alkaline solution. Generally, fly ash having smaller particle sizes, such as ultrafine fly ash (UFFA), having an average particle size in the range of about 1 to 10 µm, is generally more reactive. The UFFA material is subjected to thorough processing as a result of the mechanical separation of the ultrafine fraction from the original fly ash. UFFA material can also lead to a decrease in the ratio of water./knit. to achieve the desired workability, such as slump, and results in a hardened geopolymer with better performance. Coal gasification power plants discharge coal gasification fly ash, typically in the form of SiO 2 enriched, substantially spherical particles having a maximum particle size in the range of about 5 to 10 microns. Using less reactive fly ash to produce settable geopolymer products at ambient temperatures requires a second binder that is much more reactive.

Щелочное активирование метакаолина приводит к получению типичного геополимерного геля, который обладает разумно продолжительным сроком схватывания, например, в диапазоне от 2 до 6 часов. При примешивании каолина для получающейся в результате геополимерной композиции может и не потребоваться использование замедляющей присадки. В противоположность этому, щелочное активирование материалов BFS, CFA, CKD или VCAS приводит к получению по существу гелей материалов CSH и/или CASH. Быстрое осаждение материалов CSH и/или CASH сокращает времена схватывания и увеличивает скорость нарастания прочности, а также конечной прочности продукта. В случае второго вяжущего, являющегося алюмосиликатным пуццоланом, характеризующимся высоким уровнем содержания Са, поведение при схватывании у получающейся в результате геополимерной системы будет в значительной степени модифицировано. Сроки схватывания у геополимера на основе зольного уноса обычно уменьшаются по экспоненциальному закону по мере увеличения количества смешанных характеризующихся высоким уровнем содержания Са алюмосиликатных пуццоланов, таких как материал BFS, в частности, при использовании раствора щелочного активатора, характеризующегося высокой молярной концентрацией гидроксида щелочного металла и высоким молярным соотношением SiO2/M2O (M = Na, K), для изготовления подходящей для использования геополимерной продукции. Таким образом, для практических областей применения становится необходимым надлежащее управление схватыванием. Alkaline activation of metakaolin results in a typical geopolymer gel that has a reasonably long setting time, for example in the range of 2 to 6 hours. By admixing kaolin, the resulting geopolymer composition may not require the use of a retarder. In contrast, alkaline activation of BFS, CFA, CKD or VCAS materials results in substantially gels of CSH and/or CASH materials. The rapid settling of CSH and/or CASH materials shortens setting times and increases the rate of strength development as well as the final strength of the product. In the case of the second binder, which is a high Ca aluminosilicate pozzolan, the setting behavior of the resulting geopolymer system will be significantly modified. The setting times of a fly ash geopolymer generally decrease exponentially as the amount of mixed high Ca aluminosilicate pozzolans such as BFS material increases, in particular when using an alkali activator solution having a high molar concentration of alkali metal hydroxide and a high molar ratio of SiO 2 /M 2 O (M = Na, K), for the manufacture of geopolymer products suitable for use. Thus, for practical applications, proper setting control becomes necessary.

В одном варианте осуществления материал Low-Ca FFA может представлять собой зольный унос, который содержит оксид кальция в количестве, меньшем или равном приблизительно 8% (масс.). Классифицирование зольного уноса имеет в своей основе документ ASTM C618, что в общем случае должно быть понятно на современном уровне техники. В одном варианте осуществления материал Low-Ca FFA содержит оксид кальция в количестве, меньшем или равном приблизительно 5% (масс.). В одном варианте осуществления зольный унос должен содержать, по меньшей мере, 65% (масс.) фазы аморфного алюмосиликата и характеризуется средним диаметром частиц, составляющим 60 мкм и менее, таким образом, как 50 мкм и менее, таким образом, как 45 мкм и менее, таким образом, как 30 мкм и менее. В одном варианте осуществления материал Low-Ca FFA характеризуется величиной потерь при прокаливании (ППП), меньшей или равной 5%. В одном варианте осуществления материал Low-Ca FFA характеризуется величиной ППП, меньшей или равной 1%. In one embodiment, the Low-Ca FFA material may be a fly ash that contains calcium oxide in an amount less than or equal to about 8% by weight. The fly ash classification is based on the ASTM C618 document, which should generally be understood by the state of the art. In one embodiment, the Low-Ca FFA material contains calcium oxide in an amount less than or equal to about 5% (wt.). In one embodiment, the fly ash must contain at least 65% (wt.) of the amorphous aluminosilicate phase and has an average particle diameter of 60 microns or less, such as 50 microns or less, such as 45 microns and less, thus, as 30 microns and less. In one embodiment, the Low-Ca FFA material has a loss on ignition (LOI) value of less than or equal to 5%. In one embodiment, the Low-Ca FFA material is characterized by an FIR less than or equal to 1%.

В одном варианте осуществления, описанном в настоящем документе, предлагаются геополимерные композиции, сроки схватывания у которых могут быть отрегулированы при использовании неорганического замедлителя. Геополимерная композиция на основе материала Low-Ca FFA содержит: (i) по меньшей мере, один характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F, содержащий оксид кальция в количестве, меньшем или равном 8% (масс.); (ii) по меньшей мере, один характеризующийся высоким уровнем содержания Са алюмосиликат, выбираемый из группы, состоящей из доменного шлака, зольного уноса класса С, стекловидного силиката кальция и печной пыли; (iii) замедляющий раствор; и (iv) водный щелочно-силикатный активатор. Раствор замедлителя получают в результате растворения растворимой соли металла в воде, где растворимую соль металла выбирают из хлорида бария, дегидрата хлорида бария, нитрата бария, нитрита бария, моногидрата метабората бария, гидрата нитрата бария, нитрата цинка, хлорида цинка, сульфата цинка, хлорида стронция, нитрата стронция и сульфата стронция. Растворимые бариевые соли являются предпочтительными. In one embodiment described herein, geopolymer compositions are provided whose setting times can be adjusted using an inorganic retarder. The Low-Ca FFA geopolymer composition comprises: (i) at least one class F low Ca fly ash containing less than or equal to 8 wt % calcium oxide; (ii) at least one high-Ca aluminosilicate selected from the group consisting of blast furnace slag, class C fly ash, vitreous calcium silicate, and furnace dust; (iii) retarding solution; and (iv) an aqueous alkaline silicate activator. The moderator solution is obtained by dissolving a soluble metal salt in water, where the soluble metal salt is selected from barium chloride, barium chloride dehydrate, barium nitrate, barium nitrite, barium metaborate monohydrate, barium nitrate hydrate, zinc nitrate, zinc chloride, zinc sulfate, strontium chloride , strontium nitrate and strontium sulfate. Soluble barium salts are preferred.

В одном варианте осуществления геополимерные композиции на основе материала Low-Ca FFA, кроме того, включают метакаолин; в одном варианте осуществления геополимерные композиции, кроме того, включают мелкие и крупные заполнители для изготовления бетонной продукции. In one embodiment, the Low-Ca FFA material-based geopolymer compositions further comprise metakaolin; in one embodiment, the geopolymer compositions further comprise fine and coarse aggregates for making concrete products.

Геополимеры на основе алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са Geopolymers based on aluminosilicate with high Ca content

Щелочное активирование для алюмосиликатных пуццоланов, характеризующихся высоким уровнем содержания Са, обычно моментально приводит к получению гелей материалов CSH и/или CASH при воздействии высокощелочного раствора, что в результате приводит к получению очень коротких времен схватывания. При отсутствии надлежащего управления сроками схватывания данные геополимерные материалы не могли быть использованы при изготовлении подходящей для использования продукции. Примеры данных алюмосиликатов, характеризующихся высоким уровнем содержания Са, включают материалы High-Ca FFA, CFA, BFS, VCAS, золошлаковые отходы и клинкерную печную пыль (CKD). Alkaline activation for high-Ca aluminosilicate pozzolans typically results in immediate gels of CSH and/or CASH materials when exposed to a highly alkaline solution, resulting in very short setting times. In the absence of proper setting time management, these geopolymer materials could not be used in the manufacture of suitable products for use. Examples of these high Ca aluminosilicates include High-Ca FFA, CFA, BFS, VCAS, bottom ash and clinker kiln dust (CKD).

В одном варианте осуществления предлагается геополимерная композиция на основе алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са, включающая: (i) по меньшей мере, один характеризующийся высоким уровнем содержания Са алюмосиликат, выбираемый из группы, состоящей из материалов High-Ca FFA, BFS, CFA, стекловидного силиката кальция и печной пыли; (ii) раствор замедлителя; и (iii) по меньшей мере, один раствор щелочного силиката. In one embodiment, a high-Ca aluminosilicate geopolymer composition is provided, comprising: (i) at least one high-Ca aluminosilicate selected from the group consisting of High-Ca FFA, BFS, CFA, vitreous calcium silicate and furnace dust; (ii) moderator solution; and (iii) at least one alkaline silicate solution.

В одном варианте осуществления алюмосиликат, характеризующийся высоким уровнем содержания Са, представляет собой материал High-Ca FFA; в одном варианте осуществления алюмосиликат, характеризующийся высоким уровнем содержания Са, представляет собой материал BFS; а в еще одном варианте осуществления алюмосиликат, характеризующийся высоким уровнем содержания Са, представляет собой материал CFA. In one embodiment, the high Ca aluminosilicate is a High-Ca FFA material; in one embodiment, the high Ca aluminosilicate is a BFS material; and in yet another embodiment, the high Ca aluminosilicate is a CFA material.

В одном варианте осуществления геополимерная композиция на основе алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са, включает, кроме того, по меньшей мере, один характеризующийся низким уровнем содержания Са алюмосиликатный пуццолан, выбираемый из группы, состоящей из: материала Low-Ca FFA и метакаолина. В одном варианте осуществления геополимерная композиция на основе алюмосиликата, характеризующегося высоким уровнем содержания Са, включает, кроме того, мелкие и крупные заполнители для изготовления бетонной продукции. В одном варианте осуществления геополимерные композиции, кроме того, включают мелкие и/или крупные заполнители для изготовления бетонной продукции. In one embodiment, the high Ca aluminosilicate geopolymer composition further comprises at least one low Ca aluminosilicate pozzolan selected from the group consisting of: Low-Ca FFA material and metakaolin. In one embodiment, the high-Ca aluminosilicate geopolymer composition also includes fine and coarse aggregates for making concrete products. In one embodiment, the geopolymer compositions further comprise fine and/or coarse aggregates for making concrete products.

Высококачественный и сверхвысококачественный бетон High-quality and ultra-high-quality concrete

В патенте США № 9,090,508 раскрываются геополимерные композиции для высококачественного и сверхвысококачественного бетона. Для достижения высокого и сверхвысокого качества геополимерной продукции в качестве вяжущего должны быть использованы очень реакционноспособные алюмосиликатные материалы, такие как метакаолин и доменный шлак; соотношения вод./вяж. должны быть маленькими, например, близкими к минимальным; плотность упаковки дисперсных частиц должна быть высокой для сведения к минимуму пористости продукции, и не должны быть использованы крупные заполнители, большие, чем 10 мм, для благоприятствования гомогенности. Поэтому сроки схватывания свежеприготовленных бетонов являются относительно короткими, в частности, при использовании в рецептурах большого количества доменного шлака. Композиции, раскрытые в патенте США № 9,090,508, представляют собой по существу бинарные геополимеры на основе доменного шлака/метакаолина. US Pat. No. 9,090,508 discloses geopolymer compositions for high performance and ultra high performance concrete. To achieve high and ultra-high quality geopolymer products, very reactive aluminosilicate materials, such as metakaolin and blast-furnace slag, must be used as a binder; the ratio of water./knit. should be small, for example, close to the minimum; the particulate packing density should be high to minimize product porosity, and coarse aggregates larger than 10 mm should not be used to favor homogeneity. Therefore, the setting times of freshly prepared concretes are relatively short, in particular when a large amount of blast-furnace slag is used in the formulations. The compositions disclosed in US Pat. No. 9,090,508 are essentially binary geopolymers based on blast-furnace slag/metakaolin.

В одном варианте осуществления, описанном в настоящем документе, предлагаются высококачественные и сверхвысококачественные бетонные композиции, сроки схватывания которых могут быть отрегулированы при использовании неорганического замедлителя. Высококачественные и сверхвысококачественные бетонные композиции содержат: (i) доменный шлак; (ii) метакаолин; (iii) замедляющий раствор; и (iv) водный щелочно-силикатный активатор; (v) по меньшей мере, один заполнитель; и (vi) по меньшей мере, один микронный/субмикронный наполнитель. In one embodiment described herein, high quality and ultra high quality concrete compositions are provided whose setting times can be adjusted using an inorganic retarder. High quality and ultra high quality concrete compositions contain: (i) blast furnace slag; (ii) metakaolin; (iii) retarding solution; and (iv) an aqueous alkaline silicate activator; (v) at least one filler; and (vi) at least one micron/submicron filler.

Способы размещения замедлителя Ways to place the moderator

Раствор замедлителя получают в результате растворения, по меньшей мере, одной растворимой соли металла в воде, где, по меньшей мере, одну растворимую соль металла выбирают из хлорида бария, дегидрата хлорида бария, нитрата бария, нитрита бария, моногидрата метабората бария, гидрата нитрата бария, нитрата цинка, хлорида цинка, сульфата цинка, хлорида свинца, нитрата свинца, хлорида стронция, нитрата стронция и сульфата стронция. В качестве неорганической замедляющей присадки могла бы быть использована любая растворимая соль металла, которая гидролизуется в щелочном растворе и обладает способностью соосаждать силикатные компоненты, которые первоначально присутствуют в растворе щелочно-силикатного активатора. Эффект замедления зависит от типа металлов, а также от дозировки. Как это ожидается, взаимодействия металл – силикат увеличиваются по мере увеличения дозировки или молярного соотношения между металлом и силикатом. Взаимодействия металл – силикат не должны быть избыточными. В случае всеподавляющих взаимодействий высвобождение силикатного компонента в геополимерную систему будет в большой степени затруднено во время последующего осуществления технологического процесса отверждения, и, таким образом, на ранний предел прочности при сжатии у продукции будет оказываться в значительной степени неблагоприятное воздействие. В числе всех данных металлических солей бариевые соли являются предпочтительными. The retarder solution is obtained by dissolving at least one soluble metal salt in water, where at least one soluble metal salt is selected from barium chloride, barium chloride dehydrate, barium nitrate, barium nitrite, barium metaborate monohydrate, barium nitrate hydrate , zinc nitrate, zinc chloride, zinc sulfate, lead chloride, lead nitrate, strontium chloride, strontium nitrate and strontium sulfate. Any soluble metal salt that hydrolyzes in an alkaline solution and has the ability to co-precipitate the silicate components that are originally present in the alkaline silicate activator solution could be used as an inorganic retarding agent. The retarding effect depends on the type of metals as well as the dosage. As expected, metal-silicate interactions increase as the dosage or molar ratio between metal and silicate increases. Metal-silicate interactions should not be excessive. In the case of overwhelming interactions, the release of the silicate component into the geopolymer system will be greatly hampered during the subsequent curing process, and thus the early compressive strength of the product will be greatly adversely affected. Among all these metal salts, barium salts are preferred.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одну соль металла растворяют в воде. До смешивания всех ингредиентов раствор замедлителя смешивают с раствором щелочно-силикатного активатора. Раствор щелочно-силикатного активатора, объединенный с раствором замедлителя, выливают в смеситель, содержащий все сухие ингредиенты. В еще одном варианте осуществления раствор замедлителя и раствор активатора добавляют по отдельности во время проведения смешивания с сухими ингредиентами для изготовления геополимерной продукции. In one embodiment, at least one metal salt is dissolved in water. Before mixing all the ingredients, the retarder solution is mixed with the alkaline silicate activator solution. The alkali silicate activator solution combined with the retarder solution is poured into a mixer containing all dry ingredients. In yet another embodiment, the retarder solution and the activator solution are added separately during mixing with the dry ingredients to make the geopolymer product.

В одном варианте осуществления до смешивания со всеми другими ингредиентами раствор замедлителя смешивают с раствором щелочно-силикатного активатора на протяжении приблизительно 30 минут. В еще одном варианте осуществления до смешивания всех ингредиентов раствор замедлителя смешивают с раствором щелочно-силикатного активатора на протяжении приблизительно 10 минут. В еще одном варианте осуществления до смешивания всех ингредиентов раствор замедлителя смешивают с раствором щелочно-силикатного активатора на протяжении приблизительно 24 часов. В еще одном варианте осуществления раствор замедлителя добавляют в бетон во время проведения смешивания в грузовом автомобиле для перевозки готовой бетонной смеси. В данном случае раствор замедлителя исполняет функцию выставленного тормоза для предотвращения затвердевания смешивающегося бетона в грузовом автомобиле для перевозки готовой бетонной смеси во время транспортирования до производственной площадки, например, при нештатной ситуации. In one embodiment, prior to mixing with all other ingredients, the retarder solution is mixed with the alkali silicate activator solution for approximately 30 minutes. In yet another embodiment, the retarder solution is mixed with the alkali silicate activator solution for about 10 minutes before all ingredients are mixed. In yet another embodiment, the retarder solution is mixed with the alkali silicate activator solution for about 24 hours before all ingredients are mixed. In yet another embodiment, the retarder solution is added to the concrete during mixing in a ready mix truck. In this case, the retarder solution functions as an applied brake to prevent hardening of the mixing concrete in the ready-mix truck during transportation to the production site, for example, in an emergency situation.

В одном варианте осуществления в раствор замедлителя включают, по меньшей мере, одну соль металла, и раствор замедлителя содержит от приблизительно 0,1 до приблизительно 10% металлических солей ПРНМВ. В одном варианте осуществления соль металла представляет собой дигидрат хлорида бария. Дозировка дигидрата хлорида бария находится в диапазоне от приблизительно 0,10 до приблизительно 5% ПРНМВ, а более предпочтительно от приблизительно 0,5% до приблизительно 2,5% ПРНМВ. In one embodiment, at least one metal salt is included in the retarder solution, and the retarder solution contains from about 0.1% to about 10% of the metal salts of PLMN. In one embodiment, the metal salt is barium chloride dihydrate. The dosage of barium chloride dihydrate is in the range of from about 0.10% to about 5% NLMW, and more preferably from about 0.5% to about 2.5% NLMW.

В одном варианте осуществления соль металла представляет собой моногидрат метабората бария; в одном варианте осуществления раствор замедлителя содержит дигидрат хлорида бария и нитрат цинка; в одном варианте осуществления раствор замедлителя содержит нитрат стронция и хлорид цинка. In one embodiment, the metal salt is barium metaborate monohydrate; in one embodiment, the moderator solution contains barium chloride dihydrate and zinc nitrate; in one embodiment, the moderator solution contains strontium nitrate and zinc chloride.

Механизм замедления Deceleration mechanism

Следующие далее примеры будут иллюстрировать механизм замедления сроков схватывания у геополимеров настоящего раскрытия изобретения. The following examples will illustrate the mechanism for delaying the setting time of the geopolymers of the present disclosure.

В соответствии с раскрытыми вариантами осуществления в новом способе предлагается использование металлических солей для управления сроками схватывания у щелочно-активируемых материалов или геополимеров в результате управления высвобождением силикатных компонентов в растворе активатора, которые доступны для зародышеобразования и роста гелей материалов CSH и/или CASH при раннем времени отверждения. В избранных вариантах осуществления провели эксперименты по исследованию технологического процесса соосаждения силиката совместно с гидролизованным хлоридом бария в растворе натриево-силикатного активатора при использовании спектроскопии комбинационного рассеяния. В одной серии испытаний после проведения смешивания раствора дегидрата хлорида бария с раствором силиката натрия на протяжении 0,5 часа по мере увеличения дозировки хлорида бария отслеживали спектры комбинационного рассеяния для жидкостей супернатанта и осадков. Во второй серии испытаний смешивали и состаривали, соответственно, на протяжении 0,5, 2 и 24 часов объединенные растворы хлорида бария и растворы силиката натрия при фиксированной дозировке дигидрата хлорида бария. После этого регистрировали спектры жидкости супернатанта для данных растворов хлорид бария/силикат натрия. In accordance with the disclosed embodiments, the new method proposes the use of metal salts to control the setting time of alkali activated materials or geopolymers by controlling the release of silicate components in the activator solution, which are available to nucleate and grow gels of CSH and/or CASH materials at an early time. curing. In selected embodiments, experiments were conducted to study the technological process of silicate co-precipitation with hydrolyzed barium chloride in a solution of sodium silicate activator using Raman spectroscopy. In one series of tests, after mixing a solution of barium chloride dehydrate with a solution of sodium silicate for 0.5 hour, as the dosage of barium chloride was increased, Raman spectra were monitored for supernatant liquids and precipitates. In a second series of tests, combined barium chloride solutions and sodium silicate solutions were mixed and aged for 0.5, 2, and 24 hours, respectively, at a fixed dosage of barium chloride dihydrate. Thereafter, spectra of the supernatant liquid were recorded for these barium chloride/sodium silicate solutions.

В деионизированной воде растворяли бисерины гидроксида натрия (99%-ной степени чистоты), что объединяли с раствором силиката натрия Type Ru от компании PQ Corp для получения раствора натриево-силикатного активатора. Отдельно в деионизированной воде растворяли дегидрат хлорида бария (99%-ная степень чистоты). В таблице 1 демонстрируются композиции растворов активаторов. Молярную концентрацию NaOH фиксировали на уровне 5, а массовое соотношение SiO2/Na2O составляло 1,25 по всему ходу реализации примеров от 1 до 4. Раствор активатора, использованный для испытания, представлял собой часть геополимерной композиции на основе материала High-Ca FFA, а дозировки дегидрата хлорида бария выражали при расчете на массу вяжущего на основе зольного уноса. Sodium hydroxide beads (99% pure) were dissolved in deionized water and combined with Type Ru sodium silicate solution from PQ Corp to form a sodium silicate activator solution. Separately, barium chloride dehydrate (99% purity) was dissolved in deionized water. Table 1 shows compositions of activator solutions. The NaOH molar concentration was fixed at 5 and the SiO 2 /Na 2 O mass ratio was 1.25 throughout Examples 1 to 4. The activator solution used for testing was part of a High-Ca FFA based geopolymer composition. , and the dosages of barium chloride dehydrate were expressed based on the weight of the binder based on fly ash.

Таблица 1Table 1

№ примераExample No. Идентификатор образцаSample ID Молярная концентрация NaOHMolar concentration of NaOH Массовое соотношение SiO2/Na2OMass ratio of SiO 2 /Na 2 O Замед-литель, ПРНМВModerator, PRNMP Молярное соотношение Ba/SiMolar ratio Ba/Si № 1No. 1 RM-BC00RM-BC00 5,05.0 1,251.25 0,0%0.0% 0,000.00 № 2No. 2 RM-BC0.875RM-BC0.875 5,05.0 1,251.25 0,875%0.875% 0,040.04 № 3No. 3 RM-BC2.5RM-BC2.5 5,05.0 1,251.25 2,5%2.5% 0,120.12 № 4No. 4 RM-BC5.0RM-BC5.0 5,05.0 1,251.25 5,0%5.0% 0,230.23

Для накопления спектров комбинационного рассеяния использовали микросистему комбинационного рассеяния спектрограф с одной дифракционной решеткой – нотч-фильтр. Лазер Melles – Griot Model 45 Ar+ обеспечивал получение падающего светового луча с длиной волны 5145 Å, который направляли через широкополосное устройство поворота плоскости поляризации (Newport Model PR-550) на лазерный микроскоп, который выводил луч лазерного света на осажденные твердые вещества или раствор в прозрачной кювете на 25 мл через объектив микроскопа Mitutoyo 10 с длинным фокусным расстоянием. Мощность луча лазерного света составляла приблизительно 22 мВт на образце. Рассеянный свет направляли через поляризатор анализатора, и рассеянный свет проходил через апертуру на 150 мкм, а после на голографический нотч- и супернотч-фильтры (Kaiser Optical Systems). В спектрографе использовали дифракционную решетку при 1200 штр./мм (Richardson Grating Laboratory). Входные щели спектрографа JY-Horiba HR460 выставляли на разрешение 6 см–1 для получения спектров в диапазоне от 50 до 1600 см–1. Спектрограф калибровали по частоте при использовании CCl4 таким образом, чтобы зарегистрированные частоты имели бы точность в пределах ± 1 см–1. Получали спектры при параллельной поляризации (VV), где падающий луч лазерного света был вертикально поляризованным. Raman spectra were accumulated using a Raman spectrograph microsystem with one diffraction grating—notch filter. The Melles–Griot Model 45 Ar + laser provided an incident light beam with a wavelength of 5145 Å, which was directed through a broadband polarization plane rotater (Newport Model PR-550) to a laser microscope, which displayed a beam of laser light on the precipitated solids or solution in 25 ml transparent cuvette through the objective of a Mitutoyo 10 microscope with a long focal length. The power of the laser light beam was approximately 22 mW on the sample. Scattered light was directed through the analyzer's polarizer, and the scattered light passed through a 150 µm aperture and then onto holographic notch and supernotch filters (Kaiser Optical Systems). The spectrograph used a diffraction grating at 1200 lines/mm (Richardson Grating Laboratory). The entrance slits of the JY-Horiba HR460 spectrograph were set to a resolution of 6 cm –1 to obtain spectra in the range from 50 to 1600 cm –1 . The spectrograph was frequency calibrated using CCl4 so that the recorded frequencies would have an accuracy within ± 1 cm –1 . Spectra were obtained under parallel polarization (VV), where the incident laser light beam was vertically polarized.

В таблице 2 представлены отнесения колебаний комбинационного рассеяния. Отнесения были сделаны в соответствии с данными авторов Halasz et al. 19, 20 Результаты представлены на фиг. 1 для раствора супернатанта и на фиг. 2 для осажденных твердых веществ. Table 2 lists the assignments of Raman oscillations. The assignments were made in accordance with the data of the authors Halasz et al. 19, 20 The results are presented in Figs. 1 for the supernatant solution and in FIG. 2 for precipitated solids.

Таблица 2table 2

Частоты (см– 1)Frequencies (cm - 1 ) ОтнесенияAttributions Соответствующие компонентыRelevant Components 10621062 Отнесение к валентному колебанию Si-O(x)Assignment to the stretching vibration Si-O(x) Q3 Q 3 10221022 νas (x)O-Si-O(x) [x = H or –заряд]ν as (x)O-Si-O(x) [x = H or -charge] Q2 Q2 924924 νs (H)O-Si-O(Na) νs (H)O-Si-O(Na) Q1 Q1 834834 νs (Na)O-Si-O(Na) νs (Na)O-Si-O(Na) Q0 Q0 776776 δas (H)O-Si-O(H) δas (H)O-Si-O(H) Q0 Q0 606606 δas (Na)O-Si-O(Na) δas (Na)O-Si-O(Na) Кольцо с осью симметрии 3-го порядкаRing with an axis of symmetry of the 3rd order 545545 -- Кольцо с осью симметрии 3-го порядкаRing with an axis of symmetry of the 3rd order 447447 δs (x)O-Si-O(x) [x = Na, H or –заряд]δ s (x)O-Si-O(x) [x = Na, H or -charge] Кольцо с осью симметрии 4- или 6-го порядкаRing with an axis of symmetry of the 4th or 6th order

На фиг. 1 представлены спектры комбинационного рассеяния для образцов супернатанта из растворов силиката натрия после проведения смешивания с раствором хлорида бария на протяжении 0,5 часа при четырех дозировках дегидрата хлорида бария. Как это явным образом демонстрирует спектр раствора активатора, не содержащего замедлителя, (RM-BC-0), в растворе активатора преобладают силикатные компоненты, относящиеся к типам Q0, Q1 и Q2. Силикатный компонент, относящийся к типу Q0, является полностью диссоциированным (фиг. 1). Все растворы супернатанта для образцов, содержащих дигидрат хлорида бария, (таблица 1) практически не содержат каких-либо силикатных компонентов, даже при очень низкой дозировке при молярном соотношении Ba/Si 0,04 (RM-BC 0.875). Это предполагает соосаждение почти что всего силиката, первоначально присутствующего в растворе активатора, совместно с гидроксидом бария при смешивании раствора хлорида бария с щелочным раствором натриево-силикатного активатора. Вследствие осаждения силикатного компонента в виде комплекса силиката бария концентрация растворимого силиката, доступного для геополимеризации, является очень низкой на протяжении раннего времени отверждения. Ограниченная доступность силикатного компонента предотвращает зародышеобразование и рост для геля материалов CSH и/или CASH и, таким образом, в результате приводит к задерживанию времени схватывания. In FIG. 1 shows the Raman spectra for supernatant samples from sodium silicate solutions after mixing with a barium chloride solution for 0.5 hour at four doses of barium chloride dehydrate. As clearly demonstrated by the spectrum of the non-retardered activator solution (RM-BC-0), the activator solution is dominated by silicate components of the Q 0 , Q 1 and Q 2 types. The silicate component of type Q 0 is completely dissociated (FIG. 1). All supernatant solutions for samples containing barium chloride dihydrate (Table 1) are practically free of any silicate components, even at very low dosage at a Ba/Si molar ratio of 0.04 (RM-BC 0.875). This involves the coprecipitation of almost all of the silicate originally present in the activator solution together with the barium hydroxide by mixing the barium chloride solution with the alkaline sodium silicate activator solution. Due to precipitation of the silicate component as a barium silicate complex, the concentration of soluble silicate available for geopolymerization is very low during the early cure time. The limited availability of the silicate component prevents nucleation and gel growth of the CSH and/or CASH materials and thus results in a delayed set time.

На фиг. 2 представлены спектры комбинационного рассеяния для соосажденных твердых веществ после проведения смешивания с раствором хлорида бария и раствором активатора на протяжении 0,5 часа при трех дозировках замедлителя. Соосажденный образец, характеризующийся наименьшей дозировкой замедлителя, (RM-BC 0.875) демонстрирует спектр комбинационного рассеяния с резкими линиями, где новая колебательная полоса имеет место в области 1062 см–1 в дополнение к полосам, соответствующим силикатным компонентам, относящимся к типам Q0, Q1 и Q2. Полоса в области 1062 см–1 может быть отнесена к силикатному компоненту Q3. Как это было установлено в раскрытых вариантах осуществления исходя из сопоставления данного спектра комбинационного рассеяния с соответствующим спектром для раствора активатора, не содержащим замедлителя, (фиг. 1, RM-BC00), добавление замедлителя стимулировало уменьшение относительной доли полностью диссоциированных силикатных компонентов (Q0) совместно с другими типами силикатного компонента. Как это с очевидностью следует, бариевые катионы взаимодействуют с силикатными компонентами в определенной степени, получающейся в результате при увеличении прохождения полимеризации силикатных компонентов. In FIG. 2 shows Raman spectra for the coprecipitated solids after mixing with a barium chloride solution and an activator solution for 0.5 hour at three doses of moderator. The co-deposited sample with the lowest moderator dosage (RM-BC 0.875) shows a Raman spectrum with sharp lines, where a new vibrational band occurs in the region of 1062 cm –1 in addition to the bands corresponding to the silicate components of the types Q 0 , Q 1 and Q 2 . The band at 1062 cm –1 can be assigned to the Q3 silicate component. As it was found in the disclosed embodiments, based on a comparison of this Raman spectrum with the corresponding spectrum for the activator solution containing no moderator (Fig. 1, RM-BC00), the addition of the moderator stimulated a decrease in the relative proportion of completely dissociated silicate components (Q 0 ) together with other types of silicate component. As is evident, the barium cations interact with the silicate components to a certain extent resulting from increased polymerization progression of the silicate components.

По мере увеличения дозировки замедлителя интенсивности соответствующих полос комбинационного рассеяния уменьшаются. При увеличении количества замедлителя до 5% ПРНМВ или молярного соотношения B/Si 0,23 (фиг. 2) соответствующие полосы комбинационного рассеяния исчезали почти что полностью, что указывает на индуцирование значительных взаимодействий между барием и силикатным компонентом в осажденном комплексе. Увеличенные взаимодействия при большей дозировке дигидрата хлорида бария могут в результате приводить к получению в значительной степени задержанного высвобождения силикатного компонента и, таким образом, в значительной степени продлевать сроки схватывания при одновременном обеспечении получения затвердевшего геополимера, характеризующегося уменьшенной ранней прочностью. As the moderator dosage increases, the intensities of the corresponding Raman bands decrease. When the amount of moderator was increased to 5% VNMW or a B/Si molar ratio of 0.23 (Fig. 2), the corresponding Raman bands disappeared almost completely, indicating the induction of significant interactions between the barium and the silicate component in the deposited complex. Increased interactions at a higher dosage of barium chloride dihydrate can result in a significantly delayed release of the silicate component and thus greatly prolong set times while still providing a set geopolymer with reduced early strength.

Примеры Examples

Сущность предмета в примере The essence of the subject in the example

Следующие далее примеры будут иллюстрировать практику настоящего раскрытия изобретения в его предпочтительных вариантах осуществления. The following examples will illustrate the practice of the present disclosure in its preferred embodiments.

Для получения образцов в примерах от 1 до 21 использовали следующие далее материалы исходного сырья. Использовали два зольных уноса. Один представлял собой материал High-CaO FFA (12,5%) от компании Jewett Power Station, Texas, US, представленный на рынке компанией Headwater Resources, (зольный унос Jewett). Данный зольный унос содержит 12,2% (масс.) СаО и характеризуется величиной потерь при прокаливании (ППП) 0,15%. Его сумма оксидов Si + Al + Fe составляет 79,57% (масс.), что превосходит 75% (масс.), а данная величина представляла собой минимальное требование к зольному уносу класса F в соответствии с документом ASTM C618. Второй зольный унос представлял собой материал Low-Ca FFA от компании Neilsens Group, Australia. Данный материал FFA представлял собой продукт рассеивания на фракции более крупного зольного уноса. Он характеризовался величиной ППП, составляющей менее, чем 0,15%. Его сумма оксидов Si + Al + Fe составляет приблизительно 93% (масс.). Измельченный гранулированный доменный шлак марки 120 (шлаковый цемент NewCem Slag cement) поступал от компании Lafarge-Holcim’s Sparrow Point plant in Baltimore, MD. Показатель активности составлял приблизительно 129 в соответствии с документом ASTM C989. Доменный шлак содержал приблизительно 38,5% СаО, 38,2% SiO2, 10,3% Al2O3 и 9,2% MgO при среднем размере частиц 13,8 мкм и при 50% (об.) частиц, меньших, чем 7 мкм. Метакаолин (Kaorock) поступал от компании Thiele Kaolin Company, Sandersville, GA. Метакаолин характеризовался размером частиц в диапазоне между 0,5 и 50 мкм при 50% (об.) частиц, меньших, чем 4 мкм. Кварцевая пыль, представляющая собой промышленный бросовый продукт от сплавления Fe – Si, поступал от компании Norchem Inc. Кварцевая пыль содержала 2,42% (масс.) углерода. Кварцевую пыль использовали для получения растворов активаторов в результате растворения кварцевой пыли в растворе гидроксида щелочного металла или добавляли в качестве субмикронного реакционноспособного наполнителя при получении образцов сверхвысококачественных бетонов. The following starting materials were used to prepare the samples in Examples 1 to 21. Used two fly ash. One was High-CaO FFA (12.5%) material from Jewett Power Station, Texas, US, marketed by Headwater Resources, (Jewett fly ash). This fly ash contains 12.2% (wt.) CaO and is characterized by a loss on ignition (LOI) value of 0.15%. Its sum of oxides Si + Al + Fe is 79.57% (wt.), which exceeds 75% (wt.), and this value was the minimum requirement for class F fly ash in accordance with ASTM C618. The second fly ash was Low-Ca FFA from the Neilsens Group, Australia. This FFA material was a product of dispersion into larger fly ash fractions. It was characterized by a PPP value of less than 0.15%. Its sum of oxides Si + Al + Fe is approximately 93% (wt.). Grade 120 milled granulated blast furnace slag (NewCem Slag cement) was obtained from Lafarge-Holcim's Sparrow Point plant in Baltimore, MD. The activity score was approximately 129 according to ASTM C989. The blast furnace slag contained approximately 38.5% CaO, 38.2% SiO 2 , 10.3% Al 2 O 3 and 9.2% MgO at an average particle size of 13.8 µm and at 50% (v/v) of particles smaller than than 7 µm. The metakaolin (Kaorock) was from Thiele Kaolin Company, Sandersville, GA. The metakaolin had a particle size ranging between 0.5 and 50 µm with 50% (vol.) of particles smaller than 4 µm. Quartz dust, an industrial waste product from Fe-Si fusion, came from Norchem Inc. The quartz dust contained 2.42 wt % carbon. Quartz dust was used to obtain solutions of activators as a result of dissolving quartz dust in an alkali metal hydroxide solution or was added as a submicron reactive filler when obtaining samples of ultra-high quality concretes.

В качестве крупного заполнителя использовали продукт Bluestone #7 (AASHTO T-27). Для достижения насыщенного поверхностно-сухого (НПС) состояния сухой заполнитель погружали в воду на протяжении 24 часов, а после этого свободную воду с поверхности заполнителя удаляли вручную при использовании сухой ткани. Речные пески использовали либо в состоянии НПС, либо в состоянии после высушивания в печи до постоянной массы. Для определения уровня влагосодержания в образце мелкого заполнителя использовали гигрометрический зонд Trident (model Т90). Для получения серхвысококачественного бетона использовали размолотую кварцевую муку Min U-SIL® от компании U. S. Silica. Кварцевая мука характеризовалась размером частиц в диапазоне между 1 и 25 мкм при медианном диаметре, составляющем приблизительно 5 мкм. The coarse aggregate used was Bluestone #7 (AASHTO T-27). The dry aggregate was immersed in water for 24 hours to achieve a saturated surface dry (SDS) state, after which free water was manually removed from the surface of the aggregate using a dry cloth. River sands were used either in the NPS state or in the state after drying in an oven to constant weight. A Trident hygrometer probe (model T90) was used to determine the moisture content in the fine aggregate sample. Min U-SIL® milled silica flour from U.S. Silica was used to produce ultra-high quality concrete. The silica flour had a particle size ranging between 1 and 25 µm with a median diameter of approximately 5 µm.

Для получения раствора щелочно-силикатного активатора использовали раствор силиката натрия Type Ru от компании PQ, Corp. Массовое соотношение SiO2/Na2O составляло приблизительно 2,40. Раствор, не подвергнутый после получения какой-либо обработке, содержит приблизительно 13,9% (масс.) Na2O, 33,2% (масс.) SiO2 и 52,9% (масс.) воды. Для получения раствора щелочного активатора использовали бисерины гидроксида натрия (99%-ной степени чистоты) и чешуйки гидроксида калия (91%-ной степени чистоты). Type Ru sodium silicate solution from PQ, Corp. was used to prepare the alkali silicate activator solution. The mass ratio of SiO 2 /Na 2 O was approximately 2.40. The solution, not subjected after receiving any treatment, contains approximately 13.9% (mass.) Na 2 O, 33.2% (mass.) SiO 2 and 52.9% (mass.) water. To obtain an alkaline activator solution, sodium hydroxide beads (99% purity) and potassium hydroxide flakes (91% purity) were used.

Примеры от 1 до 7 Examples 1 to 7

Получали образцы геополимеров, содержащие характеризующийся высоким уровнем содержания Са зольный унос класса F от компании Jewett Power Station, Texas, USA. Композиции смесей были продемонстрированы в таблице 3, а ингредиенты были продемонстрированы в граммах. Размер партии составлял приблизительно 5000 граммов. Зольный унос Jewett содержал приблизительно 12,2% (масс.) СаО. Для сопоставления образцы геополимеров из примеров №№ 1 и 2 получали при использовании замедлителя в виде гексаметафосфата натрия (SHMP). Фосфат натрия в качестве замедлителя был раскрыт на предшествующем уровне техники или в литературе. Дозировка материала SHMP составляла, соответственно, 1,50% и 2,25% ПРНМВ. Для демонстрации эффективности замедления образцы геополимеров из примеров от № 4 до № 7 получали при использовании замедлителя в виде дигидрата хлорида натрия при дозировках в диапазоне от 0,50% до 1,00% (масс.) ПРНМВ. Received geopolymer samples containing high Ca fly ash class F from the company Jewett Power Station, Texas, USA. The blend compositions were shown in Table 3 and the ingredients were shown in grams. The batch size was approximately 5000 grams. The Jewett fly ash contained approximately 12.2 wt % CaO. For comparison, geopolymer samples from Examples Nos. 1 and 2 were prepared using sodium hexametaphosphate (SHMP) moderator. Sodium phosphate as a moderator has been disclosed in the prior art or in the literature. The dosage of the SHMP material was, respectively, 1.50% and 2.25% of the PLMWP. To demonstrate the retardation effectiveness, the geopolymer samples of Examples #4 to #7 were prepared using a sodium chloride dihydrate moderator at dosages ranging from 0.50% to 1.00% (w/w) of the CLMP.

Для получения раствора активатора в воде растворяли бисерины NaOH (99%-ной степени чистоты) и после этого получающийся в результате раствор объединяли с раствором силиката натрия Type Ru. Для получения раствора замедлителя отдельно в воде растворяли дигидрат хлорида бария или метафосфат натрия (SHMP). Раствор замедлителя смешивали на протяжении 2 часов, а после этого выливали в зольный унос Jewett в высокоинтенсивном смесителе K-Lab (Kercher Industries) на протяжении 6 минут. Полученные свежеприготовленные пасты незамедлительно переводили в формы (высотой 3’’ (76,2 мм) и высотой 40 мм) со следующим далее проведением обработки на вибрационном столе на протяжении приблизительно 1 минуты для удаления пузырьков захваченного воздуха. Для свежеприготовленных паст проводили определение сроков начального и окончательного схватывания при использовании устройства Vicatronic Automatic Vicat instrument (Model E004N), ниже в настоящем документе называемого устройством AutoVicat, в соответствии с документом ASTM C191. NaOH beads (99% pure) were dissolved in water to prepare the activator solution, and then the resulting solution was combined with the Type Ru sodium silicate solution. To obtain a moderator solution, barium chloride dihydrate or sodium metaphosphate (SHMP) was dissolved separately in water. The retarder solution was mixed for 2 hours and then poured into the Jewett fly ash in a K-Lab high intensity mixer (Kercher Industries) for 6 minutes. The resulting freshly prepared pastes were immediately molded (3'' (76.2 mm) high and 40 mm high) followed by a shaking table treatment for approximately 1 minute to remove entrapped air bubbles. For freshly prepared pastes, initial and final setting times were determined using the Vicatronic Automatic Vicat instrument (Model E004N), hereinafter referred to as the AutoVicat device, in accordance with ASTM C191.

Таблица 3Table 3

№ примераExample No. Иденти-фикатор образцаSample ID Силикат натрияsodium silicate Гидрок-сид натрияSodium hydroxide ВодаWater Зольный уносfly ash Дигид-рат хлорида барияBarium chloride dihydrate SHMPSHMP Срок схватывания (минуты)Setting time (minutes) Нача-лоStart Ко-нецEnd № 1No. 1 MP1.50MP1.50 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 00 54,854.8 3535 5757 № 2No. 2 MP2.25MP2.25 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 00 82,182.1 3838 6363 № 3No. 3 BC0.00BC0.00 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 00 00 2929 4545 № 4No. 4 BC0.50BC0.50 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 18,418.4 00 4747 7878 № 5No. 5 BC0.75BC0.75 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 27,727.7 00 6868 9999 № 6No. 6 BC0.875BC0.875 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 32,332.3 00 114114 144144 № 7No. 7 BC1.00BC1.00 579,0579.0 98,398.3 672,9672.9 3650,93650.9 36,936.9 00 391391 450450

Срок начального схватывания для контрольного образца (пример 3, ВС00) согласно определению составлял 29 минут, а срок окончательного схватывания составлял 45 минут. При добавлении 0,50% ПРНМВ дигидрата хлорида бария срок начального схватывания увеличивался до 47 минут, а срок окончательного схватывания – до 78 минут (пример 4). При увеличении количества дигидрата хлорида бария до 0,75% ПРНМВ срок начального схватывания увеличивался до 68 минут, а срок окончательного схватывания – до 99 минут (пример 5). При увеличении количества дигидрата хлорида бария до 0,875% ПРНМВ срок начального схватывания увеличивался до 114 минут, а срок окончательного схватывания – до 144 минут (пример 6). При дальнейшем увеличении количества дигидрата хлорида бария до 1% ПРНМВ срок начального схватывания увеличивался до 391 минуты, а срок окончательного схватывания – до 450 минут (пример 7). Как это выявили данные по изотермической калориметрии, добавление замедлителя в значительной степени приводит к уменьшению теплоты гидратации у геополимеров. The initial setting time for the control sample (Example 3, BC00) was defined as 29 minutes and the final setting time was 45 minutes. With the addition of 0.50% PRNMW barium chloride dihydrate, the initial setting time was increased to 47 minutes, and the final setting time was increased to 78 minutes (example 4). With an increase in the amount of barium chloride dihydrate to 0.75% NLMWH, the initial setting time increased to 68 minutes, and the final setting time increased to 99 minutes (example 5). With an increase in the amount of barium chloride dihydrate to 0.875% NLMWH, the initial setting time increased to 114 minutes, and the final setting time increased to 144 minutes (example 6). With a further increase in the amount of barium chloride dihydrate to 1% NLMWH, the initial setting time increased to 391 minutes, and the final setting time to 450 minutes (example 7). As revealed by isothermal calorimetry data, the addition of a moderator leads to a significant decrease in the heat of hydration of geopolymers.

Как это установили в порядке сопоставления, при подмешивании 1,5% ПРНМВ метафосфата натрия срок начального схватывания составлял 35 минут, а срок окончательного схватывания составлял 57 минут. При увеличении количества метафосфата натрия до 2,25% ПРНМВ срок начального схватывания слегка увеличивался до 38 минут, а срок окончательного схватывания – до 63 минут. Как это с очевидностью следует, настоящий замедлитель является намного более эффективным, чем замедлитель, раскрытый на предшествующем уровне техники или в литературе. As established by comparison, when 1.5% NLMWH sodium metaphosphate was mixed in, the initial setting time was 35 minutes and the final setting time was 57 minutes. Increasing the amount of sodium metaphosphate to 2.25% NLMWP slightly increased the initial setting time to 38 minutes and the final setting time to 63 minutes. As is obvious, the present moderator is much more effective than the moderator disclosed in the prior art or in the literature.

Примеры от 8 до 10 Examples 8 to 10

Для получения образцов двухкомпонентного геополимерного строительного раствора на основе материалов FFA/BFS использовали композиции смесей, продемонстрированные в таблице 4. Ингредиенты продемонстрировали в граммах. В планетарном смесителе Waring 7 на 7 кварт (6,62 дм3) на протяжении 3 минут смешивали характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F от компании Neilsens Concrete, Australia, измельченный гранулированный доменный шлак от компании Lafarge-Holcim и речной песок (в насыщенном поверхностно-сухом состоянии). Для получения раствора активатора в воде растворяли бисерины NaOH, а после этого получающийся в результате раствор объединяли с раствором силиката натрия Type Ru. Раствор активатора перед использованием оставляли в покое на протяжении ночи. Отдельно в воде растворяли дигидрат хлорида бария в случае использования такового. Дозировку замедлителя фиксировали на уровне 0,875% ПРНМВ. The mix compositions shown in Table 4 were used to prepare samples of the two-component geopolymer mortar based on FFA/BFS materials. Ingredients are shown in grams. In a 7 quart (6.62 dm 3 ) Waring 7 planetary mixer, low-Ca Class F fly ash from Neilsens Concrete, Australia, ground granulated blast furnace slag from Lafarge-Holcim, and river sand (in saturated surface-dry state). NaOH beads were dissolved in water to prepare an activator solution, and then the resulting solution was combined with a Type Ru sodium silicate solution. The activator solution was left alone overnight before use. Separately, barium chloride dihydrate was dissolved in water, if used. The dosage of the retarder was fixed at 0.875% of the NLMWP.

Раствор активатора, не содержащий дигидрата хлорида бария, (пример № 8) выливали в смесь FFA/BFS/песок и смешивали на протяжении 5 минут при промежуточной скорости. Для свежеприготовленного строительного раствора проводили измерения сроков схватывания при использовании устройства AutoVicat в соответствии с документом ASTM C191. Срок начального схватывания составлял 114 минут, а срок окончательного схватывания составлял 186 минут. The activator solution free of barium chloride dihydrate (Example No. 8) was poured into the FFA/BFS/sand mixture and mixed for 5 minutes at an intermediate speed. For fresh mortar, setting times were measured using an AutoVicat device in accordance with ASTM C191. The initial setting time was 114 minutes and the final setting time was 186 minutes.

До получения образца геополимерного строительного раствора (пример 9) раствор замедлителя смешивали с раствором активатора на протяжении 30 минут. Для свежеприготовленного строительного раствора проводили измерения сроков схватывания при использовании устройства AutoVicat в соответствии с документом ASTM C191. Срок начального схватывания составлял 249 минут, а срок окончательного схватывания составлял 348 минут. Prior to obtaining a sample of geopolymer mortar (example 9), the retarder solution was mixed with the activator solution for 30 minutes. For fresh mortar, setting times were measured using an AutoVicat device in accordance with ASTM C191. The initial setting time was 249 minutes and the final setting time was 348 minutes.

Раствор замедлителя добавляли во время выливания раствора активатора в сухую смесь ингредиентов (пример 10). Смесь смешивали на протяжении 5 минут. Для свежеприготовленного строительного раствора проводили измерения сроков схватывания при использовании устройства AutoVicat в соответствии с документом ASTM C191. Срок начального схватывания составлял 236 минут, а срок окончательного схватывания составлял 342 минуты. The retarder solution was added while the activator solution was being poured into the dry mixture of ingredients (Example 10). The mixture was mixed for 5 minutes. For fresh mortar, setting times were measured using an AutoVicat device in accordance with ASTM C191. The initial setting time was 236 minutes and the final setting time was 342 minutes.

Таблица 4Table 4

№ при-мераNo. example Сили-кат натрияSodium silicate Гидрок-сид натрияSodium hydroxide ВодаWater FFAFFA BFSbfs Речной песокriver sand Дигидрат хлорида барияBarium chloride dihydrate Срок схватывания (мин)Setting time (min) НачалоStart КонецEnd 88 252,3252.3 49,2349.23 268,2268.2 714,1714.1 178,5178.5 1450,81450.8 00 114114 186186 99 252,3252.3 49,2349.23 268,2268.2 714,1714.1 178,5178.5 1450,81450.8 7,597.59 236236 342342 1010 252,3252.3 49,2349.23 268,2268.2 714,1714.1 178,5178.5 1450,81450.8 7,597.59 249249 348348

Примеры от 11 до 13 Examples 11 to 13

Для получения образцов двухкомпонентного геополимерного строительного раствора на основе материалов FFA/BFS использовали ту же самую композицию смеси, что и композиция смеси, использованная в примерах от 8 до 10, (таблица 4). В планетарном смесителе Waring 7 на 7 кварт (6,62 дм3) на протяжении 3 минут смешивали характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F от компании Neilsens Group, Australia, измельченный гранулированный доменный шлак от компании Wagners, Australia и речной песок (в насыщенном поверхностно-сухом состоянии). Для получения раствора активатора в воде растворяли бисерины NaOH, а после этого получающийся в результате раствор объединяли с раствором силиката натрия Type Ru. Раствор активатора перед использованием оставляли в покое на протяжении ночи. Отдельно в воде растворяли дигидрат хлорида бария в случае использования такового. Дозировку замедлителя фиксировали на уровне 1,25% ПРНМВ. The same mixture composition as the mixture composition used in Examples 8 to 10 was used to prepare samples of a two-component geopolymer mortar based on FFA/BFS materials (Table 4). A 7 quart (6.62 dm 3 ) Waring 7 planetary mixer mixed low-Ca Class F fly ash from the Neilsens Group, Australia, ground granular blast furnace slag from Wagners, Australia, and river sand (in saturated surface-dry state). NaOH beads were dissolved in water to prepare an activator solution, and then the resulting solution was combined with a Type Ru sodium silicate solution. The activator solution was left alone overnight before use. Separately, barium chloride dihydrate was dissolved in water, if used. The dosage of the retarder was fixed at 1.25% of the VNMW.

Раствор активатора, не содержащий дигидрат хлорида бария, (пример № 11) выливали в смесь FFA/BFS/песок и смешивали на протяжении 5 минут при промежуточной скорости. Для свежеприготовленного строительного раствора проводили измерения сроков схватывания при использовании устройства AutoVicat в соответствии с документом ASTM C191. Срок начального схватывания составлял 59 минут, а срок окончательного схватывания составлял 144 минуты. Предел прочности при сжатии составлял 4081 фунт/дюйм2 (28,1 МПа) после отверждения на протяжении 7 дней и увеличивался до 8032 фунт/дюйм2 (55,4 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. The activator solution free of barium chloride dihydrate (Example No. 11) was poured into the FFA/BFS/sand mixture and mixed for 5 minutes at an intermediate speed. For fresh mortar, setting times were measured using an AutoVicat device in accordance with ASTM C191. The initial setting time was 59 minutes and the final setting time was 144 minutes. The compressive strength was 4081 psi ( 28.1 MPa) after curing for 7 days and increased to 8032 psi (55.4 MPa) after curing for 28 days.

До получения образца геополимерного строительного раствора (пример 12) раствор замедлителя смешивали с раствором активатора на протяжении 30 минут. Для свежеприготовленного строительного раствора проводили измерения сроков схватывания при использовании устройства AutoVicat в соответствии с документом ASTM C191. Срок начального схватывания составлял 136 минут, а срок окончательного схватывания составлял 198 минут. Предел прочности при сжатии составлял 3673 фунт/дюйм2 (25,3 МПа) после отверждения на протяжении 7 дней и увеличивался до 7734 фунт/дюйм2 (53,3 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. Prior to obtaining a sample of geopolymer mortar (example 12), the retarder solution was mixed with the activator solution for 30 minutes. For fresh mortar, setting times were measured using an AutoVicat device in accordance with ASTM C191. The initial setting time was 136 minutes and the final setting time was 198 minutes. The compressive strength was 3673 psi (25.3 MPa ) after curing for 7 days and increased to 7734 psi (53.3 MPa) after curing for 28 days.

Раствор замедлителя добавляли во время выливания раствора активатора в сухую смесь ингредиентов (пример 13). Смесь смешивали на протяжении 5 минут. Для свежеприготовленного строительного раствора проводили измерения сроков схватывания при использовании устройства AutoVicat в соответствии с документом ASTM C191. Срок начального схватывания составлял 114 минут, а срок окончательного схватывания составлял 180 минут. Предел прочности при сжатии составлял 4064 фунт/дюйм2 (28,0 МПа) после отверждения на протяжении 7 дней и увеличивался до 7970 фунт/дюйм2 (55,0 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. The retarder solution was added while the activator solution was being poured into the dry mixture of ingredients (Example 13). The mixture was mixed for 5 minutes. For fresh mortar, setting times were measured using an AutoVicat device in accordance with ASTM C191. The initial setting time was 114 minutes and the final setting time was 180 minutes. The compressive strength was 4064 psi ( 28.0 MPa) after curing for 7 days and increased to 7970 psi (55.0 MPa) after curing for 28 days.

Примеры от 14 до 16 Examples 14 to 16

Для получения геополимерного сверхвысококачественного бетона (GUHPC) в высокоинтенсивном смесителе (K-Lab, Kercher Industries) смешивали метакаолин (5,71% (масс.)) и измельченный гранулированный доменный шлак (14,72% (масс.)). Активатор получали в результате смешивания Na2O (2,12% (масс.)) в виде NaOH, K2O (1,35% (масс.)) в виде KOH, SiO2 (3,95% (масс.)) в виде раствора силиката натрия Type Ru и воды (10,15% (масс.)). До получения образцов отдельно в воде растворяли дигидрат хлорида бария в случае использования такового, что после этого объединяли с раствором активатора на протяжении 5 минут. Вслед за этим раствор активатора выливали в смесь из материалов MK/BFS и смешивали на протяжении 3 минут при приблизительно 350 об./мин. После этого к смеси добавляли и продолжали смешивать на протяжении 3 минут сухой речной песок (50% (масс.)) и кварцевую муку (10,00% (масс.)). Ближе к завершению смешивания добавляли кварцевую пыль (2,00%) и смешивание продолжали на протяжении 3 минут. Для получающейся в результате пасты проводили определение срока начального схватывания при использовании устройства AutoVicat или при использовании ручного устройства Vicat. Получающуюся в результате пасту выливали в цилиндрические формы с размерами 2’’ × 4’’ (50,8 мм × 101,6 мм) и отверждали при комнатной температуре. Предел прочности при сжатии измеряли после отверждения на протяжении 28 дней при использовании устройства для испытания на сжатие Test Mark CM-4000-SD compression. Машину для испытания на сжатие калибровали по стандартам NIST Traceable standards. Metakaolin (5.71 wt %) and crushed granulated blast furnace slag (14.72 wt %) were mixed in a high intensity mixer (K-Lab, Kercher Industries) to prepare geopolymer ultra high performance concrete (GUHPC). The activator was obtained by mixing Na 2 O (2.12% (wt.)) in the form of NaOH, K 2 O (1.35% (wt.)) in the form of KOH, SiO 2 (3.95% (wt.) ) in the form of a solution of sodium silicate Type Ru and water (10.15% (wt.)). Prior to obtaining the samples, barium chloride dihydrate was dissolved separately in water, if used, and then combined with the activator solution for 5 minutes. Subsequently, the activator solution was poured into the MK/BFS materials mixture and mixed for 3 minutes at approximately 350 rpm. After that, dry river sand (50% (wt.)) and quartz flour (10.00% (wt.)) were added to the mixture and continued to be mixed for 3 minutes. Toward the end of mixing, quartz dust (2.00%) was added and mixing was continued for 3 minutes. The resulting paste was tested for initial setting time using an AutoVicat or using a manual Vicat. The resulting paste was poured into 2''×4'' (50.8 mm×101.6 mm) cylindrical molds and cured at room temperature. Compressive strength was measured after curing for 28 days using a Test Mark CM-4000-SD compression tester. The compression test machine was calibrated to NIST Traceable standards.

При отсутствии дигидрата хлорида бария (пример 14) срок начального схватывания согласно оценке составлял приблизительно 30 минут, а предел прочности при сжатии составлял приблизительно 19972 фунт/дюйм2 (137,7 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. В случае добавления 1% (масс.) ПРНМВ дигидрата хлорида бария (пример 15) срок начального схватывания составлял 54 минуты, а предел прочности при сжатии составлял приблизительно 20146 фунт/дюйм2 (138,9 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. В случае добавления 2% (масс.) ПРНМВ дигидрата хлорида бария (пример 16) срок начального схватывания увеличивался до 89 минут, а предел прочности при сжатии составлял приблизительно 19424 фунт/дюйм2 (133,9 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. In the absence of barium chloride dihydrate (Example 14), the initial set time was estimated to be approximately 30 minutes and the compressive strength was approximately 19972 psi (137.7 MPa) after curing for 28 days. In the case of adding 1% (w/w) WLMP barium chloride dihydrate (Example 15), the initial setting time was 54 minutes and the compressive strength was approximately 20146 psi (138.9 MPa) after curing for 28 days. In the case of adding 2% (wt.) VNMP of barium chloride dihydrate (example 16), the initial setting time was increased to 89 minutes, and the compressive strength was approximately 19424 lb/in 2 (133.9 MPa) after curing for 28 days.

Примеры от 17 до 18 Examples 17 to 18

Для получения образцов материала GUHPC в высокоинтенсивном смесителе (K-Lab, Kercher Industries) смешивали метакаолин (5,92% (масс.)) и измельченный гранулированный доменный шлак (15,28% (масс.)). Активатор получали в результате смешивания Na2O (1,08% (масс.)) в виде NaOH, K2O (2,47% (масс.)) в виде KOH, SiO2 (3,80% (масс.)) в виде кварцевой пыли и воды (9,45% (масс.)). Кварцевую пыль растворяли в растворе гидроксида щелочного металла и получающийся в результате раствор активатора состаривали на протяжении недели до использования. До получения образцов отдельно в воде растворяли дигидрат хлорида бария в случае использования такового, что после этого объединяли с раствором активатора на протяжении 10 минут. Вслед за этим раствор активатора выливали в смесь из материалов MK/BFS и смешивали на протяжении 3 минут при приблизительно 350 об./мин. После этого к смеси добавляли и продолжали смешивать на протяжении 3 минут сухой речной песок (50% (масс.)) и кварцевую муку (10,00% (масс.)). Ближе к завершению смешивания добавляли кварцевую пыль (2,00%) и смешивание продолжали на протяжении 3 минут. Для получающейся в результате пасты проводили определение сроков начального и окончательного схватывания при использовании ручного устройства Vicat. Пасту выливали в цилиндрические формы с размерами 2’’ × 4’’ (50,8 мм × 101,6 мм) и отверждали при комнатной температуре. Предел прочности при сжатии измеряли после отверждения на протяжении 28 дней. In a high intensity mixer (K-Lab, Kercher Industries), metakaolin (5.92 wt. %) and pulverized granular blast-furnace slag (15.28 wt. %) were mixed in a high-intensity mixer (K-Lab, Kercher Industries) to obtain samples of the GUHPC material. The activator was obtained by mixing Na 2 O (1.08% (wt.)) in the form of NaOH, K 2 O (2.47% (wt.)) in the form of KOH, SiO 2 (3.80% (wt.) ) in the form of quartz dust and water (9.45% (mass.)). The quartz dust was dissolved in an alkali metal hydroxide solution and the resulting activator solution was aged for a week prior to use. Prior to obtaining the samples, barium chloride dihydrate was dissolved separately in water, if used, and then combined with the activator solution for 10 minutes. Subsequently, the activator solution was poured into the MK/BFS materials mixture and mixed for 3 minutes at approximately 350 rpm. After that, dry river sand (50% (wt.)) and quartz flour (10.00% (wt.)) were added to the mixture and continued to be mixed for 3 minutes. Toward the end of mixing, quartz dust (2.00%) was added and mixing was continued for 3 minutes. The resulting paste was subjected to initial and final setting times using a hand-held Vicat device. The paste was poured into 2'' x 4'' (50.8 mm x 101.6 mm) cylindrical molds and cured at room temperature. The compressive strength was measured after curing for 28 days.

При отсутствии дигидрата хлорида бария (пример 17) срок начального схватывания составлял приблизительно 15 минут, срок окончательного схватывания составлял приблизительно 19 минут, а предел прочности при сжатии составлял приблизительно 26418 фунт/дюйм2 (182,1 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. В случае добавления 1,5% (масс.) ПРНМВ дигидрата хлорида бария (пример 18) срок начального схватывания составлял 73 минуты, срок окончательного схватывания составлял 81 минуту, а предел прочности при сжатии составлял приблизительно 23817 фунт/дюйм2 (164,2 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. In the absence of barium chloride dihydrate (Example 17), the initial setting time was approximately 15 minutes, the final setting time was approximately 19 minutes, and the compressive strength was approximately 26418 psi (182.1 MPa) after curing for 28 days. In the case of adding 1.5% (wt.) WBCW barium chloride dihydrate (Example 18), the initial setting time was 73 minutes, the final setting time was 81 minutes, and the compressive strength was approximately 23817 psi (164.2 MPa ) after curing for 28 days.

Примеры от 19 до 20 Examples 19 to 20

Примеры 19 и 20 демонстрируют эффективность управления схватыванием при использовании растворимой бариевой соли в геополимерных бетонах. Examples 19 and 20 demonstrate the effectiveness of setting control when using soluble barium salt in geopolymer concretes.

Композиция смеси для обоих образцов бетона содержала 78,75% (масс.) заполнителей при массовом соотношении между крупными и мелкими заполнителями 1,74. Вяжущее содержало 80% материала Low-CaO FFA и 20% доменного шлака. Соотношение вод./вяж. составляло 0,47, молярная концентрация NaOH составляла 5,7, а массовое соотношение SiO2/Na2O составляло 1,15 для раствора активатора. Для получения образцов геополимерного бетона в высокоинтенсивном смесителе (K-Lab, Kercher Industries) на протяжении 3 минут смешивали материал Low-CaO FFA от компании Neilsens Group, Australia, доменный шлак от компании Lafarge-Holcim и речной песок (в состоянии НПС). Для получения раствора активатора в воде растворяли бисерины NaOH, а после этого получающийся в результате раствор объединяли с раствором силиката натрия Type Ru. Раствор активатора перед использованием оставляли в покое на протяжении ночи. The mixture composition for both concrete samples contained 78.75% (wt.) aggregates with a mass ratio between coarse and fine aggregates of 1.74. The binder contained 80% Low-CaO FFA material and 20% blast furnace slag. The ratio of water./knit. was 0.47, the molar concentration of NaOH was 5.7, and the mass ratio of SiO 2 /Na 2 O was 1.15 for the activator solution. To obtain samples of geopolymer concrete in a high-intensity mixer (K-Lab, Kercher Industries), Low-CaO FFA from Neilsens Group, Australia, blast-furnace slag from Lafarge-Holcim and river sand (in the NPS condition) were mixed for 3 minutes. NaOH beads were dissolved in water to prepare an activator solution, and then the resulting solution was combined with a Type Ru sodium silicate solution. The activator solution was left alone overnight before use.

Раствор активатора, не содержащий замедлителя, (пример № 19) выливали в смесь FFA/BFS/песок и смешивали на протяжении 3 минут при 300 об./мин. После этого добавляли крупный заполнитель в состоянии НПС (марка № 7) и проводили смешивание на протяжении 5 минут при низкой скорости смешивания (например, 20 об./мин). Свежеприготовленный бетон просеивали для получения образца строительного раствора, для которого при использовании пенетрометра Acme Penetrometer проводили измерение сроков схватывания в соответствии с документом ASTM C403. Свежеприготовленный бетон также выливали в цилиндрические формы с размерами 3’’ × 6’’ (76,2 мм × 152,4 мм) и подвергали воздействию вибрации на протяжении 1 минуты на вибрационном столе. Образцам устанавливали ограничитель и их отверждали при комнатных температурах вплоть до измерения предела прочности при сжатии. Время начального схватывания составляло 75 минут, а время окончательного схватывания составляло 168 минут. Предел прочности при сжатии после отверждения на протяжении 7 дней составлял 4509 фунт/дюйм2 (31,1 МПа) и увеличивался до 7992 фунт/дюйм2 (55,1 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. The retarder free activator solution (Example No. 19) was poured into the FFA/BFS/sand mixture and mixed for 3 minutes at 300 rpm. After that, coarse aggregate in the state of NPS (grade No. 7) was added and mixing was carried out for 5 minutes at a low mixing speed (for example, 20 rpm). The freshly prepared concrete was sieved to obtain a mortar sample, which was measured using an Acme Penetrometer to measure setting times in accordance with ASTM C403. The freshly prepared concrete was also poured into 3'' x 6'' (76.2 mm x 152.4 mm) cylindrical molds and vibrated for 1 minute on a vibrating table. The samples were restrained and cured at room temperature until the compressive strength was measured. The initial setting time was 75 minutes and the final setting time was 168 minutes. The compressive strength after curing for 7 days was 4509 psi (31.1 MPa) and increased to 7992 psi (55.1 MPa) after curing for 28 days.

При использовании той же самой методики, что и методика, описанная в примере 19, получали дополнительные образцы бетона, содержащие замедлитель, (пример 20). Отдельно в воде растворяли дигидрат хлорида бария. Дозировка замедлителя составляла 1,00% ПРНМВ. До получения образца свежеприготовленного бетона раствор замедлителя смешивали на протяжении 30 минут с раствором активатора. Свежеприготовленный бетон просеивали для получения образца строительного раствора в целях измерения сроков схватывания при использовании пенетрометра Acme Penetrometer в соответствии с документом ASTM C403. Время начального схватывания составляло 313 минут, а время окончательного схватывания составляло 572 минуты. Предел прочности при сжатии составлял 3707 фунт/дюйм2 (25,6 МПа) после отверждения на протяжении 7 дней и 7259 фунт/дюйм2 (50,0 МПа) после отверждения на протяжении 28 дней. Using the same procedure as the procedure described in Example 19, additional concrete samples containing the retarder were obtained (Example 20). Barium chloride dihydrate was dissolved separately in water. The dosage of the retarder was 1.00% of the NLMK. Before obtaining a sample of freshly prepared concrete, the retarder solution was mixed for 30 minutes with the activator solution. Freshly prepared concrete was screened to obtain a mortar sample for measuring setting times using an Acme Penetrometer in accordance with ASTM C403. The initial setting time was 313 minutes and the final setting time was 572 minutes. The compressive strength was 3707 psi (25.6 MPa) after curing for 7 days and 7259 psi (50.0 MPa) after curing for 28 days.

Пример 21 Example 21

Ту же самую композицию смеси, не содержащую раствора замедлителя, что и композиция смеси в примере № 8, смешивали на протяжении 30 минут, а после этого в пасту при одновременном смешивании выливали раствор замедлителя (3% хлорида бария ПРНМВ) и проводили дополнительное смешивание на протяжении 10 минут. После прекращения смешивания для образца строительного раствора проводили определение срока схватывания в соответствии с документом ASTM C191. В момент, соответствующий приблизительно 7,4 часа после выливания раствора активатора в сухую смесь, образец строительного раствора не продемонстрировал какого-либо признака схватывания, что указывает на в действительности эффективное задерживание схватывания при использовании замедлителя. Замедлитель может быть использован в качестве выставленного тормоза в нештатной ситуации для свежеприготовленного геополимерного бетона, который транспортируют в грузовом автомобиле для перевозки готовой бетонной смеси. The same mixture composition, not containing the retarder solution, as the mixture composition in example No. 8, was mixed for 30 minutes, and after that, the retarder solution (3% barium chloride PRMS) was poured into the paste while mixing, and additional mixing was carried out for 10 minutes. After cessation of mixing, the mortar sample was subjected to a setting time determination in accordance with ASTM C191. At about 7.4 hours after pouring the activator solution into the dry mix, the mortar sample did not show any sign of setting, indicating that the retarder was actually effective in delaying set. The retarder can be used as an emergency deployed brake for freshly prepared geopolymer concrete being transported in a ready mix truck.

После подробного описания множества вариантов осуществления настоящего раскрытия изобретения должна быть очевидной возможность существования модификаций и вариаций, не отклоняющихся от объема изобретения, определенного в прилагающейся формуле изобретения. Кроме того, как это необходимо понимать, все примеры в настоящем раскрытии изобретения несмотря на иллюстрирование ими множества вариантов осуществления изобретения предлагаются в качестве неограничивающих примеров и поэтому не должны восприниматься в качестве ограничения для различных аспектов, проиллюстрированных таким образом. After a detailed description of the many embodiments of the present disclosure of the invention should be obvious the possibility of the existence of modifications and variations that do not deviate from the scope of the invention defined in the accompanying claims. In addition, as it is to be understood, all examples in the present disclosure, while illustrating a variety of embodiments of the invention, are offered as non-limiting examples and should therefore not be taken as limiting the various aspects thus illustrated.

Литературные ссылки Literary references

Выше в настоящем документе обращаются к следующим далее литературным ссылкам, которые посредством ссылки на них включаются в настоящий документ: The following references are referred to above in this document and are hereby incorporated by reference into this document:

1. D. M. Roy, G. M. Idor, «Hydration, Structure, and Properties of Blast Furnace Slag Cements, Mortars, and Concrete,» ACI Materials Journal 79 (1982) pp. 444-457. 1. D. M. Roy, G. M. Idor, "Hydration, Structure, and Properties of Blast Furnace Slag Cements, Mortars, and Concrete," ACI Materials Journal 79 (1982) pp. 444-457.

2. S. D. Wang, X. C. Pu, K. L. Scrivener, P. L. Pratt, «Alkali-activated Slag Cement and Concrete: A Review of Properties and Problems,» Advance in Cement Research 27 (1995) pp. 93-102. 2. S. D. Wang, X. C. Pu, K. L. Scrivener, P. L. Pratt, "Alkali-activated Slag Cement and Concrete: A Review of Properties and Problems," Advance in Cement Research 27 (1995) pp. 93-102.

3. J. L. Provis, J. S. J. van Deventer, «Alkali Activated Materials.» Springer: Houten, The Netherlands, 2014. 3. J. L. Provis, J. S. J. van Deventer, Alkali Activated Materials. Springer: Houten, The Netherlands, 2014.

4. E. I. Diaz, E. N. Allouche, S. Eklund, «Factors Affecting the Suitability of Fly Ash as Source Material for Geopolymers,» Fuel 89 (2010) pp. 992-999. 4. E. I. Diaz, E. N. Allouche, S. Eklund, “Factors Affecting the Suitability of Fly Ash as Source Material for Geopolymers,” Fuel 89 (2010) pp. 992-999.

5. E. I. Diaz-Loya, E. N. Allouche, and S. Vaidya, «Mechanical Properties of Fly-Ash-Based Geopolymer Concrete,» ACI Materials Journal 108 (2011) pp. 300-306. 5. E. I. Diaz-Loya, E. N. Allouche, and S. Vaidya, "Mechanical Properties of Fly-Ash-Based Geopolymer Concrete," ACI Materials Journal 108 (2011) pp. 300-306.

6. P. Topark-Ngarm, P. Chindaprasirt, and V. Sata, «Setting Time, Strength, and Bond of High-Calcium Fly Ash Geopolymer Concrete,» Journal of Materials in Civil Engineering 27 (2015). 6. P. Topark-Ngarm, P. Chindaprasirt, and V. Sata, "Setting Time, Strength, and Bond of High-Calcium Fly Ash Geopolymer Concrete," Journal of Materials in Civil Engineering 27 (2015).

7. L. Kalina, V. Bílek Jr., R. Novotný, M. Mončeková, J. Másilko and J. Koplík, «Effect of Na3PO4 on the Hydration Process of Alkali-Activated Blast Furnace Slag,» Materials 9 (2016) pp. 395-403. 7. L. Kalina, V. Bílek Jr., R. Novotný, M. Mončeková, J. Másilko and J. Koplík, “Effect of Na 3 PO 4 on the Hydration Process of Alkali-Activated Blast Furnace Slag,” Materials 9 (2016) pp. 395-403.

8. J. J. Chang, «A Study on the Setting Characteristics of Sodium Silicate-activated Slag Pastes,» Cement and Concrete Research 33 (2003) pp. 1005-1011. 8. J. J. Chang, "A Study on the Setting Characteristics of Sodium Silicate-activated Slag Pastes," Cement and Concrete Research 33 (2003) pp. 1005-1011.

9. J. J. Chang, W. C. Yeih, C. C. Hung, «Effects of Gypsum and Phosphoric Acid on the Properties of Sodium Silicate-based Alkali-activated Slag Pastes,» Cement and Concrete Composites 27 (2005) pp. 85-91. 9. J. J. Chang, W. C. Yeih, C. C. Hung, "Effects of Gypsum and Phosphoric Acid on the Properties of Sodium Silicate-based Alkali-activated Slag Pastes," Cement and Concrete Composites 27 (2005) pp. 85-91.

10. C. Wu, Y. Zhang, Z. Hu, «Properties and Application of Alkali-slag Cement,» Journal of the Chinese Ceramic Society 21 (1993) pp. 175-181. 10. C. Wu, Y. Zhang, Z. Hu, "Properties and Application of Alkali-slag Cement," Journal of the Chinese Ceramic Society 21 (1993) pp. 175-181.

11. U. Rattanasak, K. Pankhet, P. Chindaprasirt, «Effect of Chemical Admixtures on Properties of High-calcium Fly Ash Geopolymer,» International Journal of Minerals Metallurgy and Materials 18 (2011) pp. 364-369. 11. U. Rattanasak, K. Pankhet, P. Chindaprasirt, "Effect of Chemical Admixtures on Properties of High-calcium Fly Ash Geopolymer," International Journal of Minerals Metallurgy and Materials 18 (2011) pp. 364-369.

12. A. R Brough, M. Holloway, J. Sykes, A. Atkinson, «Sodium silicate-based alkali-activated slag mortars: Part II. The retarding effect of additions of sodium chloride or malic acid,» Cement and Concrete Research 30 (2000) pp. 1375-1379. 12. A. R Brough, M. Holloway, J. Sykes, A. Atkinson, “Sodium silicate-based alkali-activated slag mortars: Part II. The retarding effect of additions of sodium chloride or malic acid,” Cement and Concrete Research 30 (2000) pp. 1375-1379.

13. A. R. Sakulich, E. Anderson, C. Schauer, M. W. Barsoum, «Mechanical and Microstructural Characterization of an Alkali-activated Slag/Limestone Fine Aggregate Concrete,» Construction and Building Materials 23 (2009) pp. 2951-2957. 13. A. R. Sakulich, E. Anderson, C. Schauer, M. W. Barsoum, “Mechanical and Microstructural Characterization of an Alkali-activated Slag/Limestone Fine Aggregate Concrete,” Construction and Building Materials 23 (2009) pp. 2951-2957.

14. C. L. Nicholson, B. J. Murray, R. A. Fletcher, D. Brew, K. J. Mackenzie, M. Schmücker, «Novel Geopolymer Materials Containing Borate Structural Units. In Proceedings of the World Congress Geopolymer,» Perth, Australia, September 2005; pp. 31-33. 14. C. L. Nicholson, B. J. Murray, R. A. Fletcher, D. Brew, K. J. Mackenzie, M. Schmücker, Novel Geopolymer Materials Containing Borate Structural Units. In Proceedings of the World Congress Geopolymer, Perth, Australia, September 2005; pp. 31-33.

15. M. Davraz, «The Effects of Boron Compounds on the Properties of Cementitious Composites,» Science and Engineering of Composite Materials 17 (2010) pp. 1-18. 15. M. Davraz, “The Effects of Boron Compounds on the Properties of Cementitious Composites,” Science and Engineering of Composite Materials 17 (2010) pp. 1-18.

16. G. R. Qian, D. D. Sun, J. H. Tay, «Characterization of mercury- and zinc-doped alkali-activated slag matrix Part II. Zinc,» Cement and Concrete Research 33 (2003) pp. 1257-1262. 16. G. R. Qian, D. D. Sun, J. H. Tay, “Characterization of mercury- and zinc-doped alkali-activated slag matrix Part II. Zinc," Cement and Concrete Research 33 (2003) pp. 1257-1262.

17. G. R. Qian, D. D. Sun, J. H. Tay, «Immobilization of Mercury and Zinc in an Alkali-activated Slag Matrix,» Journal of Hazardous Materials B101 (2003) 65-77. 17. G. R. Qian, D. D. Sun, J. H. Tay, "Immobilization of Mercury and Zinc in an Alkali-activated Slag Matrix," Journal of Hazardous Materials B101 (2003) 65-77.

18. W. L. Gong, H. Xu, W. Lutze, I. L. Pegg, «Pumpable Geopolymer Compositions for Well Sealing Applications,» US patent application 15/597,227, filed May 17, 2017, pending (2016). 18. W. L. Gong, H. Xu, W. Lutze, I. L. Pegg, "Pumpable Geopolymer Compositions for Well Sealing Applications," US patent application 15/597,227, filed May 17, 2017, pending (2016).

19. I. Halasz, M. Agarwal, R. B. Li, N. Miller, «What Can Vibrational Spectroscopy Tell about the Structure of Dissolved Sodium Silicates?» Microporous and Mesoporous Materials 135 (2010) pp. 74-81. 19. I. Halasz, M. Agarwal, R. B. Li, N. Miller, "What Can Vibrational Spectroscopy Tell about the Structure of Dissolved Sodium Silicates?" Microporous and Mesoporous Materials 135 (2010) pp. 74-81.

20. I. Halasz, M. Agarwal, R. B. Li, N. Miller, «Vibrational Spectra and Dissociation of Aqueous Na2SiO3 Solutions» Catalysis Letters 117 (2007) pp. 34-42. 20. I. Halasz, M. Agarwal, RB Li, N. Miller, "Vibrational Spectra and Dissociation of Aqueous Na 2 SiO 3 Solutions" Catalysis Letters 117 (2007) pp. 34-42.

Все документы, патенты, журнальные статьи и другие материалы, процитированные в настоящей заявке, посредством ссылки на них включаются в настоящий документ. All documents, patents, journal articles and other materials cited in this application are incorporated herein by reference.

Несмотря на описание настоящего раскрытия изобретения при обращениях к определенным вариантам осуществления возможными являются и многочисленные модификации, изменения и видоизменения описанных вариантов осуществления, не отклоняющиеся от сферы и объема настоящего раскрытия изобретения, в соответствии с определением изобретения в прилагающейся формуле изобретения. В соответствии с этим, как это предполагается, на настоящее раскрытие изобретение не накладывают ограничений описанными вариантами осуществления, но оно соответствует полному объему, определенному формулировками следующей далее формулы изобретения и ее эквивалентами. Despite the description of the present disclosure of the invention when referring to certain embodiments, numerous modifications, changes and modifications of the described embodiments are possible without deviating from the scope and scope of the present disclosure, in accordance with the definition of the invention in the accompanying claims. Accordingly, the present disclosure is not intended to be limited by the described embodiments, but is intended to be within the full scope of the following claims and their equivalents.

Claims (37)

1. Геополимерная композиция, характеризующаяся контролируемым временем схватывания и содержащая: 1. Geopolymer composition, characterized by a controlled setting time and containing: по меньшей мере один реакционноспособный алюмосиликат; at least one reactive aluminosilicate; по меньшей мере один раствор замедлителя в воде, и at least one solution of the moderator in water, and по меньшей мере один раствор щелочно-силикатного активатора, at least one alkaline silicate activator solution, при этом по меньшей мере один замедлитель представляет собой растворимую соль металла, которая гидролизуется в щелочном растворе и соосаждает силикатные компоненты, присутствующие в растворе щелочно-силикатного активатора,wherein at least one moderator is a soluble metal salt that hydrolyzes in an alkaline solution and co-precipitates the silicate components present in the alkaline silicate activator solution, причем указанный по меньшей мере один раствор замедлителя объединен с указанным по меньшей мере одним раствором щелочно-силикатного активатора до смешивания с указанным по меньшей мере одним реакционноспособным алюмосиликатом,wherein said at least one retarder solution is combined with said at least one alkaline silicate activator solution prior to mixing with said at least one reactive aluminosilicate, при этом указанный по меньшей мере один замедлитель выбран из группы: безводный хлорид бария, дигидрат хлорида бария, нитрат бария, нитрит бария и моногидрат метабората бария, wherein said at least one moderator is selected from the group: anhydrous barium chloride, barium chloride dihydrate, barium nitrate, barium nitrite and barium metaborate monohydrate, причем указанный по меньшей мере один замедлитель использован в количестве в диапазоне от 0,5 до 10 мас.% при расчете на массу вяжущего. moreover, the specified at least one retarder is used in an amount in the range from 0.5 to 10 wt.% when calculating the weight of the binder. 2. Геополимерная композиция по п. 1, которая содержит по меньшей мере два реакционноспособных алюмосиликата – характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F и доменный шлак. 2. A geopolymer composition according to claim 1, which contains at least two reactive aluminosilicates, class F low-Ca fly ash and blast-furnace slag. 3. Геополимерная композиция по п. 2, в которой характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F является зольным уносом, который содержит оксид кальция в количестве, меньшем или равном 8 мас.%. 3. The geopolymer composition of claim 2, wherein the class F low Ca fly ash is a fly ash that contains less than or equal to 8 wt% calcium oxide. 4. Геополимерная композиция по п. 3, в которой зольный унос содержит по меньшей мере 65 мас.% фазы аморфного алюмосиликата. 4. The geopolymer composition of claim 3, wherein the fly ash contains at least 65% by weight of an amorphous aluminosilicate phase. 5. Геополимерная композиция по п. 3, в которой зольный унос имеет средний диаметр частиц, выбранный из: 60 мкм и менее, 50 мкм и менее, 45 мкм и менее и 30 мкм и менее. 5. The geopolymer composition of claim 3, wherein the fly ash has an average particle diameter selected from: 60 µm or less, 50 µm or less, 45 µm or less, and 30 µm or less. 6. Геополимерная композиция по п. 2, в которой характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F характеризуется величиной потерь при прокаливании, меньшей или равной 5%. 6. The geopolymer composition of claim 2, wherein the class F low Ca fly ash has a loss on ignition value of less than or equal to 5%. 7. Геополимерная композиция по п. 2, которая, помимо указанных выше реакционноспособных алюмосиликатов, дополнительно содержит реакционноспособный алюмосиликат метакаолин. 7. Geopolymer composition according to claim 2, which, in addition to the above reactive aluminosilicates, additionally contains reactive aluminosilicate metakaolin. 8. Геополимерная композиция по п. 1, в которой по меньшей мере один реакционноспособный алюмосиликат является по меньшей мере одним характеризующимся высоким уровнем содержания Са алюмосиликатом, выбранным из группы: характеризующийся высоким уровнем содержания Са зольный унос класса F, зольный унос класса С, доменный шлак, стекловидный силикат кальция, золошлаковые отходы и клинкерная печная пыль. 8. The geopolymer composition of claim 1, wherein the at least one reactive aluminosilicate is at least one high Ca aluminosilicate selected from the group: high Ca fly ash class F, fly ash class C, blast furnace slag , vitreous calcium silicate, ash and slag waste and kiln clinker dust. 9. Геополимерная композиция по п. 8, в которой один реакционноспособный алюмосиликат является метакаолином. 9. The geopolymer composition of claim 8 wherein the one reactive aluminosilicate is metakaolin. 10. Геополимерная композиция по п. 1, которая содержит по меньшей мере два реакционноспособных алюмосиликата – доменный шлак и метакаолин. 10. Geopolymer composition according to claim 1, which contains at least two reactive aluminosilicates - blast furnace slag and metakaolin. 11. Геополимерная композиция по п. 1, которая содержит по меньшей мере два реакционноспособных алюмосиликата – зольный шлак класса С и метакаолин. 11. Geopolymer composition according to claim 1, which contains at least two reactive aluminosilicates - class C fly ash and metakaolin. 12. Геополимерная композиция по п. 1, в которой раствор щелочно-силикатного активатора содержит гидроксиды металлов и силикаты металлов, где металл представляет собой калий, натрий или комбинации из них обоих. 12. The geopolymer composition of claim 1, wherein the alkaline silicate activator solution contains metal hydroxides and metal silicates, where the metal is potassium, sodium, or combinations of both. 13. Геополимерная композиция по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один заполнитель. 13. Geopolymer composition according to claim 1, additionally containing at least one aggregate. 14. Геополимерная композиция по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один микронный или субмикронный наполнитель. 14. Geopolymer composition according to claim 1, additionally containing at least one micron or submicron filler. 15. Геополимерная композиция по п. 1, время начального схватывания которой находится в диапазоне от 25 мин до 24 ч. 15. Geopolymer composition according to claim 1, the initial setting time of which is in the range from 25 minutes to 24 hours. 16. Геополимерная композиция по п. 1, время начального схватывания которой находится в диапазоне от 45 до 180 мин. 16. Geopolymer composition according to claim 1, the initial setting time of which is in the range from 45 to 180 minutes. 17. Геополимерная композиция по п. 1, время начального схватывания которой находится в диапазоне от 90 до 360 мин. 17. Geopolymer composition according to claim 1, the initial setting time of which is in the range from 90 to 360 minutes. 18. Способ получения геополимерной композиции, характеризующейся контролируемым временем схватывания, включающий: 18. A method for obtaining a geopolymer composition characterized by a controlled setting time, including: объединение по меньшей мере одного реакционноспособного алюмосиликата, по меньшей мере одного раствора замедлителя в воде и по меньшей мере одного раствора щелочно-силикатного активатора, где раствор замедлителя в воде представляет собой раствор, полученный в результате растворения растворимой соли металла в воде, причем растворимая соль металла гидролизуется в щелочном растворе и соосаждает силикатные компоненты, присутствующие в растворе щелочно-силикатного активатора,combining at least one reactive aluminosilicate, at least one solution of the moderator in water and at least one solution of an alkaline silicate activator, where the solution of the moderator in water is a solution obtained by dissolving a soluble metal salt in water, and the soluble metal salt hydrolyzes in an alkaline solution and co-precipitates the silicate components present in the alkaline silicate activator solution, причем указанный по меньшей мере один раствор замедлителя объединяют с указанным по меньшей мере одним раствором щелочно-силикатного активатора до смешивания с указанным по меньшей мере одним реакционноспособным алюмосиликатом,wherein said at least one retarder solution is combined with said at least one alkaline silicate activator solution prior to mixing with said at least one reactive aluminosilicate, при этом указанный по меньшей мере один замедлитель выбран из группы: безводный хлорид бария, дигидрат хлорида бария, нитрат бария, нитрит бария и моногидрат метабората бария, wherein said at least one moderator is selected from the group: anhydrous barium chloride, barium chloride dihydrate, barium nitrate, barium nitrite and barium metaborate monohydrate, причем указанный по меньшей мере один замедлитель использован в количестве в диапазоне от 0,5 до 10 мас.% при расчете на массу вяжущего. moreover, the specified at least one retarder is used in an amount in the range from 0.5 to 10 wt.% when calculating the weight of the binder. 19. Способ по п. 18, в котором геополимерная композиция содержит по меньшей мере два реакционноспособных алюмосиликата – характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F и доменный шлак. 19. The method of claim 18, wherein the geopolymer composition contains at least two reactive aluminosilicates, low-Ca class F fly ash and blast-furnace slag. 20. Способ по п. 19, в котором характеризующийся низким уровнем содержания Са зольный унос класса F является зольным уносом, который содержит оксид кальция в количестве, меньшем или равном 8 мас.%. 20. The method of claim 19, wherein the class F low Ca fly ash is a fly ash that contains less than or equal to 8 wt% calcium oxide. 21. Способ по п. 19, в котором геополимерная композиция, помимо указанных выше реакционноспособных алюмосиликатов, дополнительно содержит реакционноспособный алюмосиликат метакаолин. 21. The method according to p. 19, in which the geopolymer composition, in addition to the above reactive aluminosilicates, additionally contains a reactive aluminosilicate metakaolin. 22. Способ по п. 18, в котором геополимерная композиция в качестве по меньшей мере одного реакционноспособного алюмосиликата содержит по меньшей мере один характеризующийся высоким уровнем содержания Са алюмосиликат, выбираемый из группы: характеризующийся высоким уровнем содержания Са зольный унос класса F, зольный унос класса С, доменный шлак, стекловидный силикат кальция, золошлаковые отходы и клинкерная печная пыль. 22. The method according to claim 18, in which the geopolymer composition, as at least one reactive aluminosilicate, contains at least one high-Ca aluminosilicate selected from the group: high-Ca content fly ash class F, fly ash class C , blast-furnace slag, vitreous calcium silicate, ash and slag waste and kiln clinker dust. 23. Способ по п. 22, в котором геополимерная композиция содержит в качестве одного реакционноспособного алюмосиликата метакаолин. 23. The method according to p. 22, in which the geopolymer composition contains metakaolin as one reactive aluminosilicate. 24. Способ по п. 18, в котором геополимерная композиция содержит по меньшей мере два реакционноспособных алюмосиликата – доменный шлак и метакаолин. 24. The method according to claim 18, in which the geopolymer composition contains at least two reactive aluminosilicates - blast furnace slag and metakaolin. 25. Способ по п. 18, в котором геополимерная композиция содержит по меньшей мере два реакционноспособных алюмосиликата – зольный шлак класса С и метакаолин. 25. The method according to claim 18, in which the geopolymer composition contains at least two reactive aluminosilicates - class C fly ash and metakaolin. 26. Способ по п. 18, в котором раствор замедлителя в воде смешивают с раствором щелочно-силикатного активатора на протяжении одного из периодов времени из следующего: 10 мин, 30 мин и 24 ч до смешивания со всеми другими ингредиентами. 26. The method of claim 18, wherein the water solution of the retarder is mixed with the alkaline silicate activator solution for one of 10 minutes, 30 minutes and 24 hours before mixing with all other ingredients.
RU2020122769A 2017-12-15 2018-11-16 Control of setting time of geopolymer compositions containing reactive aluminosilicate materials characterized by high ca content RU2795134C2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762599068P 2017-12-15 2017-12-15
US62/599,068 2017-12-15
US201862703295P 2018-07-25 2018-07-25
US62/703,295 2018-07-25
US201862721021P 2018-08-22 2018-08-22
US62/721,021 2018-08-22
PCT/IB2018/059056 WO2019116124A1 (en) 2017-12-15 2018-11-16 Control of time of setting of geopolymer compositions containing high-ca reactive aluminosilicate materials

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020122769A RU2020122769A (en) 2022-01-17
RU2020122769A3 RU2020122769A3 (en) 2022-02-04
RU2795134C2 true RU2795134C2 (en) 2023-04-28

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008017414A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-14 Services Petroliers Schlumberger Pumpable geopolymer formulation for oilfield application
WO2012056125A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Joseph Davidovits Geopolymer cement of the calcium ferro-aluminosilicate polymer type and production process
US20120152153A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 The Catholic University Of America Geopolymer composite for ultra high performance concrete
WO2014141051A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 The Catholic University Of America High-strength geopolymer composite cellular concrete
US20160152521A1 (en) * 2009-01-22 2016-06-02 The Catholic University Of America Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications
RU2622283C2 (en) * 2012-04-27 2017-06-13 Юнайтед Стейтс Джипсум Компани Geopolymer composition with stable dimensions and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008017414A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-14 Services Petroliers Schlumberger Pumpable geopolymer formulation for oilfield application
US20160152521A1 (en) * 2009-01-22 2016-06-02 The Catholic University Of America Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications
WO2012056125A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Joseph Davidovits Geopolymer cement of the calcium ferro-aluminosilicate polymer type and production process
US20120152153A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 The Catholic University Of America Geopolymer composite for ultra high performance concrete
RU2622283C2 (en) * 2012-04-27 2017-06-13 Юнайтед Стейтс Джипсум Компани Geopolymer composition with stable dimensions and method
WO2014141051A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 The Catholic University Of America High-strength geopolymer composite cellular concrete

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dehghani et al. Effects of initial SiO2/Al2O3 molar ratio and slag on fly ash-based ambient cured geopolymer properties
Hu et al. Synthesis of rare earth tailing-based geopolymer for efficiently immobilizing heavy metals
JP7296135B2 (en) Controlling curing time of geopolymer compositions containing high CA reactive aluminosilicate materials
US20190084882A1 (en) Control of time of setting of geopolymer compositions containing high-ca reactive aluminosilicate materials
Vafaei et al. Influence of calcium aluminate cement on geopolymerization of natural pozzolan
Patankar et al. Effect of concentration of sodium hydroxide and degree of heat curing on fly ash-based geopolymer mortar
Van Chanh et al. Recent research geopolymer concrete
US20170334779A1 (en) Pumpable geopolymer composition for well sealing applications
US10407343B2 (en) Method of producing geopolymer cement utilizing desulfurized red mud
US20150251951A1 (en) Production Bricks from Mine Tailings Through Geopolymerization
CN102976672A (en) Low-carbon high-performance concrete auxiliary cementing material
CN113735515B (en) Geopolymer curing material based on fly ash and red mud and preparation method thereof
JP7307976B2 (en) High strength class C fly ash cement composition with controllable setting
Ahmari et al. Utilization of mine tailings as road base material
Rashad Effect of limestone powder on the properties of alkali-activated materials–A critical overview
Khater et al. Engineering of low cost geopolymer building bricks applied for various construction purposes
Chindaprasirt et al. Fluidized bed coal-bark fly ash geopolymer with additives cured at ambient temperature
Babu et al. Performance studies on quaternary blended Geopolymer concrete
CA2803528C (en) Process for transportation of a hydraulic composition
Yusuf et al. Evaluation of slag-blended alkaline-activated palm oil fuel ash mortar exposed to the sulfuric acid environment
RU2554981C1 (en) Aluminosilicate acid-resistant binding agent, and method for its obtaining
RU2795134C2 (en) Control of setting time of geopolymer compositions containing reactive aluminosilicate materials characterized by high ca content
WO2022203642A1 (en) Production method of geopolymer binder
CN110662725A (en) System and method for making and applying non-portland cement-based materials
Salamanova et al. Research of the features of the formation of the structure and properties of building composites based on clinker-free binders of alkaline activation with the use of unconditional natural and secondary raw materials