ГЕОПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ СВЯЗУЩИЕ С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ДЛЯ ЦЕМЕНТА И БЕТОНА

1. Сухая смесь для геополимерного связующего, содержащая:
(i) по меньшей мере одну летучую золу, содержащую оксид кальция в количестве, меньшем или равном 15 вес.%;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения, имеющий состав, отличный от состава указанной по меньшей мере одной летучей золы.
2. Сухая смесь по п.1, в которой по меньшей мере одна летучая зола представляет собой летучую золу класса F.
3. Сухая смесь по п.1, в которой по меньшей мере один ускоритель гелеобразования содержит метакаолин, частицы кремнезема микро- и наноразмеров, пуццолановый материал, обладающий высокой скоростью растворения в щелочном растворе, или их комбинации.
4. Сухая смесь по п.1, в которой по меньшей мере один ускоритель гелеобразования содержит метакаолин.
5. Сухая смесь по п.1, в которой по меньшей мере один ускоритель твердения содержит доменный шлак, летучую золу класса F, содержащую более 8 вес.% оксида кальция, летучую золу класса C, гипс, соединение щелочноземельного металла, обогащенный кальцием пуццолановый материал, обогащенный кальцием цеолит, гидроксид кальция, гидроксид алюминия или их комбинации.
6. Сухая смесь по п.1, в которой по меньшей мере один ускоритель твердения содержит доменный шлак, летучую золу класса С, гипс, обогащенный кальцием шабазид, обогащенный кальцием клиноптилолит, гидроксид кальция, гидроксид алюминия, стеклообразный алюмосиликат, печную пыль, донную золу или их комбинации.
7. Сухая смесь по п.6, в которой по меньшей мере один ускоритель твердения содержит доменный шлак или летучую золу класса C.
8. Сухая смесь по п.1, содержащая по меньшей мере два ускорителя твердения.
9. Сухая смесь по п.1, дополнительно содержащая модификатор схватывания.
10. Сухая смесь по п.9, в которой модификатор схватывания содержит борную кислоту, буру, азотнокислую соль, фосфорную кислоту, сульфат натрия, фосфат натрия, хлорид кальция или цитрат натрия.
11. Сухая смесь по п.2, в которой:
(i) по меньшей мере одна летучая зола составляет по меньшей мере 15 вес.% от сухой смеси;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования составляет больше чем 0 и меньше чем примерно 80 вес.% от сухой смеси; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения составляет больше чем 0 и меньше чем примерно 80 вес.% от сухой смеси.
12. Сухая смесь по п.11, в которой:
(i) по меньшей мере одна летучая зола составляет от примерно 15 до примерно 90 вес.% от сухой смеси;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования составляет от примерно 5 до примерно 80 вес.% от сухой смеси; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения составляет от примерно 5 до примерно 80 вес.% от сухой смеси.
13. Сухая смесь по п.12, в которой:
(i) по меньшей мере одна летучая зола составляет по меньшей мере примерно 60 вес.% от сухой смеси;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования составляет от примерно 10 до примерно 25 вес.% от сухой смеси; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения составляет от примерно 10 до примерно 25 вес.% от сухой смеси.
14. Сухая смесь по п.2, в которой по меньшей мере одна летучая зола содержит от 8 до 15 вес.% оксида кальция.
15. Сухая смесь по п.2, в которой по меньшей мере одна летучая зола содержит от 1 до 8 вес.% оксида кальция.
16. Геополимерное композиционное связующее, приготовленное путем смешения сухой смеси по п.1 с активатором.
17. Геополимерное связующее по п.16, в котором активатор содержит щелочной раствор активатора, содержащий гидроксид металла и силикат металла.
18. Геополимерное связующее по п.17, в котором:
ускоритель гелеобразования содержит метакаолин;
2
2
3
мольное отношение SiO/AlO связующего составляет от примерно 2,5 до примерно 6,0;
2
2
3
мольное отношение MO/AlO связующего составляет примерно от 0,7 до 1,5, где M представляет собой Na, K или Li;
2
2
мольное отношение HO/MO связующего составляет примерно от 5 до 18;
весовое отношение воды к твердым веществам составляет от примерно 0,12 до примерно 0,8;
2
весовое отношение NaO к твердым веществам составляет от примерно 0,01 до примерно 0,25;
2
весовое отношение SiO к твердым веществам составляет от примерно 0,01 до примерно 0,25;
2
2
весовое отношение SiO к NaO в расчете на твердые вещества составляет от примерно 0,1 до примерно 2,0; и
весовое отношение щелочного раствора активатора к твердым веществам составляет от примерно 0,20 до примерно 0,85.
19. Геополимерная композиция бетона или бетонного раствора, приготовленная смешением геополимерного связующего по п.18 с по меньшей мере одним заполнителем.
2
20. Геополимерная композиция по п.19, имеющая семидневную прочность на сжатие по меньшей мере 10000 фунт/дюйм и время схватывания при комнатной температуре от 30 мин до 3 ч.
2
21. Геополимерная композиция бетона или бетонного раствора, имеющая семидневную прочность на сжатие по меньшей мере 1000 фунт/дюйм, время схватывания от 30 мин до 3 ч и температуру схватывания от 20 до 75°C.
2
22. Геополимерная композиция по п.21, имеющая прочность на сжатие от 1000 до 12530 фунт/дюйм и время схватывания при комнатной температуре от 1 до 3 ч.
23. Композиция по п.21, приготовленная смешением сухой смеси, раствора активатора и по меньшей мере одного заполнителя.
24. Композиция по п.23, в которой:
сухая смесь содержит:
(i) по меньшей мере одну летучую золу, содержащую оксид кальция в количестве, меньшем или равном 15 вес.%;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения, имеющий состав, отличный от состава указанной по меньшей мере одной летучей золы; и
раствор активатора содержит щелочной раствор, содержащий гидроксид металла и силикат металла.
25. Композиция по п.21, которая представляет собой композицию бетонного раствора.
26. Композиция по п.21, которая представляет собой композицию бетона.
27. Способ приготовления композиции бетона или бетонного раствора, включающий смешение (i) по меньшей мере одной летучей золы, содержащей оксид кальция в количестве, меньшем или равном 15 вес.%; (ii) по меньшей мере одного ускорителя гелеобразования; (iii) по меньшей мере одного ускорителя твердения; (iv) по меньшей мере одного активатора; и (v) по меньшей мере одного заполнителя, в результате чего образуется композиция.
28. Способ по п.27, который включает в себя:
подготовку предварительно приготовленной сухой смеси, содержащей (i) по меньшей мере одну летучую золу, содержащую оксид кальция в количестве, меньшем или равном 15 вес.%; (ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования; и (iii) по меньшей мере один ускоритель твердения; и
смешение сухой смеси с по меньшей мере одним активатором и по меньшей мере одним заполнителем.
29. Способ по п.28, дополнительно включающий обеспечения наличия композиции в здании или на дороге, находящихся в процессе строительства, в котором стадия смешения сухой смеси с по меньшей мере одним активатором и по меньшей мере одним заполнителем производится на строительном участке.
30. Способ по п.27, дополнительно включающий обеспечение наличия композиции в здании или на дороге, находящихся в процессе строительства, в котором:
(i) по меньшей мере одна летучая зола, содержащая оксид кальция в количестве, меньшем или равном 15 вес.%; (ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования; и (iii) по меньшей мере один ускоритель твердения смешивают на строительном участке или за его пределами; и
(iv) по меньшей мере один активатор и (v) по меньшей мере один заполнитель смешивают с другими компонентами композиции на строительном участке.
31. Способ по п.27, в котором по меньшей мере одна летучая зола представляет собой летучую золу класса F.
32. Способ по п.27, в котором по меньшей мере один ускоритель гелеобразования содержит метакаолин, частицы кремнезема микро- и наноразмеров, пуццолановый материал, обладающий высокой скоростью растворения в щелочном растворе, или их комбинации.
33. Способ по п.27, в котором по меньшей мере один ускоритель гелеобразования содержит метакаолин.
34. Способ по п.27, в котором по меньшей мере один ускоритель твердения содержит доменный шлак, летучую золу класса F, содержащую более 8 вес.% оксида кальция, летучую золу класса C, гипс, соединение щелочноземельного металла, обогащенный кальцием пуццолановый материал, обогащенный кальцием цеолит, гидроксид кальция, гидроксид алюминия или их комбинации.
35. Способ по п.34, в котором по меньшей мере один ускоритель твердения содержит доменный шлак, летучую золу класса C, гипс, обогащенный кальцием шабазид, обогащенный кальцием клиноптилолит, стеклообразный алюмосиликат, печную пыль, донную золу или их комбинации.
36. Способ по п.27, дополнительно включающий смешение модификатора схватывания.
37. Способ по п.36, в котором модификатор схватывания содержит борную кислоту, буру, азотнокислую соль, фосфорную кислоту, сульфат натрия, фосфат натрия, хлорид кальция или цитрат натрия.
38. Способ по п.28, в котором:
(i) по меньшей мере одна летучая зола составляет по меньшей мере 15 вес.% от сухой смеси;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования составляет больше чем 0 и меньше чем примерно 80 вес.% от сухой смеси; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения составляет больше чем 0 и меньше чем примерно 80 вес.% от сухой смеси.
39. Способ по п.38, в котором:
(i) по меньшей мере одна летучая зола составляет от примерно 15 до примерно 90 вес.% от сухой смеси;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования составляет от примерно 5 до примерно 80 вес.% от сухой смеси; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения составляет от примерно 5 до примерно 80 вес.% от сухой смеси.
40. Способ по п.39, в котором:
(i) по меньшей мере одна летучая зола составляет по меньшей мере примерно 60 вес.% от сухой смеси;
(ii) по меньшей мере один ускоритель гелеобразования составляет от примерно 10 до примерно 25 вес.% от сухой смеси; и
(iii) по меньшей мере один ускоритель твердения составляет от примерно 10 до примерно 25 вес.% от сухой смеси.
41. Способ по п.38, в котором летучая зола содержит от 8 до 15 вес.% оксида кальция.
42. Способ по п.38, в котором летучая зола содержит от 1 до 8 вес.% оксида кальция.
43. Способ по п.27, в котором активатор содержит щелочной раствор активатора, содержащий гидроксид металла и силикат металла, а заполнитель включает мелкий заполнитель и крупный заполнитель.
44. Способ по п.43, в котором:
ускоритель гелеобразования содержит метакаолин;
связующее образуется путем смешения (i) по меньшей мере одной летучей золы, содержащей оксид кальция в количестве, меньшем или равном 15 вес.%; (ii) по меньшей мере одного ускорителя гелеобразования; (iii) по меньшей мере одного ускорителя твердения; и (iv) по меньшей мере одного активатора;
2
2
3
мольное отношение SiO/AlO связующего составляет от примерно 2,5 до примерно 6,0;
2
2
3
мольное отношение MO/AlO связующего составляет примерно от 0,7 до 1,5, где M представляет собой Na, K или Li;
2
2
мольное отношение HO/MO связующего составляет примерно от 5 до 18.
2
45. Способ по п.27, который включает в себя схватывание композиции в течение времени от 30 мин до 3 ч при температуре схватывания от 20 до 75°C и отверждение композиции в течение по меньшей мере 24 ч при температуре отверждения от 20 до 75°C, в результате чего достигается семидневная прочность на сжатие, равная по меньшей мере 1000 фунт/дюйм.
2
46. Способ по п.45, в котором композиция характеризуется семидневной прочностью на сжатие от 1000 до 12530 фунт/дюйм и временем схватывания при комнатной температуре от 1 до 3 ч.
47. Способ по п.27, в котором композиция представляет собой композицию бетонного раствора.
48. Способ по п.27, в котором композиция представляет собой композицию бетона.
49. Сухая смесь для геополимерного связующего, содержащая:
(i) летучую золу класса F, составляющую по меньшей мере 60 вес.% от сухой смеси;
(ii) метакаолиновый ускоритель гелеобразования, составляющий больше чем 0 и меньше чем 25 вес.% от сухой смеси; и
(iii) доменный шлак или летучую золу класса C в качестве ускорителя твердения, составляющие больше чем 0 и меньше чем 25 вес.% от сухой смеси.
50. Способ приготовления композиции бетона или бетонного раствора, включающий:
образование композиции смешением по меньшей мере одного активатора и по меньшей мере одного заполнителя с сухой смесью, содержащей:
(i) летучую золу класса F, составляющую по меньшей мере 60 вес.% от сухой смеси;
(ii) метакаолиновый ускоритель гелеобразования, составляющий больше чем 0 и меньше чем 25 вес.% от сухой смеси; и
(iii) доменный шлак или летучую золу класса C в качестве ускорителя твердения, составляющие больше чем 0 и меньше чем 25 вес.% от сухой смеси; и
2
схватывание композиции в течение времени от 30 мин до 3 ч при температуре схватывания от 20 до 75°C и отверждение композиции в течение по меньшей мере 24 ч при температуре отверждения от 20 до 75°C, в результате чего образуется композиция бетона или бетонного раствора, характеризующаяся семидневной прочностью на сжатие по меньшей мере 10000 фунт/дюйм.