Бетон в Симферополеот производителя. Борная кислота цемент


Напрягающий цемент

 

(«)833678 Союз Советскик

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ изоьеитения

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 24, 10,79 (21) 2832446/29-33 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.8 1. Бюллетень М20 (51)М. Кл.

С 04 В 7/35

Гесудерстеекиый кеиктет

СССР ке делам кзебретеккй и еткрктей (53) УДК666. .946.2 (088.8) Дата ойубликования описания 03.06.81 (72) Авторы изобретения

Т. Г. Габададзе и В Г. Сихарулидзе

У

Грузинский ордена Ленина и ордена Трудового.. Красного Знамени. политехнический институт им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) НАПРЯГАЮЩИЙ ЦЕМЕНТ

Остальное

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к составу алунитового напрягающего цемента.

Известен состав напрягающего цемента, включающий цемент и добавку термо- з обработанного алунита (1).

Наиболее близким по технической cymности и достигаемому эффекту к предла-, гаемому является напрягающий цемент, включающий, %: портландцементный клин- 10 кер 73-77; обожженный пуи 600 С алунит 13-15 и гипс 10-12

Известный напрягающий цемент имеет. недостаточные прочность и одноосное са» монапря жение.

Цель изобретения - повышение одноосного самонапряжения и прочности цемента.

Поставленная цель достигается тем, что напрягающий цемент, включающий портландцементный клинкер, обожженную при 600-700 С алунитовую породу и гипс, дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, вес. 7:

Обожженная при 600 С алунитовая порода 13-15

Гипс l0-12

Борная кислота О, 05-0, 1

Портлаидцементный клинкер.. Физико-механические показатели алунитового напрягающего цемента без добавок и с добавками борной кислоты приведены в таблице.

cQ

С4 (D

С4 о о

С4

CQ о

CD Ф

Щ и а

Ф о о

С4

Я о»

Г" о о

Щ

I о о с0 о» о

IQ о о

С4

o g

Ф а

Ф о

4 о

5 х

Фlg O

g o ц а (I.

L м «С ж

833678

В :(5 8336

Введение борной кислоты в алунитовый напрягающий цемент при затворении вызывает резкое повышение в растворе концентрации Са0. В результате растворимость алюминатов кальция понижается, 5 что приводит к замедлению процессов гидратации цемента и кристаллизации эттрингита в начальные сроки гидратации. Пересыщение жидкой фазы. по Са0 способствует выкристаллизовыванию тонкодисперсного эттрингита. Поэтому величина линейного расширения меньше, чем у исходного цемента, однако она достаточна (при большой прочности) для увеличения самонапряжения цемента. 15

Таким образом, введение борной кислоты позволяет увеличить одноосное самонапряжение и прочность алунитового напрягающего цемента. Кроме этого, удлиняются сроки схватывания цемента.

Формула изобретения

Напрягающий цемент, включающий порт25 ландцементный клинкер, обожженную при

Обожженная при 600700 С алунитовая порода

Гипс

Борная кислота

Портландцементный клинкер

13;15

l0-12

0,05-0, 1

Остальное

Ис точники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

М

2. Авторское свидетельство СССР

N 37 1 185, кп. С 04 В 7/02, 1970.

78 6

600-700 С алунитовую породу и гипс, отличающийся тем,что,с целью повышения одноосного самонапряжения и прочности, он дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Сост авитель И. Горшкова

Редактор H. Бушаева Техред Н.Майорош Корректор С. Шекмар

Заказ 39 l7/25 Тираж 660 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

3.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная;

   

www.findpatent.ru

Влияние борной кислоты на свойства бетона и раствора на АНЦ

Исследованиями установлено, что алунитовый напрягающий цемент (АНЦ) можно применять для заделки стыков, ниш и швов, в сооружениях гражданского надземного строительства и работающих во влажных и водных условиях, для изготовления напорных труб и др.

Все алунитовые цементы, в том числе напрягающие (АНЦ), обладают короткими (5–30 мин) сроками схватывания. С помощью добавок борной кислоты можно добиться замедления схватывания цемента, и получить бетоны с высокими физико-механическими показателями.

Введение борной кислоты в состав АНЦ в оптимальном количестве (0,1–0,2%) позволяет регулировать сроки схватывания и несколько повышать прочность.

В исследованиях применялся АНЦ марки М400 в состав цемента входил клинкер. Каспского цементного завода — 75 %, двуводный гипс — 10% и обожженный алунит — 15%. Сроки схватывания АНЦ без борной кислоты: начало 21, конец 36 мин; с добавкой 1%-ной борной кислоты: начало 58, конец 75 мин. Линейное свободное расширение АНЦ через 1 сут воздушного твердения без добавки борной кислоты составило 7,63%; после чего образцы твердели в воде.

Предел прочности при сжатии определяли испытанием призм размерами 160*40*40 мм. Образцы цементного камня и растворов, подлежащие испытанию в течение 1 сут, находились в связанном состоянии в формах и твердели на воздухе, а затем в воде в свободном (без форм) состоянии.

Двухосное самонапряжение определяли в медных трубах диаметром 100, длиной 80 и толщиной 0,8 мм, которые заполняли цементным тестом и раствором. Образцы в течение 41 сут твердели на воздухе, а затем в воде. В качестве заполнителей применяли песок Чолабурского карьера с МКР = 2,4 и гранитный щебень фракции 5–20 мм. Исследовали влияние борной кислоты на свойства раствора и бетона.

Результаты показывают, что введение борной кислоты как в тесто, так и в раствор значительно уменьшает их линейное расширение, увеличивая при этом прочность и двухосное самонапряжение по сравнению с образцами без добавок борной кислоты. Это важно, так как при инъецировании каналов преднапряженных железобетонных конструкций и в некоторых других случаях АНЦ в основном применяют в виде растворов.

Увеличение двухосного самонапряжения с добавкой борной кислоты обусловлено большей прочностью раствора. Однако увеличение способности санонапряжения обычных напрягающих цементов (но не АНЦ) связывают не только с ростом линейного расширения цемента. Между расширением и самонапряжением существует почти пропорциональная связь. В экспериментах с АНЦ такой зависимости не наблюдалось, так как растворяющийся на 10–15% (на воздухе) АНЦ может развить меньше самонапряжения, чем цемент с меньшим расширением, но с большей прочностью.

Кроме растворов исследовали бетоны, изготовленные на АНЦ с расходом цемента около 400 и 550 кг/м3 с добавкой борной кислоты и без нее. Выяснилось, что чем больше расход АНЦ и меньше В/Ц, тем больше расширение бетонов. Это положение характерно и для бетонов с добавкой борной кислоты.

Несмотря на значительное расширение бетонов, их прочность повышается уже к 1 сут, что обусловлено уменьшением линейного расширения бетона и уменьшением размеров кристаллов эттрингита с одновременным увеличением их числа.

Таким образом, введение борной кислоты уменьшает линейное расширение цементного камня, раствора и бетона на АНЦ, при этом увеличивая их прочность. При добавке 0,1%-ной борной кислоты в АНЦ увеличивается двухосное самонапряжение цемента. Такие высокие показатели могут быть достигнуты при двухосном ограничении расширения цемента, например, при производстве напорных железобетонных труб, при инъецировании каналов преднапряженных железобетонных конструкций и пр.

xn--90aiydt.xn--h1aalsr.xn--p1ai

композиция для устройства полов - патент РФ 2026843

Используется: для получения стяжек под рулонное покрытие для устройства полов в промышленных и гражданских зданиях. Сущность: композиция для устройства полов, содержащая строительный гипс, воду, дополнительно содержит золу, цемент и борную кислоту при водотвердом отношении 0,5 - 0,57 при следующем соотношении входящих компонентов, мас.%: строительный гипс 44,6 - 53,3; зола 8,7 - 10,8; цемент 4,3 - 8,15; борная кислота 0,1 - 0,3; вода - остальное. Прочность через 28 сут 130 кг/см2 . 1 табл. Изобретение относится к области строительных материалов, а именно для получения стяжек под рулонное покрытие для устройства пола на основе низкомарочного гипса, и может быть использовано в строительстве при индустриальном устройстве полов промышленных и гражданских зданий. Известна композиция для изготовления гипсовых стяжек на основе высокопрочного строительного гипса Г-5, Г-6 и Г-10, Г-13 в количестве 100 мас.ч., воды 50 и 37 мас.ч., СДБ по 2 мас.ч. и СаО по 0,16 мас.ч., живучесть смеси при растекаемости более 20 см 40-50 мин, композиция твердеет при температуре 18-23оС, влажности 50-60оС, влажности 50-60% в течение 15 сут без сквозняков [1]. Из известных композиций для изготовления гипсовых стяжек на основе строительного гипса по технической сущности и достигаемому результату близок состав, включающий, мас.ч.: полуводный гипс 100; продукт конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 0,25-3; тетраборат натрия 0,2-2 и вода 0,3-0,5. Живучесть композиции по растекаемости от 30 до 90 мин, прочность на сжатие 225-170 кг/м2 [2]. Однако известная композиция имеет малую живучесть, т.е. короткие сроки схватывания и недостаточную прочность, а также не позволяет ее использовать при наличии низкомарочного гипса (Г-2), что затрудняет практическое использование ее при устройстве полов в массовом объеме при наличии любого строительного гипса. Целью изобретения является увеличение живучести при одновременном повышении прочности строительной композиции. Указанная цель достигается тем, что строительная композиция для устройства полов, содержащая строительный гипс, воду, дополнительно содержит золу, цемент и борную кислоту при следующем соотношении входящих компонентов, мас.%: Строительный гипс 44,6-53,3 Зола 8,7-10,8 Цемент 4,3- 8,15 Борная кислота 0,1-0,3 Вода Остальное Оптимальным является состав, включающий, мас.%: Строительный гипс 48,3 Зола 10,7 Цемент 5,4 Борная кислота 0,2 Вода 35,4 Новизна по сравнению с прототипом заключается в том, что заявляемая строительная композиция для устройства полов дополнительно содержит золу, цемент и борную кислоту при новом количественном соотношении входящих компонентов. Не известны составы для самонивелирующихся гипсовых стяжек в таком количественном и качественном соотношении, которые формируют более плотную и прочную структуру на основе строительного гипса и имеют большую живучесть смеси за счет химического взаимодействия входящих компонентов с образованием новых структурообразующих веществ, которые адсорбируются на поверхности и в микротрещинах частиц гипса в виде тонкой равномерно распределенной пленки, обволакивающей эти частички, в результате чего сглаживаются шероховатости микрорельефа зерен, снижается коэффициент внутреннего трения и замедляется схватывание. Зарастание пор новообразованиями способствует уплотнению прочности затвердевшей композиции. Это позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий заявляемого состава строительной композиции для устройства полов. П р и м е р. Изготовлены образцы-кубики с ребром 2 мм из составов масс, включающий, мас.%: Гипс 56,42 53,3 48,3 44,6 43,0 Зола 7,1 8,7 10,7 10,8 11,6 Цемент 3,55 4,3 5,4 8,15 8,35 Н3ВО4 0,5 0,3 0,2 0,1 0,05 Вода Остальное Приводятся примеры заявляемой композиции с использованием низкомарочного гипса Г-2 (числитель) и высокомарочного Г-10 (знаменатель). Гипс, зола, цемент дозировались по массе и тщательно перемешивались в сухом состоянии. Борная кислота дозировалась и вводилась в смесь в виде водного раствора. Полученная смесь перемешивалась до однородной консистенции. Из приготовленной смеси формовались образцы путем литья и испытывались на сжатие через 1,3,7,14,28 сут воздушного твердения, кроме того, определяли живучесть смеси по началу и концу схватывания, растекаемость смеси по Суттарду (ГОСТ 125-79). При изготовлении смеси использовался строительный гипс марки Г-2 и Г-10, цемент Ачинского цементного завода (ГОСТ 10178-85) с активностью 215 кг/см2, плотность 3,1 г/см3, средняя плотность 1200 кг/см3. Зола гидроудаления Томской ГРЭС-2. По химическому составу зола относится к кислым золам с низким модулем основности. Удельная поверхность 0,35 м2/г, плотность 2,2 г/см2, средняя плотность 700 кг/м3. Химический состав золы, %: SiO2 60,5; Al2O3 20,83; Fe2O3 7,13; СаО 4,3; MgO 22,2; SO3 0,36; Na2O 0,23; K2O 0,83; п.п.п. 3,24. Прочность определяют путем испытания до разрушения образцов на лабораторном прессе. Результаты испытания приведены в таблице. Высушивание образцов до постоянной массы при температуре 50-55оС позволяет увеличить прочность гипсовых изделий на 10-20%. Как следует из таблицы, наибольшей прочностью и живучестью обладают образцы на основе строительного гипса и воды, содержащие цемент и золу, а также 0,2% борной кислоты. Этот состав является оптимальным. Гипсовые изделия оптимального состава на основе этой композиции обладают прочностью 275 кг/см2 и живучестью от 60 до 120 мин, при этом растекаемость более 20 см. Предлагаемая композиция для устройства полов характеризуется высокой живучестью, достаточно высокой прочностью на сжатие, соответствует требованиям СН и П 11-В, 8-71 к полам с покрытием как из любого линолеума, так и полимерных материалов, и может быть использована для устройства стяжек под половое покрытие, для производства литых отделочных плиток, архитектурных деталей для отделки зданий, для монолитного малоэтажного строительства. Наибольшая живучесть (177-178 мин, пример 1) строительной композиции для устройства полов получена на составе, не входящем в объем притязаний авторов, так как прочность во все сроки твердения ниже, чем в прототипе. Заявляемая строительная композиция для устройства полов позволяет использовать и низкомарочный гипс (Г-2), который традиционно никогда не использовался для этих целей. Кроме того, авторы располагают результатами лабораторных испытаний, где в заявляемой композиции в качестве строительного гипса взят безмарочный гипс (Г-0), позволяющий достичь прочность в возрасте 28 сут 125-150 кг/см2 при живучести смеси 60-110 мин. Применение заявляемой композиции с большими сроками схватывания и высокой прочностью позволит транспортирование и механизированное нанесение ее с первого по девятый этажи и выше с сохранением живучести и растекаемости.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПОЛОВ, включающая строительный гипс и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения жизнеспособности и прочности, она дополнительно содержит золу, цемент и борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: Строительный гипс - 44,6 - 53,3 Зола - 8,7 - 10,8 Цемент - 4,3 - 8,15 Борная кислота - 0,1 - 0,3 Вода - Остальное при этом водотвердое отношение составляет 0,5 - 0,57.

www.freepatent.ru

Мелкозернистая бетонная смесь

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при изготовлении конструкций, работающих в кислотосодержащих средах. Технический результат - повышение химической стойкости мелкозернистой бетонной смеси в водном растворе серной кислоты. Мелкозернистая бетонная смесь содержит мас.%: портландцемент 21,0-25,0, песок 61,94-67,94, борная кислота 0,03-0,07, бура 0,03-0,07, карбонат бария 1,05-1,25, вода остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при изготовлении конструкций, работающих в кислотосодержащих средах.

Известна бетонная смесь, содержащая вяжущее, заполнитель и воду (Общий курс строительных материалов. Под ред. Рыбьева И.А. М.: Высшая школа, 1987, с.273).

Недостатком указанной бетонной смеси является низкая прочность.

Наиболее близкой по технической сущности является бетонная смесь, включающая портландцемент, песок, воду и добавку, например, уксусную кислоту и ацетат натрия (SU 1650630, МПК5 C04В 22/08, опубл. 23.05.1991).

Недостатком известной бетонной смеси, приготовленной с указанной добавкой, является низкая химическая стойкость в водном растворе серной кислоты.

Технический результат заключается в повышении химической стойкости мелкозернистой бетонной смеси в водном растворе серной кислоты.

Технический результат достигается тем, что мелкозернистая бетонная смесь, включающая портландцемент, песок, добавку и воду, в качестве добавки содержит борную кислоту, буру и карбонат бария при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент21,0-25,0
Песок61,94-67,94
Борная кислота0,03-0,07
Бура0,03-0,07
Карбонат бария1,05-1,25
ВодаОстальное

Пример приготовления мелкозернистой бетонной смеси.

Приготовление смеси осуществляется по раздельной технологии. Вначале готовят водный раствор борной кислоты и буры. Затем в работающий смеситель вводят постепенно отмеренное количество портландцемента, песка, карбоната бария и водного раствора борной кислоты и буры. Смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы, из которой формуют образцы - кубики размером 2×2×2 см и призмы размером 2×2×7 см. По данной технологии было изготовлено по 5 составов смесей, отличающихся процентным содержанием компонентов. В общей сложности было изготовлено 30 составов с добавками и один состав - прототип. Количественное содержание добавки варьировалось в составах согласно табл.1.

Таблица 1
КомпонентыСоставы, мас.%
123456
Портландцемент21,022,023,024,025,022,25
Песок67,9466,4464,9463,4461,9466,75
Вода9,8710,3410,8111,2811,7510,46
Борная кислота0,070,060,050,040,03-
Бура0,070,060,050,040,03-
Карбонат бария1,051,11,151,21,25-
Уксусная кислота-----0,27
Ацетат натрия-----0,27

Химическую стойкость исследовали на образцах, изготовленных по вышеуказанной технологии и перечисленных составов, подвергнутых тепловлажностной обработке. После гидротермальной обработки образцы выдерживали в естественных условиях 24 часа, а затем погружали в водный раствор серной кислоты 2%-ной концентрации. Концентрацию кислоты поддерживали постоянной. После месяца выдерживания в агрессивной среде проводили испытания на изгиб и сжатие. По данным испытаний вычисляли коэффициент химической стойкости. Результаты испытаний представлены в табл.2.

Таблица 2
СоставыКоэффициент стойкости
при изгибепри сжатии
11,521,12
21,501,08
31,471,04
41,321,00
51,20,98
60,730,23

Из приведенных данных следует, что предлагаемые составы мелкозернистых бетонных смесей отличаются от известной тем, что позволяют получать материал с более высокими показателями стойкости к действию водных растворов кислот.

Мелкозернистая бетонная смесь, включающая портландцемент, песок, добавку и воду, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит борную кислоту, буру и карбонат бария при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент21,0-25,0
Песок61,94-67,94
Борная кислота0,03-0,07
Бура0,03-0,07
Карбонат бария1,05-1,25
ВодаОстальное

www.findpatent.ru

облегченная цементирущая композиция на основе зольной пыли с высокой прочностью на сжатие и быстрым схватыванием - патент РФ 2513813

Изобретение относится к способу изготовления быстросхватывающейся облегченной цементирующей композиции с улучшенной прочностью на сжатие для строительных изделий, таких как панели. Способ получения облегченной цементирующей смеси, имеющей улучшенную прочность на сжатие и устойчивость к воде, включает смешивание воды, цементирующего реагирующего порошка, соли щелочного металла лимонной кислоты в качестве ускорителя схватывания и облегченного наполнителя, где весовое соотношение воды к реагирующему порошку составляет приблизительно 0,17-0,35:1,0, реагирующий порошок включает 75-100 вес.% зольной пыли, содержащей по меньшей мере 50 вес.% зольной пыли класса С и 0-25 вес.% гидравлического цемента и/или гипса, при этом схватывание цементирующей смеси достигается в течение от 4 до 6 минут смешивания композиции без добавления замедлителя схватывания. Изобретение также касается композиции для получения облегченной цементной панели. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил., 9 табл.

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[001] Заявлен приоритет заявки на патент США № 12/237,634, поданной 25 сентября 2008 г., включенной в данный документ ссылкой во всей ее полноте.

Область изобретения

[002] Данное изобретение в целом касается быстро схватывающихся цементирующих композиций, которые могут быть использованы в ряде применений, при которых желательно быстрое затвердение и достижение ранней прочности. В частности, данное изобретение касается цементирующих композиций, которые могут быть использованы для изготовления панелей с превосходной влагостойкостью для применения во влажных и сухих местоположениях в зданиях. Сборные бетонные продукты, такие как цементные панели, сделаны при условиях, которые обеспечивают быстрое схватывание цементирующей смеси так, что панели могут быть обработаны вскоре после того, как цементирующая смесь отлита в стационарную или движущуюся форму или на непрерывно движущуюся ленту. Идеально, такое схватывание цементной смеси может быть достигнуто за приблизительно 20 минут, предпочтительно за 10-13 минут, более предпочтительно за 4-6 минут, после смешивания цементной смеси с приемлемым количеством воды.

Предпосылки изобретения

[003] Патент США 6869474, Perez-Репа et al., включенный в данный документ ссылкой, обсуждает чрезвычайно быстрое схватывание цементирующих композиций для производства продуктов на основе цемента, таких как цементные панели, выполненных путем добавления алканоламина к гидравлическому цементу, такому как портландцемент, и формирования суспензии с водой при условиях, которые обеспечивают начальную температуру суспензии, по меньшей мере, 90°F (32°C). Могут быть включены дополнительные реагирующие материалы, такие как цемент с высоким содержанием оксида алюминия, кальция сульфат и пуццолановый материал, такой как зольная пыль. Чрезвычайно быстрое схватывание позволяет быстрое получение цементирующих продуктов. Обнаружили, что триэтаноламиновые добавки являются очень сильным ускорителем, способным производить составы с относительно коротким окончательным временем схватывания с повышенными уровнями зольной пыли и гипса и без потребности в кальций алюминатных цементах, включающих кальция алюминат. Однако, составы с триэтаноламином также имели относительно более низкую раннюю прочность на сжатие по сравнению с составами цементных панелей, содержащих кальция алюминатные цементы.

[004] Находящаяся на рассмотрении заявка на патент США № 11/758,947, поданная 6 июня 2007 г.Perez-Репа et al., включенная в данный документ ссылкой, обсуждает чрезвычайно быстрое схватывание цементирующих композиций с ранней прочностью на сжатие для производства продуктов на основе цемента, таких как цементные панели, достигаемое путем добавления алканоламина и фосфата к гидравлическому цементу, такому как портландцемент, и формирования суспензии с водой при условиях, которые обеспечивают начальную температуру суспензии, по меньшей мере, 90°F (32°C). Могут быть включены дополнительные реагирующие материалы, такие как цемент с высоким содержанием оксида алюминия, кальция сульфат и пуццолановый материал, такой как зольная пыль. Кроме того, все композиции содержали значительное количество гидравлического цемента и гипса.

[005] Патент США 4488909, Galer et al., включенный в данный документ ссылкой, обсуждает цементирующие композиции, способные к быстрому схватыванию. Композиции позволяют получение с высокой скоростью устойчивых к диоксиду углерода цементных панелей путем формирования по существу всего из потенциального эттрингита за приблизительно 20 минут после смешивания композиции с водой. Главными компонентами цементирующей композиции являются портландцемент, цемент с высоким содержанием оксида алюминия, кальция сульфат и известь. Могут быть добавлены пуццоланы, такие как зольная пыль, монтмориллонитовая глина, диатомовая земля и пумицит, до приблизительно 25%. Цементная композиция включает приблизительно 14-21 вес.% цемента с высоким содержанием оксида алюминия, который в комбинации с другими компонентами делает возможным быстрое формирование эттрингита и других кальций алюминатных гидратов, отвечающих за быстрое схватывание цементирующей смеси. В этом изобретении Galer et al. представили использующий алюминаты высоко глиноземный цемент (НАС) и использующий сульфат ионы гипс для формирования эттрингита и достижения быстрого схватывания их цементирующей смеси.

[006] Эттрингит представляет собой кальция алюминия сульфатное соединение, имеющее формулу Ca6Al2(SO4)3 32Н2O или альтернативно 3 CaO Al2O3 3CaSO4 32h3O. Эттрингит формируется в виде длинных игольчатых кристаллов и обеспечивает быстрое раннее твердение цементных панелей так, что они могут быть обработаны вскоре после отлива в форму или на непрерывную отливающую и формирующую ленту.

[007] В общем, быстро схватывающийся состав по Galer et al испытывает некоторые ограничения. Эти ограничения, как показано ниже, являются еще большими проблемами в получении цементирующих продуктов, таких как цементные панели.

[008] Патент США № 5536310, Brook et al., раскрывает цементирующую композицию, содержащую 10-30 частей по весу (pbw) гидравлического цемента, такого как портландцемент, 50-80 pbw зольной пыли, и 0,5-8,0 pbw выражены как свободная кислота карбоновой кислоты, такой как лимонная кислота, или ее соли щелочных металлов, например, трикалия цитрат или тринатрия цитрат, с другими традиционными добавками, включая замедляющие добавки, такие как борная кислота или бура, которые используются для ускорения реакция и времени схватывания композиции для преодоления раскрытого недостатка использования высокого содержания зольной пыли в цементных композициях.

[009] Патент США № 5536458, Brook et al., раскрывает цементирующую композицию, содержащую гидравлический цемент, такой как поотландпемент.70- 80 частей по весу зольной пыли и 0,5-8,0 pbw свободной карбоновой кислоты, такой как лимонная кислота, или ее солей щелочных металлов, например, калия цитрат или натрия цитрат, с другими традиционными добавками, включая замедляющие добавки, такие как борная кислота или бура, которые используются для ускорения реакции и времени схватывания композиции для преодоления известного недостатка использования высокого содержания зольной пыли в цементных композициях.

[0010] Патент США № 4494990, Harris, раскрывает цементирующую смесь портландцемента, например, 25-60 pbw, зольной пыли, например, 3-50 pbw, и менее 1 pbw натрия цитрата.

[0011] Патент США № 6827776, Boggs et al., раскрывает гидравлическую цементную композицию, включающую портландцемент, зольную пыль, которая имеет время схватывания, контролированное рН, активаторной суспензии кислоты, предпочтительно лимонной кислоты, и основания, которое может быть гидроксидом щелочного или щелочноземельного металла или солью кислотного компонента.

[0012] Патент США № 5490889, Kirkpatrick et al., раскрывает смешанный гидравлический цемент, состоящий из воды, зольной пыли (50,33-83,63 pbw), портландцемента, измельченного кремнезема, борной кислоты, буры, лимонной кислоты (0,04-2,85 pbw) и щелочнометаллического активатора, например, лития гидроксида (LiOH) или калия гидроксида.

[0013] Патент США № 5997632, Styron, раскрывает гидравлическую цементную композицию, содержащую 88-98 вес.% зольной пыли, 1-10 вес.% портландцемента и от приблизительно 0,1-4,0 вес.% лимонной кислоты. Известь для достижения желаемого минимального содержания извести 21% обеспечена суббитумной зольной пылью или суббитумной зольной пылью в комбинации с обогащающим средством. В дополнение к лимонной кислоте Styron применяет щелочной источник, такой как калия или натрия гидроксид.

[0014] Окончательное время схватывания цементирующих смесей продуктов известного уровня техники составляет типично более 9 минут и может быть продлено до 2-3 часов для стандартных бетонных продуктов. Окончательное время схватывания обычно определяют как время, за которое цементирующие смеси схватываются, на протяжении которого бетонные продукты, изготовленные из них, могут быть обработаны и расположены друг над другом, хотя химические реакции могут продолжаться в течение длительных периодов.

[0015] Количество цемента с высоким содержанием оксида алюминия (также известного как кальция алюминатный цемент) в смеси реагирующего порошка в бетонных продуктах известного уровня техники также очень высокое. Типично, цемент с высоким содержанием оксида алюминия составляет более 14 вес.% смеси реагирующего порошка.

Краткое описание изобретения

[0016] Целью данного изобретения является обеспечение способа изготовления быстро схватывающейся цементирующей суспензии.

[0017] Другой целью данного изобретения является обеспечение облегченных цементирующих композиций с улучшенной ранней и окончательной прочностью на сжатие. Цементирующие композиции содержат калия цитрат, натрия цитраты или их смеси.

[0018] Данное изобретение включает способ обеспечения облегченной цементирующей смеси, обладающей быстрым схватыванием, улучшенной прочностью на сжатие и устойчивостью к воде, включающий: смешивание при окружающей или выше окружающей температурах воды, реагирующего порошка, ускоряющего схватывание количества соли щелочного металла лимонной кислоты и облегченного наполнителя, где соотношение воды к твердым веществам реагирующего порошка составляет приблизительно 0,17-0,35:1,0 и более, предпочтительно приблизительно 0,20-0,23:1,0, реагирующий порошок включает 75-100 вес.% зольной пыли и 0-25 вес.% гидравлического цемента и гипса.

[0019] Предпочтительно реагирующий порошок не содержит гидравлический цемент и гипс (гидратированный кальция сульфат).

[0020] Такой цементирующий реагирующий порошок включает, по меньшей мере, зольную пыль, а также может включать гидравлический цемент, например, портландцемент или кальция алюминатный цемент (САС) (также обычно называемый глиноземным цементом или цементом с высоким содержанием оксида алюминия), кальция сульфат и не содержащую зольную пыль минеральную добавку.

[0021] До 25 вес.% смеси цементирующего реагирующего порошка цементирующей композиции могут быть не содержащими зольную пыль минеральными добавками, обладающими большими, небольшими цементирующими свойствами или не обладающие цементирующими свойствами.

[0022] Цементирующий реагирующий порошок в целом содержит приблизительно 10-40 вес.% извести и более типично 20-30 вес.% извести. Однако добавка извести не требуется для получения быстрого схватывания, если ингредиенты реагирующего порошка уже содержат достаточно извести. Например, Типа С зольная пыль в целом содержит известь. Таким образом, смесь реагирующего порошка цементирующей композиции типично не содержит добавленную извне известь.

[0023] Типично суспензия имеет начальную температуру от комнатной температуры до приблизительно 100°F-115°F (от 24°C до приблизительно 38°-46°C).

[0024] Окончательное время схватывания (т.е. время, после которого цементирующие панели могут быть обработаны) цементирующей композиции, измеренной согласно игле Гилмора, должно составлять самое большее 20 минут, предпочтительно 10-13 минут или менее, более предпочтительно приблизительно 4-6 минут, после смешивания с приемлемым количеством воды. Более короткое время схватывания и более высокая ранняя прочность на сжатие помогает увеличить выход продукции и снизить затраты на изготовление продукта.

[0025] Очень быстро схватывающиеся цементирующие композиции данного изобретения могут быть использованы для ряда применений, при которых желательно быстрое затвердение и достижение ранней прочности. Применение соли щелочного металла лимонной кислоты, такой как калия цитрат и/или натрия цитрат, для ускорения схватывания цементирующей композиции, когда суспензию формируют при повышенных температурах, делает возможным увеличенную скорость получения цементирующих продуктов, таких как цементные панели.

[0026] Дозировка цитрата щелочного металла в суспензии находится предпочтительно в диапазоне приблизительно 1,5-6 вес.%, предпочтительно приблизительно 1,5-4,0 вес.%, более предпочтительно приблизительно 2-3,5 вес.%, и наиболее предпочтительно приблизительно 3,5 вес.% на основе цементирующих реагирующих компонентов данного изобретения. Калия цитраты или натрия цитраты являются предпочтительными. Как упомянуто выше, эти весовые проценты основаны на 100 частях по весу реагирующих компонентов (цементирующий реагирующий порошок). Таким образом, например, в 100 фунтах цементирующего реагирующего порошка может быть приблизительно 1,5-4,0 общих фунтов калия и/или натрия цитратов.

[0027] Типичный цементирующий реагирующий порошок данного изобретения включает 75-100 вес.% зольной пыли и 0-25 вес.% гидравлического цемента, такого как портландцемент, или гипса. Типично, по меньшей мере, половина зольной пыли является Типа С зольной пылью.

[0028] Другой типичный цементирующий реагирующий порошок включает 75-100 вес.% зольной пыли, 0-20 вес.% кальция алюминатного цемента, 0-7 вес.% кальция сульфата на основе веса реагирующего порошка, не включает гипс и не включает гидравлический цемент, отличный от кальция алюминатного цемента.

[0029] Существует синергическое взаимодействие между цитратом щелочного металла и зольной пылью. Добавление соли щелочного металла обладает преимуществами достижения увеличения ранней и долговременной прочности на сжатие для композиций, содержащих высокие количества зольной пыли по сравнению с сопоставимыми композициями, использующими ускорители, подобные кальций алюминатным цементам, триэтаноламину или едким гидроксидам щелочных металлов.

[0030] Кроме того, добавление цитратов щелочных металлов улучшает текучесть смеси по сравнению с другими ускорителями, такими как алюминия сульфат, который может привести к преждевременному затвердеванию бетонных смесей.

[0031] Также могут присутствовать другие добавки, например, инертный наполнитель, которые не являются рассматриваемым цементирующим реагирующим порошком, но являются частью общей цементирующей композиции. Такие другие добавки включают одно или более из песка, наполнителя, облегченных заполнителей, снижающих воду средств, таких как суперпластификаторы, ускоряющих схватывание средств, замедляющих схватывание средств, вовлекающих воздух средств, вспенивающих средств, средств контроля сжатия, средств, модифицирующих вязкость суспензии (сгустители), окрашивающих средств и внутренних отверждающих средств, могут быть включены как желательные в зависимости от возможного способа и применения цементирующей композиции данного изобретения.

[0032] Облегченные цементирующие композиции данного изобретения могут быть использованы для получения сборных бетонных строительных продуктов, таких как цементирующие панели с превосходной влагостойкостью для применения во влажных и сухих месторасположениях в зданиях. Сборные бетонные продукты, такие как цементные панели, делают при условиях, которые обеспечивают быстрое схватывание цементирующей смеси так, что панели могут быть обработаны сразу после отлива цементирующей смеси в стационарную или движущуюся форму или на непрерывно движущуюся ленту.

[0033] Облегченные цементирующие композиции могут быть использованы в любом применении бетонного продукта, включая бетонные панели, настил, покрытия, отделки, верхний слой, а также заплаточные смеси для бетонных дорог. Бетонные продукты, сделанные из облегченных композиций данного изобретения, обладают особенными преимуществами для применения, которое требует устойчивости к воде, по сравнению с композициями, которые содержат гипс, и применений, которые требуют более высокой прочности на сжатие, чем содержащие цемент композиции, которые обладают более высоким углеродным следом.

[0034] Все проценты, соотношения и пропорции в данном документе являются весовыми, если не определено иное.

Краткое описание графических материалов

[0035] ФИГ.1 является графиком результатов Примера 1, показывающим эффект увеличения натрия цитрата на степень повышения температуры для смесей с бурой, борной кислотой и лимонной кислотой.

[0036] ФИГ.2 является графиком результатов Примера 1, показывающим эффект увеличения натрия цитрата на повышение температуры для смесей с борной кислотой и лимонной кислотой.

[0037] ФИГ.3 является графиком результатов Примера 2, показывающим эффект увеличения калия гидроксида на повышение температуры для смесей с лимонной кислотой и натрия цитратом.

[0038] ФИГ.4 является графиком результатов Примера 4, показывающим повышение температуры для смесей с калия цитратом без калия гидроксида.

[0039] ФИГ.5 является графиком результатов Примера 5, показывающим повышение температуры для смесей, включающих калия цитрат или натрия цитрат, смешанный с водой при комнатной температуре.

[0040] ФИГ.6 является графиком результатов Примера 8, показывающим повышение температуры для смесей, содержащих различные соотношения зольной пыли и портландцемента типа III, использующего весовое соотношение воды к цементу 0,30:1.

[0041] ФИГ.7 является графиком результатов Примера 9, показывающим эффект повышения температуры для смесей 1-4 в этом примере с различными соотношениями воды к зольной пыли без портландцемента.

[0042] ФИГ.8 является графиком результатов Примера 9, показывающим повышение температуры для смесей 3, 5, 6 и 7 для смесей с различными соотношениями зольной пыли и портландцемента типа III с цитратом при весовом соотношении воды к комбинированному весу зольной пыли и портландцемента 0,20:1.

[0043] ФИГ.9 является графиком результатов смесей Примера 10 с различными дозировками калия цитрата, использующими только зольную пыль без портландцемента, и показывает, что добавление калия цитрата значительно повышает степень повышения температуры основанных на зольной пыли смесей.

Детальное описание изобретения

[0044] Данное изобретение включает способ обеспечения облегченной цементирующей смеси, обладающей улучшенной прочностью на сжатие и устойчивостью к воде, включающий: смешивание воды, реагирующего порошка, соли щелочного металла лимонной кислоты и облегченного наполнителя, где соотношение воды к твердым веществам реагирующего порошка составляет приблизительно 0,17-0,35:1,0, типично приблизительно 0,17-0,30:1,0, более предпочтительно приблизительно 0,2-0,23:1,0. Реагирующий порошок включает 75-100 вес.% зольной пыли и 0-25 вес.% гидравлического цемента и/или гипса. Типично смеси данного изобретения цементирующего реагирующего порошка включают зольную пыль с калия цитратом и/или натрия цитратом и водой при начальной температуре суспензии от, по меньшей мере, комнатной температуры до 115°F (24°C-41°C) для выхода быстрого схватывания предпочтительно менее 10-13 минут, более предпочтительно приблизительно 4-6 минут или менее.

[0045] Данное изобретение также обеспечивает цементирующие композиции с улучшенной характеристикой быстрого окончательного схватывания и улучшенной ранней прочностью на сжатие.

[0046] Типичные ингредиенты представлены в следующей таблице А.

[0048] В целом весовое соотношение воды к цементирующему реагирующему порошку составляет приблизительно 0,15-0,3:1,0. Инертные облегченные наполнители не являются частью цементирующего реагирующего порошка.

[0049] Не вдаваясь в конкретную теорию, теоретически предсказали, что повышение раннего срока и прочности на сжатие достигаются с быстрыми схватываниями путем обеспечения цементирующего реагирующего порошка с высоким минеральным содержанием зольной пыли 75-100 вес.% и предпочтительно без портландцемента или кальция алюминатного цемента или гипса, и смешивания цементирующего реагирующего порошка, цитрата щелочного металла и воды для формирования суспензии при повышенных температурах выше 20°C так, что формирование щелочных алюмосиликатных гидратов, и/или гидратов алюмосиликата, и/или соединений кальция алюмосиликата, представленных в зольной пыли, могут происходить как результат гидратации этой смеси реагирующего порошка с цитратом щелочного металла.

[0050] Таким образом, приемлемое количество воды обеспечено для гидратации цементирующего реагирующего порошка и для быстрого формирования щелочных алюмосиликатных гидратов и других гидратов, присутствующих в зольной пыли. В целом, количество добавленной воды будет больше теоретически требуемого для гидратации цементирующего реагирующего порошка. Такое повышенное содержание воды облегчает применимость цементирующей суспензии. Типично, в суспензии весовое соотношение воды к смеси реагирующего порошка составляет приблизительно 0,20-0,35:1, более типично приблизительно 0,20-0,30:1, предпочтительно приблизительно 0,20-0,23:1. Количество воды зависит от потребностей отдельных материалов, присутствующих в цементирующей композиции.

[0051] Щелочные алюмосиликатные гидраты, и/или другие гидраты алюмосиликата, и/или кальций алюмосиликатных соединений формируются очень быстро в процессе гидратации, таким образом, сообщая быстрое схватывание и твердость смесям, сделанным со смесью цементирующего реагирующего порошка композиции данного изобретения. При изготовлении продуктов на основе цемента, таких как цементные панели, первоначально происходит формирование щелочных алюмосиликатных гидратов, и/или других гидратов алюмосиликата, и/или кальций алюмосиликатных соединений, которые делают возможным обработку цементных панелей за несколько минут после смешивания цементирующей композицией данного изобретения с приемлемым количеством воды.

[0052] Схватывание композиции характеризуется начальным и конечным временем схватывания, измеренным с применением игл Гилмора, описанных в процедуре теста ASTM С266. Конечное время схватывания также соответствует времени, когда бетонный продукт, например бетонная панель, приобретает достаточную прочность так, что он может быть обработан или транспортирован, в случае бетонного пола или дороги. Относительно более высокий ранний срок (3-5 часов) прочности на сжатие может быть преимуществом для бетонного материала, поскольку он может выдержать более высокие нагрузки без деформации. Специалисту в данной области будет понятно, что реакции отверждения продолжаются в течение продолжительных периодов после достижения конечного времени схватывания.

[0053] Ранняя прочность композиции характеризуется измерением прочности на сжатие через 3-5 часов отверждения, как определено в ASTM С109. Достижение высокого быстрого твердения позволяет легкую обработку расположенных друг над другом панелей.

Цементирующий реагирующий порошок

[0054] Цементирующий реагирующий порошок содержит зольную пыль и факультативно не содержащие зольную пыль минеральные добавки, гидравлический цемент и факультативно гипс. Цементирующий реагирующий порошок типично содержит 75-100% зольной пыли и 0-25 вес.% компонента, выбранного из группы, включающей гидравлический цемент, гипс и не содержащие зольную пыль минеральные добавки. Цементирующий реагирующий порошок предпочтительно содержит 88,5-100 вес.% зольной пыли. Цементирующий реагирующий порошок более предпочтительно содержит 88,5-100 вес.% зольной пыли и не содержит гидравлический цемент и гипс.

[0055] Предпочтительно цементирующий реагирующий порошок содержит 10-40 вес.% извести. Однако эта известь в целом не является добавленной известью. Предпочтительнее она является включенной в другой ингредиент цементирующего реагирующего порошка, например, зольную пыль.

[0056] Основной ингредиент цементирующего реагирующего порошка цементирующей композиции данного изобретения представляет собой содержащую зольную пыль минеральную добавку, предпочтительно Типа С зольную пыль. Зольная пыль описана ниже в разделе, озаглавленном Содержащие зольную пыль и не содержащие зольную пыль минеральные добавки.

[0057] В дополнение к зольной пыли цементирующий реагирующий порошок может включать 0-25 вес.% факультативных цементирующих добавок, таких как портландцемент, кальций алюминатный цемент, кальция сульфат или гипс (природный гипс). Однако, цементирующие композиции с более низким содержанием воды данного изобретения, т.е. цементирующие композиции с весовым соотношением воды к реагирующему порошку приблизительно 0,17-0,35:1,0, с этими факультативными цементирующими добавками обладают значительно сниженной прочностью на сжатие по сравнению с такими же композициями с более низким содержанием воды данного изобретения без дополнительных цементирующих добавок.

[0058] Например, в некоторых смесях цементирующих реагирующих порошков, когда прочность на сжатие не является необходимой, или когда используются более высокие соотношения воды к реагирующему порошку, например, соотношения выше приблизительно 0,35:1,0, может быть использован портландцемент при приблизительно 0-25 вес.% и зольная пыль при 75-100 вес.%.

Содержащие зольную пыль и не содержащие зольную пыль минеральные добавки

[0059] Гидравлический цемент традиционных композиций реагирующего порошка главным образом заменяется зольной пылью, обладающей пуццолановыми свойствами, особенно Класса С зольной пылью, вместе с другим факультативными не содержащими зольную пыль минеральными добавками, обладающими значительными, небольшими или не обладающими цементирующими свойствами. Не содержащие зольную пыль минеральные добавки, обладающие пуццолановыми свойствами, являются особенно предпочтительными в цементирующем реагирующем порошке данного изобретения.

[0060] ASTM С618-97 определяет пуццолановые материалы как "кремнистые или кремнистые и глиноземные материалы, которые сами по себе обладают небольшой цементирующей ценностью или не обладают цементирующей ценностью, но будут, в тонко измельченной форме и в присутствии влаги, химически реагировать с кальция гидроксидом при обычных температурах для формирования соединений, обладающих цементирующими свойствами." Различные природные и созданные человеком материалы назвали пуццолановыми материалами, обладающими пуццолановыми свойствами. Некоторые примеры пуццолановых материалов включают пемзу, перлит, диатомовую землю, тонкую кремнеземную пыль, туф, трас, рисовую шелуху, метакаолин, молотый гранулированный доменный шлак и зольную пыль.

[0061] Все из этих пуццолановых материалов могут быть использованы либо отдельно или в комбинированной форме как часть цементирующего реагирующего порошка данного изобретения.

[0062] Зольная пыль являются предпочтительным пуццоланом в цементирующей смеси реагирующего порошка данного изобретения. Виды зольной пыли, содержащие высокое количество кальция оксида и кальция алюмината (такие как Класса С зольная пыль ASTM С618 стандарта), являются предпочтительными, как объяснено ниже. Другие минеральные добавки, такие как кальция карбонат, вермикулит, глины и дробленая слюда, также могут быть включены как минеральные добавки.

[0063] Зольная пыль является тонким порошковым побочным продуктом, образованным из сгорания угля. Электростанции, использующие котлы, сжигая измельченный уголь, производят большую часть коммерчески доступных видов зольной пыли. Эти виды зольной пыли состоят главным образом из стекловидных сферических частиц, а также остатков гематита и магнетита, древесного угля и некоторых кристаллических фаз, образованных во время охлаждения. Структура, композиция и свойства частиц зольной пыли зависят от структуры и композиции угля и процессов сгорания, при которых формируется зольная пыль. ASTM С618 стандарт различает два главных класса видов зольной пыли для использования в бетоне - Класс С и Класс F. Эти два класса видов зольной пыли в целом происходят от различных видов угля, которые являются результатом различий в процессах формирования угля, происходящих во время геологических периодов. Класса F зольная пыль обычно образуется при сжигании антрацита или битуминозного угля, тогда как Класса С зольная пыль обычно образуется из лигнита или полубитуминозного угля.

[0064] ASTM С618 стандарт различает Класс F и Класс С зольной пыли главным образом по их пуццолановым свойствам. Соответственно, в ASTM С618 стандарте главное спецификационное различие между Класса F зольной пылью и Класса С зольной пылью заключается в минимальном пределе SiO 2+Al2O3+Fe2O3 в композиции. Минимальный предел SiO2+Al2 O3+Fe2O3 для Класса F зольной пыли составляет 70%, а для Класса С зольной пыли составляет 50%. Таким образом, виды Класса F зольной пыли более пуццолановые, чем виды Класса С зольной пыли. Хотя подробно не определено в ASTM С618 стандарте, виды Класса С зольной пыли типично имеют высокое содержание оксида кальция (извести).

[0065] Класса С зольная пыль обычно обладает цементирующими свойствами в дополнение к пуццолановым свойствами из-за свободной извести (оксид кальция), тогда как Класс F редко является цементирующим, когда смешан с водой отдельно. Присутствие высокого содержания кальция оксида придает видам Класса С зольной пыли цементирующие свойства, что ведет к формированию кальция силиката и кальций алюминатных гидратов при смешивании с водой. Как будет видно в примерах ниже, Класса С зольная пыль, как обнаружили, обеспечивает лучшие результаты, особенно в предпочтительных составах, в которых не использованы кальций алюминатный цемент и гипс.

[0066] Типично, по меньшей мере, 50 вес.% зольной пыли в цементирующем реагирующем порошке является Типа С зольной пылью. Типичнее, по меньшей мере, 75 вес.% цементирующего реагирующего порошка является Типа С зольной пылью. Еще более предпочтительно, по меньшей мере, 88,5 вес.% цементирующего реагирующего порошка является Типа С зольной пылью.

[0067] Типичными минералами, выявленными в зольной пыли, являются кварц (Si02), муллит (Al2Si2O13), геленит (Ca2Al2SiO7), гематит (Fe 2O3), магнетит (Fe3O4), среди других. Кроме того, в зольной пыли также выявлены полиморфные минералы алюминия силиката, обычно обнаруживаемые в горных породах, таких как силлиманит, кианит и андалузит, все три представлены молекулярной формулой Al2SiO5.

[0068] Типичная приемлемая Класса С зольная пыль, полученная из полубитуминозного угля, имеет следующую композицию, приведенную в таблице В.

ТАБЛИЦА В
КомпонентПропорция (вес.%)
SiO220-40
Al2O2 10-30
Fe2O33-10
MgO 0,5-8
SO 31-8
С0,5-2
h3O0,33-3
CaO25-35
К2O0,5-4
Na2O0,5-6

[0070] Мелкозернистость зольной пыли типично является такой, что менее приблизительно 34% задерживается на сите 325 меш (ряд США), как протестировано ASTM тестовой процедурой С-311 ("Sampling and Testing Procedures for Fly Ash as Mineral Admixture for Portland Cement Concrete"). Такая зольная пыль предпочтительно извлекается и используется сухой, по причине ее само-схватывающейся природы.

Гидравлический цемент

[0071] Зольная пыль связывает, главным образом, весь цементирующий материал реагирующего порошка данного изобретения. В некоторых случаях реагирующий порошок также может включать факультативные цементирующие добавки, такие как гидравлические цементы, или может быть добавлен гипс. Однако эти факультативные цементирующие добавки не являются предпочтительными, поскольку они снижают предельную прочность на сжатие композиций облегченного наполнителя данного изобретения.

[0072] Гидравлические цементы являются материалами, которые схватываются и твердеют после комбинирования с водой в результате химических реакций с подмешанной водой, и которые после затвердения сохраняют прочность и устойчивость даже под водой. Портландцемент является типичным гидравлическим цементом. Следует понимать, что, как используется в данном документе, "гидравлический цемент" не включает гипс, который не добавляет прочности под водой, хотя типично некоторое количество гипса включают в портландцемент. Спецификация ASTM С 150 стандарта для портландцемента определяет портландцемент как гидравлический цемент, полученный путем измельчения клинкера, состоящего по существу из гидравлических кальция силикатов, обычно содержащих одну или более из форм кальция сульфата в качестве добавки при дроблении.

[0073] Для изготовления портландцемента однородную смесь известняка и глины обжигают в печи для формирования портландцементного клинкера. Следующие четыре главных фазы портландцемента присутствуют в клинкере -трикальция силикат (3CaO SiO2, также известный как C3S), дикальция силикат (2CaO SiO2, называемый C2S), трикальция алюминат (3CaO Al Al2O3 или С3А) и тетракальция алюмоферрит (4CaO Al2O3 Fe2O3 или C4AF). Образованный клинкер, содержащий вышеупомянутые соединения, дробят с кальция сульфатами до желаемой мелкозернистости для получения портландцемента.

[0074] Другие соединения, присутствующие в незначительных количествах в портландцементе, включают двойные соли сульфатов щелочных металлов, кальция оксид и магния оксид. Когда цементные панели должны быть сделаны из портландцемента, портландцемент типично будет иметь форму очень мелких частиц так, что площадь поверхности частицы более 4000 см2/грамм и типично 5000-6000 см2/грамм, как измерено методом измерения площади поверхности Блейна (ASTM С 204). Из различных признанных классов портландцемента ASTM Типа III портландцемент является наиболее предпочтительным в цементирующем реагирующем порошке цементирующих композиций данного изобретения. Это из-за его относительно более быстрой реакционной способности и развития высокого быстрого твердения.

[0075] В данном изобретении избегается необходимость использования гидравлического цемента, подобного Типу III портландцемента, и относительно быстрое развитие ранней прочности может быть получено с использованием только зольной пыли вместо смесей, содержащих Типа III портландцемент. Другие признанные типы цементов, которые не нужны в композиции данного изобретения, включают Типа I портландцемент или другие гидравлические цементы, включая Типа II портландцемент, белый цемент, шлаковые цементы, такие как цемент из доменного шлака, и пуццолановые смешанные цементы, расширяющиеся цементы, кальция сульфоалюминатные цементы и скважинные цементы.

Кальция алюминатный цемент

[0076] Кальция алюминатный цемент (САС) является другим типом гидравлического цемента, который может формировать компонент смеси реагирующего порошка некоторых вариантов осуществления данного изобретения, когда не требуется более высокая прочность на сжатие, с суспензиями с низким содержанием воды, включающими значительные количества зольной пыли.

[0077] Кальция алюминатный цемент (САС) также обычно называют глиноземным цементом или цементом с высоким содержанием оксида алюминия. Кальция алюминатные цементы имеют высокое содержание оксида алюминия, типичным является приблизительно 36-42 вес.%. Также коммерчески доступны кальция алюминатные цементы с более высокой чистотой, в которых содержание оксида алюминия может достигать 80 вес.%. Такие кальция алюминатные цементы с более высокой чистотой имеют тенденцию к высокой стоимости относительно других цементов. Кальция алюминатные цементы, используемые в композициях некоторых вариантов осуществления данного изобретения, мелко измельчены для облегчения вхождения алюминатов в водную фазу так, что может происходить быстрое формирование эттрингита и других кальция алюминатных гидратов. Площадь поверхности кальция алюминатного цемента, который может быть использован в некоторых вариантах осуществления композиции данного изобретения, будет более 3000 см2/грамм и типично приблизительно 4000-6000 см2/грамм, как измерено методом измерения площади поверхности Блейна (ASTM С 204).

[0078] В мире появились некоторые способы изготовления для производства кальция алюминатного цемента. Типично главными сырьевыми материалами, используемыми при изготовлении кальция алюминатного цемента, являются боксит и известняк. Далее описан один способ изготовления, который использовали в США для производства кальция алюминатного цемента. Бокситную руду сначала дробят и сушат, затем измельчают вместе с известняком. Сухой порошок, включающий боксит и известняк, затем подают во вращающуюся печь. Измельченный низкозольный уголь используют как топливо в печи. В печи происходит реакция между бокситом и известняком, и расплавленный продукт собирается в нижнем конце печи и выливается в желоб, установленный на дне. Расплавленный клинкер гасят с водой для формирования гранулятов клинкера, который затем транспортируют в груду сырья. Такой гранулят затем измельчают до желаемой мелкозернистости для производства окончательного цемента.

[0079] Некоторые кальция алюминатные соединения формируются во время процесса изготовления кальция алюминатного цемента. Преобладающим сформованным соединением является монокальция алюминат (СаО Al2O3, также известный как СА). Другие сформированные кальция алюминатные и кальция силикатные соединения включают 12СаО 7Аl2О3, также известный как С 12А7, CaO 2Al2O3, также известный как СА 2, дикальция силикат (2CaO SiO2, названный C2S), дикальция оксида алюминия силикат (2СаО Al2O3 SiO2, названный C2AS). Также сформированы некоторые другие соединения, содержащие относительно высокую пропорцию оксидов железа. Они включают кальция ферриты, такие как CaO Fe2O3, или CF и 2CaO Fe2O3, или C2F, и кальция алюмоферриты, такие как тетракальция алюмоферрит (4CaO Al2O3*Fe2O3 или C4AF), 6CaO Al2O3 2Fe2O3 или C6AF2 ) и 6CaO 2Al2O3 Fe2O3 или C6A2 F). Другие незначительные составляющие, присутствующие в кальция алюминатном цементе, включают магния оксид (MgO), оксид титана (TiO2), сульфаты и щелочи.

Кальция сульфат

[0080] Различные формы кальция сульфата, как показано ниже, могут быть использованы в данном изобретении для обеспечения сульфат ионов для формирования эттрингита и других кальция сульфоалюминатных гидратных соединений:

[0081] Дигидрат - CaSO4 2h3O (общеизвестный как гипс или природный гипс).

[0082] Гемигидрат - CaSO4 2h3O (общеизвестный как штукатурка, или штукатурный гипс, или просто гипс).

[0083] Ангидрит - CaSO 4 (также известный как безводный кальция сульфат).

[0084] Природный гипс является гипсом с относительно низкой чистотой и является предпочтительным по экономическим соображениям, хотя могут быть использованы более высокочистые сорта. Природный гипс сделан из добытого гипса и измельченного до относительно небольших частиц так, что удельная площадь поверхности составляет более 2000 см2/грамм и типично приблизительно 4000-6000 см2/грамм, как измерено методом измерения площади поверхности Блейна (ASTM С 204). Мелкие частицы легко растворяют и получают гипс, необходимый для формирования эттрингита. Синтетический гипс, полученный как побочный продукт из различных отраслей производства, может быть использован как предпочтительный кальция сульфат в данном изобретении. Другие две формы кальция сульфата, а именно гемигидрат и ангидрит, также могут быть использованы в данном изобретении вместо гипса, т.е. дигидратной формы кальция сульфата.

Соли щелочных металлов лимонной кислоты

[0085] В данном изобретении применение солей щелочных металлов лимонной кислоты, таких как натрия или калия цитрат, дает смеси с относительно хорошей текучестью, которые не застывают слишком быстро, т.е. не застывают быстрее 5-10 минут после смешивания при температурах выше комнатной температуры, в то время как достигается хорошая ранняя прочность на сжатие.

[0086] Дозировка соли щелочного металла лимонной кислоты, например, калия цитрата или натрия цитрата, составляет приблизительно 1,5-6,0 вес.%, предпочтительно приблизительно 1,5-4,0 вес.%, более предпочтительно приблизительно 2,0-3,5 вес.% и наиболее предпочтительно приблизительно 3,5 вес.% на основе 100 частей цементирующих реагирующих компонентов данного изобретения. Таким образом, например, на 100 фунтов цементирующего реагирующего порошка может быть приблизительно 1,5-4,0 общих фунтов калия и/или натрия цитратов. Предпочтительными цитратами щелочных металлов являются калия цитраты и натрия цитраты, а особенно трикалия цитрата моногидрат и тринатрия цитрата моногидрат.

Замедлители схватывания

[0087] Применение замедлителей схватывания как компонента в композициях данного изобретения особенно полезно в ситуациях, где начальные температуры суспензии, используемые для формирования продуктов на основе цемента, являются особенно высокими, типично более 100°F (38°C). При таких относительно высоких начальных температурах суспензии замедлители обеспечивают физическую и химическую реакцию между различными реагирующими компонентами в композициях, приводя к благоприятной характеристике повышения температуры суспензии и поведению быстрого схватывания. Без добавки замедлителей застывание смеси реагирующего порошка данного изобретения может происходить очень быстро, вскоре после добавления воды в смесь. Быстрое застывание смеси, также известное как "ложное схватывание" нежелательно, поскольку оно препятствует надлежащему и полному формированию эттрингита, затрудняет нормальное формирование кальция силиката гидратов на поздних стадиях и ведет к развитию чрезвычайно плохой и слабой микроструктуры отвержденного цементирующего строительного раствора.

[0088] Главная функция замедлителя в композиции заключается в удержании суспензионной смеси от застывания слишком быстро, что, тем самым, обеспечивает синергическое физическое взаимодействие и химическую реакцию между различными реагирующими компонентами. Другие второстепенные эффекты добавки замедлителя в композицию включают снижение количества суперпластификатора и/или воды, необходимых для достижения суспензионной смесью обрабатываемой консистенции. Все из вышеупомянутых эффектов достигаются, благодаря ложному схватыванию суспензии. Примеры замедлителей схватывания, включают борную кислоту, буру, лимонную кислоту, калия тартрат, натрия тартрат и подобное.

[0089] Более того, поскольку замедлители схватывания, предупреждают слишком быстрое застывание суспензионной смеси, их добавка играет важную роль и является инструментом в формировании хороших краев во время процесса изготовления цементной панели. Весовое соотношение замедлителя схватывания к цементирующей смеси реагирующего порошка в целом составляет менее 1,0 вес.%, предпочтительно приблизительно 0,04-0,3 вес.%.

[0090] В данном изобретении выявлено, что использования традиционного замедлителя, подобного лимонной кислоте, виннокаменной кислоте, яблочной кислоте, уксусной кислоте, борной кислоте и т.д., можно избежать с использованием только солей щелочных металлов лимонной кислоты, например, натрия или калия цитрат, и использование этих цитратов щелочных металлов, при отсутствии таких традиционных замедлителей схватывание, обеспечивает хорошую текучесть и препятствует слишком быстрому застыванию бетонной суспензии.

Вторичные неорганические ускорители схватывания

[0091] Как обсуждалось выше, цитраты щелочных металлов главным образом отвечают за обеспечение характеристик чрезвычайно быстрого схватывания, а также прочности на сжатие, цементирующих смесей. Однако в комбинации с цитратами щелочных металлов другие неорганические ускорители схватывания могут быть добавлены как вторичные неорганические ускорители схватывания в цементирующую композицию данного изобретения.

[0092] Ожидается, что добавление таких вторичных неорганических ускорителей схватывания дает только небольшое уменьшение времени схватывания по сравнению с уменьшением, достигнутым добавкой цитрата щелочного металла. Примеры таких вторичных неорганических ускорителей схватывания включают натрия карбонат, калия карбонат, кальция нитрат, кальция нитрит, кальция формиат, кальция ацетат, кальция хлорид, лития карбонат, лития нитрат, лития нитрит, алюминия сульфат, алканоламины, полифосфаты натрия гидроксида, калия гидроксид и подобное. Применение калия гидроксида, натрия гидроксида и кальция хлорида следует избегать, когда возникает проблема коррозии крепежных элементов цементной панели. Вторичные неорганические ускорители схватывания обычно не являются необходимыми. Применение вторичных ускорителей схватывания не является необходимым и не является частью предпочтительной композиции данного изобретения. В случае использования весовое соотношение вторичного неорганического ускорителя схватывания на 100 частей по весу смеси цементирующего реагирующего порошка типично будет менее приблизительно 1,0 вес.%, предпочтительно менее приблизительно 0,25 вес.%. Такие вторичные неорганические ускорители схватывания могут быть использованы отдельно или в комбинации.

[0093] Предпочтительно лития карбонат и калия карбонат не применяются. Другие химические добавки и ингредиенты

[0094] Химические добавки, такие как средства, снижающие содержание воды (суперпластификаторы), могут быть включены в композиции данного изобретения. Они могут быть добавлены в сухой форме или в форме раствора. Суперпластификаторы помогают снижать в смеси потребность воды. Примеры суперпластификаторов включают полинафталинсульфонаты, полиакрилаты, поликарбоксилаты, лигносульфонаты, меламинсульфонаты и подобное. В зависимости от типа используемого суперпластификатора весовое соотношение суперпластификатора (на основе сухого порошка) к смеси реагирующего порошка типично будет приблизительно 2 вес.% или менее, предпочтительно приблизительно 0,1-1,0 вес.%.

[0095] Когда желательно получить облегченные продукты, такие как облегченные цементные панели, средства, захватывающие воздух (вспенивающие средства), могут быть добавлены в композицию для облегчения продукта.

[0096] Средства, захватывающие воздух, добавляют в цементирующую суспензию для формирования пузырьков воздуха (пены) in situ. Средства, захватывающие воздух, типично являются поверхностно-активными веществами, используемыми, чтобы специально захватить микроскопические пузырьки воздуха в бетоне. Альтернативно, средства, захватывающие воздух, используются для внешне полученной пены, которую вводят в смеси композиций данного изобретения во время операции смешивания для снижения плотности продукта. Типично для внешне полученной пены смешивают средство, захватывающее воздух (также известное как жидкое вспенивающее средство), воздух и воду для формирования пены в приемлемом пенообразующем аппарате, а затем пену добавляют в цементирующую суспензию.

[0097] Примеры захватывающих воздух/вспенивающих средств включают алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и алкилэфирные сульфатные олигомеры среди других. Детали общей формулы таких вспенивающих средств можно найти в патенте США 5643510, включенном в данный документ ссылкой.

[0098] Может быть использовано средство, захватывающее воздух (вспенивающее средство), такое как отвечающее стандартам, установленным в ASTM С 260 "Standard Specification for Air-Entraining Admixtures for Concrete" (Aug. 1, 2006). Такие средства, захватывающие воздух, хорошо известны специалисту в данной области и описаны у Kosmatka et al. "Design and Control of Concrete Mixtures," Fourteenth Edition, Portland Cement Association, specifically Chapter 8 entitled, "Air Entrained Concrete," (цитировано в публикации заявки на патент США № 2007/0079733 A1). Коммерчески доступные захватывающие воздух материалы включают винсоловую смолу, сульфированные углеводороды, жирные и смолистые кислоты, алифатические замещенные арилсульфонаты, такие как сульфированные лигниновые соли и ряд других гранично активных материалов, которые обычно принимают форму анионных или неионных поверхностно-активных средств, натрия абиетат, насыщенные или ненасыщенные жирные кислоты и их соли, тензиды, алкил-арил-сульфонаты, фенолэтоксилаты, лигносульфонаты, смоляные мыла, натрия гидроксистеарат, лаурилсульфат, ABS (алкилбензолсульфонаты), LAS (линейные алкилбензолсульфонаты), алкансульфонаты, полиоксиэтиленалкил(фенил) эфиры, полиоксиэтиленалкил(фенил)эфир сульфат сложные эфиры или их соли, полиоксиэтиленалкил(фенил)эфир фосфат сложные эфиры или их соли, протеиновые материалы, алкенилсульфосукцинаты, альфа-олефинсульфонаты, натриевая соль альфа-олефинсульфоната или натрия лаурилсульфат, или сульфонат и их смеси.

[0099] Типично захватывающее воздух (вспенивающее) средство составляет приблизительно 0,01-1 вес.% веса всей цементирующей композиции.

[00100] Другие химические смеси, такие как средства контроля сжатия, окрашивающие средства, средства, модифицирующие вязкость (сгустители), и внутренние отверждающие средства, также могут быть добавлены в композиции данного изобретения, если требуется.

Сетки

[00101] Отдельные армирующие волокна различных типов также могут быть включены в цементирующие композиции данного изобретения. Сетки, сделанные из материалов, таких как покрытые полимером стеклянные волокна, и полимерных материалов, таких как полипропилен, полиэтилен и нейлон, могут быть использованы для армирования продукта на основе цемента в зависимости от его функции и применения. Цементные панели, полученные по данному изобретению, типично армированы сетками, сделанными из покрытых полимером стеклянных волокон.

Наполнители и заполнители

[00102] Тогда как раскрытая цементирующая смесь реагирующего порошка определяет быстро схватывающий компонент цементирующей композиции данного изобретения, специалисту в данной области будет понятно, что другие материалы могут быть включены в композицию в зависимости от ее предназначенного использования и применения.

[00103] Например, для применений цементной панели, желательно получить облегченные панели без неоправданной компрометации желаемых механических свойств продукта. Эта цель достигается добавлением облегченных наполнителей и заполнителей. Примеры полезных облегченных наполнителей и заполнителей включают печной шлак, вулканический туф, пемзу, вспученные формы глины, сланцевую глину и перлит, полые керамические сферы, полые пластические сферы, вспученные пластические гранулы и подобное. Для производства цементных панелей наполнители из вспученной глины и сланцевой глины особенно полезны. Вспученные пластические гранулы и полые пластические сферы, когда используются в композиции, требуются в очень небольшом количестве на основе веса из-за их крайне низкой объемной плотности.

[00104] В зависимости от выбора облегченного наполнителя или заполнителя, весовое соотношение облегченного наполнителя или заполнителя к смеси реагирующего порошка может составлять приблизительно 1/100-200/100, предпочтительно приблизительно 2/100-125/100. Например, для изготовления облегченных цементных панелей весовое соотношение облегченного наполнителя или заполнителя к смеси реагирующего порошка предпочтительно будет составлять приблизительно 2/100-125/100. В применениях, где свойство облегченного продукта не является критическим признаком, речной песок и крупнозернистый наполнитель, обычно используемые в бетонной конструкции, могут быть применены как часть композиции данного изобретения.

Начальная температура суспензии

[00105] В данном изобретении формирование суспензии при условиях, которые обеспечивают начальную высокую температуру суспензии, как выявили, является важным для достижения быстрого схватывания и затвердения цементирующих составов. Начальная температура суспензии должна быть от, по меньшей мере, приблизительно комнатной температуры до приблизительно 35°C. Температуры суспензии в диапазоне 38°C-41°C дают короткое время схватывания. Начальная температура суспензии предпочтительно составляет приблизительно 38°-41°C.

[00106] В общем, в этом диапазоне повышение начальной температуры суспензии увеличивает скорость повышения температуры, когда реакции протекают, и сокращает время схватывания. Таким образом, начальная температура суспензии 95°F (35°C) является предпочтительней, чем начальная температура суспензии 90°F (32,2°C), температура 100°F (37,7°C) является предпочтительней, чем 95°F (35°C), температура 115°F (41,1°C) является предпочтительней, чем 100°F (37,7°С), температура 110°F (40,6°C) является предпочтительней, чем 105°F (41,1°C) и т.д. Полагают, что эффекты увеличения начальной температуры суспензии снижаются, поскольку достигается верхний предел широкого температурного диапазона.

[00107] Как будет понятно специалисту в данной области, достижение начальной температуры суспензии можно выполнить более чем одним способом. Вероятно, наиболее удобным способом является нагревание одного или более из компонентов суспензии. В примерах данного изобретения подаваемая вода нагрета до температуры, такой, что при добавлении в сухие реагирующие порошки и нереагирующие твердые вещества образованная суспензия имеет желаемую температуру. Альтернативно, если требуется, твердые вещества могут быть обеспечены с температурами, выше окружающей. Использование пара для обеспечения нагрева суспензии является другим возможным способом, который может быть принят.

[00108] Хотя потенциально медленнее, суспензия может быть получена при окружающих температурах и сразу (например, за приблизительно 10, 5, 2 или 1 минуту) нагрета до повышения температуры до приблизительно 90°F или выше (или любой из других вышеуказанных диапазонов), и эффекты данного изобретения все еще достигаются.

Изготовление сборных бетонных продуктов, таких как цементные панели

[00109] Сборные бетонные продукты, такие как цементные панели, изготавливают наиболее рационально в непрерывном процессе, при котором смесь реагирующего порошка перемешивают с наполнителями, заполнителями и другими необходимыми ингредиентами с последующим добавлением воды и других химических добавок непосредственно перед помещением смеси в форму или на непрерывную отливающую и формирующую ленту.

[00110] Из-за характеристик быстрого схватывания цементирующей смеси следует оценить, что смешивание сухих компонентов цементирующей смеси с водой обычно будет выполняться непосредственно перед операцией отливания. Как следствие формирования щелочно-алюмосиликатных гидратов, и/или других гидратов алюмосиликатов, и/или кальция алюмосиликатных соединений, бетонный продукт становится жестким, готовым к порезке, обработанным и расположенным друг над другом для дополнительного отверждения.

ПРИМЕРЫ

[00111] Следующие примеры иллюстрируют влияние добавки калия цитрата и натрия цитрата на поведение суспензии при повышении температуры, характеристики схватывания и прочностью на сжатие кубика (CCS) цементирующих композиций данного изобретения, включая смесь портландцемента, класса С зольную пыль и кальция сульфат дигидрат (природный гипс) в качестве компонентов реагирующего порошка.

[00112] Примеси, используемые для активации зольной пыли, такие как калия цитрат, натрия цитрат и факультативные добавки, такие как лимонная кислота, бура, борная кислота, были добавлены к смешивающей воде перед смешиванием с зольной пылью, цементом и любым факультативным облегченным наполнителем.

[00113] Композиции, описанные в данном документе, были комбинированы с использованием весового соотношения наполнителя из вспученной глины к цементу (реагирующий порошок) 0,56:1,0.

[00114] Температуру жидкостей отрегулировали перед смешиванием с цементами для получения определенной температуры смеси. После смешивания в смесителе Хобарта приблизительно 280 грамм смеси поместили в 6 унцевую чашу STYROFOAM и поместили в изолированный бокс STYROFOAM. Температурный ответ измеряли постоянно с использованием компьютеризированного сбора данных, обеспеченного Fluke Corporation, Everett, WA 98203, как части его продукта HYDRA SERIES Portable Datae Acquisition.

[00115] Конечное время схватывания определили с иглами Гилмора согласно процедуре, установленной в ASTM С266. Кубики выдерживали внутри запечатанного пластикового пакета, содержащего влажное полотенце, при температуре 68°C до 3-часового теста, а кубики для 14-дневного теста отвердили в течение 24 часов при 68°C, а затем удалили из инкубатора и дополнительно отвердили при комнатной температуре. В некоторых случаях смеси примера отлили с использованием воды комнатной температуры и кубики выдерживали при комнатной температуре до времени теста. Максимальную нагрузку, необходимую для дробления кубиков, измерили с использованием компрессионного устройства SATEC UTC 120HVL, запрограммированного для соответствия степени нагрузки, определенной в процедуре по ASTM С109.

[00116] рН для некоторых из смесей измерили измельчением образцов с использованием измельчительного устройства FRITSCH после тестовых замеров прочности на сжатие, описанных выше. Использовали только внутреннюю часть образцов дробленого кубика. pH измельченного материала измерили путем получения образца с 1:1 соотношением сухого порошка к воде и тестирования при комнатной температуре с использованием pH-метра Fisher Scientific ACCUMET BASIC AB-15 при взбалтывании раствора при соответствующей скорости до такой консистенции раствора, при которой смешивание произошло. pH зарегистрировали, когда изменения в pH за 1 минуту было не больше 0,02 pH (приблизительно 5 минут).

[00117] Композиции, включенные в Примеры 1-5 комбинировали с использованием весового соотношения воды к реагирующему порошку 0,56/1 и весового соотношения наполнителя из вспученной глины к зольной пыли, цементу и гипсу (реагирующему порошку) приблизительно 0,56/1.

[00118] Температуру жидкостей отрегулировали перед смешиванием с цементами для получения определенной температуры смеси. После смешивания в смесителе Хобарта смесь (приблизительно 280 грамм) поместили в 6 унцевую чашу STYROFOAM и поместили в изолированный бокс STYROFOAM. Температурный ответ измеряли постоянно с помощью компьютерной программы сбора данных. Максимальную степень повышения температуры, а также максимальную температуру и время до максимальной температуры использовали как показания реактивности экспериментальных смесей.

[00119] Начальное и конечное время схватывания определили с иглами Гилмора согласно ASTM С266. Целью было достижение окончательного схватывания за менее чем 10 минут, предпочтительно 5-7 минут, после смешивания. Для тестирования прочности на сжатие кубики (2 дюйма×2 дюйма×2 дюйма) (5,1 см×5,1 см×5,1 см) выдерживали внутри запечатанного пластикового пакета, содержащего влажное полотенце, при температуре 68°С (154°F) до времени теста. Прочность на сжатие 3 кубиков из каждой смеси определили через 5 часов после добавления смешанных жидкостей. Максимальную нагрузку, требуемую для дробления кубиков, измерили с использованием компрессионного устройства SATEC UTC 120HVL, запрограммированного, чтобы отвечать степени нагрузки, определенной процедурой ASTM С109.

[00120] Сырьевыми материалами и ингредиентами, используемыми в этих примерах, были следующие:

[00121] Типа III портландцемент

[00122] Гипс (например, природный гипс)

[00123] Класса С зольная пыль

[00124] Наполнитель из вспученной глины

[00125] Борная кислота

[00126] Бура

[00127] Лимонная кислота

[00128] Натрия цитрат (тринатрия цитрат моногидрат) [00129] Калия цитрат (трикалия цитрат моногидрат) [00130] Калия гидроксид

[00131] В примерах ниже сухие ингредиенты реагирующего порошка и какой-либо используемый наполнитель смешали с водой при условиях, которые обеспечили начальную температуру суспензии выше окружающей. Типично использовали горячую воду, имеющую температуру, которая давала суспензию с начальной температурой в диапазоне 90°-115°F (32-41°C).

[00132] Весовое соотношение воды к реагирующему порошку типично находится в диапазоне 0,2-0,30:1,0, с предпочтительными более низкими весовыми соотношениями 0,2-0,23:1, когда реагирующий порошок состоит, главным образом, из 100 вес.% зольной пыли, а количество портландцемента и гипса минимизировано согласно предпочтительному осуществлению данного изобретения.

[00133] Примеры сообщают схватывание композиции, характеризованной начальным и конечным временем схватывания, как измерили с использованием вышеупомянутых игл Гилмора, определенных в тестовой процедуре ASTM С266, а также высокой начальной прочности на сжатие согласно ASTM С109.

[00134] Пример 1 (смеси 1-8)

[00135] Таблица 1 показывает композиции смесей, содержащих портландцемент Типа III и Класса С зольную пыль в весовых соотношениях 20/100 и различные дозировки натрия цитрата с борной кислотой, бурой или лимонной кислотой. В этих композициях уровень калия гидроксида держали постоянным при 1,8% по весу зольной пыли и портландцемента. В Таблице 1 данные показывают, что увеличение натрия цитрата сокращает конечное время схватывания и увеличивает раннюю прочность на сжатие. Сравнение смесей 1, 3 и 4 с дозировками натрия цитрата 5,4, 10,8 и 16,2 грамма, соответственно, показывает, что конечное время схватывания снизили до 11, 8,1 и 5,5 минут, соответственно. При сравнении прочностей на сжатие (C.S.) через 3 часа (ранняя прочность на сжатие) и через 14 дней смеси 2, 5 и 7, содержащие идентичные количества борной кислоты, но с уровнями натрия цитрата 10,8, 16,2 и 21,8 грамма, соответственно, показали повышенную прочность на сжатие, измеренную через 3 часа и 14 дней, при увеличенном натрия цитрате.

[00136] Данные в ТАБЛИЦЕ 1 также показывают, что эффект натрия цитрата уменьшается в присутствии буры по сравнению с эффектом смесей, содержащих борную кислоту. Сравнивали смеси 6 и 7, содержащие тот же уровень (21,8 г) натрия цитрата, но в случае смеси 6 используется (7,2 г) лимонной кислоты, а в случае смеси 7 используется (7,2 г) борной кислоты, смесь, содержащая лимонную кислоту, обладает немного лучшей 3-часовой прочностью на сжатие, но подобной 14-дневной прочностью на сжатие.

ТАБЛИЦА 1
СмесьНатрия цитрат Борная кислотаБура Лимонная кислотаКОН Время схватыванияПлотность 3-часовая C.S.14-дневная C.S.
(г)(г) (г)(г) (г)(мин)(pcf) (psi)(psi)
15,4 7,219,711,0 117,3698 3594
2 10,87,219,78,8 118,72311 4794
3 10,87,219,78,1 116,31392 5422
4 16,27,219,75,5 119,01163 1886
5 16,27,219,75,5 118,9ЗОЮ 7697
6 16,27,219,7 5,8118,1 50887618
721,87,2 19,76,5 122,64324 7529
8 21,87,219,7 3,7109,9 43303921
г означает граммы.C.S. означает прочность на сжатие.В ТАБЛИЦЕ 1 все композиционные смеси содержали 900 г Класса С зольной пыли, 180 грамм Типа III портландцемента, 250 г воды и 608 грамм облегченного наполнителя из вспученной глины.

[00138] Эффект увеличения содержания натрия цитрата на повышение температуры смеси для смесей с бурой, борной кислотой и лимонной кислотой показан на вычерченных графиках на ФИГ.1 и ФИГ.2. Как можно видеть, на ФИГ.1 смеси с более высокими дозировками натрия цитрата имеют более резкое повышение температуры в течение первых 5-10 минут. На ФИГ.2 отмечено, что смеси, содержащие лимонную кислоту, достигали значительно более высокого повышения температуры (приблизительно 230-230°F) в течение первых 45-90 минут после смешивания. Скорость повышения температуры, как известно в данной области, связана со скоростью реакции и временем схватывания смеси. При визуализации результатов для смесей 6 и 8, содержащих 16,2 и 21,6 грамм натрия цитрата и 7,2 грамм лимонной кислоты, на ФИГ.1 и 2, показано, что эти смеси имеют две отдельные точки склонения при приблизительно 2-3 минутах на ФИГ.1 и при приблизительно 15-30 минутах на ФИГ.2.

[00139] В случае смесей 5 и 7, содержащих то же количество натрия цитрата и борной кислоты вместо лимонной кислоты, вторая точка склонения на ФИГ.2 не так определена, как в смесях 6 и 8. Первый пик реакции, как признано в данной области, связан с окончательной прочностью на сжатие смеси, тогда как, второй пик, как известно, связан с ранней прочностью на сжатие смеси. Такое сравнение показывает, что присутствие лимонной кислоты облегчает вторую реакцию, что коррелирует с относительно более высокими ранними прочностями на сжатие, измеренными для смесей, содержащих лимонную кислоту, по сравнению со смесями, содержащими борную кислоту.

[00140] Пример 2

[00141] Приготовили другой набор смесей, помеченных 1-5. ТАБЛИЦА 2 показывает эти композиции, содержащие 900 грамм Типа III портландцемента, 180 грамм класса С зольной пыли, 250 грамм воды и 608 грамм облегченного наполнителя вспученной глины.

[00142] ТАБЛИЦА 2 показывает композиции, содержащие портландцемент типа III и класса С зольную пыль в весовом соотношении 20/100, содержащие различные уровни калия гидроксида и постоянную дозировку натрия цитрата (16,2 г), поддерживаемую постоянной при 0,67 вес.% и 1,5% (по весу зольной пыли и портландцементного реагирующего порошка), и лимонной кислоты (7,2 г).

[00143] Результаты из ТАБЛИЦЫ 2 показывают, что при повышении содержания калия гидроксида время схватывания уменьшается, а ранняя прочность, а также прочность на сжатие, измеренная через 14 дней, повышаются. Смесь 5 с 19,7 г (1,8 вес.%) калия гидроксида имеет прочность на сжатие через 14 дней 8604 psi и время схватывания, сниженное до 4,0 минут. 3-часовая прочность на сжатие для смеси 3 с 1% калия гидроксида 5072 psi была приблизительно в два раза больше прочности на сжатие 2482 psi для смеси 1, которая содержала 0,32 вес.% калия гидроксида.

[00144]
ТАБЛИЦА 2
Композиции (1), повышение температуры которых показано на Фиг.2
СмесьНатрия цитратЛимонн ая кислота КОНКласса С зольнаяпыль Типа III портландцемент Время схватыванияПлотность Прочность на сжатие Psi
минpcf
1 16,27,23,5 900180 19,6115,02482 5840
2 16,27,2 5,6900180 11,7116,2 40817566
316,27,2 11,2900 1806,0117,5 50726829
416,2 7,215,5900 1805,1 117,150578443
516,2 7,219,7 9001804,0 117,65388 8604
(1) добавили 250 грамм воды и 608 грамм облегченного наполнителя из вспученной глины. Весовое соотношение воды к реагирующему порошку поддерживали при 0,23/1,0.

[00145] Эффект увеличения содержания калия гидроксида на повышение температуры смеси для смесей в ТАБЛИЦЕ 2 показан на графиках на ФИГ. 3 и 4. Как показано на ФИГ. 3, скорость повышения температуры для смесей 1 и 2, содержащих 3,5 г (0,32%) и 5,6 г (0,52%) калия гидроксида, соответственно, была пологой по сравнению с относительно боле резкой скоростью повышения температуры в течение первых 5 минут для смесей 3, 4 и 5, содержащих 11,2 г (1,0%), 15,5 г (1,4%) и 19,7 г (1,8%) калия гидроксида. Скорость повышения температуры коррелирует со скоростью реакции и временем схватывания.

[00146] График на ФИГ. 4 показывает, что увеличение калия гидроксида значительно увеличило повышение температуры приблизительно 205°-210°F в течение 1 часа после смешивания.

[00147] Пример 3 (смеси 1-9)

[00148] ТАБЛИЦА 3 детально показывает композиции с различными весовыми соотношениями портландцемента типа III и класса С зольной пыли, а также различные соотношения воды к реагирующим твердым веществам. Веса калия цитрата, натрия цитрата и лимонной кислоты поддерживали постоянными при 1,8%, 1,5% и 0,67%, соответственно, относительно веса зольной пыли и портландцемента. В каждую смесь добавили 600 грамм облегченного наполнителя из вспученной глины. Как показано в ТАБЛИЦЕ 3, увеличение содержания зольной пыли и снижение содержания воды сократило время схватывания до приблизительно 6 минут и увеличило 3-часовую прочность на сжатие до почти 6000 psi. Также наблюдали, что эффект снижения соотношения воды к цементу имеет более выраженный эффект на прочность на сжатие смесей, содержащих зольную пыль и не содержащих портландцемент.

[00149]

ТАБЛИЦА 3
Все композиции содержат 600 г облегченного наполнителя из вспученной глины, 16,2 г натрия цитрата, 7,2 г лимонной кислоты, 19,7 г КОН
Смесь ВодаКласса С зольнаяпыль Типа III портландцемент Время схватыванияПлотно сть Прочность на сжатие psi
Вес, граммымин pcf3-часовая14-дневная
1280,0 395685 13,0116,43663 8085
2 280,0540 54010,0118,7 521310743
3280,0 6853958,0 112,33809 5905
4 280,0955125 7,0115,9 47519352
5248,0955 1255,8 115,946549133
6216,0 955125 3,8115,53952 7312
7 280,01080 014,0114,8 27578313
8248,0 1080010,5 116,83677 8682
9 216,010800 6,0118,2 59057782

[00150] Пример 4 (смеси 1 -5)

[00151] Сделали другой набор смесей цементирующих композиций с облегченным наполнителем, помеченные Смеси 1-5. Композиции, показанные в ТАБЛИЦЕ 4, содержат различные дозировки калия цитрата или натрия цитрата для смесей, содержащих два различных весовых соотношения зольной пыли и портландцемента.

[00152] Как показано в ТАБЛИЦЕ 4, смеси, такие как 4 и 5, которые содержат только калия цитрат и не содержат калия гидроксид или лимонную кислоту, достигали конечного времени схватывания в диапазоне приблизительно 5 минут и имели 3-часовую прочность на сжатие 6000-7800 psi, что составляет более 60% прочности свыше 10000 psi, достигнутой через 14 дней. При сравнении смесей 4 и 3 отмечено, что смесь 4 со 100 вес.% зольной пыли и без портландцемента имела более высокую прочность на сжатие 7823 psi по сравнению с 5987 psi для смеси 3, которая содержала 86,4% зольной пыли и 11,6% портландцемента. Обе смеси 3 и 4 имели содержание калия цитрата 4,0 вес.% по общему весу зольной пыли и портландцементного реагирующего порошка.

[00153] В случае смесей 3 и 5 температуру воды смеси снизили до 35°C по сравнению с 75°C для предотвращения мгновенного схватывания. Кубики, тестированные через 14 дней, выдерживали при 65°C в течение периода 24 часов, а затем выдерживали при комнатной температуре до времени теста. Весовое соотношение воды к реагирующему порошку поддерживали при 0,2/1,0 для всех из смесей.

[00154] Применение портландцемента при таких тестовых условиях дало растворы с более низкой прочностью на сжатие, когда дозировку калия цитрата увеличили. Например, смесь 3 с 4,0 вес.% калия цитрата имела прочность на сжатие 5987 psi по сравнению с 6927 psi, измеренной для смеси 5, которая содержала только 2,5 вес.% калия цитрата. Существует дополнительная прочность на сжатие, увеличенная после 3-часовой прочности и 14-дневной прочности до более 10000 psi.

[00155] Данные в ТАБЛИЦЕ 4 показывают, что конечное время схватывания 4,8-5,1 минут может быть достигнуто с прочностями на сжатие в диапазоне от более 5900 до более 7800 psi, может быть получено согласно данному изобретению, без необходимости использования калия гидроксида.

ТАБЛИЦА 4
Все композиции содержат 600 г облегченного наполнителя из вспученной глины и 216 г воды
Смесь Натрия цитратКалия цитратКласса С зольная пыль Типа III портландцементВремя схватывания (мин)Плотность pcf Прочность на сжатие Psi
Вес, г 3-часовая 14-дневная
1 16,238,01080 05,0 115,060919138
216,2 26,71080 05,1116,9 63707114
30,0 42,9955125 4,8117,4 59878735
40,042,9 10800 4,9117,87823 10442
5 0,026,7 9551255,0 119,46927 10353

[00157] График на ФИГ.4 показывает, что смеси с калия цитратом или натрия цитратом достигали относительно высоких температур в течение первых нескольких минут, подобно смесям, которые содержали калия гидроксид и лимонную кислоту в предыдущих примерах.

[00158] Пример 5 (смеси 1-7)

[00159] Сделали другой ряд смесей 1-7 облегченных цементирующих композиций. Смеси в этом примере содержат натрия или калия цитрат без калия гидроксида. Использованная в смеси вода в количестве 216 г имела комнатную температуру 24°C по сравнению с 75°C водой, использованной в большинстве предыдущих примеров. Результаты, показанные в ТАБЛИЦЕ 5, показывают, что смеси могут достигать относительно высоких прочностей на сжатие без потребности горячей воды. Смеси 1-5 содержат весовые соотношения зольной пыли и портландцемента 88,4:11,6, тогда как смеси 6 и 7 имеют весовые соотношения зольной пыли к портландцементу 63,4:36,6 и 75,6:24,1, соответственно.

[00160] Как показано в ТАБЛИЦЕ 5, смеси 1-2 с калия цитратом или смеси 3-5 с натрия цитратом достигли конечного времени схватывания за 5-8 минут и о-часовых прочностей на сжатие в диапазоне от 5268 до свыше 5757 psi. Следует отметить, для смесей 3-5, которые содержат 11,6 вес.% портландцемента, нет эффекта от увеличения содержания калия цитрата выше 2,4 вес.%. Весовое соотношение воды ко всему реагирующему порошку составляло 0,2/1,0.

[00161] Конечное время схватывания для смесей 6 и 7, содержащих зольную пыль и гипс, увеличилось до 16-20 минут, а 3-часовая прочность на сжатие значительно снизилась с увеличенными количествами гипса до 3352 psi и 4271 psi, соответственно. Это предполагает наихудшее взаимодействие между гипсом, зольной пылью и калия цитратом. В меньшей степени данные 14-дневной прочности на сжатие также были снижены с увеличенными количествами гипса.

[00162]

ТАБЛИЦА 5
Композиции*, используемые в Примере 5
СмесьНатрия цитрат Калия цитратВода Класса С зольная пыльТипа III портландцемент ГипсВремя схват ывани яПлотность Прочность на сжатие psi
Вес, граммы минpcf3-часовая 14-дневная
1016,2 216,0955 125нет данных нет данныхнет данных нет данных
2 026,2216,0 955125 6,5116,6 575710286
321,2 0216,0955 1258,0115,3 52687762
426,2 0216,0955 1255,0118,6 563110957
542,4 0216,0955 1254,1117,7 556211120
642,4216,0 6850 39519,5 113,933527620
742,4216,0 8200 26016,0 115,842718233
*добавили 600 г облегченного наполнителя вспученной глины

[00163] График на ФИГ. 5 показывает повышение температуры для смесей, которые не содержат калия гидроксид и в которых использовалась вода при комнатной температуре, смеси с калия цитратом и натрия цитратом все еще достигали относительно высокой температуры в течение первых нескольких минут.

[00164] Пример 6

[00165] Этот пример суммирует эффект добавления портландцемента и/или тонкой кремнеземной пыли на прочность на сжатие композиций на основе зольной пыли/калия цитрата. Весовое соотношение воды ко всему реагирующему порошку поддерживали при 0,23/1,0. ТАБЛИЦА 6 показывает конечное время схватывания, плотность, прочность на сжатие для таких смесей. ТАБЛИЦА 6 показывает, что плотности для таких смесей находятся в диапазоне 112-117 pcf. Данные, включенные в ТАБЛИЦУ 6, показывают, что смесь 4, содержащая 100% зольной пыли и ноль процентов портландцемента или тонкой кремнеземной пыли, имела 3-часовую прочность на сжатие, которая была на 20% выше по сравнению со смесями 1-3, которые содержали приблизительно 83% зольной пыли и приблизительно 17% смеси портландцемента и тонкой кремнеземной пыли. Данные 14-дневной прочности на сжатие показывают приблизительно на 30-40% более высокую прочность на сжатие для смеси 4 со 100% зольной пыли.

[00166]

ТАБЛИЦА 6
Композиции, описанные в Примере 6 с 600 граммами облегченного наполнителя вспученной глины и 250 г воды
СмесьК цитрат Класса С зольная пыльПортландцемент Тонкая кремнеземная пыль ПлотностьОкончательное схватывание 3-часовая CCS14-дневная CCS
вес. граммы pcfмин psipsi
143,2900 1800 111,54,53458 8296
2 43,2900 15030116,7 6,55133 7320
3 43,2870180 30116,9 6,050768741
443,2 10800 0117,19,5 421710570

[00167] Пример 7

[00168] Пять смесей, показанных в ТАБЛИЦЕ 7, получили для тестирования pH. Смеси 1-3 не содержали тонкую кремнеземную пыль или гипс и имели более высокие 3-часовую и 14-дневную прочности на сжатие, чем смесь 4, которая содержала портландцемент и гипс, а также смесь 5, которая содержала тонкую кремнеземную пыль. pH смесей 1-3 составил приблизительно 12,7-12,8. Смесь 4, которая содержала зольную пыль и гипс в весовом соотношении 63,4-36,6, имела pH приблизительно 11, а смесь 5 с весовым соотношением зольной пыли к тонкой кремнеземной пыли 94,4-5,6 также имела относительно низкий pH 11,5. Весовое соотношение воды ко всему реагирующему порошку поддерживали при 0,20/1,0.

[00169] Таким образом, в композициях, в которых pH обращает больше внимания, чем прочность на сжатие, таких как бетон, армированный стекловолокном, смеси зольной пыли с гипсом или тонкой кремнеземной пылью могут быть использованы для обеспечения продуктов с более низким pH.

ТАБЛИЦА 7
Композиции, содержащие 600 грамм (г) облегченного наполнителя вспученной глины и 216 г воды
СмесьК цитрат Na цитратКласса С зольная пыль портландцементТонкая кремнезе мная пыль ГипсpH Время схватыванияПрочность на сжатие psi
гг гг ггмин.3-часов ая14-дневная
126,2955125 12,786,5 575710286
242,4955 12512,814,1 556211120
326,2955 12512,715,0 563110957
442,4 685395 39511,09 19,53352 7620
5 26,210200 6011,528,8 48788686

[00171] Пример8

[00172] Детали составов, использованных в этом примере, включены в ТАБЛИЦУ 8. Для этих смесей соотношение зольной пыли к портландцементу варьировало по дозировке калия цитрата 3,5% (по весу зольной пыли плюс портландцемента), а соотношение воды к цементирующим материалам (вода: зольная пыль+портландцемент) составляло 0,26 для смесей 1-4 и 0,30 для смесей 5-8. Результаты прочностей на сжатие четко показывают, что более высокие количества зольной пыли увеличивали 3-часовые прочности на сжатие.

[00173] Кроме того, кривые повышения температуры, измеренной для смесей 4-7, показаны на ФИГ.6. ФИГ.6 показывает, что температура стала в течение первых 15 минут более высокой, поскольку содержание зольной пыли повысилось, и количество портландцемента снизилось при таком же соотношении воды к реагирующему порошку. Данные измеряли постоянно и нанесли на график при 1-минутных интервалах для ясности в представлении точек данных.

[00174]

ТАБЛИЦА 8
Композиции, описанные в Примере 8 с добавлением в каждую смесь 600 г облегченного наполнителя вспученной глины
СмесьВода W/(FA+PC)Калия цитрат Класса С зольная пыльПортландцемент Время схватыванияПлотность Прочность на сжатие Psi
ггг гмин pcf3-часовая14-дневная
1280 0,2637,8 54054027 118,83382 7890
2 2800,2637,8 685395 19119,04144 9214
3 2800,26 37,8955125 7,5117,0 411610884
43240,30 37,8395 68537120,0 223610393
5324 0,3037,8540 54026 117,332139191
6324 0,3037,8 68539518 116,43100 8085
7 3240,3037,8 955125 10,5116,03241 9243

[00175] Пример 9

[00176] Детали составов, использованных в этом примере, включены в ТАБЛИЦУ 9. Сюда включены два набора результатов. Для первых четырех смесей добавили только зольную пыль без какого-либо портландцемента, и соотношение воды к зольной пыли варьировало от 0,26 до 0,17 с дозировкой калия цитрата, поддерживаемой постоянной при 4% (по весу зольной пыли). Результаты для прочностей на сжатие показывают, что снижение содержания воды значительно повысило 3-часовые прочности на сжатие.

[00177] Второй набор результатов включает смеси 5-7, которые содержат смесь зольной пыли и портландцемента. Для смесей 5-7 прочность на сжатие понижалась, когда количество зольной пыли понижали, а количество портландцемента повышали. Кроме того, конечное время схватывания для смесей с портландцементом падало ниже 5 минут, что показывает мгновенное схватывание.

[00178] ФИГ.7 показывает повышение температуры для смесей 1-4 в этом примере. ФИГ.7 показывает, что для смесей, содержащих зольную пыль без портландцемента, снижение содержания воды повышает максимальную температуру.

[00179] ФИГ.8 показывает повышение температуры для смесей 3, 5, 6 и 7. ФИГ.8 показывает, что увеличение портландцемента добавляет вторую точку склонения к температурному ответу, который далее повышает скорость повышения температуры приблизительно 30 минут после прекращения реакции.

[00180] Повышение температуры, которое сопровождает смеси с более низким содержанием воды, коррелирует с более высокими прочностями на сжатие. В противоположность, повышение температуры, полученное с повышением портландцемента, не дает повышенные прочности на сжатие. Поэтому другой механизм отвечал за развитие прочности смесей, содержащих зольную пыль и портландцемент, по сравнению со смесями, содержащими только зольную пыль.

ТАБЛИЦА 9
Композиции Примера 9, содержащие 600 г облегченного наполнителя из вспученной глины и 43,2 г калия цитрата
СмесьВодаW/(FA+РС) Класса С зольнаяпыль ПортландцементВремя схватывания ПлотностьПрочность на сжатие psi
граммыграммыграммы мин.pcf 3-часовая14-дневная
1280 0,2610800 7,1118,7 31817282
2248,40,23 10800 6,5115,83617 9322
3 2160,20 108006,3 117,05924 10091
4 183,60,171080 06,0 119,4719112702
5 2160,20955 1254,0 118,7571212732
6216 0,20820 2604,5119,3 524711277
7216 0,20685395 4,5118,9 43799450

[00182] Пример 10

[00183] Детали составов, использованных в этом примере, включены в ТАБЛИЦУ 10. Для этих смесей добавили только зольную пыль без какого-либо портландцемента. Дозировка калия цитрата варьировала от 2% до 6% (по весу зольной пыли), и соотношение воды к зольной пыли поддерживали постоянным при 0,20. Результаты в ТАБЛИЦЕ 10 показывают, в общем, что прочности на сжатие смесей зольной пыли повысились, когда увеличили дозировку калия цитрата. Повышение 3-часовой прочности устанавливается на постоянном уровне при 5 вес.%, со смесью с 5 вес.% калия, достигая сопоставимой 3-часовой прочности со смесью с 6 вес.% калия цитрата. 14-дневная прочность на сжатие появляется до пика при приблизительно 3,0-4,0 вес.%.

ТАБЛИЦА 10
Композиции Примера 10, содержащие 600 г облегченного наполнителя вспученной глины и не содержащие портландцемент
Смесь ВодаW/(FA) Класса С зольная пыль Прочность на сжатие Psi
Время схватыванияПлотность
Калия цитрат
граммыграммывес. %граммымин. pcf3-часовая 14-дневная
1 2160,2021,6 2,01080 10,0120,02430 10284
2 2160,20 32,43,01080 7,0121,1 426011872
32160,20 43,24,0 10806,5120,8 511111789
4216 0,2054,05,0 10805,0 119,756929857
5216 0,2064,8 6,010805,5 117,55659 10621

[00185] ФИГ. 9 показывает повышение температуры для смесей с различными дозировками калия цитрата с использованием только зольной пыли без портландцемента. Эти данные показывают, что добавление калия цитрата значительно повышает скорость повышения температуры смеси на основе зольной пыли. Однако, достигаемые максимальные температуры относительно более низкие, чем у смесей, содержащих портландцемент, обсуждаемых в предыдущих примерах.

[00186] Хотя описаны предпочтительные варианты осуществления для реализации данного изобретения, специалисту в данной области, к которому адресуется данное описание, будет понятно, что модификации и дополнения могут быть сделаны без отступления от идеи и объема данного изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения облегченной цементирующей смеси, имеющей улучшенную прочность на сжатие и устойчивость к воде, включающий:смешиваниеводы,цементирующего реагирующего порошка,соли щелочного металла лимонной кислоты в качестве ускорителя схватывания иоблегченного наполнителя,где весовое соотношение воды к реагирующему порошку составляет приблизительно 0,17-0,35:1,0, реагирующий порошок включает 75-100 вес.% зольной пыли содержащей, по меньшей мере 50 вес % зольной пыли класса С и 0-25 вес.% гидравлического цемента и/или гипса,при этом схватывание цементирующей смеси достигается в течение от 4 до 6 минут смешивания композиции без добавления замедлителя схватывания.

2. Способ по п.1, где реагирующий порошок включает 88,5-100% зольной пыли от веса реагирующего порошка, не включает гидравлический цемент и не включает гипс.

3. Способ по п.1, где начальная температура смеси составляет приблизительно 24°С-41°С.

4. Способ по п.1, где реагирующий порошок включает 10-40 вес.% извести.

5. Способ по п.1, где соль щелочного металла лимонной кислоты находится в количестве приблизительно 1,5-6 вес.% на основе веса цементирующего реагирующего порошка.

6. Способ по п.1, где цементирующий реагирующий порошок дополнительно включает тонкую кремнеземную пыль.

7. Способ по п.1, где цементирующий реагирующий порошок и вода присутствуют в весовом соотношении приблизительно 0,20-0,23:1 части по весу воды к реагирующему порошку.

8. Композиция для получения облегченной цементной панели, включающая смесь:цементирующего реагирующего порошка;соли щелочного металла лимонной кислоты в качестве ускорителя схватывания для реагирующего порошка;облегченного наполнителя иводы,где соотношение воды к твердым веществам цементирующего реагирующего порошка в смеси составляет приблизительно 0,17-0,35:1,реагирующий порошок включает 75-100 вес.% зольной пыли, содержащей, по меньшей мере 50 вес.% зольной пыли класса С и 0-25 вес.% гидравлического цемента и/или гипса,при этом композиция характеризуется тем, что схватывание смеси достигается в течение от 4 до 6 минут смешивания композиции без добавления замедлителя схватывания.

9. Композиция по п.8, где смесь включает приблизительно 1,5-6,0 вес.% на основе веса цементирующего порошка, по меньшей мере, одной соли щелочного металла лимонной кислоты, выбранной из группы, включающей натрия цитраты, калия цитраты и их смеси.

10. Композиция по п.8, где смесь включает приблизительно 1,5-4,0 вес.% на основе веса цементирующего порошка, по меньшей мере, одной соли щелочного металла лимонной кислоты, выбранной из группы, включающей натрия цитраты, калия цитраты и их смеси.

www.freepatent.ru

Борная кислота - это... Что такое Борная кислота?

Общие Физические свойства Термические свойства Химические свойства Классификация Безопасность
Борная кислота
Систематическое наименование Ортоборная кислота
Химическая формула h4BO3
Состояние (ст. усл.) твёрдое
Отн. молек. масса 61,83 а. е. м.
Молярная масса 61,83 г/моль
Плотность 1,435 (15 °C) г/см³
Температура плавления 170.9 °C, 444 K, 340 °F °C
Температура кипения 300 °C, 573 K, 572 °F °C
pKa 9,24 (I), 12,74 (II), 13,80 (III)
Растворимость в воде 2.52 (0 °C)

4.72 (20 °C)5,74 (25 °C)19.10 (80 °C)27.53 (100 °C) г/100 мл

Рег. номер CAS 10043-35-3
Токсичность

Бо́рная кислота́ (ортоборная кислота) — слабая кислота, имеющая химическую формулу h4BO3.

структура плоского слоя в ортоборной кислоте

Бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек без запаха, имеет слоистую триклинную решетку, в которой молекулы кислоты соединены водородными связями в плоские слои, слои соединены между собой межмолекулярными связями (d= 0,318 нм).

Метаборная кислота (HBO2) также представляет собой бесцветные кристаллы. Она существует в трех модификациях — наиболее устойчивой γ-НВО2 с кубической решеткой, β-НВО2 с моноклинной решеткой и α-НВО2 с ромбической решеткой.

При нагревании ортоборная кислота теряет воду и сначала переходит в метаборную кислоту, затем в тетраборную h3B4O7. При дальнейшем нагревании обезвоживается до борного ангидрида.

Водные растворы борной кислоты являются смесью полиборных кислот общей формулы Н3m-2nВmО3m-n.

Свойства

Борная кислота проявляет очень слабые кислотные свойства. Она сравнительно мало растворима в воде. Ее кислотные свойства обусловлены не отщеплением протона Н+, а присоединением гидроксильного аниона:

Ka = 5.8·10−10 моль/л; pKa = 9.24.

Она легко вытесняется из растворов своих солей большинством других кислот. Соли ее, называемые боратами, производятся обычно от различных полиборных кислот, чаще всего — тетраборной Н2В4О7, которая является значительно более сильной кислотой, чем ортоборная. Очень слабые признаки амфотерности B(OH)3 проявляет, образуя малоустойчивый гидросульфат бора В(HSO4)3.

При нейтрализации ортоборной кислоты щелочами в водных растворах не образуются ортобораты, содержащие ион (ВО3)3−, поскольку ортобораты гидролизуются практически полностью, вследствие слишком малой константы образования [В(ОН)4]−. В растворе образуются тетрабораты, метабораты или соли других полиборных кислот:

Избытком щелочи они могут быть переведены в метабораты:

Мета- и тетрабораты гидролизуются, но в меньшей степени (реакции, обратные приведенным).

В подкисленных водных растворах боратов устанавливаются следующие равновесия:

Наиболее распространенной солью борной кислоты является декагидрат тетрабората натрия Na2B4O7·10h3O (техническое название — бура).

При нагревании борная кислота растворяет оксиды металлов, образуя соли.

Со спиртами в присутствии концентрированной серной кислоты образует эфиры:

Образование борнометилового эфира В(ОСН3)3 является качественной реакцией на Н3ВО3 и соли борных кислот, при поджигании борнометиловый эфир горит красивым ярко-зеленым пламенем.

Нахождение в природе

В природе свободная борная кислота встречается в виде минерала сассолина, в горячих источниках и минеральных водах.

Применение

См. также

Примечания

Литература

  • Карапетьянц М. Х. Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия 1994
  • Реми Г. «Курс неорганической химии» М.: Иностранная литература, 1963
  • Прозоровский. В. КОВАРНАЯ БОРНАЯ КИСЛОТА. Журнал «Наука и жизнь» № 11, 2003 год

dal.academic.ru

Кислота борная | справочник Пестициды.ru

Физические и химические свойства

Борная (ортоборная) кислота (вещество) – бесцветные кристаллы со слоистой кристаллической решеткой. Плотность – 1,46 г/м3. Примедленном нагревании ортоборная кислота при 107,5 °C превращается в метаборную кислоту (HBO2), при 160°C – в оксид бора (B2O3).

  • Температура плавления – 170,9 °C.
  • Растворимость в воде по массе составляет:
    • при 0°C – 2,60 %,
    • при 20°C – 4,8 %,
    • при 50°C – 10,35 %,
    • при 100°C – 28,7 %.
  • Растворимость в глицерине по массе при 25°C – 19,48 %.
  • Растворимость по массе:
    • в метаноле – 21 %,
    • в этаноле – 11,2 %,
    • ацетоне – 0,65 %.

Вжидком аммиаке практически нерастворима.

Борная кислота относится к слабым кислотам. Кислотные свойства в водном растворе обуславливает образование положительно заряженных ионов водорода по реакции:

h4BO3 + h3 → (B(OH)4)– + H+

Помере увеличения концентрации борной кислоты в растворе образуются полиборатные анионы: (B3O3 (OH)4)– или (B4O5 (OH)4)2-. Со спиртами и полиолами в присутствии серной кислоты, борнаякислота образует эфиры, а в присутствии щелочей – комплексные соединения.

Борная кислота впервые получена в 1702 году В. Гомбергом из буры. В природе борная кислота встречается в виде минерала сассолина, атакже в термальных водах, природных рассолах.[7]

Борная кислота, техническая марка В (применяется как удобрение) – мелкий кристаллический сыпучий порошок белого цвета. Постепени воздействия на организм относится к умеренно опасным веществам. В зависимости от сортности массовая доля серной кислоты – 99,6–98,6 %. Массовая доля примесей (тяжелых металлов, железа, хлоридов, сульфатов, кальция, мышьяка, фосфатови других веществ) незначительна.[1]

Удобрения, содержащие Борную кислоту

Применение

Сельское хозяйство

Борная кислота применяется в качестве микроудобрения для повышения плодородия почвы путем увеличения содержания в ней бора и его соединений,[2] а также как борный компонент в комплексных удобрениях.[5]

Промышленность

Борная кислота используется для производства специального стекла, эмалей, цементов, флюсов, косметическихи моющих средств, огнезащитных составов, как ингибитор коррозии, реагентв фотографии, как дезинфицирующее и консервирующее средство, а также при производстве других борсодержащих соединений.[7]

Поведение в почве

Борная кислота при попадании в почву легко переходит в почвенный раствор, образуя различные анионы: BO2-, B4O72-, BO33-, h3BO3-, B(OH)4-.

Обычнов почве присутствуют либо недиссоциированные молекулы борной кислоты, либо B(OH)4-. Только при pH выше 7 в почвенном растворе присутствуют h3BO3-, B4O72-. Бор сильно сорбируется почвами. Анионы бора хорошо удерживаются глинами, особенно минералами группы иллита, полуторными оксидами, органическим веществом.

Преобладающие механизмы в кислых и нейтральных почвах – адсорбция бора кислородными и гидроксильными радикалами на поверхности алюмосиликатов и путем включения в их межслоевые или структурные позиции.

Варидных географических зонах с малым увлажнением, где земледелие возможно только при искусственном орошении, боросаждается совместно с гидроксидами Mg и Ca, которые обволакивают частицы почвы. Кроме того, бор в почвенном растворе образует метаборат натрия.

Среди микроэлементов питания бор является самым подвижным в почве. Его наличие и передвижение сильно зависит от потока воды, даже в холодных климатических зонах бор вымывается вниз по почвенному профилю. В то же время в почвах тропической гумидной зоны, аридныхи семиаридных областей бор концентрируется в поверхностных горизонтах.[3]

Применение на различных типах почв

Дерново-подзолистые, дерново-глеевые, красноземные, перегнойно-карбонатныепочвы, выщелоченные черноземы, сероземы, торфянистые почвы больше всего нуждаются в применении борной кислоты. Особенно высока эффективность борных удобрений на дерново-глеевых и известкованных дерново-подзолистых почвах. Объясняется это тем, что при известкован и и почв бор переходит в труднодоступную для растений форму. Частично он закрепляется биологическим путем, поскольку после известкования биологические процессы усиливаются.

На легких почвах потребность в применении борной кислоты проявляется при содержании бора 0,2 мг/кг почвы.

На суглинистых почвах борную кислоту применяют при содержании бора 0,3 мг/кг почвы.[4]

Способы внесения

Борная кислота используется для некорневых подкормок, а также для предпосевной обработки семян различных сельскохозяйственных растений.[8]

Влияние на сельскохозяйственные культуры

На сельскохозяйственные растения негативно влияет как недостаток, таки избыток бора в почве. Недостаток бора вызывает различные болезни: сухую гниль, коричневую гниль, дуплистость, бактериоз, нарушение оплодотворения и прочее.

Высокие дозы бора вызывают у растений токсикоз, ожог нижних листьев, краевой некроз; листья желтеют, отмираюти опадают.

Содержание бора в подвижной форме свыше 30 мг/ кг почвы становится причиной тяжелых заболеваний не только растений, но и животных.

Зерновые культуры страдают от избытка бора при его содержании 0,7–8,8 мг/кг почвы.

Люцерна и свекла переносят концентрацию бора более 25 мг/кг почвы.

Высокая обеспеченность растений кальцием и фосфором повышает потребность в борной кислоте.

Картофель особенно нуждается во внесении борной кислоты в условиях известкования кислых подзолистых почв. При внесении бора в данных условиях полностью устраняется заболевание картофеля паршой.

Корнеплоды. Внесение борной кислоты на известкованных почвах устраняет заболевание гнилью сердечка.

Клевер, люцерна, гречиха, кукуруза, зерновые, бобовые, виноград, яблоня положительно отзываются на внесение борных удобрений.[4]

Семенник и многолетних бобовых трав положительно отзываются на внесение борной кислоты,особенно на произвесткованных дерново-подзолистыхпочвах.[8]

Получение

Борную кислоту получают несколькими способами:

  • Добывают из фумарол – струй газов и паров, выделяющихсяиз земных расщелин. Пары направляют в бассейн с водой, при испарении которой на дно выпадают кристаллы борной кислоты. Оставшийся раствор концентрируют и медленно охлаждают. Полученную сырую борную кислоту подвергают кристаллизации для удаления примесей.
  • При обработке буры кислотами. При этом можно использовать серную, соляную и сернистую кислоты. В последнем случае через раствор или водную суспензию минерала, содержащего буру, пропускают SO2:

Na2B4O7 + h3SO4 + 5h3O → 4h4BO3 + Na2SO4

  • При обработке магниевых боратов серной, соляной, азотной или фосфорной кислотой.
  • При обработке датолита и сопутствующих ему минералов серной кислотой.[6]

 

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

ГОСТ 18704 -78 Кислота Борная. Государственный стандарт. Технические условия. Издание официальное. Издательство стандартов. Москва, 1993 г– 33 с.

2.

Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2011 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)

3.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

4.

Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).

5.

Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.

6.

Позин М.Е и др.  Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч1, издание  4-е исправленное, Л., Издательство Химия, 1974 – 798 стр.

7.

Химическая энциклопедия:  в пяти томах: т.1: А-Дарзана/Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – 623.: ил

8.

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под редакцией Б.А. Ягодина.– М.: Колос, 2002.– 584 с.: ил (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

www.pesticidy.ru


Смотрите также