Геополімерна композиція зі стабільними розмірами та спосіб

Реферат: Запропонований спосіб одержання геополімерних в'яжучих композицій для одержання в'яжучих продуктів, таких як бетон, збірні конструкційні елементи та панелі, будівельний розчин, матеріали для ямкового ремонту і т. ін. Геополімерні в'яжучі композиції, згідно з деякими варіантами реалізації одержують шляхом змішування синергічної суміші термоактивованого алюмосилікатного мінералу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфату кальцію та хімічного активатора з водою. UA 114510 C2 (12) UA 114510 C2 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ [01] Даний винахід стосується загалом в’яжучих композицій, що містять геополімери на основі алюмосилікатів, які можна використовувати для ряду застосувань. Зокрема, винахід стосується загалом вказаних в’яжучих композицій, що забезпечують властивості, які є бажаними з точки зору часу тужавлення, розмірної стабільності в екзотермічних умовах, зниженої загальної усадки матеріалу при твердінні, та інші бажані властивості. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ [02] У патенті США №6572698, автор Ко (Ko), запропонований активований алюмосилікатний зв’язуючий матеріал, що містить алюмосилікати, сульфат кальцію та активатор, що містить солі лужних металів. Алюмосилікати вибрані з групи, що складається з доменного шлаку, глини, вапнистої глини та промислових відходів, таких як зольний пил, та мають вміст Al2O3 більше 5% мас. Доменний шлак є присутнім у кількості менш ніж 35% мас., і до суміші додають цементий пил (CKD) у кількості від 1 до 20% мас. як активатор. [03] У патенті США №4488909, автори Галер та ін. (Galer et al.), обговорюють в’яжучі композиції, що містять портландцемент, цемент з високим вмістом оксиду алюмінію, сульфат кальцію та вапно. В’яжуча композиція включає портландцемент, цемент з високим вмістом оксиду алюмінію, сульфат кальцію та вапно. Можна додавати пуцолани, такі як зольний пил, монтморилонітова глина, діатомова земля та пуміцит, у кількості до приблизно 25%. Цементна композиція включає приблизно від 14 до 21 масс.% цементу з високим вмістом оксиду алюмінію. [04] У патенті США №6869474, автори Перес-Пенья та ін. (Perez-Pena et al.) обговорюють в’яжучі композиції для одержання продуктів на цементній основі, таких як цементні плити. Цього добиваються шляхом додавання алканоламіну в гідравлічний цемент, такий як портландцемент, та утворення суспензії з водою в умовах, що забезпечують початкову температуру суспензії, яка становить принаймні 90 °F (32 °С). Можна включати додаткові реакційноздатні матеріали, такі як цемент з високим вмістом оксиду алюмінію, сульфат кальцію та пуцолановий матеріал, такий як зольний пил. [05] У патенті США №7670427, автори Перес-Пенья та ін., обговорюють надзвичайно швидке тужавлення в’яжучих композицій, що мають міцність на стиснення на ранній стадії твердіння, для одержання продуктів на цементній основі, таких як цементні плити, якого добиваються шляхом додавання алканоламіну та фосфату до гідравлічного цементу, такого як портландцемент, та одержання суспензії з водою в умовах, що забезпечують початкову температуру суспензії, яка становить принаймні 90 °F (32 °С). Можна включати додаткові реакційноздатні матеріали, такі як цемент з високим вмістом оксиду алюмінію, сульфат кальцію та пуцолановий матеріал, такий як зольний пил. [06] В опублікованій заявці на патент США №2010-0071597 А1, автор Перес-Пенья, запропоновані суміші, у яких зольний пил та солі лужних металів та лимонної кислоти, такі як цитрат натрію, застосовують для одержання бетонних сумішей. Можна застосовувати гідравлічний цемент та гіпс у кількості до 25 % мас. суміші, хоча їх використання і не є кращим. Зв’язуючі матеріали на основі активованого зольного пилу згідно з вказаною заявкою можуть взаємодіяти з традиційними пінотвірними системами, застосовуваними для залучення повітря, з утворенням тим самим легких плит. [07] У патенті США №5536310, автори Брук та ін. (Brook et al.), запропонована в’яжуча композиція, що містить 10-30 масових часток (м.ч.) гідравлічного цементу, такого як портландцемент, 50-80 м.ч. зольного пилу та 0,5-8,0 м.ч. вільної карбонової кислоти, такої як лимонна кислота, або її солі з лужними металами, например, цитрату трикалію або цитрату тринатрію, разом з іншими традиційними домішками, включаючи уповільнювачі тужавлення, такі як борна кислота або бура. [08] У патенті США №6641658, автор Дубі (Dubey), запропонована в’яжуча композиція на основі портландцементу, що містить 35-90% портландцементу, 0-55% пуцоланів, 5-15% цементу з високим вмістом оксиду алюмінію та від 1 до 8% нерозчинної ангідритної форми сульфату кальцію замість традиційного розчинного природного гіпсу/гіпсу для збільшення виділення теплоти та зменшення часу тужавлення, навіть незважаючи на використання великих кількостей пуцоланів, наприклад, зольного пилу. В’яжуча композиція може включати легкі агрегати та наповнювачі, суперпластифікатори та домішки, такі як цитрат натрію, застосовуваний як уповільнювач тужавлення. [09] У патенті США №7618490 В2, автори Накасима та ін. (Nakashima et al.), запропонований розпилюваний матеріал, що містить один чи декілька матеріалів, вибраних з сульфоалюмінату кальцію, алюмосилікату кальцію, гідроксиду кальцію, джерела фтору та бетону з 1 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 портландцементу. Можна додавати сульфат кальцію в безводному вигляді або у вигляді гемігідрату гіпсу. [010] У патенті США №4655979, автори Накано та ін. (Nakano et al.), запропонований спосіб одержання ніздрюватого бетону з використанням цементу на основі силікату кальцію, до складу бетонної суміші можна додавати уповільнювач на основі лужного металу, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію (CSA) та необов’язково сульфат кальцію. [011] В опублікованій заявці на патент США №2008/0134943 А1, автори Годфри та ін. (Godfrey et al.), запропонований матеріал із інкапсульованими в ньому відходами, який складається з принаймні однієї сульфоалюмінатної солі лужноземельного металу та сульфату кальцію та необов’язково неорганічного наповнювача, такого як доменний шлак, летка топливна зола, дрібнодисперсний оксид кремнію, вапно і органічні та неорганічні розріджувальні агенти. Краще, принаймні одна сульфоалюмінатна сіль лужноземельного металу містить сульфоалюмінат кальцію (CSA). Придатна композиція, наприклад, може містити принаймні одну сульфоалюмінатну сіль лужноземельного металу в комбінації з гіпсом та леткою топливною золою (PFA), де приблизно 86% частинок гіпсу мають розмір менше 76 мкм, а приблизно 88% частинок PFA мають розмір менше 45 мкм. Один з прикладів містить 75% (70:30 . CSA:CaSO4 2H2O); 25% леткої топливної золи; відношення вода/тверді речовини 0,65. [012] У патенті США №6730162, автори Ли та ін. (Li et al.), запропоновані подвійні в’яжучі композиції, що включають першу гідравлічну композицію, яка містить від 2,5% до 95 % мас. C4A3S, де у вказаних хімічних позначеннях C=CaO, S=SiO2, A=Al2O3 (іншими словами сульфоалюмінат кальцію), та від 2,5 до 95 % мас. гемігідрату та/або ангідриту сульфату кальцію. Сульфоалюмінатні цементи або алюмоферитні цементи є прикладами цементів, що містять C4A3S. Вони також можуть включати домішки мінеральних наповнювачів, вибрані з групи, що складається зі шлаку, зольного пилу, пуцолану, ультрадисперсного оксиду кремнію, дрібнодисперсного вапна, побічних продуктів та відходів вапняної промисловості. [013] В опублікованій заявці на патент Китаю №101921548 А, автори Денг та ін. (Deng et al.), запропонована композиція сульфоалюмінатного цементу, одержана з 90-95 % мас. сульфоалюмінатного шлаку та безводного гіпсу, кварцевого піску, зольного пилу після спалювання відходів, простого ефіру гідроксипропілметилцелюлози, редиспергованих в’яжучих порошків та волокон. Сульфоалюмінатний шлак та безводний гіпс задовольняє вимогам стандарту для сульфоалюмінатного цементу, тобто GB 20472-2006. [014] В опублікованій заявці на патент Кореї № KR 549958 B1, автори Юнг та ін. (Jung et al.), запропонована композиція алюмінатного цементу, CSA, гіпсу, цитрату кальцію та оксикарбонової кислоти. [015] В опублікованій заявці на патент Кореї № KR 2009085451 А, автор Но (Noh), запропонована композиція порошкового доменного шлаку, гіпсу та CSA. Середній розмір частинок гіпсу може становити 4 мікрони чи менше. [016] В опублікованій заявці на патент Кореї № KR 2009025683 A запропонований гідроізоляційний матеріал порошкового типу, застосовуваний в бетонах та будівельних розчинах, який одержують шляхом тонкого подрібнення цементу, безводного гіпсу, порошку оксиду кремнію, гідроізоляційного порошку, зольного пилу, розширного матеріалу типу сульфоалюмінату кальцію та неорганічного зв’язуючого матеріалу. [017] В опублікованій заявці на патент Кореї № KR 2010129104 А, автори Ю та ін. (Gyu et al.), запропонована композиція для змішування торкрет-бетону, що містить (в % мас.): метакаолін (5-20), сульфоалюмінат кальцію (5-20), безводний гіпс (20-45) та зольний пил (30-50). [018] Існує потреба у в’яжучих матеріалах зі стабільними розмірами, що містять геополімерні композиції, які забезпечують знижену усадку після твердіння, поліпшені початкові та кінцеві температурні характеристики, контрольований та/або оптимізований час тужавлення, поліпшену прочность та інші властивості, сприятливі для використання вказаних матеріалів в будівництві будівель, в формованих в’яжучих продуктах та в інших застосуваннях, таких як в’яжучі структури, в’яжучі структурні елементи та литі в’яжучі продукти, а також в способах одержання вказаних матеріалів та одержання вказаних структур, елементів та продуктів. СТИСЛИЙ ОПИС ВИНАХОДУ [019] В даному винаході запропоновані поліпшені геополімерні в’яжучі композиції та способи одержання вказаних композицій, що мають принаймні одну, а в багатьох випадках декілька вкрай бажаних властивостей, таких як значно поліпшена розмірна стабільність під час та після твердіння; поліпшені та придатні для модифікації часи початкового та остаточного тужавлення; збільшений термін служби; модифіковане виділення теплоти при змішуванні, тужавленні та твердінні; та іншими поліпшеними властивостями, обговорюваними в даному описі. В багатьох, 2 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 якщо не в усіх, вказаних варіантах реалізації поліпшені властивості забезпечені без значного (якщо воно взагалі є) зменшення міцності на стиснення на ранній стадії твердіння, остаточної міцності на стиснення та інших міцнісних характеристик. Деякі варіанти реалізації фактично забезпечують несподіване збільшення міцності на стиснення на ранній стадії твердіння та остаточної міцності на стиснення. [020] Поліпшені властивості згідно з вказаними та іншими варіантами реалізації даного винаходу забезпечують явні переваги у порівнянні з геополімерними зв’язуючими матеріалами, відомими з рівня техніки, такими як зв’язуючі матеріали на основі зольного пилу, а також іншими в’яжучими матеріалами, які можуть мати значний вміст геополімеру. В деяких кращих варіантах реалізації геополімерні в’яжучі композиції згідно з даним винаходом одержують з розчинів або суспензій принаймні води та одного чи декількох в’яжучих реакційноздатних компонентів в сухій або порошковій формі. В’яжучі реакційноздатні компоненти містять еффективні кількості термоактивованих геополімерних алюмосилікатних матеріалів, таких як зольний пил; цементів на основі сульфоалюмінату кальцію; та сульфатів кальцію. До розчинів також можна додавати один чи декілька хімічних активаторів на основі лужних металів, таких як сіль лужного металу та лимонної кислоти або основа лужного металу, в сухій формі, яку додають в реакційноздатний порошок, або в рідкій, яку додають в суспензію. Необов’язково суспензія або розчин можуть включати інші домішки, такі як пластифікуючі агенти, агенти, що прискорюють або уповільнюють тужавлення, повітрозахоплюючі агенти, пінотвірні агенти, зволожуючі агенти, легкі або інші заповнювачі, армуючі матеріали або інші домішки, для забезпечення або модифікації властивостей суспензії та кінцевого продукту. [021] В багатьох кращих композиціях згідно з даним винаходом в’яжучі реакційноздатні компоненти в сухій або порошковій формі містять від приблизно 65 до приблизно 97 процентів по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу, такого як зольний пил, від приблизно 2 до приблизно 30 процентів по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та від приблизно 0,2 до приблизно 15 процентів по масі сульфату кальцію в перерахунку на загальну масу усіх сухих в’яжучих реакційноздатних компонентів. В кращих композиціях згідно з даним винаходом в’яжучі реакційноздатні компоненти містять цемент на основі сульфоалюмінату кальцію у кількості від приблизно 1 до приблизно 200 частин по масі на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу. Суха маса має загальноприйняте визначення як кількість у стані, що не містить воду. [022] В інших варіантах реалізації можна застосовувати суміш двох або більше типів цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та цементу на основі алюмінату кальцію, і кількості та типи цементів на основі сульфоалюмінату кальцію та цементів на основі алюмінату кальцію можуть змінюватися в залежності від їх хімічного складу та розміру частинок (тонкість помелу за Блейном). Тонкість помелу за Блейном цементу на основі сульфоалюмінату кальцію у вказаних варіантах реалізації та інших варіантах реалізації краще складає більш ніж приблизно 3000, ще краще, більш ніж приблизно 4000, ще краще, більше 5000, і найкраще, більш ніж приблизно 6000. [023] В деяких кращих варіантах реалізації кількість хімічного активатора на основі лужного металу складає від приблизно 0,5% до приблизно 10% мас. в перерахунку на суху масу в’яжучих реакційноздатних матеріалів. Ще краще, діапазон вмісту хімічного активатора на основі лужного металу складає від приблизно 1% до приблизно 6% від загальної маси в’яжучих реакційноздатних матеріалів, краще, від приблизно 1,25% до приблизно 4%, ще краще, від приблизно 1,5% до приблизно 3,5%, і найкраще, від приблизно 1,5% до 2,5%. Цитрат натрію та цитрат калію є кращими активаторами на основі лужних металів та кислот, хоча також можна застосовувати і суміш цитратів натрію та калію. Також можна використовувати основи лужних металів, такі як гідроксиди лужних металів, та силікати лужних металів в залежності від застосування та вимог, що висуваютьься до вказаного застосування. [024] Вказані та інші кращі варіанти реалізації даного винаходу на відміну від геополімерних композицій, що містять зольний пил, відомих з рівня техніки, одержують для забезпечення геополімерних в’яжучих композицій, що мають розмірну стабільність та стійкість до розтріскування при тужавленні і твердіють в умовах попереднього навантаження та без нього. Наприклад, короткочасна вільна усадка згідно з конкретними кращими варіантами реалізації, як правило, складає менш ніж приблизно 0,3%, краще, менш ніж приблизно 0,2%, ще краще, менш ніж приблизно 0,1%, і найкраще, менш ніж приблизно 0,05% (при вимірюванні після початкового тужавлення протягом 1-4 годин після перемішування). У вказаних кращих варіантах реалізації довгочасна усадка композицій при твердінні також, як правило, складає менш ніж приблизно 0,3%, ще краще, менш ніж приблизно 0,2%, і найкраще, менш ніж приблизно 0,1%. 3 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 [025] Для додаткового контролю розмірної стабільності та усадки у вказаних варіантах реалізації кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію складає від приблизно 2,5 до приблизно 100 частин по масі на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу, ще краще, від приблизно 2,5 до приблизно 50 частин по масі на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу, і найкраще, від приблизно 5 до приблизно 30 частин по масі на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу. У варіантах реалізації, де контроль розмірної стабільності, що визначається усадкою матеріалу, є вкрай важливим, кількість активатора на основі лужного металу, ще краще, перебуває в діапазоні від приблизно 1 до приблизно 3% в перерахунку на загальну суху масу в’яжучих реакційноздатних матеріалів (тобто термоактивованого алюмосилікатного мінералу, такого як зольний пил, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію), ще краще, від приблизно 1,25% до приблизно 2,75% в перерахунку на загальну масу в’яжучих реакційноздатних матеріалів, і найкраще, від приблизно 1,5% до приблизно 2,5% в перерахунку на загальну суху масу в’яжучих реакційноздатних матеріалів. [026] Геополімерні композиції зі стабільними розмірами згідно з кращим варіантам реалізації даного винаходу додатково несподівано знижують максимальне підвищення температури при твердінні композиції у порівнянні з геополімерними в’яжучими продуктами, відомими з рівня техніки. З цієї та схожих причин вказані варіанти реалізації мають несподівану стійкість до розтріскування при нагріванні. Наприклад, в деяких кращих варіантах реалізації підвищення температури, як правило, складає менш ніж приблизно 50 °F (28 °С), ще краще, менш ніж приблизно 40 °F (22 °С), і найкраще, менш ніж приблизно 30 °F (17 °С). [027] Вказані та інші кращі варіанти реалізації даного винаходу також мають несподівану швидкість наростання міцності на ранній стадії тужавлення. Наприклад, в деяких з вказаних варіантів реалізації міцність на стиснення через 4 години може складати більш ніж приблизно 1000 psi (6,9 МПа), краще, більш ніж приблизно 1500 psi (10,3 МПа), найкраще, більш ніж приблизно 2500 psi (17,2 МПа). У вказаних варіантах реалізації наростання міцності на стиснення через 24 години може складати більш ніж приблизно 1500 psi (10,3 МПа), ще краще, більш ніж приблизно 2500 psi (17,2 МПа), і найкраще, більш ніж приблизно 3500 psi (24,1 МПа). Крім того, у вказаних та інших кращих варіантах реалізації міцність на стиснення через 28 днів може складати більш ніж приблизно 3500 psi (24,1 МПа), ще краще, більш ніж приблизно 4500 psi (31,0 МПа), і найкраще, більш ніж приблизно 5500 psi (37,9 МПа). В інших варіантах реалізації міцність на стиснення композицій може наростати в період з 1 до 4 години від приблизно 500 psi (3,5 МПа) до приблизно 4000 psi (27,6 МПа), ще краще, від приблизно 1500 до приблизно 5000 psi (від 10,3 до 34,5 МПа) через 24 години, і найкраще, від приблизно 3500 до приблизно 10000 psi (від 24,1 до 69 МПа) через 28 днів. Крім того, геополімерні в’яжучі композиції згідно з конкретними кращими варіантами реалізації також мають надзвичайно гарну стійкість у вологих умовах, і кінцеві значения міцності на стиснення у вологих умовах є схожими зі значеннями міцності на стиснення в сухих умовах. Наприклад, в конкретних варіантах реалізації міцність на стиснення при насиченні композицій водою через 28 днів може складати більш ніж приблизно 3500 psi (24,1 МПа), ще краще, більш ніж приблизно 4500 psi (31,0 МПа), і найкраще, більш ніж приблизно 5500 psi (37,9 МПа). [028] Внаслідок того, що час тужавлення суспензії з одержанням твердої речовини для геополімерів, активованих лужними металами, а також для цементів на основі сульфоалюмінату кальцію, об’єднаннх з сульфатами кальцію, як правило, є відносно коротким, очікувалося, що кращі варіанти реалізації, у яких об’єднані усі вказані компоненти, будут мати відносно короткий час тужавлення та обмежений термін служби. Тим не менш, несподівано часи тужавлення, забезпечувані в кращих варіантах реалізації даного винаходу, не обмежені короткими часами тужавлення (звичайно менше 15 хвилин), але в них забезпечений значний контроль взаємодій, які відбуваються при тужавленні суспензії, що дозволяє значно збільшувати час тужавлення суспензії та термін служби. [029] Наприклад, в деяких варіантах реалізації композицію можна одержувати для забезпечення короткого часу тужавлення, такого як менш ніж приблизно 10 хвилин. В інших кращих варіантах реалізації, композицію можна одержувати для забезпечення тривалого тужавлення від приблизно 10 до приблизно 30 хвилин. В інших більш кращих варіантах реалізації склад композиції, краще, вибирають для забезпечення часу тужавлення від приблизно 30 до приблизно 60 хвилин. В інших найкращих варіантах реалізації композицію можна одержувати для забезпечення часу тужавлення від приблизно 60 до приблизно 120 хвилин, від приблизно 120 до приблизно 240 хвилин або за бажанням навіть більш тривалого періоду часу. 4 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 [030] Крім того, часи тужавлення згідно з вказаними варіантами реалізації можна вибирати, а за бажанням і збільшувати без значного (якщо воно взагалі відбувається) погіршення властивостей стійкості до усадки, міцності на стиснення та інших міцнісних властивостей. В результаті, вказані варіанти реалізації несподівано можна використовувати в застосуваннях, де продукти на основі геополімерів та в’яжучі продукти з геополімерними компонентами, відомі з рівня техніки, не можна використовувати внаслідок вимог, що стосуються тривалого часу тужавлення та терміну служби та відсутності неприйнятної усадки або страти міцності. [031] В конкретних кращих варіантах реалізації в композиціях згідно з даним винаходом також наростає виняткова міцність зчеплення з підкладкою-субстратом при розтяганні. Наприклад, краща міцність зчеплення при розтяганні між вказаними варіантами реалізації та бетонним субстратом краще складає більш ніж приблизно 200 psi (1,4 МПа), і найкраще, більш ніж приблизно 300 psi (2,1 МПа). В деяких варіантах реалізації значення рН поверхні повністю затверділих та стужавілих геополімерних в’яжучих композицій зі стабільними розмірами згідно з даним винаходом також поліпшені у порівнянні з матеріалами та продуктами на основі портландцементу, які, як правило, мають рН поверхні більше 12, а частіше більше 13. В конкретних кращих варіантах реалізації вказані композиції при вимірюванні через 16 годин після нанесення, краще, мають рН менш ніж приблизно 11, ще краще, менш ніж приблизно 10,5, і найкраще, менш ніж приблизно 10. У вказаному контексті рН поверхні вимірюють з використанням стандарту випробувань ASTM F-710 (2011). [032] В багатьох кращих варіантах реалізації для наростання міцності та розмірної стабільності геополімерних в’яжучих композицій згідно з даним винаходом не потрібні гідравлічні цементи на основі силікату кальцію, такі як портландцементи. В інших варіантах реалізації для забезпечення певних бажаних властивостей можна включати портландцементи. Тим не менш, несподівано було знайдено, що в залежності від конкретної композиції згідно з варіантом реалізації надлишкова кількість портландцементу фактично знижувала розмірну стійкість композиції під час та після твердіння, а не збільшувало її розмірну стійкість. [033] В кращих варіантах реалізації даного винаходу, що включають гідравлічні цементи на основі силікату кальцію, обмежения кількості вказаних гідравлічних цементів можуть бути різними в залежності від конкретної композиції згідно з даним винаходом, але можуть визначатися збільшенням усадки у порівнянні з усадкою того ж варіанта реалізації, що містить знижену кількість гідравлічного цементу на основі силікату кальцію. В конкретних вказаних варіантах реалізації вміст портландцементу не повинен перевищувати приблизно 15 % мас. від маси реакційноздатних порошкових компонентів, в іншому кращому варіанті реалізації він не повинен перевищувати 10 % мас. від маси реакційноздатних порошкових компонентів, і в ще іншому кращому варіанті реалізації він не повинен перевищувати приблизно 5 % мас. від маси реакційноздатних порошкових компонентів, а еще в одному кращому варіанті реалізації реакційноздатні порошкові компоненти містять несуттєву кількість портландцементу. [034] Також несподівано було знайдено, що в деяких варіантах реалізації надлишкова кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію може приводити до зменшення розмірної стабільності, що визначається збільшенням усадки після початкового тужавлення композиції. Для застосувань, що потребують значної розмірної стабільності та/або контролю усадки для запобігання розтріскування, відшаровування та інших видів ушкоджень, кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію краще складає від приблизно 10 до приблизно 40 частин по масі в сухому вигляді на 100 частин по масі в сухому вигляді термоактивованого алюмосилікатного мінералу. [035] В інших кращих варіантах реалізації несподівано було знайдено, що відношення кількості сульфату кальцію до вмісту цементу на основі сульфоалюмінату кальцію в композиції може знижувати можливі негативні ефекти, такі як усадка, спричинювані вмістом цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. У вказаних варіантах реалізації кількість сульфату кальцію краще складає від приблизно 2 до приблизно 200 частин по масі на 100 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. [036] Для найбільш ефективного контролю усадки матеріалу у вказаних варіантах реалізації кількість сульфату кальцію складає від приблизно 10 до приблизно 100 частин по масі в сухому вигляді на 100 частин по масі в сухому вигляді цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, ще краще, від приблизно 15 до приблизно 75 частин по масі в сухому вигляді на 100 частин по масі в сухому вигляді цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, і найкраще, від приблизно 20 до приблизно 50 частин по масі в сухому вигляді на 100 частин по масі в сухому вигляді цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. В тих варіантах реалізації, де важливо збільшення міцності на стиснення на ранній стадії твердіння, краще, кількість сульфату кальцію складає від 5 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 приблизно 10 до приблизно 50 частин на 100 частин по масі в сухому вигляді цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. [037] В інших варіантах реалізації даного винаходу тип сульфату кальцію (головним чином, дигідрат, гемігідрат або ангідрит), додаваного в композицію, може суттєво впливати на наростання міцності на стиснення неповністю затверділої композиції на ранній стадії твердіння (тобто в період менш ніж приблизно 24 годин). Несподівано було знайдено, що різні варіанти реалізації, у яких застосовують головним чином ангідрит сульфату кальцію, мають більш високу міцність на стиснення на ранніх стадіях твердіння у порівнянні з варіантами реалізації, у яких застосовують головним чином форму дигідрату, а в деяких варіантах реалізації можуть мати міцність на стиснення на ранній стадії твердіння, порівняну з композиціями, у яких застосовують головним чином гемігідрат сульфату кальцію. В інших варіантах реалізації можна застосовувати два чи більше типів сульфату кальцію (дигідрат, гемігідрат або ангідрит) разом, і кількості різних типів регулюють для забезпечення поліпшеного контролю міцності на стиснення композиції. Аналогічно, для регулювання бажаної усадки та інших властивостей композиції можна застосовувати різні типи та кількості сульфату кальцію окремо або в комбінації. [038] Якщо основною проблемою є характеристики усадки, інші варіанти реалізації даного винаходу включають сульфати кальцію із середнім розміром частинок, краще, що складає від приблизно 1 до приблизно 100 мікрон, від приблизно 1 до приблизно 50 мікрон та від приблизно 1 до приблизно 20 мікрон. Вказані варіанти реалізації забезпечують несподіване поліпшення стійкості до усадки, а в інших варіантах реалізації застосування сульфату кальцію, що має частинки, розмір яких принаймні перебуває в кращому діапазоні, може забезпечувати значний внесок до збільшення швидкості наростання міцності при твердінні композицій. [039] В інших варіантах реалізації несподівано було знайдено, що по суті нерозчинний у воді безводний сульфат кальцію (ангідрит) може забезпечувати важливі переваги, незважаючи на його низьку розчинность у воді і, як передбачалося раніше, обмежену, якщо вона взагалі присутня, реакційну здатність композиції. Наприклад, несподівано було знайдено, що ангідрит забезпечував значне поліпшення контролю розмірної стабільності за рахунок зменшення усадки при твердінні у вказаних та інших варіантах реалізації у порівнянні з композиціями, відомими з рівня техніки. Ангідрит також забезпечував значне поліпшення короткочасної та довгочасної міцності на стиснення у порівнянні з композиціями, відомими з рівня техніки, а в деяких випадках забезпечував короткочасну та довгочасну міцність на стиснення, порівнянну або більш високу у порівнянні з композиціями, у яких як джерела сульфату кальцію застосовують гемігідрат або дигідрат сульфату кальцію. Вибір типу сульфату кальцію, застосовуваного в конкретному варіанті реалізації, залежить від комбінації швидкості наростання міцності на ранній стадії твердіння та балансу інших властивостей, таких як час усадки та стійкість до усадки, бажаних для конкретного кінцевого застосування. [040] В інших варіантах реалізації розмір частинок та морфологія сульфату кальцію значно та несподівано впливає на наростання міцності композицій на ранній стадії твердіння (в період менш ніж приблизно 24 години). У вказаних варіантах реалізації застосування сульфату кальцію з відносно невеликим розміром частинок забезпечує більш швидке наростання міцності на стиснення на ранній стадії твердіння. У вказаних варіантах реалізації кращий середній розмір частинок сульфату кальцію перебуває в діапазоні від приблизно 1 до 100 мікрон, ще краще, від приблизно 1 до 50 мікрон, і найкраще, від приблизно 1 до 20 мікрон. [041] В конкретних варіантах реалізації композиції мають характеристики самостійного вирівнювання після початкового змішування і в той же час забезпечують одну чи декілька з вказаних вище несподіваних робочих характеристик. Особливість самостійного вирівнювання матеріалу є придатною для різних випадків та застосувань, таких як самовирівнювана стяжка, верхній шар бетону, виробництво тонко оброблених бетонних продуктів та панелей, введення суспензії в сильноармовані елементи конструкцій і т.д. Композиції згідно з вказаними варіантами реалізації робляться самовирівнюваними після початкового змішування з водою реакційноздатного порошку згідно з даним винаходом в масовому відношенні від приблизно 0,15 до приблизно 0,4, ще краще, від 0,17 до 0,35, ще краще, від 0,20 до 0,30. Як альтернатива, в інших варіантах реалізації композиції також можуть бути забезпечені в придатному для формування густому пастоподібному вигляді після початкового змішування і в той же час забезпечують одну чи декілька поліпшених робочих характеристик. [042] Кращий склад самовирівнюваних композицій та композицій для ямкового ремонту містить від приблизно 65 до приблизно 95 процентів по масі зольного пилу, від приблизно 2 до приблизно 30 процентів по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та від приблизно 0,2 до приблизно 15 процентів по масі сульфату кальцію. В деяких варіантах реалізації геополімерну в’яжучу композицію згідно з даним винаходом можна розподіляти по поверхні 6 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 субстрату, де геополімерний в’яжучий зв’язуючий матеріал змішують як самовирівнюваний продукт та виливають до досягнення ефективної товщини від приблизно 0,02 см до приблизно 7,5 см. [043] Фізичні характеристики вказаних продуктів є гарними прикладами переваг вказаних варіантів реалізації, тобто розмірної стабільності, стійкості до деформації та фізичного розтріскуванню та високої стійкості поверхні до абразії та зносу, є придатними для застосування в торгових, промислових зонах та інших районах з інтенсивним рухом. В залежності від застосування можна мінімізувати або уникати проведення будь-яких часвитратних та дорогих способів одержання поверхні, таких як дробоструминна обробка, кайлування, гідроструминна обробка, відколювання або подрібнення. [044] Згідно з іншими аспектами даного винаходу в різних варіантах реалізації забезпечені способи одержання в’яжучих композицій зі стабільними розмірами, що мають часи тужавлення, які можна адаптувати для конкретних застосувань, придатні значення наростання міцності на ранній стадії твердіння та остаточної міцності на стиснення та інших міцнісних характеристик, поліпшене значення рН поверхні, поліпшену міцність зчеплення з субстратами при розтяганні, та мають інші переваги. В конкретних кращих варіантах реалізації вказані способи включають стадії одержання несподівано ефективної синергічної суміші термоактивованих алюмосилікатів, краще, зольного пилу класу С, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфату кальцію та хімічного активатора на основі лужного металу. [045] В конкретних кращих варіантах реалізації вказаних способів кращі суміші одержують із застосуванням компонентів, таких як ті, що відзначені више, з утворенням в’яжучого реакційноздатного порошку, що містить термоактивований зольний пил класу С, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію, вибраний з групи, що складається з дигідрату сульфату кальцію, гемігідрату сульфату кальцію та безводного сульфату кальцію та їх сумішей (краще, в тонко подрібненій формі, що має розмір частинок менш ніж приблизно 300 мікрон). [046] У вказаних варіантах реалізації в суміш додатково додають хімічний активатор, що містить сіль або основу лужного металу, краще, вибраний з групи, що складається з солей лужних металів та органічних кислот, гідроксидів лужних металів та силікатів лужних металів, в сухому або рідкому вигляді. На подальших стадіях для одержання стабильних суспензійних сумішей, які можна використовувати для застосувань, придатних для геополімерних в’яжучих продуктів, додають воду та необов’язково суперпластифікатор, зокрема карбоксилований пластифікуючий матеріал. [047] В кращих способах суміші одержують при початковій температурі від приблизно 0 °С до приблизно 50 °С, ще краще, при початковій температурі від приблизно 5 °С до приблизно 40 °С, ще краще, при початковій температурі від приблизно 10 °С до приблизно 35 °С, найкраще, при температурі навколишнього середовища, що становить приблизно 25 °С. У вказаних варіантах реалізації початкову температуру суміші в цілому вимірюють в першу хвилину з моменту введення в’яжучого реакційноздатного порошку; активатора та води в суміш. Зрозуміло, температура суміші в цілому може змінюватися протягом вказаної першої хвилини, але у вказаних кращих варіантах реалізації температура суспензії, краще, залишається в межах вказаного діапазону. [048] В деяких кращих варіантах реалізації суспензію можна змішувати з використанням відносно невеликих кількостей енергії і при цьому все рівно одержувати ретельно перемішану композицію. В деяких з вказаних кращих способів суспензію змішують з використанням кількості енергії, еквівалентної кількості, забезпечуваної низькошвидкісними ручними дрелямизмішувачами або еквівалентними змішувачами, що мають швидкість обертання приблизно 250 об./хв. чи більше. Відповідно, геополімерні композиції згідно з вказаними кращими варіантами реалізації можна легко перемішувати, незважаючи на використання відносно невеликих кількостей води для одержання суспензії, застосовуваної для одержання кінцевої композиції. [049] В багатьох варіантах реалізації в суспензію та геополімерну в’яжучу композицію в цілому можна включати інші домішки, які не належать до в’яжучого реакційноздатного порошку. Вказані інші домішки включають, наприклад, пластифікуючі агенти, такі як відзначені вище суперпластифікатори, агенти, що прискорюють тужавлення, агенти, що уповільнюють тужавлення, повітрозахоплюючі агенти, пінотвірні агенти, зволожуючі агенти, агенти, що регулюють усадку, агенти, що модифікують в’язкість (загусники), плівкотвірні редисперговані полімерні порошки, плівкотвірні полімерні дисперсії, барвники, агенти для захисту від корозії, суміші, що уповільнюють взаємодію лугів з оксидом кремнію, окремі армуючі волокна та внутрішні агенти, що сприяють твердінню. Інші домішки можуть включати наповнювачі, такі як 7 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 один чи декілька пісків та/або інших агрегатів, легких наповнювачів, пуцоланових мінералів, мінеральних наповнювачів і т.д. [050] Хоча це й обговорюється окремо вище, кожна з кращих геополімерних композицій та сумішей згідно з даним винаходом має принаймні одну і може мати комбінацію двох чи більше вказаних вище відмітних переваг (а також ті, які будуть зрозумілі з додаткового обговорення, прикладів та даних, наведених в даному описі) у порівнянні з геополімерними в’яжучими композиціями, відомими з рівня техніки. [051] Велика частина варіантів реалізації даного винаходу, якщо не всі, є екологічно збалансованими, в них застосовують геополімери на основі зольного пилу, що містять промислові відходи як основне джерело сировини. Це значно знижує обсяги "вуглецевого сліду" з урахуванням повного терміну експлуатації та енергоємність виробництва продукту з урахуванням повного терміну експлуатації. [052] Геополімерні в’яжучі композиції згідно з кращими варіантами реалізації даного винаходу можна використовувати в галузях, де застосовують інші в’яжучі матеріали, зокрема для застосувань, для яких важливі або необхідні гнучкість часів тужавлення та терміну служби, розмірна стабільність, міцність на стиснення та/або інші міцнісні характеристики. Наприклад, їх використовують для різних застосувань виробів з бетону, включаючи бетонні конструкційні панелі для підлог, плити, стіни, стяжки для стін та підлоги для встановлення настильних матеріалів, таких як керамічна плитка, природний камінь, вінілова плитка, VCT (плитка з вінілової композиції) та килимовий настил, верхні шари дорожніх покриттів та ремонт мостів, пішохідні доріжки та інші плити на ґрунтовій основі, зовнішню штукатурку та фінішний шар штукатурки, самовирівнювані покриття та захисні стяжки, нанесення цементного розчину та торкрет-бетону для стабілізації ґрунту та породи в фундаментах, на гірських схилах та в шахтах, розчини для ямкового ремонту для заповнення та вирівнювання тріщин, ям та інших нерівностей на поверхнях, інтер’єрну та екстер’єрну скульптуру та стінний розпис, а також матеріали для ремонту вибоїн на шляхах та проїжджих частинах мостів. [053] Інші приклади включають застосування в заводських виробах з бетону, а також будівельних товарах, таких як цементні плити, стінові блоки, цеглини та дорожня плитка з чудовою стійкістю до вологи. В деяких застосуваннях вказані заводські вироби з бетону, такі як цементні плити, краще, виготовляють в умовах, які забезпечують часи тужавлення, придатні для виливання в стаціонарну або рухому форму або на безперервну рухому стрічку. [054] Геополімерні композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу можна застосовувати разом з різними наповнювачами та домішками, включаючи пінотвірні агенти та повітрозахоплюючі агенти, для додавання певних кількостей повітря та одержання легких цементних продуктів, включаючи заводські елементи конструкцій, товари для виконання будівельно-ремонтних робіт та композиції для ремонту, які мають гарні властивості розширення та не мають усадки, наприклад, є придатними для ремонту шляхів та тротуарів. [055] Інші переваги, ефекти та аспекти різних варіантів реалізації даного винаходу будуть обговорюватися далі та проілюстровані на прикладених фігурах та будуть зрозумілі фахівцям в даній галузі техніки після вивчення більш детального опису, наведеного далі. Якщо не вказано інше, усі процентні вмісти, відношення та частки, наведені в даному описі, виражені в перерахунку на масу. СТИСЛИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ [056] На фіг.1А наведений графік залежності усадки від часу для прикладу порівняння 1. [057] На фіг.1В наведена фотографія осідання зразка згідно з прикладом 1. [058] На фіг.2А наведена фотографія осідання зразка згідно з прикладом порівняння 2. [059] На фіг.3А наведена фотографія осідання зразка згідно з прикладом порівняння 3. [060] На фіг.3В наведений графік залежності усадки від часу для прикладу порівняння 3. [061] На фіг.4А наведена фотографія, яка зображує початкові характеристики плинності та осідання зразка композицій, одержаних із сумішей 1 та 2 згідно з прикладом 4. [062] На фіг.4В наведена фотографія, яка зображує початкові характеристики плинності та осідання зразка композицій, одержаних із суміші 3 згідно з прикладом 4. [063] На фіг.4С наведена фотографія, яка зображує початкові характеристики плинності та осідання зразка композицій, одержаних із суміші 4 згідно з прикладом 4. [064] На фіг.4D наведена фотографія композицій, досліджуваних у прикладі 4, – усі бруски, одержані із сумішей 1, 2-1 та 2-2, 3-1 та 3-2, і 4-1 та 4-2 (зліва направо), потріскалися у формі. [065] На фіг.5А наведена фотографія осідання плоских зразків, одержаних із сумішей 1-2 (зліва направо) та 3-4 (зліва направо) згідно з прикладом 5. [066] На фіг.5В наведений графік початкових характеристик плинності та осідання зразка згідно з прикладом 5. 8 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [067] На фіг.5С наведений графік підвищення температури суспензії згідно з прикладом 5. [068] На фіг.6А наведений графік залежності усадки від часу згідно з прикладом 6. [069] На фіг.6В наведений графік підвищення температури суспензії для композиції згідно з даним винаходом, одержаної у прикладі 6. [070] На фіг.7А наведена фотографія осідання плоских зразків композицій, одержаних із суміші 1 згідно з прикладом 7. [071] На фіг.7В наведена фотографія осідання плоских зразків композицій, одержаних із сумішей 2, 3 та 4 згідно з прикладом 7. [072] На фіг.7С наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 7. [073] На фіг.7D наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 7. [074] На фіг.8А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 8. [075] На фіг.8В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 8. [076] На фіг.9А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 9. [077] На фіг.9В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 9. [078] На фіг.10А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 10. [079] На фіг.10В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 10. [080] На фіг.11А показані фотографії осідання плоских зразків композицій згідно з прикладом 11. [081] На фіг.11В наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 11. [082] На фіг.11С наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 11. [083] На фіг.12А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 12. [084] На фіг.12В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 12. [085] На фіг.13А наведена фотографія осідання плоских зразків композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 13. [086] На фіг.13В наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 13. [087] На фіг.13С наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 13. [088] На фіг.14А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 14. [089] На фіг.15А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 15. [090] На фіг.15В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 15. [091] На фіг.16А наведені фотографії осідання плоских зразків композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 16. [092] На фіг.16В наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 16. [093] На фіг.17А наведені фотографії осідання плоских зразків композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 17. [094] На фіг.17В наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 17. [095] На фіг.17С наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 17. [096] На фіг.18А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 18. [097] На фіг.18В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 18. 9 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 [098] На фіг.19А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 13. [099] На фіг.19В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 19. [0100] На фіг.20А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 20. [0101] На фіг.20В наведений графік підвищення температури суспензій для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 20. [0102] На фіг.21А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 21. [0103] На фіг.21В наведена фотографія усадки брусків, одержаних із суміші 1 згідно з прикладом 21, через 4 години. [0104] На фіг.21С наведений графік усадки матеріалу композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 21, на дуже ранній стадії твердіння (випробування усадки розпочинали через 1 годину). [0105] На фіг.21D наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 21. [0106] На фіг.22А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 22. [0107] На фіг.22В наведений графік підвищення температури суспензії для композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 22. [0108] На фіг.23 наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 23, на дуже ранній стадії твердіння (випробування усадки розпочинали через 1 годину). [0109] На фіг.24 наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 27. [0110] На фіг.25 наведені фотографії кубів (в мідних стандартних формах), відлитих з композицій, досліджуваних у прикладі 28. [0111] На фіг.26 наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 29. [0112] На фіг.27А наведений графік усадки композицій згідно з даним винаходом, одержаних у прикладі 30. [0113] На фіг.27В наведений графік, на якому зображений екзотермічний профіль та підвищення температури суспензії для композиції згідно з прикладом 30. [0114] На фіг.28А наведений графік, на якому зображений екзотермічний профіль та підвищення температури суспензії для легких композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, одержаними у прикладі 31. ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ [0115] В таблиці А показаний склад геополімерних в’яжучих композицій зі стабільними розмірами згідно з деякими кращими варіантами реалізації даного винаходу, виражений у вигляді вмісту окремих або агрегованих компонентів в масових частках (м.ч.). [0116] В таблиці А показані геополімерні в’яжучі композиції зі стабільними розмірами згідно з вказаними кращими варіантами реалізації даного винаходу, які складаються з двох компонентів – реакційноздатного порошкового компонента А (також відомого як «в’яжучий реакційноздатний матеріал», який для задач даного винаходу визначають як термоактивований алюмосилікат, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфат кальцію та будь-який додатковий реакційноздатний цемент, якщо його додають до інших перелічених інгредієнтів), та компонента-активатора В. Реакційноздатний порошковий компонент А є сумішшю матеріалів, яка включає термоактивований алюмосилікатний мінерал, що містить зольний пил класу С, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію. Компонент-активатор В містить хімічний активатор на основі лужного металу або їх суміші, який може бути порошком або водним розчином. Реакційноздатний порошковий компонент А та компонент-активатор В, об’єднані один з одним, утворюють реакційну суміш для геополімерних в’яжучих композицій згідно з вказаними кращими варіантами реалізації даного винаходу. 55 10 UA 114510 C2 [0117] ТАБЛИЦЯ A – Реакційноздатні геополімерні в’яжучі композиції згідно з деякими кращими варіантами реалізації винаходу Широкий діапазон Реакційноздатний порошковий компонент A: a. Термоактивований алюмосилікатний 100 мінерал, що містить зольний пил класу С, м.ч. b. Цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, м.ч. на 100 м.ч. термоактивованого 1-100 алюмосилікатного мінералу c. Сульфат кальцію, м.ч. на 100 м.ч. 2-100 цементу на основі сульфоалюмінату кальцію Компонент-активатор В, хімічний активатор на основі лужного металу, % мас. від загальної маси компонента А (тобто цементу на основі від 1 до 6% сульфоалюмінату кальцію та сульфату кальцію) 5 Краще значення Найкраще значення 100 100 2,5-50 5-30 5-75 10-50 від 1,25 до 4% від 1,5 до 2,5% [0118] В таблиці В наведені склади згідно з кращими варіантами реалізації, що мають максимальну густину (краще, густина перебуває в діапазоні від 100 до 160 фунтів на кубічний 3 фут (від 1,60 до 2,56 кг/м )), які включають зв’язуючий матеріал, вказаний в таблиці А, та інші інгредієнти. [0119] Таблиця В ТАБЛИЦЯ B - Кількості інгредієнтів Широкий діапазон Інгредієнт Реакційноздатний порошковий компонент А: a. Термоактивований алюмосилікатний мінерал, що містить зольний пил класу С, 100 м.ч. d. Цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, м.ч. на 100 м.ч. термоактивованого 2-100 алюмосилікатного мінералу b. Сульфат кальцію, м.ч. на 100 м.ч. 2-100 цементу на основі сульфоалюмінату кальцію Компонент-активатор В: Хімічний активатор на основі лужного металу, від 1 до 6% % мас. від загальної маси компонента А Суперпластифікатор/Реакційноздатний від 0 до 4,0% порошковий компонент A (% мас.) Відношення пісок/реакційноздатний 0-4 порошковий компонент А (по масі) Відношення неорганічний мінеральний наповнювач/ реакційноздатний порошковий 0-2 компонент А (по масі) Піногасильний агент/реакційноздатний 0-1% порошковий компонент А (% мас.) Органічний регулятор плинності/ реакційноздатний порошковий компонент А 0-0,5% (% мас.) Неорганічний регулятор плинності/реакційноздатний порошковий 0-3% компонент А (% мас.) 10 11 Краще значення Ще краще значення 100 100 2,5-50 5-30 5-75 10-50 від 1,25 до 4% від 1,5 до 2,5% 0,25-2,5% 0,5-1,5% 0,50-3 0,75-1,5 0-1 0-0,5 0-0,75% 0-0,50% 0-0,25% 0-0,15% 0-2% 0-1% UA 114510 C2 Широкий діапазон 5 Ще краще значення 0-2,5% 0-1% 0-3% 0-2% 0-1% 0-20% 0-10% 0-5% 0-40% 0-20% 0-10% 0,17-0,40 Барвні пігменти/реакційноздатний порошковий компонент А (% мас.) Агент, що пригнічує вицвітання/ реакційноздатний порошковий компонент А (% мас.) Плівкотвірний редиспергований полімерний порошок/реакційноздатний порошковий компонент А (% мас.) Плівкотвірна полімерна дисперсія/реакційноздатний порошковий компонент А (% мас.) Відношення вода/реакційноздатний порошковий компонент А (по масі) Краще значення 0-5% Інгредієнт 0,20-0,35 0,22-0,30 [0120] В таблиці С наведені кращі легкі склади з низькою густиною (краще, густина 3 перебуває в діапазоні від 10 до 125 фунтів на кубічний фут (від 160 до 2000 кг/м )), які включають зв’язуючий матеріал, вказаний в таблиці А, та інші інгредієнти. [0121] Таблиця С ТАБЛИЦЯ C - Кількості інгредієнтів Широкий діапазон Інгредієнт Реакційноздатний порошковий компонент A: a. Термоактивований алюмосилікатний 100 мінерал, що містить зольний пил класу С, м.ч. e. Цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, м.ч. на 100 м.ч. термоактивованого 2-100 алюмосилікатного мінералу b. Сульфат кальцію, м.ч. на 100 м.ч. 2-100 цементу на основі сульфоалюмінату кальцію Компонент-активатор В: Хімічний активатор на основі лужного металу, від 1 до 6% % мас. від загальної маси компонента А Суперпластифікатор/Реакційноздатний від 0 до 4,0% порошковий компонент A (% мас.) Відношення пісок/реакційноздатний 0-4 порошковий компонент А (по масі) Відношення неорганічний мінеральний наповнювач/реакційноздатний порошковий 0-2 компонент А (по масі) Піногасильний агент/реакційноздатний 0-1% порошковий компонент А (% мас.) Органічний регулятор плинності/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-0,50% мас.) Неорганічний регулятор плинності/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-3% мас.) Барвні пігменти/реакційноздатний порошковий 0-5% компонент А (% мас.) Агент, що пригнічує вицвітання/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-3% мас.) Плівкотвірний редиспергований полімерний порошок/реакційноздатний порошковий 0-20% компонент А (% мас.) 12 Краще значення Ще краще значення 100 100 2,5-50 5-30 5-75 10-50 від 1,25 до 4% від 1,5 до 2,5% 0,25-2,5% 0,50-1,5% 0-2 0-1,0 0-1 0-0,5 0-0,75% 0-0,50% 0-0,25% 0-0,15% 0-2% 0-1% 0-2,5% 0-1% 0-2% 0-1% 0-10% 0-5% UA 114510 C2 Широкий діапазон Інгредієнт Плівкотвірна полімерна дисперсія/ реакційноздатний порошковий компонент А (% мас.) Відношення легкий наповнювач/ реакційноздатний порошковий компонент А (по масі) Відношення вода/реакційноздатний порошковий компонент А (по масі) 5 Краще значення Ще краще значення 0-40% 0-20% 0-10% 0-2 0,01-1 0,02-0,75 0,17-0,40 0,20-0,35 0,22-0,30 [0122] В таблиці D наведені конкретні кращі склади з низькою або максимальною густиною (краще, густина перебуває в діапазоні від 40 до 160 фунтів на кубічний фут (від 640 до 2560 3 кг/м )), які включають зв’язуючий матеріал, вказаний в таблиці А, крупний заповнювач та інші інгредієнти. [0123] Таблиця D ТАБЛИЦЯ D - Кількості інгредієнтів Широкий діапазон Інгредієнт Реакційноздатний порошковий компонент A: a. Термоактивований алюмосилікатний 100 мінерал, що містить зольний пил класу С, м.ч. f. Цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, м.ч. на 100 м.ч. термоактивованого 2-100 алюмосилікатного мінералу c. Сульфат кальцію, м.ч. на 100 м.ч. 2-100 цементу на основі сульфоалюмінату кальцію Компонент-активатор В: Хімічний активатор на основі лужного металу, % від 1 до 6% мас. від загальної маси компонента А Суперпластифікатор/Реакційноздатний від 0 до 4,0% порошковий компонент A (% мас.) Відношення пісок/реакційноздатний порошковий 0-4 компонент А (по масі) Відношення неорганічний мінеральний наповнювач/реакційноздатний порошковий 0-2 компонент А (по масі) Піногасильний агент/реакційноздатний 0-1% порошковий компонент А (% мас.) Органічний регулятор плинності/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-0,50% мас.) Неорганічний регулятор плинності/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-3% мас.) Барвні пігменти/реакційноздатний порошковий 0-5% компонент А (% мас.) Агент, що пригнічує вицвітання/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-3% мас.) Плівкотвірний редиспергований полімерний порошок/реакційноздатний порошковий 0-20% компонент А (% мас.) Плівкотвірна полімерна дисперсія/ реакційноздатний порошковий компонент А (% 0-40% мас.) 13 Краще значення Ще краще значення 100 100 2,5-50 5-30 5-75 10-50 від 1,25 до 4% від 1,5 до 2,5% 0,25-2,5% 0,50-1,5% 0,50-3 1-2 0-1 0-0,5 0-0,75% 0-0,50% 0-0,25% 0-0,15% 0-2% 0-1% 0-2,5% 0-1% 0-2% 0-1% 0-10% 0-5% 0-20% 0-10% UA 114510 C2 Широкий діапазон Інгредієнт Відношення крупний заповнювач/ реакційноздатний порошковий компонент А (по масі) Відношення легкий наповнювач/ реакційноздатний порошковий компонент А (по масі) Вода/реакційноздатний порошковий компонент А, частин по масі води на м.ч. компонента А 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Краще значення Ще краще значення 0,5-5 0,5-4 1-3 0-2 0-1 0-0,50 0,20-0,40 0,22-0,35 0,25-0,30 [0124]Довгочасна вільна усадка геополімерних в’яжучих зв’язуючих сумішей згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, де вимірювання усадки розпочинали в діапазоні від приблизно 1 до приблизно 4 годин після змішування з утворенням водної суміші, складає приблизно 0,3% чи менше, краще, менш ніж приблизно 0,2%, ще краще, менш ніж приблизно 0,1%, і найкраще, менш ніж приблизно 0,05%. Як відзначалося вище, синергічна взаємодія термоактивованого алюмосилікатного мінералу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, придатним чином вибраного джерела та кількості сульфату кальцію і придатним чином вибраного активатора на основі лужного металу, застосовуваного в придатній кількості, згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, допомагає мінімізувати усадку матеріалу. [0125] Як відомо, взаємодія геополімерного алюмосилікатного мінералу, такого як зольний пил, з активатором на основі лужного металу, таким як цитрат лужного металу, включає дуже високу швидкість реакції, при якій внаслідок проходження екзотермічної реакції вивільняється значна кількість теплоти. Вказана висока швидкість екзотермічної реакції забезпечує утворення алюмосилікатних сполук, і матеріал дуже швидко загусає та тужавіє (протягом декількох хвилин). Аналогічно, також відомо, що взаємодія цементу на основі сульфоалюмінату кальцію з сульфатом кальцію включає дуже високу швидкість реакції, при якій внаслідок проходження екзотермічної реакції вивільняється значна кількість теплоти. В результаті вказаної швидкої екзотермічної реакції утворюються продукти гідратації сульфоалюмінатної сполуки кальцію, і матеріал дуже швидко загусає та тужавіє, також протягом декількох хвилин. Для деяких застосувань дуже швидкий час тужавлення є проблемою, оскільки це призводить до скорочення терміну служби (терміну придатності), що викликає значні складнощі при обробці та нанесенні швидкотужавіючих матеріалів в конкретних польових умовах. Крім того, велика кількість теплоти, вироблюваної в швидких екзотермічних реакціях, може призводити до небажаного теплового розширення і подальшого розтріскування та руйнування матеріалу. [0126] Фахівці в даній галузі техніки можуть очікувати, що якщо допустити одночасне проходження двох вищевказаних швидких екзотермічних реакцій тужавлення (тобто взаємодію алюмосилікатного мінералу, такого як зольний пил, із сіллю лужного металу, та взаємодію сульфату на основі сульфоалюмінату кальцію із сульфатом кальцію) при змішуванні алюмосилікатного мінералу, активатора на основі лужного металу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфату кальцію, одержаний матеріал може забезпечувати небажане вивільнення навіть ще більш високої кількості теплоти і буде небажаним чином загусати та тужавіти значно швидше у порівнянні з тими випадками, де дві вищевказані реакції проходили незалежно, а сильне виділення теплоти та швидке тужавлення вже є небажаними. В тих варіантах реалізації даного винаходу, де застосовують усі чотири реакційноздатних компоненти, відзначені вище, несподівано було знайдено, що це не відбувається. Якщо алюмосилікатний мінерал, активатор на основі лужного металу, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію змішують разом, одержаний матеріал є менш екзотермічним та має більш тривалі часи загущения та тужавлення у порівнянні з будь-яким з відомих двокомпонентних реакційноздатних систем, описаних вище. Очевидно, синергічна взаємодія між чотирма вказаними вихідними сировими матеріалами забезпечує несподівані результати згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. [0127] Ще одним дуже несподіваним результатом, знайденим в деяких варіантах реалізації даного винаходу, є спостережуване значне зниження усадки матеріалу при взаємодії алюмосилікатного мінералу та активатора на основі лужного металу з цементом на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфатом кальцію. Нижче див., наприклад, порівняння прикладів чотирикомпонентних реакційноздатних систем згідно з даним винаходом та систем згідно з прикладами 1-4, які не є об’єктами винаходу, що містять тільки два або три реакційноздатних компоненти. Значне зниження усадки матеріалу відбувається навіть при включенні відносно 14 UA 114510 C2 5 10 невеликих кількостей цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфату кальцію в реакційну суміш, що містить алюмосилікатний мінерал та активатор. [0128] Дуже несподівано було знайдено, що кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію в геополімерних в’яжучих зв’язуючих композиціях згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу впливає на ступінь усадки матеріалу, виміряний після початкового тужавлення матеріалу. Також несподівано було знайдено, що якщо вміст цементу на основі сульфоалюмінату кальцію для даного варіанта реалізації стає вище певного значення, відбувається збільшення усадки матеріалу після його початкового тужавлення. [0129] В таблиці D1 наведені кількості інгредієнтів для деяких кращих варіантів реалізації, у яких відображена здатність контролювати усадку композицій після початкового тужавлення. [0130] Таблиця D1 ТАБЛИЦЯ D1 Широкий діапазон Інгредієнт В цілому, кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу Для більш ефективного контролю усадки матеріалу, кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу Для застосувань, що потребують дуже ретельного контролю усадки для запобігання розтріскування або руйнування, кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу 15 20 Краще значення Ще краще значення 1 – 200 частин від 2,5 до 100 від 5 до 50 по масі частин по масі частин по масі від 2,5 до 75 від 3,5 до 50 від 5 до 30 частин по масі частин по масі частин по масі від 5 до 40 від 5 до 35 від 5 до 30 частин по масі частин по масі частин по масі [0131] Також несподівано було знайдено, що кількість сульфату кальцію, що міститься в суміші, істотно впливає на ступінь усадки матеріалу геополімерних в’яжучих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. [0132] В таблиці D2 наведені кількості інгредієнтів згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, виражені у вигляді кількості сульфату кальцію на 100 частин цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, які можна застосовувати для контролю усадки матеріалу. [0133] Таблиця D2 ТАБЛИЦЯ D2 Інгредієнт В цілому, кількість сульфату кальцію на 100 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію Для найбільш ефективного контролю усадки матеріалу геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, кількість сульфату кальцію на 100 частин цементу на основі сульфоалюмінату кальцію 25 Широкий діапазон Краще значення Ще краще значення від 2 до 200 від 10 до 100 від 20 до 75 частин по масі частин по масі частин по масі від 2 до 100 від 5 до 75 від 10 до 50 частин по масі частин по масі частин по масі [0134] Було знайдено, що для даних кількостей активатора на основі лужного металу та інших компонентів композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, застосування дигідрату сульфату кальцію забезпечує найбільш ефективне контролювання мінімізації усадки матеріалу. Застосування безводного сульфату кальцію (ангідриту) та гемігідрату сульфату кальцію також забезпечує чудове контролювання зменшення усадки 15 UA 114510 C2 5 10 матеріалу геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Дигідрат сульфату кальцію та безводний сульфат кальцію (ангідрит) є кращими формами сульфату кальцію згідно з даним винаходом. Ще краще, сульфат кальцію забезпечений у вигляді дрібнодисперсних частинок. [0135] Несподівано було знайдено, що кількість активатора на основі лужного металу істотно впливає на ступінь усадки матеріалу геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. В таблиці D3 наведені кількості інгредієнтів, виражені як кількість в % активатора на основі лужного металу по відношенню до маси в’яжучих матеріалів (тобто термоактивованого алюмосилікатного мінералу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфату кальцію), кращі для забезпечення вказаних переваг. [0136] Таблиця D3 ТАБЛИЦЯ D3 Інгредієнт Широкий діапазон Для найбільш ефективного контролю усадки геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, % мас. від 1 до 6% від активатора на основі лужного металу маси в’яжучих відносно загальної маси в’яжучих матеріалов матеріалів (тобто термоактивованого алюмосилікатного мінералу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфату кальцію) 15 20 25 30 35 40 45 Краще значення Ще краще значення від 1,25% до 4% від 1,5% до 2,5% від маси від маси в’яжучих в’яжучих матеріалов матеріалов [0137] Несподівано було знайдено, що включення гідравлічних цементів на основі силікату кальцію, таких як портландцемент, в геополімерні композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу негативно впливає на розмірну стійкість одержаного матеріалу. Збільшення кількості портландцементу, додаваного в геополімерні композиції згідно з вказаними варіантами реалізації, збільшує усадку одержаних композицій. Збільшення усадки матеріалу в присутствии портландцементу відбувається, навіть якщо вказані варіанти реалізації містять цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфат кальцію та хімічний активатор на основі лужного металу. Наприклад, було знайдено, що включення 15%, 33%, 52% та 74% портландцементу в перерахунку на суху масу від загальної маси твердого в’яжучого матеріалу (при використанни в даному описі «в’яжучі матеріали» включають сухі компоненти суміші, включаючи термоактивований алюмосилікатний мінерал, усі цементні матеріали та сульфат кальцію) в реакційноздатні порошкові композиції згідно з деякими варіантами реалізації приводило до збільшення вільної усадки матеріалу, виміряної через 8 тижнів після початкового тужавлення матеріалу, до приблизно 0,15%, 0,23%, 0,31% та 0,48%, відповідно. [0138] Таким чином, в тих варіантах реалізації, де наведена вище ступінь усадки є проблемою, не бажаючи бути зв’язаними теорією, вважають, що додавання портландцементу негативно впливає на синергічну взаємодію чотирьох основних реакційноздатних порошків (термоактивованого алюмосилікатного мінералу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфату кальцію та хімічного активатора на основі лужного металу). Таким чином, геополімерні в’яжучі композиції згідно з тими варіантами реалізації, де вказаний вище ступінь усадки є проблемою, краще, не включають кількість портландцементу, достатню для забезпечення вказаного небажаного ступеню усадки. [0139] Для одержання зв’язуючої композиції реакційноздатний порошковий компонент А (термоактивований алюмосилікатний мінерал, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію), компонент-активатор В (хімічний активатор на основі лужного металу) та воду змішують з утворенням в’яжучої суспензії при початковій температурі (температура протягом першої хвилини після введення усіх інгредієнтів в суміш), що становить від приблизно 0 °С до приблизно 50 °С, краще, від приблизно 10 до приблизно 35 °С. В результаті відбувається реакція геополімеризації, яка приводить до утворення алюмосилікатних геополімерних частинок і тужавлення та твердіння одержаного матеріалу. В той самий час, відбуваються реакції гідратації в фазах сульфоалюмінату кальцію та силікату кальцію, що приводять до тужавлення та твердіння одержаного матеріалу. 16 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0140] Для забезпечення свіжоприготовленої суміші, придатної для обробки, і одержання міцного та довговічного матеріалу в затверділому стані геополімерні композиції зі стабільними розмірами згідно з деякими кращими варіантами реалізації даного винаходу мають дуже низьку водопотребу. [0141] Краще, масове відношення вода/загальна кількість твердих речовин в геополімерних в’яжучих зв’язуючих матеріалах зі стабільними розмірами згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу за відсутності крупних заповнювачів складає від приблизно 0,04 до приблизно 0,25, краще, від приблизно 0,04 до приблизно 0,20, ще краще, від приблизно 0,05 до приблизно 0,175, і найкраще, від приблизно 0,05 до приблизно 0,15. Краще відношення вода/загальна кількість твердих речовин в геополімерних зв’язуючих матеріалах зі стабільними розмірами згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу в присутності крупного заповнювача краще складає менш ніж приблизно 0,125, ще краще, менш ніж приблизно 0,10, і найкраще, менш ніж приблизно 0,075. Тверді речовини в цілому включають в’яжучі матеріали, заповнювачі (такі як пісок та інші заповнювачі), наповнювачі та інші тверді домішки, не що містять воду. [0142] Для хімічної гідратації та реакцій геополімеризації алюмосилікатів згідно з вказаними варіантами реалізації забезпечена мінімальна кількість води. Краще, в суспензії масове відношення води до порошкових в’яжучих матеріалів складає від приблизно 0,17 до приблизно 0,40, ще краще, від приблизно 0,2 до приблизно 0,35, ще краще, від приблизно 0,22 до 0,3. Використовувані в даному описі «в’яжучі матеріали» визначені як термоактивований алюмосилікатний мінерал, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію, а також будь-які додаткові цементи, які можна додавати в реакційну суміш. Кількість води залежить від вимог, висуваних окремими матеріалами, присутніми у в’яжучій композиції. [0143] Тужавлення композиції згідно з вказаними варіантами реалізації характеризується часами початкового та остаточного тужавлення, вимірюваними з використанням голок Гілмора, як зазначено в методиці випробувань ASTM C266. Час остаточного тужавлення також відповідає періоду часу, протягом якого бетонний продукт, наприклад, бетонна панель, твердіє в достатньому ступені, чтоби її можна було використовувати. [0144] В цілому, реакції геополімеризації за участі термоактивованого алюмосилікатного мінералу, такого як зольний пил, є екзотермічними. Знов, в деяких варіантах реалізації несподівано було знайдено, що зольний пил, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфат кальцію та хімічний активатор на основі лужного металу взаємодіють синергічно один з одним в рамках реакції геополімеризації, що значно знижує швидкість реакції та кількість теплоти, що вивільняється матеріалом, в якому відбувається екзотермічна реакція. Відповідний вибір типу та кількості сульфату кальцію, кількості цементу на основі сульфоалюмінату кальцію і відповідний вибір хімічного активатора на основі лужного металу та його кількості є ефективними для зменшення та мінімізації швидкості реакції та кількості теплоти, що вивільняється при проходженні екзотермічної реакції. [0145] В цілому, реакція геополімеризації термоактивованого алюмосилікатного мінералу, такого як зольний пил, також відбувається з високою швидкістю та приводить до швидкому загущенню та тужавленню матеріалу. Як правило, якщо зольний пил окремо взаємодіє з хімічним активатором на основі лужного металу згідно з рівнем техніки, загущення матеріалу починається протягом 2-3 хвилин, і остаточне тужавлення відбувається менш ніж через 10 хвилин після одержання водної суміші. [0146] В кращих варіантах реалізації даного винаходу несподівано було знайдено, що термоактивований алюмосилікатний мінерал, такий як зольний пил, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, сульфат кальцію та хімічний активатор на основі лужного металу взаємодіють один з одним синергічно в рамках реакції геополімеризації, що значно збільшує час загущення та час остаточного тужавлення одержаного матеріалу. Відповідний вибір типу та кількості сульфату кальцію, кількості цементу на основі сульфоалюмінату кальцію і відповідний вибір хімічного активатора на основі лужного металу та його кількості збільшують швидкість та час загущення і час остаточного тужавлення одержаного матеріалу. [0147] Було знайдено, що для даної кількості активатора на основі лужного металу у вказаних варіантах реалізації збільшення кількості сульфату кальцію призводить до збільшення часу загущення та остаточного тужавлення одержаних геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій. Крім того, було знайдено, що для даної кількості активатора на основі лужного металу у вказаних варіантах реалізації збільшення розміру частинок сульфату кальцію призводить до збільшення часу загущення та остаточного тужавлення одержаних геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій. Крім того, було знайдено, що поміж різних типів сульфату кальцію в композиціях згідно з даним винаходом гемігідрат сульфату кальцію 17 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечує найбільше зростання часу загущення та остаточного тужавлення одержаних геополімерних в’яжучих композицій. В геополімерних в’яжучих зв’язуючих матеріалах згідно з деякими кращими варіантами реалізації час загущення складає від приблизно 20 до приблизно 60 хвилин, а час остаточного тужавлення складає від приблизно 30 до приблизно 120 хвилин. Часи загущення та остаточного тужавлення є придатними для застосування в польових умовах на практиці, оскільки вони забезпечують більш тривалий відкритий час, що дозволяє проводити обробку геополімерних в’яжучих зв’язуючих матеріалів згідно з вказаними варіантами реалізації. [0148] Використовувана в даному описі міцність композиції на ранній стадії твердіння характеризується вимірюванням міцності на стиснення через 3-5 годин твердіння. Для багатьох застосувань відносно висока міцність на стиснення в’яжучого матеріалу на ранній стадії твердіння може бути ефективною, оскільки вона дозволяє витримувати більш високі навантаження за відсутності надлишкової деформації. Досягнення високої міцності на ранній стадії твердіння також підвищує безпеку використання та застосування виготовлених продуктів. Крім того, внаслідок досягнення високої міцності на ранній стадії твердіння багато матеріалів та структур можна надавати для руху транспорту та залишати під дією структурних та неструктурних навантажень вже на ранній стадії твердіння. Як правило, хімічні реакції, що забезпечують наростання міцності у вказаних композиціях, проходять протягом тривалих періодів часу після досягнення остаточного тужавлення. [0149] Геополімерні в’яжучі зв’язуючі матеріали згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу забезпечують дуже високе наростання міцності на стиснення на ранній стадії твердіння та остаточної міцності на стиснення. Наприклад, геополімерні в’яжучі зв’язуючі матеріали згідно з деякими з вказаних варіантів реалізації забезпечують наростання міцності на стиснення через 1-4 години від приблизно 500 psi (3,4 МПа) до приблизно 4000 psi (27,6 МПа), від приблизно 1500 psi (10,3 МПа) до приблизно 5000 (34 МПа) psi через 24 години та від приблизно 3500 (24,1 МПа) до приблизно 10000 (69 МПа) psi через 28 днів. [0150] У вказаних варіантах реалізації суттєве збільшення міцності на стиснення на ранній стадії твердіння відбувається, якщо кількість сульфату кальцію складає від приблизно 10% до приблизно 50% мас. від маси цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. Також несподівано було знайдено, що тип сульфату кальцію також істотно впливає на наростання міцності на стиснення на ранній стадії твердіння (≤ 24 години) геополімерних в’яжучих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Було знайдено, що найбільше зростання міцності на стиснення на ранній стадії твердіння відбувається при застосуванні безводного сульфату кальцію (ангідриту). [0151] В деяких варіантах реалізації було знайдено, що застосування більш дрібних частинок сульфату кальцію призводить до більш швидкого нарастания міцності на ранній стадії твердіння (≤24 години). Якщо дуже висока швидкість наростання міцності є бажаною, то кращий середній розмір частинок сульфату кальцію перебуває в діапазоні від приблизно 1 до приблизно 30 мікрон, ще краще, від приблизно 1 до приблизно 20 мікрон, і найкраще, від приблизно 1 до приблизно 10 мікрон. [0152] В’яжуча реакційна суміш [0153] В’яжуча реакційна суміш згідно з деякими кращими варіантами реалізації даного винаходу містить реакційноздатний порошковий компонент А та компонент-активатор В, кращі діапазони вмісту яких наведені в таблиці А. Реакційноздатний порошковий компонент А містить термоактивований алюмосилікатний мінерал, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію. Компонент-активатор В містить хімічний активатор на основі лужного металу. [0154] Краще, в’яжуча реакційна суміш містить від приблизно 10 до приблизно 40 % мас. вапна. Тим не менш, вказане вапно необов’язково додавати окремо. Навпаки, інколи його включають як хімічний компонент термоактивованого алюмосилікатного мінералу. [0155] Крім термоактивованого алюмосилікатного мінералу, цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфату кальцію в’яжучий реакційноздатний порошок може включати від приблизно 0 до приблизно 5% необов’язкових в’яжучих домішок, таких як портландцемент. Тим не менш, кращим є відсутність портландцементу, оскільки його включення збільшує усадку матеріалу, що зменшує розмірну стійкість матеріалу. [0156] Зольний пил класу С та інші термоактивовані алюмосилікатні мінерали [0157] Термоактивовані алюмосилікатні мінерали згідно з деякими варіантами реалізації вибрані з групи, що складається із зольного пилу, доменного шлаку, термоактивованих глин, сланців, метакаоліну, цеолітів, вапнистих глин, червоного шламу, молотого каменю та подрібненої невипаленої цегли. Кращо, вміст в них Al2O3 складає більш ніж приблизно 5% мас. Як правило, глину або вапнисту глину застосовують після термічної активації шляхом 18 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нагрівання при температурах від приблизно 600 до приблизно 850 °С. Кращі термоактивовані алюмосилікатні мінерали згідно з вказаними варіантами реалізації даного винаходу мають високий вміст вапна (CaO), який краще складає більш ніж приблизно 10 % мас., ще краще, більш ніж приблизно 15%, і найкраще, більш ніж приблизно 20%. Найкращим термоактивованим алюмосилікатним мінералом є зольний пил класу С, наприклад, зольний пил, вироблюваний на вугільних електростанціях. Зольний пил також може мати властивості пуцоланів. [0158] Згідно з ASTM C618 (2008) пуцоланові матеріали визначені як «кремнієвмісні або кремніє- та алюмінієвмісні матеріали, які самі по собі мають незначні в’яжучі характеристики або не мають їх, але в дрібнодисперсній формі в присутності вологи вступають в хімічну взаємодію з гідроксидом кальцію при звичайній температурі з утворенням сполук, що мають в’яжучі характеристики». [0159] Зольний пил є кращим термоактивованим алюмосилікатним мінералом у в’яжучих реакційних порошкових сумішах згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Зольний пил, що має високий вміст оксиду кальцію та алюмінату кальцію (такий як зольний пил класу С згідно зі стандартом ASTM C618 (2008)), є кращим, що пояснюється нижче. [0160] Зольний пил є дрібнодисперсним порошковим побічним продуктом, утворюваним при згорянні вугілля. Котли електростанцій, у яких спалюють вугільний пил, виробляють велику частину комерційно доступного зольного пилу. Вказаний зольний пил складається, головним чином, зі склоподібних сферичних частинок, а також залишків гематиту та магнетиту, коксу та деяких кристалічних фаз, що утворюються при охолодженні. Структура, склад та властивості частинок зольного пилу залежать від структури та суміші вугілля і від способів спалювання, за допомогою яких одержують зольний пил. Згідно зі стандартом ASTM C618 (2008) виділяють два основних класи зольного пилу для застосування в бетонах – клас С та клас F. Два вказаних класи зольного пилу, в цілому, одержують з різних видів вугілля, які відрізняються способами утворення вугілля на протязі різних геологічних періодів. Зольний пил класу F звичайно одержують при згорянні антрациту або бітумінозного вугілля, тоді як зольний пил класу С звичайно одержують з лігніту або суббітумінозного вугілля. [0161] Стандарт ASTM C618 (2008) визначає відмінності між зольним пилом класу F та класу C, головним чином, відповідно до їх пуцоланових властивостей. Відповідно, в стандарті ASTM C618 (2008), основною відмінністю в специфікаціях зольного пилу класу F та зольного пилу класу С є мінімальна межа вмісту SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 в композиції. Мінімальна межа вмісту SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 для зольного пилу класу F складає 70%, а для зольного пилу класу С 50%. Таким чином, зольний пил класу F має більш виражені пуцоланові властивості у порівнянні із зольним пилом класу С. Хоча це явно й не відображено в стандарті ASTM C618 (2008), зольний пил класу С, краще, має більш високий вміст оксиду кальцію (вапна). [0162] Зольний пил класу С звичайно має в’яжучі властивості на додаток до властивостей пуцоланів за рахунок вмісту вапна (оксиду кальцію). Зольний пил класу F у рідких випадках є в’яжучим при змішуванні винятково з водою. Присутність великої кількості оксиду кальцію надає зольному пилу класу С в’яжучих властивостей за рахунок утворення гідратів силікату кальцію та алюмінату кальцію при змішуванні з водою. Як буде видно в наведених нижче прикладах, зольний пил класу С забезпечує поліпшені результати згідно з кращими варіантами реалізації даного винаходу. [0163] У вказаних варіантах реалізації термоактивований алюмосилікатний мінерал містить зольний пил класу С, краще, від приблизно 50 до приблизно 100 частин зольного пилу класу С на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу, ще краще, термоактивований алюмосилікатний мінерал містить від приблизно 75 частин до приблизно 100 частин зольного пилу класу С на 100 частин термоактивованого алюмосилікатного мінералу. [0164] У вказаних або інших кращих варіантах реалізації також можна застосовувати інші типи зольного пилу, такі як зольний пил класу F. Краще, приблизно 50 % мас. термоактивованого алюмосилікатного мінералу, що входить до складу в’яжучого реакційноздатного порошку, складає зольний пил класу С, а решту складає зольний пил класу F або будь-який інший термоактивований алюмосилікатний мінерал. Ще краще, від приблизно 55 до приблизно 75 % мас. термоактивованого алюмосилікатного мінералу, що входить до складу в’яжучого реакційноздатного порошку, складає зольний пил класу С, а решту складає зольний пил класу F або будь-який інший термоактивований алюмосилікатний мінерал. Краще, термоактивований алюмосилікатний мінерал містить від приблизно 90 до приблизно 100% зольного пилу класу С, наприклад, 100% зольного пилу класу С. [0165] Середній розмір частинок термоактивованих алюмосилікатних мінералів згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу краще складає менш ніж приблизно 100 мікрон, 19 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 ще краще, менш ніж приблизно 50 мікрон, ще краще, менш ніж приблизно 25 мікрон, і найкраще, менш ніж приблизно 15 мікрон. [0166] Краще, зв’язуюча суміш згідно з даним винаходом містить не більш ніж приблизно 5 частин метакаоліну на 100 частин термоактивованого алюмосилікатного мінералу. Ще краще, зв’язуючий матеріал згідно з даним винаходом не містить значних кількостей метакаоліну. Було знайдено, що присутність метакаоліну збільшує водопотребу деяких сумішей, таким чином, його застосування в геополімерних зв’язуючих композиціях згідно з деякими кращими варіантами реалізації даного винаходу є небажаним. [0167] Мінералами, що часто зустрічаються у складі зольного пилу, поміж інших, є кварц (SiO2), муліт (Al2Si2O13), геленіт (Ca2Al2SiO7), гематит (Fe2O3), магнетит (Fe3O4). Крім того, в зольному пилу часто зустрічаються поліморфні алюмосилікатні мінерали, розповсюджені в гірських породах, такі як силіманіт, кіаніт та андалузит, які усі мають молекулярну формулу Al2SiO5. [0168] Зольний пил також може включати сульфат кальцію або інше джерело сульфатних іонів, які потрапляють до змішаної композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. [0169] В деяких кращих варіантах реалізації тонкість помелу зольного пилу краще, є такою, що менш ніж приблизно 34% затримуються на ситі 325 меш (американська система сит) при дослідженні згідно з методикою ASTM C-311 (2011) («Методика відбору проб та дослідження зольного пилу як мінеральної домішки бетону на основі портландцементу»). Середній розмір частинок матеріалу зольного пилу, придатного для вказаних варіантів реалізації, краще складає менш ніж приблизно 50 мікрон, ще краще, менш ніж приблизно 35 мікрон, ще краще, менш ніж приблизно 25 мікрон, і найкраще, менш ніж приблизно 15 мікрон. Вказаний зольний пил краще, виділяють та застосовують в сухому вигляді через його схильність до тужавлення. [0170] Зольний пил класу С, одержаний з суббітумінозного вугілля, має типовий склад, наведений далі в таблиці Е. Вказаний зольний пил, краще, виділяють та застосовують в сухому вигляді через його схильність до тужавлення. [0171] Таблиця Е ТАБЛИЦЯ E - Приклад придатного зольного пилу класу С Компонент SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 CaO K2O Na2O Втрати при прожарюванні Частка (% мас.) 20-45 10-30 3-15 0,5-8 0,5-5 15-60 0,1-4 0,5-6 0-5 30 [0172] Кращий придатний зольний пил класу F має склад, наведений далі в таблиці F. [0173] Таблиця F ТАБЛИЦЯ F - Кращий придатний зольний пил класу F Компонент SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 CaO K2O Na2O Втрати при прожарюванні 35 Частка (% мас.) 50-70 10-40 1-10 0,5-3 0-4 0-10 0,1-4 0,1-6 0-5 [0174] Гідравлічні цементи 20 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0175] Гідравлічні цементи для задач даного винаходу є цементом, що вступає в хімічну реакцію тужавлення при введенні в контакт з водою (гідратація), який не лише тужавіє (твердіє) під дією води, але також утворює водонепроникний продукт. [0176] Гідравлічні цементи включають, без обмеження ними, алюмосилікатні цементи типу портландцементу, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію, цемент на основі алюмінату кальцію та цементи на основі фторалюмінату кальцію. [0177] Цементи на основі сульфоалюмінату кальцію (CSA) [0178] Цемент на основі сульфоалюмінату кальцію є інгредієнтом геополімерних зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Цементи на основі сульфоалюмінату кальцію (CSA) належать до класу цементів, відмінному від цементу на основі алюмінату кальцію (CAC) або гідравлічних цементів на основі силікату кальцію, наприклад, портландцементу. Цементи на основі CSA є гідравлічними цементами на основі сульфоалюмінату кальцію, але не алюмінатів кальцію, які є основою для цементу на основі CAC, або силікатів кальцію, які є основою портландцементу. Цементи на основі сульфоалюмінату кальцію одержують з клінкерів, що включають йеліміт (Ca4(AlO2)6SO4 або C4A3Š) як основну фазу. [0179] Інші основні фази, що містяться в кращому цементі на основі сульфоалюмінату кальцію, можуть включати один чи декілька з таких матеріалів: силікат дикальцію (C2S), алюмоферит тетракальцію (C4AF) та сульфат кальцію (CŠ). Відносно низькі вимоги до кількості вапна для цементів на основі сульфоалюмінату кальцію у порівнянні з портландцементом знижують споживання енергії та викиди парникових газів при виробництві цементу. Дійсно, цементи на основі сульфоалюмінату кальцію можна виготовляти при температурах приблизно на 200 °С нижче ніж портландцемент, що, таким чином, додатково знижує витрату енергії та викиди парникових газів. Кількість фази йеліміту (Ca4(AlO2)6SO4 або C4A3Š), що міститься в цементах на основі сульфоалюмінату кальцію, придатна для деяких варіантів реалізації згідно з даним винаходом, краще складає від приблизно 20 до приблизно 90 % мас., ще краще, від приблизно 30 до приблизно 75 % мас., і найкраще, від приблизно 40 до приблизно 60 % мас. [0180] Кращі композиції згідно з даним винаходом містять від приблизно 1 до приблизно 200 частин, ще краще, від приблизно 2,5 до приблизно 100 частин, ще краще, від приблизно 2,5до приблизно 50 частин, і ще краще, від приблизно 5 до приблизно 30 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, м.ч. на 100 м.ч. термоактивованого алюмосилікатного мінералу. [0181] Кількість цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, застосовуваного в композиціях згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, регулюють з урахуванням кількості активної фази йеліміту (Ca4(AlO2)6SO4 або C4A3Š), присутньої в цементі на основі CSA. [0182] Портландцемент [0183] Геополімерні композиції зі стабільними розмірами згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, що містять алюмосилікатний мінерал, хімічний активатор на основі лужного металу, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію, мають дуже низькі значення усадки матеріалу. Логічно, цілком природно можна очікувати, що якщо до суміші згідно з даним винаходом додатково включити інший зв’язуючий матеріал з гарною розмірною стійкістю, то загальна усадка матеріалу та розмірна стабільність одержаної композиції залишиться на низькому та прийнятному рівні. Наприклад, було визначено, що усадка в’яжучих композицій на основі тільки портландцементу приблизно на порядок нижче усадки геополімерних зв’язуючих матеріалів, що складаються із зольного пилу, активованого цитратом лужного металу. Тим не менш, дуже несподівано було знайдено, що додавання портландцементу в композиції зі стабільними розмірами згідно з даним винаходом, що містять алюмосилікатний мінерал, хімічний активатор на основі лужного металу, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію, негативно впливає на характеристики усадки одержаних композицій. Було знайдено, що додавання портландцементу в геополімерні композиції згідно з даним винаходом збільшує усадку одержаних композицій. Спостережувана величина усадки зростає при збільшенні кількості портландцементу в одержаних композиціях. Такий результат є вкрай несподіваним та дивним, і він підкреслює складну природу хімічних взаємодій, що відбуваються при включенні інших типів цементів та/або хімічних домішок в геополімерні зв’язуючі композиції зі стабільними розмірами згідно з даним винаходом. Враховуючи вказану информацію згідно з деякими кращими варіантами реалізації даного винаходу, портландцемент не включають взагалі. Тим не менш, мається на увазі, що за бажанням певну кількість портландцементу можна застосовувати в деяких варіантах реалізації в тих ситуаціях, де певне збільшення усадки може бути прийнятним. Практичне обмеження кількості портландцементу залежить від рівня прийнятного негативного впливу на усадку, але в 21 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 деяких кращих варіантах реалізації даного винаходу включають не більш ніж приблизно 15 частин по масі портландцементу на 100 частин по масі термоактивованого алюмосилікатного мінералу. [0184] Низька вартість та широка доступність вапна, сланцю та інших природних матеріалів зробили портландцемент одним з найдешевших матеріалів, широко застосовуваних за останнє сторіччя в усьому світі. [0185] Використовуваний в даному описі «портландцемент» є гідравлічним цементом на основі силікату кальцію. ASTM C150 визначає портландцемент як «гідравлічний цемент (цемент, який не лише твердіє при взаємодії з водою, але також утворює водонепроникний продукт), одержуваний шляхом подрібнення клінкерів, що складаються по суті з гідравлічних силікатів кальцію, який звичайно містить одну чи декілька форм сульфату кальцію як домішки, введені при подрібненні». Використовувані в даному описі «клінкери» є зернами (діаметром від приблизно 0,2 до приблизно 1,0 дюйма [5-25 мм]) спеченого матеріалу, одержуваного в результаті нагрівання до високої температури сирової суміші, що має попередньо визначений склад. [0186] Цемент на основі алюмінату кальцію [0187] Цемент на основі алюмінату кальцію (CAC) є іншим типом гідравлічного цементу, який може бути компонентом реакційної порошкової суміші згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, де не потрібні особливо високі значення міцності на стиснення, разом із суспензіями з низьким вмістом води, що містять значні кількості зольного пилу. [0188] Цемент на основі алюмінату кальцію (CAC) також традиційно називають глиноземистим цементом або цементом з високим вмістом оксиду алюмінію. Цементи на основі алюмінату кальцію мають високий вміст оксиду алюмінію, краще, приблизно 30-45 % мас. Цементи на основі алюмінату кальцію з більш високим ступенем чистоти, у яких вміст оксиду алюмінію може перебуває в межах діапазону з верхньою межею приблизно 80 % мас., також є комерційно доступними. Вказані цементи на основі алюмінату кальцію з більш високим ступенем чистоти звичайно є дуже дорогими у порівнянні з іншими цементами. Цементи на основі алюмінату кальцію, застосовувані в композиціях згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу є тонкоподрібненими, що сприяє надходженню алюмінатів в водну фазу, таким чином, миттєво може відбуватися утворення етрингіту та гідратів інших алюмінатів кальцію. Площа поверхні цементу на основі алюмінату кальцію, придатного для вказаних варіантів 2 реалізації, складає більш ніж приблизно 3000 см /грамм, і краще, від приблизно 4000 до 2 приблизно 6000 см /грамм при вимірюванні за допомогою методу визначення площі поверхні за Блейном (ASTM C 204). [0189] В усьому світі для одержання цементу на основі сульфоалюмінату кальцію застосовують декілька способів виробництва. Краще, основною сировиною, застосовуваною для виробництва цементу на основі алюмінату кальцію, є боксит та вапно. Один зі способів виробництва цементу на основі алюмінату кальцію описаний далі. Спочатку бокситну руду дроблять та сушать, потім подрібнюють разом з вапном. Потім сухий порошок, що містить боксит та вапно, подають в обертову піч. Як паливо в печі застосовують подрібнене малозольне вугілля. В печі відбувається взаємодія між бокситом та вапном, розплавлений продукт збирають в нижній зоні печі та виливають у ванну, встановлену на дні. Розплавлений клінкер гасять водою для одержання грануляту клінкерів, який потім укладають в штабелі. Одержаний гранулят потім подрібнюють до бажаної тонини помелу з одержанням кінцевого цементу. [0190] Як правило, в процесі виробництва цементу на основі алюмінату кальцію можуть утворюватися декілька алюмінатних сполук кальцію. Основною одержуваною сполукою часто є алюмінат монокальцію (CaO·Al2O3, також називаний CA). Інші утворювані алюмінатні та силікатні сполуки кальцію можуть включати 12CaO·7Al2O3, також називаний C12A7, CaO·2Al2O3, також називаний CA2, силікат дикальцію (2CaO·SiO2, називаний C2S), алюмінат-силікат дикальцію (2CaO·Al2O3·SiO2, називаний C2AS). Також можуть утворюватися деякі інші сполуки, що містять відносно високу кількість оксидів заліза. Вказані сполуки включають ферити кальцію, такі як CaO·Fe2O3, або CF, та 2CaO·Fe2O3, або C2F, та алюмоферити кальцію, такі як алюмоферит тетракальцію (4CaO·Al2O3·Fe2O3 або C4AF), 6CaO·Al2O3·2Fe2O3 або C6AF2) та 6CaO·2Al2O3·Fe2O3 або C6A2F). Інші неосновні компоненти, які часто входять в цемент на основі алюмінату кальцію, включають оксид магнію (MgO), оксид титану (TiO2), сульфати та луги. [0191] Цементи на основі алюмінату кальцію часто мають одну чи декілька з вищевказаних фаз. Цементи на основі алюмінату кальцію, що містять як переважні фази алюмінат монокальцію (CaO·Al2O3 або CA) та/або гептаалюмінат додекакальцію (12CaO·7Al2O3 або C12A7), є особливо кращими згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Крім того, фази алюмінату кальцію можуть бути доступні в кристалічній формі та/або аморфній формі. 22 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 CIMENTFONDU (або HAC FONDU), SECAR 51 та SECAR 71 є прикладами комерційно доступних цементів на основі алюмінату кальцію, що містять алюмінат монокальцію (CA) як основну цементну фазу. TERNAL EV є прикладом комерційно доступного цементу на основі алюмінату кальцію, що містить гептаалюмінат додекакальцію (12CaO·7Al 2O3 або C12A7) як переважну цементну фазу. [0192] Якщо цементи на основі алюмінату кальцію (CAC) застосовують в даному винаході, вони можуть почасти заміщати цемент на основі сульфоалюмінату кальцію. Кількість цементу на основі алюмінату кальцію, що вводиться як замінник в композиції згідно з деякими варіантами реалізації, складає до приблизно 49 % мас. від загальної маси цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та цементу на основі алюмінату кальцію. [0193] Фторалюмінат кальцію . . [0194] Фторалюмінат кальцію має хімічну формулу 3CaO 3Al2O3 CaF2. В цілому, фторалюмінат кальцію одержують шляхом змішування вапна, бокситу та плавикового шпату в . . таких кількостях, щоб кінцевий мінерал мав склад 3CaO 3Al2O3 CaF2, та випалювання одержаної суміші при температурі 1200-1400 °С. Цементи на основі фторалюмінату кальцію необов’язково можна застосовувати в даному винаході, але в цілому для багатьох варіантів реалізації вони не є кращими. [0195] Сульфат кальцію [0196] Сульфат кальцію є інгредієнтом геополімерних зв’язуючих композицій згідно з конкретними варіантами реалізації даного винаходу. Незважаючи на те, що сульфат кальцію, наприклад, дигідрат сульфату кальцію, взаємодіє з водою, він не утворює водонепроникних продуктів, і для задач даного винаходу його не розглядають як гідравлічний цемент. Кращі типи сульфату кальцію, придатні для даного винаходу, включають дигідрат сульфату кальцію, гемігідрат сульфату кальцію та безводний сульфат кальцію (інколи називаний ангідритом сульфату кальцію). Вказані сульфати кальцію можна одержувати з природних джерел або промисловими методами. При застосуванні, обговорюваному в даному описі, сульфати кальцію можуть взаємодіяти синергічно з іншими основними компонентами в’яжучих композицій згідно з кращими варіантами реалізації даного винаходу і тим самим сприяють мінімізації усадки матеріалу та при цьому надають матеріалу інших придатних властивостей. [0197] Різні морфологічні форми сульфату кальцію можна ефективно застосовувати в різних варіантах реалізації даного винаходу. Було знайдено, що властивості геополімерних зв’язуючих матеріалів та композитів згідно з вказаними варіантами реалізації даного винаходу в значній мірі залежать від застосовуваного типу сульфату кальцію, від його хімічного складу, розміру частинок, морфології кристалів і хімічної та термічної обробки. Крім інших властивостей, характеристики тужавлення, швидкість наростання міцності, остаточну міцність на стиснення, характеристики усадки та стійкість до розтріскування геополімерних зв’язуючих матеріалів згідно з вказаними варіантами реалізації можна регулювати за рахунок вибору відповідного джерела сульфату кальцію для суміші. Таким чином, вибір типу сульфату кальцію, застосовуваного в композиціях згідно з вказаними варіантами реалізації, оснований на балансі властивостей, передбачуваних для кінцевого застосування. [0198] Незважаючи на те, що усі три форми сульфату кальцію (головним чином, гемігідрат, дигідрат та ангідрит) є придатними для застосування в чотирикомпонентних реакційних сумішах згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу для забезпечення переваг тривалого часу тужавлення та більш високої міцності на стиснення у порівнянні з прикладами порівняння 1-4, наведеними нижче, що містять тільки два або три реакційноздатних компоненти, було знайдено, що три різні форми сульфату кальцію мають різний та несподіваний вплив на час тужавлення та міцність на стиснення у порівнянні один з одним згідно з різними варіантами реалізації даного винаходу. [0199] Добре відомо, що хімічною формою сульфату кальцію з найбільш високою розчинністю є гемігідрат, формою з відносно більш низькою розчинністю є дигідрат, і відносно нерозчинною формою є ангідрит. Відомо, що усі три форми самі по собі тужавіють (утворюють матриці дигідратованої хімічної форми) у водному середовищі в відповідних умовах, і, як відомо, часи тужавлення та міцність на стиснення затверділих форм відповідають порядку значень розчинності вказаних форм. Наприклад, за інших рівних умов, при використанні як єдиний тужавний матеріалу, гемігідрат, як правило, має самий короткий час тужавлення, а ангідрит має самий тривалий час тужавлення (як правило, дуже тривалий час тужавлення). [0200] Досить несподівано було знайдено, що варіанти реалізації, у яких застосовують головним чином або винятково гемігідрат сульфату кальцію, мають найдовші часи тужавлення, тоді як варіанти реалізації, у яких застосовують головним чином або винятково ангідрит сульфату кальцію, мають найкоротші часи тужавлення. Також несподівано, що різні варіанти 23 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 реалізації, у яких застосовують головним чином або винятково безводний сульфат кальцію (ангідрит), мають більш високу міцність на стиснення на ранній стадії твердіння у порівнянні з варіантами реалізації, у яких застосовують головним чином дигідратовану форму. [0201] В геополімерних композиціях згідно з іншими варіантами реалізації для модифікації часу тужавлення та міцності на стиснення на ранній стадії твердіння композицій у порівнянні з тими варіантами реалізації, у яких застосовують головним чином або винятково один тип сульфату кальцію, також можна застосовувати суміш двох чи більше типів сульфату кальцію. При використанні вказаної суміші застосовувані типи сульфату кальцію можна змінювати в залежності від їх хімічного складу, розміру частинок, форми та морфології кристалів та/або обробки поверхні. [0202] Було знайдено, що розмір частинок та морфологія застосовуваного сульфату кальцію значно впливають на наростання міцності на ранній стадії твердіння та остаточної міцності геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. В цілому, було знайдено, що більш дрібні частинки сульфату кальцію забезпечують більш швидке наростання міцності на ранній стадії твердіння. Якщо бажаним є дуже швидке наростання міцності, кращий середній розмір частинок сульфату кальцію перебуває в діапазоні від приблизно 1 до приблизно 100 мікрон, ще краще, від приблизно 1 до приблизно 50 мікрон, і найкраще, від приблизно 1 до приблизно 20 мікрон. Крім того, також було знайдено, що сульфати кальцію з більш дрібнодисперсними частинками знижують усадку матеріалу. [0203] Крім того, було знайдено, що для даної кількості цементу на основі сульфоалюмінату кальцію та інших присутніх компонентів сировини збільшення (але не до надлишкової кількості) кількості сульфату кальцію приводить до збільшення міцності на стиснення на ранній стадії твердіння геополімерних зв’язуючих матеріалів згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Найзначніше збільшення міцності на стиснення на ранній стадії твердіння відбувається, якщо кількість сульфату кальцію складає від приблизно 10 до приблизно 50% мас. від маси цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. [0204] Також несподівано було знайдено, що відношення кількості сульфату кальцію до цементу на основі сульфоалюмінату кальцію істотно впливає на ступінь усадки матеріалу геополімерних композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Краще, у вказаних варіантах реалізації кількість сульфату кальцію складає від приблизно 5 до приблизно 200 частин по масі на 100 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. Для найбільш ефективного контролю усадки матеріалу геополімерних композицій згідно з вказаними варіантами реалізації кількість сульфату кальцію складає від приблизно 10 до приблизно 100 частин по масі на 100 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, ще краще, від приблизно 15 до приблизно 75 частин по масі на 100 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію, і найкраще, від приблизно 20 до приблизно 50 частин по масі на 100 частин по масі цементу на основі сульфоалюмінату кальцію. [0205] Було знайдено, що для даних кількостей активатора на основі лужного металу та інших компонентів сировини в композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу застосування дигідрату сульфату кальцію забезпечує найбільш ефективний контроль мінімізації усадки матеріалу. Застосування безводного сульфату кальцію (ангідриту) та гемігідрату сульфату кальцію також забезпечувало чудовий контроль зменшення усадки матеріалу геополімерних в’яжучих зв’язуючих композицій згідно з вказаними варіантами реалізації. [0206] Вибір типу або типів сульфату кальцію, застосовуваного в композиціях згідно з вказаними варіантами реалізації оснований на бажаній швидкості наростання міцності на ранній стадії твердіння, контролі усадки та балансі інших властивостей, передбачуваних для кінцевого застосування. [0207] Частину або повну кількість сульфату кальцію можна додавати як домішки цементу на основі сульфоалюмінату кальцію в композиції згідно з багатьма вказаними варіантами реалізації. В цьому випадку кількість сульфату кальцію, додаваного в композицію окремо, знижують еквівалентно кількості, присутній в цементі на основі сульфоалюмінату кальцію. [0208] Сульфат кальцію також може входити до складу зольного пилу згідно з деякими варіантами реалізації композиції. В цьому випадку можна знижувати кількість сульфату кальцію, додаваного в композицію окремо. [0209] Кількість сульфату кальцію, додаваного в композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу окремо, можна регулювати з урахуванням доступності сульфатних іонів, забезпечуваних іншими інгредієнтами, присутніми в суміші. [0210] Пуцолани 24 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 [0211] Як необов’язкові мінеральні домішки в композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу можна включати інші необов’язкові силікатні та алюмосилікатні мінерали, що є пуцоланами, які самі по собі мають суттєві чи незначні в’яжучі властивості у водному середовищі або не мають їх. Різні природні та штучні матеріали називають пуцолановими матеріалами, що мають властивості пуцоланів. Деякі приклади пуцоланових матеріалів включають кварцовий пил, пемзу, перліт, діатомову землю, тонкоподрібнену глину, тонкоподрібнений сланець, тонкоподрібнений крем’янистий сланець, тонкоподрібнене скло, вулканічний туф, трас та рисову лузгу. Усі вказані пуцоланові матеріали можна застосовувати окремо або об’єднувати у складі в’яжучого реакційноздатного порошку згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. [0212] Наповнювачі-заповнювачі, неорганічні мінеральні наповнювачі та легкі наповнювачі [0213] Незважаючи на те, що запропонована в’яжуча порошкова реакційна суміш визначає швидко тужавні компоненти в’яжучої композиції згідно з багатьма варіантами реалізації даного винаходу, фахівці в даній галузі техніки мають розуміти, що в композицію можна включати й інші матеріали в залежності від передбачуваного використання та застосування. [0214] Один чи декілька наповнювачів, таких як пісок, дрібнодисперсний заповнювач, крупний заповнювач, неорганічні мінеральні наповнювачі, легкі наповнювачі, можна застосовувати як компонент геополімерних сумішей згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. У вказаних варіантах реалізації вказані наповнювачі, краще, не є пуцоланами або термоактивованими алюмосилікатними мінералами. [0215] Кращими неорганічними мінеральними наповнювачами згідно з вказаними варіантами реалізації є доломіт, вапно, карбонат кальцію, подрібнена глина, сланець, крем’янистий сланець, слюда та тальк. В цілому, вказані наповнювачі мають дрібнодисперсні частинки, де кращий середній діаметр частинок в композиціях згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу складає менш ніж приблизно 100 мікрон, краще, менш ніж приблизно 50 мікрон, і найкраще, менш ніж приблизно 25 мікрон. Смектитові глини та палигорськіт, а також їх суміші, використовувані в суттєвих кількостях, не розглядають як придатні неорганічні мінеральні наповнювачі для задач даного винаходу. [0216] Використовуваний в даному описі дрібнозернистий заповнювач або пісок визначають як неорганічний кам’яний матеріал, що, як правило, має середній розмір частинок менш ніж приблизно 4,75 мм (0,195 дюйма) (хоча в залежності від застосування можна використовувати й інші розміри). Краще, пісок згідно з даним винаходом має середній розмір частинок від приблизно 0,1 мм до приблизно 2 мм. Дрібнодисперсний пісок із середнім розміром частинок, що складає приблизно 1 мм чи менше, є кращим наповнювачем згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. [0217] Пісок, який має максимальний діаметр частинок, що складає приблизно 0,6 мм, краще, не більш ніж приблизно 0,425 мм, і середній діаметр частинок в діапазоні від приблизно 0,1 до приблизно 0,5 мм, краще, від приблизно 0,1 мм до приблизно 0,3 мм, застосовують в інших варіантах реалізації даного винаходу. Приклади кращого дрібнодисперсного піску включають QUIKRETE FINE No. 1961 та UNIMIN 5030, переважний розмір частинок яких перебуває в діапазоні номерів за американською системою сит #70 - #30 (0,2-0,6 мм). [0218] Распределені частинок по розмірах та кількість піску у складі сприяє контролю плинності варіантів реалізації, в які включений пісок. Дрібнодисперсний пісок можна додавати в геополімерні в’яжучі композиції згідно з деякими варіантами реалізації при відношенні пісок/в’яжучі матеріали (реакційноздатний порошок), що складає від приблизно 0,05 до приблизно 4. Якщо бажано досягнення плинності матеріалу, що забезпечує його самостійне вирівнювання, найбільш бажане відношення піску до в’яжучих матеріалів у складі перебуває в діапазоні від приблизно 0,50 до приблизно 2, найкраще, від приблизно 0,75 до приблизно 1,5. [0219] Крупний заповнювач визначають як неорганічний кам’яний матеріал із середнім розміром частинок принаймні приблизно 4,75 мм (0,195 дюйма), наприклад, від приблизно 1/4' дюйма до приблизно 1 1/2 дюйма (від 0,64 до 3,81 см) (хоча в залежності від застосування можна використовувати й інші розміри). Заповнювачі з розміром більш ніж приблизно 1 1/2 дюйма (3,81 см) також можна використовувати для деяких застосувань, наприклад, для бетонних дорожніх покриттів. Форма та текстура частинок крупних заповнювачів може мати різні конфігурації, такі як кутасті форми, форми з грубою текстурою, довгасті, скруглені або гладкі форми або їх комбінації. [0220] Кращі крупні заповнювачі одержують з мінералів, таких як граніт, базальт, кварц, ріоніт, андезит, туф, пемза, вапно, доломіт, пісковик, мармур, роговик, халцедон, граувака, крем’янистий сланець та/або гнейс. Крупні заповнювачі, придатні для деяких варіантів 25 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 реалізації даного винаходу, краще, відповідають специфікаціям, наведеним в стандартах ASTM C33 (2011) та AASHTO M6/M80 (2008). [0221] При включенні крупних заповнювачів в геополімерні в’яжучі композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу, їх краще застосовують при відношенні заповнювача до в’яжучих матеріалів (реакційноздатний порошок), що складає від приблизно 0,25 до приблизно 5. Деякі варіанти реалізації даного винаходу містять крупний заповнювач, де відношення крупного заповнювача до в’яжучих матеріалів складає від приблизно 0,25 до приблизно 1. Деякі інші варіанти реалізації даного винаходу містять крупний заповнювач, де відношення крупного заповнювача до в’яжучих матеріалів складає від приблизно 1 до приблизно 3. [0222] Легкі наповнювачі мають відносну густину менш ніж приблизно 1,5, краще, менш ніж приблизно 1, ще краще, менш ніж приблизно 0,75, і найкраще, менш ніж приблизно 0,5. В деяких інших кращих варіантах реалізації даного винаходу відносна густина легких наповнювачів складає менш ніж приблизно 0,3, ще краще, менш ніж приблизно 0,2, і найкраще, менш ніж приблизно 0,1. В протилежність цьому, неорганічні мінеральні наповнювачі, краще, мають відносну густину більш ніж приблизно 2,0. Прикладами придатних легких наповнювачів є пемза, вермікуліт, спучені форми глини, сланець, крем’янистий сланець та перліт, вулканічний шлак, спучений шлак, топковий жужіль, скляні мікросфери, синтетичні керамічні мікросфери, порожнисті керамічні мікросфери, легкі полістирольні гранули, пластикові порожнисті мікросфери, пористі пластикові гранули і т.д. Пористі пластикові гранули та порожнисті пластикові сфери при використанні в композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу застосовують в відповідних масових кількостях з урахуванням їх відносно низької відносної густини та конкретного застосування. [0223] При застосуванні легких наповнювачів для зменшення маси деяких варіантів реалізації даного винаходу їх можна використовувати, наприклад, при відношенні наповнювача до в’яжучих матеріалів (реакційноздатний порошок), що складає від приблизно 0,01 до приблизно 2, краще, від приблизно 0,01 до приблизно 1. Комбинація двох чи більше типів легких наповнювачів також може бути придатною для вказаних варіантів реалізації даного винаходу. [0224] Незважаючи на те, що деякі варіанти реалізації даного винаходу містять тільки пісок як додаваний наповнювач, інші варіанти реалізації містять пісок та неорганічні мінеральні наповнювачі та/або легкий наповнювач. В інших варіантах реалізації як додавані наповнювачі можна застосовувати неорганічний мінеральний наповнювач та легкі наповнювачі. Крім того, інші варіанти реалізації включають як додавані наповнювачі пісок, неорганічний мінеральний наповнювач та легкий наповнювач. Інші варіанти реалізації містять тільки неорганічні мінеральні наповнювачі або легкі наповнювачі та не містять пісок, дрібнозернистий заповнювач або крупний заповнювач. Варіанти реалізації згідно з даним винаходом, що містять крупний заповнювач, крім того, можуть включати або не включати один чи декілька з таких наповнювачів – пісок, легкий наповнювач та неорганічний мінеральний наповнювач. Інші варіанти реалізації по суті не містять будь-яких додаваних наповнювачів. [0225] Хімічні активатори на основі лужних металів [0226] Солі та основи лужних металів є придатними хімічними активаторами для активації реакційноздатного порошкового компонента А, що містить термоактивований алюмосилікатний мінерал, такий як зольний пил, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію. Активатори на основі лужних металів, застосовувані в деяких варіантах реалізації даного винаходу, можна додавати в рідкій або твердій формі. Кращими хімічними активаторами на основі лужних металів згідно з вказаними варіантами реалізації даного винаходу є солі металів та органічних кислот. Ще кращими хімічними активаторами на основі лужних металів є солі лужних металів та карбонових кислот. Гідроксиди лужних металів та силікати лужних металів стосуються деяких інших прикладів хімічних активаторів на основі лужного металу, придатних для деяких варіантів реалізації даного винаходу. Як альтернатива, гідроксиди лужних металів та силікати лужних металів також можуть бути придатнимию для застосування в комбінації з карбоновими кислотами, такими як лимонна кислота, для забезпечення хімічної активації порошкової реакційної суміші, що містить термоактивований алюмосилікатний мінерал, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфат кальцію. [0227] В деяких варіантах реалізації даного винаходу застосування солей лужних металів та лимонної кислоти, таких як цитрат натрію або калію, в комбінації з порошковою реакційною сумішшю, що містить термоактивований алюмосилікатний мінерал, цемент на основі сульфоалюмінату кальцію та сульфаткальцію, забезпечує змішані композиції з відносно гарною 26 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 плинністю, які не дуже швидко тужавіють після змішування сировини при температурі навколишнього середовища або при температурах, близьких до неї (приблизно 20-25 °С). [0228] Кількість солі лужного металу та лимонної кислоти, наприклад, цитрату калію або цитрату натрію, складає від приблизно 0,5 до приблизно 10 % мас., краще, від приблизно 1 до приблизно 6 % мас., краще, від приблизно 1,25 до приблизно 4 % мас., ще краще, від приблизно 1,5 до приблизно 2,5 % мас., і найкраще, приблизно 2 % мас. на 100 частин в’яжучих реакційноздатних компонентів (тобто реакційноздатного порошкового компонента А) згідно з деякими варіантами реалізації. Таким чином, наприклад, на 100 фунтів в’яжучого реакційноздатного порошку композиція може містити усього від приблизно 1,25 до приблизно 4 фунтів цитратів калію та/або натрію. Кращими цитратами лужних металів є цитрати калію та цитрати натрію і зокрема моногідрат цитрату трикалію та безводний цитрат тринатрію, моногідрат цитрату тринатрію, сесквігідрат двохосновного цитрату натрію, дигідрат цитрату тринатрію, цитрат динатрію та цитрат мононатрію. [0229] Краще, активатор тужавлення не містить алканоламін. Також краще, активатор не містить фосфат. [0230] Уповільнювачі тужавлення [0231] Органічні сполуки, такі як гідроксиловані карбонові кислоти, вуглеводи, цукри та крохмалі, є кращими уповільнювачами тужавлення згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Органічні кислоти, такі як лимонна кислота, винна кислота, яблучна кислота, глюконова кислота, бурштинова кислота, гліколева кислота, малонова кислота, масляна кислота, яблучна кислота, фумарова кислота, мурашина кислота, глутамінова кислота, пентанова кислота, глутарова кислота, глюконова кислота, тартронова кислота, слизова кислота, триоксибензойна кислота і т.д., є придатними уповільнювачами тужавлення в геополімерних в’яжучих зв’язуючих композиціях зі стабільними розмірами згідно з деякими кращими варіантами реалізації. [0232] Глюконат натрію також є придатним органічним уповільнювачем тужавлення згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу. Органічні полімери на основі целюлози, такі як гідроксіетилцелюлоза (ГЕЦ), гідроксипропілцелюлоза (ГПЦ), гідроксипропілметилцелюлоза (ГПМЦ), етилцелюлоза (ЕЦ), метилетилцелюлоза (МЕЦ), карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), карбоксиметилетилцелюлоза (КМЕЦ), карбоксиметилгідроксіетилцелюлоза (КМГЕЦ), є додатковими придатними уповільнювачами тужавлення в деяких композиціях згідно з даним винаходом. [0233] Вказані уповільнювачі на основі целюлози при додаванні в композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу значно збільшують в’язкість суміші крім уповільнення тужавлення. Краще, уповільнювачі тужавлення на основі неорганічних кислот, такі як борати або борна кислота, не застосовують в значних кількостях згідно з деякими кращими варіантами реалізації даного винаходу, оскільки вони погіршують плинність суміші, викликають надлишкове вицвітання та знижують міцність зчеплення матеріалу з іншими субстратами. [0234] Інші необов’язкові агенти, що контролюють тужавлення [0235] Інші необов’язкові домішки, що контролюють тужавлення, включають карбонат натрію, карбонат калію, нітрат кальцію, нітрит кальцію, форміат кальцію, ацетат кальцію, хлорид кальцію, карбонат літію, нітрат літію, нітрит літію, сульфат алюмінію, алюмінат натрію, алканоламіни, поліфосфати і т.д. Вказані домішки при включенні до складу також можуть впливати на плинність геополімерних зв’язуючих композицій згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу крім того, що вони впливають на характеристики тужавлення. [0236] Необов’язкові матеріали, волокна та полотна [0237] В геополімерні зв’язуючі композиції згідно з деякими варіантами реалізації даного винаходу можна включати й інші необов’язкові матеріали та домішки. Вони включають принаймні один член групи, що складається з плівкотвірних редиспергованих полімерних порошків, плівкотвірних полімерних латексних дисперсій, піногасильних та протипінних агентів, водозатримувальних домішок, агентів, що контролюють тужавлення, органічних та неорганічних агентів, що контролюють плинність, агентів, що модифікують в’язкість (загусників), агентів, що контролюють (пригнічують) вицвітання, агентів для захисту від корозії, зволожуючих агентів, барвників та/або пігментів, дискретних волокон, довгих та безперервних волокон і армуючих наповнювачів, тканинних армуючих наповнювачів, волокон поливінілового спирту та/або піску, армованого скловолокном, або інших дискретних армуючих волокон. [0238] В в’яжучі композиції для плит, одержаних згідно з конкретними варіантами реалізації даного винаходу, можуть включати дискретні армуючі волокна різних типів. Полотна, одержані з матеріалів, таких як скловолокно з полімерним покриттям та нейлон, є прикладами матеріалів, 27 UA 114510 C2 5 10 15 20 25 які можна застосовувати для армування продуктів на цементній основі в залежності від їх функцій та застосування. [0239] Краще, геополімерні зв’язуючі матеріали згідно з багатьма кращими варіантами реалізації даного винаходу не містять значних кількостей цементного пилу. Цементний пил (CKD) може утворюватися в печі при одержанні цементних клінкерів. Пил є дисперсною сумішшю неповністю прожареної та непрореагованої подаваної сировини, клінкерного пилу та золи, збагаченої сульфатами, галогенідами лужних металів та іншими леткими речовинами. Вказані дисперсні матеріали захоплюються вихлопними газами та збираються в засобах контролю дисперсних матеріалів, таких як циклони, рукавні фільтри та електростатичні фільтри. [0240] CKD складається, головним чином, з карбонату кальцію та діоксиду кремнію, які є схожими з сировиною, подаваною в піч для випалу цементу, але кількості лугів, хлоридів та сульфатів звичайно значно вище в пилу. CKD, одержаний за допомогою трьох різних технологій: в довгих печах, що працюють по мокрому способу, в довгих печах, що працюють по сухому способу, та у відводах для лугів з установкою попереднього прожарювання, мають різні хімічні та фізичні властивості. CKD, одержаний в довгих печах, що працюють по мокрому та сухому способам, складається з неповністю прожарених дрібнодисперсних матеріалів, подаваних в піч, збагачених сульфатами та хлоридами лужних металів. Пил, що збирається у відводах для лугів в печах попереднього прожарювання, є більш крупним, більш прожареним, а також має високу концентрацію летких лугів. Тим не менш, пил, одержаний у відводах для лугів, містить високі кількості оксиду кальцію по масі та має низькі значення втрат при прожарюванни (ВПП). В таблиці, наведеній в Adaska et al., Beneficial Uses of Cement Kiln Dust, представленій на 2008 IEEE/PCA 50th Cement Industry Technical Conf., Miami, FL, May 19-22, 2008, показаний склад руйнованих матеріалів, одержаних за допомогою трьох різних технологій, а також хімічний склад портландцементу I типу, наведений для порівняння. [0241] ТАБЛИЦЯ G - Приклади суміші CKD, одержаної за допомогою різних технологій Компонент SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Втрати при прожарюванні (ВПП) Вільне вапно (CaO) 30 35 40 Відвод для лугів в системі Типовий попереднього нагрівання/ портландцемент I попереднього прожарювання типу (% мас.) (% мас.) 15,23 20,5 3,07 5,4 2,00 2,6 61,28 63,9 2,13 2,1 8,67 3,0 2,51