本申请要求于2016年8月4日提交的美国非临时专利申请号15/228,781的优先权，其通过引用整体并入本发明中。
本发明涉及混凝土材料和制造混凝土材料的方法，其不需要加热或其他特殊的固化工艺来生产各种建筑材料。更具体地，本发明涉及产品及其生产方法，其与波特兰水泥(portlandcement)和典型的地质聚合物水泥(geopolymercements)不同，显著减少了生产过程中二氧化碳和其他温室气体的产生。最具体地，本发明涉及不使用液体或干燥氢氧化物添加剂作为主要活化剂或ph调节剂的冷融合混凝土和水泥。
背景技术：
各种工业(如建筑业)所使用的水泥和混凝土制剂通常需要使用大量的能源来制造。本发明的目的是提供其生产不需要加热或其他特殊固化工艺的材料和制造材料的方法。与波特兰水泥和典型的地质聚合物水泥不同，本发明的冷融合混凝土和水泥制剂显著减少生产过程中二氧化碳和其他温室气体的产生。此外，本发明的另一个优点是，利用可以与现有生产设施和方法整合的基本工艺和材料。另一个目的是通过减少例如，暴露于不利气候条件(如极端或多变天气)、酷热、有害化学品(如氯化物、硫酸盐、酸)等对构造特征的损害，来提高产品质量。
对现有技术的说明
2015年5月7日公布的diaz-loya等人的美国公开专利申请2015/0122154教导了一种卜作岚水泥组合物及其制备方法。这些水泥组合物可包括卜作岚材料，和基于乙醇酸、甘油酸、苹果酸、酒石酸、丙二酸、戊二酸、马来酸、甲酸、乙酸、丙酸或丁酸的盐的活化剂，基于庚糖-葡萄糖酸盐(hepto-gluconates)、硫酸盐、糖、糖酸、木质素的缓凝剂，和/或基于胺的促进剂。
2014年9月18日公布的gong等人的美国公开专利申请2014/0264140涉及一种复合粘合剂(compositebinder)，其含有一种或多种f类粉煤灰(flyash)材料、一种或多种胶凝化增强剂和一种或多种硬化增强剂，其中一种或多种f类粉煤灰材料中的每一种均包括15wt％或更少的氧化钙，并且其中复合粘合剂是用于混凝土的无波特兰水泥粘合剂。
公布的国际申请wo2015199291a1公开了含有粉煤灰和高炉矿渣(blastfurnaceslag)的二氧化碳还原型混凝土组合物。
2014年12月11日公布的getzlaf等人的美国公开专利申请2014/0360721教导了一种水泥组合物，其包括含有氧化钙和缓凝剂的工业废料。该水泥组合物不含波特兰水泥。该组合物还包括碱金属氧化物、羟羧酸和硫酸盐化合物。
2014年9月11日公布的cross的美国公开专利申请2014/0251186涉及一种水泥或水泥基(cementitious)混合物，其包括粉煤灰、氧化锌和硼酸盐。硼酸盐化合物用作缓凝剂。
2014年2月20日公布的razl的美国公开专利申请2014/0047999涉及一种耐酸和耐高温的水泥复合物的生产方法，其中基质是单一的经碱活化的f粉煤灰、与磨碎矿渣组合的f粉煤灰或单一的磨碎矿渣。f-粉煤灰生产质量较低的经碱活化的水泥体系。
2012年6月19日授予davidovits等人的美国专利8,202,362公开了一种基于f类硅铝酸盐粉煤灰和高炉矿渣的地质聚合物水泥。
2015年11月12日公布的chalmers等人的美国公开专利申请2015/0321954公开了一种地质聚合物水泥，其含有粉煤灰和颗粒状高炉矿渣。该申请具体指出“至少一种硅铝酸盐材料可包括粉煤灰、沥青石、高炉矿渣、磨砂玻璃或沸石中的任一种或其组合。优选地，至少一种硅铝酸盐材料包括粉煤灰和颗粒状高炉矿渣。
2015年4月23日公布的ball等人的美国公开专利申请2015/0107491公开了一种水泥基粘合剂，其含有粒化高炉矿渣粉(ggbs)和磨细粉煤灰。该申请的摘要具体要求“水泥基粘合剂包括至少90wt％的含有粒化高炉矿渣粉(ggbs)和/或磨细粉煤灰(pfa)的水硬活性材料(hydraulically-activematerial)，和至少0.1wt％的用于该水硬活性材料的活化剂组合物中的cao。该水泥基粘合剂不包括任何波特兰水泥，因此其更环保。该粘合剂还包括高效减水剂，如聚羧酸酯醚(pce)。混凝土、灰浆(mortar)、水泥浆(grout)、地平砂浆(screed)或抹灰(render)可以由水泥基粘合剂、骨料颗粒、水和高效减水剂的混合物形成。
公布的pianaro的国际申请wo2015089611a1公开了一种由再生玻璃生产的地质聚合物水泥。
现有技术参考文献都没有教导不使用液体或干燥的氢氧化物添加剂作为主要活化剂或ph调节剂的冷融混凝土和水泥。
技术实现要素：
本文公开了材料和制造材料的方法，其不需要加热或其他特殊的固化工艺来生产各种建筑材料。本文公开的材料和方法的一个目的是，至少为工业(例如建筑工业)提供一种与波特兰水泥和典型的地质聚合物水泥不同的、显著减少生产过程中的二氧化碳和其他温室气体产生的产品。此外，本发明的另一个优点是，其利用可以与现有生产设施和方法整合的基本工艺和材料。另一个目的是通过减少例如，暴露于不利的气候条件(如极端或多变天气)、酷热、有害化学品(如氯化物、硫酸盐、酸等)等对构造特征的损害，来提高产品质量。
因此，本发明的主要目的是提供一种冷融合混凝土制剂，其来自以下混合物：作为润滑剂和活化剂的水；作为填料的、直径尺寸在约0.02mm筛至6英寸范围内的硅基矿物质骨料；作为活化剂的、无水或含水的钠或钾的偏硅酸盐/五水合物；作为水泥基成分的、来自钢铁生产过程的含粒化高炉矿渣粉的废料；作为水泥基成分的、来自煤燃烧的高钙或低钙废料(粉煤灰或底灰)；作为凝固缓凝剂的四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物、柠檬酸或硼酸；要经平衡以达到强度的金属氢氧化物，包括钙、钾、镁、钠或铝；凹凸棒石、高岭土、红黏土或其他细粒、含有高铝硅酸盐的黏土，其经煅烧或其他加工以减少或去除有机内容物和有机特征，用于增加硅和铝硅酸盐浓度和相关强度；蛋白质或与蛋白质具有相同特性的合成蛋白质材料，其能够与氢氧化物和硅酸盐形成弱的共价键，其中，改变氢氧化物和硅酸盐的离子浓度，用于在固化过程中保持一致的体积，并减少硅酸盐的粘性/发粘特性；和，授粉的蕨类植物油(fernoil)，以减少混合物的水含量并降低粘度。
从以下描述并结合任意附图(其中通过说明和实施例阐述了本发明的某些实施方式)，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。本文包含的任意附图构成本说明书的一部分，并且包括本发明的示例性实施方式，并且示出了其各种目的和特征。
具体实施方式
在本文中，以各种详细程度描述了本发明的某些方面、模式、实施方式、变化和特征，以进一步理解关于包括冷融合混凝土或水泥的组合物，以及关于制备和使用此类组合物的方法的实施方式。
如本文所使用的，术语“波特兰水泥”是指通过术语普通波特兰水泥(opc)、波特兰、参配水硬性水泥、简单水泥、参配卜作岚水泥(pozzolancement)、卜作岚水泥或其他工业特征或行话描述提到的任何水泥，其中，该材料可用于将矿物质骨料、轻质骨料、合成骨料或无骨料、水和化学品的组合物粘合成硬化的物质，并用于可能受或可能不受以下规范管理的结构或特征中，其中该规范包括国际规范委员会(icc)、美国国家高速公路和交通运输协会(aashto)、美国材料与试验协会(astm)、美国混凝土学会(aci)或类似的国际运输、建筑或维护机构。波特兰水泥包括改性材料(包括与粉煤灰和其他卜作岚参配的改性材料)、高钙含量的水泥、不含硫酸盐的水泥、抗硫酸盐水泥、高早强水泥和加气水泥。
如本文所使用的，术语“地质聚合物水泥”是一工业术语，其特征为含有二氧化硅和铝的卜作岚，被活化并与碱、碱金属盐、碱金属氢氧化物和氧化物结合，形成用于运输、建筑业以及作为特种化学品和/或耐热混凝土的硬化材料。地质聚合物水泥可以含有或不含有波特兰，最常见的含有液体氢氧化物和硅酸盐，并且最常见的需要热处理以获得耐久性特征。
如本文所使用的，术语“聚乙烯醇”是指源自乙酸乙烯酯和聚乙酸乙烯酯的聚合反应的水溶性合成聚合物。聚乙烯醇也称为pva、pvai、pvoh和乙烯醇。聚乙烯醇经完全或部分水解。通过试验批量实验确定合适的粘度，但达到耐氢氟酸的任何粘度都是合适的。
如本文所使用的，术语“冷融合混凝土”或“冷融合水泥”是工业术语，特征为含有二氧化硅和铝的卜作岚，该卜作岚被活化且与安装卜作岚(installedpozzolans)的固有的碱、碱金属盐以及碱金属的氢氧化物和氧化物与之结合，形成用于运输、建筑业以及作为特种化学品和/或耐热混凝土的硬化材料。冷融合混凝土和水泥可以使用或可以不使用波特兰材料，并且不使用液体氢氧化物添加剂作为主要的活化剂或ph调节剂。根据本公开的冷融合混凝土或水泥。
如本文所使用的，术语“水泥基材料(cementitiousmaterial)”是指细粒材料，其在单独用于混凝土中(例如波特兰水泥、参配水硬性水泥和膨胀水泥)，或与粉煤灰、其他原始或经煅烧的天然卜作岚、硅粉和/或粒化高炉矿渣粉组合的材料用于混凝土中时，具有粘结值(cementingvalue)。
如本文所使用的，术语“气相二氧化硅”是指人造细粒化材料，由最少90％的二氧化硅组成。硅粉可以是也可以不是卜作岚。其他含细粒化二氧化硅的材料可以被例如细粒化矿物质黏土、磨砂玻璃、硅胶或其他类似材料替代。
如本文所使用的，术语“粉煤灰”(c类或f类)材料是指可以根据或不根据标准astmc618规范进行分类的、来自发电过程的煤燃烧副产物。粉煤灰是来自煤燃烧的更细的产物，其通过静电除尘器和/或袋式除尘(bag-house)从废气流中收集，并作为水泥基材料用于地质聚合物、波特兰和冷融合水泥和混凝土中，且用于减缓碱-硅反应。粉煤灰可以全部或部分地代替成硅粉，硅粉是从废气流中获得的煤燃烧副产物或是分类的粉煤灰。用于本文目的的分类的粉煤灰是标准的c类或f类粉煤灰，其中已经分离出了更细或更粗的颗粒并且使用更细或更粗的部分。
如本文所使用的，术语粒化高炉矿渣粉(ggbfs)是在金属产品和物品(包括铁、铜、黄铜和其他)的生产(淬火)过程中获得的副产物。ggbfs通常含有高浓度的二氧化硅、铝、钙和其他反应性产物，当其混合在地质聚合物、波特兰或冷融合水泥和混凝土中时，有助于提高强度和减缓碱-硅反应。
如本文所使用的，术语“硅基矿物质骨料”是指任何天然或合成的骨料，其被压碎或倒圆并且可用作波特兰、地质聚合物和冷融合型混凝土中的填料。骨料是颗粒状材料，例如沙子、砾石、碎石和化铁高炉矿渣(ironblast-furnaceslag)，其与胶结剂一起使用以形成混凝土或灰浆。含高硅的材料通常是石英岩、大理石和其他冲积、沉积和化学结合的矿物质，其具有相当于约10psi(轻量级)至40,000psi(正常和重量级)的无侧限强度。当不需要耐化学性时，可以使用含有碳酸盐或碳的骨料材料作为替代物。
如本文所使用的，术语“底灰”是指来自发电过程的煤燃烧副产物，其不根据标准astmc618规范进行分类。底灰是来自煤燃烧的粗产品，从锅炉底部收集，并作为水泥基材料和轻质骨料用于地质聚合物、波特兰以及冷融合水泥和混凝土中。
如本文所使用的，术语“凝固缓凝剂(settimeretarder)”是指添加到波特兰、地质聚合物或冷融合水泥和混凝土中的任何干燥或液体混合物，以延迟凝固时间，并在施工和各种功能的维护工作期间提供更多的可工作时间。以下虽然是用作凝固缓凝剂，和/或活化和流变增强剂的化合物的非限制性实例，但是例示性的。
(1)四硼酸钠，也称为硼砂、硼酸钠或四硼酸二钠，是硼化合物、矿物质和硼酸盐。粉状四硼酸钠/硼砂是白色的，且含有易溶于水的无色软晶体。四硼酸钠通常用作地质聚合物和冷融合型水泥和混凝土的凝固缓凝剂、活化和流变增强剂。
(2)当使用波特兰水泥时，可以使用典型的表面活性剂、木质素、波特兰工业凝固缓凝剂、流变改性剂和减水剂，例如购买自sika、basf建筑化学、w.r.grace、euclid和其他供应商的那些。
(3)柠檬酸钠二水合物的化学式为na3c6h5o7。它有时简称为柠檬酸钠，但柠檬酸钠可以指柠檬酸的三种钠盐中的任一种。柠檬酸钠二水合物通常用作地质聚合物和冷融合型水泥和混凝土的凝固缓凝剂、活化和流变增强剂。
(4)柠檬酸是化学式为c6h8o7的弱有机三元酸。其天然存在于柑橘类水果中。在生物化学中，柠檬酸是在所有需氧生物代谢中发生的柠檬酸循环中的中间体。柠檬酸通常用作地质聚合物和冷融合型水泥和混凝土的凝固缓凝剂。
(5)硼酸(boricacid)，也称为硼酸氢盐、硼酸(boracicacid)、原硼酸(orthoboricacid)和硼酸(acidumboricum)，是硼的弱的一元路易斯酸，常用作防腐剂、杀虫剂、阻燃剂、中子吸收剂或其他化合物的前体。其化学式为h3bo3(有时写成b(oh)3)，以无色晶体或白色粉末的形式存在，能溶于水。当作为矿物质存在时，它被称为天然硼酸(sassolite)。硼酸通常用作地质聚合物和冷融合型水泥和混凝土的凝固缓凝剂。
如本文所使用的，术语“含有高铝硅酸盐的黏土”是指可用于波特兰、地质聚合物和冷融合水泥和混凝土中的任何天然存在的矿物质材料，例如高岭土、红黏土和凹凸棒石黏土，其有机物含量低于2％(wt/wt)，而二氧化硅含量升高为至少40％(wt/wt)，铝含量为至少15％(wt/wt)。其他天然存在的矿物质可用作代替物，包括沸石、硅藻土、火山矿物质和其他类似材料。
如本文所使用的，术语“蛋白质”或“合成蛋白质材料”是指大的生物分子或大分子，包括一条或多条长链氨基酸残基。对于可用于地质聚合物或冷融合型的水泥或混凝土的蛋白质，dna链必须在混合物硅酸盐和产生的氢氧化物之间产生共价键，其中，临时调节离子浓度(向上或向下)，减少和/或除去大多数地质聚合物型水泥中固有的粘性和发粘特性，并在蛋白质效应由于ph降低、温度偏差或时间而终止后，减少重组期间由离子更高质量的重构所引起的混合物的体积变化。
如本文所使用的，术语“授粉的蕨类植物油”是指由佛罗里达州珊瑚泉(coralsprings)的mbphx,llc供应的市售植物提取物材料。
如本文所使用的，术语“含氟表面活性剂”是具有多个氟原子的合成的有机氟化合物。它们可以是多氟化的或基于碳氟化合物的(全氟化的)，但当暴露于氢氟酸和其他二氧化硅腐蚀性酸时是不反应的。含氟表面活性剂可用于地质聚合物和冷融合型混凝土中，以降低水的表面张力并调节使用聚乙烯醇的混合物的流变性。
如本文所使用的，术语“轻质填料材料”是指天然存在的轻质矿物质骨料，和其他在混凝土混合物中用作骨料和空隙创建填料的合成材料。轻质填料材料包括体积比重小于1.0的任意天然或合成材料。轻质填料材料用于降低混合物的复合重量以限制结构重量，用于增强绝缘性能，并提升混合物对包括火灾在内的高温条件的耐受性。轻质填料材料可包括但不限于蛭石、火山渣、膨胀玻璃、膨胀页岩、人造和/或煤燃烧副产物空心微珠、合成或蛋白质消泡剂(airvoid)，以及其他人造或天然存在的和空隙创建材料。
如本文所使用的，术语“纤维”是指商业生产的人造微观(薄)和宏观(厚)的或变形纤维，其特定目的在于替换常规钢筋、除去或减少混凝土开裂、调节模量特性、提高强度和调整混凝土混合物的流变性。纤维通常由pvc、钢、尼龙、kevlartm(kevlar是对位芳纶合成纤维的注册商标)、玻璃、玄武岩和陶瓷形成，具有可变的旦尼尔、长度和形状。
如本文所使用的，术语“坍落度”是指混凝土的可加工性或流动性的测量值。它是混凝土的稠度或刚度的直接测量值。
如本文所使用的，术语“混凝土坍落度测试”是指对新拌混凝土的性质的测量，并且通常由标准astmc143测试方法控制。该测试是测量新拌混凝土的可加工性的经验测试，且当用于较大配置期间的许多批次时，它测量批次之间的一致性。坍落度测试结果是在重力作用下，压实的倒锥形混凝土的行为的测度。它测量混凝土的稠度或湿度。
如本文所使用的，术语“饱和面干”是用于评估混凝土中使用的矿砂和骨料的最佳或设计水分含量的经验值。饱和面干的水分含量通常由分别用于粗骨料和细骨料的标准astmc127和c128测试方法来测定。“饱和面干”可定义为其中颗粒表面“干燥”(即，不再发生表面吸附)，但颗粒间空隙被水饱和的骨料状态。在这种状态下，骨料不会影响复合材料的游离水含量。
如本文所使用的，术语“湿饱和”可以定义为其中所有孔隙完全被水填充并且表面上具有膜的骨料状态。
如本文所使用的，术语“风干”可以定义为其中所有水分从表面除去，但内部孔隙部分充满的骨料状态。
如本文所使用的，术语“烘干”可以定义其中通过在105℃的烘箱中加热至恒重(通常过夜加热是足够的)从骨料中除去所有水分，且所有孔隙都是空的的骨料状态。
本文所使用的术语“约”或“近似”表示如本领域技术人员所确定的特定值在可接受误差范围内，这将部分取决于该值如何测量或确定，即，测量系统的局限性。在本申请和权利要求书中描述的特定值，除非另有说明，否则术语“约”表示特定值在可接受的误差范围内。
除非另有说明，否则所有材料要求均表达为wt/wt％，理解为特定成分的质量比整个混合物的质量，如所示，包括水x100％。
在一个实施方式中，本发明涉及一种冷融合混凝土或水泥，其由以下物质的混合物的形成：作为润滑剂和活化剂的水；作为填料材料的、各直径尺寸为约.02mm筛至6英寸的硅基矿物质骨料；作为活化剂的、无水或含水的钠或钾的偏硅酸盐/五水合物；作为水泥基成分的、来自钢铁生产过程的包括粒化高炉矿渣粉的废料；作为水泥基成分的、来自煤燃烧的高钙或低钙废料(粉煤灰或底灰)；作为凝固缓凝剂的四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物、柠檬酸或硼酸；要经平衡以达到强度的金属氢氧化物，包括钙、钾、镁、钠或铝；凹凸棒石、高岭土、红黏土或其他细粒、含有高铝硅酸盐的黏土，其经煅烧或其他加工以减少或除去有机物含量和有机特性，用于增加硅和铝硅酸盐的浓度和相关强度；蛋白质或与蛋白质具有相同特性的合成蛋白质材料，其能够与氢氧化物和硅酸盐形成弱的共价键，其中，改变氢氧化物和硅酸盐的离子浓度，用于在固化过程中保持一致的体积，并减少硅酸盐的粘性/发粘特性；和授粉的蕨类植物油，以减少混合物的水含量并降低粘度。
水应该是可饮用的，但如果改变混合物的组成以适应非饮用水的使用，则可以使用非饮用水，因为不同的水源具有不同的ph、矿物质含量、氟化物和其他化学物质和成分。
骨料应该包括含高二氧化硅的材料，例如石英岩、大理石和其他冲积、沉积和化学结合的矿物质，其具有相当于约10psi(轻量级)至40,000psi(正常和重量级)的无侧限强度。骨料一般，但不是特别要求，符合美国材料与试验协会(astm)c33，在混凝土中使用的骨料标准规范中的耐久性和粒度规定，但通常不要求以美国混凝土协会混凝土实践手册的各种规范(包括aci318、aci301、aci211和aci506)定义的浓度进行组合。混合物的水含量根据骨料进行调整，以产生凝聚和黏性的材料，并适应计算的每码1立方米或27立方英尺的混合物体积，且在2小时至56天内，在可变的固化环境，包括电固化、热固化、实验室固化，以及在可变的地理气候(包括平均日均温度从-50到140华氏度和可变的气压)下的外界条件固化下，需要强度在每平方英寸(psi)约25(轻量级)磅至约20,000(正常和重量级)psi的范围内。
在添加水泥基材料和水之前，将授粉的蕨类植物提取物材料添加到骨料中。蕨类植物提取物减少由水泥基材料和骨料的可涂覆表面积所产生的混合物对水的需求。混合物对水的需求减少提高了强度并减少了塑性、干燥和自生混合物的体积变化。应该为每种混合物设计蕨类植物提取物，但该蕨类植物提取物应该与佛罗里达州珊瑚泉(coralsprings)的mbphx,llc供应的蕨类植物提取物相似。
在达到足够的强度、渗透性损失和二氧化硅含量所需的混合物的体积内，调整和平衡上述材料的浓度，从而实现以下物质的耐受性(质量损失少于5％)：浓度在约0.01％至约98％范围内的硫酸；浓度在约0.01％至约57％范围内的盐酸；浓度在约0.01％至约68％范围内的硝酸；浓度在约0.01％至约98％范围内的磷酸；浓度在约0.01％至约98％范围内的乙酸；并且，在连续浸没式暴露1至730天的情况下，对所有氯化物和所有硫酸盐的所有浓度和暴露，均没有质量损失降低或体积变化。
在另一个实施方式中，保持和平衡组分浓度，同时减少或消除四硼酸钠的存在，从而避免在聚乙烯醇(pva)的存在下发生极端增稠和流变学变化，其中聚乙烯醇(pva)添加的量有效保持混合物对水损害的固化耐受性，同时在约0.01％至约55％的浸没浓度、保持1至90天的条件下实现对氢氟酸降解的耐受性(质量损失少于5％)。pva的粘度和水解内容物用于实现各种混合物的流变性、粘度、聚集体悬浮和凝固时间的特性。如果pva浓度变得太高而不能实现氢氟酸耐受性并且该混合物失去了放置、强度或泵送所需的粘合性，则添加含氟表面活性剂以提高混合物的湿度并改变流变学行为，同时保持强度和渗透性特性，并进一步保护混合物免受氢氟酸降解。如果一些煤燃烧的废料、钢废料、硅酸盐或其他混合物组分阻止足够的固化混合物的渗透性降低，则除去含高二氧化硅的矿物质骨料并替换成丁基橡胶、塑性或其他耐氢氟酸的填料材料，或者，在没有因氢氟酸暴露而导致骨料降解和没有骨料消化的相对膨胀的风险下，放置净水泥混合物。
在一个可选的实施方式中，将含高二氧化硅的硬性和持久骨料、pva和含氟表面活性剂除去并替换成轻质填料材料，例如但不限于蛭石、火山渣、膨胀玻璃、膨胀页岩、人造和/或煤燃烧副产物空心微珠、合成或蛋白质消泡剂以及其他人造或天然存在和空隙创建材料。将四硼酸钠、碳酸钠或其他类似材料添加到混合物中，以增加混合物的耐热性，并增加材料的工作时间。将轻质填料材料、煤或钢废料、四硼酸钠、碳酸钠、偏硅酸钠或偏硅酸钾、蛋白质、水和植物提取物以一定浓度组合，以在28天的空气固化或使用热或电的加速固化中，达到每立方英尺(pcf)约20磅至每立方英尺(pcf)约100磅的所需密度，和约50psi至约6,000psi的相对强度。
在某些实施方式中，选择填料材料的尺寸和浓度，以及煤或钢废料、四硼酸钠、碳酸钠、偏硅酸钠或偏硅酸钾、蛋白质和水的浓度，以使混合物正常放置，能通过典型的工业气动应用泵装置传送以进行喷涂应用或其他气动结构布置，例如防火和其他耐热应用，并达到所需的应用密度和强度。
典型的填充材料尺寸在约.01mm至约8mm的范围内。调节材料中的混合物尺寸和浓度，以达到约1小时至约5小时的耐热性，只长时间对最高2,000华氏度的耐热性，和对暴露于超过3,000华氏度的温度的短暂(最多5分钟)耐热性。
为避免因可变的材料或可变的批次浓度导致的任何裂缝，可取决于混合物的水泥基含量，而使用可变剂量的聚氯乙烯(pvc)、钢、尼龙、kevlartm(kevlar是对位芳纶合成纤维的注册商标)、玻璃、玄武岩、陶瓷或其他微观、宏观或变形纤维。该纤维可具有可变的旦尼尔、长度和形状。在玻璃和其他类似纤维的情况下，玻璃材料应该是耐碱性的。在耐热混合物的情况下，由于这些材料的高耐热性，应该使用诸如玻璃、玄武岩和陶瓷等纤维。
实施例1
为了生产可以泥刀涂抹或浇注到位的，耐受酸、硫酸盐、氯化物和高达1,200华氏度的热暴露的沙子和水泥基材料，将试剂耐受性矿物质骨料，例如但不限于高二氧化硅含量的冲积石英岩沉淀、开采的玄武岩或开采的大理石(其最大骨料尺寸为约1/4英寸至#200美国筛网(.0029”或74μm))，按比例组合形成光滑的纹理饰面，并提供最大层厚度与骨料尺寸比为约3比1。当在x/y图上检测并且以提高到0.45力％穿过绘制时，该组合将导致与最大密度线的偏差不超过35％，使骨料的分布致密化水平增加到最大值。就质量而言，组合骨料应该为包括水的最终水泥基混合物质量的约20％(wt/wt)至75％(wt/wt)。在添加其他混合物成分之前，将授粉的蕨类植物油在饱和面干、饱和湿度或干燥条件下(风干或烘干)添加到矿物质骨料中，至包括水的最终水泥基混合物质量的约0.05％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)。
水泥基材料在干燥袋装水泥基混合物的情况下，应该与干燥的材料(包括授粉的蕨类植物油)组合使用，或者在湿法批处理的混凝土混合物的情况下应该独立使用。单独或组合使用时，水泥基材料都应该包括粉煤灰(c类或f类)和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)中的至少一种，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为而以不同浓度来添加，至质量浓度最大为40％(wt/wt)、通常为约8％(wt/wt)至约40％(wt/wt)。应该通过平衡混合物设计中各自的质量和体积的量，来选择混合物的粉煤灰浓度和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)浓度的每一种，直至其特性符合项目特定的要求。水泥基材料应该包括偏硅酸钠或偏硅酸钾、或者钠或钾的偏硅酸盐五水合物，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为而以可变浓度添加，至质量浓度在约2％(wt/wt)至约7％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的钠或钾的偏硅酸盐或五水合物的浓度，直至其特性符合项目要求。水泥基材料应该包括四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物或柠檬酸、硼酸或硅酸，其以包括水的混合物质量的约0.5％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)范围内的可变浓度添加，以减少混合物的空气含量并延长凝固时间和/或工作时间。添加蛋白质作为水泥基材料的一部分，浓度在约.01％(wt/wt)至约.1％(wt/wt)的范围内，条件是蛋白质以最小浓度提供，但少于会产生不需要量的空气的量，其中该最小浓度将在混合物硅酸盐和其中产生的氢氧化物之间产生共价键，从而临时除去混合物的粘性/发粘特性，并减少混合物的体积变化。以约3％(wt/wt)至约15％(wt/wt)的质量含量，将水添加到混合物中，使得水的浓度有效产生坍落稠度和符合项目要求的其他特性，以满足从垂直或高架混凝土修补的砌筑砂浆稠度、砌筑砂浆接缝、水平混凝土修补、密封剂、衬板，到固结、自固结或自流平应用中的结构墙、厚板、梁或柱的预期用途。当组合所有成分时，应该将材料混合2至7分钟，然后放置和/或固化。
混合物根据如下所示的表1进行配制。
对下表格的说明：
计算蕨类植物油的质量用于混合物的质量总和以及总质量(summassing)的百分比，使用以下计算方法：((液体盎司/128)×(8.33(每加仑水的重量)×1.035(蕨类植物油的比重))。
通过调节水含量和保持相同的蕨类植物油质量，或通过消除蕨类植物油，来增加坍落稠度。也可以通过保持水的质量和增加蕨类植物油的质量，来增加坍落稠度。
根据单独的材料比重，单独的坍落稠度混合物重量按体积计算产生大约立方码的混凝土。
更大或更小的骨料可用于项目特定的要求。虽然骨料和水泥基浓度可以遵循美国混凝土协会混凝土实践手册的指导，但也可以根据项目要求确定最佳骨料和水泥基浓度，根据颗粒形状(破碎的或圆的)、颗粒尺寸、项目要求和受较细颗粒表面积影响的混合物流变性来确定较粗或较细材料的骨料的量。
虽然将ggbfs和粉煤灰多次混合在一起产生特定的性质，但仅使用一种材料也能产生。
表1
实施例2
为了生产可以泥刀涂抹或浇注到位的，耐受酸、硫酸盐、氯化物和短时(长达大约10分钟)高达2,400华氏度的热暴露的沙子、骨料和水泥基材料，将试剂耐受性材料，例如但不限于空心微珠、膨胀玻璃、蛭石、膨胀页岩、火山渣、夹带的空气以及其他空隙产生和轻质填料材料，按比例组合，其制造水泥基体，并提供最大层厚度与骨料尺寸比为约3比1。当在x/y图上检测并且以提高到0.45力％穿过绘制时，该组合将导致与最大密度线的偏差最大为35％，使骨料的分布致密化水平增加到最大值。就质量而言，组合骨料应为包括水的最终水泥基混合物质量的约5.0％(wt/wt)至约40％(wt/wt)。在添加其他混合物成分之前，将授粉的蕨类植物油在饱和面干、饱和湿度或干燥条件下添加到矿物质骨料中至浓度为包括水的最终水泥基混合物质量的约0.05％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)。
水泥基材料在干燥袋装水泥基混合物的情况下，应该与干燥的矿物质骨料材料(包括授粉的蕨类植物油)组合使用，或在湿法批处理的混凝土混合物的情况下单独使用。在袋装混凝土材料包括矿物质骨料的情况下，授粉的蕨类植物油应该首先与干燥的矿物质骨料混合，其中允许蕨类植物油吸收到干燥的骨料中，然后组合剩余的干燥的水泥基材料。在湿法批处理的混凝土混合物的情况下，应该将蕨类植物油添加到饱和面干的骨料中并混合至少30秒，然后添加剩余的干燥材料。
单独或组合使用时，水泥基材料都应该包括粉煤灰(c类或f类)和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)中的至少一种，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为而以不同浓度来添加，至质量浓度最大为65％(wt/wt)、通常为约15％(wt/wt)至约65％(wt/wt)的范围。应该通过平衡混合物设计中每一种的质量和体积的量，来选择混合物的粉煤灰浓度和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)浓度的每一种，直至其特性符合项目特定的要求。
水泥基材料应该包括钠或钾的偏硅酸盐、或者钠或钾的偏硅酸盐五水合物，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变浓度添加，至质量浓度在约3.0％(wt/wt)至约10％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的偏硅酸盐或五水合物的浓度，直至其特性符合项目要求。
水泥基材料应该包括四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物或柠檬酸、硼酸或硅酸，其以包括水的混合物质量的约1.0％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)范围内的可变浓度添加，以减少混合物的空气含量，并延长凝固时间和/或工作时间。
蛋白质作为水泥基材料的一部分添加，其浓度在约.05％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)的范围内，条件是蛋白质以最小浓度提供，但少于会产生不需要量的空气的量，其中该最小浓度将在混合物硅酸盐和其中产生的氢氧化物之间产生共价键，从而临时除去混合物的粘性/发粘特性，并减少混合物的体积变化。在产生的氢氧化物不足以产生共价键的情况下，可以能产生共价键、但不产生过量滞留空气的浓度，添加氢氧化钙和其他氢氧化物作为补充物。
以约7％(wt/wt)至约25％(wt/wt)的质量含量，将水添加到混合物中，使得该浓度足以产生坍落稠度和符合项目要求的其他特性，以满足从垂直或高架混凝土修补的砌筑砂浆稠度、砌筑砂浆接缝、水平混凝土修补、密封剂、衬板，和/或固结、自固结或自流平应用中的结构墙、厚板、梁或柱的预期用途。
当组合所有组分时，应该将材料混合2至7分钟，然后放置和/或固化。
该混合物根据如下所示的表2进行配制。
表2
实施例3
为了生产可以泥刀涂抹或浇注到位的，耐受各种酸、但特别是氢氟酸的水泥基灰浆材料。单独或组合使用时，水泥基材料都应该包括粉煤灰(c类或f类)和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)中的至少一种，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在最大为65％(wt/wt)、通常为约10％(wt/wt)至约65％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中每一种的质量和体积的量，来选自混合物中的粉煤灰浓度和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)浓度的每一种，直至特性符合项目特定的要求。
水泥基材料应该包括钠或钾的偏硅酸盐和/或钠或钾的偏硅酸盐五水合物，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在约3.0％(wt/wt)至约12％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的偏硅酸盐浓度，直至特性符合项目要求。
水泥基材料应该包括柠檬酸钠二水合物或柠檬酸、硼酸或硅酸，其以包括水的混合物质量的约1.0％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)范围内的可变浓度添加，以减少混合物的空气含量并延长凝固时间和/或工作时间。
可添加一些四硼酸钠，但浓度通常小于1.5％(wt/wt)，因为四硼酸盐和pva之间的反应很多时候是有害的并且造成增稠。
蛋白质作为水泥基材料的一部分添加，其浓度在约.005％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)的范围内，条件是蛋白质以最小浓度提供，但少于产生不需要量的空气的量，其中该最小浓度将在混合物硅酸盐和其中产生的氢氧化物之间产生共价键，从而临时除去混合物的粘性/发粘特性，并减少混合物的体积变化。
将聚乙烯醇(pva)添加到混合物中，其浓度在约0.5％(wt/wt)至约15.0％(wt/wt)的范围内。利用浸没在水和氢氟酸中的固化样品，基于试验和误差确定pva的剂量。在持续暴露于氢氟酸后，质量损失在30天内少于5.0％，并且同样的样品暴露于水浸没，质量损失和/或强度损失不受影响的时候，选择pva的剂量。
以约10％(wt/wt)至约30％(wt/wt)范围内的质量含量，将水添加到混合物中，使得水的浓度有效产生坍落稠度和符合项目要求的其他特性，并适于从垂直或高架混凝土修补的砌筑砂浆稠度、砌筑砂浆接缝、水平混凝土修补、密封剂、衬板和/或结构墙、厚板、梁或柱，至自固结或自流平稠度的预期用途。应该将水添加到复合干燥的材料混合物中，混合5至10分钟，然后基于预期应用和设计的工作时间放置适当的一段时间。
可以将包括氢氟酸耐受性骨料的骨料材料添加到混合物中，以降低水泥基材料的浓度。典型的骨料包括不含钙和不含二氧化硅的材料，它们通常是人造的并且是为预期目的而设计的，或者是来自各种工业(包括石化和其他工业化生产的工业，包括pvc、橡胶和其他生产)的废产物。
该混合物根据如下所示的表3进行配制。
表3
实施例4
为了生产可以泵送或其他方式沉淀到位，形成耐受酸、硫酸盐、氯化物和高达1,200华氏度热暴露的混合物的骨料、沙子和水泥基材料，将试剂耐受性矿物质骨料，例如但不限于高二氧化硅含量的冲积石英岩沉淀、开采的玄武岩或开采的大理石(最大骨料尺寸为约12英寸至尺寸#200μm筛网)，按比例组合成密实混凝土混合物，当在提升到0.45力的xy图上分析时，该密实混凝土混合物偏离最大密度线不超过35％，而且最大骨料尺寸与层厚度比为3比1。就质量而言，组合骨料应为包括水的最终水泥基混合物质量的约20％(wt/wt)至约80％(wt/wt)。在添加其他混合物成分之前，将授粉的蕨类植物油在饱和面干、饱和湿度或干燥条件下添加到矿物质骨料中，至包括水的最终水泥基混合物质量的约0.05％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)。
水泥基材料在干燥袋装水泥基混合物的情况下，应该与干燥的材料(包括授粉的蕨类植物油)组合使用，或在湿法批处理的混凝土混合物的情况下单独使用。
单独或组合使用时，水泥基材料都应该包括粉煤灰(c类或f类)和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)中的至少一种，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在最大为50％(wt/wt)、通常为约9％(wt/wt)至约50％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中每一种的质量和体积的量，来选择混合物中的粉煤灰浓度和粒化高炉矿渣粉(ggbfs)浓度中的每一种，直至特性符合项目特定的要求。
水泥基材料应该包括钠或钾的偏硅酸盐、或者钠或钾的偏硅酸盐五水合物，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在约2％(wt/wt)至约7％(wt/wt)的范围内。
应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的偏硅酸盐/五水合物的浓度，直至特性符合项目要求。水泥基材料应该包括四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物或柠檬酸、硼酸或硅酸，其在包括水的混合物质量的约0.5％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)范围内以可变的浓度添加，以减少混合物的空气含量并延长凝固时间和/或工作时间。
蛋白质作为水泥基材料的一部分添加，其浓度在约.01％(wt/wt)至约.1％(wt/wt)的范围内，条件是蛋白质以最小浓度提供，但少于产生不需要量的空气的量，其中最小浓度将在混合物硅酸盐和其中产生的氢氧化物之间产生共价键，从而临时除去混合物的粘性/发粘特性，并减少混合物的体积变化。
以约3％(wt/wt)至约10％(wt/wt)范围内的质量含量，将水添加到混合物中，使得水的浓度有效产生符合项目要求的坍落稠度，以适于从人行道混凝土到结构水坝、核能和碳氢化合物发电厂、地基、高层建筑以及传统、自固结、气动或自流平应用之间所有方面的预期用途。
当组合所有组分时，应该将材料混合2至7分钟，然后放置和/或固化。
该混合物根据如下所示的表4进行配制。
表4
实施例5
为了生产可以泵送或其他方式沉淀到位，形成耐受酸、硫酸盐、氯化物和高达1,200华氏度热暴露的混合物的骨料、沙子和水泥基材料，将试剂耐受性矿物质骨料，例如但不限于高二氧化硅含量的冲积石英岩沉淀、开采的玄武岩或开采的大理石(最大骨料尺寸为约12英寸至尺寸#200μm筛网)，按比例组合成密实混凝土混合物，当在提升到0.45力的xy图上分析时，该密实混凝土混合物偏离最大密度线不会超过35％，而且最大骨料尺寸与层厚度比为3比1。就质量而言，组合骨料应为包括水的最终水泥基混合物质量的约20％(wt/wt)至约80％(wt/wt)。在添加其他混合物成分之前，将授粉的蕨类植物油在饱和面干、饱和湿度或干燥条件下添加到矿物质骨料中，至包括水的最终水泥基混合物质量的约0.01％(wt/wt)至约0.1％(wt/wt)。
水泥基材料在干燥袋装水泥基混合物的情况下，应该与干燥的材料(包括授粉的蕨类植物油)组合使用，或在湿法批处理的混凝土混合物的情况下单独使用。水泥基材料应该包括粉煤灰(c类或f类)，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在10.0％(wt/wt)至40％(wt/wt)的范围内。
应该通过平衡混合物设计中的粉煤灰质量和体积的量，来选择混合物的粉煤灰的浓度，直至特性符合项目要求。水泥基材料应该包括钠或钾的偏硅酸盐、或者钠或钾的偏硅酸盐五水合物，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在约2％(wt/wt)至约7％(wt/wt)的范围内。
应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的偏硅酸盐/五水合物的浓度，直至特性符合项目要求。水泥基材料应该包括四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物或柠檬酸、硼酸或硅酸，其在包括水的混合物质量的约0.5％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)的范围内以可变的浓度添加，以减少混合物的空气含量并延长凝固时间和/或工作时间。
蛋白质作为水泥基材料的一部分添加，其浓度在约.01％(wt/wt)至约.1％(wt/wt)的范围内，条件是蛋白质以最小浓度提供，但少于会产生不需要量的空气的量，其中最小浓度将在混合物硅酸盐和其中产生的氢氧化物之间产生共价键，从而临时除去混合物的粘性/发粘特性，并减少混合物的体积变化。
以约3％(wt/wt)至约10％(wt/wt)范围内的质量含量，将水添加到混合物中，使得水的浓度有效产生符合项目要求的坍落稠度，以适于从人行道混凝土到结构水坝、核能和碳氢化合物发电、地基、高层建筑以及传统、自固结、气动或自流平应用之间所有方面的预期用途。
当组合所有组分时，应该将材料混合2至7分钟，然后放置和/或固化。
该混合物根据如下所示的表5进行配制。
表5
实施例6
为了生产可以泵送或其他方式沉淀到位，形成耐受酸、硫酸盐、氯化物和高达1,200华氏度热暴露的混合物的骨料、沙子和水泥基材料，将试剂耐受性矿物质骨料，例如但不限于高二氧化硅含量的冲积石英岩沉淀、开采的玄武岩或开采的大理石(最大骨料尺寸为约12英寸至尺寸#200μm筛网)，按比例组合成密实混凝土混合物，当在提升到0.45力的xy图上分析时，该密实混凝土混合物偏离最大密度线不会超过35％，而且最大骨料尺寸与层厚度比为3比1。就质量而言，组合骨料应为包括水的最终水泥基混合物质量的约20％(wt/wt)至约80％(wt/wt)。在添加其他混合物成分之前，将授粉的蕨类植物油在饱和面干、饱和湿度或干燥条件下添加到矿物质骨料中，至包括水的最终水泥基混合物质量的约0.01％(wt/wt)至约0.1％(wt/wt)。
水泥基材料在干燥袋装水泥基混合物的情况下，应该与干燥的材料(包括授粉的蕨类植物油)组合使用，或在湿法批处理的混凝土混合物的情况下单独使用。
水泥基材料应该包括粒化高炉矿渣粉(ggbfs)，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和的流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在10.0％(wt/wt)至40％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的ggbfs的浓度，直至特性符合项目要求。
水泥基材料应该包括钠或钾的偏硅酸盐、或者钠或钾的偏硅酸盐五水合物，其取决于混合物的强度、体积变化、碳酸化和流变学行为以可变的浓度添加，至质量浓度在约2％(wt/wt)至约7％(wt/wt)的范围内。应该通过平衡混合物设计中的质量和体积的量，来选择混合物的偏硅酸盐/五水合物的浓度，直至特性符合项目要求。
水泥基材料应该包括四硼酸钠、柠檬酸钠二水合物或柠檬酸、硼酸或硅酸，其在包括水的混合物质量的约0.5％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)的范围内以可变的浓度添加，以减少混合物的空气含量并延长凝固时间和/或工作时间。
蛋白质作为水泥基材料的一部分添加，其浓度在约.01％(wt/wt)至约.1％(wt/wt)的范围内，条件是蛋白质以最小浓度提供，但少于会产生不需要量的空气的量，其中最小浓度将在混合物硅酸盐和其中产生的氢氧化物之间产生共价键，从而临时除去混合物的粘性/发粘特性，并减少混合物的体积变化。
以约3％(wt/wt)至约10％(wt/wt)范围内的质量含量，将水添加到混合物中，使得水的浓度有效产生符合项目要求的坍落稠度，以满足适于从人行道混凝土到结构水坝、核能和碳氢化合物发电、地基、高层建筑以及传统、自固结、气动或自流平应用之间所有方面的预期用途。当组合所有组分时，应该将材料混合2至7分钟，然后放置和/或固化。
该混合物根据如下所示的表6进行配制。
表6
本说明书中提及的所有专利和出版物表示本领域技术人员的水平。所有专利和出版物通过引用并入本发明中，其程度如同每个单独的出版物具体和单独地通过引用并入。
应当理解，虽然例示了本发明的某种形式，但是不限于本发明描述和示出的具体形式或设置。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变，并且本发明不应被视为限于在说明书和本发明包括的任何图/附图中所示出和描述的内容。
本领域技术人员容易理解的是，本发明非常适合于实现目标并获得所提到的目的和优点，以及其中固有的目的和优点。本发明描述的实施方式、方法、过程和技术目前是优选实施方式的代表，是作为示例性的而不旨于对范围进行限制。本领域技术人员应想到其中的变化和其他用途，这些变化包含在本发明的精神内并且由所附的权利要求书的范围所限定。虽然本发明已经结合具体的优选实施方式进行了描述，但是应该理解，要求保护的本发明不应该不适当地限制于这些特定实施方式。实际上，对于实施本发明的所述模式进行的对本领域技术人员来说显而易见的各种改动都是落入所附的权利要求书的范围内的。