專利名稱：：高強(qiáng)度火山灰泡沫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的各實(shí)施方式一般涉及高強(qiáng)度泡沫材料及其制備方法。更具體地，本發(fā)明的各實(shí)施方式涉及包含火山灰(pozzolan)和有機(jī)硅化合物的高強(qiáng)度泡沫材料。
背景技術(shù)：
：在用煙煤燃燒爐發(fā)電時(shí)，產(chǎn)生了大量的灰。飛灰一般從電廠煙囪捕集，而底灰則顧名思義從爐子底部除去。過去，飛灰一般排放到大氣中，但利用污染控制設(shè)備可捕集飛灰，防止它進(jìn)入大氣，減小其污染性影響。飛灰的一個(gè)組分是空心微珠(cenosphere)，它是球形無機(jī)空心微粒，包含飛灰的最輕組分?？招奈⒅橥ǔ＜s占飛灰的_2%，可自飛灰回收或“收集”。由于產(chǎn)生的飛灰量很大，飛灰的持續(xù)貯留和保存就成了問題。為解決飛灰的蓄積問題，已經(jīng)有幾種處理方法，它們可令人滿意地利用或處置飛灰。順著這些思路的方法涉及形成聚集體和其他材料，其中聚合物粘接劑或黏結(jié)劑(cement)與飛灰混合在一起。然而，這些方法有幾個(gè)缺點(diǎn)，包括但不限于只能使用較小比例的飛灰，需要強(qiáng)烈加熱，或者粘接劑/黏結(jié)劑的成本使產(chǎn)品昂貴。近年來，由于掩埋成本上升，并且可持續(xù)發(fā)展當(dāng)前受到關(guān)注，飛灰的循環(huán)利用越來越受到重視。據(jù)報(bào)告，2005年美國燃煤電廠產(chǎn)生了7110萬噸飛灰，其中2910萬噸在各種應(yīng)用中得到再利用。若其余近4200萬噸未利用的飛灰得到循環(huán)利用，則將節(jié)省大約33900000m3的掩埋場地。此外，飛灰的循環(huán)利用還具有其他環(huán)保好處，如減少對(duì)通過采掘獲得的原料的需求，代替需要通過高能耗產(chǎn)生的材料(例如波特蘭水泥)?，F(xiàn)在需要大量易于廉價(jià)生產(chǎn)的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。建筑和汽車工業(yè)一直在尋求這樣的材料，用以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐用性和回彈力，同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)的重量。對(duì)于建筑工業(yè)，這種材料可使建筑物更能經(jīng)受自然災(zāi)害(例如地震)，而高強(qiáng)度輕質(zhì)材料可降低汽車的能耗。此夕卜，還需要多孔材料，因?yàn)樗鼈兛捎米鞲袈暬蚋魺岵牧?，以及用作減震材料。然而，滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有材料如金屬泡沫材料非常昂貴。此外，還需要大量環(huán)保的“綠色”材料。因此，需要既環(huán)保、制造起來也經(jīng)濟(jì)的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。本發(fā)明的各實(shí)施方式的目標(biāo)就是提供這樣的材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各實(shí)施方式涉及高強(qiáng)度火山灰泡沫材料及其制備方法。更具體地，本發(fā)明的各實(shí)施方式包含含有火山灰和有機(jī)硅化合物的火山灰泡沫材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含堿和硅酸鹽?；鹕交铱砂桎X材料(aluminosilicousmaterial)0在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，硅鋁材料可包含大量空心微珠。火山灰泡沫材料中的火山灰可占該泡沫材料的約50%-約90%。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含約0%-約30%由泡沫導(dǎo)致的孔隙。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，堿可包含堿金屬的堿式離子鹽。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，堿可包含堿土金屬元素的堿式離子鹽。更具體地，堿可包含氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀和氫氧化鎂中的一種或多種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，硅酸鹽可包含堿金屬硅酸鹽。更具體地，堿金屬硅酸鹽可包含硅酸鈉。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，有機(jī)硅化合物可包含二甲基硅氧烷。火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含疏水性化合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，疏水性化合物可包含烹飪油。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，疏水性化合物可包含烷烴。火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含含磷化合物。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，含磷化合物可包含磷酸鋁。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，含磷化合物可包含磷酸。火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含礫石、沙、土壤、石頭、顏料、煅燒土(calcinedsoil)、波特蘭水泥、石灰石、石膏、混凝土、砂漿和薄漿中的一種或多種。本發(fā)明一方面包括火山灰泡沫材料，所述泡沫材料包含大量空心微珠、氫氧化鈉、硅酸鈉和二甲基硅氧烷。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述大量空心微珠的平均最長尺寸小于約5微米-約500微米。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述大量空心微珠可占泡沫材料的約50%-約90%。氫氧化鈉在火山灰泡沫材料中的濃度約為1M-2.5M。硅酸鈉在火山灰泡沫材料中的濃度約為泡沫材料的_9%。二甲基硅氧烷在火山灰泡沫材料中的濃度小于約8mg/ml?；鹕交遗菽牧峡砂s0%-約30%由泡沫導(dǎo)致的孔隙。火山灰泡沫材料可具有大于約3MPa的壓縮強(qiáng)度。本發(fā)明一方面包括制備火山灰泡沫材料的方法，其包括混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物，形成混合物；固化該混合物，形成火山灰泡沫材料。在火山灰泡沫材料制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰可包含硅鋁材料。所述硅鋁材料可包含大量空心微珠。在火山灰泡沫材料制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，堿可包括堿金屬的堿式離子鹽。在火山灰泡沫材料制備方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，堿可包括堿土金屬元素的堿式離子鹽。更具體地，堿可包括氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀和氫氧化鎂中的一種或多種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，硅酸鹽可包含堿金屬硅酸鹽。更具體地，堿金屬硅酸鹽可包含硅酸鈉。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，有機(jī)硅化合物可包含二甲基硅氧烷。在火山灰泡沫材料制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，固化混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟可包括將該混合物加熱至約90°C-約130°C的溫度，持續(xù)約15小時(shí)-約28小時(shí)。更具體地，固化混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟可包括將該混合物加熱至約100°C，持續(xù)約20小時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，制備火山灰泡沫材料的方法可進(jìn)一步包括在固化混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟之前，將該混合物成形制成制品，其中固化混合物形成火山灰泡沫材料的步驟包括固化所述制品，形成包含火山灰泡沫材料的制品。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，該制品可包括建筑元件。在火山灰泡沫材料制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物形成混合物的步驟可進(jìn)一步包括混合疏水性化合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，疏水性化合物可包含烹飪油。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，疏水性化合物可包含烷烴。在火山灰泡沫材料制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物形成混合物的步驟可進(jìn)一步包括混合含磷化合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，含磷化合物可包括磷酸鋁。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，含磷化合物可包括磷酸。在火山灰泡沫材料制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物形成混合物的步驟可進(jìn)一步包括混合礫石、沙、土壤、石頭、顏料、煅燒土、波特蘭水泥、石灰石、石膏、混凝土、砂漿和薄漿中的一種或多種。本發(fā)明一方面包括用于容納介質(zhì)的裝置，其包含具有介質(zhì)容納容積的容器，其中介質(zhì)容納容積具有第一表面和第二表面；容納在介質(zhì)容納容積內(nèi)的介質(zhì)；包括多個(gè)元件的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，所述元件橫穿容納容積，與容納容積的第一表面和第二表面相連；使所述多個(gè)元件在第一結(jié)點(diǎn)互連的多根撐桿；使所述多個(gè)元件在第二結(jié)點(diǎn)互連的多根撐桿；以及使所述多個(gè)元件在第三結(jié)點(diǎn)連接到第一表面或第二表面的多根撐桿。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述強(qiáng)化結(jié)構(gòu)可包含火山灰泡沫材料。所述介質(zhì)可包含固體、流體、液體、溶液、懸浮體、氣體、凝膠、分散體或其組合。更具體地，所述介質(zhì)可包含氫氣。本發(fā)明一方面可包括用于容納介質(zhì)的裝置，其包括包含介質(zhì)容納容積的容器，所述介質(zhì)容納容積由容器的內(nèi)表面限定；容納在介質(zhì)容納容積內(nèi)的介質(zhì)；以及包含至少一層火山灰泡沫材料的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，所述火山灰泡沫材料一般設(shè)置在介質(zhì)容納容積與容器內(nèi)表面之間，其中所述至少一層火山灰泡沫材料與所述介質(zhì)容納容積流體連通。所述介質(zhì)可包含固體、流體、液體、溶液、懸浮體、氣體、凝膠、分散體或其組合。更具體地，所述介質(zhì)可包括氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述至少一層火山灰泡沫材料可包括多層火山灰泡沫材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多層火山灰泡沫材料可包含多個(gè)具有相同孔隙率的火山灰泡沫材料同心層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多層火山灰泡沫材料可包含多個(gè)火山灰泡沫材料同心層，其中至少一層具有不同的孔隙率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多層火山灰泡沫材料可包含多個(gè)火山灰泡沫材料同心層，其中從容納容積向外到容器內(nèi)表面，所述火山灰泡沫材料同心層的孔隙率減小。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)火山灰泡沫材料同心層可用分隔件分開。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述分隔件可包含耐火材料。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員結(jié)合附圖研讀下文對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方式的描述之后，本發(fā)明實(shí)施方式的其他方面和特征將變得顯而易見。圖IA-D顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的火山灰泡沫材料在不同放大倍數(shù)下的物理外觀。圖2提供了具有強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的容器的局部透視圖。圖3A-B是用來容納介質(zhì)的容器的示意圖，所述容器包括罐子和多個(gè)火山灰泡沫材料同心層。圖4是示例性火山灰泡沫材料的應(yīng)力_應(yīng)變曲線。圖5A-B提供了對(duì)于含500級(jí)空心微珠(CG500)的火山灰材料的典型響應(yīng)的硬度測量結(jié)果。圖6A-6B顯示了對(duì)于含500級(jí)空心微珠(CG500)的火山灰材料的典型響應(yīng)的能量吸收測量結(jié)果。圖7提供了對(duì)于含500級(jí)空心微珠(CG500)的火山灰材料的典型響應(yīng)的單軸張力測量結(jié)果。圖8顯示了固化溫度對(duì)包含CG500級(jí)別空心微珠的火山灰泡沫材料的典型影響，其中使用CG500-06作為例子。圖9A顯示了固化時(shí)間對(duì)含500級(jí)空心微珠(CG500)的火山灰泡沫材料在壓縮性能方面的典型影響。圖9B顯示了固化時(shí)間對(duì)含500級(jí)空心微珠(CG500)的火山灰泡沫材料在張力方面的典型影響，其中使用CG500-03和CG500-02作為例子。具體實(shí)施例方式本發(fā)明一方面包括含有火山灰和有機(jī)硅化合物的火山灰泡沫材料。本文所用“火山灰”是指這樣一種材料，當(dāng)它與堿反應(yīng)時(shí)，會(huì)因在整個(gè)火山灰材料中成鍵而具有提高的材料強(qiáng)度。例如，火山灰與堿反應(yīng)會(huì)得到黏結(jié)性質(zhì)(cementitiousproperties)。火山灰可包含由硅和氧組成的含硅材料，由鋁、硅和氧組成的硅鋁材料，以及它們的組合。火山灰可包含飛灰、空心微珠、硅微粉、變高嶺石、白榴火山灰(pozzolana)、火山灰(volcanoash)、高爐礦渣、煅燒頁巖、粗面凝灰?guī)r、浮石、礦渣、硅藻土、硅黏土、都市廢灰、溝道灰、其他煙道灰、尾煤灰、尾礦、熔渣、黑曜巖、其他火山灰質(zhì)材料、中性至弱酸性礦渣、它們的組合等。本文所用術(shù)語“飛灰”意指粉煤燃燒產(chǎn)生的精細(xì)灰渣，其中灰是由自爐中排出的氣體帶出來的，并從這些氣體中收集起來。除來自煤燃燒的精細(xì)粉灰外，來自大型焚燒爐中廢物燃燒的精細(xì)粉灰也可用于本文所披露的組合物，只要它們的化學(xué)組成合理地類似于粉煤飛灰即可?；鹕交彝ǔＳ米鞑ㄌ靥m水泥混凝土混合物的添加劑，以提高波特蘭水泥混凝土的長期強(qiáng)度和其他材料性質(zhì)?；鹕交沂遣Ａз|(zhì)材料，例如，它可與氫氧化鈣反應(yīng)形成硅酸鈣；然而，根據(jù)火山灰和堿的化學(xué)組成情況，也可形成其他黏結(jié)性材料。材料能獲得多大的強(qiáng)度取決于火山灰的化學(xué)組成。例如，若火山灰材料中氧化鋁和氧化硅的比例大，則可發(fā)生強(qiáng)火山灰反應(yīng)，強(qiáng)度增加。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰可包含大量空心微珠。本文所用術(shù)語“大量”是出于方便，指超過一個(gè)。從飛灰得到的空心微珠是較廉價(jià)的高品質(zhì)材料，在電廠作為燃煤副產(chǎn)物得到?？招奈⒅榈奶卣魇乔蛐涡螤?，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及高靜水壓縮強(qiáng)度，破壞50%約需20-30MPa，破壞20%需lOMPa。空心微珠是反應(yīng)活性非常低的輕質(zhì)火山灰球。它們的殼層組成主要包含SiO2和Al2O3，還包含少量Fe203、Mg0、Ca0、Na30、K20和Ti02。它們的化學(xué)組成使它們非常耐酸和堿。它們具有中性PH，一般不影響使用它們的產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)或反應(yīng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠具有球形形狀。盡管在整篇說明書中都使用術(shù)語“球”，但應(yīng)理解，此術(shù)語意在包括基本呈球形的結(jié)構(gòu)，包括但不限于并非真的呈幾何球形的結(jié)構(gòu)或者通過粉碎或研碎球粒得到的結(jié)構(gòu)。由于空心微珠一般呈球形，在生產(chǎn)材料時(shí)若加入了空心微珠，則濕潤空心微珠表面所需的粘接劑(例如樹脂、粘接劑等)比其他形狀的填料所需的粘接劑少。這樣就使得樹脂或粘接劑的需求少，反過來可以采用高固體配方，并且收縮程度小，往往還成本低。球形填料還具有優(yōu)異的流動(dòng)性，容易操作(例如噴灑、泵抽、涂抹等)。因此，可利用空心微珠提高施工性能，方便用于廣泛的應(yīng)用。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠可包含約55%-約65%的SiO2,約27%-約33%的Al2O3，以及少于約6%的Fe2O3。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠的平均最長尺寸為約5μm-約500μm。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠的平均最長尺寸為約5μm-約355μm。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠的平均最長尺寸為約5μm_約300μm。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠的平均最長尺寸為約5μm-約180μm。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，空心微珠的平均最長尺寸為約5μm-約106μm。本發(fā)明的空心微珠可從許多商業(yè)來源得到，包括但不限于特雷博格費(fèi)萊特有限公司(TrelleborgFillite,Ltd.)。不過，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難意識(shí)到，空心微珠的化學(xué)組成和尺寸可隨目標(biāo)應(yīng)用而改變。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含約50%-約90%的火山灰。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含約60%-約70%的火山灰。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含約64%-約68%的火山灰?？稍诨旌衔镏凶疃嗉尤爰s95%的火山灰材料，從而有可能使大量飛灰既得到處理又得到利用?；鹕交遗菽牧峡砂袡C(jī)硅化合物。有機(jī)硅化合物是含碳-硅鍵(C-Si)的有機(jī)化合物，包括但不限于有機(jī)硅烷、硅氧化物(siloxide)、商代甲硅烷、甲硅烷基氫化物(silylhydride)、硅烯和噻咯(silole)。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，有機(jī)硅化合物可包括硅氧烷。硅氧烷可包括許多由R2SiO單元組成的化合物，其中R是氫原子或烴基。硅氧烷可具有由硅原子和氧原子交替組成的支化或未支化主鏈-Si-O-Si-O-，側(cè)鏈R連接到硅原子上。硅氧烷可包含帶有機(jī)側(cè)鏈的聚合硅氧烷，一般稱作硅酮或聚硅氧烷。硅氧烷可包含二甲基硅氧烷(SiO(CH3)2)、聚二甲基硅氧烷([SiO(CH3)2]n)、二苯基硅氧烷(SiO(C6H5)2)和聚二苯基硅氧烷([SiO(C6H5)2]n)等。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，硅氧烷是二甲基硅氧烷。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信硅氧烷給火山灰泡沫材料帶來了疏水性(例如斥水性)。此外，硅氧烷在火山灰泡沫材料中起發(fā)泡劑作用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)到，火山灰泡沫材料中硅氧烷的量與泡沫材料的孔隙率成正比關(guān)系。因此，泡沫材料的孔隙率隨火山灰泡沫材料中硅氧烷含量的增加而增大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含少于約2mg/ml-少于約8mg/ml的二甲基硅氧烷?；鹕交遗菽牧嫌砂l(fā)泡導(dǎo)致的孔隙率為約約30%。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料由發(fā)泡導(dǎo)致的孔隙率約為8%。本文所用術(shù)語“孔隙率”涉及火山灰泡沫材料時(shí)，是指該材料由發(fā)泡導(dǎo)致的孔隙率。術(shù)語“由發(fā)泡導(dǎo)致的孔隙率”是指由發(fā)泡劑(例如有機(jī)硅化合物)產(chǎn)生的空隙，它不包括空心微珠的固有孔隙率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含堿。堿可包含堿金屬或堿土金屬元素的堿式離子鹽等。堿是溶于水后PH大于7的化合物。堿金屬是元素周期表第1族所包含的一系列元素鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)和鈁(Fr)。堿土金屬是元素周期表第2族所包含的一系列元素鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)和鐳(Ra)。本發(fā)明各實(shí)施方式中的堿可包含氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鎂及其組合等。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，堿是氫氧化鈉(NaOH)溶液。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含約IM-約2.5MNaOH，或約1.3M-約2.2MNaOH。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)到，特定應(yīng)用所需堿量部分取決于所用火山灰的量和組成。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信堿起濕潤劑作用。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含硅酸鹽。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，硅酸鹽可包含堿金屬硅酸鹽。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，堿金屬硅酸鹽可包括硅酸鈉(Na2SiO3)、原硅酸鈉(Na4SiO4)、偏硅酸鈉(Na2SiO3)、聚硅酸鈉([Na2SiOjn)和焦硅酸鈉(Na6Si2O7)等。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，硅酸鹽是硅酸鈉。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可包含約_約9%的硅酸鈉。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信大量空心微珠和堿(例如NaOH)的混合物可在空心微珠之間形成玻璃或陶瓷類結(jié)合，所述結(jié)合可用硅酸鹽如硅酸鈉強(qiáng)化。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含疏水性化合物。疏水性化合物可包括許多有機(jī)化合物，包括但不限于類脂、蠟、油、脂族化合物、無環(huán)化合物、環(huán)狀化合物、芳族化合物、烷烴、石蠟、烯烴、烯、炔烴、聚合物、酯、醚、酮、醛、醇、烷基商化物、腈、硫醇、脂肪酸及其組合。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，疏水性化合物可包含烹飪油。烹飪油可包含經(jīng)純化的植物或動(dòng)物脂肪，其在室溫下為液體。烹飪油可包含植物油、橄欖油、棕櫚油、大豆油、低芥酸菜籽油、南瓜籽油、玉米油、葵花油、紅花油、花生油、油菜籽油、芝麻油、阿甘油(arganoil)、椰子油、胡桃油、食用油、米糠油、棉籽油及其組合等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，疏水性化合物可包括烷烴。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，烷烴可包括庚烷。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含含磷化合物，包括但不限于磷酸鋁、磷酸及其組合。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信加入含磷化合物會(huì)縮短固化火山灰泡沫材料所需的時(shí)間，提高火山灰泡沫材料的強(qiáng)度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可進(jìn)一步包含多種添加劑，包括但不限于礫石、沙、土壤、石頭、顏料、煅燒土、波特蘭水泥、石灰石、石膏、混凝土、砂漿、薄漿及其組合。當(dāng)用添加劑代替火山灰材料時(shí)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)到，可能有必要根據(jù)所用火山灰和添加劑的特定混合物的組成，進(jìn)一步對(duì)其他成分的相對(duì)比例作一些調(diào)整。還應(yīng)理解，當(dāng)組成參數(shù)嚴(yán)重偏離上面設(shè)定的要求時(shí)，所得產(chǎn)物的機(jī)械性質(zhì)可能發(fā)生變化。本發(fā)明一方面包括火山灰泡沫材料的制備方法，其包括混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物，形成混合物；固化該混合物，形成火山灰泡沫材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物形成混合物的步驟可包括混合火山灰、堿和硅酸鹽，形成基本上均勻的糊料，然后將有機(jī)硅化合物與該糊料混合，從而引發(fā)糊料發(fā)泡。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物形成混合物的步驟可包括混合大量空心微珠、氫氧化鈉溶液、硅酸鈉溶液和二甲基硅氧烷溶液。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，固化混合物形成火山灰泡沫材料的操作可包括將混合物加熱至約90°C-約130°C，持續(xù)約15小時(shí)-約28小時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，固化混合物形成火山灰泡沫材料的操作可包括將混合物加熱至約100°C，持續(xù)約20小時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，固化混合物形成火山灰泡沫材料的操作可包括在室溫固化混合物數(shù)天。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，固化混合物形成火山灰泡沫材料的操作可包括在室溫固化混合物數(shù)小時(shí)。在形成火山灰泡沫材料的過程中，若需要加熱，也僅需少量加熱。因此，本發(fā)明方法和組合物對(duì)能量的需求相當(dāng)?shù)停蚨欣诨鹕交遗菽牧系妮^低成本。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料的制備方法可進(jìn)一步包括制備火山灰、堿、硅酸鹽、有機(jī)硅化合物和含磷化合物的混合物，所述含磷化合物包括但不限于磷酸鋁、磷酸及其組合。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信加入含磷化合物會(huì)縮短固化火山灰泡沫材料所需的時(shí)間，提高火山灰泡沫材料的強(qiáng)度。例如，加入含磷化合物可將固化時(shí)間從約20小時(shí)縮短至約3小時(shí)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料的制備方法可進(jìn)一步包括在固化前使用時(shí)分配發(fā)泡糊料。使用時(shí)分配發(fā)泡糊料的方法可包括但不限于將流體倒入或泵入容器或模子(form)，將流體噴到支撐結(jié)構(gòu)上，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟悉的其他分配方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料的制備方法可包括使火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物的混合物成形為一塊物料(mass)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料的制備方法可包括使火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物的混合物成形為制品。后續(xù)固化步驟可以一定方式進(jìn)行，使成形制品獲得所需強(qiáng)度?；鹕交摇A、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物的混合物可通過本領(lǐng)域已知的許多方法形成成形制品，包括壓制、模塑、澆鑄、擠出或滑移成形等。成形方法在很大程度上取決于混合物的組成和最終成形制品的性質(zhì)。在這方面應(yīng)當(dāng)指出，多種成形制品可形成為包括但不限于“建筑元件”，本文所用“建筑元件”包括瓦、路面磚墻(paverswalls)、磚、板、棒、管道(pipe)、管子(tube)、塊體(block)、墻等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料的制備方法可進(jìn)一步包括在固化混合物之前，在混合物中混入多種添加劑，包括但不限于礫石、沙、土壤、石頭、顏料、煅燒土、波特蘭水泥、石灰石、石膏、混凝土、砂漿、薄漿及其組合。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)至IJ，一般通過在混合物中加入這種添加劑來制備具有所需物理或機(jī)械性質(zhì)的火山灰泡沫材料，所述性質(zhì)包括如織構(gòu)、顏色、外觀或強(qiáng)度等。根據(jù)本文所披露的方法制備的組合物的實(shí)施方式具有優(yōu)異的壓縮強(qiáng)度，能經(jīng)受超過約3MPa的壓力。更具體地，根據(jù)本文所披露的方法制備的組合物的實(shí)施方式能經(jīng)受約3.7MPa-約11.64MPa或約530psi-約1700psi的壓力。本發(fā)明組合物的實(shí)施方式的比重可在約0.3-約0.9的范圍內(nèi)。本發(fā)明組合物的實(shí)施方式的比重可在約0.5-約0.7的范圍內(nèi)。根據(jù)本文所披露的方法制備的組合物的實(shí)施方式具有優(yōu)異的耐火性能，已發(fā)現(xiàn)它們能經(jīng)受氧炔火炬頂端的火焰(約5000°F)而不會(huì)點(diǎn)燃或熔化。本發(fā)明組合物的各種實(shí)施方式包含眾多有益的化學(xué)、物理和機(jī)械性質(zhì)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，火山灰泡沫材料可以具有重量輕、強(qiáng)度高、均勻、各向同性、價(jià)廉、疏水(例如斥水)、環(huán)保、可機(jī)械加工、吸音、可滲透、隔熱、耐火、減震和吸收能量的特點(diǎn)。由于它們除高強(qiáng)度和低密度外，還能阻止傳熱、耐火、耐候等，本發(fā)明的火山灰泡沫組合物和制備火山灰泡沫組合物的方法可用于許多工業(yè)，包括但不限于汽車、航海、建筑和航天工業(yè)。例如，火山灰泡沫材料可用作基礎(chǔ)設(shè)施材料，同樣用作隔音、防撞和防火屏障；可滲透地磚(pavement)；減災(zāi)材料(hazardmitigationmaterials)；排水填料(drainagefillers)；超輕桁架加勁材料(trussstiffeners)；泡沫材料、木材和混凝土替代材料；隔音天花板瓦片(acousticceilingtile)；密封劑；油灰；等等。由于許多火山灰具有較高的硬度，火山灰泡沫材料可提供防腐蝕性和/或耐候性。在運(yùn)輸系統(tǒng)中，火山灰泡沫材料可用作減震件和防撞件的芯子，拖車地板(trailerfloor)的硬填料，或者夾心建筑物的B柱。在空間運(yùn)輸工具方面，火山灰泡沫材料可用作輕質(zhì)彈性隔熱板，容易適應(yīng)航空動(dòng)力學(xué)形式。在保護(hù)性安裝件中，火山灰泡沫材料可用來制備防爆墻、絕熱難熔材料、油管絕熱材料或耐火涂層和板。由于它們開始處于類似于流體的狀態(tài)，火山灰泡沫材料可泵入夠不著的空角落，用作填料，以增強(qiáng)形狀復(fù)雜的設(shè)備部件，或者支撐受腐蝕的提岸或腐蝕區(qū)，如橋下?；鹕交遗菽牧峡捎糜谳p質(zhì)絕緣產(chǎn)品，包括但不限于封裝化合物、電包封(electricalencapsulation)和螺線管。可利用本發(fā)明的組合物和方法，通過改變泡沫材料組分的組成和用量，調(diào)整火山灰泡沫材料，以便用于許多具體的工程應(yīng)用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)到，火山灰泡沫材料可獨(dú)立使用，也可將其加入多種部件或結(jié)構(gòu)。本發(fā)明一方面包括具有黏結(jié)性的火山灰泡沫材料。本發(fā)明涉及許多類型的水泥組合物，其中波特蘭水泥或類似的水泥材料在含水環(huán)境中反應(yīng)，將各種成分如沙、石頭、碎巖等結(jié)合到一起。本文所用術(shù)語“水泥組合物”是指許多黏結(jié)性混合物，包括例如本領(lǐng)域一般稱作水泥、砂漿、薄漿和混凝土的混合物。本發(fā)明適用于但不限于以下類型的水泥組合物預(yù)先混合的混凝土組合物，通過高壓釜處理或蒸氣固化水泥組合物制備的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)元件，在大型結(jié)構(gòu)如重力壩中使用的混凝土組合物，以及用作公路基礎(chǔ)和表面的混凝土組合物。這些混凝土組合物可以使用本領(lǐng)域常用的另外的強(qiáng)化成分以補(bǔ)充其結(jié)構(gòu)性質(zhì)。本發(fā)明的各實(shí)施方式包括含有火山灰和水泥的火山灰泡沫組合物，火山灰和水泥的相對(duì)比例使得水泥-火山灰比在約0%-100%的范圍內(nèi)。出于本發(fā)明的目的，“水泥-火山灰比”是指水泥組合物中干水泥與干火山灰材料的比例。根據(jù)這些范圍，火山灰泡沫組合物可包含約0%的水泥和約100%的火山灰，約100%的水泥和約0%的火山灰，以及位于其間的所有組合。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于增強(qiáng)PCT專利申請(qǐng)PCT/US2008/005871所披露的容器的系統(tǒng)、裝置和方法，該專利文獻(xiàn)全部內(nèi)容通過參考并入本文。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括用于增強(qiáng)容器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括容器，所述容器包含介質(zhì)容納容積和位于該容納容積內(nèi)的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)結(jié)構(gòu)使介質(zhì)能夠在容納容積不定向流動(dòng)。本文所用術(shù)語“介質(zhì)”是出于方便，一般指許多固體、液體、氣體、溶液、懸浮體、粉末、凝膠、分散體或其組合。現(xiàn)在結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在這幾幅附圖中，相同的附圖標(biāo)記均代表相同的部件。在整篇說明書中，可能會(huì)用一些具體的數(shù)值或參數(shù)來標(biāo)識(shí)各組分，但這些項(xiàng)目只是作為示例性實(shí)施方式提供。實(shí)際上，示例性實(shí)施方式不對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面和構(gòu)思構(gòu)成限制，因?yàn)樵S多類似的參數(shù)、尺寸、范圍和/或數(shù)值都可以采用。圖IA顯示了火山灰泡沫材料的物理外觀。圖IB給出了火山灰泡沫材料放大100倍后的圖像。圖IC給出了火山灰泡沫材料放大800倍后的圖像。圖ID給出了火山灰泡沫材料放大1700倍后的圖像。圖2給出了具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)100的容器的局部透視圖。更具體地，圖2顯示了具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)100的容器的縱截面和橫截面透視圖。具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的容器的一個(gè)示例性實(shí)施方式可包括介質(zhì)容納容積110和位于該容納容積110內(nèi)的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)120。介質(zhì)容納容積110可包含第一表面130和第二表面140。使用短語“第一表面”和“第二表面”是為了方便描述二維圖。在三維圖的情況下，這種容器可具有許多表面，也可將它們描述為第一表面和第二表面。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)元件可包含多根桁架或多塊板。圖示實(shí)施方式的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)120包含多根桁架150。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)120可包含骨狀結(jié)構(gòu)。多根桁架150可包含多根弦160。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多根弦160可包括與容納容積110的第一表面130和第二表面140相連的弦，它們橫穿容納容積110。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，弦160可基本上相互平行。多根撐桿170可包含例如但不限于撐桿格架或網(wǎng)，等等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，撐桿170可與至少一根弦160相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，撐桿170可與容納容積110的第一表面130或第二表面140相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，多根撐桿170可交會(huì)在容納容積110的第一表面130或第二表面140上，形成結(jié)點(diǎn)180。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，多根撐桿可交會(huì)在弦160上，形成結(jié)點(diǎn)180。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，多根撐桿170可交叉于一點(diǎn)，形成結(jié)點(diǎn)180。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可包含火山灰泡沫材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的部件可包含火山灰泡沫材料。盡管無意受限于任何具體理論，但是據(jù)信，相比于常規(guī)罐體，包括但不限于纖維增強(qiáng)聚合物罐、增強(qiáng)和未增強(qiáng)的鋼罐和鋁罐，具有含火山灰泡沫材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的介質(zhì)存儲(chǔ)容器可承受更高的壓力，同時(shí)具有更低的重量和更高的安全系數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的容器可容納許多介質(zhì)，包括但不限于流體、液體、溶液、懸浮體、氣體、凝膠、分散體或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于容納介質(zhì)的裝置可容納高壓介質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于容納介質(zhì)的裝置可容納高壓流體。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于容納介質(zhì)的裝置可容納氫氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、可燃?xì)怏w、將熱效應(yīng)和強(qiáng)度效應(yīng)結(jié)合起來發(fā)揮綜合功能的流體(例如隔液絕緣(liquidshieldinsulation)、隔熱絕緣(heatshieldinsulation))等。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的容器可容納液氫、壓縮氫氣、低溫壓縮氫氣、金屬氫化物中的氫氣及其組合等。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，用于容納介質(zhì)的容器200可包含罐210和多個(gè)火山灰泡沫材料同心層(見圖3)。例如，用于容納介質(zhì)、包含多個(gè)火山灰泡沫材料同心層的容器的最里面的空隙可包含容納容積220。容器可包含具有第一孔隙率的第一層火山灰泡沫材料230。向里看，容器可進(jìn)一步包含具有第二孔隙率的第二層火山灰泡沫材料240。容器可進(jìn)一步包含具有第三孔隙率的第三層火山灰泡沫材料250。容器可進(jìn)一步包含具有第四孔隙率的第四層火山灰泡沫材料260。容器可進(jìn)一步包含具有第五孔隙率的第五層火山灰泡沫材料270。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)到，許多具有不同或相同孔隙率的火山灰泡沫材料同心層可包含用于容納介質(zhì)的容器200。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于容納介質(zhì)的容器200可包含多個(gè)具有相同或不同孔隙率的火山灰泡沫材料同心層。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，用于容納介質(zhì)的容器200可包含多個(gè)火山灰泡沫材料同心層，其中沿著由容納容積210向外的方向，火山灰泡沫材料同心層的孔隙率減小。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信火山灰泡沫材料可將介質(zhì)存儲(chǔ)于其孔中。據(jù)信，當(dāng)沿著從容納容積210向外的方向，火山灰泡沫材料同心層的孔隙率減小時(shí)，包含多個(gè)火山灰泡沫材料同心層的容器200可增強(qiáng)罐體，因?yàn)樗墚a(chǎn)生壓力梯度，降低了最外層殼上的壓力，從而可以利用安全提取技術(shù)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難意識(shí)到，所述多個(gè)火山灰泡沫材料同心層的孔隙率可影響提取技術(shù)。因此，通過改變火山灰泡沫材料的孔隙率，可調(diào)整出口流速，以適應(yīng)燃料電池或許多存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸系統(tǒng)的要求。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，最外面的火山灰泡沫材料同心層可用實(shí)心殼(例如常規(guī)罐壁)包圍。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，最外面的火山灰泡沫材料同心層可用空心殼包圍，所述空心殼中填充了火山灰泡沫材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述多個(gè)火山灰泡沫材料同心層可用多孔分隔件分離。所述分隔件可用許多材料制成，包括覆蓋有可滲透耐火織物的絲網(wǎng)或者多孔或穿孔外殼，其他耐火材料，或者多孔材料，等等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，分隔件可為產(chǎn)生火山灰泡沫材料提供模子或模具。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，可將輸入/輸出閥設(shè)置在所述多個(gè)火山灰泡沫材料同心層中。盡管無意受限于任何具體理論，但據(jù)信將輸入/輸出閥設(shè)置在所述多個(gè)火山灰泡沫材料同心層中可在閥出現(xiàn)泄漏的情況下減小輸出流速。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具有低孔隙率的火山灰泡沫材料可接受機(jī)械操作(例如壓裂、鉆孔等)，以增大出口流速。本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難意識(shí)到，用于容納介質(zhì)的容器200可具有許多形狀，例如但不限于圓柱形(圖3A)、矩形(圖3B)、球形、半球形、立方形、類立方形、四面體形、圓錐形、棱柱形、矩形棱柱形、棱錐形、十二面體形、卵形、“U”形、葉形(lobedshape)、多葉形、任意三維形狀及其組合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難意識(shí)到，利用本發(fā)明的實(shí)施方式對(duì)高強(qiáng)度輕質(zhì)容器作出的設(shè)計(jì)可根據(jù)所需放置的位置和容器的功能進(jìn)行定制。必須指出，本說明書和所附權(quán)利要求中所用的單數(shù)形式“一個(gè)”“一種”“該”包括其復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確規(guī)定。本文所提到的所有專利、專利申請(qǐng)和參考文獻(xiàn)都分別以其完整內(nèi)容通過參考并入本文。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，前述內(nèi)容僅涉及本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，并且可對(duì)其作出許多改進(jìn)或改變，而不背離本文內(nèi)容所設(shè)定的本發(fā)明的精神和范圍。雖然本文給出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式。有許多改進(jìn)或變化形式對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。本文所含的實(shí)施例進(jìn)一步闡釋了本發(fā)明，所述實(shí)施例用于更清楚地理解本發(fā)明。示例性實(shí)施方式不應(yīng)以任何方式誤解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。相反，應(yīng)當(dāng)清楚理解，可能需要借助許多其他的實(shí)施方式、改進(jìn)形式和等效形式，它們?cè)诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀本文的描述后將變得顯而易見，而且它們不背離本發(fā)明的精神和/或所附權(quán)利要求的范圍。因此，雖然已經(jīng)特別結(jié)合示例性實(shí)施方式詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難理解，在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)，許多變化形式和改進(jìn)形式都是可以實(shí)現(xiàn)的。相應(yīng)地，不應(yīng)將本發(fā)明各實(shí)施方式的范圍限制在上面討論的實(shí)施方式上，所述范圍僅由所附權(quán)利要求書和所有等價(jià)內(nèi)容限定。實(shí)施例實(shí)施例1對(duì)包含CG106的火山灰泡沫材料的分析在本實(shí)施例中，利用購自特雷博格費(fèi)萊特有限公司的大量106級(jí)空心微珠(CG106)制備火山灰泡沫材料。106級(jí)空心微珠(CG106)具有約5-約106微米的直徑。表1給出了火山灰泡沫材料的組成。在每個(gè)樣品中(編號(hào)01-10)，將150ml空心微珠與指定量的氫氧化鈉(IOM)和指定量的硅酸鈉(20%-49%)[購自優(yōu)尼發(fā)公司(Univar)]混合，直至形成均勻糊料。將指定量的二甲基硅氧烷(小于120g/L)[硅氧烷PD，舒爾克林公司(SureKlean)]與所得糊料混合，使糊料發(fā)泡。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>然后在100°C將發(fā)泡火山灰糊料固化約20小時(shí)。利用定制設(shè)計(jì)的伺服水力雙軸測試設(shè)備(Instron8802)測定火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度。如表2所示，利用CG106制備的火山灰泡沫材料的比重為0.5-0.7。利用CG106制備的火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度為3.7MPa-約11.7MPa或536psi_1687psi。圖4給出了示例性火山灰泡沫材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>實(shí)施例2對(duì)包含CG500LF的火山灰泡沫材料的分析利用購自特雷博格費(fèi)萊特有限公司的大量500級(jí)空心微珠(CG500LF)制備火山灰泡沫材料。500LF級(jí)空心微珠(CG500LF)具有約5-約500微米的直徑。表3給出了火山灰泡沫材料的組成。在每個(gè)樣品中(編號(hào)01-10)，將150ml空心微珠與指定量的氫氧化鈉(10M)和指定量的硅酸鈉(20%-49%)(購自優(yōu)尼發(fā)公司)混合，直至形成均勻糊料。將指定量的二甲基硅氧烷(小于120g/L)(硅氧烷PD，舒爾克林公司)與所得糊料混合，使糊料發(fā)泡。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>然后在100°C將發(fā)泡火山灰糊料固化約20小時(shí)。利用定制設(shè)計(jì)的伺服水力雙軸測試設(shè)備(Instron8802)測定火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度。如表4所示，利用CG500LF制備的火山灰泡沫材料的比重為0.53-0.76。利用CG500LF制備的火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度為3.95MPa-約7.32MPa或572psi_1061psi。一系列三星符號(hào)(*#)表示相應(yīng)數(shù)值未測定。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實(shí)施例3對(duì)包含CG500的火山灰泡沫材料的分析利用購自特雷博格費(fèi)萊特有限公司的多個(gè)500級(jí)空心微珠(CG500)制備火山灰泡沫材料。500級(jí)空心微珠(CG500)具有約5-約500微米的直徑。表5給出了火山灰泡沫材料的組成。在每個(gè)樣品中(編號(hào)01-10)，將150ml空心微珠與指定量的氫氧化鈉(10M)和指定量的硅酸鈉(20%-49%)(購自優(yōu)尼發(fā)公司)混合，直至形成均勻糊料。將指定量的二甲基硅氧烷(小于120g/L)(硅氧烷PD，舒爾克林公司)與所得糊料混合，使糊料發(fā)泡。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>然后在100°C將發(fā)泡的火山灰糊料固化約20小時(shí)。利用定制設(shè)計(jì)的伺服水力雙軸測試設(shè)備(Instron8802)測定火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度。如表6所示，利用CG500制備的火山灰泡沫材料的比重為0.3-0.8。壓縮模量為0.5Gpa-3Gpa。利用CG500制備的火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度為2.3MPa-7MPa。一系列三星符號(hào)(***)表示相應(yīng)數(shù)值未測定。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>如表7所示，利用CG500制備的火山灰泡沫材料的平穩(wěn)強(qiáng)度(plateaustrength)為0.81-2.08。張力模量為約lGpa-約5Gpa或101.5ksi_652.5ksi，利用CG500制備的火山灰泡沫材料的拉伸強(qiáng)度為0.4MPa-0.7MPa或58psi-101.5psi。一系列三星符號(hào)(***)表示相應(yīng)數(shù)值未測定。雖然表中未列出，利用CG500制備的火山灰泡沫材料的熱導(dǎo)率為0.14W/mK-0.16ff/mK。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>圖5A繪出了在0.05Hz處的均勻硬度測試信號(hào)，圖5B給出了對(duì)于含CG500的火山灰材料的典型響應(yīng)的硬度測量結(jié)果。圖6A顯示了在0.05,0.012,0.006,0.003和0.002Hz各處的能量吸收信號(hào)增加情況。圖6B顯示了對(duì)于含CG500的火山灰材料的典型響應(yīng)的能量吸收測量結(jié)果。圖中標(biāo)為“1”的區(qū)域?qū)?yīng)于彈性區(qū)，“2”對(duì)應(yīng)于破碎成核點(diǎn)(crushnucleationpoint)或壓縮強(qiáng)度，“3”對(duì)應(yīng)于平穩(wěn)強(qiáng)度，“4”對(duì)應(yīng)于致密化。圖7給出了對(duì)于含CG500的火山灰材料的典型響應(yīng)的單軸張力測量結(jié)果，其中“F”表示破裂點(diǎn)。圖8顯示了以CG500-06為例，固化溫度對(duì)含CG500的火山灰材料的典型響應(yīng)的典型影響。在圖8中，“C”表示歸一化壓縮強(qiáng)度，“P”表示歸一化平穩(wěn)強(qiáng)度，“E”表示歸一化壓縮模量。這些結(jié)果均用在115°C測定的量值進(jìn)行歸一化。圖9A顯示了固化時(shí)間對(duì)含CG500的火山灰材料在壓縮性質(zhì)方面的典型影響。帶點(diǎn)豎線顯示了第24小時(shí)的響應(yīng)。圖9B以CG500-03和CG500-02為例，顯示了固化時(shí)間對(duì)含CG500的火山灰材料在張力方面的典型影響。實(shí)施例4對(duì)包含CG500和油的火山灰泡沫材料的分析利用購自特雷博格費(fèi)萊特有限公司的多個(gè)106級(jí)空心微珠(CG106)或500LF級(jí)(CG500LF)制備火山灰泡沫材料。表8給出了火山灰泡沫材料的組成。在每個(gè)樣品中，將160ml或170ml空心微珠與指定量的氫氧化鈉(10M)、指定量的硅酸鈉(20%-49%)(購自優(yōu)尼發(fā)公司)和指定量的烹飪油混合，直至形成均勻糊料。將指定量的二甲基硅氧烷(小于120g/L)(硅氧烷PD，舒爾克林公司)與所得糊料混合，使糊料發(fā)泡。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>然后在100°C將發(fā)泡的火山灰糊料固化約4小時(shí)。利用定制設(shè)計(jì)的伺服水力雙軸測試設(shè)備(Instron8802)測定火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)指出，組合物中存在油有利于泡沫組合物的模塑，因?yàn)檫@樣泡沫就容易從模具中除去，且具有光滑、平整的表面，據(jù)信這會(huì)影響毛細(xì)流動(dòng)的干擾和發(fā)泡效應(yīng)。如表9所示，利用CG106和油制備的火山灰泡沫材料的比重為0.52-0.6。利用CG106和油制備的火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度為4.23MPa-7.5MPa或613psi-1087psi。一系列三星符號(hào)(***)表示相應(yīng)數(shù)值未測定。利用CG500LF和油制備的火山灰泡沫材料的比重為0.53-0.58。利用CG500LF和油制備的火山灰泡沫材料的壓縮強(qiáng)度為3.5MPa-4.26MPa或507psi_617psi。表9<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>權(quán)利要求一種火山灰泡沫材料，其包含火山灰和有機(jī)硅化合物。2.如權(quán)利要求1所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，其還包含堿和硅酸鹽。3.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述火山灰包括硅鋁材料。4.如權(quán)利要求3所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述硅鋁材料包括大量多心微珠。5.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述火山灰占所述泡沫材料的約50%-約90%。6.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述有機(jī)硅化合物包括二甲基硅氧烷。7.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述火山灰泡沫材料包含約0%-約30%由泡沫導(dǎo)致的孔隙。8.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述堿包括堿金屬的堿式離子鹽。9.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述堿包括堿土金屬元素的堿式離子鹽。10.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述堿包括氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀和氫氧化鎂中的一種或多種。11.如權(quán)利要求1所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述硅酸鹽包括堿金屬硅酸鹽。12.如權(quán)利要求11所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述堿金屬硅酸鹽包括硅酸鈉。13.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，其還包含疏水性化合物。14.如權(quán)利要求13所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述疏水性化合物包括烹飪油。15.如權(quán)利要求13所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述疏水性化合物包括烷烴。16.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，其還包含含磷化合物。17.如權(quán)利要求16所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述含磷化合物包括磷酸鋁。18.如權(quán)利要求16所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述含磷化合物包括磷酸。19.如權(quán)利要求2所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，其還包含礫石、沙、土壤、石頭、顏料、煅燒土、波特蘭水泥、石灰石、石膏、混凝土、砂漿和薄漿中的一種或多種。20.一種火山灰泡沫材料，其包含大量空心微珠、氫氧化鈉、硅酸鈉和二甲基硅氧烷。21.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述大量空心微珠的平均最長尺寸為小于約5微米-約500微米。22.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述大量空心微珠占所述泡沫材料的約50%-約90%。23.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，氫氧化鈉的濃度為約IM-約2.5M。24.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，硅酸鈉的濃度為約-約9%。25.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，二甲基硅氧烷的濃度小于約8mg/mlο26.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述火山灰泡沫材料具有約0%-約30%的由泡沫導(dǎo)致的孔隙。27.如權(quán)利要求20所述的火山灰泡沫材料，其特征在于，所述火山灰泡沫材料具有大于約3MPa的壓縮強(qiáng)度。28.一種制備火山灰泡沫材料的方法，其包含混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物，形成混合物；以及固化所述混合物，形成火山灰泡沫材料。29.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述火山灰包括硅鋁材料。30.如權(quán)利要求29所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述硅鋁材料包含大量空心微珠。31.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述堿包括堿金屬的堿式離子鹽。32.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述堿包括堿土金屬元素的堿式離子鹽。33.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述堿包括氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀和氫氧化鎂中的一種或多種。34.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述硅酸鹽包括堿金屬硅酸鹽。35.如權(quán)利要求34所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述堿金屬硅酸鹽包括硅酸鈉。36.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述硅氧烷包括二甲基硅氧烷。37.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，固化所述混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟包括將所述混合物加熱至約90°C-約130°C，持續(xù)約15小時(shí)-約28小時(shí)。38.如權(quán)利要求37所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，固化所述混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟包括將所述混合物加熱至約100°C，持續(xù)約20小時(shí)。39.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，該方法還包括在固化所述混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟之前，將所述混合物成形為制品，其中固化所述混合物以形成火山灰泡沫材料的步驟包括固化該制品，形成包含火山灰泡沫材料的制品40.如權(quán)利要求39所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述制品包括建筑構(gòu)件。41.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物形成混合物的步驟還包括混入疏水性化合物。42.如權(quán)利要求41所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述疏水性化合物包括烹飪油。43.如權(quán)利要求41所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述疏水性化合物包括烷烴。44.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物以形成混合物的步驟還包括混入含磷化合物。45.如權(quán)利要求44所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述含磷化合物包括磷酸鋁。46.如權(quán)利要求44所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，所述含磷化合物包括磷酸。47.如權(quán)利要求28所述的制備火山灰泡沫材料的方法，其特征在于，混合火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物以形成混合物的步驟還包括混入礫石、沙、土壤、石頭、顏料、煅燒土、波特蘭水泥、石灰石、石膏、混凝土、砂漿和薄漿中的一種或多種。全文摘要本發(fā)明的各實(shí)施方式一般涉及高強(qiáng)度泡沫材料及其制備方法。更具體地，本發(fā)明的各實(shí)施方式涉及包含火山灰，如來源于飛灰的空心微珠的高強(qiáng)度泡沫材料。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包含一種火山灰泡沫材料，所述材料包含火山灰、堿、硅酸鹽和有機(jī)硅化合物。本發(fā)明的各實(shí)施方式涉及既環(huán)保、制造起來也經(jīng)濟(jì)的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。文檔編號(hào)C04B40/00GK101801887SQ200880103413公開日2010年8月11日申請(qǐng)日期2008年6月19日優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日發(fā)明者M(jìn)·多尤尤,P·比朱-杜瓦爾申請(qǐng)人:喬治亞技術(shù)研究公司