CN105579209B - 用于消耗二氧化碳的材料的固化系统 - Google Patents

用于消耗二氧化碳的材料的固化系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固化系统，该固化系统用于固化将二氧化碳作为反应物消耗的材料。该系统具有固化腔室，该固化腔室容纳待固化的材料及含有二氧化碳的气体。该系统包括装置，该装置可在装载系统时传递二氧化碳以取代环境空气、可在需要二氧化碳时并且随着二氧化碳消耗提供二氧化碳、可在固化循环期间控制固化腔室中的二氧化碳浓度、温度及湿度及可记录在固化过程期间发生的变量并且向使用者显示所述变量。

Description

用于消耗二氧化碳的材料的固化系统
相关申请的交叉引用
本申请主张2013年3月14日提交的共同未决的美国临时专利申请号61/785,226的优先权及权益，该申请的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及用于制备新型复合材料的系统及方法。更具体地，本发明涉及用于由包括水及二氧化碳的各种常见原材料(或前体材料)制造合成材料的设备及方法。所述复合材料适用于建造、基础设施、艺术品及装潢中的各种用途。
背景技术
混凝土及石料
自古以来，人类已知并且使用混凝土及石材。举例而言，诸如混凝土、板岩、花岗岩及大理石的材料用于建造各种有用结构。
混凝土用于各种结构，包括道路、建筑物及诸如，管、砌块、铺设材料及铁道枕木建筑组件。混凝土具有许多有益性质，诸如，坚硬(或抗机械力变形)、防火、拒水以及对包括霉变及菌类生长的要素耐性。
板岩为主要由石英及云母组成的细纹理变质岩(有时化学式为KAl2(AlSi3O10))。因为板岩为平坦、坚硬、防火、拒水以及对包括霉变及菌类生长的要素耐性，故发现板岩在建筑物及建造中的更广范使用，诸如，铺设材料及屋面材料。板岩存在各种颜色，例如，灰色(浅灰至暗灰)、绿色、青色(蓝绿色)或紫色。板岩为大体“页片状的”或分层的，以使得板岩分裂形成不同的平坦表面图案。板岩的独特美学及物理质量使其在建筑物及建造中以及在装饰艺术及雕塑中成为理想材料。
已经努力研究了人造板岩类材料，以低成本、易生产的仿制品取代更昂贵并且稀有的天然板岩。然而，所述努力尚未生产合成材料，该合成材料具有板岩的所需外观、纹理、密度、硬度、孔隙率及其他美观特征，同时可以低成本及最小环境影响大量制造合成材料。
“复合板岩”为由回收橡胶及塑胶制成的仿造板岩替代品。虽然所述产品在外观及一些性质上类似于板岩(主要在于所述产品是拒水及要素耐性的)，但所述产品缺乏板岩的硬度，所述产品的防火程度不如板岩，并且所述产品具有明显不同的“手感”。所述产品在近距离看起来不同。最终，虽然所述产品可含有回收材料，但所述产品基于源自石油化学产品的材料。
层压沥青片具有使其与天然板岩相比相当不理想的人造外观。其他人造板岩仿制品由合成树脂粘结剂制备。所述方法受众多缺陷影响，包括不良再现性、低产率、劣化、高加工成本、不尽人意的机械性质等。
花岗岩为主要包含石英、云母及长石的火成岩。花岗岩在细粒基质内通常具有粗粒。众所周知，花岗岩自然存在各种颜色。
自古以来，人类已知并且使用花岗岩。花岗岩的独特美观及物理质量使其在建筑物及建造以及在装饰艺术及雕塑中为理想材料。已经努力研究了人造花岗岩类材料，以低成本、易生产的仿制品取代昂贵并且稀有的材料。然而，所述努力尚未生产合成材料，该合成材料具有花岗岩的所需外观、纹理、密度、硬度、孔隙率及其他美观特征，同时可以低成本及最小环境影响大量制造合成材料。
大部分人造花岗岩仿制品通过掺混天然石材粉末及矿物与合成树脂(例如，丙烯酸、不饱和聚酯、环氧树脂)来制备。所述方法受众多缺陷影响，包括不良再现性、低产率、劣化、高加工成本、不尽人意的机械性质等。
自古以来，人类已知并且使用大理石。大理石的独特美观及物理质量使其在建筑物及建造以及在装饰艺术及雕塑中为理想材料。已经努力研究了人造大理石类材料，以低成本、易生产的仿制品取代昂贵并且稀有的材料。然而，所述努力尚未生产出合成材料，该合成材料具有大理石的所需外观、纹理、密度、硬度、孔隙率及其他美学特征，同时可在环境影响最小的情况下以低成本大量制造该合成材料。
大部分人造大理石仿制品通过掺混天然石材粉末及矿物与合成树脂(例如，丙烯酸、不饱和聚酯、环氧树脂)而制备。所述方法受众多缺陷影响，包括不良再现性、低产率、劣化、高加工成本、不尽人意的机械性质等。
传统混凝土固化腔室
传统混凝土固化腔室用于各种预铸混凝土工业。固化腔室为完全或部分封闭的容积，其中可形成受控环境。封闭容积可由诸如房间的刚性结构的实心壁界定或由诸如帐篷形式的防水布的柔性障壁界定。在形成混凝土样本后，将该样本放置于具有足够湿气含量及足够高的温度的受控环境中，以确保在合理时间内达到充分固化，通常以天为单位测量。固化对混凝土产物的质量极其重要，并且对诸如耐久性、强度及耐磨性的性质具有巨大影响。适当的固化还帮助减轻随时间发生的次级反应，所述反应可导致成品的缺陷及不需要的颜色改变。
混凝土固化帮助波特兰水泥混凝土的称为水合作用的化学反应。腔室意在固化过程的持续时间内保持受控环境受调节并且保持产物内的适合水分。任意可察觉的水分损失将显著延迟或防止水合作用，并且因此降低产物的性质。此外，温度在固化过程期间起重要作用，因为低于10℃或高于70℃的温度非常不利于固化，而60℃的温度是最佳的。
生产预铸混凝土的一些公司试图使用大房间或由防水布覆盖的区域容纳产物以试图保持温度及湿度来简化固化过程。所述系统可充当保持由作为在水合反应期间发生的放热反应结果的样品产生的热量的手段，或充当保持由外部加热器或喷水系统提供的热量或湿度的手段。然而，固化预铸混凝土的最高效并且有效的方法依赖永久、密封并且可控的固化环境。
在包括但不限于铺路石材、混凝土砌筑单元(concrete masonry unit；CMU)、挡土墙及屋面瓦的范围广泛的产品生产中，存在许多专门从事设计、制造及安装用于预铸行业的波特兰水泥混凝土固化腔室的公司。所述固化系统最通常由钢、通常为镀锌钢构成并且经隔热以防止热损失并保持能量效率。一些系统是高度自动化的并且包括作为自动转移系统的“子母机(finger car)”，所述自动转移系统将由成型器形成的预铸产物送入固化腔室机架中。商业固化系统的范围可从标准货运集装箱的大小(约40英尺×10英尺×8英尺)直至可为200英尺×100英尺×50英尺大的高容积生产系统。若产品一致，腔室可构造成为一个“大房间”系统，但对于具有许多产品线的制造商，通常使用允许可归属于不同产品线的每个个别隔间(bay)的单独温度及湿度线型控制的“多线”系统。
图1为包括主要组件的传统(现有技术)混凝土固化腔室的示意图，所述组件为循环系统、热交换器及增湿系统。系统可含有用于气体循环的一个以上鼓风机，该一个以上鼓风机提供足够高的经过产品的气体速度以允许根据需要分布温度及湿度。热交换器可使用直接燃气燃烧器、间接燃气燃烧器或电热器。增湿系统通常包括雾化喷嘴或加热蒸汽发生器以向系统提供水蒸汽。温度及湿度两者由传感器监视，所述传感器将信号发送回电脑或可编程逻辑控制器，该控制器用于控制固化参数。许多系统允许完成具有诸如图2中所示的温度及湿度增加步骤、暂停步骤及冷却步骤的有序自动化。图2为图示出传统(现有技术)混凝土固化线型的曲线图，图示出温度随时间的变化。
使用二氧化碳的处理系统
对使用二氧化碳作为反应物的系统的描述为：
在大量文件中描述克拉夫特能量的用途，诸如，克拉夫特能量混凝土固化系统(Kraft Energy Concrete Curing Systems)。克拉夫特能量在第195页中阐明(混凝土的)碳化为“(一个)方法，通过该方法，空气中的二氧化碳穿透混凝土并且与诸如氢氧化钙的氢氧化物反应以形成碳酸盐。在与氢氧化钙的反应中，形成碳酸钙”。在第37页处，克拉夫特能量展示经碳化的铺路石的图示。图像下的说明阐明“在蒸汽固化7N/mm2的固体砌块24小时后发现的典型碳化(酚酞指示)”。图像展示在表面上具有灰色区域及紫色中心区域的矩形砌块。已知酚酞为化学式C20H14O4的化合物。酚酞在酸性溶液中变成无色并且在碱性溶液中变成粉红色。若指示剂的浓度特别高，则酚酞可呈现出紫色。自图像可看出碳化仅进行至浅深度，并且不在砌块的中心部分发生。
现有技术中还已知Murray的于1978年9月26日授权的美国专利号4,117,060，据称该案公开了提供用于制造混凝土产品或类似构造的方法及装置，其中将诸如水泥的钙质胶结性的粘结剂物质、集料、醋酸乙烯-马来酸二丁酯共聚物以及足以制造相对干燥混合物的量的水的混合物在模具中压缩成所需形态，并且其中在压缩发生之前，将混合物暴露于模具中的二氧化碳气体，以使得二氧化碳气体与成分反应以提供在加速固化状态下具有良好物理性质的硬化产品。
现有技术中还已知Malinowski的于1982年12月7日授权的美国专利号4,362,679，据称该案公开了一种无需使用固化腔室或高压釜浇铸不同类型的混凝土的方法，其中浇铸混合后的混凝土并且在外部和/或在内部使该混凝土经受真空处理以使混凝土脱水并压实。接着，将二氧化碳气体供应至砌块，同时以使由于次压所致的气体扩散至形成于混凝土砌块中的毛细管的方式保持次压或欠压，以快速硬化砌块。在一个实施例中(参见图2)，其中通过放置于砌块(I)上及经由管道或线路(5)暴露于次压的基垫或平板(2)脱水并压实砌块(I)，经由该基垫或平板(2)(经由线路6)供应二氧化碳气体，同时使用砌块中占主导的欠压。在另一实施例中(参见图3)，通过特定嵌件、元件内部的孔或空腔或经由模具的内部部分中的多孔材料层(Ib)，将次压(经由线路5)从模具的一个以上侧(2b)施加至正经浇铸的元件的内部。接着，(经由线路6)相应地供应二氧化碳气体。所述两个主要实施例可在某些情况下以不同方式组合。进一步地，混凝土可同时或随后经受另一类型的处理，诸如，由适合溶液浸渍。
现有技术中还已知Getson的于1989年9月5日授权的美国专利号4,862,827，据称该案在第3列第26行至第32行中公开“参见图1，图示进气口33及排气口37，以及在进气口33的空气路径下游的腔室35。该腔室可用于引入二氧化碳用于促进及固化某些组成物和/或该腔室可用于引入30额外水分以进一步加速固化湿固化系统”。
现有技术中还已知Charlebois的于1998年9月1日授权的美国专利号5,800,752，据称该案公开了聚合物复合产品，包括由聚合物混凝土、加强聚合物混凝土及加强塑胶制成的产品，诸如大砌块：通过同时向填料与聚合粘结剂的混合物施加振动、热量及压力而生产模制化合物(molding compound)系统、片状模制化合物系统、矿物模制化合物系统及高级模制化合物系统。同时施加振动、热量及压力提供保护模具的表面的聚合粘结剂的保护层，并且提供实质上不含卷曲、破裂或空隙的产品。本发明的方法实质上减少固化聚合物复合产品所需的时间。
现有技术中还已知Soroushian等人的于1999年8月10日授权的美国专利号5,935,317，据称该案公开：在加速(蒸汽或高压蒸汽)固化水泥及混凝土产品之前，使用了CO2预固化期，以便：(1)制备在加速固化环境中耐受高温及蒸汽压力而无微裂纹及损坏的产品；以及(2)在不实质改变传统加速固化工序的情况下将碳化反应在尺寸稳定性、化学稳定性、增加的强度及硬度及改良的耐磨性方面的优点并入水泥及混凝土产品中。取决于产品的含水量，本发明可通过首先干燥产品(例如，在略微高温下)及接着将产品暴露于富含二氧化碳环境来完成CO2预固化。水泥浆在二氧化碳存在下的剧烈反应在相对短时间周期中为产品提供增加的强度、完整性与化学及尺寸稳定性。即使在缩短的时间周期(在能量及成本消耗较少的情况下)，随后的加速固化将产生比可由加速固化水泥及混凝土产品之前的传统预设周期所达成的性能特征高的性能特征。
现有技术中还已知Ramme等人的于2008年6月24日授权的美国专利号7,390,444，据称该案公开了一种用于固存来自从燃烧室发出的烟道气的二氧化碳的方法。在该方法中，形成包括发泡剂及烟道气的泡体，并且将泡体添加至包括胶结性材料(例如，飞灰)及水的混合物以形成发泡混合物。此后，允许发泡混合物优选地凝固至具有1200psi以下的抗压强度的受控低强度材料。烟道气及废热中的二氧化碳与受控低强度材料中的水合产物反应以增加强度。在此方法中，固存了二氧化碳。CLSM可经压碎或粒化以形成具有类似于天然形成的矿物、浮石的性质的轻型集料。
现有技术中还已知2012年6月21日公开的CARBONCURE TECHNOLOGIES INC的国际专利申请公开号WO 2012/079173 A1，据称该案公开：包括砌块、实质平坦的产品(诸如，铺设材料)及中空产品(诸如，中空管)的混凝土制品形成于模具中，而二氧化碳经由穿孔注入模具的混凝土中。
描述二氧化碳与混凝土的反应的所有以上文件是针对含有波特兰水泥作为粘结剂的混凝土。波特兰水泥在无CO2情况下经由水合反应固化。
此外，现有方法通常涉及大能量消耗及具有不良碳足迹的二氧化碳排放。
存在对用于制造新型复合材料的装置及方法的持续需要，所述材料显示出有用的美学及物理特征，并且能够以低成本在改良能量消耗及理想碳足迹的情况下大量生产所述材料。
发明内容
本发明部分地基于对诸如混凝土及石类材料的新型复合材料的出乎意料的发现，所述材料可通过适用于大规模生产的方法由广泛使用的呈颗粒形式的低成本前体材料容易地生产。前体材料包括包含微粒硅酸钙(例如，研磨硅灰石)的接合单元及包括矿物(例如，石英及其他含SiO2的材料、花岗岩、云母及长石)的微粒填充材料。流体组分还作为反应介质提供，其包含液态水和/或水蒸汽以及反应物二氧化碳(CO2)。添加材料可包括天然材料或回收材料，以及富含碳酸钙材料及富含碳酸镁材料，以及流体组分的添加剂，诸如，水溶性分散剂。
各种添加剂可用于微调所得复合材料的物理外观及机械性质，所述添加剂诸如，有色材料的颗粒，诸如有色玻璃、有色砂粒及有色石英颗粒；以及颜料(例如，黑色氧化铁、氧化钴及氧化铬)。可使用术语“着色剂”大体上指代有色材料及颜料中的一者或两者。为模拟板岩类外观，微粒填充材料可包括粗颗粒及细颗粒。粗颗粒主要为硅酸盐系材料以提供硬度，并且细颗粒可为各种材料，包括砂粒、选自矿物及添加剂材料的经研磨、压碎或以其他方式粉碎的物质。
所述复合材料可显示出美感视觉图案，以及显示类似于相应天然材料的抗压强度、挠曲强度及吸水率。可使用高效气体辅助热液液相烧结(HLPS)工艺以低成本并在较大改良能量消耗及碳足迹的情况下生产本发明的复合材料。事实上，在本发明的优选实施例中，将CO2作为反应性物种消耗，从而导致CO2的净固存。
根据一个方面，本发明以用于固化需要CO2作为固化反应物的材料的固化系统为特征。材料在无CO2的存在时不固化。材料不将水作为反应物消耗。固化系统包含固化腔室，该固化腔室构造成含有将CO2作为反应物(或反应剂)消耗并且在无CO2存在时不固化的材料。固化腔室具有至少一个口，该至少一个口构造成允许材料引入固化腔室以及从固化腔室移除，并且固化腔室具有用于所述口的至少一个闭合件，该闭合件构造成在关闭时提供大气密封，以防止固化腔室外的气体污染存在于固化腔室中的气体；二氧化碳源，该二氧化碳源构造成经由固化腔室中的气体入口将气态二氧化碳提供至固化腔室，该二氧化碳源具有至少一个流量控制装置，该流量控制装置构造成控制气态二氧化碳进入固化腔室的流速；气流子系统，该气流子系统构造成在固化将CO2作为反应物消耗的材料的时间段中使气体循环穿过固化腔室；温度控制子系统，该温度控制子系统构造成控制腔室内的气体的温度；湿度控制子系统，该湿度控制子系统构造成控制腔室内的气体的湿度，以提高或降低湿度；以及至少一个控制器，该至少一个控制器与二氧化碳源、气流子系统、温度控制子系统及湿度控制子系统中的至少一个连通；并且至少一个控制器构造成在固化将CO2作为反应物消耗的材料的时间段内单独控制气态二氧化碳的流速、气体穿过固化腔室的循环、气体温度及气体湿度中的至少相应的一个。
在一个实施例中，固化腔室构造成其中含有高于大气压力的气体压力。
在另一实施例中，至少一个流量控制装置包括压力调节器及流量控制器中的至少一个，所述压力调节器及流量控制器中的至少一个构造成以大致等于在固化期间将CO2作为反应物消耗的材料对二氧化碳的消耗率的速率供应二氧化碳气体。
在又一实施例中，所述至少一个流量控制装置包括压力调节器及流量控制器中的至少一个，所述压力调节器及流量控制器中的至少一个构造成在2-120分钟的时间段中以足以从所述固化腔室清除环境空气的速率供应二氧化碳气体，以获得以体积计50-90％的目标CO2浓度。
在又另一实施例中，其中所述至少一个流量控制装置包括压力调节器及流量控制器中的至少一个，所述压力调节器及流量控制器中的至少一个构造成以大致等于从所述固化腔室排出所述气体的速率的速率供应二氧化碳气体。
在进一步实施例中，气流子系统包括测量装置，该测量装置构造成测量存在于固化腔室中的气体中的二氧化碳的量。
在一个实施例中，气流子系统包括测量装置，该测量装置构造成测量存在于固化腔室中的气体的气体速度。
在一个实施例中，构造成测量气体速度的测量装置选自皮托管、孔板、流速计和激光多普勒检测系统中的一个。
在一个实施例中，气流子系统包括变速鼓风机，该变速鼓风机构造成在固化腔室中以所需速度循环气体。
在又进一步实施例中，温度控制子系统包括温度传感器，该温度传感器构造成测量固化腔室中的气体的温度。
在额外实施例中，温度控制子系统包括热交换器以调节固化腔室中的气体的温度。
在再一个实施例中，温度控制子系统包括热交换器以控制经由固化腔室中的气体入口提供至固化腔室的气态二氧化碳的温度。
在又进一步实施例中，温度控制子系统包括加热器，该加热器位于固化腔室的外表面上或构建至腔室壁中。
在一个实施例中，湿度控制子系统包括测量装置，该测量装置构造成确定腔室内的气体的相对湿度。
在另一实施例中，湿度控制子系统包括冷凝器及单向冷凝物排水管，该单向冷凝物排水管构造成降低腔室内的气体的湿度。
在又一实施例中，湿度控制子系统包括排气阀，该排气阀构造成降低腔室内的气体的湿度。
在又另一实施例中，湿度控制子系统包括供水器，该供水器构造成增加腔室内的气体的湿度。
在进一步实施例中，至少一个控制器为可编程逻辑控制器。
在又进一步实施例中，至少一个控制器为通用可编程计算机，该计算机在机器可读介质上记录的一组指令的控制下运行。
在额外实施例中，至少一个控制器包括显示器，该显示器构造成向使用者显示固化循环的持续时间、气态二氧化碳的流速、固化腔室中的二氧化碳的浓度、固化腔室中的气体压力、气体穿过固化腔室的循环率、气体温度以及气体湿度中的任一个。
在再一个实施例中，至少一个控制器构造成记录固化循环的持续时间、气态二氧化碳的流速、固化腔室中的二氧化碳的浓度、固化腔室中的气体压力、气体穿过固化腔室的循环率、气体温度以及气体湿度中的任一个。
在又进一步实施例中，至少一个控制器包括触屏显示器。
附图说明
图1为传统(现有技术)混凝土固化腔室的示意图。
图2为图示出传统(现有技术)混凝土固化线型的曲线图，图示出温度随时间的变化。
图3(a)至图3(c)为根据本发明的示例性实施例的接合单元的横截面的示意性说明，包括三种示例性核心形态：(a)纤维状，(b)椭圆形，以及(c)等轴晶状。
图4(a)至图4(f)为根据本发明的示例性实施例的复合材料的侧视图及横截面视图的示意性说明，示出(a)处于稀接合基质中的1D取向纤维状接合单元(接合单元未接触)；(b)处于稀接合基质中的2D取向片状接合单元(接合单元未接触)；(c)处于稀接合基质中的3D取向片状接合单元(接合单元未接触)及(d)处于稀接合基质中的随机取向片状接合单元(接合单元未接触)，其中复合材料包括接合基质及填料组分，所述填料组分诸如聚合物、金属、无机颗粒、集料等；(e)接合单元的浓缩接合基质(具有足以建立渗滤网络的体积分数)，其中基质为3D取向；及(f)随机取向接合单元的浓缩接合基质(具有足以建立渗滤网络的体积分数)，其中可以包括填料组分，诸如聚合物、金属、无机颗粒、集料等。
图5为根据本发明的原理建造并运行的CO2混凝土固化腔室的示意图。
图6为根据本发明的原理提供增湿作用的CO2混凝土固化腔室的示意图。
图7为根据本发明的原理通过吹扫湿气提供除湿作用的CO2固化腔室的示意图。
图8为根据本发明的原理使用冷却热交换器提供除湿作用的CO2固化腔室的示意图。
图9为根据本发明的原理的具有CO2吹扫线路及恒流CO2补给线路的固化腔室的示意图。
图10为根据本发明的原理的具有CO2吹扫线路并且能够提供调节压力CO2补给的固化腔室的示意图。
图11为根据本发明的原理的中型固化腔室的示意图，该固化腔室具有多个湿度控制方法以及能够使用恒流或压力调节控制并补给CO2并且该固化腔室可控制湿度。
图12为由55加仑不锈钢圆筒构造的若干个筒式反应器的影像。
图13为包括机架的筒式反应器的内部的影像，该机架支撑将在其中处理的材料的托板。
图14为由加热护套围绕的筒式反应器外部的影像并且图示出若干热电偶连接器及气体入口。
图15为筒式反应器的控制面板的影像，图示控制(自左至右)浸没加热器、护套加热器、线路内气体加热器及风扇的四个控制器，其中读出三个加热器的温度。
图16为根据本发明的原理的改造以用于低压CO2固化的由CDS公司构建的市售混凝土固化腔室的影像。
图17为图16的腔室的内部的一部分的影像，图示出对现有技术波特兰水泥固化系统进行的进一步改进。
图18为CO2NDIR分析器1740的另一视图。
图19为图示出已添加额外组件的固化腔室内的视图。
图20为根据本发明的原理的连接至控制固化腔室的可编程逻辑控制器的显示器的荧幕截图。
图21为针对实施例5的相应温度及湿度线型图。
图22为针对实施例6的相应温度及湿度线型图。
具体实施方式
本发明的本质为产生受控气氛的固化系统，由此监视并控制温度、压力、CO2浓度、相对湿度及气体速度以形成混凝土系的最终产品，所述产品在CO2存在下将主要固化并且在无CO2情况下将不充分固化。
通过热液液相烧结制成的复合材料
本发明提供用于制造新型复合材料的装置及方法，所述复合材料主要通过CO2消耗反应而固化、显示出有用性质并且可易于通过适用于具有最小环境影响的大规模生产的方法由广泛使用的低成本前体材料生产。前体材料包括便宜并且丰富的硅酸钙及富含碳酸钙材料，例如，研磨硅灰石、研磨石灰岩、粗颗粒及细颗粒。粗颗粒及细颗粒主要为SiO2系材料以提供硬度。粗颗粒及细颗粒可包括矿物(例如，石英及其他含SiO2材料、花岗岩、云母及长石)。其他关键工艺组分包括水及CO2。各种添加剂可用于调整及微调所得复合材料的物理外观和/或机械性质，诸如，使用颜料(例如，黑色氧化铁、氧化钴及氧化铬)以及有色玻璃和/或有色石英。
所述复合材料显示各种图案、纹理及其他特征，诸如，各种颜色的视觉图案。另外，本发明的复合材料显示出类似于传统混凝土或相应天然材料的抗压强度、挠曲强度及吸水性质。此外，如本文中所公开，复合材料可使用高能效的HLPS方法生产并且可以低成本并在具有有利环境影响的情况下制造。例如，在本发明的优选实施例中，将CO2用作反应性物种，从而导致CO2在生产的复合材料中的固存，以及导致任意现有生产技术无法匹敌的碳足迹。HLPS方法由化学反应的自由能及由晶体生长导致的表面能量(面积)减小而热力驱动。HLPS方法的动力学在低温下以合理速率进行，因为使用溶液(水溶液或非水溶液)而非使用高熔点流体或高温固态介质来传送反应性物种，
可在以下各者中找到对HLPS的各种形式的论述：美国专利号8,114,367、美国公开号US2009/0143211(申请序列号12/271,566)、美国公开号US2011/0104469(申请序列号12/984,299)、美国公开号20090142578(申请序列号12/271,513)、WO2009/102360(PCT/US2008/083606)、WO2011/053598(PCT/US2010/054146)、WO2011/090967(PCT/US2011/021623)、2012年3月2日申请的美国申请序列号13/411,218(Riman等)、2012年6月7日申请的美国申请序列号13/491,098(Riman等)、2012年10月1日申请的美国临时专利申请号61/708,423以及均于2012年10月4日申请的美国临时专利申请号61/709,435、61/709,453、61/709,461和61/709,476，上述案中的每一个的全文出于所有目的以引用的方式明确并入本文中。
在某些实施例中，复合物进一步包括颜料。取决于所需复合材料，颜料可均匀分散或实质上不均匀分散于接合基质中。颜料可为任意适合颜料，包括例如各种金属的氧化物(例如，氧化铁、氧化钴、氧化铬)。颜料可为例如选自黑色、白色、蓝色、灰色、粉红色、绿色、红色、黄色及褐色中的任意一种以上颜色。取决于所需复合材料，颜料可以任意适合数量存在，例如以按重量计从约0.0％至约10％的范围的量存在(例如，约0.0％至约8％、约0.0％至约6％、约0.0％至约5％、约0.0％至约4％、约0.0％至约3％、约0.0％至约2％、约0.0％至约1％、约0.0％至约0.5％、约0.0％至约0.3％、约0.0％至约0.2％、约0.0％至约0.1％)。
取决于所需复合材料，多个接合单元可具有任意适合中值粒径及大小分布。在某些实施例中，多个接合单元具有约5μm至约100μm范围内的中值粒径：(例如，约5μm至约80μm、约5μm至约60μm、约5μm至约50μm、约5μm至约40μm、约5μm至约30μm、约5μm至约20μm、约5μm至约10μm、约10μm至约80μm、约10μm至约70μm、约10μm至约60μm、约10μm至约50μm、约10μm至约40μm、约10μm至约30μm、约10μm至约20μm)。
多个填充颗粒可具有任意适合中值粒径及大小分布。在某些实施例中，多个填充颗粒具有约5μm至约7mm范围内的中值粒径：(例如，约5μm至约5mm、约5μm至约4mm、约5μm至约3mm、约5μm至约2mm、约5μm至约1mm、约5μm至约500μm、约5μm至约300μm、约20μm至约5mm、约20μm至约4mm、约20μm至约3mm、约20μm至约2mm、约20μm至约1mm、约20μm至约500μm、约20μm至约300μm、约100μm至约5mm、约100μm至约4mm、约100μm至约3mm、约100μm至约2mm、约100μm至约1mm)。
在某些优选实施例中，填充颗粒由诸如石灰石(例如，研磨石灰岩)的富含碳酸钙材料制成。在某些材料中，填充颗粒由诸如石英、云母、花岗岩及长石(例如，研磨石英、研磨云母、研磨花岗岩、研磨长石)的SiO2系或硅酸盐系材料中的一种以上制成。
在某些实施例中，填充颗粒可包括天然材料、合成材料及回收材料，诸如，玻璃、回收玻璃、煤渣、富含碳酸钙材料及富含碳酸镁材料。
多个接合单元可由任意适合前体材料，例如，由除硅灰石之外的前体硅酸钙化学转换而成。前体硅酸钙可包括铝、镁及铁中的一个以上化学元素。
如本文中所使用，术语“硅酸钙”指天然形成矿物或合成材料，所述材料由含钙硅化合物的组中的一种以上者组成，所述化合物包括CaSiO3(还称为“硅灰石”或“假硅灰石”并且有时化学式为CaO·SiO2)、Ca3Si2O7(还称为“硅钙石”并且有时化学式为3CaO·2SiO2)、Ca2SiO4(还称为“斜硅钙石”并且有时化学式为2CaO·SiO2)、Ca3SiO5(还称为“硅酸三钙石”并且有时化学式为3CaO·SiO2)，以上材料可包括一个以上其他金属离子及氧化物(例如，铝、镁、铁或锰氧化物)，或以上各者的掺混物，或所述天然形成矿物或合成材料可包括按重量计范围从痕量(1％)至约50％以上的呈天然形成形式或合成形式的一定量硅酸镁。
应注意，可采用本文中公开的组成物及方法来使用硅酸镁代替硅酸钙或除硅酸钙以外使用硅酸镁。如本文中所使用，术语“硅酸镁”指天然形成矿物或合成材料，所述天然形成矿物或合成材料由含镁硅化合物的群组中的一种以上组成，例如，Mg2SiO4(还称为“镁橄榄石”)及Mg3Si4O10(OH)2(还称为“滑石”)，以上材料可包括一个以上其他金属离子及氧化物(例如，钙、铝、铁或锰氧化物)，或以上各者的掺混物，或所述天然形成矿物或合成材料可包括按重量计范围为从痕量(1％)至约50％以上的呈天然形成形式或合成形式的一定量硅酸钙。
如本文中所使用，术语“石英”指任意SiO2系材料，包括常见砂粒(建筑及砌体用砂粒)，以及玻璃及回收玻璃。术语还包括含有大量SiO2的任意其他回收天然材料及合成材料(例如，有时化学式为KAl2(AlSi3O:10)的云母)。
取决于所需复合材料，(接合单元):(填充颗粒)的重量比可为任意适合比率，例如，在约(15至50):约(50至85)的范围内。
在某些优选实施例中，多个接合单元通过使研磨硅灰石(或非硅灰石前体硅酸钙或硅酸镁)经由气体辅助HLPS方法与CO2反应而由研磨硅灰石化学转化来制备。
在某些实施例中，复合材料以从约90MPa至约175MPa(例如，约90MPa至约150MPa、约90MPa至约140MPa、约90MPa至约130MPa、约90MPa至约120MPa、约90MPa至约110MPa、约100MPa至约175MPa、约120MPa至约175MPa、约130MPa至约175MPa、约140MPa至约175MPa、约150MPa至约175MPa、约160MPa至约175MPa)的抗压强度为特征。
在某些实施例中，复合材料以从约5MPa至约30MPa(例如，约5MPa至约25MPa、约5MPa至约20MPa、约5MPa至约15MPa、约5MPa至约10MPa、约10MPa至约30MPa、约20MPa至约30MPa、约25MPa至约30MPa)的挠曲强度为特征。
在某些实施例中，复合材料以小于约10％(例如，小于约8％、5％、4％、3％、2％、1％)的吸水率为特征。
在某些实施例中，复合材料具有按重量计小于约10％的选自石英、云母、长石、碳酸钙及碳酸镁的一种以上矿物。
复合材料可显示任意所需纹理、图案及物理性质，特别是作为天然石材的特征的那些纹理、图案及物理性质。在某些优选实施例中，复合材料显示出类似于天然石材的可见图案。其他特征包括颜色(例如，黑色、白色、蓝色、粉红色、灰色(浅灰至暗灰)、绿色、红色、黄色、褐色、青色(蓝绿色)或紫色)及纹理。
在另一方面中，本发明大体上涉及用于制备复合材料的方法。方法包括以下步骤：混合微粒组成物与液体组成物以形成浆料混合物；通过将浆料在模具中浇铸、在模具中压制浆料、在振动的模具中压制浆料、挤压浆料、滑动成形浆料或使用混凝土生产中常见的任意其他成形方法将浆料混合物形成为所需形状；以及在从约20℃至约150℃范围内的温度下在包含水及CO2的蒸汽下固化所形成的浆料混合物约1小时至约80小时，以生产显示出纹理和/或图案的复合材料，该蒸汽具有从约环境大气压力至环境大气压力以上约50psi范围内的压力并且具有从约10％至约90％范围内的CO2浓度。
微粒组成物包括具有从约1μm至约100μm范围内的中值粒径的研磨硅酸钙以及具有从约3μm至约7mm范围内的中值粒径的研磨碳酸钙或含SiO2材料。液体组成物包括水及水溶性分散剂。
在某些实施例中，微粒组成物进一步包括第二研磨碳酸钙，该第二研磨碳酸钙具有实质上小于或大于第一研磨石灰岩的中值粒径。方法可进一步包括在固化浇铸的混合物之前干燥浇铸的混合物的步骤。微粒组成物进一步包含如本文中所论述的颜料或着色剂。
在某些实施例中，在约30℃至约120℃范围内的温度下在包含水及CO2的蒸汽下执行固化形成的浆料混合物约1小时至约70小时，该蒸汽具有从约环境大气压力至环境大气压力以上约30psi的范围内的压力。
在某些实施例中，在约60℃至约110℃范围内的温度下在包含水及CO2的蒸汽下执行固化形成的浆料混合物约1小时至约70小时，该蒸汽具有从约环境大气压力至环境大气压力以上约30psi的范围内的压力。
在某些实施例中，在约80℃至约100℃范围内的温度下在包含水及CO2的蒸汽下执行固化形成的浆料混合物约1小时至约60小时，该蒸汽具有从约环境大气压力至环境大气压力以上约30psi的范围内的压力。
在某些实施例中，在等于或低于约60℃的温度下、在包含水和CO2并且具有环境大气压的蒸汽下执行固化形成的浆料混合物约1小时至约50小时。
在某些实施例中，研磨硅酸钙主要包括研磨硅灰石，第一研磨碳酸钙主要包括第一研磨石灰岩，并且第二研磨碳酸钙主要包括第二研磨石灰岩。
例如，在一些实施例中，研磨硅灰石具有从约5μm至约50μm(例如，约5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、90μm)的中值粒径、从约0.6g/mL至约0.8g/mL(疏松)以及从约1.0g/mL至约1.2g/mL(密实)的容积密度、从约1.5m2/g至约2.0m2/g的表面积。第一研磨含SiO2材料具有从约40μm至约90μm(例如，约40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、30μm、90μm)的中值粒径、从约0.7g/mL至约0.9g/mL(疏松)以及从约1.3g/mL至约1.6g/mL(密实)的容积密度。
在某些优选实施例中，液体组成物包括水及包含聚合物盐(例如，丙烯酸均聚物盐)的水溶性分散剂，该聚合物盐具有从液体组成物的约0.1％至约2％w/w的浓度。
在又一方面中，本发明大体上涉及根据本文中公开的方法制备的复合材料，例如，具有从约90MPa至约175MPa的抗压强度以及从约5.4MPa至约20.6MPa的挠曲强度的复合材料。
在又一方面中，本发明大体上涉及由本文中公开的复合材料制成的制品。
可使用任意适合前体材料。例如，主要由硅灰石(CaSiO3)形成的硅酸钙颗粒可与溶于水的二氧化碳反应。据信，钙阳离子从硅灰石溶出并且将硅灰石核心的周边部分转化成缺钙硅灰石。随着钙阳离子继续从核心的周边部分溶出，周边部分的结构最终变得不稳定并且碎裂，从而将核心的缺钙硅灰石周边部分转化成主要富含二氧化硅的第一层。同时，主要为碳酸钙的第二层从水沉淀。
更具体地，第一层及第二层可由前体颗粒根据以下反应(1)形成：CaSiO3(s)+CO2(g)＝CaCO3(s)+SiO2(s) ΔH°＝-87kJ/mol CO2 (1)
例如，在硅酸盐矿物诸如硅灰石的碳化反应中，引入气相CO2，所述CO2溶解于诸如水的浸渗液中。CO2溶解形成酸性碳物种，导致溶液中的pH值降低。弱酸性溶液使CaSiO3中的钙物种非全等溶解。释放的钙阳离子及解离的碳酸盐物种引起不溶性碳酸盐的沉淀。富含二氧化硅层被认为作为钙耗乏层保留于矿物质颗粒上。
因此，根据本发明的优选实施例，CO2优选与硅灰石前体核心的钙阳离子反应，从而将前体核心的周边部分转化成富含二氧化硅的第一层及富含碳酸钙的第二层。另外，第一层及第二层存在于核心上充当硅灰石与二氧化碳之间的进一步反应的障壁，从而产生具有核心、第一层及第二层的接合单元。
在一些实施例中，具有不同于Ca或除Ca之外的金属的硅酸盐材料，例如，镁橄榄石(Mg2SiO4)、透辉石(CaMgSi2O6)及滑石(Mg3Si4O10(OH)2)，能够以类似于硅灰石反应的方式与溶于水中的二氧化碳反应，如上所述。据信，这样的硅酸盐材料可单独、组合和/或与硅灰石组合用作根据本发明的原理的接合单元的前体。
优选地，气体辅助HLPS方法利用部分浸渗的孔空间，以实现气体扩散而快速浸渗多孔预成型坯并且用溶解CO2使孔中的稀液界面溶剂膜饱和。CO2系物种在纯水中具有低溶解度(在25℃、1个大气压下为1.5g/L)。因此，必须向多孔预成型坯连续供应大量CO2并且使CO2遍布于多孔预成型坯中以实现明显的碳酸盐转化。与可溶性CO2在液相中扩散相同时间的扩散长度相比，利用气相扩散使扩散长度获得巨大的增加(约100倍)。("Handbook ofchemistry and physics",编者:D.R.Lide,第6章及第8章,第87版2006-2007,CRC.)。该部分浸渗状态能够使反应在固定的时段内进行至高碳酸化程度。
孔中的液态水使反应速率加快，原因在于液态水对于碳酸与钙物种的离子化均是必要的。然而，水含量必需足够的低，以使CO2气体能够在溶于孔结合水相之前扩散进入多孔基质中。此外，主动溶解的多孔预成型坯充当扩展性反应晶体生长的模板。从而使接合单元与基质能够在最小的变形及残余应力下形成。除诸多其他应用之外，此法能够得到大型复杂形状，诸如基础结构及建筑材料所需要的形状。
因此，为达成期望的生产方法，可以设计固化条件的不同组合，包括不同的反应温度、压力及反应时长。在第一示例性实施例中，水以其中溶解CO2的液体形式传递至前体材料并且固化过程在约90℃及约20psig(即，高于环境压力20psi)下进行约48小时。在第二示例性实施例中，水存在于前体材料中(例如作为来自先前混合步骤的残余水)并且水蒸汽随CO2一起提供至前体材料(例如维持水位和/或防止水蒸发损耗)并且固化过程在约60℃及0psig(在环境大气压下)下进行约19小时。在第三示例性实施例中，水以蒸汽形式随CO2一起传递至前体材料并且固化过程在约90℃及20psig(高于环境大气压20psi)下进行约19小时。
在又一方面中，本发明大体上涉及复合材料，该复合材料包括：多个接合单元及多个填充颗粒。每个接合单元包括：主要包含硅酸镁的核心、富含二氧化硅的第一层或内层、以及富含碳酸镁的第二层或外层。多个接合单元及多个填充颗粒一起形成一个以上接合基质，并且接合单元及填充颗粒大致均匀地分散于所述接合基质中并且接合在一起，由此，复合材料显示出一种以上纹理、图案及物理性质。
可采用本文中公开的组成物及方法来使用硅酸镁代替硅酸钙或除硅酸钙之外还使用硅酸镁。
B.接合单元、接合基质以及复合材料
B1.接合单元
如图3(a)至第3(c)中示意性说明，接合单元包括核心(由黑色内部部分表示)、第一层(由白色中间部分表示)及第二或囊封层(由外部部分表示)。第一层可以包括单独一个层个以上子层并且可以完全或部分地覆盖核心。第一层可以以结晶相、非晶相或其混合相存在，并且可以呈连续相或离散颗粒形式。第二层可以包括单独一个层个以上子层并且也可以完全或部分地覆盖第一层。第二层可以包括多个颗粒或可以是离散颗粒最少的连续相。
取决于预期的应用，接合单元可以展现任意大小及任意规则或不规则、固体或中空形态。示例性形态包括：立方体、长方体、棱柱体、圆盘、棱锥体、多面体或多面颗粒、圆柱体、球体、圆锥体、环、管、新月体、针、纤维、细丝、薄片、球体、亚球体、珠粒、葡萄状、颗粒状、椭圆形、棒状、波纹状等。
一般而言，如本文更详细论述的，接合单元由反应性前体材料(例如前体颗粒)经转化过程而产生。前体颗粒可以具有任意大小与形状，只要所述前体颗粒满足预期应用的需要即可。转化过程一般产生具有与前体颗粒相似的大小及形状的相对应的接合单元。
前体颗粒能够选自任意能够经历适合转化以形成期望的接合单元的适合材料。举例而言，前体颗粒可以包括硅、钛、铝、磷、钒、钨、钼、镓、锰、锆、锗、铜、铌、钴、铅、铁、铟、砷、钽和/或碱土金属元素(铍、镁、钙、锶、钡和镭)的氧化物及非氧化物。
示例性前体材料包括氧化物，诸如硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐、钒酸盐、钨酸盐、钼酸盐、镓酸盐、锰酸盐、锆酸盐、锗酸盐、铜酸盐、锡酸盐、铪酸盐、铬酸盐、铌酸盐、钴酸盐、铅酸盐、铁酸盐、铟酸盐、砷酸盐、钽酸盐及其组合。在一些实施例中，前体颗粒包括硅酸盐，诸如原硅酸盐、双硅酸盐、环硅酸盐、链硅酸盐、页硅酸盐、网硅酸盐和/或水合硅酸钙。
某些废料可作为前体颗粒用于一些应用中。废料可以包括例如矿物质、工业废料或工业化学材料。一些示例性废料包括矿物质硅酸盐、铁矿、方镁石、石膏、氢氧化亚铁(II)、飞灰、底灰、炉渣、玻璃、油壳体(oil shell)、红泥、电池废料、回收混凝土、尾矿、纸灰或者源自浓缩的逆浸透盐水的盐。
其他前体颗粒可以包括不同类型的含岩石矿物质，诸如硅酸钙岩石、费奇岩层(fitch formation)、赫伯隆片麻岩(hebron gneiss)、层状片麻岩、中间层(middlemember)、泥板岩、石英岩、中间层前寒武纪沉积物、具有较少石灰石床层的深色长石质石英岩、高级变质沉积黑云母片岩、黑云母片麻岩、云母片岩、石英岩、湖砂克岩层(hoosacformation)、帕特里奇岩层(partridge formation)、华盛顿片麻岩、泥盆纪、志留纪格林韦尔湾岩层(greenvale cove formation)、奥科伊超群(ocoee supergroup)、变质砂岩、变质杂砂岩、朗吉利岩层(Rangeley formation)、角闪岩、方解石质及白云石质大理石、曼哈顿岩层(manhattan formation)、锈色及灰色黑云母-石英-长石片麻岩以及沃特福德群(waterford group)。
前体颗粒还可以包括火成岩，诸如安山岩(andesite)、斜长岩(anorthosite)、巴斯尼特岩(basinite)、玻古安山岩(boninite)、碳酸盐岩及紫苏花岗岩(charnockite)；沉积材料，诸如，但不限于，泥板岩(argillite)、长石砂岩(arkose)、角砾岩(breccias)、碎裂岩(cataclasite)、白垩岩、粘土岩、角岩(chert)、燧石、粗砂岩(gitsone)、纳银岩(lighine)、石灰石、泥岩、砂岩、页岩及粉砂岩；变质材料，诸如，但不限于，角闪岩(amphibolites)、变闪长岩(epidiorite)、片麻岩、粒变岩、绿岩、角页岩、大理石、泥质岩、千枚岩(phyllite)、石英岩、片岩、硅卡岩(skarn)、板岩、滑石碳酸盐及皂石；以及其他各种岩石，诸如，但不限于，石英二长岩(adamellite)、富闪深成岩(appinite)、隐晶岩(aphanite)、霞榴正长岩(borolanite)、蓝色花岗岩、绿帘石岩(epidosite)、霏细岩(felsite)、燧石、致密硅岩(ganister)、霓霞岩(ijolite)、硬玉岩(jadeitite)、似碧玉岩(jasproid)、霓橄粗面岩(kenyte)、闪辉正煌岩(vogesite)、歪碱正长岩(larvikite)、霞云钠长岩(litchfieldite)、电气花岗岩(luxullianite)、纹长二长岩(mangerite)、云煌岩(minette)、均密石英岩(novaculite)、地幔岩(pyrolite)、奥长环斑花岗岩(rapakivigranite)、菱长斑岩(rhomb porphyry)、等色岩(shonkinite)、铁燧岩(taconite)、沸绿岩(teschenite)、霞斜岩(theralite)及球颗玄武岩(variolite)。
表1提供在使用不同前体材料时能够达成的第一层及第二层的不同类型的化学性质的示例性实施例。关于第一层，使用不同前体材料可以获得二氧化硅、氧化铝或二氧化钛。第二层也可以经由选择前体材料来改性。举例而言，第二层可以包括各种类型的碳酸盐，诸如纯碳酸盐、多阳离子碳酸盐、含水或OH基团的碳酸盐、含水或OH基团的层状碳酸盐、含阴离子碳酸盐、含硅酸盐碳酸盐及含碳酸盐矿物质。
表1：示例性前体及囊封层
第二层可以通过引入附加的阴离子和/或阳离子来改性。这样的附加的阴离子及阳离子可以用于调整第二层以增强第二层的物理及化学特性，诸如耐火性或耐酸性。举例而言，如表3中所示，虽然第一层保留为富含二氧化硅层，但第二层可以通过向反应物中添加额外的阴离子或阳离子，诸如PO4 2-及SO4 2-来改性。因此，第二层可以包括例如不同的磷酸盐、硫酸盐、氟化物或其组合。
表2：阳离子/阴离子源(除CO3 2-外)的实例
B2.接合基质及复合材料
接合基质包含多个接合单元，从而形成三维网络。接合基质可以是多孔或无孔的。孔隙度取决于能够用于控制孔隙率的多种变量，诸如温度、反应器设计、前体材料及在转化过程中引入液体的量。取决于预期的应用，孔隙率可设定为约1vol.％至约99vol.％的几乎任意孔隙度。
接合基质可以合并一种以上填充材料，所述填充材料在转化过程之前或在转化过程中与前体材料混合而产生复合材料。接合基质中的接合单元的浓度可以变化。举例而言，以体积计的接合单元浓度可以相对较高，其中至少一些接合单元彼此接触。若将填充材料并入接合基质中，则会出现此情况，但填充材料的类型和/或填充材料的量使得接合单元的体积稀释度相对较低。在另一个实例中，以体积计的接合单元浓度可以相对较低，其中接合单元更广泛分散于接合基质内，使得即便有也只有很少的接合单元彼此接触。若将填充材料并入接合基质中，则会出现此情形，并且填充材料的类型和/或填充材料的量使得稀释度相对较高。
一般而言，填充材料可以包括能够并入接合基质内的许多类型材料中的任一种。填充材料可以呈惰性或活性。虽然惰性材料可以与接合基质发生物理上或机械上的相互作用，但是惰性材料在转化期间不经历任意化学反应并且不充当成核位点。惰性材料可以包括聚合物、金属、无机颗粒和集料等。具体实例可以包括但不限于，玄武岩、花岗岩、回收PVC、橡胶、金属颗粒、氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、碳颗粒、毡毯颗粒、KevlarTM颗粒及其组合。活性材料在转化期间与接合基质发生化学反应，在转化期间经历任意化学反应和/或充当成核位点。举例而言，氢氧化镁可以用作填充材料并且可以与接合基质中的溶解钙组分相反应而形成碳酸镁钙。
接合基质在复合材料中可以占几乎任意百分比。因此，举例而言，接合基质在复合材料中可以占约1vol.％至约99vol.％(例如，接合基质的体积分数可小于或等于约90vol.％、70vol.％、50vol.％、40vol.％、30vol.％、20vol.％、10vol.％)。接合基质的体积分数的范围优选为约8vol.％至约90vol.％(例如约8vol.％至约80vol.％、约8vol.％至约70vol.％、约8vol.％至约50vol.％、约8vol.％至约40vol.％)，并且更优选为约8vol.％至30vol.％。
复合材料还可以是多孔或无孔的。孔隙度取决于能够用于控制孔隙率的多种变量，诸如温度、反应器设计、前体材料、在转化过程中引入液体的量以及是否使用任意填料。取决于预期的应用，孔隙率可以设定为约1vol.％至约99vol.％的几乎任意孔隙度(例如小于或等于约90vol.％、70vol.％、50vol.％、40vol.％、30vol.％、20vol.％、10vol.％)。复合材料的孔隙率范围优选为约1vol.％至约70vol.％，对于高密度及耐久性而言更优选为介于约1vol.％与约10vol.％之间，对于轻质及低导热性而言更优选介于约50vol.％与约70vol.％之间。
在接合基质内，接合单元可以相对于彼此以诸多取向中的任一取向定位。图4(a)至图4(f)示意性说明一种示例性接合基质，所述接合基质包括呈不同取向的纤维状或片状接合单元，所述接合单元可通过合并填充材料来稀释，如接合单元之间的间距所示。举例而言，图4(a)示出一种接合基质，所述接合基质包括以单向(“1-D”)取向排列(例如相对于x轴方向排列)的纤维状接合单元。图4(b)示出一种接合基质，所述接合基质包括以双向(“2-D”)取向排列(例如相对于x及y轴方向排列)的片状接合单元。图4(c)示出一种接合基质，所述接合基质包括以三方向(“3-D”)取向排列(例如相对于x、y及z轴方向排列)的片状接合单元。图4(d)示出一种接合基质，所述接合基质包括呈随机取向的片状接合单元，其中接合单元不相对于任意特定方向排列。图4(e)示出一种接合基质，所述接合基质包括浓度相对较高的、以3-D取向排列的片状接合单元。图4(f)示出一种接合基质，所述接合基质包括以随机取向定位的、浓度相对较低的片状接合单元(渗滤网络)。图4(f)的复合材料达成渗滤阈值，原因在于大部分接合单元彼此接触，从而从材料一端至另一端形成连续的接点网络。渗滤阈值为临界浓度，高于临界浓度则接合单元显示长程连通性，其中接合单元呈有序取向，例如图4(e)，或呈随机取向，例如图4(f)。连通模式的实例可见于例如Newnham等,"Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites",Mat.Res.Bull.第13卷,第525页至第536页,1978。
此外，能够以促进致密堆积的方式达成单一层级结构或多级重复层级结构，所述层级结构在其他潜在有用的功能性目的中提供了用于制备高强度材料的目的。层级描述结构如何在若干长度尺度上形成模式。不同类型的接合基质能够通过改变基质孔隙率及通过合并不同大小的核心纤维来产生。不同种类的微粒及纤维组分能够依层级结构使用以制造具有不同连通性的不同种类的结构。
C.形成接合单元、接合基质及复合材料的方法
通过将前体材料暴露于反应液来进行转化(固化)方法。与液体有关的反应物与组成前体颗粒的化学成分反应，所述组成前体颗粒的化学成分更具体地为前体颗粒的周围部分中的化学反应物。此反应最终形成第一层及第二层。
在一些实施例中，前体颗粒包括两种以上化学元素。在转化过程中，液体中的反应物优先至少与化学元素的第一种反应，其中液体中的反应物(例如溶液中的CO2及相关物种)与至少一种第一化学元素(例如钙2+)之间的反应形成第一层及第二层，所述第一层包含前体颗粒的衍生物，一般不包括该至少一种第一化学元素，而所述第二层包含反应物与该至少一种第一化学元素的组合物(例如CaCO3)。相比之下，核心包含的化学组成与前体颗粒相同或几乎相同(例如CaSiO3)。举例而言，核心的周围部分可以不同于前体颗粒的化学组成，原因在于特定化学元素从核心中选择性溶出。
因此，核心与第二层共有前体颗粒中的至少一种第一化学元素(例如钙2+)，并且核心与第一层共有前体颗粒中的至少另一种化学元素(例如Si4+)。核心与第二层所共有的至少一种第一化学元素可以是例如至少一种碱土金属元素(铍、镁、钙、锶、钡和镭)。核心与第一层所共有的至少另一种化学元素可以是例如硅、钛、铝、磷、钒、钨、钼、镓、锰、锆、锗、铜、铌、钴、铅、铁、铟、砷和/或钽。
在一些实施例中，液相中的反应物与前体颗粒中的至少一种第一化学元素之间的反应可以进行至完成，从而使得第一层变成接合单元的核心并且使得第一层具有不同于前体颗粒的化学组成，并且使得至少一个附加层或第二壳层包含可以包括或可以不包括前体颗粒的两种以上化学元素中的至少一种第一化学元素的组成。
C1.气体辅助式热液液相烧结
接合单元可以通过例如基于气体辅助式HLPS的方法形成。在此方法中，包括多个前体颗粒的多孔固态主体暴露于液体(溶剂)，所述液体使多孔固态主体的孔部分饱和，这是指孔容积部分地充满水。
在诸如形成碳酸盐的系统的某些系统中，相信水完全充满孔为不理想的，原因在于反应性气体无法通过气体扩散从多孔固态主体外表面扩散至所有内部孔。相反，反应性气体中的反应物会溶于液体中并且以液相形式从外表面扩散至内部孔，此方法慢得多。此液相扩散对于转化薄的多孔固态主体可能是适合的，但对于较厚的多孔固态主体则不适合。
在一些实施例中，含有反应物的气体引入多孔固态主体的部分饱和的孔中并且反应物被溶剂溶解。溶解的反应物接着与前体颗粒中的至少第一化学元素反应，以将前体颗粒的周围部分转化成第一层及第二层。作为反应结果，溶剂中所溶解的反应物耗尽。同时，含有反应物的气体继续引入部分饱和的孔中，以向溶剂中供应额外的反应物。
当反应物与前体颗粒中的至少第一化学元素之间的反应进展时，前体颗粒的周围部分转化成第一层及第二层。存在于核心周围的第一层通过将反应物与前体颗粒中的至少第一化学元素分隔最终阻碍进一步反应，由此促使反应有效停止，从而得到接合单元，所述接合单元具有作为前体颗粒的未反应中心的核心、位于核心周围的第一层以及位于第一层上的第二层。
所得接合单元包括核心、第一层及第二层，并且在大小上一般大于前体颗粒，从而填充多孔固态主体的周围多孔区域并且可与多孔固态主体中的相邻材料接合。因此，可以形成大小及形状与多孔固态主体大致相同、但密度高于多孔固态主体的网状产物。这优于生产密度高于初始粉坯的材料的传统烧结方法，传统烧结方法由质量传递引起缩减。
C2.高压釜中的HLPS
在HLPS方法的示例性实施例中，将包含多个前体颗粒的多孔固态主体置放于高压釜腔室内并且加热。通过将腔室内的水汽化而将作为溶剂的水引入多孔固态主体的孔内。位于多孔固态主体上方的冷却板使蒸发水冷凝，接着滴在多孔主体上并且进入多孔固态主体的孔内，从而使多孔固态主体的孔部分饱和。然而，此实例中引入水的方法为能够传递水的若干方式之一。举例而言，水还可加热并且喷雾。
同时，将二氧化碳作为反应物抽入腔室内，并且二氧化碳扩散进入多孔主体的部分饱和的孔内。一旦进入孔内，二氧化碳则溶解于水中，从而允许前体颗粒与二氧化碳之间发生反应，以将前体颗粒的周围部分转化成第一层及第二层。
当第二反应物与第一层之间的反应进展时，第二反应物继续与第一层反应，从而将第一层的周围部分转化成第二层。第二层可以由第一层中的组分的表生溶液形成，并且此第二层可以是梯度层，其中随着从核心颗粒表面移至第一层的末端时，组成第二层的化学元素(阳离子)之一的浓度从高变低。还可能的是，第二层同样也能够是梯度组成，诸如当所述层为非晶形或由具有恒定组成或变化组成的固溶体组成时。
存在于前体核心周围的第二层通过将第二反应物与第一层分隔最终阻碍进一步反应，使反应有效停止，从而得到接合单元，所述接合单元具有核心、位于核心周围的第一层及位于第一层上的第二层。所得接合单元的大小一般大于原始前体颗粒，从而填充多孔固态主体的周围多孔区域并且与多孔固态主体的相邻材料接合。因此，所述方法可形成形状与原始多孔固态主体大致相同、但密度高于原始多孔固态主体的网状产物。这优于生产密度高于初始粉坯的材料的传统烧结方法，传统烧结方法由质量传递引起缩减。
C3.浸渗介质
传递至多孔基质的至少一部分内所用的浸渗介质包括溶剂(例如水)及反应性物种(例如CO2)。溶剂可以是水性或非水性溶剂。溶剂可以包括一种以上组分。举例而言，在一些实施例中，溶剂可以是水和乙醇、乙醇和甲苯，或者各种离子型液体的混合物，诸如基于以下的离子型液体：经烷基取代的咪唑及吡锭阳离子与卤素或三卤化铝酸盐阴离子。为了简化处理设备，湿式系统优于非湿式系统。
虽然溶剂可以与反应性物种发生化学反应，但溶剂不应与多孔基质发生化学反应。溶剂能够经由多种分离方法移除，所述分离方法诸如整体流动、蒸发、升华或用洗涤介质溶解，或者本领域普通技术人员已知的任意其他适合分离方法。
更具体地，溶剂在溶解的反应性物种与多孔基质反应的温度下为液体。取决于所选的特定溶剂及反应性物种，所述温度将变化。为了节能及简化处理设备、从而降低制造成本，较低温度优于较高温度。
溶剂作用与诸如波特兰水泥的涉及反应性系统的现有技术形成鲜明对比，其中诸如水的溶剂与多孔基质反应而形成含有溶剂分子的产物，诸如金属水合物或金属氢氧化物，以及其他沉淀产物。
不论纯反应性物种的相，反应性物种均作为中性、阴离子或阳离子物种溶于溶剂中。举例而言，至少一种反应性物种可以是CO2，CO2在室温下为气体，可作为中性CO2溶于水中，但是能够生成反应性物种，诸如H3O+、HCO3 -、H2CO3及CO3 2-。不论自然状态的反应性物种及溶剂的初始相，浸渗介质在多孔基质的孔(例如间隙空间)中均为液相。
举例而言，能够利用毛细管力使浸渗介质自发地吸入多孔基质中。当浸渗介质具有极低接触角(例如<90℃)时，发生此类湿润。在此情况下，介质能够部分地填充(部分饱和)或完全填充(饱和)孔。浸渗还能够以填充一些孔的同时、其他孔为空和/或部分填充的方式发生。还可能的是，以梯度填充或饱和孔的浸渗多孔基质能够随后经由毛细管流动而转化成均一的多孔基质。另外，当浸渗介质的接触角较高(例如>90°)时，湿润不能自发地发生。在此情况下，除非施加外部压力，否则流体不会浸渗多孔基质。当需要通过释放压力来抽出浸渗介质时(例如，能够通过压力起始或中断反应)，此方法适用。
当利用孔中的自发毛细管流动进行浸渗时，整体流动在填充(饱和)孔时停止。在HLPS期间，反应性物种与基质反应以通过各种反应形成一种以上产物。孔空间内的至少一种反应物种耗尽并且因此需要在反应过程中补充。当孔用浸渗介质完全饱和时，反应性物种必须通过基质孔从浸渗介质的外部向多孔基质传递。在静止流体中，传递通过扩散过程发生。因此，对于孔内反应相对快于所有其他质量传递过程的一些HLPS方法而言，反应因多孔基质厚度大幅增加而受限。在此情况下，仅基质的外层部分与反应性物种广泛发生反应，而多孔基质的内部区域不完全反应或不反应。该类型的反应适于制备梯度微结构，其中HLPS方法的产物浓度在结构的外侧部分(靠近外部表面区域)高于结构的内部。
C4.方法选择及控制
当高度放热反应相对于浸渗介质的传递缓慢进行并且基质绝热时，截留热能够提高基质内部的反应速率，使得基质内部包含的产物相(即，至少一种反应性物种与多孔基质的一部分之间的反应产物)比基质内部更多。对于其中相对于浸渗介质的质量传递，反应以中等速率等温地进行的HLPS方法而言，扩散能够继续向孔供应反应性物种并且反应程度(或产物浓度)未观察到梯度。在此情况下，单块结构或主体的材料内部至外部的化学和/或相组成存在的差异很小。
在很多情况下，单块结构主体就相和组成而言期望均一微结构。此外，还期望在相对较短的时段内进行HLPS反应，例如在需要大型较厚单块主体的诸如道路或桥梁的应用中。期望平衡HLPS方法的反应速率与质量传递。关于前体选择及引入前体以包含浸渗介质的方法的策略很重要。优选的前体的选择及引入浸渗介质的方法至少部分地与以下因素有关：样品在最薄方向上的厚度、经考虑可为方法所接受的时间尺度以及方法在商业上可行所必需的热力学和动力学约束条件，诸如温度、压力及组成。
表3总结了前体选择及引入方法策略。能够直接浸渗多孔基质，或者多孔基质可以在表3所述的任意浸渗程序前排空。描述了使用气体作为前体、液体作为前体或固体作为前体的方法。另外，诸如固体与液体、气体与液体以及气体与固体的相混合物皆可使用。举例而言，诸如CO2的反应物为纯态气体，但转变为溶解于水中的溶液物种。此事件可以通过气态扩散进入多孔基质内并随后当遇到孔时凝结来发生。当期望具有碳酸盐相的微结构时，此类前体系统适宜。前体(溶剂及反应性物种)的添加顺序能够影响反应产量及材料微结构。
表3.前体及引入方法
在一些实施例中，溶剂与反应性物种可以预混合而形成浸渗介质并且接着在单独步骤中引入基质内。在其他实施例中，可以优选的是使用多个浸渗程序。举例而言，可首先引入溶剂前体，随后进行反应性物种浸渗，或反之亦然。
因为浸渗介质将是分布于基质孔内的液体，因此溶剂与反应性物种前体最初均无需为相同相。举例而言，溶剂前体可以是蒸汽，诸如水，其在100℃以上的温度下、在大气压下呈气态并且可以通过将基质冷却至低于100℃的温度或通过使用孔径在开尔文孔径范围(小于100nm)内的多孔基质来利用表面能而凝结成液体。当孔较大时，提高温度以使得气态物种不能热凝结，需要少量浸渗溶液或因本文未论述的其他理由，并且可能期望使用潮解性化合物在孔中形成液体。该化合物的实例包括硼酸、硝酸铁及氢氧化钾。在此情况下，诸如水的蒸汽可使孔中的潮解性固相转变成液体并且孔中可以进行产物相的晶体生长。这在液体浸渗和扩散限制HLPS所制成的产物厚度时特别有用。或者，能够利用气态扩散在大得多的距离上传递物种，以在基质孔内部形成HLPS所必需的浸渗介质。
能够合并各种添加剂以改良HLPS方法及所得产物。添加剂可以是纯态的固体、液体或气体，但是可溶于溶剂相中或者在并入浸渗介质之前与多孔基质共处理(例如预混合)然后。实例包括成核催化剂、成核抑制剂、溶剂调节剂(例如软水剂)、湿润剂、非湿润剂、水泥或混凝土添加剂、建筑材料用添加剂、晶体形态控制添加剂、晶体生长催化剂、减慢晶体生长的添加剂、pH缓冲剂、离子强度调节剂、分散剂、粘合剂、流变性控制剂、反应速率催化剂、静电性、空间性、电空间性、聚电解质及沃德层(Vold-layer)分散剂、封端剂、偶合剂及其他表面吸附性物种、酸或碱pH调节剂、产生气体、液体或固体(例如当加热、加压、减压、与其他物种反应或暴露于本文未列出的任意处理变量时)的添加剂，以及生物或合成组分(例如用于任意上述功能和/或用作溶剂、反应性物种或多孔基质)。
在一些实施例中，可以使用潮解性固体。潮解性固体可以与多孔基质预混合。接着可将溶剂与至少一种反应性物种的预混合物引入潮解性固体-多孔基质中。预混合物中的溶剂与至少一种反应性物种可以均呈气相或均呈液相。在一些实施例中，在预混合物中，溶剂可以是液体并且所述至少一种反应性物种可以呈气相，或反之亦然。
气体-水蒸汽流能够越过多孔基质中的潮解性盐而在多孔基质的间隙空间中产生液相浸渗介质。举例而言，潮湿的气体-水蒸汽流能够充当用于CO2溶解及离子化的溶剂。已知很多种盐具潮解性并且能够适用于通过流经盐表面的湿空气而形成液体溶液。适合盐的选择依赖于空气湿度水平。一些能够可在极低的相对湿度下运作。潮解性盐的实例包括Mg(NO3)2、CaCl2及NaCl。
关于浸渗介质的传递，其能够作为自发湿润多孔基质的整体溶液传递。对于此溶液的传递存在多个选项。第一，能够将多孔基质浸没于液体中。第二，能够将浸渗溶液喷雾至多孔基质上。在静止系统中，当浸渗溶液体积大于多孔基质的孔体积时，扩散通过将反应性物种传递至孔位点而扩大反应。
或者，流体能够通过多种方法流动(机械对流)通过多孔基质。能够利用诸如加压流动、干燥、电渗流动、磁渗流动以及温度梯度及化学梯度驱动流动的方法使液体浸渗介质流动通过多孔主体。与依赖于扩散过程相反，此动态流动允许新鲜的反应物接近多孔基质。此方法是有益的，只要基质的孔径分布允许流体的流速适度的高，从而比扩散过程更快地供应反应性物种，并且当供应速率等于或超过形成产物的反应速率时最佳。另外，浸渗介质的流动通过特别适用于高度放热反应。这对厚的并且能够在内部产生热量的单块结构特别有益，所述内部产生的热量能够产生能够使单块结构破裂的内部压力。
许多应用中的材料厚度超过此长度尺度。在该情况下，优选为通过本领域技术人员已知的任意适合手段使流体机械对流。替代方法为将溶剂或反应性物种作为气态物种引入。而并且，能够利用超临界条件达成液体与气体之间存在的传递速率。气体物种可以通过跨越多孔基质施加压力梯度来进行机械对流。若气体为反应性物种，则填充孔的溶剂流体能够流出孔，在孔上留下溶剂膜，所述溶剂膜能够吸收反应性物种气体。或者，部分填充的孔允许气体流动通过孔，同时溶剂吸收流过气体的一部分。
系统可以利用低温及低压来实现低成本处理。因此，孔中保留一小部分溶剂以促进反应性物种的气态扩散的方法优于需要大部分产物的利用静态流体进行反应的方法。存在许多能够有效地将反应物及溶剂物种传递至孔中的装置设计。一些这样的设计包括传统反应器设备，诸如压滤机、喷雾室、高压釜及蒸汽机。
D.CO2固化腔室
本发明提供用于低成本、节能及低碳足迹固化混凝土的将二氧化碳用作反应物的装置及方法。现描述工程设计原理及方法，所述工程设计原理及方法提供与传统波特兰水泥混凝土固化腔室相比具有最少或没有成本增加的碳捕获及利用。
D1.使用CO2的混凝土固化
采用使用依赖于CO2的存在用于固化的材料及化学品的本发明的系统及方法，所述CO2的存在诸如例如水的反应介质中的CO2，其中提供碳酸、碳酸盐离子及碳酸氢盐离子。所述材料及化学品的实例已在上文描述。
本文中所描述的CO2混凝土固化过程大体上类似于上文描述的传统混凝土固化过程，其中明显差异在于相对于传统固化中描述的两个参数，本发明在受控固化环境独立控制五个参数。除温度及湿度的外，还控制系统压力、二氧化碳浓度及腔室内的气体速度。涉及湿度控制的区别在于：在传统现有技术系统中，因为水在波特兰水泥固化中作为反应物，所以湿度上升至高于周围环境，但是在根据本发明的系统及方法中，水不是反应物，而为反应介质。相反，在本系统及方法中，CO2为反应物。因此，在本发明中，水蒸汽、温度及气体速度可经控制以使水如所需要地从固化产物移除或添加至固化产物。如传统混凝土固化系统中所描述的“大房间”及“多通道”类型的固化系统都可用于CO2固化系统中。
图5为根据本发明的原理建造并运行的CO2混凝土固化腔室的示意图。在图5中，通过比例阀从源向固化腔室供应CO2，该比例阀可控制CO2的压力、流速及流动持续时间。使CO2气氛通过鼓风机和热交换器或加热器再循环，以使得能够调节或调整固化腔室内的气氛的温度。在一些实施例中，热交换器可用于冷却固化腔室内的气氛，例如，当固化反应充分放热使得气氛被过度加热时。
在描述的实施例中，使用由各种不同工业气体公司(诸如，Praxair公司、LindeAG、Air Liquide及其他公司)供应的约99％的纯度的工业级CO2。此供应可以以调节为特定温度的液态二氧化碳的形式储存于大型加压储料罐中，以使得保持约300 PSIG的蒸汽压力。此气体接着管送及压力调节至CO2固化腔室。或者，能够使用在工业设施(包括但不限于氨生产车间、天然气处理车间、水泥制造车间、玻璃制造车间、来自填埋地及其他生物气体的CO2、生物柴油车间)及燃烧源设施(例如，电力或蒸汽生产)处捕获的CO2。另外，还可使用由二氧化碳生产井产生的CO2，所述二氧化碳生产井钻入土中以从含有二氧化碳沉积物的地质岩层或岩层群提取二氧化碳流。
D2.CO2混凝土固化温度控制
在一些实施例中，使用诸如热电偶或RTD的传感器测量温度。测量信号导回至能够调节进入热交换器的能量并且从而随时间调整整个系统的温度的控制器或计算机。鼓风机是加热系统的重要组件，因为鼓风机能够帮助将热能传送至气体，该气体自身传送至产物和腔室，该气体为样品的受控水分的重要部分。加热方法可为电热或气体燃烧。护套加热器可用于控制流动穿过与加热套接触的腔室的CO2的温度，可使用任意传统热源。外部加热手段可包括但不限于电加热、热水加热或热油加热。对于CO2固化腔室，迄今为止利用间接燃气系统，并且避免直接燃气燃烧器，因为直接燃气燃烧器会将空气及燃烧产物拉入系统中，从而稀释CO2并使CO2浓度控制出现问题。诸如筒式反应器的一些更小规模的系统利用电护套加热器而非腔室内的加热元件加热腔室的整个表面。
D3.CO2混凝土固化湿度控制选择
图6为根据本发明的原理的提供增湿作用的CO2混凝土固化腔室的示意图。在图6中，提供供水器，并且将水蒸汽添加至在固化腔室内循环的大气。水可为任意方便的饮用水源。在一些实施例中，使用普通自来水。在一些实施例中，水能够通过流动穿过雾化喷嘴或喷雾喷嘴、电蒸汽产生器、燃气蒸汽产生器，或通过加热至高于腔室的气体温度而转换成蒸汽，以导致从液态水供应器蒸发，实例为具有浸没加热器的筒式反应器。在又一实施例中，CO2供应可以在鼓泡通过加热水供应器之后流入系统中，以增加进入的气流的相对湿度，实例为构造成用于“流动穿过”或“开环”处理的筒式反应器。
相对湿度是传统混凝土固化和CO2混凝土固化两者的重要参数。在传统固化腔室中，存在主要由氮气、氧气及水蒸汽组成的湿气气氛。在所述系统中，相对湿度最常由标准电容式传感器技术测量。然而，CO2固化腔室具有主要由与这些传感器的一些类型不兼容的二氧化碳组成的气氛。在本文中描述的CO2混凝土固化系统中使用传感技术，诸如利用二氧化碳与水蒸汽的湿度比的干球湿球技术或偶极子极化水蒸汽测量设备或冷镜式湿度计或电容式湿度传感器。
取决于固化的产物的类型及几何形状、腔室的设计及腔室中的产物的充填效率，湿度可能需要降低或提高并调节至特定设定点。设定点可以在从1％至99％的相对湿度的任意范围。在能够组合至单个系统的CO2混凝土固化过程中，可存在三种不同的用于湿度控制的方法。在CO2固化系统的一个实施例中增湿的方法表示于图6中。
图7为根据本发明的原理的通过吹扫湿气提供除湿作用的CO2固化腔室的示意图。如所提及，在一些情况下，需要从系统移除水分以用CO2固化混凝土产物。降低相对湿度的简单方法是通过用干燥气体，在此情况下为二氧化碳代替系统中的湿气。湿CO2气体混合物经由排气阀释放，该排气阀可以是比例控制阀或自动放气阀，并且补充的干燥CO2进入循环系统，以降低相对湿度至所需设定点，同时保持固化系统内的调节压力及气流。在此类型的换气除湿中，缺点为更大量的二氧化碳将从系统排出。然而，优点为水蒸汽的量能够被驱动降低至进入的吹扫气中的水蒸汽的浓度，在一些情况下，若CO2吹扫气通过蒸发液态CO2而产生，则水蒸汽的浓度可为极低。
图8为根据本发明的原理的使用冷却热交换器提供除湿作用的CO2固化腔室的示意图。在替代实施例中，图8中所示的除湿装置和方法表示通过非换气方法降低相对湿度并因此从气体移除水蒸汽的技术。该特定技术使用水萃取装置及方法以移除水，在一个优选实施例中，该装置为冷却热交换器。再循环冷却器机组使冷却至-15℃与15℃之间的水和乙二醇溶液循环穿过安装于直线湿气流中的高表面积不锈钢热交换器盘管。来自气流的一些水将经历相变并冷凝以在盘管上形成液体，该液体接着可经由液体排泄阱、传统阀或定时器上的电磁阀收集及排出系统以排出液体而非气体。使用此类系统的益处在于：在过程期间，相比于图7中所示的换气除湿方法，将喷出并浪费极少量的二氧化碳气体。此技术的一个缺点为需要在传统混凝土固化腔室中不合标准的一些额外设备。另一缺点为系统的能量需求将增加以运行冷却器机组。
在一些情况下，例如，如果存在从系统移除大量水的需要，则上述两个除湿方法可以一起运行以保持尽可能低的湿度水平。
D4.固化系统中的二氧化碳的填充及浓度上升
在固化过程开始时，可能首先存在控制参数的预二氧化碳保压时段，所述参数诸如温度、相对湿度及气体速度，在此时，可通过使CO2从气源流入系统中并且置换出腔室内的空气来增加固化腔室中的二氧化碳浓度，此举称为换气循环。在整个换气循环中，将使用过量二氧化碳，此举导致过程中的一些少量但不可避免的浪费。在一些实施例中，期望通过排气或传送至次级固化腔室或多通道固化系统中的附加隔间而收集并分馏排出的气体以重新获得否则将损失的CO2。换气循环在达到固化腔室中的所需CO2浓度时结束。CO2浓度可利用各种不同测量技术测量，测量技术诸如非色散红外传感或气相色谱分析。上文中描述的碳化水泥组成物中的反应速率与二氧化碳浓度具有密切关联，并且因此，通常在反应循环开始时达到高CO2浓度，但此举并不适用于所有情况。在换气循环之后，在需要时，可调整腔室中的相对湿度、温度及气体速度以减少水从腔室中的样本的蒸发。
在本文中所述的实施例中，二氧化碳为反应物，并且将在过程中消耗。因此，在整个过程中补充CO2的供应以保持所需反应速率是重要的。在终止换气循环中进入腔室中的高流量CO2之后，存在较少在反应期间保持高CO2水平的选项。
D5.通过恒定流动及排放(开环)的CO2补充
可应用的一个技术为在固化过程的整个持续时间中利用始终低流量的CO2，同时排放出低流量废气。这类型的固化系统可以是最简单的并且要求系统的最小量反馈及控制，并且这类型固化系统可在尚未知晓用于产物的线型或在不要求精确控制时使用。然而，这类型的固化系统也可以以复杂方式配置，该系统可在系统的入口及出口具有流量计，以进行CO2的质量平衡并且使用计算机控制系统判定固存的CO2的速率及总量，该计算机控制系统可最终指示反应速率并且确定何时完成固化过程。此情况将允许补充CO2浓度。补充CO2的流速仅需与过程中消耗的气体的速率一样高。该方法的次级效应为如先前所述的通过使用干燥气体去除湿气的“换气除湿”。此方法可通过设置高流量CO2阀用于换气循环并且设置低流量CO2阀或流量控制器用于在固化循环的整个持续时间中的补充而实施，如图9中所示。如先前所述，用于CO2补充及除湿的该方法要求CO2超过反应中所需的CO2。
这样的恒流方法称为流过反应，并且还可用于使用连续富CO2废气流的过程。所述废气流可是来自各种工业的烟道气，所述各种工业包括但不限于水泥窑、玻璃熔化窑、发电厂、生物沼气等。因此，所述恒流腔室可构造成并相容与工业CO2气体供应以及废气流两者。图12至图15中所示的Solidia筒式反应器为可用作低流量CO2补充系统的小型单元的实例。
D6.低压调节补充
在CO2换气循环之后，存在在固化循环的整个持续期间保持CO2浓度的另一方法。该替代方法使用低压调节。在机械调节系统中，使用低压膜片调节器。此调节器可控制压力低至1英寸H2O(或约1/400的大气)。这些调节器是高度敏感的，并且允许仅在压力由于反应过程中CO2的消耗而降低时补充CO2。此类系统的实例为Solidia小型筒式反应器，该反应器可构造成用于低压调节补充以及恒流补充。
在另一实施例中，可通过用高度精确低压转换器测量系统中的压力来使用电子方法，该转换器与比例控制阀而非机械膜片阀耦接。图10为固化腔室的示意图，该固化腔室具有CO2吹扫线路并且可使用该技术提供调节压力CO2补充。此情况的实例为在低压下运行的Solidia高压釜系统。
D7.CO2浓度闭环调节
用于在反应期间维持二氧化碳浓度的另一方法适用于保持高度一致的浓度，虽然此方法为最昂贵的技术。该方法使用在系统中直接测量CO2浓度，并且使用诸如PLC的控制器以使用电子/自动控制阀将CO2浓度控制在设定点。应优选地使用诸如NDIR的直接测量CO2的测量技术。在NDIR测量方法中，经由低流量泵将气体样品流从系统抽出。在气流由NDIR设备取样前，冷却器用于从气流抽取出水分。因此，由分析器提供的测量漏算气流的水蒸汽组分，并且需调整为包括已从测试样品移除的湿度。系统气流中的湿度测量可使用如图19中所示的干球湿球湿度技术(参见干球湿球湿度测量装置1930)或使用不同类型的湿度传感器执行。可以使用计算机控制系统或PLC计算真正CO2浓度。一旦得知真正的CO2浓度，则当干燥CO2已经消耗并且低于当时所需的设定点时，致动比例控制阀可将干燥CO2添加至系统中。在各种实施例中，设定点可随时间变化，若需要，基于在固化混凝土样本的特定组成物、形状及大小方面的经验而变化。
图11为根据本发明的原理的中型固化腔室的示意图，该固化腔室具有多个湿度控制方法以及能够使用恒流或压力调节控制及补充CO2并且该固化腔室能够控制湿度。
D8.气体速度控制
另一重要控制参数为跨过系统中待固化的材料中的气体速度，该气体速度可极为依赖于数个不同方面，所述方面包括但不限于腔室设计、挡板设计、风扇大小、风扇速度/功率、风扇数目、系统内的温度梯度、系统内的机架设计及系统内的样品几何形状。控制腔室内的气体速度的最简单方法为通过调整鼓风机速度(RPM's)，该方法通常通过利用变频驱动来控制鼓风机马达速度而进行。鼓风机可用于在固化腔室中以所需速度循环气体。系统中的气体速度在系统中经由各种不同技术测量，包括但不限于皮托管测量系统及激光多普勒检测系统。用于气体速度的测量信号可发送回电脑系统或可编程逻辑控制器，并且可用作固化线型中的控制参数。
装置实例
图12至图20图示根据本文中给出的本发明系统的描述建造及运行的装置的各种实施例。
图12为由55加仑不锈钢筒建造的若干个筒式反应器的影像。
图13为包括用于支撑将在其中处理的材料的托板的机架的筒式反应器内部的影像。
图14为由加热护套围绕的筒式反应器外部的影像并且图示出若干个热电偶连接器及气体入口。
图15为筒式反应器的控制面板的影像，图示出控制(从左至右)浸没加热器、护套加热器、线路内气体加热器及风扇的四个控制器，其中读出三个加热器的温度。
图16为根据本发明的原理的市售CDS固化腔室(购自CDS公司，CinderhillTrading Estate，Weston Coyney Road，Longton，Stoke-on-Trent ST3 5JU，GreatBritain)的影像，该腔室经改造以用于低压CO2固化。在图16中，添加了从诸如罐的CO2源至腔室中的CO2入口1610并且如图所示。此为CO2浓度调节固化系统的实例，称为Solidia便携式货运集装箱反应器。
图17为图16的腔室的内部的一部分的影像，图示出对现有技术波特兰水泥固化系统进行的进一步改进。添加了偶极子极化水分体积探针1710。已添加能够确定CO2浓度的市售CO2非色散红外(NDIR)分析器1740(Siemens Ultramat 23，购自Siemes AG，OneInternet Plaza，Johnson City，TN 37604)。已在进入该分析器的流动线路中添加了样品冷却器1730。样品冷却器首先将水分排出气流，以使传感器可读取无水蒸汽干扰的CO2浓度。冷却器1730可用于冷凝系统中的水，并且除湿提供至系统的气流。已添加CO2比例控制阀1720用于提高CO2浓度，并且然后维持整个固化反应过程中的CO2水平。
图18为CO2NDIR分析器1740的另一视图。
图19为图示出已添加额外组件的固化腔室内的视图。添加了用于以极高精确度测量H2O的体积百分数的偶极子极化气体取样器1910。在循环气体到达鼓风机及50kW电热器之前，冷凝盘管1920添加于CO2回风管的吸入侧中。从回风管内侧的冷却器还原为液体的水蒸汽由用于除湿流动的CO2气体的冷凝排水管抽取，并且可经由流量计测量以对腔室中的样本的干燥速率进行测量。添加了干球湿球湿度测量装置1930，该装置类似于操作中的悬挂式湿度计。湿球温度计与干球温度计之间的温差提供相对湿度的度量。在一个实施例中，用指令编程可编程逻辑控制器(PLC)，所述指令基于热测量、气体的湿度比及表示正被使用的温度范围中的蒸汽的方程式提供相对湿度计算。固化腔室改进为设置孔口1940，气体经由该孔口1940以1L/min的速率取样以用于在CO2NDIR分析器1740(位于固化腔室的主动部分外侧)中的分析。在图19中所示的实例中，用于来自比例阀的CO2气体的入口1950设置在固化腔室的底部。在其他实施例中，入口可位于腔室的另一面，或可使用多个入口。
图20为连接至可编程逻辑控制器或其他控制装置的显示器的荧幕截图，所述其他控制装置诸如在记录于机械可读介质上的指令集控制下运行的通用可编程计算机。在所示的实施例中，固化腔室为压力容器，使用50％至99％的纯CO2并且剩余主要为水蒸汽的约0.25 PSIG的超压将该压力容器作为大气压反应器运行，该纯CO2取自容纳处于高压的液态CO2的容器的蒸发物。可为触屏的自动控制系统荧幕展示各种控制并且读出过程变量，诸如，时间、温度、相对湿度、压力、气体流速等等。自动控制系统在高CO2气体浓度存在下提供对温度及湿度线型的控制。当固化腔室首次加载并且起动时，CO2吹扫系统用于在15分钟内引入CO2，在此期间，固化腔室中的环境空气被CO2取代。本发明的系统提供动态控制，其中温度、湿度、CO2浓度、CO2流速以及系统压力在整个固化循环中独立受控，并且各自可变化以独立于或依赖于其他变量的变化而增加或降低。控制器可记录其显示的任何数据。
固化方法实例
实施例1：在具有自发湿度的CO2气氛下于筒式反应器中固化的6英寸×9英寸铺设材料。
原材料
中国东海Donghai Golden Resources Industries的合成硅灰石(SC-C2)、来自Stavola(新泽西)的1/4"暗色岩集料、来自Bound Brook(新泽西)的建筑用砂以及Glenium7500(BASF)。表4给出用于制备铺设材料的原料的混合物比例。
表4混合比例(100kg批量)
固体组分： 94.3％
合成硅灰石(SC-C2) 18％ 17.1kg
建筑用砂 55.2％ 52.2kg
1/4"集料 26.8％ 25kg
液体组分： 5.7％
自来水 98.81％ 5.632kg
Glenium 7500 1.19％ 0.068kg
混合程序
1.测量并装载25kg的1/4"集料至行星式搅拌机(Sicoma TM MP375/250)中。
2.测量并装载55.2kg的建筑用砂至搅拌机中。
3.测量并装载17.1kg的合成硅灰石(SC-C2)至搅拌机中。
4.混合装载至搅拌机中的固体组分大约3分钟。此举产生干混合物。
5.测量并装载液体组分(如在本实施例中为5.632kg的水及0.068kg的Glenium7500)至含干混合物的搅拌机中，并且继续混合约2分钟，直至形成均匀浆料。此举产生湿混合物。
压制程序
1.将湿混合物放料至料斗中并且传输至铺设材料形成机(Columbia Model1600)。
2.随后将湿混合物放料至铺设材料形成机的进料料斗。
3.随后将湿混合物从进料料斗放料至铺设材料模腔中。随着湿混合物经放料至铺设材料模腔中，振动模具以有效填充所述腔。
4.铺设材料压机的压缩头压紧湿混合物约1.5秒或直至湿混合物达到2 5/8"英寸的高度。此举产生陶瓷坯体。
5.随后从模腔剥离呈铺设材料形状的陶瓷坯体。
固化程序
呈铺设材料形状的陶瓷坯体在筒式反应器中如下固化。将与55加仑不锈钢筒的外部接触的1.6kW的市售加热护套加热至110摄氏度以预热壳体约二十分钟。将陶瓷坯体装载至铝片上并放置于系统的排架中，该系统含有373CFM风扇及挡板系统以引导气流跨过样品。含1/2"直径的孔口的盖经由压缩垫圈密封于筒周围。启动风扇并且开始范围为从200L/min至500L/min的CO2流动，从而流动穿过系统并从盖上的1/2"孔口排出。十五分钟后，停止CO2流动并用低压溢流塞堵塞1/2"孔口，从而排出超过1/2 PSIG的任意压力。控制加热护套以将系统的内部气体温度调节为60℃。当由于加热期间的气体膨胀压力增大并且由于样品中的水蒸发而水蒸汽压力增大时，低压溢流塞将间歇地释放压力并且排出一些湿的CO2。打开替代CO2线路，该线路包括将筒式反应器中的气体调节至0.33 PSIG的低压调节器。如果一旦达到热平衡并且CO2在反应腔室中被消耗时，发生压力降至0.33 PSIG以下，则此调节器向系统添加气体。将系统的相对湿度维持在60％至96％范围内的相对较高量。20小时后，停止进入系统的气体流动并打开盖。从系统移除当下已转换成固化铺设材料的陶瓷坯体并且所述陶瓷坯体含有按质量计3％至5％的CO2中的任意值，并且具有按照ASTM C 936测试的在2000 PSI至13000 PSI的范围中的抗压强度。
实施例2：具有用于除湿的冷凝物排水系统的CO2氛围下在筒式反应器中固化的6英寸×9英寸铺设材料
呈铺设材料形状的陶瓷坯体以与实施例1相同的方式制备。
固化程序
执行实施例1中描述的固化过程，同时利用在筒式反应器的底部处的定时器(每10分钟打开5秒)上的电磁阀，以移除反应器底部的冷凝物并且因此降低系统在固化循环过程中的湿度。使用一段时间，使得系统保持密封并且仅间歇性地排出冷凝物，而不将很多气体排出系统。可使用排液阱，但由于涉及低气压，该使用可能具有挑战性。在此期间，相对湿度保持在37％至67％范围中。20小时后，停止气体流动进入系统并且打开盖。从系统移除固化的铺设材料，并且所述铺设材料含有按质量计3％至5％的CO2中的任意值，并且具有根据ASTM C 936测试的在2000 PSI至13000 PSI的范围中的抗压强度。
实施例3：通过加热腔室底部上的水而使湿度增加的CO2氛围下在筒式反应器中固化的6英寸×9英寸的铺设材料。
呈铺设材料形状的陶瓷坯体以与实施例1相同的方式制备。
执行实施例1中描述的固化过程，其中筒式反应器的底部装备有位于筒底部的1kW浸没加热器。筒填充有约3至5加仑的水，足以覆盖1kW浸没加热器。含1/2"直径的孔口的盖经由压缩垫圈密封于筒周围。启动风扇以及开始范围为从200L/min至500L/min的CO2流动，流动穿过系统并且从盖上的1/2"孔口排出。十分钟后，停止CO2流动及用低压溢流塞堵塞1/2"孔口，从而排出超过1/2 PSIG的任意压力。控制加热护套将系统的内部气体温度调节至60℃。为增加系统的相对湿度，控制浸没加热器的功率输出以将水加热至64℃，该温度由没入水中的单独的热电偶测量。当由于加热期间的气体膨胀压力增大并且由于样品中的水蒸发而水蒸汽压力增大时，低压溢流塞将间歇地释放压力并且排出一些湿的CO2。打开替代CO2线路，该线路含有将筒式反应器中的气体调节至0.33 PSIG的低压调节器。如果一旦达到热平衡并且CO2在反应腔室中被消耗时，发生压力降至低于0.33 PSIG，则该调节器添加气体至系统。将系统的相对湿度维持在83％至99％范围中的极高的量。20小时后，停止气体流动进入系统并且打开盖。从系统移除固化的铺设材料，并且所述铺设材料含有按质量计3％至5％的CO2中的任意值，并且具有根据ASTM C 936测试的在5000 PSI至13000 PSI的范围中的抗压强度。
实施例4：在具有通过使气流鼓泡穿过热水系统而加湿的进入CO2流的CO2气氛下在筒式反应器中固化的6英寸×9英寸的铺设材料
呈铺设材料形状的陶瓷坯体以与实施例1相同的方式制备。
固化程序
样品在流通筒式反应器中如下固化：将与55加仑不锈钢筒的外部接触的1.6kW的市售加热护套加热至110摄氏温度以预热壳体约二十分钟。将样品装载至铝片上并放置于系统的排架中，该系统含有373CFM风扇及挡板系统，以引导气流跨越样品。含1/2"直径的孔口的盖经由压缩垫圈密封于筒周围。对于此实验，产生稀释CO2流。使用混合气体浮子流量计调节99.9％的工业食品级CO2气流及压缩空气，该混合气体浮子流量计允许控制每个气体的流量并将CO2浓度稀释至25％至40％的范围，其总流速的范围在20L/min至50L/min之间。用水填充市售1.1kw的加热式蒸煮机压力容器(压力锅)并且将该容器连接至CO2入口。气流经鼓泡穿过调节的75℃热水并进入筒式反应器，从而提供高度湿润的气流。水温可经控制以调整湿度。从热蒸煮机至筒式反应器布线的线路绝热以防止冷凝，并且所述线路还可经伴热用于更高的湿度。启动风扇并且气流开始穿过系统，从盖上的1/2"孔口离去。经由前盖上的1/2"孔口排出系统的该湿润气体混合物在固化循环过程中恒定排出。控制加热护套将系统的内部气温调节至60℃并且保持系统壁温暖，以防止进入的湿润气流冷凝。将系统的相对湿度维持在92％至98％区域中相对高的量。20小时后，停止进入系统的气体流动并且打开盖。
实施例5：在使用冷却器降低湿度的CO2气氛中在大气压力下于高压釜中固化的具有18％的研磨硅酸钙的轻型砌块
原材料
中国东海Donghai Golden Resources Industries的合成硅灰石(SC-C2)；来自Stavola(新泽西)的1/4"暗色岩集料、来自Bound Brook(新泽西)的建筑用砂、来自AustralMasonry(澳大利亚)的底灰、来自Austral Masonry(澳大利亚)的碎石灰尘、SikaViscocrete(Sika)及Glenium 7500(BASF)。表5显示用于制备铺设材料的原材料的混合比例。
表5混合比例(100kg批量)
固体组分： 92.61％
合成硅灰石(SC-C2) 18％ 16.67kg
建筑用砂 25.20％ 23.33kg
1/4"集料 16.10％ 14.91kg
底灰 19.50％ 18.06kg
碎石灰尘 21.20％ 19.63kg
液体组分 7.31％
自来水 99.30％ 7.26kg
Glenium 7500 0.30％ 0.02kg
Sika Viscocrete 0.40％ 0.03kg
混合程序
1.测量并装载23.33kg的建筑用砂至行星式搅拌机(Sicoma TM MP375/250)中。
2.测量并装载14.91kg的1/4"集料至搅拌机中。
3.测量并装载18.06kg的底灰至搅拌机中。
4.测量并装载19.63kg的碎石灰尘至搅拌机中。
5.测量并装载16.67kg的合成硅灰石(SC-C2)至搅拌机中。
6.混合装载至搅拌机中的固体组分约3分钟。此举产生干混合物。
7.测量并装载液体组分(如在此实施例中为7.26kg的水、0.02kg的Glenium 7500及0.068kg的Glenium 7500)至含有干混合物的搅拌机，并且继续混合约2分钟，直至形成均匀浆料。此举产生湿混合物。
压制程序
1.将湿混合物放料至料斗中并且传输至铺设材料形成机(Columbia Model 1600)中。
2.随后将湿混合物放料至铺设材料形成机的进料料斗。
3.随后将湿混合物从进料料斗放料至铺设材料模腔中。随着湿混合物经放料至铺设材料模腔中，振动模具以有效填充该腔。
4.铺设材料压机的压缩头压缩湿混合物约1.5秒或直至湿混合物达到2 5/8"英寸的高度。此举产生陶瓷坯体。
5.随后从模腔剥离呈砌块形状的陶瓷坯体。
固化程序
每次每板形成3个呈砌块形状的陶瓷坯体。每个板放置于铝推车并且转移至7英寸直径、12英寸长的水平高压釜内，该高压釜经由具有140 PSI的蒸汽压的间接蒸汽热交换器盘管预热至60℃。接着通过保持顶部通气孔打开而用加热至75℃的CO2气体吹扫高压釜，同时以3600RPM运转7.5马力的鼓风机，而使60 PSI的CO2气压从液态CO2储料罐流至腔室中。进行12分钟吹扫以达到按体积计97％的CO2浓度。接着关闭高压釜顶部处的放气阀，并且调节高压釜内的CO2压力至0psig，并且将气体温度保持于60℃。在此实施例中，相对湿度未经精确控制而是手动调整。在线型的前5小时，用乙二醇/水混合物经由10kW的冷却器冷却至4℃的高表面积热交换器暴露于气流，从而允许在该持续期间内除湿腔室气氛。形成在冷却器上的冷凝水经由市售Armstrong排液阱滴下并且落出反应器。5小时后，关闭冷却器并且系统的湿度开始上升并且维持在60与55％的范围内。在20小时的固化循环结束时，将新鲜环境空气经由泵引入固化系统中并且取代来自固化腔室的CO2，以用于安全打开腔室门。在完成固化循环后，一定量的冷凝水在系统底部处累积，其占从砌块失去的水的大部分。
图21为实施例5的相应温度及湿度线型。
实施例6：在使用自发湿度的CO2气氛中在大气压下于高压釜中固化的正常重量砌块。
原材料：
中国东海Donghai Golden Resources Industries的合成硅灰石(SC-C2)、来自Stavola(新泽西)的1/4"暗色岩集料、来自Bound Brook(新泽西)的建筑用砂及Glenium7500(BASF)。表6示出用于该实施例的原材料的混合比例。
表6混合比例(100kg批量)
固体组分： 93.9％
合成硅灰石(SC-C2) 18％ 16.902kg
建筑用砂 55.2％ 51.832kg
1/4"集料 26.8％ 25.165kg
液体组分 6.1％
自来水 98.81％ 6.02kg
Glenium 7500 1.19％ 0.08kg
混合程序
该混合程序类似于如实施例1中所描述的压制铺设材料所采用的程序。
压制程序
除了模具几何形状外，使用与实施例1中所提及的压制铺设材料的类似程序压制砌块以形成陶瓷坯体。压制砌块的尺寸为7 5/8"×7 5/8"×15 5/8"(49％体积为实心的)。
固化程序
固化程序每次每板形成3个呈砌块形式的陶瓷坯体。每一板放置于铝推车并且转移至7英寸直径、12英寸长的水平高压釜内，该高压釜经由具有140 PSI的蒸汽压的间接蒸汽热交换器盘管预热至60℃。接着通过保持顶部通气孔打开而用加热至75℃的CO2气体吹扫高压釜，同时以3600RPM运转7.5马力的鼓风机，而使60 PSI的CO2气压从液态CO2储料罐流至腔室中。进行吹扫12分钟以达到按体积计97％的CO2浓度。接着关闭高压釜顶部处的放气阀，并且调节高压釜内的CO2压力至0psig，并且将气体温度保持于60℃。在8小时的固化循环过程中，相对湿度由于来自样品的水的蒸发而自然增加至约70％，并且倾向于由于系统中的冷凝而缓慢减少至约65％。在8小时的固化循环结束时，将新鲜环境空气经由泵引入固化系统中并且取代来自固化腔室的CO2以用于安全打开腔室门。在完成固化循环后，一定量的冷凝水在系统底部处累积，其占砌块失去的水的大部分。
图22为实施例6的相应温度及湿度线型。
测试
根据ASTM C90测试呈压制砌块形式的固化陶瓷体的无侧限抗压强度。制备的砌块的抗压强度为17.2MPa(2500psi)。
定义
如本文中所述，术语“化学反应物”、“反应物”、“反应剂”及“化学反应剂”均意欲为同义的，并且所述术语用于指代与另一化学物种反应的化学物种。
将记录操作或数据获取的结果，诸如例如记录特定时间或特定操作条件下的结果，理解为并且在本文中界定为以非易失性方式将输出数据写入至储存元件、机器可读储存介质或储存装置。可用于本发明中的非易失性机器可读储存介质包括：电子、磁性和/或光学储存介质，诸如，磁性软盘及硬盘；在一些实施例中可使用DVD光盘、CD-ROM光盘(即，只读光学储存磁盘)、CD-R光盘(即，单次写入、多次读出光学储存磁盘)及CD-RW光盘(即，可复写光学储存磁盘)中的任一个的DVD驱动器、CD驱动器；及电子储存介质，诸如RAM、ROM、EPROM、小型闪存卡、PCMCIA卡，或者SD或SDIO存储器；及容纳储存介质并且从储存介质读出和/或写入储存介质的电子组件(例如，软盘驱动器、DVD驱动器、CD/CD-R/CD-RW驱动器或小型闪存/PCMCIA/SD适配器)。除非另外明确叙述，本文中对“记录(record)”或“记录(recording)”的引用应理解为指代非易失性记录(record)或非易失性记录(recording)。
如机器可读储存介质领域的技术人员所知，在不断设计用于数据储存的新式介质及格式，并且未来可变得可用的任意方便的市售储存介质及相应读取/写入装置很可能适合使用，尤其是在该介质或装置提供更大储存容量、更高存取速度、更小尺寸及更低每字节储存信息的成本的情况下。已知的较旧机器可读介质还可在某些条件下使用，所述介质诸如打孔纸带或打孔卡、用磁带或导线的磁性记录、光学或磁性印刷字符读取(例如，OCR及磁性编码符号)及机械可读符号，诸如，一维和二维条形码。可执行记录影像数据供以后使用(例如，将影像写入存储器或写入数字存储器)以能够将记录的信息用作输出、作为显示给使用者的数据，或作为可用于以后使用的数据。所述数字存储元件或芯片可为独立存储器装置，或可并入感兴趣的装置内。“写入输出数据”或“将影像写入存储器”在本文中界定为包括将转换的数据写入微电脑内的暂存器。
“微电脑”在本文中定义为与微处理器、微控制器及数字信号处理器(“DSP”)同义。应理解，由微电脑使用的的存储器，包括例如编码为“固件”用于数据处理的指令，可位于在微电脑芯片实体内部的存储器中，或位于微电脑的外部存储器中或内部存储器及外部存储器的组合中。类似地，模拟信号可由独立的模拟至数字转换器(“ADC”)而数字化，或一个以上ADC或多路复用ADC通道可位于微电脑软件包内。还应理解，现场可编程阵列(“FPGA”)芯片或特殊用途集成电路(“ASIC”)芯片可以以微电脑的硬件逻辑、软件模拟或两者的组合执行微电脑功能。具有本文中所述的任意发明特征的装置可整体在一个微电脑上运行或可包括超过一个微电脑。
根据本描述的用于控制测量仪表、记录信号及分析信号或数据的通用可编程计算机可为个人计算机(PC)、基于微处理器的计算机、便携式计算机或其他类型的处理装置中的任一种。通用可编程计算机通常包含中央处理单元、使用机器可读储存介质记录并且读取信息及程序的储存或记忆单元、诸如有线通信装置或无线通信装置的通信终端、诸如显示终端的输出装置及诸如键盘的输入装置。显示终端可为触屏显示器，在此情况下，显示终端可起到显示装置及输入装置的功能。可存在不同和/或附加输入装置，诸如，诸如鼠标或操纵杆的定点装置，并且可存在不同或附加输出装置，诸如，例如扬声器的发音器、第二显示器或打印机。计算机可运行各种操作系统中的任一种，诸如例如各种版本的Windows，或各种版本的MacOS，或各种版本的UNIX或各种版本的Linux中的任一种。在通用计算机操作中获得的计算结果可以储存以供以后使用，和/或可显示给使用者。至少，每一基于微处理器的通用计算机具有储存微处理器内的每一计算步骤的结果的暂存器，所述结果通常随后储存于快取存储器中以供以后使用，以使得可将结果显示、记录至非易失性存储器或将结果用于进一步数据处理或分析。
在本说明书及随附的权利要求书中，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一(a/an)”及“所述(the)”包括复数形式。
除非另有定义，否则本文所用的全部技术及科学术语具有与本领域普通技术人员通常所了解相同的含义。虽然与本文所述相似或等效的任何方法及材料也能够用于实施或测试本发明，但本文描述了优选的方法及材料。除所公开的特定顺序之外，本文列举的方法也能够以逻辑上可行的任何顺序进行。
以引用的方式并入
本发明中已提及和引述其他文献，诸如专利、专利申请、专利公开、期刊、书籍、论文、网络内容。所有此类文献以全文引用的方式特此并入本文中用于所有目的。据称以引用方式并入本文中、但与现有定义、陈述或本文明确所列的其他公开材料冲突的任何材料或其一部分仅以所并入材料与本发明材料之间不发生冲突的程度并入。若有冲突，则所述冲突的解决应以本发明优选公开的内容为准。
等效物
本文公开的代表性实施例旨在帮助说明本发明，并且不希望、也不应视为限制本发明的范围。实际上，除本文所示及所述的内容之外，根据包括后述实施例及本文述及的科学及专利文献的本文的全部内容，本发明的各种修改及其许多其他实施例对本领域技术人员是显而易见的。在各种实施例及其等效物中，所附实施例包含可以调整用于实施本发明的重要的附加信息、范例及规则。

Claims (20)

1.一种用于固化需要CO2作为固化反应物的材料的固化系统，该固化系统包含：
固化腔室，该固化腔室构造成容纳材料，该材料将CO2作为反应物消耗并且在固化期间在无CO2存在下不固化，该固化腔室具有至少一个口，该至少一个口构造成允许所述材料引入所述固化腔室中以及从所述固化腔室移除，并且所述固化腔室具有用于所述口的至少一个闭合件，该闭合件构造成在闭合时提供大气密封，以防止所述固化腔室外的气体污染存在于所述固化腔室中的气体；
二氧化碳源，该二氧化碳源构造成经由所述固化腔室中的气体入口将气态二氧化碳提供至所述固化腔室，所述二氧化碳源具有至少一个流量控制装置，该至少一个流量控制装置构造成控制所述气态二氧化碳进入所述固化腔室的流速；
气流子系统，该气流子系统构造成在固化将CO2作为反应物消耗的所述材料的时间段中使所述气体循环穿过所述固化腔室；
温度控制子系统，该温度控制子系统构造成控制所述腔室内的所述气体的温度；
湿度控制子系统，该湿度控制子系统构造成控制所述腔室内的所述气体的湿度；以及
至少一个控制器，该至少一个控制器与所述二氧化碳源、所述气流子系统、所述温度控制子系统及所述湿度控制子系统中的至少一个连通，所述至少一个控制器构造成在固化将CO2作为反应物消耗的所述材料的时间段中单独控制所述气态二氧化碳的所述流速、所述气体穿过所述固化腔室的所述循环、所述气体的所述温度及所述气体的所述湿度中的至少相应的一个。
2.如权利要求1所述的固化系统，其中所述固化腔室构造成在其中容纳高于大气压力的气体压力。
3.如权利要求1所述的固化系统，其中所述至少一个流量控制装置包括压力调节器及流量控制器中的至少一个，所述压力调节器及流量控制器中的至少一个构造成以等于在固化期间将CO2作为反应物消耗的所述材料对所述二氧化碳的消耗率的速率供应二氧化碳气体。
4.如权利要求1所述的固化系统，其中所述至少一个流量控制装置包括压力调节器及流量控制器中的至少一个，所述压力调节器及流量控制器中的至少一个构造成在2-120分钟的时间段中以足以从所述固化腔室清除环境空气的速率供应二氧化碳气体，以获得以体积计50-90％的目标CO2浓度。
5.如权利要求1所述的固化系统，其中所述至少一个流量控制装置包括压力调节器及流量控制器中的至少一个，所述压力调节器及流量控制器中的至少一个构造成以等于从所述固化腔室排出所述气体的速率的速率供应二氧化碳气体。
6.如权利要求1所述的固化系统，其中所述气流子系统包括测量装置，所述测量装置构造成测量存在于所述固化腔室中的所述气体中的二氧化碳的量。
7.如权利要求1所述的固化系统，其中所述气流子系统包括测量装置，所述测量装置构造成测量存在于所述固化腔室中的所述气体的气体速度。
8.如权利要求7所述的固化系统，其中构造成测量气体速度的所述测量装置是选自皮托管、孔板、流速计和激光多普勒检测系统中的一个。
9.如权利要求1所述的固化系统，其中所述气流子系统包括变速鼓风机，所述变速鼓风机构造成在所述固化腔室中以所需速度循环气体。
10.如权利要求1所述的固化系统，其中所述温度控制子系统包括温度传感器，所述温度传感器构造成测量所述固化腔室中的所述气体的所述温度。
11.如权利要求1所述的固化系统，其中所述温度控制子系统包括热交换器以调节所述固化腔室中的所述气体的所述温度。
12.如权利要求1所述的固化系统，其中所述温度控制子系统包括热交换器以控制所述气态二氧化碳的温度，所述气态二氧化碳经由所述固化腔室中的所述气体入口提供至所述固化腔室。
13.如权利要求1所述的固化系统，其中所述温度控制子系统包括加热器，所述加热器位于所述固化腔室的外表面上或构建至所述固化腔室的壁中。
14.如权利要求1所述的固化系统，其中所述湿度控制子系统包括测量装置，所述测量装置构造成确定所述腔室内的所述气体的相对湿度。
15.如权利要求1所述的固化系统，其中所述湿度控制子系统包括冷凝器，所述冷凝器构造成降低所述腔室内的所述气体的所述湿度。
16.如权利要求1所述的固化系统，其中所述湿度控制子系统包括排气阀，所述排气阀构造成降低所述腔室内的所述气体的所述湿度。
17.如权利要求1所述的固化系统，其中所述湿度控制子系统包括供水器，所述供水器构造成增加所述腔室内的所述气体的所述湿度。
18.如权利要求1所述的固化系统，其中所述至少一个控制器是选自可编程逻辑控制器、具有触屏显示器的控制器和通用可编程计算机中的一个，所述通用可编程计算机在记录于机器可读介质上的指令集控制下运行。
19.如权利要求1所述的固化系统，其中所述至少一个控制器包括显示器，所述显示器构造成向使用者显示固化循环的持续时间、所述气态二氧化碳的所述流速、所述固化腔室中的二氧化碳的浓度、所述气体穿过所述固化腔室的循环率、所述气体的所述温度以及所述气体的所述湿度中的任一个。
20.如权利要求1所述的固化系统，其中所述至少一个控制器构造成记录以下中的任一个：固化循环的持续时间、所述气态二氧化碳的所述流速、所述固化腔室中的二氧化碳的浓度、所述气体穿过所述固化腔室的循环率、所述气体的所述温度一及所述气体的所述湿度。
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Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2800166C (en) * 2009-05-22 2018-08-21 The University Of Wyoming Research Corporation Efficient low rank coal gasification, combustion, and processing systems and methods
KR101272785B1 (ko) * 2012-12-18 2013-06-11 포항공과대학교 산학협력단 고속 입자 빔을 이용한 액막 제거 방법
EA031720B1 (ru) * 2013-03-13 2019-02-28 Солидия Текнолоджиз, Инк. Композиционные материалы для брусчатки и строительных блоков и способы их получения
BR112015023198A2 (pt) 2013-03-13 2017-07-18 Solidia Technologies Inc materiais compósitos aerados, metodos de produção e usos dos mesmos
EP2971353B1 (en) 2013-03-13 2018-10-31 Solidia Technologies, Inc. Composite railroad ties and method of production thereof
US10781140B2 (en) * 2013-03-14 2020-09-22 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for the curing of composite material by control over rate limiting steps in water removal
JP2016517365A (ja) * 2013-03-14 2016-06-16 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 二酸化炭素を消費する材料の養生システム
WO2014197545A1 (en) 2013-06-07 2014-12-11 Solidia Technologies, Inc. Pervious composite materials, methods of production and uses thereof
BR112016003767B1 (pt) 2013-08-21 2022-06-28 Solidia Technologies, Inc Processo para produzir um artigo de um material compósito aerado
JP6837836B2 (ja) 2013-10-04 2021-03-03 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 中空コア物品及び複合材料、並びにそれらを製造及び使用する方法
KR102091678B1 (ko) 2013-11-06 2020-04-24 럿거스, 더 스테이트 유니버시티 오브 뉴저지 적층가공공정에서 저온 고화를 이용하여 다공성 매트릭스로부터 모놀리식 바디의 제조
CN104681425B (zh) * 2013-11-29 2018-07-31 细美事有限公司 基板处理装置及基板处理方法
WO2015090533A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-25 Heidelbergcement Ag Verfahren zur herstellung von wollastonit-haltigen bindemitteln
CA2937822C (en) 2014-01-22 2023-05-16 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for curing co2 composite material objects at near ambient temperature and pressure
US10351478B2 (en) * 2014-01-22 2019-07-16 Solidia Technologies, Inc. Advanced curing equipment and methods of using same
EA036120B1 (ru) 2014-08-04 2020-09-30 Солидиа Текнолоджиз, Инк. Карбонизируемые композиции на основе силиката кальция и способы их изготовления и использования
CA2957400C (en) * 2014-08-05 2022-11-29 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for the curing of composite material by control over rate limiting steps in water removal
EP3201156B1 (en) 2014-10-03 2023-11-29 Solidia Technologies, Inc. Carbonatable calcium silicate cement composition containing hydraulic contaminants
EP3204145A4 (en) 2014-10-09 2018-06-27 Blue Planet Ltd. Continuous carbon sequestration material production methods and systems for practicing the same
RS60652B1 (sr) * 2015-02-23 2020-09-30 Palic Marko Vakuumska obrtna automatska sušara za voće, povrće, žitarice, lekovito bilje, lekove i granulate
BR112017020150B1 (pt) 2015-03-20 2023-02-14 Solidia Technologies, Inc Material compósito produzido pela carbonatação de silicato de cálcio e matriz de ligação do mesmo
US10695949B2 (en) 2015-05-18 2020-06-30 Solidia Technologies, Ltd. Lightweight composite materials produced from carbonatable calcium silicate and methods thereof
EP3452207A4 (en) 2016-03-25 2019-10-30 Blue Planet Ltd. METHODS AND SYSTEMS FOR AMMONIA-MEDIATED CARBON DIOXIDE (CO2) SEQUESTRATION
BR112018074831B1 (pt) 2016-05-31 2023-03-14 Solidia Technologies, Inc Processo para curar um objeto pré-moldado, objeto pré-moldado curado, laje de núcleo oco curada e aparelho para curar um objeto pré- moldado
BR112019005963B1 (pt) * 2016-09-26 2023-03-21 Solidia Technologies, Inc Aparelho para a cura de materiais
US11247940B2 (en) * 2016-10-26 2022-02-15 The Regents Of The University Of California Efficient integration of manufacturing of upcycled concrete product into power plants
CN106824710A (zh) * 2016-12-28 2017-06-13 广东长盈精密技术有限公司 导电胶固化装置
US11712654B2 (en) 2017-03-02 2023-08-01 Blue Planet Systems Corporation Direct air capture (DAC) carbon dioxide (CO2) sequestration methods and systems
BR112019019790A2 (pt) 2017-03-23 2020-04-22 Solidia Technologies Inc cimentos e concretos baseados em silicato de cálcio carbonatável tendo aditivos minerais, e seus métodos de uso
US10422579B2 (en) 2017-05-02 2019-09-24 Auto Cure Llc Automated drying and curing chamber
US11867461B2 (en) 2017-05-02 2024-01-09 Pipeskin, Llc Automated drying and curing chamber
US11230473B2 (en) 2017-06-30 2022-01-25 The Regents Of The University Of California CO2 mineralization in produced and industrial effluent water by pH-swing carbonation
CA3073041A1 (en) 2017-08-14 2019-02-21 The Regents Of The University Of California Mitigation of alkali-silica reaction in concrete using readily-soluble chemical additives
WO2019101809A1 (en) 2017-11-21 2019-05-31 Holcim Technology Ltd Compositions and method to improve the aesthetics of calcium silicate-based cements and concretes
WO2019101810A1 (en) 2017-11-21 2019-05-31 Holcim Technology Ltd Compositions and method to improve the strength development of calcium silicate-based cements and concretes
WO2019101811A1 (en) 2017-11-21 2019-05-31 Holcim Technology Ltd Compositions and method to improve the durability of calcium silicate-based cements and concretes
CN111615503A (zh) * 2017-12-04 2020-09-01 索里迪亚科技公司 复合材料及其制造方法和用途
US10894743B2 (en) 2017-12-27 2021-01-19 Saudi Arabian Oil Company Method for enhancement of mechanical strength and CO2 storage in cementitious products
CN108340480B (zh) * 2018-01-24 2019-07-09 浙江大学 一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法
CA3110694A1 (en) * 2018-08-27 2020-03-05 Solidia Technologies, Inc. Multi-step curing of green bodies
US11946343B2 (en) 2018-09-01 2024-04-02 Blue Planet Systems Corporation Geomass mediated carbon sequestration material production methods and systems for practicing the same
CN109265037B (zh) * 2018-11-09 2019-11-22 山东大学 一种基于原位生成c-s-h强化再生集料的装置与方法
CN109542038A (zh) * 2018-12-27 2019-03-29 魏贵英 一种基于反应釜生产环氧树脂的控制系统及自动生产方法
US11384029B2 (en) 2019-03-18 2022-07-12 The Regents Of The University Of California Formulations and processing of cementitious components to meet target strength and CO2 uptake criteria
EP3722058A1 (de) * 2019-04-07 2020-10-14 Herrenknecht Aktiengesellschaft Produktionsanlage und verfahren zur herstellung eines betontübbings eines tunnelausbausystems
CA3136486C (en) 2019-04-12 2023-01-10 Carbicrete Inc. Carbonation curing method to produce wet-cast slag-based concrete products
US11254028B2 (en) * 2019-05-20 2022-02-22 Saudi Arabian Oil Company Systems and processes for accelerated carbonation curing of pre-cast cementitious structures
WO2021022171A1 (en) * 2019-08-01 2021-02-04 The Regents Of The University Of Michigan Methods of making sustainable ductile cast cementitious structure for carbon dioxide sequestration
CN112809897A (zh) * 2019-09-15 2021-05-18 陈程 一种混凝土预制桩蒸汽养护系统及养护方法
US20210114943A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-22 Saudi Arabian Oil Company Curing Cementitious Products
US11274392B2 (en) * 2019-10-28 2022-03-15 Pat Anthony Castello Suitcase-integrated drying system
TWI723642B (zh) * 2019-11-22 2021-04-01 哈伯精密股份有限公司 冷卻裝置
WO2021105726A1 (en) 2019-11-27 2021-06-03 Saudi Arabian Oil Company Methods of holistically diffusing carbon dioxide within a concrete mixture
US11358304B2 (en) * 2019-12-10 2022-06-14 Carbicrete Inc Systems and methods for curing a precast concrete product
US11236517B2 (en) * 2019-12-23 2022-02-01 Saudi Arabian Oil Company Cementitious print head, 3D printing architecture, and cementitious printing methodology
US11426708B2 (en) 2020-03-02 2022-08-30 King Abdullah University Of Science And Technology Potassium-promoted red mud as a catalyst for forming hydrocarbons from carbon dioxide
WO2021188682A1 (en) 2020-03-20 2021-09-23 The Regents Of The University Of Michigan Sequestering carbon dioxide into precursors of bendabue engineered cementitious composites
JP7441695B2 (ja) 2020-03-24 2024-03-01 株式会社フジタ 炭酸化監視システム
CN112191093A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
WO2021243441A1 (en) 2020-06-03 2021-12-09 Carbicrete Inc. Method for making carbonated precast concrete products with enhanced durability
US11420915B2 (en) 2020-06-11 2022-08-23 Saudi Arabian Oil Company Red mud as a catalyst for the isomerization of olefins
US11495814B2 (en) 2020-06-17 2022-11-08 Saudi Arabian Oil Company Utilizing black powder for electrolytes for flow batteries
US11427519B2 (en) 2021-01-04 2022-08-30 Saudi Arabian Oil Company Acid modified red mud as a catalyst for olefin isomerization
US11718522B2 (en) 2021-01-04 2023-08-08 Saudi Arabian Oil Company Black powder catalyst for hydrogen production via bi-reforming
US11724943B2 (en) 2021-01-04 2023-08-15 Saudi Arabian Oil Company Black powder catalyst for hydrogen production via dry reforming
US11814289B2 (en) 2021-01-04 2023-11-14 Saudi Arabian Oil Company Black powder catalyst for hydrogen production via steam reforming
US11820658B2 (en) 2021-01-04 2023-11-21 Saudi Arabian Oil Company Black powder catalyst for hydrogen production via autothermal reforming
CN112976270B (zh) * 2021-03-17 2022-08-30 中铁九局集团有限公司 适用高速铁路轨道板水养自动恒温控制系统及其应用
WO2023069964A1 (en) * 2021-10-18 2023-04-27 Project Vesta, PBC Carbon-removing sand and method and process for design, manufacture, and utilization of the same
US20230127527A1 (en) * 2021-10-26 2023-04-27 Carbicrete Inc. Simultaneous conditioning and curing process for concrete products
CN114230256A (zh) * 2022-01-10 2022-03-25 山东交通学院 一种利用赤泥碱激发粉煤灰制备可控低强度材料的方法及其产品
US20230242444A1 (en) * 2022-01-28 2023-08-03 Nutech Ventures Recycled Concrete Aggregates Carbonation Treatment
CN115674411A (zh) * 2022-11-10 2023-02-03 中铁第四勘察设计院集团有限公司 一种用于钢管混凝土轨枕的养护装置及养护方法
CN115974475A (zh) * 2022-12-16 2023-04-18 华新水泥股份有限公司 一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU88345A1 (ru) * 1949-10-26 1949-11-30 И.В. Курсенко Пропарочно-карбонизационна и сушильна камера дл строительных изделий
US4436498A (en) * 1982-02-01 1984-03-13 Conger/Murray Systems, Inc. Apparatus for curing concrete products
SU1717371A1 (ru) * 1989-06-26 1992-03-07 Проектно-Изыскательский И Конструкторско-Технологический Институт "Киевский Проектстройиндустрия" Камера дл тепловой обработки бетонных образцов
CN101139182A (zh) * 2007-08-17 2008-03-12 济南大学 碳化养护加气混凝土

Family Cites Families (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4117060A (en) 1973-08-15 1978-09-26 U.S. Terrazzo Panels, Inc. Method and apparatus for the manufacture of concrete and like products
US4117059A (en) * 1974-05-09 1978-09-26 U.S. Terrazzo Panels, Inc. Method and apparatus for the manufacture of concrete products
SE410101B (sv) 1978-01-03 1979-09-24 Malinowski Roman Sett vid gjutning av betong
US4772439A (en) * 1981-06-19 1988-09-20 Trevino Gonzalez Francisco Process of quickly manufacturing critically shaped concrete products of high strength
US4862827A (en) 1988-06-28 1989-09-05 Wacker-Chemie Gmbh Apparatus for coating semiconductor components on a dielectric film
JPH02137782A (ja) * 1988-11-18 1990-05-28 Hikari Kinzoku Eng Kk コンクリート部材またはコンクリート構造物の養生方法及び装置
US5089198A (en) * 1989-02-17 1992-02-18 Cam Sales, Inc. Method for curing concrete articles
JPH03161926A (ja) * 1989-11-21 1991-07-11 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH0593529A (ja) * 1991-10-01 1993-04-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 可変風量空気調和装置
US5549859A (en) * 1992-08-11 1996-08-27 E. Khashoggi Industries Methods for the extrusion of novel, highly plastic and moldable hydraulically settable compositions
US5783126A (en) * 1992-08-11 1998-07-21 E. Khashoggi Industries Method for manufacturing articles having inorganically filled, starch-bound cellular matrix
US5257464A (en) * 1992-12-14 1993-11-02 Trevino Gonzales Francisco System and method of curing concrete products in a kiln
JP3161926B2 (ja) * 1995-01-09 2001-04-25 株式会社クボタ 作業車の作業装置用操作構造
US5935317A (en) * 1995-08-02 1999-08-10 Dpd, Inc. Accelerated curing of cement-based materials
US5694701A (en) * 1996-09-04 1997-12-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Coated substrate drying system
US5800752A (en) 1996-01-11 1998-09-01 Charlebois Technologies Inc. Process for manufacture of polymer composite products
WO1997025295A1 (de) * 1996-01-11 1997-07-17 Interlicense Den Haag B.V. Vorrichtung und verfahren zur aeroben behandlung organischer materie
DE19646991C2 (de) * 1996-11-14 2000-03-23 Binker Materialschutz Gmbh Verfahren zum Bekämpfen von Schädlingen
US6308436B1 (en) * 1998-07-01 2001-10-30 The Procter & Gamble Company Process for removing water from fibrous web using oscillatory flow-reversing air or gas
JP2000264756A (ja) * 1999-03-12 2000-09-26 Kontekku:Kk コンクリート材養生システム
JP3735233B2 (ja) * 2000-04-19 2006-01-18 積水化学工業株式会社 無機炭酸化硬化体の製造方法
JP3212587B1 (ja) * 2000-06-23 2001-09-25 クリオン株式会社 調湿建材
JP4011366B2 (ja) * 2002-02-26 2007-11-21 クリオン株式会社 成形材料の製造方法、および製造装置
JP4320182B2 (ja) * 2002-05-07 2009-08-26 積水化学工業株式会社 炭酸化硬化体及びその製造方法
ITRM20020504A1 (it) * 2002-10-04 2004-04-05 Gioia Antonio La Compattatore essiccatore a gabbia a doppio flusso e
CN100430435C (zh) * 2002-10-25 2008-11-05 南非核能股份有限公司 氧氟化
JP4485774B2 (ja) * 2003-09-26 2010-06-23 田川産業株式会社 成形体の製造方法及びその方法を用いた製造装置
GB0228734D0 (en) * 2002-12-10 2003-01-15 West Philip J Fan controller
US20050269254A1 (en) * 2004-05-24 2005-12-08 Roitman Lipa L [Air and Water Purifying System And Filter Media]
JP2006143531A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Ishikawajima Constr Materials Co Ltd 硬化体の養生装置
US8815328B2 (en) 2005-01-04 2014-08-26 Rutgers, The State University Of New Jersey Hydroxyapatite with controllable size and morphology
US7390444B2 (en) 2005-02-24 2008-06-24 Wisconsin Electric Power Company Carbon dioxide sequestration in foamed controlled low strength materials
JP4929747B2 (ja) * 2005-03-28 2012-05-09 コニカミノルタオプト株式会社 光学フィルムの製造方法
DE102006023182A1 (de) * 2006-05-17 2007-11-22 Siemens Ag Sensoranordnung zur Erfassung von Kennwerten der Umgebung und Verfahren zur Generierung entsprechender Ausgangssignale
US7877895B2 (en) * 2006-06-26 2011-02-01 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus
US7931887B2 (en) * 2006-12-06 2011-04-26 Hsm Systems, Inc. Hydrogenation of aluminum using a supercritical fluid medium
JP5060791B2 (ja) * 2007-01-26 2012-10-31 独立行政法人森林総合研究所 木材の乾燥方法、木材への薬剤浸透方法及び乾燥装置
CN101125442A (zh) * 2007-06-27 2008-02-20 中南大学 混凝土的二氧化碳养护方法及工艺
US20090014919A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Advanced Ceramics Manufacturing Llc Aggregate-based mandrels for composite part production and composite part production methods
MY150249A (en) 2007-11-15 2013-12-31 Univ Rutgers Systems and methods for carbon capture and sequestration and compositions derived therefrom
NZ585191A (en) 2007-11-15 2013-02-22 Univ Rutgers Method of hydrothermal liquid phase sintering of ceramic materials and products derived therefrom
JP5270145B2 (ja) 2007-12-19 2013-08-21 鹿島建設株式会社 表層緻密化セメント硬化体の製造方法
EP2092831A1 (de) * 2008-01-25 2009-08-26 Cargofresh AG System zur Überwachung und Steuerung der Atmosphärenzusammensetzung in einem Container zum Transport von Lebensmitteln oder anderen empfindlichen Produkten
US8499471B2 (en) * 2008-08-20 2013-08-06 The Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The University Of Nevada, Reno System and method for energy production from sludge
CA2800166C (en) * 2009-05-22 2018-08-21 The University Of Wyoming Research Corporation Efficient low rank coal gasification, combustion, and processing systems and methods
US8407912B2 (en) * 2010-09-16 2013-04-02 Velico Medical, Inc. Spray dried human plasma
US8747762B2 (en) * 2009-12-03 2014-06-10 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for treating exhaust gas in a processing system
US20110182799A1 (en) 2010-01-22 2011-07-28 Rutgers, The State University Of New Jersey Sequestration of a gas emitted by an industrial plant
WO2012079173A1 (en) 2010-12-15 2012-06-21 Carboncure Technologies Inc. Carbon dioxide sequestration in concrete articles
JP4822373B1 (ja) * 2010-12-17 2011-11-24 中国電力株式会社 炭酸化養生設備、炭酸化コンクリート製造方法および炭酸ガス固定化方法
UA113844C2 (xx) * 2011-03-05 2017-03-27 Зв'язуючий елемент, зв'язуюча матриця і композитний матеріал, що має зв'язуючий елемент, та спосіб його виготовлення
CN105135871B (zh) * 2012-02-20 2018-06-01 艾默生电气公司 提供用于在结构中使用的热量
UA73492U (en) 2012-03-13 2012-09-25 Национальный Технический Университет Украины "Киевский Политехнический Институт" Steaming chamber
CN102835449B (zh) * 2012-09-04 2014-01-08 灵武市果业开发有限责任公司 灵武长枣相温气调保鲜方法
US8845940B2 (en) * 2012-10-25 2014-09-30 Carboncure Technologies Inc. Carbon dioxide treatment of concrete upstream from product mold
KR101272785B1 (ko) * 2012-12-18 2013-06-11 포항공과대학교 산학협력단 고속 입자 빔을 이용한 액막 제거 방법
US20140178513A1 (en) * 2012-12-23 2014-06-26 Robert Richard Matthews Non ionic/electrolyte, liquid/gaseous, mechanically refined/nanoparticle dispersion Building Materials/High Wear-Heat Resistant Part Brushes, Windings, Battery Cells, Brake Pads, Die Cast Molding, Refrigeration, Polarized/Integrated Optical, Spectrometric Processors, Central Processor Unit Processors, Electronic Storage Media, Analogous Series/Parallel Circuit Generators/Transceivers, Particulate Matter PM Carbonaceous-Polyamide, Crystalline Silica, and Cellulosic Filament Extraction/Miners Suit
JP2016517365A (ja) * 2013-03-14 2016-06-16 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 二酸化炭素を消費する材料の養生システム
HUE059188T2 (hu) * 2013-06-07 2022-10-28 Solidia Technologies Inc Eljárás kompozit anyagú laposbuga elõállítására
CN104681425B (zh) * 2013-11-29 2018-07-31 细美事有限公司 基板处理装置及基板处理方法
US10351478B2 (en) * 2014-01-22 2019-07-16 Solidia Technologies, Inc. Advanced curing equipment and methods of using same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU88345A1 (ru) * 1949-10-26 1949-11-30 И.В. Курсенко Пропарочно-карбонизационна и сушильна камера дл строительных изделий
US4436498A (en) * 1982-02-01 1984-03-13 Conger/Murray Systems, Inc. Apparatus for curing concrete products
SU1717371A1 (ru) * 1989-06-26 1992-03-07 Проектно-Изыскательский И Конструкторско-Технологический Институт "Киевский Проектстройиндустрия" Камера дл тепловой обработки бетонных образцов
CN101139182A (zh) * 2007-08-17 2008-03-12 济南大学 碳化养护加气混凝土

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