CN115038564A - 用于固化预制混凝土制品的系统和方法 - Google Patents

用于固化预制混凝土制品的系统和方法 Download PDF

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迈赫达德·马霍特
马里奥·文迪蒂
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Abstract

描述了一种使具有腔的混凝土制品固化的方法,并且该方法包括将混凝土制品定位在基部上、使用覆盖板将通向腔的开口密封、将二氧化碳(CO2)气体引入腔中以执行混凝土制品的碳酸化、以及响应于混凝土制品达到目标规格而将开口解除密封。还描述了一种用于固化预制混凝土制品的系统。

Description

用于固化预制混凝土制品的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月10日提交的美国专利申请No.62/945,936的优先权,该美国专利申请的全部公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
本申请总体上涉及预制混凝土制品,并且更具体地涉及用于固化这种预制混凝土制品的系统和方法。
背景技术
混凝土制品在世界许多地方的建筑结构中是普遍存在的。因此,总是期望对用于固化预制混凝土制品的系统和方法进行改进,并且即使是对用于固化预制混凝土制品的系统和方法的小的改进,也可以为今天的建筑行业提供广泛的优势。
发明内容
预制混凝土制品例如管道、检修孔、涵洞通常在其被放置在密封的封闭室、空间、房间或容器中的情况下通过热和蒸汽或者二氧化碳进行固化。含有硅酸钙相的富钙材料例如水硬性水泥、矿渣、非水硬性水泥在存在水的情况下与二氧化碳反应,并且被转化成包括碳酸钙的有助于强度的相。
本说明书涉及生产预制混凝土制品的方法,其中,新混凝土借助于二氧化碳被固化以获得其强度。经脱模和可选地经预处理的混凝土制品的壁用作保持压力的容器。在某些实施方式中,既不使用外部加压容器也不使用固化室来活化混凝土。替代地,使用中空混凝土制品的内部或外部空间作为腔室,并且二氧化碳单向地渗透混凝土壁。不需要外部气密封围件。本创新涉及预制混凝土制品的生产,预制混凝土制品比如为中空预制混凝土制品,包括但不限于混凝土管道、涵洞箱、检修孔、箱形梁和空心板。
在一个方面中,相应地提供了一种固化混凝土制品的方法,该混凝土制品在混凝土制品内具有腔和通向腔的开口,该方法包括:将混凝土制品定位在基部上、使用覆盖板将该开口密封、将二氧化碳(CO2)引入腔中以执行混凝土制品的碳酸化、以及响应于混凝土制品达到目标强度(和/或其他目标规格),将该开口解除密封。
上面和本文中所描述的方法还可以全部地或部分地以及以任意组合的方式包括以下附加特征和/或步骤中的一者或更多者。
在一些实施方式中,将CO2引入腔包括在第一时间段内将腔加压至第一压力,随后在第二时间段内将腔中的压力增加至第二压力。
在一些实施方式中,引入CO2是通过覆盖板和/或混凝土制品来完成的。
在一些实施方式中,开口是混凝土制品的敞开顶端部和混凝土制品的敞开底端部中的一者,并且所述定位包括将敞开顶端部和敞开底端部中的另一者放置在基部上,以便将敞开顶端部和敞开底端部中的所述另一者密封。
在一些实施方式中,该方法包括通过覆盖板平衡第一压力和第二压力,使得覆盖板在第一压力和第二压力的存在期间持续将开口密封。
在一些实施方式中,该方法包括在定位混凝土制品之前对混凝土制品进行铸造和脱模,并且其中,定位混凝土制品的步骤和引入CO2的步骤在脱模步骤之后执行并且在时间上接近脱模步骤。
在一些实施方式中,定位混凝土制品的步骤和引入CO2的步骤在脱模步骤之后立即执行。
在一些实施方式中,该方法包括在引入CO2的步骤之前,执行关于混凝土制品的凝固步骤、水合步骤和预处理步骤中的至少一者。
在一些实施方式中,该方法包括在引入CO2的步骤完成后使混凝土制品进行水合。
在一些实施方式中,该方法包括将腔加压至CO2的预定压力。
在一些实施方式中,该方法包括改变CO2的预定压力。
在一些实施方式中,预定压力至少是大气压力。
在一些实施方式中,将开口密封成使得在混凝土制品的碳酸化期间允许至少一些CO2从腔逸出。
在一些实施方式中,使用零坍落度混凝土、湿混凝土和自密实混凝土中的一者或组合来进行铸造。
在一些实施方式中,使用水硬性水泥、非水硬性水泥、矿渣、火山灰材料、粉煤灰、硅灰和氢氧化钙中的一者或组合作为粘合剂来制造新混凝土。
在一些实施方式中,以干法铸造和湿法铸造中的一者来执行铸造。
在一些实施方式中,引入CO2是通过以质量计在5%与99.5%之间的CO2浓度引入包含CO2的气体来执行的。
在另一方面中,提供了一种用于固化预制混凝土制品的系统,该预制混凝土制品中具有腔,该腔具有敞开底端部和敞开顶端部,该系统包括:基部,该基部定尺寸成在该基部上接纳预制混凝土制品并覆盖腔的底端部;覆盖板,该覆盖板定尺寸成接纳在预制混凝土制品的顶部上并覆盖腔的顶端部;二氧化碳气体(CO2)源;以及CO2导管,该CO2导管流体连接至CO2源并构造成流体连接至腔。
上面和本文中所描述的系统还可以全部地或部分地以及以任意组合的方式包括以下附加特征和/或步骤中的一者或更多者。
在一些实施方式中,该系统包括高度控制系统,该高度控制系统连接在基部与覆盖板之间并且能够操作成使覆盖板在闭合位置与打开位置之间移动,在闭合位置中,覆盖板覆盖腔的顶端部。
在一些实施方式中,该系统包括连接在基部与覆盖板之间的框架,覆盖板铰接至框架以在闭合位置与打开位置之间移动,在闭合位置中,覆盖板覆盖腔的顶端部。
在一些实施方式中,CO2导管经由覆盖板、预制混凝土制品的壁和基部中的一者或更多者流体连接至腔;并且CO2源构造成将腔加压到处于大气压力或高于大气压力的至少两个不同的压力。
在一些实施方式中,流量控制阀设置成与CO2源流体流动连通,该流量控制阀构造成对CO2气体被供应到腔中的流量和/或压力进行控制。
在另一方面中,提供了一种固化混凝土制品的方法,该混凝土制品中具有腔,该方法包括:将腔密封;通过将二氧化碳(CO2)气体引入腔中来进行混凝土制品的碳酸化;以及响应于混凝土制品达到目标规格(比如强度和/或其他目标规格),将该腔解除密封。
上面和本文中所描述的方法还可以全部地或部分地以及以任意组合的方式包括以下附加特征和/或步骤中的一者或更多者。
在一些实施方式中,该方法包括在密封腔之前将至少一个容器置于腔中,所述至少一个容器包含在所述至少一个容器中被加压的CO2气体,并且其中,将CO2气体引入腔中包括将CO2气体从所述至少一个容器释放到腔中。
在一些实施方式中,将CO2引入腔包括在第一时间段内将腔加压至第一压力,随后在第二时间段内将腔中的压力增加至第二压力。
在一些实施方式中,所述至少一个容器包括内胎和外胎中的至少一者。
在一些实施方式中,将CO2引入腔中包括对与内胎和外胎中的至少一者流体连接的至少一个阀进行操作。
在一些实施方式中,密封腔是使用覆盖板来执行的,并且密封腔还包括通过覆盖板平衡第一压力和第二压力,使得覆盖板在第一压力和第二压力的存在期间持续将开口密封。
在一些实施方式中,该方法包括在密封腔之前对混凝土制品进行铸造和脱模,并且其中,引入CO2的步骤在脱模步骤之后执行并且在时间上接近脱模步骤。
在一些实施方式中,引入CO2的步骤在脱模步骤之后立即执行。
在一些实施方式中,该方法包括在引入CO2的步骤之前,执行关于混凝土制品的凝固步骤、水合步骤和预处理步骤中的至少一者。
在一些实施方式中,该方法包括在引入CO2的步骤完成后使混凝土制品进行水合。
在一些实施方式中,该方法包括将腔加压至CO2的预定压力。
在一些实施方式中,该方法包括改变CO2的预定压力。
在一些实施方式中,预定压力至少是大气压力。
在一些实施方式中,该方法包括将至少一个容器定尺寸成占据腔的容积的10%至98%。
在一些实施方式中,使用内胎和外胎中的至少一者。
在一些实施方式中,以干法铸造和湿法铸造中的一者来执行铸造。
在一些实施方式中,引入CO2是通过以按质量计在5%与99.5%之间的CO2浓度引入包含CO2的气体来执行的。
在另一方面中,提供了一种固化混凝土制品的方法,该方法包括:将混凝土制品的外表面封围在具有至少部分地与混凝土制品的外表面一致的形状的套筒中,使得该套筒靠近外表面设置、但与外表面间隔开,以在外表面与套筒之间限定出空间;将外表面与套筒之间的空间密封;将二氧化碳(CO2)气体引入外表面与套筒之间的空间以执行混凝土制品的碳酸化,其中,CO2气体中的至少一些CO2气体沿向内的方向穿过制品的外表面;以及响应于混凝土制品达到目标规格(比如强度和/或其他目标规格),将外表面与套筒之间的空间解除密封。
上面和本文中所描述的系统还可以全部地或部分地以及以任意组合的方式包括以下附加特征和/或步骤中的一者或更多者。
在一些实施方式中,混凝土制品中包括腔和通向腔的开口,并且将混凝土制品的外表面封围不包括将开口密封。
在一些实施方式中,将混凝土制品的外表面封围使得开口保留敞开。
在一些实施方式中,将CO2气体引入空间中是通过套筒来执行的。
在一些实施方式中,将混凝土制品的外表面与套筒之间的空间密封包括在混凝土制品上设置覆盖板,覆盖板至少在引入CO2气体的步骤期间通过下述各者中一者或更多者而操作性地连接至套筒:被配重成平衡CO2的压力;铰接至套筒;以及相对于套筒被导引。
在一些实施方式中,覆盖板中包括开口,该开口在覆盖板设置在混凝土制品上时至少部分地与混凝土制品的腔中的开口对准。
在另一方面中,提供了一种用于固化预制混凝土制品的系统,该预制混凝土制品中具有腔,该腔具有敞开底端部和敞开顶端部,该系统包括:基部,该基部定尺寸成在该基部上接纳预制混凝土制品并且由此覆盖腔的底端部;套筒,该套筒定尺寸成将混凝土制品封围在该套筒中,该套筒具有设置在基部上并且相对于基部密封的底端部;覆盖板,该覆盖板定尺寸成接纳在预制混凝土制品的顶部上并且由此覆盖腔的顶端部,该覆盖板操作性地连接至套筒,以在覆盖板的情况下将套筒与混凝土制品的外表面之间的空间密封,并且由此密封该空间;以及二氧化碳气体(CO2)源,其构造成流体连接至该空间。
上面和本文中所描述的系统还可以全部地或部分地以及以任意组合的方式包括以下附加特征和/或步骤中的一者或更多者。
在一些实施方式中,CO2源经由套筒和覆盖板中的至少一者与该空间流体连接。
在一些实施方式中,覆盖板铰接至套筒,以能够在打开位置与闭合位置之间枢转,在打开位置中,混凝土制品能够移入和移出套筒,在闭合位置,覆盖板将混凝土制品与套筒之间的空间密封。
在一些实施方式中,CO2源构造成将腔加压到处于大气压力或高于大气压力的至少两个不同的压力。
附图说明
现在参照附图,在附图中:
图1是用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图2A是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图2B是根据另一实施方式的用于一个或更多个混凝土制品的密封机构的示意图;
图3是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图4是图3的系统的一部分的示意性横截面图;
图5是图1的系统的覆盖板的替代方案的示例的非限制性实施方式的示意图和基部的示意图;
图6是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图7是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图8是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图9是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图10是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图11是根据另一实施方式的用于固化混凝土制品的系统的示意图;
图12是根据本文中所描述的一些实施方式的系统的各种密封部分的示意图;
图13示出了固化混凝土制品的方法;
图14示出了固化混凝土制品的另一种方法;以及
图15示出了固化混凝土制品的另一种方法。
具体实施方式
预制混凝土制品例如管道、检修孔、涵洞通常通过热和蒸汽进行固化。预制混凝土制品也可以利用二氧化碳来固化,其中,将预制混凝土制品放置在密封的封闭室、空间、房间或容器中。含有硅酸钙相的富钙材料例如水硬性水泥、矿渣、非水硬性水泥在存在水的情况下与二氧化碳反应,并且被转化成包括碳酸钙的有助于强度的相。
本说明书涉及生产预制混凝土制品(P)的系统和方法,其中,新混凝土借助于二氧化碳(CO2)被固化以获得其强度。在一些实施方式中,经脱模的并且在一些实施方式中经预处理的混凝土制品(P)的壁用于容纳并保持CO2压力,并且由此有助于减少固化时间和成本。利用本技术,可以对空心混凝土制品(P)、比如包括混凝土管道、涵洞箱、检修孔、箱形梁和空心板在内的预制混凝土制品的生产的至少一些方面进行改进。
考虑到上述内容,本说明书首先描述了用于固化预制混凝土制品(P)的系统的非限制性实施方式,然后描述了可能与该系统相关联的各种可能的材料和铸造方法的非限制性示例,并且然后描述了固化混凝土的各种可能的方法的非限制性示例,所述方法可以例如使用该系统的所示实施方式中的一个或更多个实施方式来执行。
系统100
参照图1,示出了用于固化预制混凝土制品(P)的系统100。系统100包括基部102、比方说例如地板,系统100包括设置在基部102上的下密封件104以及与覆盖板108接合的上密封件106。密封件104、106可以是橡胶垫圈、密封体、环氧树脂、O形环或任何其他适合的密封件。密封件104、106可以像套筒一样包围混凝土制品(P),比方说例如在图5中以附图标记306’所示出的。在一些实施方式中,这种套筒状的混凝土制品(P)可以覆盖混凝土制品(P)的达大约20%的高度。尽管这样的构型可以提供密封优势,但是也可以考虑其他高度百分比。在一些实施方式中,可以省去下密封件104和/或上密封件106。
在该实施方式中,密封件104、106和覆盖板108是环形的,以与混凝土制品(P)的对应部分相匹配并对其进行密封,但是比方说例如在混凝土制品P具有不同形状时也可以使用其他形状和密封件。在一些实施方式中,覆盖板108定尺寸成和/或其材料被选择成提供覆盖板的下述配重:该配重使可能存在于如本文件中所描述的混凝土制品(P)内的气体压力平衡。如将在下面更详细地描述和示出的,在其各种实施方式和应用/系统中,覆盖板108可以被配重(例如,配重成在不需要任何附加的机械力被施加至覆盖板108的情况下如所描述的那样保持混凝土制品(P)密封),并且/或者可以被铰接和/或可以在一个或多个杆/支撑件上被导引,并且/或者可以自动平移(例如,经由适合的常规动力致动机构来自动平移)。基部102、密封件104、106和覆盖板108定尺寸成覆盖至少一种尺寸的预制混凝土制品(P)中的腔(C)。在一些实施方式中,密封件104、106和覆盖板108被制造得大到足以能够封围和固化多种不同尺寸的预制混凝土制品(P)和/或腔(C)中的任何一者,如下面详细描述的。
系统100还包括二氧化碳(CO2)源110和压力计112,二氧化碳(CO2)源110能够操作成将CO2供应到预制混凝土制品(P)中的腔(C)中,压力计112安装穿过覆盖板108以用于监测腔(C)中的气体压力。如所示的,在一些实施方式中,一个或更多个适合的CO2导管110P、比方说例如CO2管道或CO2管流体连接至二氧化碳(CO2)源110以从二氧化碳(CO2)源110接收CO2。CO2导管110P穿过覆盖板108,以用于将CO2供应到预制混凝土制品P中的腔C中以固化预制混凝土制品P。在其他实施方式中,混凝土制品(P)可以具有不同的形状。
在一些实施方式中,CO2导管110P与覆盖板108之间的接合部可以被密封,以便至少对气体是基本上不可渗透的。在一些实施方式中,为了便于覆盖板108在每个给定的混凝土制品(P)上进行运动,CO2导管110P可以部分地或全部地制成挠性的。在其他实施方式中,CO2导管110P可以是刚性的和/或能够从覆盖板108移除、比如经由夹式(clip-on)连接器移除,以提供覆盖板108在每个给定混凝土制品(P)上的运动。
二氧化碳(CO2)源110可以是任何适合的二氧化碳(CO2)源、比如常规的二氧化碳(CO2)源,并且因此在本文中不对二氧化碳(CO2)源110进行详细描述。在一些实施方式中,二氧化碳(CO2)源110构造成对供应到预制混凝土制品(P)中的腔(C)中的CO2的流量和压力进行控制。为此,并且如图1所示,二氧化碳(CO2)源110和/或CO2导管110P中的一个或更多个CO2导管110P可以包括手动控制式和/或主动控制式的流量控制阀114。流量控制阀114及它们的相关联的控制可以是常规的,并且因此在本文中不对其进行详细描述。
在该实施方式中,覆盖板108由适合的金属制成,并且定尺寸成具有足以在固化过程期间保持预制混凝土制品P中的腔C至少基本上密封的配重。将理解的是,覆盖板108可以被制成具有不同的配重,这取决于二氧化碳(CO2)源110可以构造成通过CO2将预制混凝土制品(P)中的腔(C)加压到的压力。也就是说,覆盖板108的配重可以选择成在固化过程期间对密封件104、108充分地压缩,以保持预制混凝土制品(P)中的腔(C)至少基本密封。在其他实施方式中,密封件104、108和覆盖板108可以具有不同的形状,这取决于腔(C)的形状以及待密封和固化的预制混凝土制品(P)的形状。
系统200
现在参照图2A,示出了用于固化预制混凝土制品(P)的系统200。系统200与系统100类似,并且因此系统200的相应部分用关于系统100所使用的相同的附图标记来标记。
系统100与系统200之间的区别在于系统200包括安装至高度控制系统204的覆盖板108。在该实施方式中,高度控制系统204包括竖向定向的支承构件206、比方说例如钢杆。支承构件206在支承构件206的下端部206A处经由适合的连接、比如密封连接与基部102连接,以防止CO2从腔(C)通过支承构件206与基部102之间的接合部逸出。在支承构件206的上端部206B处,一旦覆盖板108到达适合的位置,支承构件206就经由接纳在支承构件206的上端部206B上的平移组件208连接至覆盖板108的中心。在其他实施方式中,比方说例如在混凝土制品定形状成通过使制品水平移动到支承构件206附近并且在一些实施方式中移动到支承构件206上而能够定位在支承构件206周围时,覆盖板108可以在混凝土制品(P)被安置到位时保持连接至平移组件208。在其他实施方式中,可以使用不同构型的密封机构。例如,如图2B中所示,密封机构可以具有诸如框架之类的支承构件,该支承构件包括设置在彼此相距一个或更多个距离处的一个或更多个杆206’,所述距离选择成允许一个或更多个混凝土制品(P)在覆盖板108’下方移动,同时覆盖板108’以可移动/平移的方式连接至一个或更多个杆206’。一旦就位,无论是手动的和/或自动的,平移组件208’都可以被操作成将覆盖板108’移动就位,以将混凝土制品(P)的内部密封。为此,并且如图2B中的双向箭头所示,平移组件208’可以构造成能够上下移动/平移。在实施方式中,一旦覆盖板108’将混凝土制品(P)密封,则覆盖板可以经由一个或更多个适合的机构固定就位,该就位可以是自动进行的或手动进行的(例如,螺栓/螺母)。图2B因此示出了密封机构的不同实施方式,该密封机构可以连接至CO2源、比如连接至图2A的CO2源,并且该密封机构因此可以是系统200的一部分。可以使用任意数目的密封机构来并行地固化多个混凝土制品(P)。针对每个混凝土制品(P)和/或密封机构可以使用任意数目的CO2源。
平移组件208可以旋拧到支承构件206的上端部206B上的对应的螺纹上,并且可以通过平移组件围绕支承构件206在两个方向中的一个方向上的旋转而被手动地操作成使覆盖板108相对于支承构件206向上或向下平移。可以设想的是,可以使用任何其他适合构型的平移组件208,包括但不限于主动致动式的平移组件208,主动致动式的平移组件208可以经由一个或更多个适合的致动器、比如电动马达来控制,该致动器可以操作性地连接至适合的控制器、比方说例如计算机。由于这些细节可能是常规的,因此本文中不再详细描述这些细节。在其他实施方式中,平移组件208可以是能够操作成提供如本文所述的系统200的功能的不同类型的平移组件、比如液压式平移组件和/或电动式平移组件。
系统300
现在参照图3和图4,示出了用于固化预制混凝土制品(P)的系统300。系统300与系统100类似,并且因此系统300的对应部分用关于系统100所使用的相同的附图标记来标记。
系统100与系统300之间的区别在于,系统300包括形成对覆盖板306进行支承的框架的一个或更多个框架构件302。一个或更多个框架构件302可以竖向地设置,并且可以可选地连接至基部102。在另一示例中,框架可以附接至地板或者安置在地板上。在一些实施方式中,单个框架构件302可以形成框架302F。如图4所示,该实施方式中,框架302F在预制混凝土制品(P)的相反的侧向侧上是敞开的,并且因此不会在预制混凝土制品(P)上方形成腔室。在其他实施方式中,框架302F可以是不同的。框架/支承件302F在尺寸上可以大于混凝土制品(P),以便包围混凝土制品(P)。框架/支承件302F可以由钢、铁、不锈钢、FRP、塑料或铝制成,但是这些材料是非限制性的示例。框架/支承件302F可以不需要被覆盖和/或可以使用一个或更多个网状件制成。
系统100与系统300之间的另一区别在于,在系统300中,覆盖板306例如经由一个或更多个铰链304铰接至框架302F的顶部部分,以便能够在闭合位置306C与打开位置306O之间移动(如图3中虚线所示)。在该实施方式中,并且尽管在其他实施方式中不需要如此,覆盖板306能够围绕一个或更多个铰链304在闭合位置306C与打开位置306O之间枢转。
如下文所述,在闭合位置306C中,覆盖板306将预制混凝土制品(P)中的腔(C)封围,以使得CO2固化过程能够进行。在打开位置306O中,覆盖板306没有将框架302F的顶部部分充分阻挡,以使得预制混凝土制品(P)能够插入框架302F中进行固化,并且使得预制混凝土制品(P)能够在固化后从框架302F移除。可以设想的是,代替铰链304或者附加于铰链304地,可以使用任何其他可移动的连接件比如平移接头。
如图3所示,在该实施方式中,框架构件302中的一个框架构件在其顶端部处带有螺纹并且在覆盖板306处于闭合位置306C时穿过覆盖板306中的槽或孔。螺栓和/或螺母、和/或其他紧固件通过附接至框架构件302的顶端部而将覆盖板306锁定在闭合位置306C,并且/或者可以被拧紧以增加覆盖板306对上密封件106的压缩。可以设想的是,可以使用任何适合的紧固件。在一些实施方式中,可以省去紧固件。
现在参照图4,如该实施方式所示,上密封件106是环形的并且比预制混凝土制品(P)的壁薄。在至少一些实施方式和应用中,这有助于改善对腔(C)的封围和预制混凝土制品(P)在系统300中的放置。在一些实施方式中,上密封件106可以具有不同的厚度和/或形状。现在参照图5,在一些实施方式中,覆盖板306可以具有不同的形状。
覆盖板306的一个替代性示例在图5的中间图中示出并标记为306’。仍然参照图5,在一些实施方式中,基部102可以与地板——系统300的至少一部分可以定位在地板上——分离,并且可以具有不同的适合的形状。基部102的一个替代性示例在图5的右图中示出并标记为102’。在一些实施方式中,比方说例如在非限制性的替代性实施方式102’中,下密封件104可以是基部102’的一部分和/或可以被省去。
系统400
现在参照图6,示出了用于固化预制混凝土制品(P)的系统400。系统400与系统100类似,并且因此系统300的对应部分标记用关于系统100所使用的相同的附图标记来标记。
系统100与系统400之间的区别在于系统400具有基部402,该基部包括基部部分402B和设置在基部部分402B上的基部板402P,基部部分402B可以例如由混凝土铸造而成,或者例如以其他方式制造为地板的一部分(或者作为另一示例,可以与地板分离)。在一些实施发生中,基部板402P可以是基部部分402B的一体部分和/或可以被省去。如所示出的,在该实施方式中,下密封件104是基部板402P的一体部分,但是在其他实施方式中可能不是这种情况。
如所示出的,CO2导管110P从CO2源110穿过基部402的基部部分402B,并且定位成当预制混凝土制品(P)定位在系统400中、定位在CO2导管110P的出口上方时通向预制混凝土制品(P)的腔(C)。在一些实施方式中,系统400可以构造成对可能具有多于一个腔(C)的预制混凝土制品(P)进行固化。在一些这样的实施方式中,系统400可以针对预制混凝土制品(P)的每个腔(C)具有一个或更多个CO2导管110P,比方说例如总共多于两个的CO2导管110P。
对覆盖板的描述:覆盖板可以被配重、铰接或者在杆上被导引(与系统100、200和300类似的顶部覆盖系统)。
系统500
现在参照图7,示出了用于固化预制混凝土制品(P)的系统500。系统500与系统100类似,并且因此系统500的对应部分用关于系统100所使用的相同的附图标记来标记。
系统100与系统500之间的区别在于系统500具有一个或更多个CO2导管110P,所述一个或更多个CO2导管110P如所示出的那样穿过预制混凝土制品(P)的壁。虽然在该实施方式中,系统500具有两个CO2导管110P,但是在其他实施方式中,系统500可以具有一个或多于两个的CO2导管110P,其中,对应的CO2导管110P穿过预制混凝土制品(P)的壁,以在固化过程期间将CO2注射到预制混凝土制品(P)的腔(C)中。
在一些实施方式中,系统500可以针对一个或更多个CO2导管110P中的每个导管包括注射组件502,这可以有助于在固化过程期间限制或防止CO2泄漏出腔(C)。现在参照图7,示出了注射组件502的三个非限制性示例,并且分别标记为502A、502B、502C。注射组件502A可以在CO2导管110P与穿过预制混凝土制品(P)的壁限定的孔——该孔将CO2导管110P接纳在其中——之间的接合部中包括环氧树脂或其他适合的密封体504。在一些实施方式中,环氧树脂和/或其他适合的密封体504例如可以注射到该接合部中,但是也可以使用其他安装方法。
如所示出的,注射组件502B可以包括橡胶止挡件506,橡胶止挡件506具有穿过橡胶止挡件506限定的适合的一个或更多个孔,该橡胶止挡件可以附接至CO2导管110P的外端部、或者插入CO2导管110P的外端部中、和/或插入CO2导管110P与穿过预制混凝土制品(P)的壁限定的孔——该孔将CO2导管110P接纳在其中——之间的接合部中。橡胶止挡件506是可能使用的密封构件506的一个示例。也设想了其他密封构件。
例如,如所示出的,注射组件502C可以包括扩张插塞508,扩张插塞508具有穿过扩张插塞508限定的适合的一个或更多个孔,扩张插塞508可以附接至CO2导管110P的外端部、或者插入CO2导管110P的外端部中、和/或插入CO2导管110P与穿过预制混凝土制品(P)的壁限定的孔——该孔将CO2导管110P接纳在其中——之间的接合部中。扩张插塞506是可以使用的密封构件506的另一示例。也设想了其他密封构件。
系统600
现在参照图8,示出了用于固化预制混凝土制品(P)的系统600。系统600可以使用如上所述的基部102和一个或更多个密封件104。然而,在该实施方式中,系统600可以具有覆盖板602,覆盖板602定尺寸成和/或由所选择的材料制成以便提供覆盖板602的配重,该配重使可能存在于混凝土制品(P)内的含有CO2的气体压力平衡。在系统600的其他实施方式中,覆盖板602可以例如与本文描述的其他实施方式类似(例如,与系统100、200和/或300的顶部覆盖系统类似)地被铰接或者在杆上被导引。在该实施方式中,含有CO2的气体可以由容纳有经加压的含有CO2的气体的一个或更多个容器604提供。在一些实施方式中,容器604可以是车辆外胎和/或内胎,如图8示意性地示出的。在一些实施方式中,为了减少浪费,容器604可以是用过的车辆外胎和/或内胎。容器604可以改装成具有一个或更多个阀606、比如可以为常规的被动阀或动力阀,所述一个或更多个阀606构造为将气体释放以提供如本文件所述的对混凝土制品(P)的加压。在一些实施方式中,容器中的一个或更多个容器可以经由一个或更多个导管608互连,以便将阀606的数目减少到比每个容器608一个阀少。在一些实施方式中,并且尽管这在其他实施方式中可能不同,但是阀606可以构造为提供小于每分钟30标准立方英尺的气体总流量。这可以允许每多个容器604具有单个阀606。在一些实施方式中,容器604中的含有CO2的气体可以具有按质量计在5%与99.5%之间的CO2浓度。
在一些实施方式中,容器604可以定尺寸成占据腔(C)的容积的10%至98%,并且可以在其中定位成不与混凝土制品(P)的限定腔(C)的内壁接触。在一个方面中,这可以降低填充腔(C)所需的CO2体积/含量,并且可以允许腔(C)更快地被CO2填充,这是因为腔(C)的更小的自由容积将是可用的。另外,在碳酸化过程结束时,较少量的CO2保留在腔(C)内。这使得排气过程更快,并且针对碳酸化过程使用了更少的CO2。制品(P)的混凝土壁与容器604之间的累积压力允许气体/CO2渗透混凝土壁,并且允许CO2在水存在的情况下与混凝土壁中的粘合剂发生反应,从而使制品(P)碳酸化/增加制品(P)的强度。在一些应用中并且例如根据用途,物体604可以被重新填充并且再次用于待使用系统600碳酸化的每个新的混凝土制品(P),或者可以定尺寸成和/或加压成在需要重新填充之前使两个或更多个混凝土制品(P)碳酸化。
系统700
现在参照图9,示出了系统700的又一实施方式。与系统600类似,系统700包括利用一个或更多个物体702减少腔(C)的可填充CO2的容积的步骤。如所示出的,在一些实施方式中,物体702可以是包含气体的气球,即放置在腔(C)内部的可充气袋、可充气塑料或可充气橡胶,并且物体702可以被充气成占据腔(C)的容积的10%至98%,其中,目标和结果与上面关于系统600所描述的那些目标和结果类似。
填充气体可以是空气、氮气、二氧化碳、氧气或任何其他气体。容纳气体的物体702可以由柔性材料比如塑料制成。物体702内部的气体压力可以高于引入腔(C)中的CO2压力。此外,物体702可以由钢、铁、铝或FRP制成。物体702可以再次用于待使用系统700碳酸化的每个新的制品(P)。
系统800
现在参照图10,示出了系统800的又一实施方式。与系统700类似,系统800包括利用一个或更多个物体802减少腔(C)的可填充CO2的容积的步骤。如所示出的,在一些实施方式中,物体802可以为中空歧管、囊状件、管等。
系统900
现在参照图11,示出了系统900的又一实施方式。系统900包括外部套筒902,外部套筒902邻近混凝土制品(P)的外壁设置并且接收来自一个或更多个CO2源110的CO2。套筒902应该由钢、铁、铝、FRP、塑料或任何其他适合的材料制成。套管902可以由防止气体逸出的不可渗透的材料制成。因此,CO2在被引入套筒902时在制品(P)的壁的外表面处加压,并且因此如图11中以箭头所示的那样向内穿透壁进入腔(C)中。套筒902可以在形状上与制品(P)的形状相对应,并且可以在一个端部(例如,底部)处由基部102和密封件104围封,并且在顶端部处可以由覆盖板904围封/密封,该覆盖板904可以类似于上述实施方式中的任一实施方式来实现,不同之处在于覆盖板904可以包括定位成与腔(C)流体连通的开口906。开口906可以允许CO2在已经穿过制品(P)的壁之后逸出腔(C)。在一些实施方式中,开口906可以用于对腔(C)减压,以便横跨制品(P)的壁产生较大的压差,并且由此增加CO2穿过壁的渗透。在一些情况下,这可能有助于加速碳酸化过程。为了给腔(C)减压,可以使用任何适合的装置,比如一个或更多个常规的风扇、泵、真空装置等。
作为示例,系统900可以用于执行碳酸化过程,由此在如本文所述的制品(P)的可选预处理之后,制品(P)被套筒902包围。制品与套筒902之间的间隙距所有侧面/边缘都可以大于1mm。二氧化碳气体被引入制品(P)与套筒902之间的空间。注射的二氧化碳的浓度可以高于5%。因此,气体向混凝土壁中的渗透以单向向内进入腔(C)中的方式执行。气体在碳酸化过程期间可以以恒定流量注射,或者以可变流量注射。在可变注射流量的情况下,流量在开始时可以低于每分钟30标准立方英尺,并且随着时间可以逐渐增加。最初的低流量方法会有助于降低混凝土制品(P)的孔隙率,而不会导致明显的渗漏。在生成了碳酸钙和其他碳酸化反应产物并部分地填充混凝土制品(P)中的孔隙时,可以应用较高的二氧化碳流量。这种方法可以有助于快速形成早期强度,并且可以减少显著渗漏。
CO2压力的积累压力的速率可以取决于气体注射速率、套筒902与制品之间的空间的体积、混凝土混合物比例、混凝土的渗透性、孔隙率、混凝土类型和制品几何形状。碳酸化反应可以是放热反应。碳酸化固化过程不需要额外的外部热/温度。活化过程可以在环境温度和环境湿度下进行。混凝土壁与外部套管902之间的积累压力可以允许气体穿透混凝土壁,并且允许二氧化碳在存在水的情况下与粘合剂发生反应。在这种构型中,反应从制品(P)的外表面开始进行。在一些实施方式中,气体注射和碳酸化固化过程可以持续至少5分钟。
制品(P)与套筒902之间的空间内的一部分气体可以行进穿过混凝土壁并从制品(P)的内层排出。在碳酸化固化过程结束时,如果一些二氧化碳残留在该空间内,则这些二氧化碳可以在制品(P)从系统900释放之前被释放。在另一构型中,套筒902可以定尺寸成定位在腔(C)内部,以包围制品(P)的内部混凝土壁,并且CO2气体因此可以从制品(P)的内层渗透到外层。
材料
在上述系统100至系统900的各种实施方式的描述中提及的混凝土制品(P)可以通过现有技术中任何已知的常规方法由现有技术混凝土制成。在一些实施方式中,混凝土可以包括作为主要粘结材料的波特兰(Portland)水泥或其他水硬性水泥。新混凝土可以是例如零坍落度混凝土、湿混凝土或自密实混凝土(SCC)。混凝土制品可以是干法铸造或湿法铸造的。
在一些实施方式中,混凝土可以利用基于矿渣的粘合剂生成。基于矿渣的混凝土的生产中的主要粘合剂可以是来自钢铁和不锈钢工厂的矿渣。诸如锌、铁、铜和矿泥之类的其他副产品材料也可以用作粘合剂。各种钢渣可以从采用不同的生产钢的方法的钢厂收集。在矿渣的类型中,可以在基于矿渣的混凝土的生产中作为主要粘合剂结合的矿渣类型可以是:不锈钢矿渣、还原性钢渣、氧化钢渣、转炉钢渣、电弧炉矿渣(EAF矿渣)、碱性氧气炉渣(BOF矿渣)、钢包矿渣、快速冷却钢渣和慢速冷却钢渣。
矿渣的氧化钙含量可以大于10%、大于15%、并且在一些实施方式中大于20%。二氧化硅含量可以大于6%、大于8%、并且在一些实施方式中大于12%。矿渣的总的氧化铁总含量可以小于40%并且在一些实施方式中小于30%。钢渣可以具有至少20%的累积硅酸钙含量和小于10%的游离石灰浓度。所有上述值均基于矿渣的质量/重量。在一些实施方式中,矿渣的堆积密度可以在1.0g/cm3至2.0g/cm3的范围内,并且其表观密度可以从2.0g/cm3至6.0g/cm3变化。
在一些实施方式中,矿渣在结合到混合物中以生产混凝土之前可以被研磨成较小的粒度。矿渣的研磨可以使用任何机械机器进行,这些机械机器比如为球磨机、杆磨机、自动磨机、SAG磨机、砾磨机、高压研磨辊、VSI或塔式磨机。研磨过程可以以干法或者湿法来执行。在选择湿法过程来研磨矿渣的情况下,经研磨的矿渣可以在研磨结束时是完全干燥的或者半干燥的。将矿渣通过滤网是获得具有较小晶粒粒度的矿渣的替代性选择。通过网状件#10(2000微米)、网状件#50(297微米)、网状件#200(74微米)、网状件#400(37微米)的矿渣可以用作粘合剂。在研磨之前或之后,可以使用滤网来筛选矿渣。因此,可以执行研磨和筛分方法中的一种或其组合,以便获得具有适合颗粒尺寸的矿渣。
在一些实施方式中,矿渣可以被粉碎和/或筛分为至少150m2/kg和至少200m2/kg的布莱恩(Blaine)细度。在一些实施方式中,为了在基于矿渣的混凝土中使用矿渣,百分之五十的矿渣可以小于200微米(D50=200)、小于150微米(D50=150)、小于100微米(D50=100)、小于50微米(D50=50)、小于25微米(D50=25)、并且在一些实施方式中小于10微米(D50=10)。在一些实施方式中,可以在将矿渣结合到混合物中之前通过现有技术中任何标准的已知方法来降低矿渣中的游离石灰含量。在其他实施方案中,矿渣可以首先被老化以降低其氢氧化钙含量,并且然后被结合到混合物中。矿渣含量可以不小于混凝土的重量的5%,并且在一些实施方式中不小于混凝土的重量的20%。
在基于矿渣的混凝土的生产中,包括天然或人工的正常质量骨料和轻质骨料在内的各种类型的骨料可以作为填料结合到混凝土中。潜在的轻质骨料的示例包括天然轻质骨料(例如,浮石)、膨胀粘土骨料、膨胀页岩骨料、再生塑料骨料和膨胀铁渣骨料。其他可用的骨料包括:碎石、加工砂、砾石、沙子、再生骨料、花岗岩、石灰石、石英、白垩粉、大理石粉、石英砂和人造骨料。这些骨料可以作为细骨料和/或粗骨料结合到混合物中。骨料含量可以达混凝土的重量的90%。
在一些实施方式中,可以将矿物和化学外加剂引入混合物中。矿物外加剂可以包括填料、辅助胶凝材料和火山灰材料。可能的矿物外加剂包括以下各者中的一者或其组合:粉煤灰、煅烧页岩、硅灰、沸石、GGBF、石灰石粉、水硬性水泥和非水硬性水泥。同时,可以将化学外加剂引入混合物中以满足特定的性能。可能的化学外加剂包括但不限于:促进剂、缓凝剂、粘度调节剂、加气剂、发泡剂、ASR抑制剂、抗冲刷剂、缓蚀剂、减缩剂、抗裂剂、增塑剂、超级增塑剂、减水剂、防水剂、风化控制剂和可加工性保持剂。在一些实施方式中,可以将纤维添加到基于矿渣的混凝土中。可以将纤维素纤维、玻璃纤维、微合成纤维、微合成纤维、天然纤维、PP纤维、PVA纤维和钢纤维中的一者或其组合结合到混合物中。
基于矿渣的混凝土制品可以是干铸混凝土或湿铸混凝土。基于新矿渣的混凝土可以制成零坍落度混凝土、湿混凝土或自密实混凝土(SCC)。例如,在一些实施方式中,自密实混凝土(SCC)的水-矿渣质量比可以大于0.2。在一些实施方式中,湿铸混凝土的水-矿渣质量比可以高于0.1。在一些实施方式中,干铸混凝土的水-矿渣质量比可以小于0.5。
混合与生产
在上述系统100至系统900的各种实施方式的描述中提及的混凝土制品(P)可以使用现有技术的混合方法制造。在一些实施方式中,混凝土制品(P)可以通过均匀地混合所有批次配料制成,所述配料可以包括:粘合剂、骨料、化学外加剂、矿物外加剂、纤维和水。例如,在一种方法中,将干配料混合至少1分钟,然后在混合后加入水和其他液体配料。在另一种方法中,可以将水在混合干配料期间逐渐加入。在不结合有减水外加剂的情况下,湿铸混凝土和自密实混凝土的水含量可能高于干铸混凝土或零坍落度混凝土的水含量。现有技术中用以生产混凝土制品(P)所使用的任何现有方法、技术和设备可以用于生产零坍落度混凝土、湿混凝土和自密实/固结常规混凝土以及基于矿渣的混凝土。
增强
例如,如图2A中所示出的,在上述系统100至系统900的各种实施方式的描述中提及的混凝土制品(P)可以具有例如在大约1mm与350mm之间的壁厚度(但是同样也可以类似地使用任何其他厚度),并且这些混凝土制品(P)可以可选地使用增强材料(PR)比如碳钢、不锈钢和/或FRP增强条来进行增强。在一个实施方式中,在铸造混凝土制品(P)之前,制备模具并且在一些实施方式中在铸造之前将增强材料放置在模具内部。在一些实施方式中,条的直径(PR)可以从1mm到100mm变化,其中,屈服强度例如在100MPa与2100MPa之间。在一些实施方式中,预制混凝土制品(P)的增强件(PR)可以根据适用于预制混凝土制品(P)可以被设计用于的管辖区的规范和标准来设计。这些特定的测量和特征仅仅是非限制性的示例。
铸造和放置
可以利用现有技术中任何已知的方法将新混凝土铸造到合适的常规模具中。新混凝土可以是零坍落度混凝土(干混凝土)、湿混凝土或自密实混凝土。由钢、铁、铝、塑料或FRP制成的模具应当在铸造前进行润滑,以简化脱模过程。在一些实施方式和应用中,湿铸混凝土可以通过内部或外部振动器在模具内被振动不超过120秒。可以通过压制/压实和振动的组合来形成干铸混凝土。自密实混凝土不需要内部或外部振动。成形的混凝土制品可以是干铸混凝土或湿铸混凝土。例如,钢、FRP或其他类型的混凝土增强件可以在铸造之前安装在模具内以增强混凝土。
预处理
在给定的碳酸化活化过程之前,可以对混凝土制品(P)进行预处理。预处理是可选的并且取决于混凝土的类型(常规或基于矿渣的)、混凝土制品的类型(干铸或湿铸)和混合比例。在某些条件下,预处理是不必要的。在CO2固化之前,预处理的过程将混凝土的水含量降低到第二水-粘合剂重量比。在一些实施方式中,预处理步骤可以在脱模之前或之后执行。
在一些经脱模的(离开模具的)混凝土制品(P)的预处理中,并且根据用于生产给定混凝土制品(P)的方法和/或材料:脱模后,混凝土制品(P)可能开始减少其水含量,以在混凝土内部产生额外的空隙。经脱模的混凝土的蒸发速率取决于温度、相对湿度、初始水含量、制品的表面积以及在模具暴露于风的情况下的空气流量。在优选的实施方式中,除了自然蒸发之外,可以使用以下蒸发和/或加热设备中的一者或组合来加快蒸发速率:加热元件、鼓式加热器、地板加热垫、风扇、加热器、鼓风机或风扇加热器。
加热设备(例如,元件/电线或地板加热垫或鼓式加热器)可以安装成以便覆盖经脱模混凝土制品(P)的外表面或内表面。这些元件对经脱模混凝土壁进行加热并且可以加速蒸发过程,以减少混凝土的水分含量。风扇、加热器、风扇加热器和鼓风机可以放置在中空的经脱模混凝土制品(P)的内部(以从内部减少水分含量),或者可以放置在外表面的前面(以从外部减少水分含量)。
这些预处理步骤可以持续进行,直到基于质量的初始水-粘合剂含量减少达95%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%或1%为止。通过上述混凝土预处理方法中的任一种根据在经脱模混凝土内所产生的体积限定的孔隙率的增加为混凝土体积的90%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、5%或0.1%。经预处理的混凝土的水-粘合剂重量比可以小于第一水-粘合剂重量比。
在将给定的混凝土制品(P)脱模之前,可以对模具内的混凝土进行预处理。在这种情况下,混凝土制品(P)可以在其被脱模之前在模具内被预处理和/或凝固。例如,对于湿铸混凝土和自密实混凝土,可以优选的是,在需要预处理的情况下,该混凝土在模具内被预处理和/或凝固。
模具可以保持在环境温度和湿度下,从而允许自由水逐渐蒸发。这可以允许粘合剂中的一部分粘合剂或全部粘合剂水合和凝固。水合和凝固速率可以取决于粘合剂的类型、其化学成分和混凝土混合比例。在混凝土仍保留在模具内时,可以利用风扇、加热器、风扇加热器、鼓风机、加热元件/电线、地板加热垫或鼓式加热器来加速混凝土的预处理和凝固。在另一示例中,混凝土制品(P)可以在不实施上述预处理方法中的任一方法的情况下保留在模具内以完全地或部分地凝固。在另一示例中,预处理步骤的一部分可以在模具内进行,而其余部分可以在模具外进行。
脱模
混凝土制品(P)可以在铸造后立即脱模,或者可以在脱模前在模具内例如凝固/预处理/水合长达7天。在另一示例中,混凝土可以在铸造后立即脱模并进行碳酸化固化。脱模可以在混凝土的抗压强度为至少0.01MPa的给定实施方式中进行。这些特定的测量和特征仅是非限制性示例。
固化/碳酸化的方法
考虑到本文献中所描述的系统100至系统900,接下来对固化混凝土制品(P)的方法进行描述。在图13中示出了本技术的方法、即方法1000的非限制性示例。
在固化预制混凝土制品(P)的方法的一个特定实施方式中,经脱模的混凝土制品从底部和顶部或侧部被密封,比如使用上述的基部102、覆盖板108、密封件104、106和/或注射组件502被密封。如上所述,在一些实施方式中,密封可以通过橡胶垫圈106、密封体504、环氧树脂504、O形环106或现有技术中任何其他已知的密封方法来完成。这可以限制或至少基本上防止CO2从混凝土制品(P)的腔(C)泄漏。在另一示例中,底部密封体/密封件104可以在铸造混凝土制品(P)之前被放置在模具内部,并且混凝土制品(P)可以在至少部分地位于模具中的同时根据本文所描述的一种或更多种方法被固化。在仅使用覆盖板108的配重来密封混凝土制品(P)的顶部的示例中,覆盖板108可以将压力施加至上密封件106,以确保最大限度地降低从混凝土制品(P)的上端部泄漏的CO2。
覆盖板108的配重可以选择成以便不会使混凝土制品(P)破裂或损坏。覆盖板108的配重和厚度可以选择为大于用以将覆盖板108保持就位所施加的作用力。在一些实施方式中,覆盖板108的厚度可以大于1mm。在一些实施方式中,覆盖板108可以由钢、铁、不锈钢、FRP、塑料或铝制成。根据使用上述系统100至系统900中的哪一个系统,覆盖板108可以在任何地方连接至基部102或者不连接至基部102,并且因此可以简单地搁置在混凝土制品(P)的顶部上以覆盖腔C。正如以上所观察到的,在一些这样的实施方式中,覆盖板108包括经由一个或更多个CO2导管110P连接至一个或更多个CO2源110的至少一个孔。在一些实施方式中,每个这种孔的直径可以在大约1mm与500mm之间。这些特定的测量值和特征仅是非限制性的示例。
CO2可以以纯的形式或者作为合适的气体、比如惰性气体的一部分通过覆盖板108中的孔和/或经由CO2导管110P引入。一个非限制性示例为含有CO2的气体——该气体可以引入腔(C)中以固化可选地经预处理的混凝土制品(P)——可以在环境温度下以按质量计例如5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或99.5%的CO2浓度引入。
可以注射CO2以填充混凝土制品(P)内部的腔(C)。在一些这样的实施方式中,可以注射CO2以将腔(C)填充至大气压力或高于大气压力的一个或更多个压力。在一些实施方式中,内部压力可以通过安装在覆盖板108中的压力计112来监测。如上所述,在一些实施方式中,内部压力可以使用安装在覆盖板108中的压力传感器112经由控制器和流量控制阀114来监测和控制。
在一些实施方式中,混凝土制品(P)可以例如根据CO2的浓度在CO2气体下被碳酸化例如5分钟与15分钟之间的时间。在一些实施方式中,CO2固化过程可以持续长达72小时。这些特定的测量值和特征仅是非限制性的示例。
在混凝土制品(P)的一些实施方式中,在碳酸化固化过程期间不需要外部能量或热量。CO2活化过程可以为提高混凝土制品(P)的温度的放热反应。
在一些实施方式中,在活化过程期间,碳酸化固化过程可以在大气压力下、或者在高于大气压力的恒定二氧化碳压力下、或者在各种气体压力下进行。在一些实施方式中,碳酸化固化过程可以或者在可变的CO2压力下进行。例如,在一些实施方式中,腔(C)中的CO2的初始压力可以在0psig与10psig之间、持续例如5分钟至15分钟,这取决于混凝土制品(P)的特定组成。
腔(C)中的CO2的压力可以随时间逐渐增加到一个或更多个更高的压力。这种最初的较低压力的方法可以有助于降低混凝土的孔隙率,而不会导致明显的渗漏。在某些情况下,当生成碳酸钙和其他碳酸化反应产物并且碳酸钙和其他碳酸化反应产物部分地填充混凝土中的孔隙时,可以施加更高的二氧化碳压力。这种方法可以有助于建立混凝土制品(P)的快速早期强度,并且可以有助于减少渗漏。
在一些实施方式中,在每次压力增加处,碳酸化固化可以持续至少5分钟。这种间隔方法可以有助于防止二氧化碳从制品的外层逸出,并且也可以有助于保护混凝土制品(P)在早期的完整性。在一些实施方式中,可以在碳酸化活化过程结束时降低腔(C)中CO2/气体的压力,以在腔(C)被解除密封之前使保留在腔(C)内的二氧化碳的量最小化。在一些实施方式中,保留的气体可以在固化过程结束时被排出到大气中或者再循环。在一些实施方式中,可以在不降低气体压力的情况下执行再循环步骤。该再循环气体可以用于下一批次生产。
腔(C)中的气体的所施加的压力可以根据混凝土制品(P)的壁的厚度、孔隙率、混凝土的成熟度、混凝土混合物的比例、形状和混凝土成分并且/或者根据用于密封腔(C)的密封方法而从大气压力变化到例如100psig。在一些实施方式中,腔(C)可以不是完全气密的。注射的气体的一部分可以被允许从制品的端部泄漏、或者可以完全穿透壁的厚度并最终从混凝土制品(P)的外层释放。
在一些实施方式中,一旦实现了混凝土制品(P)的目标强度(和/或其他目标规格,比方说例如在经固化的混凝土制品(P)中所规定的应该满足在ASTM/ACI/CSA/NBC中描述的最低标准要求,其可能适用于一种或更多种预期用途),则可以比如经由上述流量控制阀114将CO2气体到腔(C)的供应切断、可以将腔(C)中的剩余气体再循环或简单地排放到大气中、可以比如通过将覆盖板108移动到如上所述的打开位置306O而打开腔(C)、可以从混凝土制品(P)的壁移除CO2导管110P(如果如上所述存在任何CO2导管插入其中的话)、并且然后可以将经固化的混凝土制品(P)从所使用的无论哪个系统100、200、300、400、500取出。
在其中系统与经铰接和/或固定的覆盖板108一起使用的一些实施方式中,铰接和/或固定可以分别有助于减少操作系统所需的工作量和/或可以有助于减少所需的覆盖板108的配重。在没有使用自动千斤顶/移动装置/提升系统来使覆盖板108在闭合位置306C与打开位置306O之间移动的实施方式中、比如以上关于系统200所描述的,覆盖板108可以通过起重机、叉车或其他合适的设备在闭合位置306C与打开位置306O之间被提升或者以其他方式在闭合位置306C与打开位置306O之间移动。可以使用相同或相似的设备将经固化的混凝土制品(P)从系统100、200、300、400、500取出。
在将经固化的混凝土制品(P)取出之后,系统100、200、300、400、500然后可以准备好在其中接纳新的预制混凝土制品(P),以用于使用上述方法中的一种或更多种方法进行固化。在其中一个或更多个CO2导管110P插入穿过预制混凝土制品(P)的壁的方法中,在预制混凝土制品(P)固化/碳酸化并且CO2导管110P被从壁移除之后,固化之后混凝土制品(P)中剩余的孔可以由适合的材料填充,比如由水泥浆、浆液、混凝土、砂浆、聚合物或环氧树脂填充。
现在参照图14,示出了用于固化其中具有腔(C)的混凝土制品(P)的又一方法1100。方法1100可以包括:将包含经加压的二氧化碳(CO2)气体的至少一个容器(例如604)设置在腔(C)中,从而密封腔(C);将CO2从所述至少一个容器引入腔(C)中以执行混凝土制品的碳酸化;以及响应于混凝土制品达到目标强度(和/或其他目标规格),将腔(C)解除密封。
在方法1100的一些实施方式中,将CO2引入腔(C)中的步骤可以包括在第一时间段内将腔(C)加压至第一压力,随后在第二时间段内将腔(C)内的压力增加至第二压力。在方法1100的一些实施方式中,至少一个容器可以包括内胎和外胎中的至少一者。在方法1100的一些实施方式中,将CO2引入腔(C)中可以包括对与内胎和外胎中的至少一者流体连接的至少一个阀进行操作。在方法1100的一些实施方式中,将腔密封可以使用覆盖板、比如上述覆盖板中的适合的一个覆盖板来执行,并且还可以包括通过覆盖板来平衡第一压力和第二压力,使得覆盖板在存在第一压力和第二压力期间持续将开口密封。在方法1100的一些实施方式中,方法1100可以包括在密封腔之前对混凝土制品进行铸造和脱模,并且引入CO2的步骤可以在脱模步骤之后执行并且在时间上接近脱模步骤。在方法1100的一些实施方式中,引入CO2的步骤可以在脱模步骤之后立即执行。
在方法1100的一些实施方式中,方法1100还可以包括在引入CO2的步骤之前,执行关于混凝土制品的凝固步骤、水合步骤和预处理步骤中的至少一者。在方法1100的一些实施方式中,方法1100还可以包括在引入CO2的步骤完成后使混凝土制品进行水合。在方法1100的一些实施方式中,方法1100还可以包括将腔加压至预定的CO2压力。在方法1100的一些实施方式中,方法1100还可以包括改变CO2的预定压力。在方法1100的一些实施方式中,预定压力可以至少是大气压力。在方法1100的一些实施方式中,方法1100还可以包括将至少一个容器定尺寸成占据腔的容积的10%至98%。在方法1100的一些实施方式中,可以使用内胎和外胎中的至少一者(即,先前使用过的产品,从而允许减少方法1100对环境的影响)。在方法1100的一些实施方式中,制品(P)的铸造可以以干法铸造和湿法铸造中的一者来执行。在方法1100的一些实施方式中,引入CO2可以通过以按质量计在5%与99.5%之间的CO2浓度引入包含CO2的气体来执行。
参照图11,还提供了固化混凝土制品(P)的方法1200,该方法可以包括:将混凝土制品(P)的外表面(OS)封围在具有例如如图11所示的至少部分地与混凝土制品(P)的外表面(OS)一致的形状的套筒902中,使得套筒902也如图11所示的靠近混凝土制品(P)的外表面(OS)设置,以在外表面(OS)与套筒902之间限定出空间908;将外表面(OS)与套筒902之间的空间908密封;以及将CO2引入外表面(OS)与套筒902之间的空间908以执行混凝土制品(P)的碳酸化。如所示出的,在一些实施方式中,引入CO2的步骤可以包括使CO2中的至少一些CO2朝向向内的方向(即,从套筒902朝向混凝土制品(P)的方向)穿过制品的外表面(OS)。在方法1200的一些实施方式中,根据用于执行方法1200的系统900的特定实施方式,该方法还可以包括响应于混凝土制品(P)达到目标强度(和/或其他目标规格),将外表面(OS)与套筒902之间的空间908解除密封,以及例如将套筒902从混凝土制品(P)取下或者将混凝土制品(P)从套筒902取出。
如图11所示,在一些这样的实施方式中,混凝土制品(P)包括位于混凝土制品中的腔(C)和通向腔(C)的开口,并且对混凝土制品(P)的外表面(OS)进行封围不包括将通向腔(C)的开口(O)密封。进一步如图11中所示,在一些这样的实施方式中,对混凝土制品(P)的外表面(OS)进行封围可以使得开口(O)敞开,例如以便于CO2穿过混凝土制品(P)的壁。此外,在一些这样的实施方式中,将CO2引入空间中可以通过套筒902来执行。进一步如图11中所示,在一些这样的实施方式中,将外表面(OS)与套筒902之间的空间908密封包括在混凝土制品(P)上设置覆盖板904,覆盖板904至少在引入CO2的步骤期间可操作性地连接至套筒902,比方说例如通过以可枢转的方式连接至套筒902,或者如以上作为另一示例的实施方式中的任一实施方式中所描述的那样连接至套筒902。如图11所示,在一些这样的实施方式中,覆盖板904可以在覆盖板904中包括开口904’,并且开口904’在覆盖板904设置在混凝土制品(P)上时可以至少部分地与通向混凝土制品(P)的腔(C)中的开口(O)对准。
本文中描述的系统和方法可以用于生产至少满足在ASTM/ACI/CSA/NBC中所描述的最低标准要求的混凝土制品(P)。本文中描述的系统和方法可以用于这样的生产混凝土制品(P),混凝土制品(P)可以使用水硬性水泥、非水硬性水泥、矿渣、火山灰材料、粉煤灰、硅灰和氢氧化钙中的一者或它们的组合作为粘合剂来制造。以上描述仅是示例性的,并且本领域技术人员将认识到的是,在不脱离本技术的范围的情况下,可以对所描述的实施方式进行改变。例如,用于固化预制混凝土制品(P)的给定系统可以具有来自上述实施方式中的一个或更多个实施方式的至少一些特征的组合。通过查阅本公开,落在本技术的范围内的其他改型对于本领域技术人员而言将是明显的。

Claims (40)

1.一种固化混凝土制品的方法,所述混凝土制品在所述混凝土制品内具有腔和通向所述腔的开口,所述方法包括:
将所述混凝土制品定位在基部上;
使用覆盖板将所述开口密封;
将二氧化碳(CO2)气体引入所述腔中以执行所述混凝土制品的碳酸化;以及
响应于所述混凝土制品达到目标规格,将所述开口解除密封。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,将所述CO2气体引入所述腔包括在第一时间段内将所述腔加压至第一压力,随后在第二时间段内将所述腔内的压力增加至第二压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法,还包括将所述CO2气体通过所述覆盖板和/或所述混凝土制品引入。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法,其中,所述开口是所述混凝土制品的敞开顶端部和所述混凝土制品的敞开底端部中的一者,并且定位还包括将所述敞开顶端部和所述敞开底端部中的另一者放置到所述基部上,以便将所述敞开顶端部和所述敞开底端部中的所述另一者密封。
5.根据权利要求2所述的方法,还包括通过所述覆盖板平衡第一压力和第二压力,使得所述覆盖板在所述第一压力和所述第二压力的存在期间持续将开口密封。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法,还包括在定位所述混凝土制品之前对所述混凝土制品进行铸造和脱模,并且其中,定位所述混凝土制品的步骤和引入所述CO2气体的步骤在脱模步骤之后执行并且在时间上接近脱模步骤。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法,其中,定位所述混凝土制品的步骤和引入所述CO2的步骤在所述脱模步骤之后立即执行。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法,还包括在引入所述CO2的步骤之前,执行关于所述混凝土制品的凝固步骤、水合步骤和预处理步骤中的至少一者。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法,还包括在引入所述CO2气体的步骤完成后使所述混凝土制品进行水合。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法,还包括将所述腔加压至CO2气体的预定压力。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括改变所述CO2气体的预定压力。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法,还包括将所述开口密封成使得在所述混凝土制品的碳酸化期间允许所述CO2气体中的至少一些CO2气体从所述腔逸出。
13.根据权利要求6所述的方法,其中,使用零坍落度混凝土、湿混凝土、自密实混凝土、波特兰水泥和矿渣中的一者或组合来进行所述铸造。
14.根据权利要求6所述的方法,其中,以干法铸造和湿法铸造中的一者来执行所述铸造。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的方法,其中,引入所述CO2气体是通过以按质量计在5%与99.5%之间的CO2浓度引入包含CO2的气体来执行的。
16.一种用于固化预制混凝土制品的系统,所述预制混凝土制品中具有腔,所述腔具有敞开的底端部和顶端部,所述系统包括:
基部,所述基部定尺寸成在所述基部上接纳所述预制混凝土制品并覆盖所述腔的底端部;
覆盖板,所述覆盖板定尺寸成接纳在所述预制混凝土制品的顶部上并覆盖所述腔的所述顶端部;
二氧化碳(CO2)气体源;以及
CO2导管,所述CO2导管流体连接至CO2源并构造成流体连接至所述腔。
17.根据权利要求16所述的系统,还包括高度控制系统,所述高度控制系统连接在所述基部与所述覆盖板之间并且能够操作成使所述覆盖板在闭合位置与打开位置之间移动,在所述闭合位置中,所述覆盖板覆盖所述腔的所述顶端部。
18.根据权利要求16或17所述的系统,还包括连接在所述基部与所述覆盖板之间的框架,所述覆盖板铰接至所述框架以在所述闭合位置与所述打开位置之间移动,在所述闭合位置中,所述覆盖板覆盖所述腔的所述顶端部。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的系统,其中:
所述CO2导管经由所述覆盖板、所述预制混凝土制品的壁和所述基部中的一者或更多者而流体连接至所述腔;并且
所述CO2气体源构造成将所述腔加压到至少等于大气压力的至少两个不同的压力。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的系统,其中,流量控制阀设置成与所述CO2源流体流动连通,所述流量控制阀构造成对所述CO2气体被供应到所述腔中的流量和/或压力进行控制。
21.一种固化混凝土制品的方法,所述混凝土制品中具有腔,所述方法包括:
将所述腔密封;
通过将二氧化碳(CO2)气体引入经密封的所述腔中来执行所述混凝土制品的碳酸化;以及
响应于所述混凝土制品达到目标规格,将所述腔解除密封。
22.根据权利要求21所述的方法,还包括在密封所述腔之前将至少一个容器置于所述腔中,所述至少一个容器包含在所述至少一个容器中被加压的CO2气体,并且其中,将所述CO2气体引入所述腔中包括将所述CO2气体从所述至少一个容器释放到所述腔中。
23.根据权利要求21或22所述的方法,其中,将所述CO2气体引入所述腔中包括在第一时间段内将所述腔加压至第一压力,随后在第二时间段内将所述腔内的压力增加至第二压力。
24.根据权利要求22或23所述的方法,其中,所述至少一个容器包括内胎和外胎中的至少一者,并且将所述CO2气体引入所述腔中包括对与所述内胎和所述外胎中的至少一者流体连接的至少一个阀进行操作。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的方法,其中,密封所述腔还包括使用覆盖板,所述覆盖板为下述各者中的一者或更多者:所述覆盖板被配重成平衡所述CO2气体的压力、所述覆盖板被铰接至靠近所述混凝土制品设置的构件、以及所述覆盖板相对于所述构件被导引。
26.根据权利要求21至25中的任一项所述的方法,还包括在密封所述腔之前对所述混凝土制品进行浇铸和脱模,并且其中,引入所述CO2气体的步骤在脱模步骤之后执行并且在时间上接近脱模步骤。
27.根据权利要求26所述的方法,其中,引入所述CO2气体的步骤在所述脱模步骤之后立即执行。
28.根据权利要求21至27中的任一项所述的方法,还包括在引入所述CO2气体之前,执行关于所述混凝土制品的凝固步骤、水合步骤和预处理步骤中的至少一者。
29.根据权利要求21至28中的任一项所述的方法,还包括在完成引入所述CO2气体的步骤后使所述混凝土制品进行水合。
30.根据权利要求21至29中的任一项所述的方法,还包括将所述至少一个容器定尺寸成占据所述腔的容积的10%至98%。
31.一种固化混凝土制品的方法,所述方法包括:
将所述混凝土制品的外表面封围在具有至少部分地与所述混凝土制品的所述外表面一致的形状的套筒中,使得所述套筒靠近所述外表面设置、但与所述外表面间隔开,以在所述外表面与所述套筒之间限定出空间;
将所述外表面与所述套筒之间的所述空间密封;
将二氧化碳(CO2)气体引入所述外表面与所述套筒之间的所述空间中以执行所述混凝土制品的碳酸化,其中,所述CO2气体中的至少一些CO2气体沿向内的方向穿过所述制品的所述外表面;并且
响应于所述混凝土制品达到目标规格,将所述外表面与所述套筒之间的所述空间解除密封。
32.根据权利要求31所述的方法,其中,所述混凝土制品包括位于所述混凝土制品中的腔和通向所述腔的开口,并且对所述混凝土制品的所述外表面进行封围不包括将所述开口密封。
33.根据权利要求32所述的方法,其中,将所述混凝土制品的所述外表面封围使所述开口保留敞开。
34.根据权利要求31至33中的任一项所述的方法,其中,将所述CO2气体引入所述空间中是通过所述套筒执行的。
35.根据权利要求31至34中的任一项所述的方法,其中,将所述混凝土制品的所述外表面与所述套筒之间的所述空间密封包括将覆盖板设置在所述混凝土制品上,所述覆盖板至少在引入所述CO2气体的步骤期间通过下述各者中的一者或更多者而操作性地连接至所述套筒:被配重成平衡CO2的压力;铰接至所述套筒;以及相对于所述套筒被导引。
36.根据权利要求35所述的方法,其中,所述覆盖板中包括开口,该开口在所述覆盖板设置在所述混凝土制品上时至少部分地与通向所述混凝土制品的所述腔中的开口对准。
37.一种用于固化预制混凝土制品的系统,所述预制混凝土制品中具有腔,所述腔具有敞开的底端部和顶端部,所述系统包括:
基部,所述基部定尺寸成在所述基部上接纳所述预制混凝土制品并覆盖所述腔的所述底端部;
套筒,所述套筒定尺寸成将所述混凝土制品封围在所述套筒中,所述套筒具有设置在所述基部上并且相对于所述基部密封的底端部;
覆盖板,所述覆盖板定尺寸成接纳在所述预制混凝土制品的顶部上并且覆盖所述腔的顶端部,所述覆盖板操作性地连接至所述套筒,以将所述套筒与所述混凝土制品的外表面之间的空间密封并由此将所述空间密封;以及
二氧化碳气体(CO2)源,所述CO2气体源构造成流体连接至所述空间。
38.根据权利要求37所述的系统,其中,所述CO2气体源经由所述套管和所述覆盖板中的至少一者流体连接至所述空间。
39.根据权利要求37或38所述的系统,其中,所述覆盖板铰接至所述套筒,以能够在打开位置与闭合位置之间枢转,在所述打开位置中,所述混凝土制品能够被移入和移出所述套筒,在所述闭合位置中,所述覆盖板将所述混凝土制品与所述套筒之间的所述空间密封。
40.根据权利要求37至39中的任一项所述的系统,其中,所述CO2气体源构造成将所述腔加压到至少等于大气压力的至少两个不同压力。
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