EA040455B1 - COMPOSITE MATERIALS AND BINDING ELEMENTS PRODUCED BY CALCIUM SILICATE CARBONIZATION AND METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION - Google Patents

COMPOSITE MATERIALS AND BINDING ELEMENTS PRODUCED BY CALCIUM SILICATE CARBONIZATION AND METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION Download PDF

Info

Publication number
EA040455B1
EA040455B1 EA201791879 EA040455B1 EA 040455 B1 EA040455 B1 EA 040455B1 EA 201791879 EA201791879 EA 201791879 EA 040455 B1 EA040455 B1 EA 040455B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
phase
particles
silica
calcium silicate
shell
Prior art date
Application number
EA201791879
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вахит Атакан
Садананда Саху
Шон Куинн
Николас Декристофаро
Венсан МЕЙЕР
Седрик КОМПАРЕ
Гюнтер ВАЛЕНТА
Original Assignee
Солидиа Текнолоджиз, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Солидиа Текнолоджиз, Инк. filed Critical Солидиа Текнолоджиз, Инк.
Publication of EA040455B1 publication Critical patent/EA040455B1/en

Links

Description

Притязания на приоритет и родственные заявки на патентPriority claims and related patent applications

Эта заявка испрашивает приоритет предварительных заявок на патент США № 62/136201 и № 62/136208, которые обе были зарегистрированы 20 марта 2015 года, содержание каждой из которых включено в изобретение путем ссылки на них.This application claims the priority of U.S. Provisional Applications Nos. 62/136201 and 62/136208, both of which were filed on March 20, 2015, the contents of each of which are hereby incorporated by reference.

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

В целом, изобретение относится к композициям силиката кальция. Более конкретно, изобретение относится к композитным материалам, включающим новые связующие элементы, характеризующиеся уникальными микроструктурами и химическими составами, и к способам их получения и применения, например, в качестве компонентов различных бетонов в объектах инфраструктуры, сооружениях, дорожных покрытиях и ландшафтной архитектуре.In general, the invention relates to calcium silicate compositions. More specifically, the invention relates to composite materials incorporating novel binders characterized by unique microstructures and chemical compositions, and methods for their preparation and use, for example, as components of various concretes in infrastructure, structures, pavements and landscape architecture.

Уровень техникиState of the art

Бетон является самым потребляемым в мире искусственным материалом. Обычный бетон получают путем смешивания портландцемента, воды и заполнителей, таких как песок и щебень. Портландцемент представляет собой синтетический материал, полученный путем обжига смеси измельченного известняка и глины или материалов подобного состава во вращающейся обжиговой печи при температуре спекания 1450°C. Производство портландцемента является не только энергоемким процессом, но и процессом, при котором выбрасывается в атмосферу значительное количество газа (CO2), вызывающего парниковый эффект. На цементную промышленность приходится около 5% мировых антропогенных выбросов CO2. Более 60% количества этого CO2 образуется в результате химического разложения или кальцинирования известняка.Concrete is the world's most consumed man-made material. Conventional concrete is made by mixing Portland cement, water, and aggregates such as sand and gravel. Portland cement is a synthetic material obtained by firing a mixture of crushed limestone and clay or materials of similar composition in a rotary kiln at a sintering temperature of 1450°C. The production of Portland cement is not only an energy-intensive process, but also a process that releases a significant amount of gas (CO 2 ) into the atmosphere, causing a greenhouse effect. The cement industry accounts for about 5% of global anthropogenic CO2 emissions. More than 60% of this CO 2 comes from the chemical decomposition or calcination of limestone.

В настоящее время предпринимаются все более активные усилия по сокращению суммарного объема выбросов CO2 в цементной промышленности. Согласно предложению Международного энергетического агентства в цементной промышленности необходимо сократить выбросы CO2 в атмосферу с 2,0 Гт (гигатонн) в 2007 году до 1,55 Гт к 2050 году. Это является сложной задачей, поскольку за этот же период производство цемента, согласно прогнозам, должно вырасти с 2,6 до 4,4 Гт.Increasing efforts are being made to reduce the overall CO2 emissions of the cement industry. According to the proposal of the International Energy Agency in the cement industry, it is necessary to reduce CO2 emissions to the atmosphere from 2.0 Gt (gigatonnes) in 2007 to 1.55 Gt by 2050. This is challenging as cement production is projected to rise from 2.6 to 4.4 Gt over the same period.

Для решения этой сложной задачи недавно был разработан революционный метод производства цемента, который позволяет значительно уменьшить потребление энергии и выбросы CO2 для цементного завода. Уникальный цемент состоит из обладающих способностью к карбонизации композиций силиката кальция и изготавливается из широко доступного недорогого сырья, и он позволяет непрерывно и безопасно улавливать CO2, будучи при этом адаптируемым и легко приспосабливаемым к существующему оборудованию и технологическим требованиям, что дает возможность производителям традиционного цемента легко переходить на новый способ производства.To meet this challenge, a revolutionary cement production method has recently been developed that can significantly reduce the energy consumption and CO 2 emissions of a cement plant. The unique cement is composed of carbonizable calcium silicate compositions and is made from widely available low cost raw materials, and it allows continuous and safe CO 2 capture while being adaptable and easily adaptable to existing equipment and process requirements, enabling conventional cement producers to easily switch to a new way of production.

Для того чтобы повысить прочность сцепления и эффективность производства, а также уменьшить эксплуатационные затраты и выбросы углекислого газа в атмосферу, необходимо разработать новые связующие микроструктуры и композиционные материалы, которые соответствуют или превосходят физические и эксплуатационные характеристики существующих компонентов бетонных смесей.In order to improve bond strength and production efficiency, as well as reduce operating costs and carbon dioxide emissions to the atmosphere, it is necessary to develop new binder microstructures and composite materials that match or exceed the physical and performance characteristics of existing concrete mix components.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В изобретении предлагаются новые композиционные материалы и связующие элементы, характеризующиеся уникальными микроструктурами и химическими составами, и способы их получения и применения, например, в качестве различных компонентов бетона в объектах инфраструктуры, сооружениях, дорожных покрытиях и ландшафтной архитектуре. Раскрытые в изобретении композиционные материалы и связующие элементы получают путем карбонизации подходящих материалов из силикатов кальция (например, клинкера и цемента), которые могут быть получены из широкодоступного недорогого сырья с помощью процессов, подходящих для использования в крупномасштабном промышленном производстве. Способ по изобретению является легко приспосабливаемым к существующему оборудованию и технологическим условиям, и его можно легко применять на промышленных предприятиях, производящих традиционный портландцемент. Раскрытые в изобретении новые композиционные материалы и присутствующие в них связующие элементы могут быть использованы в различных бетонах, применяемых в сооружениях, дорожных покрытиях и ландшафтной архитектуре, а также в объектах инфраструктуры, при уменьшении потребности в оборудовании, снижении энергопотребления и более приемлемом выбросе в атмосферу углекислого газа.The invention proposes new composite materials and binders, characterized by unique microstructures and chemical compositions, and methods for their production and use, for example, as various components of concrete in infrastructure, structures, road surfaces and landscape architecture. Composite materials and binders disclosed in the invention are obtained by carbonizing suitable calcium silicate materials (eg clinker and cement) which can be obtained from widely available inexpensive raw materials using processes suitable for use in large scale industrial production. The process of the invention is highly adaptable to existing equipment and process conditions and can be readily applied to industrial plants producing conventional Portland cement. The new composite materials disclosed in the invention and the binders present therein can be used in various concretes used in structures, road surfaces and landscape architecture, as well as in infrastructure facilities, with a reduction in the need for equipment, a decrease in energy consumption and a more acceptable carbon dioxide emission into the atmosphere. gas.

В одном аспекте изобретение в целом относится к композитному материалу, получаемому карбонизацией силиката кальция с помощью CO2. Композитный материал включает множество связующих элементов одного или более типов (микроструктур). Эти типы связующих элементов включают связующий элемент, включающий ядро не прореагировавшей обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженое обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины который, полностью или частично заключенным в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазыIn one aspect, the invention relates generally to a composite material obtained by carbonizing calcium silicate with CO2. The composite material includes a plurality of connecting elements of one or more types (microstructures). These types of binders include a binder comprising a core of unreacted carbonizable calcium silicate phase wholly or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is wholly or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a silica core formed by carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, wholly or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is wholly or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; bonding element comprising a core of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a phase having the ability to carbonize

- 1 040455 силиката кальция, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий ядро не обладающей способностью к карбонизации фазы, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий многофазное ядро, состоящее из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий многофазное ядро, состоящее из не обладающей способностью к карбонизации фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра и корковый слой из диоксида кремния, заключенного в оболочку из частиц CaCO3; и связующий элемент, включающий пористые частицы без четко выраженного коркового слоя из диоксида кремния, заключенные в оболочку из частиц CaCO3. В совокупности множество связующих элементов образует сопряженную связующую матрицу, обеспечивающую прочность сцепления и фиксирующую композитный материал.- 1 040455 calcium silicate, fully or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a core of a non-carbonizable phase, completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binding element comprising a multi-phase core consisting of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a calcium silicate phase with the ability to carbonize, and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a multi-phase core consisting of a non-carbonizable phase and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binding element comprising particles of partially reacted calcium silicate without a clearly defined core and a crust layer of silicon dioxide enclosed in a shell of CaCO3 particles; and a bonding element comprising porous particles without a well-defined crust layer of silicon dioxide, enclosed in a shell of particles of CaCO 3 . Collectively, the plurality of bonding elements form a conjugated bonding matrix that provides bonding strength and fixation of the composite material.

В другом аспекте изобретение в целом относится к связующей матрице, включающей множество связующих элементов. Связующие элементы выбирают из связующего элемента, включающего ядро не прореагировавшей обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро не обладающей способностью к карбонизации фазы, полностью или частично заключенной в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из не обладающей способностью к карбонизации фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра, и корковый слой из диоксида кремния, заключенный в оболочку из частиц CaCO3; и связующего элемента, включающего пористые частицы без четко выраженного коркового слоя из диоксида кремния, заключенные в оболочку из частиц CaCO3.In another aspect, the invention relates generally to a bonding matrix comprising a plurality of bonding elements. The binders are selected from a binder comprising a core of unreacted carbonizable calcium silicate phase, wholly or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of varying thickness, wholly or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binder comprising a silica core resulting from the carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binder comprising a silica core resulting from carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a core of a non-carbonizable phase completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binding element comprising a multiphase core consisting of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a calcium silicate phase with the ability to carbonize, and partially reacted calcium silicate, where the multiphase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed into a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a multi-phase core consisting of a non-carbonizable phase and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binding element comprising particles of partially reacted calcium silicate without a distinct core, and a crust layer of silicon dioxide enclosed in a shell of particles of CaCO 3 ; and a binding element comprising porous particles without a clearly defined crust layer of silicon dioxide, enclosed in a shell of particles of CaCO 3 .

В еще одном аспекте изобретение в целом относится к способу получения композитного материала, включающего раскрытые связующие элементы.In yet another aspect, the invention relates generally to a method for producing a composite material comprising the disclosed tie elements.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Задачи и отличительные признаки изобретения могут быть лучше поняты при ссылке на описанные ниже чертежи и пункты формулы изобретения. Чертежи необязательно изображены при соблюдение соответствующего масштаба, в данном случае обычно преследуется цель проиллюстрировать принципы изобретения. Одинаковые цифры на чертежах используют для обозначения одинаковых частей на всех без исключения различных проекциях.The objects and features of the invention may be better understood with reference to the drawings and claims described below. The drawings are not necessarily drawn to scale, in which case it is generally intended to illustrate the principles of the invention. The same numbers in the drawings are used to designate the same parts in all, without exception, different projections.

На фиг. 1(a)-1(f) приведены схематические изображения примеров связующих элементов в соответствии с примерами вариантов осуществления настоящего изобретения.In FIG. 1(a)-1(f) are schematic representations of examples of connecting members according to exemplary embodiments of the present invention.

На фиг. 2(a)-2(f) приведены схематические изображения вида с боку и видов в разрезе композитных материалов в соответствии с примерами вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом на фиг. 2(a) изображены 1D ориентированные связующие элементы в форме волокон в разбавленной связующей матрице (связующие элементы не находятся в соприкосновении), на фиг. 2(b) изображены 2D ориентированные связующие элементы в пластинчатой форме в разбавленной связующей матрице (связующие элементы не находятся в соприкосновении), на фиг. 2(c) изображены 3D ориентированные связующие элементы в пластинчатой форме в разбавленной связующей матрице (связующие элементы не находятся в соприкосновении), на фиг. 2(d) изображены случайным образом ориентированные связующие элементы в пластинчатой форме в разбавленной связующей матрице (связующие элементы не находятся в соприкосновении), где композитные материалы включают связующую матрицу и компоненты наполнителей, таких как полимеры, металлы, неорганические частицы, заполнители и так далее, на фиг. 2(e) изображена концентрированная связующая матрица (с объемным содержанием, достаточным дляIn FIG. 2(a)-2(f) are schematic side and sectional views of composite materials according to exemplary embodiments of the present invention, wherein FIG. 2(a) shows 1D oriented fiber-shaped binders in a dilute binder matrix (the binders are not in contact), FIG. 2(b) shows 2D oriented bonding elements in plate form in a diluted bonding matrix (the bonding elements are not in contact), FIG. 2(c) shows 3D oriented bonding elements in plate form in a diluted bonding matrix (the bonding elements are not in contact), FIG. 2(d) depicts randomly oriented bonding elements in plate form in a dilute bonding matrix (bonding elements not in contact), where composite materials include a bonding matrix and filler components such as polymers, metals, inorganic particles, aggregates, and so on, in fig. 2(e) shows a concentrated binder matrix (with a volume content sufficient to

- 2 040455 формирования перколяционной сетчатой структуры) из связующих элементов, где матрица является 3D ориентированной, на фиг. 2(f) изображена концентрированная связующая матрица (с объемным содержанием, достаточным для формирования перколяционной сетчатой структуры) из ориентированных случайным образом связующих элементов, в которую могут быть введены компоненты наполнителей, таких как полимеры, металлы, неорганические частицы, заполнители и так далее.- 2 040455 formation of a percolation network structure) from connecting elements, where the matrix is 3D oriented, in FIG. 2(f) shows a concentrated binder matrix (of sufficient volume to form a percolation network) of randomly oriented binders into which filler components such as polymers, metals, inorganic particles, fillers, and so on can be incorporated.

На фиг. 3 приведена схема камеры отверждения композитного материала в атмосфере CO2, в которой обеспечивается увлажнение в соответствии с принципами изобретения.In FIG. 3 is a diagram of a CO 2 composite curing chamber in which humidification is provided in accordance with the principles of the invention.

На фиг. 4 приведена схема камеры отверждения с применением разнообразных методов регулирования влажности, а также со способностью регулировать и восполнять количество CO2, используя регулирование постоянства потока или регулирование давления, в которой можно регулировать температуру в соответствии с принципами изобретения.In FIG. 4 is a diagram of a curing chamber using a variety of humidity control methods, and with the ability to control and replenish CO2 using constant flow control or pressure control, in which temperature can be controlled in accordance with the principles of the invention.

На фиг. 5 приведено изображение в обратно-рассеянных электронах (BSE) прореагировавших частиц цемента. На изображении отображено с повышенной яркостью реакционноспособное ядро фазы частиц с корковым слоем из диоксида кремния различной толщины и заключенное в оболочку из CaCO3 (1). Также на изображении отображена фаза инертных частиц, полностью заключенная в оболочку из CaCO3 (2). Также на изображении отображено с повышенной яркостью многофазное ядро, состоящее из реакционноспособных фаз, и со средней степенью яркости аморфная фаза с корковым слоем из диоксида кремния и частиц CaCO3 (3).In FIG. 5 is a back-scattered electron (BSE) image of reacted cement particles. The image shows with increased brightness the reactive core of the phase of particles with a crust layer of silicon dioxide of various thicknesses and enclosed in a shell of CaCO 3 (1). The image also shows the phase of inert particles, completely enclosed in a shell of CaCO 3 (2). The image also shows with increased brightness a multiphase core consisting of reactive phases, and with an average degree of brightness an amorphous phase with a crust layer of silicon dioxide and CaCO 3 particles (3).

На фиг. 6 приведен микрофотоснимок композита в условных цветах, на котором обнаруживаются различные частицы экспериментального цемента 1. Видны однофазные и многофазные частицы с разнообразными составами.In FIG. Figure 6 shows a microphotograph of the composite in conditional colors, on which various particles of experimental cement 1 are found. One-phase and multi-phase particles with various compositions are visible.

На фиг. 7 приведен микрофотоснимок композита в условных цветах, на котором обнаруживаются различные частицы экспериментального цемента 1. Видны однофазные и многофазные частицы с разнообразными составами.In FIG. Figure 7 shows a microphotograph of the composite in conditional colors, on which various particles of experimental cement 1 are found. One-phase and multi-phase particles with various compositions are visible.

На фиг. 8 приведен микрофотоснимок композита в условных цветах, на котором обнаруживаются различные частицы экспериментального цемента 1. Видны однофазные и многофазные частицы с разнообразными составами.In FIG. Figure 8 shows a microphotograph of the composite in conditional colors, on which various particles of experimental cement 1 are found. One-phase and multi-phase particles with various compositions are visible.

На фиг. 9 приведено изображение в обратно-рассеянных электронах (BSE) прореагировавших частиц цемента. На изображении отображено с низкой яркостью обогащенное SiO2 ядро частицы, заключенное в оболочку из CaCO3 (1). Другая частица, отображаемая с высокой яркостью, представляет собой ядро реакционноспособной фазы, окруженное низкоконтрастным корковым слоем из SiO2 и полностью заключенное в оболочку из CaCO3 (2). Другая отображаемая частица представляет собой многофазное ядро, состоящее из перемешенных высококонтрастной реакционноспособной фазы и аморфной фазы, отображаемой со средней степенью контрастности. Ядро частицы окружено на некоторых поверхностях низкоконтрастным корковым слоем из SiO2 и частично заключено в оболочку из CaCO3 (3).In FIG. 9 is a back-scattered electron (BSE) image of reacted cement particles. The image shows at low brightness the SiO 2 enriched particle core enclosed in a CaCO 3 shell (1). The other particle, displayed at high brightness, is the core of the reactive phase, surrounded by a low contrast SiO 2 crust and completely enclosed by a CaCO 3 shell (2). Another displayed particle is a multi-phase core consisting of a mixed high-contrast reactive phase and an amorphous phase displayed with medium contrast. The core of the particle is surrounded on some surfaces by a low-contrast SiO 2 crust and partially encased in a CaCO 3 shell (3).

На фиг. 10 приведено изображение в обратно-рассеянных электронах (BSE) прореагировавших частиц цемента. На изображении отображено с высокой яркостью реакционноспособная частица, окруженная корковым слоем различной толщины из диоксида кремния (1). Частица заключена в оболочку из СаСО3, на которой виден корковый слой из диоксида кремния. Некоторые частицы с высокой контрастностью на изображении характеризуются толстым корковым слоем из диоксида кремния, что является доказательством интенсивного протекания реакции (2). Если реакция протекает до конца, то частицы отображаются в виде инертных ядер, заключенных в оболочку из CaCO3 (3). Отображена многофазная частица, состоящая из высококонтрастной реакционноспособной фазы и низкоконтрастной фазы SiO2 (4). Реакционноспособная часть частицы имеет корковый слой из диоксида кремния, и ядро частицы частично заключено в оболочку из CaCO3.In FIG. 10 is a back-scattered electron (BSE) image of reacted cement particles. The image shows at high brightness a reactive particle surrounded by a crust layer of various thicknesses of silicon dioxide (1). The particle is enclosed in a shell of CaCO 3 , on which a crust layer of silicon dioxide is visible. Some particles with high contrast in the image are characterized by a thick silica crust, which is evidence of the intensive reaction (2). If the reaction proceeds to the end, then the particles appear as inert nuclei enclosed in a shell of CaCO 3 (3). A multiphase particle is shown, consisting of a high contrast reactive phase and a low contrast SiO2 phase (4). The reactive part of the particle has a silica crust, and the core of the particle is partially enclosed in a shell of CaCO3.

На фиг. 11 приведено изображение в обратно-рассеянных электронах (BSE) плотной прореагировавшей цементной пасты. На изображении отображено несколько примеров структур ядро - оболочка, образующихся в результате реакции многофазных частиц цемента.In FIG. 11 is a back-scattered electron (BSE) image of a dense reacted cement paste. The image shows several examples of core-shell structures resulting from the reaction of multi-phase cement particles.

На фиг. 12 приведено изображение в обратно-рассеянных электронах (BSE) плотной прореагировавшей цементной пасты. На изображении отображена крупная многофазная частица с областями, обогащенными диоксидом кремния, что указывает на существование структуры реакционноспособная частица - частица с пустотами.In FIG. 12 is a back-scattered electron (BSE) image of a dense reacted cement paste. The image shows a large multiphase particle with areas enriched in silicon dioxide, which indicates the existence of a reactive particle structure - a particle with voids.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

В изобретении предлагаются новые композиционные материалы и связующие элементы, характеризующиеся уникальными микроструктурами, химическими составами и прочностью сцепления, а также способы их получения и применения, например, в качестве различных компонентов бетона в объектах инфраструктуры, сооружениях, дорожных покрытиях и ландшафтной архитектуре. Раскрытые в изобретении композиционные материалы и связующие элементы получают путем карбонизации подходящих материалов из силикатов кальция (например, клинкера и цемента на основе силиката кальция), которые могут быть получены из широкодоступного недорогого сырья с помощью процессов, подходящих для использования в крупномасштабном промышленном производстве. Способ по изобретению является легко приспосабливаемым к существующему оборудованию и технологическим условиям, и его можноThe invention proposes new composite materials and binders characterized by unique microstructures, chemical compositions and adhesive strength, as well as methods for their preparation and use, for example, as various components of concrete in infrastructure, structures, road surfaces and landscape architecture. Composite materials and binders disclosed in the invention are prepared by carbonizing suitable calcium silicate materials (e.g., clinker and calcium silicate cement), which can be obtained from widely available inexpensive raw materials using processes suitable for use in large-scale industrial production. The process of the invention is highly adaptable to existing equipment and process conditions and can be

- 3 040455 легко применять на промышленных предприятиях, производящих традиционный портландцемент.- 3 040455 is easy to use in industrial plants producing traditional Portland cement.

Композитные материалы могут быть получены со значительно меньшим расходом энергии и выбросами CO2 в атмосферу и могут быть использованы в различных областях применения бетона. Сырье включает материалы-предшественники, такие как частицы силиката кальция (например, измельченный волластонит), которые образуют связующие элементы. Применяется также жидкий компонент в качестве реакционной среды, включающий жидкую воду и/или водяной пар. Диоксид углерода (CO2) потребляется в качестве реакционноспособного соединения в процессе карбонизации, что приводит к фактическому секвестированию CO2. Для корректировки внешнего вида и механических свойств получаемого композитного материала могут быть использованы различные добавки.Composite materials can be produced with significantly lower energy consumption and CO2 emissions and can be used in a variety of concrete applications. The feedstock includes precursor materials such as calcium silicate particles (eg ground wollastonite) which form the binders. A liquid component is also used as the reaction medium, including liquid water and/or steam. Carbon dioxide (CO2) is consumed as a reactive compound in the carbonization process, resulting in the actual CO2 sequestration. Various additives can be used to adjust the appearance and mechanical properties of the resulting composite material.

Связующие элементы и композитные материалыBinders and Composite Materials

В одном аспекте изобретение в целом относится к композитному материалу, полученному карбонизацией силиката кальция с помощью CO2. Композитный материал включает множество связующих элементов с одним или более типами микроструктур, выбранных из: связующего элемента, включающего ядро из не прореагировавшей обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро не обладающей способностью к карбонизации фазы, полностью или частично заключенное в оболочку из CaCO3; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из не обладающей способностью к карбонизации фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра и корковый слой из диоксида кремния, заключенного в оболочку из частиц CaCO3; и связующего элемента, включающего пористые частицы без четко выраженного коркового слоя из диоксида кремния, заключенные в оболочку из частиц CaCO3. В совокупности множество связующих элементов образует сопряженную связующую матрицу, обеспечивающую прочность сцепления и фиксирующую композитный материал.In one aspect, the invention relates generally to a composite material obtained by carbonizing calcium silicate with CO2. The composite material includes a plurality of binder elements with one or more types of microstructures selected from: a binder element comprising a core of an unreacted carbonizable phase of calcium silicate, wholly or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of varying thickness, which is wholly or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a silica core resulting from the carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a silica core resulting from carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a core of a non-carbonizable phase, fully or partially enclosed in a shell of CaCO3; a binding element comprising a multiphase core consisting of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a calcium silicate phase with the ability to carbonize, and partially reacted calcium silicate, where the multiphase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed into a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a multi-phase core consisting of a non-carbonizable phase and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binding element comprising particles of partially reacted calcium silicate without a clearly defined core and a crust layer of silicon dioxide enclosed in a shell of CaCO3 particles; and a binding element, including porous particles without a clearly defined crust layer of silicon dioxide, enclosed in a shell of CaCO3 particles. Collectively, the plurality of bonding elements form a conjugated bonding matrix that provides bonding strength and fixation of the composite material.

В другом аспекте изобретение в целом относится к связующей матрице, включающей множество связующих элементов. Связующие элементы выбирают изсвязующего элемента, включающего ядро не прореагировавшей обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующий элемент, включающий ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего ядро не обладающей способностью к карбонизации фазы, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и частично прореагировавший силикат кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из не обладающей способностью к карбонизации фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3; связующего элемента, включающего частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра и корковый слой из диоксида кремния, заключенный в оболочку из частиц CaCO3; и связующего элемента, включающего пористые частицы без четко выраженного коркового слоя из диоксида кремния, заключенные в оболочку из частиц CaCO3.In another aspect, the invention relates generally to a bonding matrix comprising a plurality of bonding elements. The binders are selected from a binder comprising a core of unreacted carbonizable calcium silicate phase, wholly or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of varying thickness, wholly or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a silica core resulting from the carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binder comprising a silica core formed by carbonization of a carbonizable calcium silicate phase and wholly or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binder comprising a core of non-carbonizable phase, fully or partially enclosed in a shell of particles of CaCO 3 ; a binding element comprising a multi-phase core consisting of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a calcium silicate phase with the ability to carbonize, and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed into a shell of CaCO 3 particles; a binder comprising a multi-phase core consisting of a non-carbonizable phase and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; a binding element comprising particles of partially reacted calcium silicate without a clearly defined core and a crust layer of silicon dioxide enclosed in a shell of CaCO3 particles; and a binding element comprising porous particles without a clearly defined crust layer of silicon dioxide, enclosed in a shell of particles of CaCO 3 .

Обогащенный диоксидом кремния корковый слой обычно имеет различную толщину внутри свяThe silica-enriched cortical layer usually has varying thickness within the junction.

- 4 040455 зующего элемента и от одного связующего элемента к другому связующему элементу, обычно изменяясь в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм до приблизительно 50 мкм. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления обогащенный диоксидом кремния корковый слой имеет толщину в диапазоне от приблизительно 1 мкм до приблизительно 25 мкм. Используемый в изобретение термин обогащенный диоксидом кремния обычно относится к содержанию диоксида кремния, которое является значительным по отношению к другим компонентам материала, например к содержанию диоксида кремния, превышающему приблизительно 50% по объему. Остальная часть обогащенного диоксидом кремния коркового слоя состоит в основном из CaCO3, например, от 10% до приблизительно 50% по объему CaCO3. Обогащенный диоксидом кремния корковый слой может также включать инертные или непрореагировавшие частицы, например, от 10% до приблизительно 50% по объему мелилита. Обогащенный диоксидом кремния корковый слой обычно характеризуется переходом от состояния, при котором он состоит в основном из диоксида кремния, до состояния, при котором он состоит в основном из CaCO3. Диоксид кремния и CaCO3 могут присутствовать в форме смешанных или дискретных областей.- 4 040455 biting element and from one connecting element to another connecting element, usually varying in the range from about 0.01 microns to about 50 microns. In particular preferred embodiments, the silica-rich crust layer has a thickness in the range of from about 1 µm to about 25 µm. As used herein, the term enriched in silica generally refers to a silica content that is significant relative to other material components, such as silica content greater than about 50% by volume. The remainder of the silica-enriched crust consists primarily of CaCO 3 , eg 10% to about 50% CaCO 3 by volume. The silica-rich crust layer may also include inert or unreacted particles, for example, from 10% to about 50% by volume of melilite. The silica-rich crust layer is typically characterized by a transition from being primarily silica to being primarily CaCO 3 . Silica and CaCO 3 may be present in the form of mixed or discrete regions.

Используемый в изобретении термин обладающий способностью к карбонизации относится к материалу, который может взаимодействовать с CO2 в результате протекания реакции карбонизации при раскрытых в изобретении условиях. Материал является не обладающим способностью к карбонизации, если он не взаимодействует с CO2 в результате протекания реакции карбонизации при раскрытых в изобретении условиях. Термины реакционноспособная фаза и обладающая способностью к карбонизации фаза используются взаимозаменяемо для обозначения фазы материала, которая обладает способностью к карбонизации, как это определено в изобретении. Термины инертная фаза и не обладающая способностью к карбонизации фаза используются взаимозаменяемо для обозначения фазы материала, которая не обладает способностью к карбонизации, как это определено в изобретении. Примеры обладающих способностью к карбонизации фаз или реакционноспособных фаз включают CS (волластонит или псевдоволластонит, которые иногда изображают в виде формул CaSiO3 или CaO-SiO2), C3S2 (ранкинит, который иногда изображают в виде формул Ca3Si2O7 или 3CaO-2SiO2), C2S (белит, e-Ca2SiO4 или ларнит, Ca7Mg(SiO4)4 или бредигит, a-Ca2SiO4 или y-Ca2SiO4, которые иногда изображают в виде формул Ca2SiO4 или 2CaO-SiO2). Аморфные фазы могут также обладать способностью к карбонизации в зависимости от их состава. Примеры не обладающих способностью к карбонизации фаз или инертных фаз включают мелилит ((Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3O7]) и кристаллический диоксид кремния (SiO2).As used herein, the term "carbonizable" refers to a material that can react with CO 2 by undergoing a carbonization reaction under the conditions disclosed in the invention. A material is non-carbonizable if it does not react with CO 2 as a result of the carbonization reaction occurring under the conditions disclosed in the invention. The terms reactive phase and carbonizable phase are used interchangeably to refer to a material phase that is carbonizable as defined in the invention. The terms inert phase and non-carbonizable phase are used interchangeably to refer to a material phase that is not carbonizable as defined in the invention. Examples of carbonizable phases or reactive phases include CS (wollastonite or pseudowollastonite, sometimes represented as CaSiO 3 or CaO-SiO 2 ), C 3 S 2 (rankinite, sometimes represented as Ca 3 Si 2 O7 or 3CaO-2SiO2), C 2 S (belite, e-Ca 2 SiO 4 or larnite, Ca7Mg (SiO 4 ) 4 or bredigite, a-Ca 2 SiO 4 or y-Ca 2 SiO 4 , which are sometimes depicted as formulas Ca 2 SiO 4 or 2CaO-SiO 2 ). Amorphous phases may also be carbonizable depending on their composition. Examples of non-carbonizable phases or inert phases include melilite ((Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Al, Si) 3 O7]) and crystalline silica (SiO 2 ).

Обогащенный диоксидом кремния корковый слой также характеризуется различными содержаниями диоксида кремния от одного связующего элемента к другому связующему элементу, обычно изменяясь в диапазоне от приблизительно 50% до приблизительно 90% по объему (например, от приблизительно 60% до приблизительно 80%). В конкретных вариантах осуществления обогащенный диоксидом кремния корковый слой обычно характеризуется содержанием диоксида кремния, изменяющимся в диапазоне от 50% до приблизительно 90% по объему, и содержанием CaCO3, изменяющимся в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 50% по объему. В конкретных вариантах осуществления обогащенный диоксидом кремния корковый слой характеризуется содержанием диоксида кремния, изменяющимся в диапазоне от приблизительно 70% до приблизительно 90% по объему, и содержанием CaCO3, изменяющимся в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 30% по объему. В конкретных вариантах осуществления обогащенный диоксидом кремния корковый слой характеризуется содержанием диоксида кремния, изменяющимся в диапазоне от приблизительно 50% до приблизительно 70% по объему, и содержанием CaCO3, изменяющимся в диапазоне от приблизительно 30% до приблизительно 50% по объему.The silica-rich crust layer also has different silica contents from one binder to another binder, typically ranging from about 50% to about 90% by volume (eg, from about 60% to about 80%). In particular embodiments, the silica-enriched crust typically has a silica content ranging from 50% to about 90% by volume and a CaCO 3 content ranging from about 10% to about 50% by volume. In particular embodiments, the silica-enriched crust has a silica content ranging from about 70% to about 90% by volume and a CaCO 3 content ranging from about 10% to about 30% by volume. In specific embodiments, the silica-enriched crust has a silica content ranging from about 50% to about 70% by volume and a CaCO 3 content ranging from about 30% to about 50% by volume.

Обогащенный диоксидом кремния корковый слой может окружать ядро с той или иной степенью охвата в каком угодно месте от приблизительно 1% до приблизительно 99% (например, от приблизительно 10% до приблизительно 90%). В конкретных вариантах осуществления обогащенный диоксидом кремния корковый слой окружает ядро со степенью охвата менее чем приблизительно 10%. В конкретных вариантах осуществления обогащенный диоксидом кремния корковый слой различной толщины окружает ядро со степенью охвата более чем приблизительно 90%.The silica-enriched cortex may surround the nucleus with varying degrees of coverage anywhere from about 1% to about 99% (eg, from about 10% to about 90%). In particular embodiments, a silica-enriched cortex surrounds the core with a coverage rate of less than about 10%. In specific embodiments, a silica-enriched crust layer of various thicknesses surrounds the core with a coverage rate of greater than about 90%.

Множество связующих элементов могут иметь любой подходящий средний размер частиц и любое подходящее распределение частиц по размерам, в зависимости от требуемых свойств и эксплуатационных характеристик композитного продукта. В конкретных вариантах осуществления, например, множество связующих элементов имеет средний размер частиц в диапазоне от приблизительно 1 мкм до приблизительно 100 мкм (например, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 80 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 60 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 40 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 30 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 20 мкм, от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 90 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 80 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 70 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 60 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 40 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 80 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблиThe plurality of binders may have any suitable average particle size and any suitable particle size distribution, depending on the desired properties and performance of the composite product. In specific embodiments, for example, the plurality of binders have an average particle size ranging from about 1 µm to about 100 µm (e.g., from about 1 µm to about 80 µm, from about 1 µm to about 60 µm, from about 1 µm to about 50 µm, from about 1 µm to about 40 µm, from about 1 µm to about 30 µm, from about 1 µm to about 20 µm, from about 1 µm to about 10 µm, from about 5 µm to about 90 µm, from about 5 µm to about 80 µm, about 5 µm to about 70 µm, about 5 µm to about 60 µm, about 5 µm to about 50 µm, about 5 µm to about 40 µm, about 10 µm to about 80 µm, approx. 10 µm to approx.

- 5 040455 зительно 70 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 60 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 40 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 30 мкм, от приблизительно 10 мкм до приблизительно 20 мкм).- 5 040455 positively 70 µm, from about 10 µm to about 60 µm, from about 10 µm to about 50 µm, from about 10 µm to about 40 µm, from about 10 µm to about 30 µm, from about 10 µm to about 20 µm).

Частицы цемента с конкретными микроструктурами могут в большей степени подходить для образования раскрытой в изобретении связующей матрицы. Обычно частицы цемента могут быть подразделены на две группы: однофазные частицы и многофазные частицы.Cement particles with specific microstructures may be more suitable for the formation of the bonding matrix disclosed in the invention. Generally, cement particles can be classified into two groups: single-phase particles and multi-phase particles.

Однофазные частицы могут существовать в различных формах, включающих: (i) реакционноспособный (обладающий способностью к карбонизации) волластонит (CaSiO3), ранкинит (Ca3Si2O7) и C2S (Ca2SiO4); (ii) частично реакционноспособные фазы различных составов; и (iii) инертные (не обладающие способностью к карбонизации) фазы, такие как мелилит ((Ca, Na, K)2 [(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3О7]) и кристаллический диоксид кремния (SiO2).Single-phase particles can exist in various forms, including: (i) reactive (having the ability to carbonize) wollastonite (CaSiO 3 ), rankinite (Ca 3 Si 2 O 7 ) and C 2 S (Ca 2 SiO 4 ); (ii) partially reactive phases of various compositions; and (iii) inert (not carbonizable) phases such as melilite ((Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Al, Si) 3 O 7 ]) and crystalline dioxide silicon (SiO2).

Многофазные частицы могут существовать в различных формах, включающих:Multiphase particles can exist in various forms, including:

(i) реакционноспособную реакционноспособную форму, то есть комбинацию двух или более реакционноспособных фаз (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3);(i) a reactive reactive form, ie a combination of two or more reactive phases (eg CaSiO 3 , Ca 3 Si 2 O 7 , Ca 2 SiO 3 );

(ii) реакционноспособную - инертную форму, то есть комбинацию по меньшей мере одной реакционноспособной фазы (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) и по меньшей мере одной инертной фазы (например, (Са, Na, K)2 [(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3O7], SiO2);(ii) reactive - inert form, i.e. a combination of at least one reactive phase (eg CaSiO 3 , Ca 3 Si 2 O 7 , Ca 2 SiO 3 ) and at least one inert phase (eg (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Al, Si) 3 O 7 ], SiO 2 );

(iii) инертную - инертную форму, то есть комбинацию двух или более инертных фаз (например, (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, SihOd, SiO2);(iii) inert - inert form, ie a combination of two or more inert phases (eg, (Ca, Na, K)2[(Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Al, SihOd, SiO2);

(iv) реакционноспособную - частично реакционноспособную форму, то есть комбинацию по меньшей мере одной реакционноспособной фазы (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) с частично реакционноспособной аморфной фазой;(iv) reactive - partially reactive form, ie a combination of at least one reactive phase (eg CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) with a partially reactive amorphous phase;

(v) инертную - частично реакционноспособную форму, то есть комбинацию по меньшей мере одной инертной фазы (например, (Ca, Na, K)2 [(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3O7], SiO2) с частично реакционноспособной аморфной фазой;(v) an inert - partially reactive form, i.e. a combination of at least one inert phase (eg (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Al, Si) 3 O 7 ], SiO 2 ) with a partially reactive amorphous phase;

(vi) реакционноспособную - незначительно реакционноспособную - инертную форму, то есть комбинацию по меньшей мере одной реакционноспособной фазы (например, CaSiO3, Ca3Si2O7, Ca2SiO3) по меньшей мере с одной инертной фазой (например, (Ca, Na, K)2 [(Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Si)3O7], SiO2) и частично реакционноспособной аморфной фазой; и (vii) форму содержащих пустоты частиц, где частица из одной из указанных выше категорий не обладает максимальной плотностью и имеет внутренние или поверхностные соединенные друг с другом пустоты.(vi) a reactive - slightly reactive - inert form, i.e. a combination of at least one reactive phase (eg CaSiO 3 , Ca 3 Si 2 O 7 , Ca 2 SiO 3 ) with at least one inert phase (eg (Ca , Na, K) 2 [(Mg, Fe 2+ , Fe 3+ , Al, Si) 3 O 7 ], SiO 2 ) and a partially reactive amorphous phase; and (vii) the shape of the void-containing particles, where a particle from one of the above categories does not have a maximum density and has internal or surface interconnected voids.

На фиг. 1(a)-1(f) приведены схематические изображения примеров связующих элементов в соответствии с примерами вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1(а) изображены однофазная реакционноспособная частица (1) и различные примеры связующих элементов, которые могут быть из нее получены. На изображении (5), например, показана микроструктура, в которой образование оболочки из CaCO3 происходит только рядом с корковым слоем из диоксида кремния, образовавшимся в результате реакции силиката кальция). На фиг. 1(b) изображены однофазная инертная частица (1) и различные примеры связующих элементов, которые могут быть из нее получены. На фиг. 1(c) изображены двухфазная реакционноспособная частица (1) и различные примеры связующих элементов, которые могут быть из нее получены. На фиг. 1(d) изображены двухфазная инертная частица (1) и различные примеры связующих элементов, которые могут быть из нее получены. На фиг. 1(e) изображены многофазные реакционноспособные частицы (1) (a), (1) (b), (1) (c) и так далее и различные примеры связующих элементов, которые могут быть получены из многофазной реакционноспособной частицы (2). На фиг. 1(f) изображены однофазная реакционноспособная частица с пустотами и примеры связующих элементов, которые могут быть получены. Следует отметить, что эти связующие элементы приводятся в качестве примеров и изображены с целью иллюстрации и эти изображения не отражают реальных или относительных форм частиц или их размеров.In FIG. 1(a)-1(f) are schematic representations of examples of connecting members according to exemplary embodiments of the present invention. In FIG. 1(a) shows a single-phase reactive particle (1) and various examples of binders that can be obtained from it. Image (5), for example, shows a microstructure in which the formation of a CaCO3 shell occurs only next to the silica crust formed as a result of the reaction of calcium silicate). In FIG. 1(b) shows a single-phase inert particle (1) and various examples of binders that can be obtained from it. In FIG. 1(c) shows a two-phase reactive particle (1) and various examples of binders that can be obtained from it. In FIG. 1(d) shows a two-phase inert particle (1) and various examples of binders that can be obtained from it. In FIG. 1(e) shows multi-phase reactive particles (1) (a), (1) (b), (1) (c) and so on, and various examples of binders that can be obtained from multi-phase reactive particles (2). In FIG. 1(f) shows a single-phase reactive particle with voids and examples of binders that can be obtained. It should be noted that these connecting elements are given as examples and are shown for the purpose of illustration and these images do not reflect the actual or relative shapes of the particles or their sizes.

Связующий элемент может характеризоваться любым размером и любой регулярной или нерегулярной, твердой или полой структурой, которые могут достигаться, в любом случае, за счет выбора сырья и технологического процесса с учетом предполагаемого применения. Примеры структур включают кубы, кубоиды, призмы, диски, пирамиды, полиэдры или многогранные частицы, цилиндры, шарики, конусы, кольца, трубки, серповидные частицы, иглы, волокна, нити, хлопья, сферы, почти сфероидальные частицы, гранулы, гроздья, зерна, частицы продолговатой формы, стержни, чешуйки и так далее.The bonding element can be of any size and any regular or irregular, solid or hollow structure, which can be achieved, in any case, by the choice of raw materials and the technological process, taking into account the intended application. Examples of structures include cubes, cuboids, prisms, disks, pyramids, polyhedra or polyhedral particles, cylinders, balls, cones, rings, tubes, sickle particles, needles, fibers, filaments, flakes, spheres, almost spheroidal particles, granules, clusters, grains. , oblong-shaped particles, rods, flakes and so on.

В конкретных вариантах осуществления связующий элемент или связующая матрица может иметь одну или более пустот. Пустоты могут присутствовать в однофазных или многофазных ядрах или в связующих элементах без четко выраженных ядер. Пустоты могут присутствовать в реакционноспособных фазах или в инертных фазах. Пустоты могут присутствовать в образующейся оболочке из CaCO3. Таким образом, пустоты могут присутствовать внутри связующего элемента или расположены в пространстве между связующими элементами. Пустоты могут быть внутренними или поверхностными, изолированными или сообщающимися пустотами.In particular embodiments, the bonding element or bonding matrix may have one or more voids. Voids may be present in single-phase or multi-phase cores, or in bonding elements without well-defined cores. Voids may be present in reactive phases or in inert phases. Voids may be present in the resulting CaCO 3 shell. Thus, voids may be present within the bonding element or located in the space between the bonding elements. Voids may be internal or surface, isolated or communicating voids.

Внутри связующей матрицы, связующие элементы могут быть расположены относительно другWithin the bonding matrix, the bonding elements can be positioned relative to each other.

- 6 040455 друга в любой одной из целого ряда ориентации. На фиг. 2(a)-2(f) приведено схематическое изображение примера связующей матрицы, которая включает связующие элементы в форме волокон или пластин в различных ориентациях, по возможности разбавленных путем введения материала заполнителя, изображенного в пространстве между связующими элементами. На фиг. 2(a), например, изображена связующая матрица, которая включает связующие элементы в форме волокон, расположенных в однонаправленной (1-D) ориентации (например, расположенных в направлении оси х). На фиг. 2(b) изображена связующая матрица, которая включает связующие элементы в форме пластинок, расположенных в двунаправленной (2-D) ориентации (например, расположенных в направлении оси х и оси у). На фиг. 2(c) изображена связующая матрица, которая включает связующие элементы в форме пластинок, расположенных в трехнаправленной (3-D) ориентации (например, расположенных в направлении осей х, у и z). На фиг. 2(d) изображена связующая матрица, которая включает связующие элементы в форме пластинок, расположенных в разупорядоченной ориентации, при которой связующие элементы не располагаются в каком-либо конкретном направлении. На фиг. 2(e) изображена связующая матрица, которая включает относительно высокую концентрацию связующих элементов в форме пластинок, которые расположены в 3-D ориентации. На фиг. 2(f) изображена связующая матрица, которая включает относительно низкую концентрацию связующих элементов в форме пластинок, которые имеют разупорядоченную ориентацию (перколяционную сетчатую структуру). Композитный материал, изображенный на фиг. 2(f), достигает порога перколяции вследствие того, что большая часть связующих элементов соприкасается друг с другом, в результате чего образуются непрерывная сетчатая структура контактов из одного конца материала до другого конца материала. Порог перколяции представляет собой критическую концентрацию, выше которой связующие элементы начинают проявлять способность образовывать связи на большом расстоянии или при упорядоченной ориентации, например, как на фиг. 2(e), или при разупорядоченной ориентации, например, как на фиг. 2(f), связующих элементов. Примеры типов образования связей можно найти, например, в публикации Newnham, et al., Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites, Mat. Res. Bull. Vol. 13, pp. 525-536, 1978.- 6 040455 friend in any one of a variety of orientations. In FIG. 2(a)-2(f) is a schematic representation of an example of a bonding matrix that includes bonding elements in the form of fibers or plates in various orientations, diluted as much as possible by introducing the filler material shown in the space between the bonding elements. In FIG. 2(a), for example, shows a bonding matrix that includes bonding elements in the form of fibers arranged in a unidirectional (1-D) orientation (eg, located in the x-direction). In FIG. 2(b) shows a bonding matrix that includes flake-shaped bonding elements arranged in a bi-directional (2-D) orientation (eg, located in the x-axis and y-axis direction). In FIG. 2(c) depicts a bonding matrix that includes flake-shaped bonding elements arranged in a tri-directional (3-D) orientation (eg, located in the x, y, and z direction). In FIG. 2(d) shows a bonding matrix that includes platelet-shaped bonding elements arranged in a random orientation in which the bonding elements are not arranged in any particular direction. In FIG. 2(e) depicts a bonding matrix that includes a relatively high concentration of platelet-shaped binders that are arranged in a 3-D orientation. In FIG. 2(f) shows a binder matrix that includes a relatively low concentration of platelet-shaped binders that have a disordered orientation (percolation network structure). The composite material shown in Fig. 2(f) reaches the percolation threshold due to the fact that most of the connecting elements are in contact with each other, resulting in a continuous network of contacts from one end of the material to the other end of the material. The percolation threshold is the critical concentration above which the binder elements begin to exhibit the ability to form bonds over long distances or in an ordered orientation, such as in FIG. 2(e), or in disordered orientation, such as in FIG. 2(f), connecting elements. Examples of bonding types can be found, for example, in Newnham, et al., Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites, Mat. Res. Bull. Vol. 13, pp. 525-536, 1978.

Связующая матрица может также включать множество крупных или мелких частиц заполнителя, который может представлять собой любой подходящий материал, имеющий любой подходящий размер частиц и любое подходящее распределение частиц по размерам. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, например, частицы заполнителя получают из материала с высоким содержанием карбоната кальция, такого как известняк (например, известковая мука). В некоторых материалах частицы заполнителя получают из одного или более материалов на основе SiO2 или силиката, таких как кварц, слюда, гранит и полевой шпат (например, измельченный кварц, измельченный слюда, измельченный гранит, измельченный полевой шпат).The binder matrix may also include a plurality of coarse or fine aggregate particles, which may be any suitable material having any suitable particle size and any suitable particle size distribution. In particular preferred embodiments, for example, the aggregate particles are made from a material with a high content of calcium carbonate, such as limestone (eg, lime powder). In some materials, the aggregate particles are made from one or more SiO 2 or silicate based materials such as quartz, mica, granite, and feldspar (eg, ground quartz, ground mica, ground granite, ground feldspar).

В конкретных вариантах осуществления частицы заполнителя могут включать природные, синтетические и регенерированные материалы, такие как стекло, стекло вторичной обработки, угольный шлак, зольная пыль, материал с высоким содержанием карбоната кальция и материал с высоким содержанием карбоната магния.In specific embodiments, the aggregate particles may include natural, synthetic, and reclaimed materials such as glass, recycled glass, coal slag, fly ash, high calcium carbonate material, and high magnesium carbonate material.

В конкретных вариантах осуществления множество частиц заполнителя имеют средний размер частиц в диапазоне от приблизительно 5 мкм до приблизительно 7 мм (например, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 5 мм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 4 мм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 3 мм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 2 мм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 1 мм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 500 мкм, от приблизительно 5 мкм до приблизительно 300 мкм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 5 мм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 4 мм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 3 мм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 2 мм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 1 мм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 500 мкм, от приблизительно 20 мкм до приблизительно 300 мкм, от приблизительно 100 мкм до приблизительно 5 мм, от приблизительно 100 мкм до приблизительно 4 мм, от приблизительно 100 мкм до приблизительно 3 мм, от приблизительно 100 мкм до приблизительно 2 мм, от приблизительно 100 мкм до приблизительно 1 мм).In particular embodiments, the plurality of aggregate particles have an average particle size in the range of about 5 µm to about 7 mm (e.g., about 5 µm to about 5 mm, about 5 µm to about 4 mm, about 5 µm to about 3 mm , from about 5 µm to about 2 mm, from about 5 µm to about 1 mm, from about 5 µm to about 500 µm, from about 5 µm to about 300 µm, from about 20 µm to about 5 mm, from about 20 µm up to about 4 mm, from about 20 µm to about 3 mm, from about 20 µm to about 2 mm, from about 20 µm to about 1 mm, from about 20 µm to about 500 µm, from about 20 µm to about 300 µm, about 100 µm to about 5 mm, about 100 µm to about 4 mm, about 100 µm to about 3 mm, from about 100 µm to about 2 mm, from about 100 µm to about 1 mm).

Массовое отношение связующих элементов к частицам заполнителя может быть любым отношением, зависящим от предполагаемого применения продукта из композитного материала. Например, массовое отношение связующих элементов к частицам заполнителя может находится в диапазоне приблизительно (50-99): приблизительно (1-50), например, приблизительно (60-99): приблизительно (1-40), приблизительно (80-99): приблизительно (1-20), приблизительно (90-99): приблизительно (1-10), приблизительно (50-90): приблизительно (10-50), приблизительно (50-70): приблизительно (30-50). В конкретных вариантах осуществления, в зависимости от области применения, массовое отношение связующих элементов к частицам заполнителя может находится в диапазоне приблизительно (10-50): приблизительно (50-90), например, приблизительно (30-50): приблизительно (50-70), приблизительно (40-50): приблизительно (50-60).The weight ratio of binders to aggregate particles can be any ratio depending on the intended use of the composite material product. For example, the weight ratio of binders to aggregate particles may be in the range of about (50-99): about (1-50), for example, about (60-99): about (1-40), about (80-99): approximately (1-20), approximately (90-99): approximately (1-10), approximately (50-90): approximately (10-50), approximately (50-70): approximately (30-50). In specific embodiments, depending on the application, the weight ratio of binders to aggregate particles may be in the range of about (10-50): about (50-90), for example, about (30-50): about (50-70 ), approximately (40-50): approximately (50-60).

В зависимости от материалов и условий, используемых для получения композитного материала, один или более типов связующих элементов могут быть более предпочтительными по сравнению с другими типами связующих элементов в связующей матрице композитного материала. Например, технолоDepending on the materials and conditions used to form the composite, one or more types of binders may be preferred over other types of binders in the binder matrix of the composite. For example, techno

- 7 040455 гический процесс производства клинкера или цемента и используемое в нем сырье позволяют получать клинкерные или цементные микроструктуры, которые оказывают влияние на карбонизацию и получаемый композитный материал. Кроме того, измельчение клинкера может также влиять на размер частиц и распределение частиц по размерам и общую микроскопическую морфологию цемента, что может в свою очередь воздействовать на микроструктуры связующих элементов внутри композитного материала после карбонизации.- 7 040455 The logical process for the production of clinker or cement and the raw materials used in it make it possible to obtain clinker or cement microstructures that affect carbonization and the resulting composite material. In addition, the grinding of clinker can also affect the particle size and particle size distribution and the overall microscopic morphology of the cement, which can in turn affect the microstructures of the binders within the composite material after carbonization.

Дополнительным фактором, который оказывает влияние на образование связующей матрицы, является характеристика реакционной способности цемента, подвергаемого карбонизации. Например, цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 10% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 20% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 30% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 40% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 50% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 60% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 70% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления например, цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 80% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 90% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления цемент может характеризоваться суммарной площадью поверхности частиц, по меньшей мере 95% которой покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой. В конкретных вариантах осуществления порошковый материал характеризуется суммарной площадью поверхности частиц, которая практически полностью покрыта обладающей способностью к карбонизации фазой.An additional factor that influences the formation of a binder matrix is the characteristic of the reactivity of the cement subjected to carbonization. For example, a cement may have a total particle surface area of at least 10% covered by a carbonizable phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 20% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 30% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 40% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 50% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 60% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 70% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In particular embodiments, for example, the cement may have a total particle surface area of at least 80% covered by the carbonizable phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 90% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the cement may be characterized by a total surface area of the particles, at least 95% of which is covered with the ability to carbonize the phase. In specific embodiments, the implementation of the powder material is characterized by a total surface area of the particles, which is almost completely covered with the ability to carbonize the phase.

Используемый в изобретении термин силикат кальция или композиция силиката кальция обычно относится к природным минералам или синтетическим материалам, которые состоят из одной или более групп фаз силиката кальция, включающих CS (волластонит или псевдоволластонит, которые иногда изображают формулами CaSiO3 или CaO-SiO2), C3S2 (ранкинит, который иногда изображают формулами Ca3Si2O7 или 3CaO-2SiO2), C2S (белит, e-Ca2SiO4 или ларнит, Ca7Mg(SiO4)4 или бредигит, a-Ca2SiO4 или y-Ca2SiO4, который иногда изображают формулами Ca2SiO4 или 2CaO-SiO2), аморфную фазу на основе силиката кальция, при этом каждый из этих материалов может включать один или более других ионов металлов и оксидов (например, оксидов алюминия, магния, железа или марганца) или их смеси, или может включать количество силиката магния в природной или синтетической форме (формах) в диапазоне от следовых количеств (1%) до приблизительно 50% или более по массе.As used herein, the term calcium silicate or calcium silicate composition generally refers to natural minerals or synthetic materials that are composed of one or more calcium silicate phase groups comprising CS (wollastonite or pseudowollastonite, which is sometimes represented by the formulas CaSiO 3 or CaO-SiO 2 ), C 3 S 2 (rankinite, which is sometimes represented by the formulas Ca 3 Si 2 O 7 or 3CaO-2SiO2), C 2 S (belite, e-Ca 2 SiO 4 or larnite, Ca 7 Mg (SiO 4 ) 4 or bredigite, a -Ca 2 SiO 4 or y-Ca 2 SiO 4 , which is sometimes represented by the formulas Ca 2 SiO 4 or 2CaO-SiO 2 ), an amorphous phase based on calcium silicate, each of these materials may include one or more other metal ions and oxides (eg oxides of aluminum, magnesium, iron or manganese) or mixtures thereof, or may include an amount of magnesium silicate in natural or synthetic form(s) ranging from trace amounts (1%) to about 50% or more by weight.

Регулирование процесса карбонизация и процесса отвержденияRegulation of the carbonization process and the curing process

В этом изобретении дополнительно предлагаются способы получения новых композитных материалов, которые отверждают преимущественно за счет реакции с CO2. Помимо CO2, еще одним реагентом, используемым в процессе, является вода. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения CO2 используют в качестве реагирующего соединения, что приводит к секвестированию CO2 и образованию связующих элементов в получаемых композитных материалах. Карбонизация, например, может быть проведена с использованием CO2 и воды методом регулируемого гидротермического жидкофазного спекания (HLPS) для достижения прочности сцепления, которая позволяет удерживать вместе различные компоненты композитного материала. Обсуждение различных параметров осуществления метода HLPS можно найти в патентных документах U.S. Patent № 8114367, U.S. Pub. № US 2009/0143211 (Appl. Serial № 12/271566), U.S. Pub. № US 2011/0104469 (Appl. Serial № 12/984299), U.S. Pub. № 2009/0142578 (Appl. Serial № 12/271513), U.S. Pub. № 2013/0122267 (Appl. Serial № 13/411218), U.S. Pub. № 2012/0312194 (Appl. Serial № 13/491098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), U.S. Provisional Patent Application № 61/708423 filed October 1, 2012 и U.S. Patent Application Nos. 14/045,758, 14/045519, 14/045766, 14045540, all filed October 3, 2013, U.S. Patent Application Nos. 14/207413, 14/207421, filed March 12, 2014, U.S. Patent Application Nos. 14/207920, 14/209238, filed March 13, 2014, U.S. Patent Application № 14/295601, 14/295402, filed June 4, 2014, содержание каждого из этих документов во всех отношениях включено в настоящее изобретение путем ссылки на них.This invention further provides methods for making novel composite materials that cure predominantly by reaction with CO2. In addition to CO2, another reagent used in the process is water. In preferred embodiments of the invention, CO 2 is used as a reacting compound, which results in CO 2 sequestration and the formation of binders in the resulting composite materials. Carbonization, for example, can be carried out using CO 2 and water in controlled hydrothermal liquid phase sintering (HLPS) to achieve an adhesive strength that allows the various components of the composite material to be held together. A discussion of the various parameters for implementing the HLPS method can be found in US Patent No. 8114367, US Pub. No. US 2009/0143211 (Appl. Serial No. 12/271566), US Pub. No. US 2011/0104469 (Appl. Serial No. 12/984299), US Pub. No. 2009/0142578 (Appl. Serial No. 12/271513), US Pub. No. 2013/0122267 (Appl. Serial No. 13/411218), US Pub. No. 2012/0312194 (Appl. Serial No. 13/491098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), US Provisional Patent Application No. 61/708423 filed October 1, 2012 and US Patent Application Nos. 14/045,758, 14/045519, 14/045766, 14045540, all filed October 3, 2013, US Patent Application Nos. 14/207413, 14/207421, filed March 12, 2014, US Patent Application Nos. 14/207920, 14/209238, filed March 13, 2014, US Patent Application No. 14/295601, 14/295402, filed June 4, 2014, the contents of each of these documents are hereby incorporated by reference in all respects.

Предполагается, что при карбонизации силиката кальция протекают следующие реакции.It is assumed that the following reactions occur during the carbonization of calcium silicate.

- 8 040455- 8 040455

CaSiO3 (т)+СО2 (г) СаСО3 (t)+S1O2 (т) (1)CaSiO 3 (t) + CO 2 (g) CaCO 3 (t) + S1O 2 (t) (1)

Ca3Si2O7 (т)+ЗСО2 (г) ЗСаСО3 (t)+2S1O2 (т) (2)Ca 3 Si 2 O 7 (t) + 3CO 2 (g) 3CaCO 3 (t) + 2S1O 2 (t) (2)

Ca2SiO4 (т)+2СО2 (г) 2СаСО3 (t)+S1O2 (т) (3)Ca 2 SiO 4 (t) + 2CO 2 (g) 2CaCO 3 (t) + S1O 2 (t) (3)

Обычно, CO2 вводят в форме газа, который растворен в инфильтрационной жидкости, такой как вода. Растворение CO2 приводит к образованию кислотных соединений углерода (таких как угольная кислота, H2CO3), в результате чего понижается рН в растворе. Слабокислый раствор инконгруентно растворяет соединения кальция в фазах силиката кальция. Кальций может выщелачиваться из кальцийсодержащих аморфных фаз по аналогичному механизму. Высвобождаемые катионы кальция и диссоциированные карбонатные соединения вызывают осаждение нерастворимых карбонатов. Предполагается, что обогащенные диоксидом кремния слои остаются на минеральных частицах в форме обедненных по кальцию слоев.Typically, CO2 is introduced in the form of a gas that is dissolved in the infiltration fluid such as water. The dissolution of CO2 leads to the formation of acidic carbon compounds (such as carbonic acid, H2CO3), which lowers the pH of the solution. The slightly acidic solution incongruently dissolves the calcium compounds in the calcium silicate phases. Calcium can be leached from calcium-containing amorphous phases by a similar mechanism. The released calcium cations and dissociated carbonate compounds cause precipitation of insoluble carbonates. It is assumed that the silica-rich layers remain on the mineral particles in the form of calcium-depleted layers.

CaCO3, полученный в результате протекания описанных в изобретении этих или любых других реакций карбонизации с участием CO2, может существовать в форме одного или более из различных полиморфов CaCO3 (например, в форме кальцита, арагонита и ватерита). Частицы CaCO3 находятся, в основном, в форме кальцита, но они могут также присутствовать в форме арагонита или ватерита или в виде комбинации двух или трех полиморфов (например, кальцит/арагонит, кальцит/ватерит, арагонит/ватерит или кальцит/арагонит/ватерит).The CaCO3 produced by these or any other carbonization reactions involving CO 2 described herein may exist in the form of one or more of the various CaCO 3 polymorphs (eg, calcite, aragonite, and vaterite). The CaCO 3 particles are primarily in the form of calcite, but they may also be present in the form of aragonite or vaterite or as a combination of two or three polymorphs (e.g. calcite/aragonite, calcite/vaterite, aragonite/vaterite or calcite/aragonite/vaterite ).

Может применяться CO2 с любой подходящей чистотой, в зависимости от требуемого результата карбонизации. Например, может быть использован технический сорт CO2 с чистотой около 99%, который производится многими промышленными газовыми компаниями, такими как Praxair, Inc., Linde AG, Air Liquide и другими. Производственные запасы CO2 могут храниться в больших резервуарах для хранения под давлением в форме жидкого диоксида углерода с регулированием температуры таким образом, чтобы поддерживать требуемое давление паров CO2, например, приблизительно на уровне 2,07 МПа. Затем этот газ подают через газопровод в замкнутое пространство или камеру отверждения с помощью CO2 (для карбонизации). В самой простой системе, CO2 пропускают через замкнутое пространство с регулируемой скоростью, достаточной для вытеснения находящегося в замкнутом пространстве воздуха. Обычно время продувки может зависеть от размера замкнутого пространства и скорости, с которой подают CO2. Во многих системах этот процесс продувки замкнутого пространства с целью вытеснения воздуха может быть осуществлен в течение времени, измеряемого минутами, с доведением концентрации CO2 до приемлемого уровня, после чего можно проводить отверждение. В простых системах газообразный CO2 затем вводят в систему при заданной скорости, которая позволяет поддерживать концентрацию CO2 на уровне, достаточном для проведения реакции отверждения.CO2 can be used in any suitable purity, depending on the desired carbonization result. For example, technical grade CO2 with a purity of about 99%, which is produced by many industrial gas companies such as Praxair, Inc., Linde AG, Air Liquide and others, can be used. The CO2 production can be stored in large pressurized storage tanks in the form of liquid carbon dioxide, temperature controlled to maintain the desired vapor pressure of CO 2 , for example, at about 2.07 MPa. This gas is then fed through a gas pipeline into a closed space or curing chamber with CO 2 (for carbonization). In the simplest system, CO 2 is passed through the enclosed space at a controlled rate sufficient to displace the air in the enclosed space. Typically, the purge time may depend on the size of the enclosed space and the rate at which CO 2 is supplied. In many systems, this process of purging an enclosed space to expel air can be carried out for a time measured in minutes, bringing the CO 2 concentration to an acceptable level, after which curing can be carried out. In simple systems, gaseous CO 2 is then introduced into the system at a predetermined rate that maintains the CO 2 concentration at a level sufficient to carry out the curing reaction.

Концентрации диоксида углерода могут непрерывно контролироваться и систематически поддерживаться. Концентрация CO2 может измеряться или постоянно контролироваться непосредственно в системе, например, методом недисперсионной инфракрасной спектроскопии (NDIR), и может быть использован контроллер, такой как программируемый логический контроллер (PLC) для регулирования концентрации CO2 до заданного значения, например, с помощью электронного/автоматического регулирующего клапана. При проведении измерений методом NDIR отбирают из системы пробу потока газа с помощью насоса с низкой производительностью. Перед отбором пробы для анализа методом NDIR используют холодильник для удаления влаги из газового потока. Измерение влажности газового потока в системе может быть проведено методом психрометрического анализа сухой термометр - влажный термометр, используя устройство с сухим и влажным термометрами, или с помощью датчика влажности другого типа. Истинная концентрация CO2 может быть рассчитана с использованием компьютерной регулирующей системы или PLC. Сразу после определения истинной концентрации CO2, в случае когда диоксид углерода был израсходован и его концентрация в этот момент времени стала меньше заданной величины, приводимый в действие регулирующий дозирование клапан может добавить в систему определенное количество осушенного CO2. В различных вариантах осуществления, в случае необходимости, заданное значение можно изменять в зависимости от момента времени, исходя из опыта отверждения конкретных композиций, формы и размеров образцов композитных материалов.Carbon dioxide concentrations can be continuously monitored and systematically maintained. The CO 2 concentration may be measured or continuously monitored directly in the system, for example by non-dispersive infrared spectroscopy (NDIR), and a controller such as a programmable logic controller (PLC) may be used to control the CO 2 concentration to a set point, for example by means of an electronic /automatic control valve. In NDIR measurements, a sample of the gas stream is taken from the system using a low flow pump. Prior to sampling for NDIR analysis, a condenser is used to remove moisture from the gas stream. Measurement of the moisture content of the gas flow in the system can be carried out by dry-bulb-wet-bulb psychrometric analysis, using a device with dry and wet bulbs, or using another type of humidity sensor. The true CO 2 concentration can be calculated using a computer control system or PLC. Once the true CO 2 concentration is determined, in the event that carbon dioxide has been consumed and its concentration at that point in time has fallen below the set value, an actuated dosing control valve can add a certain amount of dried CO 2 to the system. In various embodiments, if necessary, the set point can be changed depending on the point in time, based on the experience of curing specific compositions, the shape and size of samples of composite materials.

На фиг. 3 приведен пример принципиальной схемы камеры отверждения, в которой обеспечивается увлажнение. Как показано на фиг. 3, подается вода и добавляется водяной пар в газообразную среду, которая циркулирует внутри камеры отверждения. Водой может служить любой подходящий источник питьевой воды. В некоторых вариантах осуществления используют обычную водопроводную воду. В некоторых вариантах осуществления вода может быть превращена в пар путем пропускания ее через аэрозольную форсунку или мелкокапельную распрыскивающую форсунку, электрический парогенератор, парогенератор с газовым подогревом или путем нагревания воды до температуры выше температуры газа в камере, для того чтобы вызвать испарение подаваемой жидкой воды, примером чего является барабанный реактор с подогревателем погружного типа. В еще одном варианте осуществления, CO2 может быть введен в систему после его барботирования через подаваемую нагретую воду для повышения относительной влажности вводимого потока газа, примером чего является барабанный реактор, сконфигурированный для работы в проточном режиме или в режиме с незамкнутым циклом.In FIG. 3 is an example of a schematic diagram of a curing chamber in which humidification is provided. As shown in FIG. 3, water is supplied and water vapor is added to the gaseous medium that circulates inside the curing chamber. The water may be any suitable source of drinking water. In some embodiments, ordinary tap water is used. In some embodiments, water may be converted to steam by passing it through an aerosol or mist spray nozzle, an electric steam generator, a gas-fired steam generator, or by heating the water to a temperature above the temperature of the gas in the chamber to cause the liquid water supply to evaporate, for example which is a drum reactor with a submersible type heater. In yet another embodiment, CO 2 may be introduced into the system after it has been bubbled through the heated water feed to increase the relative humidity of the feed gas stream, an example of which is a drum reactor configured for flow through or open loop operation.

- 9 040455- 9 040455

Относительная влажность является еще одним важным параметром, как в случае традиционного отверждения бетона, так и в случае отверждения композитного материала с помощью CO2. В традиционной камере отверждения существует среда влажного воздуха, которая состоит в основном из азота, кислорода и паров воды. В этих системах относительную влажность чаще всего измеряют с помощью стандартного емкостного сенсора. Однако камеры отверждения с помощью CO2 имеют газовую среду, состоящую в основном из диоксида углерода, который не совместим с некоторыми типами этих сенсоров. В описанных в изобретении системах отверждения композитного материала с помощью CO2 могут быть применены такие сенсорные методы, как методы сухого и влажного термометров, в которых используются психрометрические отношения для диоксида углерода и паров воды, или приборы для измерения дипольной поляризации паров воды, или гигрометры с охлаждающим зеркалом, или емкостные сенсоры влажности.Relative humidity is another important parameter for both conventional concrete curing and composite curing with CO2. In a traditional curing chamber, there is a humid air environment that is mainly composed of nitrogen, oxygen, and water vapor. In these systems, relative humidity is most often measured using a standard capacitive sensor. However, CO 2 curing chambers have an atmosphere composed primarily of carbon dioxide, which is not compatible with some types of these sensors. The CO2 composite curing systems described herein may employ sensory methods such as dry and wet bulb methods that use psychrometric ratios for carbon dioxide and water vapor, or instruments for measuring the dipole polarization of water vapor, or hygrometers with refrigerated mirror, or capacitive humidity sensors.

В зависимости от типа и геометрии подвергаемого отверждению продукта, конструкции камеры и эффективности упаковки продукта в камере может потребоваться либо снижение, либо повышение влажности и ее регулирование до указанного заданного значения. Заданные значения могут представлять собой любое значение в диапазоне от 1 до 99% относительной влажности. Три различных метода регулирования влажности могут быть использованы в процессе отверждения композитного материала с помощью CO2, которые могут быть объединены в одну единственную систему. Один метод увлажнения, в одном варианте осуществления системы отверждения с помощью CO2, представлен на фиг. 3. Другой метод позволяет удалять влагу из системы для отверждения продуктов из композитного материал с помощью CO2. Простым методом снижения относительной влажности является вытеснение влажного газа в системе с помощью осушенного газа, такого как диоксид углерода. В еще одном варианте осуществления можно уменьшать относительную влажность и, соответственно, удалять пары воды из газа методом без применения продувки, который в одном предпочтительном варианте осуществления представляет собой охлаждаемый теплообменник, в котором происходит извлечение воды.Depending on the type and geometry of the product to be cured, the design of the chamber, and the effectiveness of the packaging of the product in the chamber, it may be necessary to either reduce or increase the humidity and adjust it to the specified set point. The setpoints can be any value between 1 and 99% RH. Three different methods of moisture control can be used in the CO2 curing process of the composite material, which can be combined into one single system. One method of wetting, in one embodiment of a CO2 curing system, is shown in FIG. 3. Another method is to remove moisture from the composite curing system with CO2. A simple method for reducing relative humidity is to displace the wet gas in the system with a dry gas such as carbon dioxide. In yet another embodiment, it is possible to reduce the relative humidity and thus remove water vapor from the gas in a no-purge method, which in one preferred embodiment is a cooled heat exchanger in which water is extracted.

На фиг. 4 приведен пример принципиальной схемы камеры отверждения, в которой применяется множество методов регулирования влажности, также же как в ней имеется возможность и регулирования, и восполнения CO2, используя режим постоянного потока или регулирование давления, и в которой предусмотрена возможность регулирования температуры в соответствии с принципами изобретения. Эта система представляет собой пример системы, которая может обеспечивать регулирование с замкнутым контуром или регулирование с обратной связью, при котором обеспечиваются заданные величины рабочих параметров, таких как концентрация CO2, влажность и температура, которые являются требуемыми значениями в указанные моменты времени технологического цикла, и в которой проводятся измерения с целью предоставления информации о том, совпадает ли фактическое значение регулируемого параметра с требуемым значением. Если обнаруживается отклонение от требуемого значения, осуществляется корректирующее воздействие с целью приведения значения параметра в соответствие с требуемым значением. Такие системы регулирования могут быть дорогими и сложными, и они могут применяться в случаях дорогостоящих продуктов или продуктов, которые требуют очень точного соблюдения технологических режимов.In FIG. 4 is an example of a block diagram of a curing chamber that uses a variety of humidity control methods as well as the ability to both control and replenish CO2 using constant flow mode or pressure control, and that has the ability to control temperature in accordance with the principles of the invention. . This system is an example of a system that can provide closed-loop or closed-loop control that provides setpoints for operating parameters such as CO 2 concentration, humidity, and temperature that are desired at specified times in the process cycle, and in which measurements are made to provide information on whether the actual value of the controlled parameter matches the required value. If a deviation from the required value is detected, a corrective action is taken to bring the parameter value in line with the required value. Such control systems can be expensive and complex, and they can be applied to high value products or products that require very precise process control.

Еще одним параметром регулирования является скорость газа и регулирование подачи материала, который подвергают в системе отверждению с помощью CO2. Скорость газа может зависеть от переменных характеристик технологического оборудования, включающих, но этим не ограничивая, конструкцию камеры, конструкцию перегородки, размер вентилятора, скорость вращения/мощность вентилятора, количество вентиляторов, температурный градиент внутри системы, конструкцию полки внутри системы и размеры образца внутри системы. Самым простым методом регулирования скорости газа внутри камеры является корректировка скорости вращения газодувки (об/мин), обычно осуществляемая путем использования частотно-регулируемого привода, позволяющего регулировать скорость вращения электромотора газодувки. Газодувка может быть использована для циркуляции газа с требуемой скоростью в камере отверждения. Скорость газа в системе измеряют различными методами, включающими, но этим не ограничивая, измерения с помощью трубок Пито и лазерных доплеровских систем. Сигнал измерения скорости газа может быть послан обратно в компьютерную систему или программируемый логический контроллер и использован в качестве параметра регулирования процесса отверждения.Another control parameter is the gas velocity and the supply control of the material that is cured with CO2 in the system. The gas velocity may depend on process equipment variables including, but not limited to, chamber design, baffle design, fan size, fan speed/power, number of fans, temperature gradient within the system, shelf design within the system, and sample dimensions within the system. The simplest method of adjusting the speed of the gas inside the chamber is to adjust the rotation speed of the blower (RPM), usually by using a variable frequency drive to control the speed of the blower motor. A blower can be used to circulate the gas at the required rate in the curing chamber. The velocity of the gas in the system is measured by a variety of methods including, but not limited to, measurements with Pitot tubes and laser Doppler systems. The gas velocity measurement signal can be sent back to the computer system or PLC and used as a curing process control parameter.

Регулирование температуры является еще одним важным параметром процесса карбонизации силиката кальция, в результате которого образуются требуемые связующие элементы и композитный материал по изобретению. Температура может быть измерена сенсором, таким как термопара или резистивный датчик температуры (RTD). Сигнал измерения может быть направлен обратно в контроллер или компьютер, которые могут регулировать энергию а теплообменнике и посредством этого корректировать температуру системы в целом в течение времени. Газодувка является важным компонентом нагревательной системы, так как она способствует передачи тепловой энергии газу, который переносит эту тепловую энергию к продуктам в саму камеру, что играет важную роль при регулировании влажности образцов. Нагревание может осуществляться электрическим методом или в результате сжигания газа. Могут использоваться нагреватели с рубашкой для регулирования температуры CO2, который пропускают через камеру при контакте с нагревателем с рубашкой, и в этом случае может быть применен любой подходяTemperature control is another important parameter of the calcium silicate carbonization process, which results in the formation of the desired binders and composite material according to the invention. The temperature can be measured by a sensor such as a thermocouple or resistance temperature detector (RTD). The measurement signal can be sent back to the controller or computer, which can regulate the energy in the heat exchanger and thereby correct the temperature of the whole system over time. The blower is an important component of the heating system, as it facilitates the transfer of thermal energy to the gas, which transfers this thermal energy to the products in the chamber itself, which plays an important role in controlling the moisture content of the samples. Heating can be carried out electrically or by burning gas. Jacketed heaters may be used to control the temperature of the CO 2 that is passed through the chamber in contact with the jacketed heater, in which case any suitable

- 10 040455 щий источник тепла. Методы наружного обогрева могут включать, но этим не ограничивая, электронагрев, водяной нагрев или нагрев горячим маслом. В настоящее время для камер отверждения с помощью CO2 используют системы с косвенным газовым подогревом, а непосредственный подогрев с помощью газовых горелок не применяют, так как это приводит к попаданию воздуха и продуктов сгорания в систему, что вызывает разбавление CO2 и осложняет осуществление регулирования концентрации CO2. В некоторых системах с более низкой производительностью, таких как барабанные реакторы, используют нагреватели с рубашкой с электроподогревом для нагревания всей поверхности камеры, а не нагревающий элемент внутри камеры.- 10 040455 general heat source. Outdoor heating methods may include, but are not limited to, electrical heating, water heating, or hot oil heating. At present, systems with indirect gas heating are used for CO2 curing chambers, and direct heating with gas burners is not used, as this leads to air and combustion products entering the system, which dilutes the CO2 and makes it difficult to control the CO2 concentration. Some lower capacity systems, such as drum reactors, use electrically heated jacketed heaters to heat the entire surface of the chamber rather than a heating element inside the chamber.

Способ получения композитного материала и связующих элементов по изобретению может быть сконфигурирован так, чтобы он позволял достигать конкретно заданных рабочих характеристик карбонизированных продуктов. Обычно такой способ включает: смешение порошкообразной композиции (цемента) и жидкой композиции с получением суспензионной смеси; формование суспензионной смеси в требуемую форму, либо путем заливки суспензии в форму, прессования суспензии в форме, прессования суспензии в виброформе, экструзии суспензии, формования суспензии в скользящей опалубке, либо путем использования любого другого метода формования, обычно применяемого в производстве бетонных изделий, и отверждение сформованной суспензионной смеси при температуре в диапазоне от приблизительно 20°C до приблизительно 150°C в течение от приблизительно 1 ч до приблизительно 80 ч в атмосфере пара, включающего воду и CO2 и имеющего давления в диапазоне от приблизительно атмосферного давления окружающей среды до приблизительно давления 0,34 Мпа выше атмосферного давления окружающей среды и имеющего концентрацию CO2 от приблизительно 10% до приблизительно 90%, с получением композитного материала. Таким образом, отверждение сформованной суспензионной смеси может быть успешно осуществлено при температуре в диапазоне от приблизительно 20°C до приблизительно 150°C. Отверждение может быть проведено в течение от приблизительно 1 ч до приблизительно 80 ч. Давление, при котором происходит отверждение, может составлять от приблизительно атмосферного давления окружающей среды до приблизительно давления 0,34 Мпа атмосферного давления окружающей среды. Концентрация CO2 может находиться в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 90%.The method of obtaining a composite material and binders according to the invention can be configured so that it allows you to achieve specific performance characteristics of carbonized products. Typically, such a method includes: mixing a powdered composition (cement) and a liquid composition to form a slurry mixture; molding the slurry mixture into the desired shape, either by pouring the slurry into a mould, pressing the slurry into a mold, pressing the slurry into a vibroform, extruding the slurry, molding the slurry in a slipform, or by using any other molding method commonly used in the manufacture of concrete products, and curing shaped slurry mixture at a temperature in the range from about 20°C to about 150°C for from about 1 hour to about 80 hours in a steam atmosphere comprising water and CO 2 and having a pressure in the range from about ambient atmospheric pressure to about pressure 0.34 MPa above ambient atmospheric pressure and having a CO2 concentration of from about 10% to about 90% to form a composite material. Thus, the curing of the shaped slurry mixture can be successfully carried out at a temperature in the range from about 20°C to about 150°C. Curing can be carried out for from about 1 hour to about 80 hours. The pressure at which curing occurs can be from about ambient atmospheric pressure to about 0.34 MPa ambient atmospheric pressure. The CO2 concentration may range from about 10% to about 90%.

Время, требующееся для отверждения композитного материала, определяется способностью паров воды и газообразного CO2 диффундировать через этот объект. Обычно объекты с большей толщиной требуют большего времени для отверждения, чем объекты с меньшей толщиной. Аналогично, объекты с высокой плотностью (и меньшими пространствами с открытыми порами) требуют большего времени для отверждения, чем объекты с низкой плотностью (и большими пространствами с открытыми порами). В приведенной далее таблице приведены примеры того, как время отверждения может изменяться в зависимости от наименьшей толщины (или толщины стенки, или толщины секции) в трех измерениях и насыпной плотности получаемого объекта.The time required to cure a composite material is determined by the ability of water vapor and CO2 gas to diffuse through the object. Generally, thicker objects take longer to cure than thinner objects. Likewise, high density objects (and smaller open pore spaces) take longer to cure than low density objects (and large open pore spaces). The following table provides examples of how cure times may vary depending on the thinnest thickness (or wall thickness or section thickness) in three dimensions and the bulk density of the resulting object.

Могут быть получены превосходные свойства и рабочие характеристики изделий для специальных областей применения. В конкретных вариантах осуществления композитный материал характеризуется прочностью при сжатии от приблизительно 20 МПа до приблизительно 175 МПа (например, от приблизительно 20 МПа до приблизительно 150 МПа, от приблизительно 20 МПа до приблизительно 120 МПа, от приблизительно 20 МПа до приблизительно 100 МПа, от приблизительно 20 МПа до приблизительно 80 МПа, от приблизительно 20 МПа до приблизительно 65 МПа, от приблизительно 30 МПа до приблизительно 120 МПа, от приблизительно 30 МПа до приблизительно 100 МПа, от приблизительно 30 МПа до приблизительно 65 МПа, от приблизительно 60 МПа до приблизительно 120 МПа, от приблизительно 90 МПа до приблизительно 130 МПа, от приблизительно 100 МПа до приблизительно 175 МПа, от приблизительно 120 МПа до приблизительно 175 МПа, от приблизительно 140 МПа до приблизительно 175 МПа, от приблизительно 150 МПа до приблизительно 175 МПа).Excellent product properties and performance for special applications can be obtained. In particular embodiments, the composite material has a compressive strength of from about 20 MPa to about 175 MPa (e.g., from about 20 MPa to about 150 MPa, from about 20 MPa to about 120 MPa, from about 20 MPa to about 100 MPa, from about 20 MPa to approximately 80 MPa, approximately 20 MPa to approximately 65 MPa, approximately 30 MPa to approximately 120 MPa, approximately 30 MPa to approximately 100 MPa, approximately 30 MPa to approximately 65 MPa, approximately 60 MPa to approximately 120 MPa, from about 90 MPa to about 130 MPa, from about 100 MPa to about 175 MPa, from about 120 MPa to about 175 MPa, from about 140 MPa to about 175 MPa, from about 150 MPa to about 175 MPa).

В конкретных вариантах осуществления композитный материал характеризуется пределом прочностью при изгибе от приблизительно 3 МПа до приблизительно 30 МПа (например, от приблизительно 3 МПа до приблизительно 25 МПа, от приблизительно 3 МПа до приблизительно 20 МПа, от приблизительно 3 МПа до приблизительно 15 МПа, от приблизительно 3 МПа до приблизительно 10 МПа, от приблизительно 10 МПа до приблизительно 30 МПа, от приблизительно 20 МПа до приблизительно 30 МПа, от приблизительно 5 МПа до приблизительно 20 МПа).In particular embodiments, the composite material has a flexural strength of from about 3 MPa to about 30 MPa (e.g., from about 3 MPa to about 25 MPa, from about 3 MPa to about 20 MPa, from about 3 MPa to about 15 MPa, from about 3 MPa to about 10 MPa, from about 10 MPa to about 30 MPa, from about 20 MPa to about 30 MPa, from about 5 MPa to about 20 MPa).

В конкретных вариантах осуществления композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 10%. В еще одних материалах осуществления, композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 8%. В еще одних материалах осуществления, композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 5%. В еще одних материалах осуществления композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 4%. В еще одних материалах осуществления композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 3%. В еще одних материалах осуществления композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 2%. В еще одних материалах осуществления композитный материал характеризуется поглощением воды меньшим чем приблизительно 1%.In particular embodiments, the composite material has a water uptake of less than about 10%. In still other embodiment materials, the composite material has a water uptake of less than about 8%. In still other embodiment materials, the composite material has a water absorption of less than about 5%. In still other embodiment materials, the composite material has a water uptake of less than about 4%. In still other embodiment materials, the composite material has a water uptake of less than about 3%. In still other embodiment materials, the composite material has a water uptake of less than about 2%. In still other embodiment materials, the composite material has a water uptake of less than about 1%.

- 11 040455- 11 040455

Композитный материал может иметь одну или более из требуемых текстур, узоров и физических свойств, в частности такие, которые характерны для природного камня. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления композитный материал имеет визуальную структуру, аналогичную природному камню. Другие характеристики включают цвета (например, черный, белый, голубой, розовый, серый (от бледно-серого до темно-серого), зеленый, красный, желтый, коричневый, бирюзовый (голубоватозеленый) или пурпурный) и текстуры.The composite material may have one or more of the desired textures, patterns, and physical properties, in particular those found in natural stone. In specific preferred embodiments, the implementation of the composite material has a visual structure similar to natural stone. Other characteristics include colors (for example, black, white, cyan, pink, gray (pale gray to dark grey), green, red, yellow, brown, teal (bluish green), or magenta) and textures.

Продукты из композитных материалов и области их примененияComposite Material Products and Applications

Описанные в изобретении композитный материал и связующие элементы в силу их превосходных свойств, которые могут быть при необходимости скорректированы, как описано в изобретении, могут иметь разнообразное применение, например, в объектах инфраструктуры, сооружениях, дорожных покрытиях, ландшафтной архитектуре, системах накопления и хранения энергии, в производстве электроэнергии, в сельском хозяйстве, в автомобильной промышленности, производстве абразивных материалов и режущих инструментов и так далее.The composite material and binders described in the invention, due to their excellent properties, which can be adjusted if necessary, as described in the invention, can have a variety of applications, for example, in infrastructure facilities, structures, road surfaces, landscape architecture, energy accumulation and storage systems , in power generation, in agriculture, in the automotive industry, in the production of abrasives and cutting tools, and so on.

Описанные в изобретении композитный материал и связующие элементы могут применяться во многих случаях, при которых используют портландцемент, известковый цемент или относящиеся к ним минеральные вяжущие материалы. Композитный материал по изобретению может применяться в любых случаях, при которых используют традиционный конструкционный или качественный бетон, например в плотинах, мостах, плавательных бассейнах, домах, улицах, террасах, фундаментах, балюстрадах, плитках из чистого клинкерного цемента, мозаичных плитках, брусках для мощения улиц, фонарных столбах, канализационных люках или в их комбинациях.The composite material and binders described in the invention can be used in many applications where Portland cement, lime cement or related mineral binders are used. The composite material of the invention can be used in any application that uses traditional structural or quality concrete, such as dams, bridges, swimming pools, houses, streets, terraces, foundations, balustrades, pure clinker cement tiles, mosaic tiles, paving stones streets, lampposts, manholes, or combinations thereof.

Для модификации и корректировки внешнего вида и/или механических свойств получаемого композитного материала могут быть использованы различные добавки, такие как добавки, выбранные из одного или более пигментов, цветного стекла и/или цветного кварца. Могут быть также использованы добавки, позволяющие уменьшать потребление воды и изменять реологию.Various additives can be used to modify and adjust the appearance and/or mechanical properties of the resulting composite material, such as additives selected from one or more of pigments, colored glass and/or colored quartz. Additives can also be used to reduce water consumption and change rheology.

В конкретных вариантах осуществления композит дополнительно включает пигмент. Пигмент может быть равномерно диспергирован или практически неравномерно диспергирован в связывающих матрицах, в зависимости от того, какой требуется получить композитный материал. Пигмент может представлять собой любой подходящий пигмент, в том числе, например, оксиды различных металлов (например, оксид железа, оксид кобальта, оксид хрома). Пигмент может быть любого цвета или любых цветов, например, выбранных из черного, белого, голубого, серого, розового, зеленого, красного, желтого или коричневого цветов. Пигмент может присутствовать в любом подходящем количестве, в зависимости от того, какой требуется получить композитный материал, например в количестве в диапазоне от приблизительно 0,0% до приблизительно 10% по массе (например, от приблизительно 0,0% до приблизительно 8%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 6%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 5%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 4%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 3%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 2%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 1%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 0,5%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 0,3%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 0,2%, от приблизительно 0,0% до приблизительно 0,1%).In specific embodiments, the implementation of the composite further includes a pigment. The pigment may be uniformly dispersed or substantially non-uniformly dispersed in the bonding matrices, depending on the desired composite material. The pigment may be any suitable pigment including, for example, oxides of various metals (eg, iron oxide, cobalt oxide, chromium oxide). The pigment may be any color or any colors, for example, selected from black, white, blue, grey, pink, green, red, yellow or brown. The pigment may be present in any suitable amount depending on the desired composite material, for example, in an amount in the range from about 0.0% to about 10% by weight (for example, from about 0.0% to about 8%, about 0.0% to about 6%, about 0.0% to about 5%, about 0.0% to about 4%, about 0.0% to about 3%, about 0.0% to about 2%, from about 0.0% to about 1%, from about 0.0% to about 0.5%, from about 0.0% to about 0.3%, from about 0.0% to about 0.2%, from about 0.0% to about 0.1%).

В конкретных вариантах осуществления связующий элемент/матрицу смешивают с волокнами, песком, заполнителями и/или другими добавками, такими как пеногасители, и/или ультрадисперсными частицами, такими как высокодисперсный диоксид кремния и CaCO3, с целью получения армированного стекловолокном бетона (FRC), который обладает эксплуатационными характеристиками, аналогичными характеристикам армированных волокнами композитов и/или сверхвысокопрочного фибробетона (UHPC). Эти твердые вещества могут применяться в тех же случаях, при которых их применяют в традиционном армированном стекловолокном бетоне (FRC) и/или в сверхвысокопрочном фибробетоне (UHPC). В альтернативном варианте осуществления путем регулирования текучести (например, путем оптимизации содержания воды в процессе производства) могут быть получены другие типы продуктов из бетона. Продукты включают торкретбетон, самоуплотняющиеся бетоны, уплотненные катком бетоны или их комбинации.In specific embodiments, the binder/matrix is mixed with fibres, sand, aggregates and/or other additives such as defoamers and/or ultrafine particles such as fumed silica and CaCO 3 to form glass fiber reinforced concrete (FRC), which has performance characteristics similar to fiber reinforced composites and/or ultra high strength fiber concrete (UHPC). These solids can be used in the same applications that they are used in conventional glass fiber reinforced concrete (FRC) and/or ultra high strength fiber reinforced concrete (UHPC). In an alternative embodiment, by controlling fluidity (eg, by optimizing the water content of the manufacturing process), other types of concrete products can be obtained. Products include shotcrete, self-compacting concrete, roller compacted concrete, or combinations thereof.

В другом варианте осуществления связующий элемент/матрицу смешивают с металлом, таким как алюминий, и Ca(OH)2 и подвергают автоклавной обработке, или при регулировании пористости, используя различные вспомогательные технологические приемы, такие как вакуум или вовлечение воздуха, получают материал, который имитирует/напоминает автоклавный аэрированный бетон (ААС). Этот материал может применяться для тех же целей, что и традиционный автоклавный аэрированный бетон ААС.In another embodiment, the binder/matrix is mixed with a metal such as aluminum and Ca(OH) 2 and autoclaved, or by controlling the porosity using various assistive technologies such as vacuum or air entrainment, a material is obtained that mimics / resembles autoclaved aerated concrete (AAC). This material can be used for the same purposes as traditional AAC autoclaved aerated concrete.

В конкретных вариантах осуществления связующий элемент/матрицу смешивают с песком и/или с заполнителями с низкой плотностью (например, с плотностью <2,0 г/см3, например, с вспученным вермикулитом или перлитом, пемзой, вспученным шлаком, вспученным глинистым сланцем или их комбинациями), и при регулировании пористости эти композиты могут применяться в качестве легких бетонов или ячеистого бетона, аэрированного легкого бетона, бетона с переменной плотностью, вспененного бетона или сверхлегких бетонов или любого другого материала, относящегося к этим типам бетонов. В другом варианте осуществления связующий элемент/матрицу смешивают с заполнителями с высокойIn specific embodiments, the binder/matrix is mixed with sand and/or low density aggregates (e.g. <2.0 g/cm 3 density, e.g., expanded vermiculite or perlite, pumice, expanded slag, expanded shale, or their combinations), and when controlling porosity, these composites can be used as lightweight concrete or cellular concrete, aerated lightweight concrete, variable density concrete, foamed concrete or ultralight concrete, or any other material related to these types of concrete. In another embodiment, the binder/matrix is mixed with high density aggregates.

- 12 040455 плотностью (например, с плотностью >3,2 г/см3), и полученный продукт может представлять собой тяжелый бетон.- 12 040455 density (for example, with a density of >3.2 g/cm 3 ), and the resulting product may be a heavy concrete.

Описанные в изобретении связующий элемент/матрица могут быть использованы в комбинации (и таким образом армированы) со сталью или другими металлическими армирующими материалами с получением продуктов из армированного бетона, которые могут применяться для тех же целей, что и традиционные бетонные структуры. Материал может быть подвергнут предварительному напряжению с получением материала, который имитирует/напоминает предварительно напряженный бетон. В конкретных вариантах осуществления связующий элемент/матрица могут быть залиты в громадные формы с получением материала, который имитирует/напоминает монолитный бетон. Такие типы монолитного бетона могут применяться при сооружении гравитационной плотины, крупных оградительных сооружений или того и другого. Бетон, полученный из описанных в изобретении связующего элемента и связующей матрицы, может также быть изготовлен с различными текстурами для декоративных или функциональных целей.The tie/matrix described herein can be used in combination with (and thus reinforced with) steel or other metallic reinforcing materials to produce reinforced concrete products that can be used for the same purposes as traditional concrete structures. The material may be prestressed to produce a material that mimics/resembles prestressed concrete. In particular embodiments, the binder/matrix can be cast into huge molds to produce a material that mimics/resembles cast-in-situ concrete. These types of in-situ concrete can be used in the construction of a gravity dam, large containment structures, or both. The concrete obtained from the bonding element and bonding matrix described in the invention can also be made with different textures for decorative or functional purposes.

В некоторых вариантах осуществления композитный материал по изобретению может быть получен таким образом, что он будет обладать отличной устойчивостью к коррозии, обеспечивающей защиту стальной арматуры в среде с высоким содержанием хлорида и высокий срок службы в агрессивных сульфатных средах. Композитный материал может применяться в узкоспециализированных областях, таких как экранирование звука и/или защита от радиоактивного излучения. В одном варианте осуществления, материал может иметь требуемую огнестойкость и может применяться для производства огнеупорных продуктов. Материал может также выдерживать экстремальные погодные условия, такие как, например, условия замерзания, высокие температуры в пустынях или экстремальные колебания погоды, и/или обладать стойкостью к резким перепадам температур. Материал может быть также пригоден для специального использования в морской воде, в условиях низких температур и/или в устойчивых к взрыву сооружениях. В некоторых вариантах осуществления материал может быть использован в сейсмостойких сооружениях и/или в сооружениях геосинтетического типа.In some embodiments, the composite material of the invention can be made to have excellent corrosion resistance to protect steel reinforcement in high chloride environments and to provide long service life in harsh sulfate environments. The composite material can be used in highly specialized applications such as sound shielding and/or radiation shielding. In one embodiment, the material may have the required fire resistance and may be used to make refractory products. The material may also withstand extreme weather conditions such as, for example, freezing conditions, high temperatures in deserts, or extreme weather fluctuations, and/or be resistant to sudden changes in temperature. The material may also be suitable for special use in sea water, low temperature environments and/or blast resistant structures. In some embodiments, the implementation of the material can be used in earthquake-resistant structures and/or geosynthetic type structures.

Связующие элементы по изобретению могут быть смешаны с добавками, включающими CaCO3 или гипс и песок, с образованием монолитных твердых веществ. Связующие элементы по изобретению могут быть также смешаны с песком или другими минералами с получением строительного раствора или цементного теста, и полученный материал может применяться для таких же целей, для которых применяют традиционные строительный раствор и цементное тесто. Связующие элементы по изобретению могут быть смешаны с металлическими или органическими или керамическими волокнами с получением цемента с упрочняющим волоконным наполнителем. Полученный материал может применяться для таких же целей, для которых применяют традиционные цементы с упрочняющим волоконным наполнителем.The binders of the invention can be mixed with additives including CaCO 3 or gypsum and sand to form monolithic solids. The binders of the invention may also be mixed with sand or other minerals to form mortar or cement paste, and the resulting material may be used for the same purposes as traditional mortar and cement paste. The binders of the invention may be mixed with metallic or organic or ceramic fibers to form a fiber-reinforced cement. The resulting material can be used for the same purposes as conventional fibre-reinforced cements.

Для получения композитных материалов из обладающей способностью к карбонизации композиции по изобретению могут быть использованы любые подходящие заполнители, например материалы, содержащие оксид кальция или диоксид кремния. Примеры заполнителей включают инертные материалы, такие как темный диабаз, строительный песок, мелкий гравий. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления в качестве заполнителей могут быть также использованы легкие заполнители, такие как перлит или вермикулит. В качестве тонкодисперсных заполнителей могут быть также использованы такие материалы, как твердые промышленные отходы (например, зольная пыль, шлак, тонкая кремнеземная пыль).Any suitable aggregates may be used to form composite materials from the carbonizable composition of the invention, for example materials containing calcium oxide or silica. Examples of aggregates include inert materials such as dark diabase, building sand, fine gravel. In particular preferred embodiments, lightweight aggregates such as perlite or vermiculite can also be used as aggregates. Materials such as industrial solid waste (eg fly ash, slag, fine silica dust) can also be used as fine aggregates.

Множество заполнителей могут иметь любой подходящий средний размер частиц и любое подходящее распределение частиц по размерам. В конкретных вариантах осуществления множество заполнителей имеет средний размер частиц в диапазоне от приблизительно 0,25 мм до приблизительно 25 мм (например, от приблизительно 5 мм до приблизительно 20 мм, от приблизительно 5 мм до приблизительно 18 мм, от приблизительно 5 мм до приблизительно 15 мм, от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм, от приблизительно 7 мм до приблизительно 20 мм, от приблизительно 10 мм до приблизительно 20 мм, приблизительно 3,18 мм, приблизительно 6,35 мм, приблизительно 9,52 мм, приблизительно 12,70 мм, приблизительно 19,05 мм).The plurality of aggregates may have any suitable average particle size and any suitable particle size distribution. In particular embodiments, the plurality of aggregates have an average particle size in the range of from about 0.25 mm to about 25 mm (e.g., from about 5 mm to about 20 mm, from about 5 mm to about 18 mm, from about 5 mm to about 15 mm). mm, approximately 5 mm to approximately 12 mm, approximately 7 mm to approximately 20 mm, approximately 10 mm to approximately 20 mm, approximately 3.18 mm, approximately 6.35 mm, approximately 9.52 mm, approximately 12, 70 mm, approximately 19.05 mm).

В композитный материал могут быть также введены химические добавки, например пластифицирующие добавки, суперпластифицирующие добавки, замедлители схватывания, ускорители схватывания, диспергирующие вещества и другие модифицирующие реологию вещества. Могут быть также введены некоторые производимые промышленностью химические добавки, такие как Glenium™ 7500 фирмы BASF Chemicals и Acumer™ фирмы Dow Chemical Company. В конкретных вариантах осуществления, один или более пигментов могут быть равномерно диспергированы или практически неравномерно диспергированы в связующих матрицах, в зависимости от того, какой требуется композитный материал. Пигментом может быть любой подходящий пигмент, в том числе, например, оксиды различных металлов (например, черный железоокисный пигмент, оксид кобальта и оксид хрома). Пигмент может быть любого цвета или любых цветов, например, выбранных из черного, белого, голубого, серого, розового, зеленого, красного, желтого и коричневого цветов. Пигмент может присутствовать в любом подходящем количестве, в зависимости от того, какой требуется композитный материал, например, в количестве в диаChemical additives, such as plasticizers, superplasticizers, set retarders, set accelerators, dispersants, and other rheology modifying agents, may also be incorporated into the composite material. Some commercial chemical additives may also be included, such as Glenium™ 7500 from BASF Chemicals and Acumer™ from Dow Chemical Company. In specific embodiments, one or more pigments may be uniformly dispersed or substantially non-uniformly dispersed in the binder matrices, depending on which composite material is desired. The pigment may be any suitable pigment including, for example, oxides of various metals (eg black iron oxide, cobalt oxide and chromium oxide). The pigment may be any color or any colors, for example, selected from black, white, blue, grey, pink, green, red, yellow and brown. The pigment may be present in any suitable amount, depending on which composite material is desired, for example, in an amount in the dia.

- 13 040455 пазоне от приблизительно 0,0% до приблизительно 10% по массе.- 13 040455 range from about 0.0% to about 10% by weight.

Следует иметь в виду, что раскрытые в изобретении композиции силиката кальция, фазы и способы могут быть адаптированы под использование фаз силикатов магния вместо или в дополнение к фазам силиката кальция. Используемый в изобретении термин силикат магния относится к природным минералам или синтетическим материалам, которые состоят из одной или более групп соединений, содержащих магний и кремний, включающих, например, Mg2SiO4 (известный также как форстерит) и Mg3Si4O10(OH)2 (известный также как тальк), причем материал может включать один или более ионов или оксидов других металлов (например, оксиды кальция, алюминия, железа или марганца) или их смеси или может включать количество силиката кальция в природной или синтетической форме (формах) в диапазоне от следовых количеств (1%) до приблизительно 50% или более по массе.It should be appreciated that the calcium silicate compositions, phases and methods disclosed herein can be adapted to use magnesium silicate phases instead of or in addition to calcium silicate phases. As used herein, the term magnesium silicate refers to natural minerals or synthetic materials that are composed of one or more groups of compounds containing magnesium and silicon, including, for example, Mg 2 SiO 4 (also known as forsterite) and Mg 3 Si 4 O 10 ( OH) 2 (also known as talc), wherein the material may include one or more other metal ions or oxides (for example, oxides of calcium, aluminium, iron or manganese) or mixtures thereof, or may include an amount of calcium silicate in natural or synthetic form(s). ) ranging from trace amounts (1%) to about 50% or more by weight.

ПримерыExamples

Образцы цементов из обладающего способностью к карбонизации силиката кальция заделывали в эпоксидную смолу, полировали и покрывали слоем графита для получения информации по распределению фаз внутри индивидуальных частиц. Образцы анализировали методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) в режиме визуализации спектра обратно-рассеянных электронов (BSE). Контрастность каждой фазы зависит от ее стехиометрии, при этом более плотные фазы, содержащие элементы с более высоким значением среднего атомного номера, будут проявляться на изображении более ярко, чем менее плотные фазы с более низким значением среднего атомного номера. Контрастность различных фаз может быть соотнесена путем сравнения коэффициента контрастности η изображения в обратнорассеянных электронах (BSE), рассчитанного с использованием среднего атомного номера Ζ каждой фазы.Samples of carbonizable calcium silicate cements were embedded in epoxy resin, polished and coated with a layer of graphite to obtain information on the distribution of phases within individual particles. The samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) in the back-scattered electron (BSE) spectrum imaging mode. The contrast of each phase depends on its stoichiometry, with denser phases containing elements with higher mean atomic number appearing more clearly in the image than less dense phases with lower mean atomic number. The contrast of different phases can be correlated by comparing the contrast ratio η of a back-scattered electron (BSE) image calculated using the average atomic number Ζ of each phase.

InZ 1 _ п = -г - >10) ° (Уравнение 1)InZ 1 _ n \u003d -g -\u003e 10) ° (Equation 1)

Средний атомный номер Z каждой фазы представляет собой сумму атомных масс каждого атома, присутствующего в фазе, деленную на суммарное число атомов, где N представляет собой число каждого элемента с атомным номером A и атомной массой Z (ZNA представляет собой молекулярную массу).The average atomic number Z of each phase is the sum of the atomic masses of each atom present in the phase divided by the total number of atoms, where N is the number of each element with atomic number A and atomic mass Z (ZNA is molecular weight).

(Уравнение 2)(Equation 2)

Значения η для фаз, присутствующих в частицах цемента, приведены в табл. 1. Аморфные фазы имеют переменный химический состав, не определяемый дифракционными методами. Для большинства цементов аморфная фаза будут иметь состав, аналогичный составу фазы мелилита. В цементах с более низким содержанием Al2O3 и MgO аморфная фаза будут иметь более высокое значение среднего атомного номера и, следовательно, будет характеризоваться более высокой яркостью на изображениях, полученных с помощью обратно-рассеянных электронов (BSE). Идентичность фаз подтверждается измерением индивидуальных фаз с помощью рентгеновского микрозонда.The values of η for the phases present in the cement particles are given in Table. 1. Amorphous phases have a variable chemical composition that cannot be determined by diffraction methods. For most cements, the amorphous phase will have a composition similar to that of the melilite phase. In cements with lower Al 2 O 3 and MgO content, the amorphous phase will have a higher mean atomic number and therefore will be more luminous in back-scattered electron (BSE) images. The identity of the phases is confirmed by measuring the individual phases with an X-ray microprobe.

Таблица 1. Рассчитанные значения коэффициента контрастности для изображений в обратно-рассеянных электронах для фаз, присутствующих в частицах цемента из обладающего способностью к карбонизации силиката кальцияа.Table 1. Calculated BSE contrast ratio values for phases present in carbonizable calcium silicate cement particles.

Фаза Phase η η SiO2 SiO2 0,127 0.127 СаСО3 CaCO 3 0,148 0.148 А1 - Мелилит (Ca2Al2SiO7)A1 - Melilite (Ca 2 Al 2 SiO 7 ) 0,154 0.154 Мд - Мелилит (Ca2MgSi2O7)Md - Melilite (Ca 2 MgSi 2 O 7 ) 0,154 0.154 Волластонит (CaSiO3)Wollastonite (CaSiO 3 ) 0,160 0.160 Ранкинит (Ca3Si2O7)Rankinite (Ca 3 Si 2 O 7 ) 0,166 0.166 Белит (Ca2SiO4)Belite (Ca 2 SiO 4 ) 0,171 0.171

а) Самое высокое значение будут соответствовать фазе с самой высокой яркостью. Фазы силиката кальция имеют самую высокую контрастность на изображениях в обратно-рассеянных электронах (BSE) и будут представлять собой фазы с самой высокой яркостью на изображениях в обратно-рассеянных электронах (BSE). Самые темные области на изображении соответствуют порам или пустотам, заполненным установочной смолой на основе углерода. a) The highest value will correspond to the phase with the highest brightness. The calcium silicate phases have the highest contrast in back-scattered electron (BSE) images and will be the phases with the highest brightness in back-scattered electron (BSE) images. The darkest areas in the image correspond to pores or voids filled with carbon-based installation resin.

Были приготовлены экспериментальные цементы тремя различными методами с отличающимися конечными химическими составами. Экспериментальный цемент 1 приготавливали из известняка и песка, измельченных до тонкости помола 85%, проходящих через сито размером 200 меш. Известняк и песок смешивали с получением суммарного атомного отношения кальция к кремнию приблизительно 1. Измельченное и смешанное сырье подвергали обработке во вращающейся обжиговой печи при максиExperimental cements were prepared by three different methods with different final chemical compositions. Experimental cement 1 was prepared from limestone and sand ground to a fineness of 85%, passing through a 200 mesh sieve. Limestone and sand were mixed to obtain a total atomic ratio of calcium to silicon of approximately 1. The crushed and mixed raw materials were processed in a rotary kiln at max.

- 14 040455 мальной температуре приблизительно 1200°C и времени пребывания от 30 до 60 мин с целью взаимодействия порошка и получения зерен цементного клинкера из спеченного обладающего способностью к карбонизации силиката кальция, в основном состоящих из обладающих способностью к карбонизации силикатов кальция, мелилитов, аморфной фазы с составом, подобным мелилиту, и непрореагировавшего диоксида кремния. Содержание оксидов в этом цементе, определенное рентгенофлуоресцентным методом (XRF), приведено в табл. 2. Фазовый состав этого цемента, определенный методом рентгеноструктурного анализа (XRD), приведен в табл. 3. Затем цементный клинкер измельчали, используя двухкамерную шаровую мельницу с замкнутым циклом. Для получения измельченного цемента со средним диаметром частиц 12 мкм регулировали скорость подачи материала, скорость вращения шаровой мельницы и расход воздуха в пневмосепараторе. На фиг. 5 представлен спрессованный материал из прореагировавших частиц, полученных при использовании этого цемента и подвергнутых воздействию атмосферы с содержанием >95% CO2 при 60°C в течение 18 ч.- 14 040455 a low temperature of approximately 1200°C and a residence time of 30 to 60 minutes in order to react the powder and obtain grains of cement clinker from sintered carbonizable calcium silicate, mainly consisting of carbonizable calcium silicates, melilites, amorphous phase with a composition similar to melilite and unreacted silica. The content of oxides in this cement, determined by X-ray fluorescence (XRF), is given in table. 2. The phase composition of this cement, determined by X-ray diffraction analysis (XRD), is given in Table. 3. Then, the cement clinker was ground using a double-chamber closed-loop ball mill. To obtain crushed cement with an average particle diameter of 12 μm, the feed rate of the material, the speed of rotation of the ball mill, and the air flow in the pneumatic separator were controlled. In FIG. 5 shows a compacted material of reacted particles obtained using this cement and exposed to an atmosphere containing >95% CO2 at 60°C for 18 hours.

Экспериментальный цемент 1 подробно исследовали методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) в режиме обратно-рассеянных электронов (BSE) в сочетании с анализом с помощью рентгеновского микрозонда. Элементный состав, определенный с помощью рентгеновского микрозонда, сопоставляли с фазами, идентифицированными методом рентгеноструктурного анализа (XRD). Атомный состав фаз, определенный с помощью рентгеновского микрозонда, приведен в табл. 4. Этот анализ позволил идентифицировать дополнительную фазу, браунмиллерит или Са2(Al, Fe)2О5, а также две четко выраженные частично реакционноспособные аморфные фазы: аморфную фазу с низким содержанием Al, фазу 1, и аморфную фазу с высоким содержанием AL, фазу 2. На фиг. 6, 7 и 8 данные по анализу составов, собранные в сочетании с контрастностью фаз, наблюдаемых на изображениях, полученных режиме обратно-рассеянных электронов (BSE), использовали для создания в условных цветах карт непрореагировавших частиц. Обнаруживается множество примеров многофазных частиц различных классификаций.Experimental cement 1 was examined in detail by back-scattered electron (BSE) scanning electron microscopy (SEM) combined with X-ray microprobe analysis. The elemental composition determined using an X-ray microprobe was compared with the phases identified by X-ray diffraction analysis (XRD). The atomic composition of the phases, determined using an X-ray microprobe, is given in Table. 4. This analysis identified an additional phase, brownmillerite or Ca 2 (Al, Fe) 2 O 5 , as well as two distinct partially reactive amorphous phases: a low Al amorphous phase, phase 1, and an amorphous AL high phase, phase 2. FIG. 6, 7, and 8, the compositional analysis data collected in combination with the phase contrast observed in the back-scattered electron (BSE) images was used to create false color maps of unreacted particles. Many examples of multiphase particles of various classifications are found.

Таблица 2. Содержание оксидов в экспериментальном цементе 1, определенное рентгенофлуоресцентным методом (XRF).Table 2. The content of oxides in the experimental cement 1, determined by X-ray fluorescence (XRF).

SiO2 SiO2 СаО CaO А12О3 A1 2 O 3 Fe2O3 Fe2O3 _ MgO MgO so3 so 3 К2ОK 2 O Ν3-2θ Ν3-2θ TiO2 TiO2 p2o5 p 2 o 5 Mn2O3 Mn2O3 _ 44,9% 44.9% 43, 8% 43.8% 5, 3% 5.3% 1, 8% 18% 1,2% 1.2% 0,3% 0.3% 2,0% 2.0% 0,4% 0.4% 0,2% 0.2% 0, 1% 0.1% 0, 0% 0.0%

Таблица 3. Фазовый состав экспериментального цемента 1, определенный методом рентгеноструктурного анализа (XRD).Table 3. Phase composition of experimental cement 1 determined by X-ray diffraction analysis (XRD).

Волластонит CasiO3 Wollastonite CasiO 3 Ранкинит Ca3Si2O7Rankinite Ca3Si 2 O7 Белит Ca2SiO4 Belite Ca 2 SiO 4 Аморфная фаза переменного состава Amorphous phase of variable composition Диоксид кремния SiO2 Silicon dioxide SiO 2 Известь СаО Lime CaO Мелилиты переменног о о состава Melilites composition variable 15% 15% 19% 19% 14% 14% 30% thirty% 5% 5% 1% 1% 16% 16%

- 15 040455- 15 040455

Таблица 4. Атомный состав фаз в экспериментальном цементе 1, определенный с помощью рентгеновского микрозонда (выраженный в атомных %).Table 4. Atomic composition of phases in experimental cement 1, determined using an X-ray microprobe (expressed in atomic %).

Фаза Phase О ABOUT Na Na Mg mg Al Al Si Si s s к To Ca Ca Ti Ti Mn Mn Fe Fe Волластонит/ псевдоволластони т wollastonite/pseudowollastonite 59, 5 59.5 0, 0 0, 0 0,0 0.0 0, 6 0.6 1θ, 7 1θ, 7 0,0 0.0 0,3 0.3 20, 8 20, 8 0,1 0.1 o, 0 oh, 0 o, 1 oh, 1 Ранкинит Rankinitis 58, 0 58.0 0, 0 0, 0 0,2 0.2 0,4 0.4 15, 8 15, 8 0,0 0.0 0,1 0.1 25, 5 25.5 0,0 0.0 o, 0 oh, 0 o, 0 oh, 0 Белит Belit 56, 8 56, 8 0, 0 0, 0 ο,ι ο,ι 0, 6 0.6 13, 3 13, 3 0,0 0.0 0,2 0.2 28, 8 28, 8 0,0 0.0 0, 0 0, 0 0, 1 0, 1 Аморфная (1) Amorphous (1) 62, 2 62.2 0,7 0.7 0,8 0.8 0,7 0.7 36, 1 36, 1 0,0 0.0 4,2 4.2 4,7 4.7 0,1 0.1 o, 0 oh, 0 o, 4 oh, 4 Аморфная (2) Amorphous (2) 60, 0 60.0 0, 8 0.8 0,4 0.4 9,3 9.3 18, 8 18, 8 0,0 0.0 6,3 6.3 4,1 4.1 0,0 0.0 o, 0 oh, 0 o, 1 oh, 1 Браунмиллерит brownmillerite 55, 9 55, 9 0, 0 0, 0 0,7 0.7 7,0 7.0 3,3 3.3 0,4 0.4 0,3 0.3 23, 9 23, 9 0,4 0.4 o, 1 oh, 1 8, 0 8, 0 Мелилит melilite 58, 3 58, 3 0,4 0.4 2,1 2.1 8,8 8.8 12, 1 12.1 0,0 0.0 0,3 0.3 17, 2 17, 2 0,0 0.0 o, 0 oh, 0 o, 8 oh, 8 Диоксид кремния Silica 66, 6 66.6 0, 0 0, 0 0,0 0.0 0,3 0.3 33, 0 33.0 0,0 0.0 0,0 0.0 0, 0 0, 0 0,0 0.0 o, 0 oh, 0 o, 0 oh, 0 Известь Lime 50, 0 50.0 0, 0 0, 0 0,0 0.0 0, 0 0, 0 0, 0 0, 0 0,0 0.0 0,0 0.0 50, 0 50.0 0,0 0.0 o, 0 oh, 0 o, 0 oh, 0

В случае экспериментального цемента 2 известняк высокой чистоты и песок измельчали и смешивали с получением суммарного атомного отношения кальция к кремнию приблизительно 1. Измельченное и смешанное сырье гранулировали путем перемешивания с водой и загружали в огнеупорные емкости. Емкости и гранулированное сырье обжигали при 1500°C в электрической печи с получением цементного клинкера из спеченного обладающего способностью к карбонизации силиката кальция, в основном состоящего из реакционноспособных силикатов кальция, аморфной фазы с составом, подобным волластониту, и непрореагировавшего диоксида кремния. Содержание оксидов в этом цементе, определенное рентгенофлуоресцентным методом (XRF), приведено в табл. 5. Фазовый состав этого цемента приведен в табл. 6. Полученное сырье измельчали с помощью струйной мельницы. Для получения частиц со средним размером 12 мкм регулировали скорость подачи материала, геометрические размеры мельницы и давление воздуха. Спрессованный материал из измельченного цемента подвергали воздействию атмосферы с содержанием >95% CO2 при 60°C в течение 18 ч. На фиг. 9 и фиг. 10 показаны прореагировавшие однофазные и многофазные частицы.In the case of Experimental Cement 2, high purity limestone and sand were crushed and mixed to give a total calcium to silicon atomic ratio of approximately 1. The crushed and mixed raw materials were granulated by mixing with water and loaded into refractory containers. The containers and granular raw materials were fired at 1500° C. in an electric furnace to produce cement clinker from sintered carbonizable calcium silicate, mainly composed of reactive calcium silicates, an amorphous phase with a composition similar to wollastonite, and unreacted silica. The content of oxides in this cement, determined by X-ray fluorescence (XRF), is given in table. 5. The phase composition of this cement is given in Table. 6. The resulting raw material was crushed using a jet mill. To obtain particles with an average size of 12 μm, the material feed rate, the geometric dimensions of the mill, and the air pressure were controlled. The compacted ground cement material was exposed to an atmosphere containing >95% CO2 at 60° C. for 18 hours. FIG. 9 and FIG. 10 shows reacted single-phase and multi-phase particles.

Таблица 5. Содержание оксидов в экспериментальном цементе 2, определенное рентгенофлуоресцентным методом (XRF).Table 5. The content of oxides in experimental cement 2, determined by X-ray fluorescence (XRF).

Sio2 Sio 2 CaO CaO A12O3 A1 2 O 3 Fe2o3 Fe 2 o 3 MgO MgO SO3 SO 3 K2O K2O Na2O Na2O TiO2 TiO2 p205 p 2 0 5 Мп2Mp 2 0z 45, 8 % 45.8% 51,1 % 51.1% 1,8% 1.8% 0,4% 0.4% 0, 6% 0.6% 0,3% 0.3% 0,3% 0.3% 0, 0% 0.0% 0, 0% 0.0% 0, 0% 0.0% 0, 0% 0.0%

Таблица 6. Фазовый состав экспериментального цемента 2, определенный методом рентгеноструктурного анализа (XRD).Table 6. Phase composition of experimental cement 2 determined by X-ray diffraction analysis (XRD).

Волластонит CaSiO3 Wollastonite CaSiO 3 Ранкинит Ca3Si2O7 Rankinite Ca 3 Si 2 O 7 Белит Ca2SiO4 Belite Ca 2 SiO 4 Аморфная фаза переменного состава Amorphous phase of variable composition Диоксид кремния SiO2 Silicon dioxide SiO 2 Известь СаО Lime CaO Мелилиты переменного состава Melilites of variable composition 20% 20% 0% 0% 11% eleven% 68% 68% 1% 1% 0% 0% 0% 0%

Получали обладающий способностью к карбонизации силикат кальция (экспериментальный цемент 3). Для получения цемента известняк и песок измельчали до тонкости помола 85%, проходящие через сито размером 200 меш. Известняк и песок смешивали с получением суммарного атомного отношения кальция к кремнию приблизительно 1. Измельченное и смешанное сырье подвергали обработке во вращающейся обжиговой печи при максимальной температуре приблизительно 1260°C и времени пребывания от 30 до 60 мин с целью взаимодействия порошка и получения зерен цементного клинкера из спеченного обладающего способностью к карбонизации силиката кальция, в основном состоящих из обла- 16 040455 дающих способностью к карбонизации силикатов кальция, мелилитов, аморфной фазы с составом, подобным мелилиту, и непрореагировавшего диоксида кремния. Содержание оксидов в этом цементе, определенное рентгенофлуоресцентным методом (XRF), приведено в табл. 7. Фазовый состав этого цемента, определенный методом рентгеноструктурного анализа (XRD), приведен в табл. 8. Затем цементный клинкер измельчали, используя двухкамерную шаровую мельницу с замкнутым циклом. Для получения измельченного цемента со средним диаметром частиц 12 мкм, регулировали скорость подачи материала, скорость вращения шаровой мельницы и расход воздуха в пневмосепараторе. На фиг. 11 и фиг. 12 представлены спрессованные материалы из прореагировавших частиц, полученных при использовании этого цемента и подвергнутых воздействию атмосферы с содержанием >95% CO2 при 60°C в течение 18 ч.Received having the ability to carbonize calcium silicate (experimental cement 3). To obtain cement, limestone and sand were ground to a fineness of 85%, passing through a 200 mesh sieve. Limestone and sand were mixed to obtain a total atomic ratio of calcium to silicon of approximately 1. The crushed and mixed raw materials were subjected to processing in a rotary kiln at a maximum temperature of approximately 1260°C and a residence time of 30 to 60 minutes in order to react the powder and obtain grains of cement clinker from sintered carbonizable calcium silicate, essentially consisting of carbonizable calcium silicates, melilite, an amorphous phase with a composition similar to melilite, and unreacted silica. The content of oxides in this cement, determined by X-ray fluorescence (XRF), is given in table. 7. The phase composition of this cement, determined by X-ray diffraction analysis (XRD), is given in table. 8. Then, the cement clinker was ground using a double-chamber closed-loop ball mill. To obtain crushed cement with an average particle diameter of 12 μm, the feed rate of the material, the speed of rotation of the ball mill and the air flow in the pneumatic separator were controlled. In FIG. 11 and FIG. 12 shows compressed materials from reacted particles obtained using this cement and exposed to an atmosphere containing >95% CO 2 at 60°C for 18 hours.

Таблица 7. Содержание оксидов в экспериментальном цементе 3, определенное рентгенофлуоресцентным методом (XRF).Table 7. The content of oxides in the experimental cement 3, determined by X-ray fluorescence (XRF).

SiO2 SiO2 СаО CaO А12A1 2 0z Fe2O3 Fe2O3 _ МдО MDO so3 so 3 К2ОK 2 O Na2O Na2O Т1О2 Т1О 2 р2о5 p 2 o 5 Мп2О3 MP 2 O 3 43, 8 43, 8 42,9 % 42.9% 6, 0% 6.0% 2,5% 2.5% 2,0% 2.0% 1, 0% 10% 1,1% 1.1% 0, 1% 0.1% 0,3% 0.3% 0,2% 0.2% 0, 1% 0.1%

Таблица 8. Фазовый состав экспериментального цемента 3, определенный методом рентгеноструктурного анализа (XRD).Table 8. Phase composition of experimental cement 3 determined by X-ray diffraction analysis (XRD).

Волластонит CasiO3 Wollastonite CasiO 3 Ранкинит Ca3Si2O7 Rankinite Ca 3 Si 2 O 7 Белит Ca2SiO4 Belite Ca 2 SiO 4 Аморфная фаза переменного состава Amorphous phase of variable composition Диоксид кремния SiO2 Silicon dioxide SiO 2 Известь СаО Lime CaO Мелилиты переменного состава Melilites variable composition 23% 23% 18% 18% 1% 1% 23% 23% 5% 5% 0% 0% 30% thirty%

В описании этого изобретения и в прилагаемых пунктах формулы изобретения, формы единственного числа включают ссылку и на формы множественного числа, если из контекста не следует иное.In the description of this invention and in the appended claims, the singular forms include reference to the plural forms, unless the context dictates otherwise.

Если не указано иначе, то все используемые в изобретении технические и научные термины имеют значения, которые являются общепринятыми для обычного специалиста в данной области. В изобретении описаны предпочтительные способы и материалы, но при реализации или испытании настоящего изобретения также могут быть использованы любые способы и материалы, аналогичные или эквивалентные способам и материалам, описанным в изобретении. Указанные в изобретении способы могут быть осуществлены в любом порядке, который логически возможен, помимо конкретно указанного в изобретении порядка.Unless otherwise indicated, all technical and scientific terms used in the invention have the meanings that are generally accepted by one of ordinary skill in the art. The invention describes the preferred methods and materials, but in the implementation or testing of the present invention can also be used in any methods and materials similar or equivalent to the methods and materials described in the invention. The methods specified in the invention can be carried out in any order that is logically possible, in addition to the order specifically specified in the invention.

Включение содержания документа в изобретение путем ссылки на негоIncorporation of the contents of a document into the invention by reference to it

В описании этого изобретения были сделаны ссылки и приведено цитирование других документов, таких как патенты, патентные заявки, патентные публикации, журналы, книги, газеты, содержимое сайтов в интернете. Содержание всех таких документов для всех случаев включено в изобретение путем ссылки на них. Любая информация или ее часть, по поводу которой указано, что она включена в изобретение путем ссылки на нее, но которая противоречит однозначно изложенным в изобретении определениям, утверждениям или другой раскрываемой информации, включается в изобретении только в том объеме, при котором не возникает противоречий между этой включенной информацией и информацией, раскрытой в настоящем изобретении. В случае возникновения противоречия противоречие должно разрешаться в пользу настоящего изобретения.In the description of this invention, references have been made and citations have been made to other documents such as patents, patent applications, patent publications, magazines, books, newspapers, Internet site content. The contents of all such documents, in all cases, are incorporated into the invention by reference to them. Any information or part of it, about which it is indicated that it is included in the invention by reference to it, but which contradicts the definitions, statements or other disclosures expressly set forth in the invention, is included in the invention only to the extent that there is no conflict between this included information and the information disclosed in the present invention. In the event of a conflict, the conflict must be resolved in favor of the present invention.

ЭквивалентыEquivalents

Предполагается, что описанные в изобретении типичные примеры приводятся только с целью иллюстрации изобретения и их не следует никоим образом истолковывать в качестве ограничения объема изобретения. Более того, для специалистов в данной области после ознакомления с полным содержанием изобретения, в том числе с приведенными в изобретении примерами и ссылками на научные и патентные публикации, станет очевидным возможность создания модификаций изобретения и многих дополнительных вариантов его осуществления, помимо тех, которые продемонстрированы и описаны в изобретении. Эти примеры содержат важную дополнительную информацию, пояснения и указания, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретения на практике в его различных вариантах осуществления и эквивалентах.It is intended that the exemplary examples described in the invention are provided for the purpose of illustrating the invention only and should not be construed in any way as limiting the scope of the invention. Moreover, it will become apparent to those skilled in the art upon reading the full scope of the invention, including the examples provided in the invention and references to scientific and patent publications, that modifications of the invention and many additional embodiments beyond those shown and described in the invention. These examples contain important additional information, explanations and guidelines that can be used in the implementation of the present invention in practice in its various embodiments and equivalents.

Claims (14)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Композитный материал, получаемый карбонизацией силиката кальция с помощью CO2, включающий множество связующих элементов и один или более материалов заполнителей, при этом указанные связующие элементы представляют собой элементы одного или более типов, выбранных из:1. Composite material obtained by carbonization of calcium silicate with CO 2 , including a plurality of binders and one or more filler materials, while these binders are elements of one or more types selected from: связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a silica core resulting from the carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; - 17 040455 связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3;- 17 040455 binder, comprising a core of silicon dioxide, formed as a result of carbonization having the ability to carbonize the phase of calcium silicate, completely or partially enclosed in a shell of particles of CaCO 3 ; связующего элемента, включающего ядро не обладающей способностью к карбонизации фазы, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a core of non-carbonizable phase, completely or partially enclosed in a shell of particles of CaCO 3 ; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3;a binding element comprising a multiphase core consisting of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a calcium silicate phase with the ability to carbonize, and partially reacted calcium silicate, where the multiphase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed into a shell of CaCO3 particles; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из не обладающей способностью к карбонизации фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a multi-phase core consisting of a non-carbonizable phase and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; связующего элемента, включающего частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра и корковый слой из диоксида кремния, заключенный в оболочку из частиц CaCO3; и связующего элемента, включающего пористые частицы без четко выраженного коркового слоя диоксида кремния, заключенные в оболочку из частиц CaCO3, где множество связующих элементов образуют сопряженную связующую матрицу, обеспечивающую прочность сцепления и удерживающую композитный материал.a binding element comprising particles of partially reacted calcium silicate without a clearly defined core and a crust layer of silicon dioxide enclosed in a shell of CaCO3 particles; and a binder comprising porous particles without a clearly defined crust layer of silicon dioxide, enclosed in a shell of CaCO 3 particles, where a plurality of binders form a conjugated bonding matrix that provides adhesive strength and holds the composite material. 2. Композитный материал по п.1, где не обладающую способностью к карбонизации фазу выбирают из диоксида кремния и мелилита.2. The composite material of claim 1 wherein the non-carbonizable phase is selected from silica and melilite. 3. Композитный материал по п.1 или 2, где фазу силиката кальция выбирают из волластонита, псевдоволластонита, ранкинита, белита и обладающих способностью к карбонизации аморфных силикатов кальция или комбинации двух или более из них.3. A composite material according to claim 1 or 2, wherein the calcium silicate phase is selected from wollastonite, pseudowollastonite, rankinite, belite and carbonizable amorphous calcium silicates, or a combination of two or more of them. 4. Композитный материал по любому из пп.1-3, дополнительно включающий одну или более пустот, расположенных в пространстве между связующими элементами, при этом необязательно один или более связующих элементов включают одну или более пустот.4. Composite material according to any one of claims 1 to 3, further comprising one or more voids located in the space between the connecting elements, while optionally one or more connecting elements include one or more voids. 5. Композитный материал по любому из пп.1-4, где обогащенный диоксидом кремния корковый слой имеет толщину в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм до приблизительно 50 мкм.5. A composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the silica-enriched crust layer has a thickness in the range of from about 0.01 µm to about 50 µm. 6. Композитный материал по любому из пп.1-5, где обогащенный диоксидом кремния корковый слой характеризуется содержанием диоксида кремния в диапазоне от приблизительно 50% до приблизительно 90% по объему и содержанием CaCO3 в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 50% по объему.6. A composite material according to any one of claims 1 to 5, wherein the silica-enriched crust layer is characterized by a silica content in the range of from about 50% to about 90% by volume and a CaCO 3 content in the range from about 10% to about 50% by volume. volume. 7. Композитный материал по любому из пп.1-6, в котором упомянутые один или более материалов заполнителей необязательно равномерно распределены в связующей матрице.7. Composite material according to any one of claims 1 to 6, wherein said one or more filler materials are optionally evenly distributed in the bond matrix. 8. Композитный материал по любому из пп.1-7, дополнительно включающий один или более дополнительных материалов, выбранных из зольной пыли, шлака и тонкой кремнеземной пыли, необязательно равномерно распределенных в связующей матрице.8. A composite material according to any one of claims 1 to 7, further comprising one or more additional materials selected from fly ash, slag and fine silica dust, optionally evenly distributed in the binder matrix. 9. Связующая матрица, включающая множество связующих элементов, где связующие элементы выбирают из:9. Connecting matrix, including a plurality of connecting elements, where the connecting elements are selected from: связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, полностью или частично окруженное обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a silica core resulting from the carbonization of a carbonizable calcium silicate phase, completely or partially surrounded by a silica-rich crust layer of varying thickness, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; связующего элемента, включающего ядро из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a core of silicon dioxide formed as a result of carbonization having the ability to carbonize the phase of calcium silicate, and wholly or partially enclosed in a shell of CaCO 3 particles; связующего элемента, включающего ядро не обладающей способностью к карбонизации фазы, полностью или частично заключенное в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a core of non-carbonizable phase, fully or partially enclosed in a shell of particles of CaCO 3 ; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из диоксида кремния, образовавшегося в результате карбонизации обладающей способностью к карбонизации фазы силиката кальция, и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3;a binding element comprising a multiphase core consisting of silicon dioxide formed as a result of carbonization of a calcium silicate phase with the ability to carbonize, and partially reacted calcium silicate, where the multiphase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed into a shell of CaCO3 particles; связующего элемента, включающего многофазное ядро, состоящее из не обладающей способностью к карбонизации фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, где многофазное ядро полностью или частично окружено обогащенным диоксидом кремния корковым слоем различной толщины, который полностью или частично заключен в оболочку из частиц CaCO3;a binder comprising a multi-phase core consisting of a non-carbonizable phase and partially reacted calcium silicate, where the multi-phase core is completely or partially surrounded by a silica-enriched crust layer of various thicknesses, which is completely or partially enclosed in a shell of CaCO3 particles; связующего элемента, включающего частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра и корковый слой из диоксида кремния, заключенный в оболочку из частицbinding element, including particles of partially reacted calcium silicate without a clearly defined core and a crust layer of silicon dioxide enclosed in a shell of particles - 18 040455- 18 040455 СаСОз; и связующего элемента, включающего пористые частицы без четко выраженного коркового слоя диоксида кремния, заключенные в оболочку из частиц CaCO3.CaCO3; and a binding element, including porous particles without a clearly defined crust layer of silicon dioxide, enclosed in a shell of particles of CaCO 3 . 10. Связующая матрица по п.9, где не обладающую способностью к карбонизации фазу выбирают из диоксида кремния и мелилита.10. The binder matrix of claim 9 wherein the non-carbonizable phase is selected from silica and melilite. 11. Связующая матрица по п.9 или 10, где фазу силиката кальция выбирают из волластонита, псевдоволластонита, ранкинита, белита и обладающих способностью к карбонизации аморфных силикатов кальция или комбинации двух или более из них.11. The binding matrix according to claim 9 or 10, wherein the calcium silicate phase is selected from wollastonite, pseudowollastonite, rankinite, belite and carbonizable amorphous calcium silicates, or a combination of two or more of them. 12. Связующая матрица по любому из пп.9-11, дополнительно включающая одну или более пустот, расположенных в пространстве между связующими элементами, при этом необязательно один или более связующих элементов включают одну или более пустот.12. A bonding matrix according to any one of claims 9 to 11, further comprising one or more voids located in the space between the bonding elements, optionally one or more of the bonding elements comprising one or more voids. 13. Связующая матрица по любому из пп.9-12, где обогащенный диоксидом кремния корковый слой имеет толщину в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм до приблизительно 50 мкм.13. A bonding matrix according to any one of claims 9-12, wherein the silica-enriched crust layer has a thickness in the range of from about 0.01 µm to about 50 µm. 14. Связующая матрица по любому из пп.9-13, дополнительно включающая один или более материалов заполнителей и необязательно включающая один или более дополнительных материалов, выбранных из зольной пыли, шлака и тонкой кремнеземной пыли.14. A bonding matrix according to any one of claims 9-13, further comprising one or more aggregate materials and optionally including one or more additional materials selected from fly ash, slag and fine silica dust.
EA201791879 2015-03-20 2016-03-18 COMPOSITE MATERIALS AND BINDING ELEMENTS PRODUCED BY CALCIUM SILICATE CARBONIZATION AND METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION EA040455B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/136,201 2015-03-20
US62/136,208 2015-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040455B1 true EA040455B1 (en) 2022-06-06

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240010564A1 (en) Composite materials and bonding elements from carbonation of calcium silicate and methods thereof
US10233127B2 (en) Cement chemistries
JP2023159143A (en) Composite material, production method and use thereof
US11518715B2 (en) Compositions and method to improve the durability of calcium silicate-based cements and concretes
EA039679B1 (en) Mitigation of corrosion in carbonated concrete based on low-calcium silicate cement
EA037008B1 (en) Aerated composite materials, methods of production and uses thereof
US10815154B2 (en) Composite materials, methods of production and uses thereof
US11618714B2 (en) Methods of forming cured composite materials with optimized pH and related compositions and systems
EA040455B1 (en) COMPOSITE MATERIALS AND BINDING ELEMENTS PRODUCED BY CALCIUM SILICATE CARBONIZATION AND METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION
EA045468B1 (en) METHODS FOR OBTAINING CURED COMPOSITE MATERIALS WITH OPTIMIZED pH AND CORRESPONDING COMPOSITIONS AND SYSTEMS
EA044255B1 (en) COMPOSITE MATERIALS, METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION