EA044255B1 - COMPOSITE MATERIALS, METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION - Google Patents

COMPOSITE MATERIALS, METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION Download PDF

Info

Publication number
EA044255B1
EA044255B1 EA202091075 EA044255B1 EA 044255 B1 EA044255 B1 EA 044255B1 EA 202091075 EA202091075 EA 202091075 EA 044255 B1 EA044255 B1 EA 044255B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
objects
atmosphere
curing
channels
chamber
Prior art date
Application number
EA202091075
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ларри Э. Маккендлиш
Орландо Нарин
Даниэль Касторо
Вахит Атакан
Девин Паттен
Джон П. Капплер
Шон Кэмрон Куинн
Original Assignee
Солидия Текнолоджиз, Инк.
Filing date
Publication date
Application filed by Солидия Текнолоджиз, Инк. filed Critical Солидия Текнолоджиз, Инк.
Publication of EA044255B1 publication Critical patent/EA044255B1/en

Links

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение в целом относится к изделиям из композиционных материалов и системам и способам их получения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новым изделиям или сборным изделиям из композиционных материалов (например, дорожным плитам, блокам, черепице и многопустотным плитам), а также к составам и способам их получения и применения. Такие бетонные изделия подходят для различных применений в строительстве, дорожных покрытиях, ландшафтной архитектуре и инфраструктуре.The present invention generally relates to composite materials products and systems and methods for their production. More specifically, the present invention relates to new products or prefabricated products made from composite materials (eg, road slabs, blocks, tiles and hollow-core slabs), as well as compositions and methods for their preparation and use. These concrete products are suitable for a variety of applications in construction, paving, landscape architecture and infrastructure.

Уровень техникиState of the art

Бетон является наиболее потребляемым искусственным материалом в мире. Типичный бетон получают путем смешивания портландцемента, воды и заполнителей, таких как песок и щебень. Портландцемент представляет собой синтетический материал, получаемый путем сжигания смеси молотого известняка и глины или материалов аналогичного состава во вращающейся печи при температуре спекания примерно 1450°С.Concrete is the most consumed man-made material in the world. Typical concrete is made by mixing Portland cement, water and aggregates such as sand and crushed stone. Portland cement is a synthetic material produced by burning a mixture of ground limestone and clay or materials of similar composition in a rotary kiln at a sintering temperature of approximately 1450°C.

Дорожные плиты представляют собой бетонные блоки, изготовленные посредством процесса литья, процесса прессования, процесса уплотнения или комбинации процессов вибрации и прессования. В общем случае дорожные плиты укладывают по схеме в перевязку. Такие дорожные плиты также иногда называют брусчаткой. Указанные дорожные плиты могут быть заменены при повреждении во время срока службы на новые плиты, что уменьшает перерыв в эксплуатации. Дорожные плиты для укладки в перевязку могут быть выполнены таким образом, чтобы иметь зазор между плитами, обеспечивающий отведение воды в нижележащие слои.Road slabs are concrete blocks made through a casting process, a pressing process, a compaction process, or a combination of vibration and pressing processes. In general, road slabs are laid according to the plan in a dressing. Such road slabs are also sometimes called paving stones. If damaged during their service life, these road slabs can be replaced with new slabs, which reduces interruption in operation. Road slabs for laying in a dressing can be made in such a way as to have a gap between the slabs, ensuring the drainage of water into the underlying layers.

Стандарт ASTM С 936 содержит критерии, которым должны удовлетворять бетонные дорожные плиты, но не ограничивается следующими параметрами: средняя прочность при сжатии 8000 psi (примерно 55 МПа); среднее водопоглощение не более 5%; и устойчивость по меньшей мере к 50 циклам замораживания и оттаивания при средней потере материала, не превышающей 1%. В дополнение к требованиям ASTM желательно, чтобы дорожные плиты соответствовали дополнительным требованиям, включая уменьшенное выветривание (например, уменьшенное вымывание продукта реакции вследствие градиентов концентрации); хорошую цветостойкость; и сопротивление истиранию в зависимости от того, где используют дорожные плиты.ASTM C 936 contains criteria that concrete paving slabs must meet, but is not limited to the following: average compressive strength of 8000 psi (approximately 55 MPa); average water absorption no more than 5%; and resistance to at least 50 freeze-thaw cycles with average material loss not exceeding 1%. In addition to ASTM requirements, it is desirable for pavements to meet additional requirements, including reduced weathering (eg, reduced reaction product leaching due to concentration gradients); good color fastness; and abrasion resistance depending on where the road slabs are used.

Как и дорожные плиты, блоки также представляют собой сборный бетон, полученный с применением либо процессов литья или прессования, либо аналогичных процессов уплотнения. Блоки также называют бетонными строительными блоками (CMU), пустотелыми блоками и бетонными блоками. Когда такие блоки изготовлены с применением летучей золы, их называют шлакобетонными блоками. Указанные блоки обычно имеют полую структуру. С целью замены дорогостоящего и дефицитного природного материала на недорогие, легко получаемые имитирующие материалы были исследованы синтетические или искусственные камни для мощения и материалы для строительных блоков. Однако такие попытки еще должны привести к получению синтетического материала, обладающего требуемым внешним видом, текстурой, плотностью, твердостью, пористостью и другими эстетическими характеристиками камня, при одновременной возможности производства в больших количествах при низких затратах с минимальным воздействием на окружающую среду.Like pavement slabs, blocks are also precast concrete produced using either casting or pressing processes or similar compaction processes. The blocks are also called concrete building units (CMU), hollow blocks and concrete blocks. When such blocks are made using fly ash, they are called cinder blocks. These blocks usually have a hollow structure. In order to replace expensive and scarce natural materials with inexpensive, easily obtained imitation materials, synthetic or artificial paving stones and building block materials have been investigated. However, such efforts have yet to produce a synthetic material that has the desired appearance, texture, density, hardness, porosity and other aesthetic characteristics of stone, while being able to be produced in large quantities at low cost with minimal environmental impact.

Как ожидают, указанные блоки обеспечат лучшие структурные свойства по сравнению с глиняными кирпичами (для несущего нагрузку каменного сооружения) и более гладкую поверхность при изготовлении каменной стены. Кроме того, бетонные строительные блоки для укладки в перевязку не требуют применения строительного раствора для соединения блоков. Некоторые блоки можно использовать для создания полой конструкции, обеспечивающей хорошую звуко- и теплоизоляцию по сравнению с твердотельной конструкцией.These blocks are expected to provide better structural properties than clay bricks (for a load-bearing masonry structure) and a smoother surface when making a masonry wall. In addition, concrete building blocks for bonding do not require the use of mortar to join the blocks. Some blocks can be used to create a hollow structure, providing good sound and heat insulation compared to a solid structure.

В общем случае, блоки должны соответствовать требованиям ASTM С90, Standard Specification for Loadbearing Concrete Masonry Units. Можно гарантировать, что блоки, соответствующие данному стандарту, являются приемлемыми с точки зрения прочности, геометрических размеров, долговечности и огнестойкости, и в целом подходят для применения в типовых коммерческих строительных проектах.In general, blocks must meet the requirements of ASTM C90, Standard Specification for Loadbearing Concrete Masonry Units. It can be ensured that blocks meeting this standard are acceptable in terms of strength, geometric dimensions, durability and fire resistance, and are generally suitable for use in typical commercial building projects.

Многопустотные плиты, иногда называемые канальными плитами или полыми плитами перекрытия, представляют собой сборные плиты из бетона. Их часто используют в строительных конструкциях, например, в качестве полов, стен или крыш в многоэтажных зданиях. Сборная бетонная плита обычно имеет трубчатые пустоты, проходящие полную длину плиты, что делает такую плиту более легкой, чем массивная плита для пола равной толщины или прочности. Уменьшенная масса позволяет снизить материальные и транспортные расходы.Hollow-core slabs, sometimes called channel slabs or hollow slabs, are precast concrete slabs. They are often used in building structures, for example as floors, walls or roofs in multi-storey buildings. A precast concrete slab typically has tubular voids running the full length of the slab, making the slab lighter than a solid floor slab of equal thickness or strength. The reduced weight reduces material and transportation costs.

Типичные плиты имеют ширину примерно 120 см при стандартной толщине от 15 до 50 см. Двутавровые балки из сборного бетона содержат между отверстиями стальные проволочные канаты, обеспечивающие сопротивление изгибу в отношении изгибающего момента, возникающего при нагрузках. Производственный процесс включает экструдирование влажного бетона вокруг предварительно напряженного стального проволочного каната из движущейся пресс-формы. После отверждения сплошную плиту разрезают в соответствии с требуемой длиной и шириной. Многопустотные плиты для пола также изготавливают из арматурного железобетона (без предварительного напряжения). Пустотелые стеновыеTypical slabs are approximately 120 cm wide with a standard thickness of 15 to 50 cm. Precast concrete I-beams contain steel wire ropes between the holes to provide bending resistance against the bending moment generated by the loads. The manufacturing process involves extruding wet concrete around prestressed steel wire rope from a moving mold. Once cured, the solid slab is cut to the required length and width. Hollow-core floor slabs are also made from reinforced concrete (without prestressing). Hollow wall

- 1 044255 панели изготавливают без армирования.- 1 044255 panels are made without reinforcement.

Однако бетонные продукты не являются оптимальными с точки зрения как экономики, так и воздействия на окружающую среду. Существующие технологии производства характеризуются большим расходом энергии и выбросами диоксида углерода, что приводит к неблагоприятным углеродным отпечаткам. Производство портландцемента представляет собой не только энергоемкий процесс, но также процесс, при котором выделяется значительные количества парниковых газов (CO2). На цементную промышленность приходится приблизительно 5% глобальных антропогенных выбросов СО2. Более 60% такого CO2 образуется в результате химического разложения или обжига известняка.However, concrete products are not optimal in terms of both economics and environmental impact. Current production technologies are characterized by high energy consumption and carbon dioxide emissions, resulting in unfavorable carbon footprints. The production of Portland cement is not only an energy-intensive process, but also a process that emits significant amounts of greenhouse gases (CO2). The cement industry accounts for approximately 5% of global anthropogenic CO2 emissions. More than 60% of this CO 2 is produced by chemical decomposition or calcination of limestone.

Недавно в качестве перспективной замены традиционным цементам появилась революционная форма цемента, основанная на кальций-силикатных материалах, способных к карбонизации. Производство цементов на основе силиката кальция, способного к карбонизации, характеризуется значительным снижением выбросов CO2 и потребления энергии. Кроме того, такой новый цемент позволяет изолировать CO2 при отверждении в бетонных изделиях, поскольку CO2 необходим для взаимодействия с кальций-силикатными материалами, способными к карбонизации, во время процесса отверждения для получения бетонных продуктов.Recently, a revolutionary form of cement based on calcium silicate materials capable of carbonization has emerged as a promising replacement for traditional cements. The production of cements based on calcium silicate, which is capable of carbonation, is characterized by a significant reduction in CO2 emissions and energy consumption. In addition, this new cement allows CO2 to be sequestered during curing in concrete products, since CO2 is required to react with calcium silicate materials capable of carbonation during the curing process to produce concrete products.

Таким образом, существует постоянная потребность в новых и улучшенных цементных и бетонных продуктах и технологиях производства, которые можно использовать в массовом производстве при более низких затратах с улучшенным потреблением энергии и более желательным углеродным отпечатком.Thus, there is a constant need for new and improved cement and concrete products and production technologies that can be used in mass production at lower costs with improved energy consumption and a more desirable carbon footprint.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

Настоящее изобретение частично основано на неожиданном обнаружении улучшенных продуктов и технологий производства для получения различных бетонных объектов (например, дорожных плит, блоков, черепицы и многопустотных плит) из силиката кальция, способного к карбонизации. Такие полученные изделия обладают превосходными физическими и эксплуатационными характеристиками, соответствующими или превосходящими характеристики существующих бетонных изделий, включая ударную вязкость, гибкость, сопротивление истиранию и долговечность.The present invention is based in part on the unexpected discovery of improved products and manufacturing techniques for producing various concrete objects (eg, paving slabs, blocks, tiles and hollow core slabs) from calcium silicate that is carbonizable. Such resulting products have superior physical and performance characteristics that match or exceed those of existing concrete products, including toughness, flexibility, abrasion resistance and durability.

Бетонные объекты согласно настоящему изобретению можно легко получить из широкодоступных недорогих сырьевых материалов посредством способа, подходящего для крупномасштабного производства, при более низком потреблении энергии, следовательно, с обеспечением требуемых углеродных отпечатков при минимальном воздействии на окружающую среду. Сырьевые материалы включают материалы-предшественники, такие как силикат кальция в виде частиц. Материал-предшественник на основе силиката кальция обычно содержит смесь отдельных фаз силиката кальция, выбранных из одной или более фаз, включающих CS (волластонит или псевдоволластонит), C3S2 (ранкинит), C2S (белит или ларнит или бредигит) и аморфную фазу на основе силиката кальция, составляющую примерно 30% или более от общего количества фаз, где С относится к оксиду кальция или извести, где S относится к диоксиду кремния или кремнезему, вместе с некоторыми следовыми количествами примесей, которые становятся связывающими элементами, и материалы-наполнители в виде частиц (например, материал, содержащий оксид кальция, такой как известняк, ксонотлит, микрокремнезем и кварц, легкие заполнители, такие как перлит или вермикулит, или даже промышленные отходы, такие как летучая зола, зольный остаток и шлак). Кроме того, компонент текучей среды используют в качестве реакционной среды, содержащей жидкую воду и/или водяной пар и реагент, диоксид углерода (CO2), который расходуется при производстве в качестве реакционноспособного соединения и в конечном итоге изолируется в готовом продукте. Связывающие элементы взаимодействуют при регулируемых температурах и давлениях либо посредством процесса гидратации, в котором между водой и водяным паром протекает реакция, либо с применением водяного пара и СО2.The concrete objects of the present invention can be easily produced from widely available low-cost raw materials through a process suitable for large-scale production, with lower energy consumption, hence achieving the required carbon footprint with minimal environmental impact. Raw materials include precursor materials such as particulate calcium silicate. The calcium silicate precursor material typically contains a mixture of individual calcium silicate phases selected from one or more phases including CS (wollastonite or pseudowollastonite), C 3 S 2 (rankinite), C2S (belite or larnite or bredigitite) and an amorphous phase on a calcium silicate base comprising about 30% or more of the total phases, wherein C refers to calcium oxide or lime, where S refers to silica or silica, together with some trace amounts of impurities which become binding elements, and filler materials in particulate (for example, calcium oxide containing material such as limestone, xonotlite, fumed silica and quartz, lightweight aggregates such as perlite or vermiculite, or even industrial wastes such as fly ash, bottom ash and slag). In addition, the fluid component is used as a reaction medium containing liquid water and/or steam and a reactant, carbon dioxide (CO2), which is consumed during production as a reactive compound and is ultimately isolated in the finished product. The binding elements interact at controlled temperatures and pressures, either through a hydration process in which a reaction occurs between water and steam, or using steam and CO2.

В зависимости от требований конечного потребителя можно использовать различные другие добавки, такие как диспергирующие добавки, добавки, модифицирующие реологические свойства (для улучшения консистенции смеси), красящие пигменты, замедлители и ускорители. Материалы добавок могут включать природные или вторичные материалы и материалы, обогащенные карбонатом кальция и карбонатом магния, а также добавки в жидкий компонент, такие как водорастворимый диспергатор.Depending on the end user's requirements, various other additives can be used, such as dispersants, rheology modifiers (to improve the consistency of the mixture), color pigments, retarders and accelerators. Additive materials may include natural or recycled materials and materials enriched with calcium carbonate and magnesium carbonate, as well as additives in the liquid component, such as a water-soluble dispersant.

Согласно одному из аспектов настоящее изобретение в целом относится к изделию, содержащему композиционный материал, распределенный в виде множества отдельных бетонных объектов. Один или более проходов или каналов расположены между указанным множеством отдельных бетонных объектов или проходят через них с формированием системы транспортировки текучей среды внутри одного или более проходов или каналов и/или с наружной части множества отдельных объектов. Композиционный материал содержит: множество связывающих элементов, при этом каждый связывающий элемент имеет ядро, содержащее преимущественно силикат кальция, первый или внутренний слой, обогащенный диоксидом кремния, и второй или внешний слой, обогащенный карбонатом кальция; и частицы наполнителя, содержащие крупные частицы наполнителя и/или мелкие частицы наполнителя. Множество связывающих элементов и множество частиц наполнителя вместе образуют одну или более связывающих матриц, при этом указанные связывающие элементы и частицы наполнителя по существу равномерно распределены в указанной матрице и связаны вместе. Согласно определенным вариантам реализации множество отдельных бетонных объектов расположены внутри оболочки или камеры.In one aspect, the present invention generally relates to an article comprising a composite material distributed as a plurality of individual concrete objects. One or more passages or channels are located between or extend through said plurality of individual concrete objects to form a system for transporting fluid within the one or more passages or channels and/or from the outside of the plurality of individual objects. The composite material contains: a plurality of binding elements, each binding element having a core comprising predominantly calcium silicate, a first or inner layer enriched in silica, and a second or outer layer enriched in calcium carbonate; and filler particles containing coarse filler particles and/or fine filler particles. A plurality of binding elements and a plurality of filler particles together form one or more binding matrices, wherein said binding elements and filler particles are substantially uniformly distributed in said matrix and bonded together. In certain embodiments, a plurality of individual concrete objects are located within an enclosure or chamber.

- 2 044255- 2 044255

Согласно другому аспекту настоящее изобретение в целом относится к системе для изготовления изделия. Указанная система включает оболочку или камеру и заключенный в нее композиционный материал, распределенный в виде множества отдельных бетонных объектов. Один или более проходов или каналов расположены между указанным множеством отдельных бетонных объектов или проходят через них с формированием системы транспортировки текучей среды внутри одного или более проходов и каналов и с наружной части множества отдельных объектов. Предложенная система также необязательно включает одну или более плит, на которых размещено множество отдельных бетонных объектов, и один или более стеллажей, брезентовых тентов, стенок или панелей с планарными, плоскими, выпуклыми или вогнутыми лицевыми поверхностями, образующими один или более проходов или каналов и обеспечивающими профиль потока текучей среды в системе транспортировки текучей среды.According to another aspect, the present invention generally relates to a system for manufacturing an article. The system includes a shell or chamber and an enclosed composite material distributed in the form of a plurality of individual concrete objects. One or more passages or channels are located between or extend through said plurality of individual concrete objects to form a system for transporting fluid within the one or more passages and channels and from the exterior of the plurality of individual objects. The proposed system also optionally includes one or more slabs on which a plurality of individual concrete objects are placed, and one or more racks, canvases, walls or panels with planar, flat, convex or concave facing surfaces defining one or more passages or channels and providing fluid flow profile in a fluid transport system.

Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение в целом относится к способу получения изделия. Предложенный способ включает: смешивание композиции в виде частиц и жидкой композиции с получением смеси; литье или экструдирование или формование иным способом указанной смеси в пресс-форме с получением отлитой или экструдированной или иным образом формованной прессовки (green body), содержащей множество отдельных бетонных объектов, при этом один или более проходов или каналов расположены между указанным множеством отдельных бетонных объектов и наружной частью множества отдельных объектов или проходят через них; поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах и наружной части множества отдельных объектов; и отверждение множества отдельных объектов при температуре в диапазоне от примерно 20°С до примерно 150°С в течение от примерно 1 ч до примерно 80 ч в атмосфере воды и/или СО2, давление которой составляет от внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 60 psi (примерно 413 кПа) выше внешнего давления, и концентрация CO2 в которой составляет от примерно 10% до примерно 90%.According to another aspect, the present invention generally relates to a method for producing an article. The proposed method includes: mixing a particulate composition and a liquid composition to form a mixture; casting or extruding or otherwise molding said mixture in a mold to produce a cast or extruded or otherwise molded compact (green body) containing a plurality of individual concrete objects, wherein one or more passages or channels are located between said plurality of individual concrete objects and the outside of or pass through a plurality of individual objects; maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in one or more internal passages or channels and the exterior of a plurality of individual objects; and curing the plurality of individual objects at a temperature ranging from about 20° C. to about 150° C. for from about 1 hour to about 80 hours in an atmosphere of water and/or CO 2 at a pressure of from external atmospheric pressure to a pressure of about 60 psi (approximately 413 kPa) above external pressure, and the CO2 concentration ranges from about 10% to about 90%.

Согласно некоторым вариантам реализации поддержание атмосферы СО2 и/или водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах и/или наружной части множества отдельных объектов включает: удержание атмосферы внутри одного или более внутренних каналов и/или наружной части множества отдельных объектов; циркуляцию удерживаемой атмосферы CO2 и/или водяного пара; удаление водяного пара из удерживаемой атмосферы или добавление водяного пара к удерживаемой атмосфере; и нагревание удерживаемой атмосферы.In some embodiments, maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor within one or more internal passages or channels and/or an exterior portion of the plurality of distinct entities includes: maintaining an atmosphere within one or more internal passages or channels and/or an exterior portion of the plurality of distinct entities; circulation of a retained atmosphere of CO 2 and/or water vapor; removing water vapor from the retained atmosphere or adding water vapor to the retained atmosphere; and heating the retained atmosphere.

Согласно еще одному аспекту предложенное изобретение в целом относится к изделию, полученному способом, описанным в настоящем документе. Изделие согласно настоящему изобретению может иметь любой подходящий размер или форму или подходить для любых подходящих целей, например, выбранных из дорожных плит, блоков, черепицы, многопустотных плит, сборных бетонных изделий с армированием или без него.In another aspect, the present invention generally relates to an article produced by the method described herein. The product of the present invention may be of any suitable size or shape or suitable for any suitable purpose, for example selected from paving slabs, blocks, tiles, hollow core slabs, precast concrete products with or without reinforcement.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Объекты и особенности настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на описанные ниже чертежи и формулу изобретения. Указанные чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого особое внимание в целом уделено иллюстрации принципов настоящего изобретения. На чертежах одинаковые цифры используют для обозначения одинаковых деталей на всех различных изображениях.The objects and features of the present invention can be better understood with reference to the drawings and claims described below. These drawings are not necessarily to scale, but rather, emphasis is placed generally on illustrating the principles of the present invention. In the drawings, the same numbers are used to indicate the same parts in all the different images.

Фиг. 1 представляет собой диаграмму фазового состояния давление-температура, на которой показаны фазы, присутствующие в обратимой реакции СаСО3+SiO2θCaSiO3 (силикат кальция)+CO2.Fig. 1 is a pressure-temperature phase diagram showing the phases present in the reversible reaction CaCO 3 +SiO 2 θCaSiO 3 (calcium silicate) + CO 2 .

Фиг. 2 представляет собой диаграмму фазового состояния давление-температура, на которой показаны фазы, присутствующие в обратимой реакции 3CaCO3+2CaSiO3θ2Ca2SiO4-CaCO3+СО2.Fig. 2 is a pressure-temperature phase diagram showing the phases present in the reversible reaction 3CaCO 3 +2CaSiO 3 θ2Ca 2 SiO4-CaCO 3 +CO 2 .

Фиг. 3 представляет собой диаграмму фазового состояния системы CaO-SiO2-CO2 при давлении 1 килобар.Fig. 3 is a phase diagram of the CaO-SiO 2 -CO 2 system at a pressure of 1 kilobar.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму фазового состояния давление-температура, на которой показаны фазы, присутствующие в обратимой реакции MgO+CO2 θ MgCO3.Fig. 4 is a pressure-temperature phase diagram showing the phases present in the reversible reaction MgO+CO 2 θ MgCO 3 .

Фиг. 5 представляет собой диаграмму фазового состояния давление-температура, на которой показаны кривые равновесия для обратимой реакции MgO+CO2+MgCO3 в зависимости от доли CO2 в инертном газе.Fig. 5 is a pressure-temperature phase diagram showing the equilibrium curves for the reversible reaction MgO+CO2+MgCO3 as a function of the fraction of CO2 in the inert gas.

Фиг. 6 представляет собой диаграмму фазового состояния температура-состав, иллюстрирующую области стабильности для различных фаз в системе CaCO3-MgCO3.Fig. 6 is a temperature-composition phase diagram illustrating the stability regions for various phases in the CaCO3-MgCO3 system.

Фиг. 7 представляет собой тетраэдральную диаграмму, на которой проиллюстрированы фазовые соотношения между соединениями CaO, MgO, SiO2 и CO2 и показана область с дефицитом CO2 ниже плоскостей Cc-Di-Wo и Cc-Wo-Mo (заштрихованы), где Сс обозначает кальцит, Wo обозначает волластонит, Ak обозначает акерманит, Di обозначает диопсид и Мо обозначает монтичеллит (CaMgSiO4).Fig. 7 is a tetrahedral diagram illustrating the phase relationships between the compounds CaO, MgO, SiO 2 and CO 2 and showing the CO 2 deficient region below the Cc-Di-Wo and Cc-Wo-Mo planes (shaded), where Cc denotes calcite , Wo stands for wollastonite, Ak stands for ackermanite, Di stands for diopside and Mo stands for monticellite (CaMgSiO4).

Фиг. 8 представляет собой диаграмму фазового состояния давление-температура, иллюстрирующую фазовые соотношения между соединениями CaO, MgO, SiO2 и CO2, при этом одновариантные кривые исходят из четвертичной инвариантной точки, включающей фазы кальцита (Сс), диопсида (Di), форстерита (Fo), монтичеллита (Мо), акерманита (Ak) и CO2. На вставке приведена диаграмма фазового со- 3 044255 стояния для систем из трех соединений СаСО3, MgO и SiO2.Fig. 8 is a pressure-temperature phase diagram illustrating the phase relationships between the compounds CaO, MgO, SiO2 and CO2, with the single-variant curves originating from a quaternary invariant point comprising the phases of calcite (Cc), diopside (Di), forsterite (Fo), monticellite (Mo), ackermanite (Ak) and CO2. The inset shows a phase diagram for systems of three compounds CaCO 3 , MgO and SiO 2 .

Фиг. 9 представляет собой схематическое изображение камеры отверждения композиционного материала с помощью CO2, обеспечивающей увлажнение согласно принципам настоящего изобретения.Fig. 9 is a schematic illustration of a CO2 curing chamber providing humidification according to the principles of the present invention.

Фиг. 10 представляет собой схематическое изображение камеры отверждения с несколькими способами регулирования влажности, а также способностью регулировать и пополнять CO2 путем регулирования постоянного потока или давления, в которой можно регулировать температуру согласно принципам настоящего изобретения.Fig. 10 is a schematic representation of a curing chamber with several methods of humidity control, as well as the ability to regulate and replenish CO 2 by regulating a constant flow or pressure, in which the temperature can be controlled according to the principles of the present invention.

Фиг. 11(а)-11(с) представляют собой схематические изображения поперечных сечений связывающих элементов согласно иллюстративным вариантам реализации настоящего изобретения, в том числе морфологии трех типичных ядер: (а) волокнистых, (б) эллиптических и (в) равноосных.Fig. 11(a)-11(c) are schematic cross-sectional views of coupling elements according to exemplary embodiments of the present invention, including the morphology of three typical cores: (a) fibrous, (b) elliptical, and (c) equiaxed.

Фиг. 12(a)-12(f) представляют собой схематические изображения вида сбоку и видов в разрезе композиционных материалов согласно иллюстративным вариантам реализации настоящего изобретения, на которых показаны (a) 1D ориентированные связывающие элементы в форме волокон в разбавленной связывающей матрице (связывающие элементы не соприкасаются), (b) 2D ориентированные связывающие элементы пластинчатой формы в разбавленной связывающей матрице (связывающие элементы не соприкасаются), (с) 3D ориентированные связывающие элементы пластинчатой формы в разбавленной связывающей матрице (связывающие элементы не соприкасаются) и (d) беспорядочно ориентированные связывающие элементы пластинчатой формы в разбавленной связывающей матрице (связывающие элементы не соприкасаются), при этом указанные композиционные материалы содержат связывающую матрицу и компоненты наполнителя, такие как полимеры, металлы, неорганические частицы, заполнители и т.д., (е) концентрированная связывающая матрица (с объемной долей, достаточной для создания перколяционной сети) связывающих элементов, при этом указанная матрица 3D ориентирована, и (f) концентрированная связывающая матрица (с объемной долей, достаточной для создания перколяционной сети) беспорядочно ориентированных связывающих элементов, в которую могут быть включены такие компоненты наполнителя, как полимеры, металлы, неорганические частицы, заполнители и т.д.Fig. 12(a)-12(f) are schematic side and cross-sectional views of composite materials according to exemplary embodiments of the present invention, showing (a) 1D oriented fiber-shaped bonding elements in a dilute bonding matrix (the bonding elements are not touching ), (b) 2D oriented plate-shaped binding elements in a dilute binding matrix (connecting elements not touching), (c) 3D oriented plate-shaped connecting elements in a dilute binding matrix (connecting elements not touching), and (d) randomly oriented plate-shaped connecting elements forms in a dilute binding matrix (the binding elements are not in contact), wherein said composite materials contain a binding matrix and filler components such as polymers, metals, inorganic particles, fillers, etc., (f) a concentrated binding matrix (with a volume fraction (f) a concentrated binding matrix (with a volume fraction sufficient to create a percolation network) of randomly oriented binding elements, which may include filler components such as polymers, metals, inorganic particles, fillers, etc.

На фиг. 13 приведены иллюстративные изображения примера связывающих элементов (а)-(с), на которых показано химическое картирование, полученное методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), связывающей матрицы согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующее суперпозицию карты расположения Si (а) и Са (b). На изображении (с) области CaSiO, SiO2 и СаСО3 обозначены стрелками. Частицы с ядром из волластонита (CaSiO3) в форме волокон инкапсулированы в областях, обогащенных SiO2, и окружены частицами СаСО3.In fig. 13 are illustrative images of an example of coupling elements (a)-(c), showing energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) chemical mapping of coupling matrices according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating the superposition of the location map of Si (a) and Ca ( b). In image (c), the CaSiO, SiO 2 and CaCO 3 regions are indicated by arrows. Wollastonite (CaSiO 3 ) core particles in the form of fibers are encapsulated in SiO 2 -rich regions and surrounded by CaCO 3 particles.

На фиг. 14 показан иллюстративный вариант реализации, в котором множество отдельных объектов (201) отлиты в сухом виде на плиту (202) и размещены внутри оболочки или камеры (203). Поток текучей среды направляют между одним или более проходами или каналами (101) и между наружной частью множества отдельных объектов и оболочкой или камерой (102), и наружной частью множества отдельных бетонных объектов и компонентом (103) камеры. В таком примере компонент камеры представляет собой плиту. Можно использовать и другие варианты реализации компонентов камеры, такие как перегородки, пластины, регулирующие и направляющие поток, компоненты стеллажа и аналогичные конструкции.In fig. 14 shows an exemplary embodiment in which a plurality of individual objects (201) are dry cast onto a plate (202) and housed within a shell or chamber (203). Fluid flow is directed between one or more passages or channels (101) and between the exterior of the plurality of discrete objects and the shell or chamber (102), and the exterior of the plurality of discrete concrete objects and the chamber component (103). In such an example, the chamber component is a plate. Other embodiments of chamber components may be used, such as baffles, flow control and direction plates, rack components, and similar structures.

На фиг. 15 показана иллюстративная фотография системы отверждения с регулируемым стеллажом. Высота канала между верхней частью бетонных объектов и нижней частью следующей плиты (101) для размещения продукта можно регулировать для изменения скорости технологического газа (102).In fig. 15 shows an illustrative photograph of a curing system with an adjustable rack. The height of the channel between the top of the concrete objects and the bottom of the next product placement slab (101) can be adjusted to change the speed of the process gas (102).

На фиг. 16 показан иллюстративный чертеж типичной системы отверждения с обратимым потоком. Направление потока можно изменять таким образом, чтобы следовать направлениям, указанным стрелкой (101) и стрелкой (102). Поток и направление газа регулируют с помощью внешней системы кондиционирования, соединенной с предложенной системой на фланцах, обозначенных как (103).In fig. 16 is an illustrative drawing of a typical reversible flow curing system. The flow direction can be changed to follow the directions indicated by arrow (101) and arrow (102). The flow and direction of the gas is controlled by an external conditioning system connected to the proposed system at flanges designated as (103).

На фиг. 17 показано иллюстративное увеличенное изображение системы отверждения с обратимым потоком. Приемная камера для газа выполнена с возможностью распределения потока в каналы между бетонными объектами (101) и каналы, образованные внешними поверхностями бетонных объектов и стенками камеры (102).In fig. 17 is an exemplary enlarged view of a reversible flow curing system. The receiving chamber for gas is configured to distribute the flow into channels between concrete objects (101) and channels formed by the outer surfaces of concrete objects and the walls of the chamber (102).

На фиг. 18 показана иллюстративная многопустотная плита, полученная согласно настоящему изобретению.In fig. 18 shows an exemplary hollow core slab produced in accordance with the present invention.

На фиг. 19 изображен иллюстративный вариант реализации настоящего изобретения, в котором газовый поток CO2 и водяного пара можно регулировать таким образом, чтобы он двигался в различных направлениях при прохождении через внутренние проходы или каналы и вокруг наружных поверхностей для создания усредненной по времени зеркальной симметрии вдоль длины при сохранении зеркальной симметрии в поперечном направлении (бок-бок). Такие симметрии уменьшают влияние градиентов температуры и состава газа, возникающих во время процесса отверждения.In fig. 19 depicts an illustrative embodiment of the present invention in which the gas flow of CO 2 and water vapor can be adjusted to move in different directions as it passes through internal passages or channels and around external surfaces to create a time-averaged mirror symmetry along its length while maintaining mirror symmetry in the transverse direction (side-to-side). Such symmetries reduce the influence of temperature and gas composition gradients that occur during the curing process.

На фиг. 20 показано измерение влажности в типичной камере на торцевых стенках с помощью датчиков Vaisala в течение всего процесса отверждения, а также суммарное количество сконденсированной воды, собранной на протяжении всего цикла.In fig. Figure 20 shows moisture measurements in a typical end-wall chamber using Vaisala sensors throughout the curing process, as well as the total amount of condensed water collected throughout the cycle.

На фиг. 21 показано иллюстративное изображение устройства отверждения для отверждения сухойIn fig. 21 shows an illustrative view of a curing apparatus for dry curing

- 4 044255 пустотелой отливки.- 4 044255 hollow casting.

На фиг. 22 показана иллюстративная пустотелая отливка, которая была отверждена в устройстве, показанном на фиг. 21.In fig. 22 shows an exemplary hollow casting that has been cured in the apparatus shown in FIG. 21.

Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention

В настоящем изобретении предложены уникальные бетонные объекты, обладающие превосходными физическими и эксплуатационными характеристиками, которые соответствуют или превосходят существующие бетонные объекты. Бетонные объекты согласно настоящему изобретению можно легко получить из широкодоступных недорогих сырьевых материалов посредством способа, подходящего для крупномасштабного производства, при уменьшенном потреблении энергии, сокращенном производственном цикле (например, меньшем времени отверждения) и более желательном углеродном отпечатке. При применении способа производства согласно настоящему изобретению потребляются большие количества CO2, в результате чего получают продукт, изолирующий СО2, что, тем самым, делает предложенный способ нейтральным в отношении углерода и экологически безопасным. Бетонные объекты, описанные в настоящем документе, относятся к объектам и изделиям с геометрическими размерами, типичными для потребительского рынка, и включают, но не ограничиваются ими: дорожные плиты, кирпичи, сегментированные подпорные стенки, каменные плиты, полученные путем мокрого литья, бетонные строительные блоки (CMU) или бетонные пустотелые объекты. Пустотелые объекты, описанные в настоящем документе, относятся к объектам и изделиям, имеющим полые сердечники, каналы или сделанные полыми иным образом (например, для уменьшения диффузионных расстояний и облегчения отверждения).The present invention provides unique concrete objects having superior physical and performance characteristics that match or exceed existing concrete objects. The concrete objects of the present invention can be easily produced from widely available low-cost raw materials in a process suitable for large-scale production, with reduced energy consumption, shortened production cycle (eg, shorter curing time) and a more desirable carbon footprint. When using the production method according to the present invention, large quantities of CO 2 are consumed, resulting in a CO 2 sequestering product, thereby making the proposed method carbon neutral and environmentally friendly. The concrete objects described herein refer to objects and products with geometric dimensions typical of the consumer market and include, but are not limited to: paving slabs, bricks, segmented retaining walls, wet cast stone slabs, concrete building blocks (CMU) or concrete hollow objects. Hollow objects described herein refer to objects and articles that have hollow cores, channels, or are otherwise made hollow (eg, to reduce diffusion distances and facilitate cure).

Бетонные объекты согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве различных компонентов зданий и сооружений, в том числе, например, в качестве тротуаров, полов, крыш, стен, дверей, плиток, мостов, рам, дорожек, барьеров, облицовок, фундаментов, заборов, звукозащитных барьеров, труб, водопропускных труб, подземных колодцев для инженерных сетей, септических емкостей, сухих колодцев и дождевых водостоков. Указанные объекты могут быть изготовлены с применением или без применения встроенных арматурных элементов (например, с предварительным натяжением, и/или с последующим натяжением, и/или с предварительным напряжением), компонентов, которые увеличивают производительность и долговечность изделий. Арматурные элементы, если они присутствуют, могут представлять собой сплошные стержни, проволоку или канаты, изготовленными с применением материалов с требуемыми характеристиками, например, стали, полимерных материалов, стекла или их комбинации.Concrete objects according to the present invention can be used as various components of buildings and structures, including, for example, as sidewalks, floors, roofs, walls, doors, tiles, bridges, frames, walkways, barriers, cladding, foundations, fences, sound barriers barriers, pipes, culverts, underground utility wells, septic tanks, dry wells and storm drains. These objects can be manufactured with or without the use of embedded reinforcement elements (eg, pre-tensioned and/or post-tensioned and/or pre-tensioned), components that increase the performance and durability of the products. Reinforcing elements, if present, may be solid bars, wires or ropes made from materials with the required characteristics, such as steel, polymeric materials, glass or a combination of these.

Согласно одному из аспектов настоящее изобретение в целом относится к изделию, содержащему композиционный материал, распределенный в виде множества отдельных бетонных объектов. Один или более проходов или каналов расположены между указанным множеством отдельных бетонных объектов или проходят через них с формированием системы транспортировки текучей среды внутри одного или более проходов или каналов и/или с наружной части множества отдельных объектов. Композиционный материал содержит: множество связывающих элементов, при этом каждый связывающий элемент имеет ядро, содержащее преимущественно силикат кальция, первый или внутренний слой, обогащенный диоксидом кремния, и второй или внешний слой, обогащенный карбонатом кальция; и частицы наполнителя, содержащие крупные частицы наполнителя и/или мелкие частицы наполнителя. Множество связывающих элементов и множество частиц наполнителя вместе образуют одну или более связывающих матриц, при этом указанные связывающие элементы и частицы наполнителя по существу равномерно распределены в указанной матрице и связаны вместе.In one aspect, the present invention generally relates to an article comprising a composite material distributed as a plurality of individual concrete objects. One or more passages or channels are located between or extend through said plurality of individual concrete objects to form a system for transporting fluid within the one or more passages or channels and/or from the outside of the plurality of individual objects. The composite material contains: a plurality of binding elements, each binding element having a core comprising predominantly calcium silicate, a first or inner layer enriched in silica, and a second or outer layer enriched in calcium carbonate; and filler particles containing coarse filler particles and/or fine filler particles. A plurality of binding elements and a plurality of filler particles together form one or more binding matrices, wherein said binding elements and filler particles are substantially uniformly distributed in said matrix and bonded together.

Ключевой особенностью изделия согласно настоящему изобретению является то, что проходы или каналы (в том числе полое пространство) создают внутренние объемы, толщина которых мала по сравнению с общим объемом изделия. Доступ отверждающей текучей среды к лицевым поверхностям со стороны внутреннего объема значительно увеличивает площадь поверхности, на которой диоксид углерода и вода должны диффундировать, чтобы воздействовать на отверждение. Кроме того, для монолитных прессовок такие проходы или каналы уменьшают общее потребление материала и массу продукта, что приводит к экономии материалов и других сопутствующих затрат при транспортировке и монтаже.A key feature of the article according to the present invention is that the passages or channels (including hollow space) create internal volumes, the thickness of which is small compared to the overall volume of the article. Access of the curing fluid to the facing surfaces from the internal volume significantly increases the surface area over which carbon dioxide and water must diffuse to effect curing. In addition, for monolithic compacts, such passages or channels reduce the overall material consumption and product weight, which leads to savings in materials and other associated costs during transportation and installation.

Согласно определенным вариантам реализации множество отдельных бетонных объектов расположены внутри камеры или оболочки. Для целей настоящего описания термины камера и оболочка используют взаимозаменяемо.In certain embodiments, a plurality of individual concrete objects are located within a chamber or shell. For purposes of this description, the terms chamber and shell are used interchangeably.

Бетонные объекты, при получении в большом массиве, можно расположить и/или ориентировать посредством процесса формования или во время процесса загрузки камеры отверждения таким образом, чтобы внутренние или внешние лицевые поверхности были расположены с возможностью максимизирования воздействия отверждающей текучей среды (например, CO2 и водяного пара) и минимизирования диффузионного расстояния CO2 и воды относительно общего объема отдельных объектов. Расположение внутренних или внешних лицевых поверхностей отдельных объектов относительно профиля потока текучей среды является критическим фактором для обеспечения равномерного и/или быстрого процесса отверждения.Concrete objects, when produced in large mass, can be positioned and/or oriented through the forming process or during the loading process of the curing chamber so that the internal or external faces are positioned to maximize exposure to the curing fluid (e.g., CO2 and water vapor ) and minimizing the diffusion distance of CO2 and water relative to the total volume of individual objects. The location of the internal or external faces of individual objects relative to the fluid flow profile is critical to ensuring a uniform and/or rapid curing process.

Отдельные объекты могут быть расположены в камере отверждения относительно профиля потокаIndividual objects can be positioned in the curing chamber relative to the flow profile

- 5 044255 текучей среды таким образом, чтобы максимизировать диффузию диоксида углерода и воды. Расстоянием между бетонными объектами, расположенными в камере, можно управлять для создания каналов, параллельных потоку текучей среды, при одновременном сохранении аналогичного объема оболочки бетона. Концентрирование потока текучей среды в каналах, в которых лицевые поверхности отдельных объектов являются открытыми, улучшает равномерность и/или скорость отверждения. Геометрия отдельных объектов и профиля потока текучей среды в системе отверждения определяет оптимальное расстояние между объектами, ориентацию объекта и расстояние между отдельными объектами и системой распределения текучей среды с тем, чтобы индуцировать высокие скорости диффузии диоксида углерода и воды через лицевые поверхности объектов, образующие канал.- 5 044255 fluid in such a way as to maximize the diffusion of carbon dioxide and water. The distance between concrete objects located in the chamber can be controlled to create channels parallel to the fluid flow while maintaining a similar volume of concrete shell. Concentrating fluid flow in channels in which the faces of individual objects are open improves uniformity and/or speed of cure. The geometry of the individual objects and the fluid flow profile in the curing system determines the optimal spacing between objects, the orientation of the object, and the distance between the individual objects and the fluid distribution system to induce high diffusion rates of carbon dioxide and water through the faces of the objects forming the channel.

Изменение расстояния между бетонными объектами, расположенными в камере, и компонентами камеры, такими как стеллажи, плиты и компоненты распределения текучей среды, такие как впускные отверстия для газа, выпускные отверстия для газа, полости или перфорированные пластины, позволяет создавать каналы между лицевыми поверхностями бетонных объектов и компонентами камеры.Varying the distance between concrete objects located in the chamber and chamber components, such as racks, slabs, and fluid distribution components such as gas inlets, gas outlets, cavities, or perforated plates, allows channels to be created between the facing surfaces of the concrete objects. and camera components.

Лицевые поверхности отдельных объектов в непосредственной близости от компонентов камеры, таких как стеллажи, образуют каналы, прилегающие к отдельным объектам и камере и/или расположенные между ними, при этом поток текучей среды является концентрированным. Концентрирование потока текучей среды в каналах между лицевыми поверхностями отдельных объектов и компонентами камеры улучшает равномерность и скорость отверждения. Геометрия отдельных объектов и профиля потока текучей среды в системе отверждения определяет оптимальную ориентацию объекта, расстояние между отдельными объектами и компонентами камеры и расстояние между отдельными объектами и системой распределения текучей среды с тем, чтобы индуцировать высокие скорости диффузии диоксида углерода и воды через лицевые поверхности отдельных объектов, образующие канал, и компоненты камеры.The front surfaces of individual objects in close proximity to chamber components, such as shelving, form channels adjacent to and/or between the individual objects and the chamber, wherein fluid flow is concentrated. Concentrating fluid flow in channels between individual object faces and chamber components improves uniformity and cure speed. The geometry of the individual objects and fluid flow profile in the curing system determines the optimal orientation of the object, the distance between the individual objects and chamber components, and the distance between the individual objects and the fluid distribution system so as to induce high rates of diffusion of carbon dioxide and water through the faces of the individual objects , forming the channel, and chamber components.

Согласно определенным вариантам реализации каждый из множества отдельных бетонных объектов не содержит никаких арматурных элементов.In certain embodiments, each of the plurality of individual concrete objects does not contain any reinforcement elements.

Согласно определенным вариантам реализации каждый из множества отдельных бетонных объектов содержит один или более арматурных элементов, встроенных в указанный объект.In certain embodiments, each of the plurality of individual concrete objects includes one or more reinforcing elements embedded in the object.

Согласно определенным вариантам реализации один или более арматурных элементов выбирают из стержней, проволоки и канатов. Один или более арматурных стержней могут быть выполнены из любых подходящих материалов, например, железа, стали, полимерных материалов, стекла или их комбинации.In certain embodiments, one or more reinforcing elements are selected from bars, wires, and ropes. The one or more reinforcing bars may be made of any suitable materials, such as iron, steel, polymeric materials, glass, or a combination thereof.

Согласно некоторым вариантам реализации множество связывающих элементов подвергаются химическому превращению из композиции измельченного силиката кальция, содержащей одно или более вещество, выбранное из природного или синтетического волластонита, псевдоволластонита, ранкинита, геленита, белита, алита и аморфной фазы.In some embodiments, a plurality of binding elements are chemically converted from a ground calcium silicate composition comprising one or more of natural or synthetic wollastonite, pseudowollastonite, rankinite, gehlenite, belite, alite, and an amorphous phase.

Согласно определенным вариантам реализации газ содержит диоксид углерода. Согласно некоторым вариантам реализации множество связывающих элементов получают путем химического превращения из измельченного силиката кальция путем взаимодействия его с CO2 посредством контролируемого процесса гидротермального жидкофазного спекания.In certain embodiments, the gas contains carbon dioxide. In some embodiments, a plurality of binding elements are produced by chemical conversion from ground calcium silicate by reacting it with CO2 through a controlled hydrothermal liquid phase sintering process.

Согласно определенным вариантам реализации газ содержит диоксид углерода. Согласно некоторым вариантам реализации множество связывающих элементов подвергаются химическому превращению из силиката кальция в качестве предшественника, отличного от синтетического волластонита или псевдоволластонита.In certain embodiments, the gas contains carbon dioxide. In some embodiments, the plurality of linking elements are chemically converted from calcium silicate as a precursor other than synthetic wollastonite or pseudowollastonite.

Согласно определенным вариантам реализации массовое отношение связывающих элементов:частиц наполнителя составляет примерно 1:5.In certain embodiments, the weight ratio of binder:filler particles is approximately 1:5.

Согласно определенным вариантам реализации водопоглощение множества отдельных бетонных объектов составляет менее примерно 10%.In certain embodiments, the water absorption of the plurality of individual concrete objects is less than about 10%.

Согласно определенным вариантам реализации предложенная система транспортировки текучей среды выполнена с возможностью прохождения газа через один или более проходов или каналов и наружную часть множества отдельных объектов.In certain embodiments, the proposed fluid transport system is configured to allow gas to pass through one or more passages or channels and the exterior of a plurality of separate entities.

Согласно некоторым вариантам реализации текучая среда, проходящая через один или более проходов или каналов и наружную часть множества отдельных объектов, изменяет свое направление по меньшей мере один раз.In some embodiments, fluid passing through one or more passages or channels and the exterior of the plurality of discrete objects changes direction at least once.

Согласно определенным вариантам реализации текучая среда, проходящая через один или более проходов или каналов и наружную часть множества отдельных объектов, изменяет свою скорость по меньшей мере один раз.In certain embodiments, fluid passing through one or more passages or channels and the exterior of the plurality of individual objects changes its velocity at least once.

Согласно некоторым вариантам реализации предложенная система транспортировки текучей среды внутри наружной части множества отдельных объектов содержит поток между оболочкой или камерой или компонентом камеры внутри оболочки или камеры.In some embodiments, a proposed fluid transport system within the exterior of a plurality of discrete objects comprises flow between an enclosure or chamber or a chamber component within the enclosure or chamber.

В качестве предшественника для связывающих элементов можно использовать любую подходящую композицию силиката кальция. В настоящем документе термин композиция силиката кальция в общем случае относится к природным минералам или синтетическим материалам, которые состоят из одной или более группы фаз силиката кальция, включающих фазу CS (волластонит или псевдоволластонит, и иногда выражаемую формулами CaSiO3 или CaOSiO2), фазу C3S2 (ранкинит, и иногда выражаемую формуAny suitable calcium silicate composition can be used as a precursor for the linking elements. As used herein, the term calcium silicate composition generally refers to natural minerals or synthetic materials that are composed of one or more group of calcium silicate phases, including a CS phase (wollastonite or pseudo-wollastonite, and sometimes expressed as CaSiO 3 or CaOSiO 2 ), a C3S2 phase (rankinitis, and sometimes expressed form

- 6 044255 лами Ca3Si2O7 или 3CaO2SiO2), фазу C2S (белит, e-Ca2SiO4, или ларнит, e-Ca2SiO4, или бредигит, a-Ca2SiO4, или y-Ca2SiO4, и иногда выражаемую формулами Ca2SiO4 or 2СаОSiO2), аморфную фазу на основе силиката кальция, при этом каждый из перечисленных веществ может содержать один или более ионов и оксидов других металлов (например, оксиды алюминия, магния, железа или марганца) или их смеси, или может содержать некоторое количество силиката магния в природной или синтетической форме(ах) в диапазоне от следового количества (1%) до примерно 50% или более по массе.- 6 044255 lami Ca 3 Si 2 O7 or 3CaO 2 SiO 2 ), C2S phase (belite, e-Ca 2 SiO 4 , or larnite, e-Ca 2 SiO 4 , or bredigite, a-Ca 2 SiO 4 , or y -Ca 2 SiO 4 , and sometimes expressed by the formulas Ca 2 SiO 4 or 2CaOSiO 2 ), an amorphous phase based on calcium silicate, each of these substances may contain one or more ions and oxides of other metals (for example, oxides of aluminum, magnesium, iron or manganese) or mixtures thereof, or may contain some magnesium silicate in natural or synthetic form(s) ranging from a trace amount (1%) to about 50% or more by weight.

Композиции силиката кальция могут содержать аморфные (некристаллические) фазы силиката кальция наряду с кристаллическими фазами, описанными выше. Аморфная фаза может дополнительно включать ионы Al, Fe и Mg и другие примесные ионы, присутствующие в сырьевых материалах. Композиции силиката кальция могут также содержать небольшие количества остаточного СаО (извести) и SiO2 (диоксида кремния). Композиция силиката кальция также может включать небольшие количества фазы C3S (алита, Ca3SiO5).Calcium silicate compositions may contain amorphous (non-crystalline) calcium silicate phases along with the crystalline phases described above. The amorphous phase may further include Al, Fe and Mg ions and other impurity ions present in the raw materials. Calcium silicate compositions may also contain small amounts of residual CaO (lime) and SiO 2 (silicon dioxide). The calcium silicate composition may also include small amounts of a C3S phase (alite, Ca3SiO 5 ).

Композиции силиката кальция могут также сдержать некоторое количество инертных фаз, таких как минералы типа мелилита (мелилит, или геленит, или акерманит) с общей формулой (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7] и минералы типа феррита (феррит или браунмиллерит или C4AF) с общей формулой Ca2(Al,Fe3+)2O5. Согласно определенным вариантам реализации предложенная композиция силиката кальция состоит только из аморфных фаз. Согласно определенным вариантам реализации силикат кальция содержит только кристаллические фазы. Согласно определенным вариантам реализации некоторая часть композиции силиката кальция находится в аморфной фазе, а другая часть находится в кристаллической фазе.Calcium silicate compositions may also retain some inert phases, such as melilite-type minerals (melilite or helenite or ackermanite) with the general formula (Ca,Na,K) 2 [(Mg,Fe 2+ ,Fe 3+ ,Al, Si)3O7] and ferrite type minerals (ferrite or brownmillerite or C4AF) with the general formula Ca2(Al,Fe 3+ )2O 5 . In certain embodiments, the proposed calcium silicate composition consists of only amorphous phases. In certain embodiments, the calcium silicate contains only crystalline phases. In certain embodiments, some portion of the calcium silicate composition is in the amorphous phase and another portion is in the crystalline phase.

Следует отметить, что композиции силиката кальция согласно настоящему изобретению предпочтительно не гидратируются. Однако могут присутствовать незначительные количества гидратируемых фаз силиката кальция (например, C2S, C3S и СаО). C2S демонстрирует медленную кинетику гидратации при воздействии воды и быстро превращается в СаСО3 во время процессов отверждения в присутствии СО2, C3S и СаО быстро гидратируются при воздействии воды и, таким образом, должны быть ограничены до <5% по массе.It should be noted that the calcium silicate compositions of the present invention are preferably not hydrated. However, minor amounts of hydratable calcium silicate phases (eg C 2 S, C 3 S and CaO) may be present. C2S exhibits slow hydration kinetics when exposed to water and is rapidly converted to CaCO3 during curing processes in the presence of CO2, C3S and CaO hydrate rapidly when exposed to water and thus should be limited to <5% by weight.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации молярное отношение элементарного Са к элементному Si в композиции силиката кальция составляет от примерно 0,80 до примерно 1,20. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации молярное отношение Са к Si в предложенной композиции составляет от примерно 0,85 до примерно 1,15. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации молярное отношение Са к Si в предложенной композиции составляет от примерно 0,90 до примерно 1,10. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации молярное отношение Са к Si в предложенной композиции составляет от примерно 0,95 до примерно 1,05. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации молярное отношение Са к Si в предложенной композиции составляет от примерно 0,98 до примерно 1,02. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации молярное отношение Са к Si в предложенной композиции составляет от примерно 0,99 до примерно 1,01.In some preferred embodiments, the molar ratio of elemental Ca to elemental Si in the calcium silicate composition is from about 0.80 to about 1.20. In some preferred embodiments, the molar ratio of Ca to Si in the present composition is from about 0.85 to about 1.15. In some preferred embodiments, the molar ratio of Ca to Si in the present composition is from about 0.90 to about 1.10. In some preferred embodiments, the molar ratio of Ca to Si in the present composition is from about 0.95 to about 1.05. In some preferred embodiments, the molar ratio of Ca to Si in the present composition is from about 0.98 to about 1.02. In some preferred embodiments, the molar ratio of Ca to Si in the present composition is from about 0.99 to about 1.01.

Содержание оксидов Al, Fe и Mg в предложенной композиции силиката кальция в общем случае регулируют таким образом, чтобы оно составляло менее примерно 30%. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция содержит примерно 20% или менее оксидов Al, Fe и Mg в расчете на общую массу оксидов. Согласно определенным предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция содержит примерно 15% или менее оксидов Al, Fe и Mg в расчете на общую массу оксидов. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция содержит примерно 12% или менее оксидов Al, Fe и Mg в расчете на общую массу оксидов. Согласно определенным предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция содержит примерно 10% или менее оксидов Al, Fe и Mg в расчете на общую массу оксидов. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция содержит примерно 5% или менее оксидов Al, Fe и Mg в расчете на общую массу оксидов.The content of Al, Fe and Mg oxides in the present calcium silicate composition is generally adjusted to be less than about 30%. In some preferred embodiments, the present composition contains about 20% or less Al, Fe, and Mg oxides based on the total weight of the oxides. In certain preferred embodiments, the present composition contains about 15% or less of Al, Fe and Mg oxides based on the total weight of the oxides. In some preferred embodiments, the present composition contains about 12% or less of Al, Fe and Mg oxides based on the total weight of the oxides. In certain preferred embodiments, the present composition contains about 10% or less of Al, Fe, and Mg oxides based on the total weight of the oxides. In some preferred embodiments, the present composition contains about 5% or less of Al, Fe, and Mg oxides based on the total weight of the oxides.

Каждая из перечисленных фаз силиката кальция подходит для карбонизации с помощью CO2. Далее отдельные фазы силиката кальция, подходящие для карбонизации, будут называть реакционноспособными фазами.Each of the calcium silicate phases listed is suitable for carbonation with CO2. In the following, the individual calcium silicate phases suitable for carbonization will be referred to as reactive phases.

Различные реакционноспособные фазы могут присутствовать в любых подходящих пропорциях относительно всех реакционноспособных фаз. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации реакционноспособные фазы присутствуют: CS в количестве от примерно 10 до примерно 60 мас.%, (например, от примерно 15 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 20 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 25 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 30 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 35 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 10 мас.% до примерно 50 мас.%, от примерно 10 мас.% до примерно 40 мас.%, от примерно 10 мас.% до примерно 30 мас.%, от примерно 10 мас.% до примерно 25 мас.%, от примерно 10 мас.% до примерно 20 мас.%); C3S2 в количестве примерно от 5 до 50 мас.%, (например, примерно от 10 до 50 мас.%, примерно от 15 до 50 мас.%, примерно от 20 до 50 мас.%, примерно от 30 до 50 мас.%, примерно от 40 до 50 мас.%, примерноThe various reactive phases may be present in any suitable proportions relative to all reactive phases. In some preferred embodiments, the reactive phases are present: CS in an amount of from about 10 to about 60 wt.%, (for example, from about 15 wt.% to about 60 wt.%, from about 20 wt.% to about 60 wt.% , from about 25 wt.% to about 60 wt.%, from about 30 wt.% to about 60 wt.%, from about 35 wt.% to about 60 wt.%, from about 40 wt.% to about 60 wt. .%, from about 10 wt.% to about 50 wt.%, from about 10 wt.% to about 40 wt.%, from about 10 wt.% to about 30 wt.%, from about 10 wt.% to about 25 wt.%, from about 10 wt.% to about 20 wt.%); C 3 S 2 in an amount of about 5 to 50 wt.%, (for example, about 10 to 50 wt.%, about 15 to 50 wt.%, about 20 to 50 wt.%, about 30 to 50 wt.%, about 40 to 50 wt.%, about

- 7 044255 от 5 до 40 мас.%, примерно от 5 до 30 мас.%, примерно от 5 до 25 мас.%, примерно от 5 до 20 мас.%, примерно от 5 до 15 мас.%); и C2S в количестве примерно от 5 до 60 мас.%, (например, от примерно 10 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 20 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 25 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 30 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 35 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 40 мас.% до примерно 60 мас.%, от примерно 5 мас.% до примерно 50 мас.%, от примерно 5 мас.% до примерно 40 мас.%, от примерно 5 мас.% до примерно 30 мас.%, от примерно 5 мас.% до примерно 25 мас.%, от примерно 5 мас.% до примерно 20 мас.%.) и С в количестве примерно от 0 до 3 мас.%, (например, 0 мас.%, 1 мас.%, или менее, 2 мас.%, или менее, 3 мас.%, или менее, примерно от 1 до 2 мас.%, примерно от 1 до 3 мас.%, примерно от 2 до 3 мас.%).- 7 044255 from 5 to 40 wt.%, from about 5 to 30 wt.%, from about 5 to 25 wt.%, from about 5 to 20 wt.%, from about 5 to 15 wt.%); and C 2 S in an amount of from about 5 to 60 wt.%, (for example, from about 10 wt.% to about 60 wt.%, from about 20 wt.% to about 60 wt.%, from about 25 wt.% to about 60% by weight, from about 30% by weight to about 60% by weight, from about 35% by weight to about 60% by weight, from about 40% by weight to about 60% by weight, from about 5% by weight .% to about 50 wt.%, from about 5 wt.% to about 40 wt.%, from about 5 wt.% to about 30 wt.%, from about 5 wt.% to about 25 wt.%, from about 5 wt.% to about 20 wt.%) and C in an amount of from about 0 to 3 wt.%, (for example, 0 wt.%, 1 wt.% or less, 2 wt.% or less, 3 wt.%, or less, about 1 to 2 wt.%, about 1 to 3 wt.%, about 2 to 3 wt.%).

Согласно определенным вариантам реализации реакционноспособные фазы включают аморфную фазу на основе силиката кальция, например, в количестве примерно 40% или более (например, примерно 45% или более, примерно 50% или более, примерно 55% или более, примерно 60% или более, примерно 65% или более, примерно 70% или более, примерно 75% или более, примерно 80% или более, примерно 85% или более, примерно 90% или более, примерно 95% или более) по массе относительно массы всех фаз. Следует отметить, что аморфная фаза может дополнительно включать примесные ионы, присутствующие в сырьевых материалах.In certain embodiments, the reactive phases include an amorphous calcium silicate phase, for example, in an amount of about 40% or more (e.g., about 45% or more, about 50% or more, about 55% or more, about 60% or more, about 65% or more, about 70% or more, about 75% or more, about 80% or more, about 85% or more, about 90% or more, about 95% or more) by weight relative to the weight of all phases. It should be noted that the amorphous phase may further include impurity ions present in the raw materials.

Композиции силиката кальция согласно настоящему изобретению подходят для карбонизации с помощью CO2. В частности, композиция силиката кальция подходит для карбонизации с помощью CO2 при температуре от примерно 30°С до примерно 90°С с получением СаСО3 при приросте массы, составляющем примерно 20% или более. Прирост массы соответствует фактической изоляции CO2 в карбонизированных продуктах. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция подходит для карбонизации с помощью CO2 при температуре от примерно 30°С до примерно 90°С (например, от примерно 40°С до примерно 90°С, от примерно 50°С до примерно 90°С, от примерно 60°С до примерно 90°С, от примерно 30°С до примерно 80°С, от примерно 30°С до примерно 70°С, от примерно 30°С до примерно 60°С, от примерно 40°С до примерно 80°С, от примерно 40°С до примерно 70°С, от примерно 40°С до примерно 60°С) с образованием СаСО3 при приросте массы, составляющем 10% или более (например, 15% или более, 20% или более, 25% или более, 30% или более).The calcium silicate compositions of the present invention are suitable for carbonation with CO2. In particular, the calcium silicate composition is suitable for carbonation with CO2 at a temperature of from about 30°C to about 90°C to produce CaCO 3 with a weight gain of about 20% or more. The weight gain corresponds to the actual sequestration of CO2 in carbonated products. In some preferred embodiments, the present composition is suitable for carbonation with CO2 at a temperature of from about 30°C to about 90°C (e.g., from about 40°C to about 90°C, from about 50°C to about 90°C, from about 60°C to about 90°C, from about 30°C to about 80°C, from about 30°C to about 70°C, from about 30°C to about 60°C, from about 40°C to about 80°C, about 40°C to about 70°C, about 40°C to about 60°C) to form CaCO 3 at a weight gain of 10% or more (e.g., 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more).

Композиции силиката кальция в качестве предшественников обычно используют в форме порошка, средний размер (d50) частиц которого составляет от примерно 8 мкм до примерно 25 мкм, при этом 10% частиц (d10) имеют размер менее от примерно 0,1 мкм до примерно 3 мкм, и 90% частиц (d90) имеют размер более от 35 мкм до 100 мкм.Calcium silicate precursor compositions are typically used in powder form having an average particle size ( d50 ) of from about 8 microns to about 25 microns, with 10% of the particles ( d10 ) having a particle size less than about 0.1 microns to about 3 µm, and 90% of particles (d 90 ) have a size greater than 35 µm to 100 µm.

Согласно определенным вариантам реализации отношение d90:d10 выбирают таким образом, чтобы обеспечить улучшенную текучесть порошка или уменьшенную потребность в воде для литья. Согласно определенным вариантам реализации отношение d50:d10 выбирают таким образом, чтобы обеспечить улучшенную реакционную способность, улучшенную упаковку или уменьшенную потребность в воде для литья. Согласно некоторым вариантам реализации отношение d90:d50 выбирают таким образом, чтобы обеспечить улучшенную реакционную способность, улучшенную упаковку или уменьшенную потребность в воде для литья.In certain embodiments, the d 90 : d 10 ratio is selected to provide improved powder flow or reduced casting water requirements. In certain embodiments, the d 50 : d 10 ratio is selected to provide improved reactivity, improved packaging, or reduced casting water requirements. In some embodiments, the d 90 : d 50 ratio is selected to provide improved reactivity, improved packaging, or reduced casting water requirements.

Можно использовать любые подходящие частицы наполнителя, например, материалы, содержащие оксид кальция или диоксид кремния. Типичные частицы наполнителя включают известь, кварц (в том числе, песок), волластонит, ксонотлит, обожженный нефтеносный сланец, летучую или вулканическую золу, пылеунос из печей, измельченную глину, пыль пемзы. В качестве наполнителей также можно использовать такие материалы, как промышленные отходы (например, летучую золу, шлак, тонкий кремнеземный порошок). Кроме того, согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации в качестве наполнителей можно использовать легкие заполнители, такие как перлит или вермикулит. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации частицы наполнителя изготовлены из материала, обогащенного оксидом кальция, такого как молотая известь.Any suitable filler particles may be used, for example calcium oxide or silica containing materials. Typical aggregate particles include lime, quartz (including sand), wollastonite, xonotlite, burnt oil shale, fly or volcanic ash, furnace dust, crushed clay, and pumice dust. Materials such as industrial waste (eg fly ash, slag, fine silica powder) can also be used as fillers. Additionally, in some preferred embodiments, lightweight aggregates such as perlite or vermiculite can be used as fillers. In some preferred embodiments, the filler particles are made from a calcium oxide rich material such as ground lime.

Частицы наполнителя включают оксид кальция или диоксид кремния и имеют размер (d50) от примерно 0,25 мкм до примерно 200 мкм (например, от примерно 0,25 мкм до примерно 150 мкм, от примерно 0,25 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 0,25 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 0,25 мкм до примерно 20 мкм, от примерно 0,25 мкм до примерно 10 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 50 мкм до примерно 200 мкм).The filler particles include calcium oxide or silica and have a size (d5 0 ) of about 0.25 μm to about 200 μm (e.g., from about 0.25 μm to about 150 μm, from about 0.25 μm to about 100 μm, from about 0.25 μm to about 50 μm, from about 0.25 μm to about 20 μm, from about 0.25 μm to about 10 μm, from about 0.5 μm to about 200 μm, from about 1 μm to about 200 µm, about 5 µm to about 200 µm, about 10 µm to about 200 µm, about 20 µm to about 200 µm, about 50 µm to about 200 µm).

Согласно определенным вариантам реализации частицы наполнителя выбирают из летучей золы, зольного остатка, шлака с размерами частиц от примерно 0,5 мкм до примерно 300 мкм (например, от примерно 1 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 50 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 20 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 10 мкм, от примерно 0,5 мкм до примерно 5 мкм).In certain embodiments, the filler particles are selected from fly ash, bottom ash, slag, with particle sizes ranging from about 0.5 μm to about 300 μm (e.g., from about 1 μm to about 300 μm, from about 5 μm to about 300 μm, from from about 10 µm to about 300 µm, from about 50 µm to about 300 µm, from about 100 µm to about 300 µm, from about 0.5 µm to about 200 µm, from about 0.5 µm to about 100 µm, from about 0.5 µm to about 50 µm, about 0.5 µm to about 20 µm, about 0.5 µm to about 10 µm, about 0.5 µm to about 5 µm).

Согласно иллюстративным вариантам реализации карбонизации композиции силиката кальция,According to illustrative embodiments of the carbonization of a calcium silicate composition,

- 8 044255 предложенной в настоящем изобретении, частицы измельченного силиката кальция имеют размер, при котором в общей сложности 10% указанных частиц имеют диаметр, превышающий 1 мкм, при объемном распределении частиц по размерам.- 8 044255 proposed in the present invention, the particles of ground calcium silicate have a size such that a total of 10% of these particles have a diameter greater than 1 μm, in a volumetric particle size distribution.

Согласно некоторым вариантам реализации частицы наполнителя выбирают из известняка, микрокремнезема и кварца, размеры частиц которых составляют от примерно 1 мкм до примерно 500 мкм (например, от примерно 1 мкм до примерно 400 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 30 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 50 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 200 мкм до примерно 500 мкм).In some embodiments, the filler particles are selected from limestone, silica fume, and quartz, with particle sizes ranging from about 1 μm to about 500 μm (e.g., from about 1 μm to about 400 μm, from about 1 μm to about 300 μm, from about 1 µm to about 200 µm, from about 1 µm to about 100 µm, from about 1 µm to about 50 µm, from about 1 µm to about 30 µm, from about 5 µm to about 500 µm, from about 10 µm to about 500 µm , from about 20 μm to about 500 μm, from about 50 μm to about 500 μm, from about 100 μm to about 500 μm, from about 200 μm to about 500 μm).

Согласно определенным вариантам реализации частицы наполнителя выбирают из легких заполнителей, размеры частиц которых составляют от примерно 20 мкм до примерно 500 мкм (например, от примерно 20 мкм до примерно 400 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 50 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 200 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 300 мкм до примерно 500 мкм).In certain embodiments, the filler particles are selected from lightweight aggregates having particle sizes ranging from about 20 μm to about 500 μm (e.g., from about 20 μm to about 400 μm, from about 20 μm to about 300 μm, from about 20 μm to about 200 µm, about 20 µm to about 100 µm, about 50 µm to about 500 µm, about 100 µm to about 500 µm, about 200 µm to about 500 µm, about 300 µm to about 500 µm).

Согласно определенным вариантам реализации добавку, регулирующую схватывание, выбирают из глюконата и сахарозы. Согласно некоторым вариантам реализации диспергирующий агент/модификатор вязкости представляет собой материал на основе поликарбоксилата.In certain embodiments, the set control additive is selected from gluconate and sucrose. In some embodiments, the dispersant/viscosity modifier is a polycarboxylate-based material.

Согласно иллюстративным вариантам реализации измельченный силикат кальция представляет собой измельченный волластонит, частицы наполнителя содержат молотый известняк и диоксид кремния, активирующий агент представляет собой молотую известь, добавка, регулирующая схватывание, представляет собой глюконат, модификатор вязкости представляет собой материал на основе поликарбоксилата, и вентилирующий агент представляет собой пасту из алюминиевой пудры.In exemplary embodiments, the ground calcium silicate is ground wollastonite, the filler particles comprise ground limestone and silica, the activating agent is ground lime, the set control additive is a gluconate, the viscosity modifier is a polycarboxylate-based material, and the venting agent is a paste of aluminum powder.

Следует понимать, что композиции силиката кальция, фазы силиката кальция и способы, описанные в настоящем документе, можно адаптировать для применения фаз силиката магния вместо фаз силиката кальция или наряду с ними. В настоящем документе термин силикат магния относится к природным минералам или синтетическим веществам, состоящим из одной или более групп соединений, содержащих магний и кремний, в том числе, например, к Mg2SiO4 (также известному как фостерит) и Mg3S14O10(OH)2 (также известному как тальк), при этом указанный материал может содержать один или более других ионов и оксидов металлов (например, оксиды кальция, алюминия, железа или марганца) или их смеси, или может включать некоторое количество силиката кальция в природной или синтетической форме(ах) в диапазоне от следового количества (1%) до примерно 50% или более по массе.It should be understood that the calcium silicate compositions, calcium silicate phases and methods described herein can be adapted to use magnesium silicate phases instead of or along with calcium silicate phases. As used herein, the term magnesium silicate refers to natural minerals or synthetic substances consisting of one or more groups of compounds containing magnesium and silicon, including, for example, Mg 2 SiO 4 (also known as fosterite) and Mg 3 S 14 O 10 (OH) 2 (also known as talc), which material may contain one or more other metal ions and oxides (for example, oxides of calcium, aluminum, iron or manganese) or mixtures thereof, or may include some calcium silicate in natural or synthetic form(s) ranging from a trace amount (1%) to about 50% or more by weight.

В настоящем документе термин кварц относится к любому материалу на основе SiO2, в том числе к обычным пескам (строительным пескам и пескам для кладочных растворов), а также стеклу и стеклу вторичной обработки. Указанный термин также включает любые другие вторичные природные и синтетические материалы, содержащие значительные количества SiO2 (например, слюду, иногда выражаемую формулой KAl2(AlSi3O10)(OH)2.As used herein, the term quartz refers to any SiO 2 -based material, including common sands (mortar and mortar sands) as well as glass and recycled glass. The term also includes any other secondary natural and synthetic materials containing significant amounts of SiO2 (for example, mica, sometimes expressed by the formula KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 .

Согласно другому аспекту настоящее изобретение в целом относится к системе для изготовления изделия. Такая система включает оболочку или камеру и заключенный в нее композиционный материал, распределенный в виде множества отдельных бетонных объектов. Один или более проходов или каналов расположены между указанным множеством отдельных бетонных объектов или проходят через них с формированием системы транспортировки текучей среды внутри одного или более проходов и каналов и с наружной части множества отдельных объектов. Предложенная система также необязательно включает одну или более плит, на которых размещено множество отдельных бетонных объектов, и один или более стеллажей, брезентовых тентов, стенок или панелей с планарными, плоскими, выпуклыми или вогнутыми лицевыми поверхностями, образующими один или более проходов или каналов и обеспечивающими профиль потока текучей среды в системе транспортировки текучей среды.According to another aspect, the present invention generally relates to a system for manufacturing an article. Such a system includes a shell or chamber and an enclosed composite material distributed in the form of a plurality of individual concrete objects. One or more passages or channels are located between or extend through said plurality of individual concrete objects to form a system for transporting fluid within the one or more passages and channels and from the exterior of the plurality of individual objects. The proposed system also optionally includes one or more slabs on which a plurality of individual concrete objects are placed, and one or more racks, canvases, walls or panels with planar, flat, convex or concave facing surfaces defining one or more passages or channels and providing fluid flow profile in a fluid transport system.

Согласно определенным вариантам реализации предложенная система включает компонент распределения текучей среды, регулирующий профиль потока текучей среды по меньшей мере части оболочки или камеры.In certain embodiments, the proposed system includes a fluid distribution component that controls the fluid flow profile of at least a portion of the shell or chamber.

Согласно определенным вариантам реализации предложенная система включает компонент распределения текучей среды, регулирующий профиль потока текучей среды по всей оболочке или камере.In certain embodiments, the proposed system includes a fluid distribution component that controls the fluid flow profile throughout the enclosure or chamber.

Согласно некоторым вариантам реализации компонент распределения текучей среды, регулирующий профиль потока текучей среды по всей оболочке или камере, изменяет направление газового потока по меньшей мере один раз.In some embodiments, the fluid distribution component, which controls the fluid flow profile throughout the enclosure or chamber, changes the direction of the gas flow at least once.

Согласно некоторым вариантам реализации компонент распределения текучей среды, регулирующий профиль потока текучей среды по всей оболочке или камере, изменяет скорость газового потока по меньшей мере один раз.In some embodiments, the fluid distribution component, which controls the fluid flow profile throughout the enclosure or chamber, changes the gas flow rate at least once.

Согласно определенным вариантам реализации компонент распределения текучей среды включает один или более компонент, выбранный из впускных отверстий для текучей среды, выпускных отверстий для текучей среды, полостей или перфорированных плит или их комбинаций.In certain embodiments, the fluid distribution component includes one or more components selected from fluid inlets, fluid outlets, cavities or perforated plates, or combinations thereof.

- 9 044255- 9 044255

Согласно определенным вариантам реализации оболочка или камера изготовлена из материала, выбранного из металла, сплава, пластмассы, полимера, полимерного композиционного материала, керамического композиционного материала или их комбинаций. Согласно некоторым вариантам реализации оболочка или камера изготовлена из бетонного материала, или стали, или брезента, или их комбинаций.In certain embodiments, the shell or chamber is made of a material selected from metal, alloy, plastic, polymer, polymer composite, ceramic composite, or combinations thereof. In some embodiments, the shell or chamber is made of concrete material, or steel, or canvas, or combinations thereof.

Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение в целом относится к способу получения изделия. Предложенный способ включает: смешивание композиции в виде частиц и жидкой композиции с получением смеси; литье или экструдирование или формование иным способом указанной смеси в пресс-форме с получением отлитой или экструдированной или иным образом формованной прессовки (green body), содержащей множество отдельных бетонных объектов, при этом один или более проходов или каналов расположены между указанным множеством отдельных бетонных объектов и наружной частью множества отдельных объектов или проходят через них; поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах и наружной части множества отдельных объектов; и отверждение множества отдельных объектов при температуре в диапазоне от примерно 20°С до примерно 150°С в течение от примерно 1 ч до примерно 80 ч в атмосфере воды и/или СО2, давление которой составляет от внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 60 psi (примерно 413 кПа) выше внешнего давления, и концентрация CO2 в которой составляет от примерно 10% до примерно 90%.According to another aspect, the present invention generally relates to a method for producing an article. The proposed method includes: mixing a particulate composition and a liquid composition to form a mixture; casting or extruding or otherwise molding said mixture in a mold to produce a cast or extruded or otherwise molded compact (green body) containing a plurality of individual concrete objects, wherein one or more passages or channels are located between said plurality of individual concrete objects and the outside of or pass through a plurality of individual objects; maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in one or more internal passages or channels and the exterior of a plurality of individual objects; and curing the plurality of individual objects at a temperature ranging from about 20° C. to about 150° C. for from about 1 hour to about 80 hours in an atmosphere of water and/or CO 2 at a pressure of from external atmospheric pressure to a pressure of about 60 psi (approximately 413 kPa) above external pressure, and the CO2 concentration ranges from about 10% to about 90%.

Согласно определенным вариантам реализации поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах и/или наружной части множества отдельных объектов включает: удержание атмосферы внутри одного или более внутренних каналов и/или наружной части множества отдельных объектов; циркуляцию удерживаемой атмосферы CO2 и/или водяного пара; удаление водяного пара из удерживаемой атмосферы или добавление водяного пара к удерживаемой атмосфере; и нагревание удерживаемой атмосферы.In certain embodiments, maintaining an atmosphere of CO 2 and/or water vapor within one or more internal passages or channels and/or an exterior portion of the plurality of distinct entities includes: maintaining an atmosphere within one or more internal passages or channels and/or an exterior portion of the plurality of distinct entities; circulation of a retained atmosphere of CO2 and/or water vapor; removing water vapor from the retained atmosphere or adding water vapor to the retained atmosphere; and heating the retained atmosphere.

Согласно некоторым вариантам реализации поддержание атмосферы СО2 и/или водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах включает изменение направления или скорости потока CO2 и/или водяного пара по меньшей мере один раз в течение периода отверждения прессовки.In some embodiments, maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in one or more internal passages or channels includes changing the direction or rate of flow of CO2 and/or water vapor at least once during the curing period of the compact.

Согласно определенным вариантам реализации указанная композиция в виде частиц включает измельченный силикат кальция, содержащий одно или более вещество, выбранное из природного или синтетического волластонита, псевдоволластонита, ранкинита, геленита, белита и алита, средний размер частиц которого составляет от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм, при этом указанная жидкая композиция содержит воду.In certain embodiments, said particulate composition comprises ground calcium silicate containing one or more substances selected from natural or synthetic wollastonite, pseudowollastonite, rankinite, galenite, belite, and alite, the average particle size of which is from about 1 μm to about 100 μm , wherein said liquid composition contains water.

Согласно некоторым вариантам реализации отверждение отлитой смеси осуществляют при температуре, равной или меньшей примерно 60°С, в течение от примерно 10 ч до примерно 50 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего внешнее атмосферное давление.In some embodiments, the cast mixture is cured at a temperature equal to or less than about 60° C. for about 10 hours to about 50 hours in a steam atmosphere containing water and CO2 and having external atmospheric pressure.

Согласно определенным вариантам реализации измельченный силикат кальция представляет собой по существу силикат кальция в виде измельченного волластонита.In certain embodiments, the ground calcium silicate is essentially calcium silicate in the form of ground wollastonite.

Согласно определенным вариантам реализации предложенный способ дополнительно включает введение в смесь одного или более арматурных элементов.In certain embodiments, the proposed method further includes introducing one or more reinforcing elements into the mixture.

Один или более арматурных стержней могут быть выполнены из любых подходящих материалов, например, железа, стали, полимерных материалов, стекла или их комбинации.The one or more reinforcing bars may be made of any suitable materials, such as iron, steel, polymeric materials, glass, or a combination thereof.

Один или более арматурных элементов могут иметь любой подходящий размер и форму, например, быть в форме стержней, проволоки и канатов.The one or more reinforcing elements may be of any suitable size and shape, for example, in the form of rods, wires and ropes.

Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение в целом относится к изделию, полученному способом, описанным в настоящем документе.In yet another aspect, the present invention generally relates to an article made by the method described herein.

Предложенное изделие может иметь любой подходящий размер или форму или подходить для любых подходящих целей, например, выбранных из дорожных плит, блоков, черепицы, многопустотных плит, сборных бетонных изделий с армированием или без него.The product provided may be of any suitable size or shape or suitable for any suitable purpose, for example selected from paving slabs, blocks, tiles, hollow core slabs, precast concrete products with or without reinforcement.

Один или более проходов или каналов (в том числе полые пространства) являются важной особенностью и влияют на общие характеристики и свойства отдельных объектов, в том числе общую массу, механические свойства и функциональные возможности. Отдельные объекты, наряду с компонентами камеры и самой камерой, могут формировать любое подходящее количество проходов или каналов согласно предварительно разработанной схеме и взаимосвязанности. Такие проходы или каналы могут иметь любые подходящие размеры и формы (например, круглые, овальные, многоугольные, прямоугольные или квадратные). Они могут быть расположены согласно любой подходящей схеме или взаимосвязанности.One or more passages or channels (including hollow spaces) are an important feature and affect the overall characteristics and properties of individual objects, including overall mass, mechanical properties and functionality. Individual objects, along with camera components and the camera itself, can form any suitable number of passages or channels according to a pre-designed pattern and interconnectivity. Such passages or channels may be of any suitable size and shape (eg, round, oval, polygonal, rectangular or square). They may be arranged according to any suitable pattern or interconnection.

Количество, форма, размер и конфигурация проходов и каналов будут влиять на различные механические свойства пустотелых изделий. Как более подробно обсуждается в настоящем документе, количество, форму, размер и конфигурацию проходов и каналов также можно использовать для получения преимуществ при производстве, например, для ускорения процесса отверждения и обеспечения более равномерного отверждения.The number, shape, size and configuration of passages and channels will affect the various mechanical properties of hollow products. As discussed in more detail herein, the number, shape, size and configuration of passages and channels can also be used to provide manufacturing benefits, such as speeding up the curing process and providing more uniform curing.

Объем проходов или каналов может составлять любую подходящую долю от объема множества отдельных объектов в зависимости от геометрических размеров пресс-формы для продукта и любых по- 10 044255 слеформовочных изменений в расположении продукта, например, от примерно 5 об.% до примерно 95 об.% (например, от примерно 10 об.% до примерно 95 об.%, от примерно 20 об.% до примерно 95 об.%, от примерно 30 об.% до примерно 95 об.%, от примерно 50 об.% до примерно 95 об.%, от примерно 70 об.% до примерно 95 об.%, от примерно 5 об.% до примерно 90 об.%, от примерно 5 об.% до примерно 70 об.%, от примерно 5 об.% до примерно 50 об.%, от примерно 5 об.% до примерно 30 об.%, от примерно 5 об.% до примерно 20 об.%) относительно общего объема множества бетонных объектов.The volume of the passages or channels may be any suitable fraction of the volume of the plurality of individual objects depending on the geometric dimensions of the product mold and any post-molding changes in product arrangement, for example, from about 5 vol.% to about 95 vol.% (e.g., from about 10% vol. to about 95% vol., from about 20% vol. to about 95% vol., from about 30% vol. to about 95% vol., from about 50% vol. to about 95 vol.%, from about 70 vol.% to about 95 vol.%, from about 5 vol.% to about 90 vol.%, from about 5 vol.% to about 70 vol.%, from about 5 vol.% up to about 50% by volume, from about 5% by volume to about 30% by volume, from about 5% by volume to about 20% by volume, relative to the total volume of the plurality of concrete objects.

Отдельные объекты согласно настоящему изобретению могут быть изготовлены с различными размерами и габаритами. Типичные дорожные плиты, полученные путем сухого литья, имеют высоту от 40 мм до 120 мм и могут быть спрессованы на площади до 1,45 мх1,45 м, что приводит к распределению множества бетонных объектов с объемом до 0,26 м3 на плиту для размещения продукта. Например, типичные бетонные строительные блоки (CMU), полученные путем сухого литья, имеют высоту 200 мм и могут быть спрессованы на площади до 1,45 мх1,45 м, что приводит к распределению множества бетонных объектов с объемом до 0,43 м3 на плиту для размещения продукта. Количество, форму, размер и конфигурацию каналов можно использовать для улучшения производственного процесса путем повышения скорости и улучшения равномерности отверждения.Individual objects according to the present invention can be manufactured with different sizes and dimensions. Typical dry cast road slabs range in height from 40mm to 120mm and can be pressed over an area of up to 1.45m x 1.45m, resulting in the distribution of multiple concrete objects with a volume of up to 0.26m3 per slab for product placement. For example, typical dry cast concrete building units (CMUs) are 200 mm high and can be compacted over an area of up to 1.45 m x 1.45 m, resulting in the distribution of multiple concrete objects with a volume of up to 0.43 m 3 per plate for placing the product. The number, shape, size and configuration of channels can be used to improve the manufacturing process by increasing the speed and improving the uniformity of cure.

Согласно некоторым вариантам реализации, в которых отдельные объекты представляют собой дорожные плиты, указанные размеры составляют от 1 дюйма (примерно 2,5 см) до 24 дюймов (примерно 61 см) в длину, от 1 дюйма (примерно 2,5 см) до 24 дюймов (примерно 61 см) в ширину и от 0,5 дюйма (1,27 см) до 6 дюймов (примерно 15 см) в высоту. Согласно некоторым вариантам реализации такие размеры составляют от 4 дюймов (примерно 10 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в длину, от 4 дюймов (примерно 10 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в ширину и от 1,5 дюймов (примерно 3,8 см) до 5 дюймов (примерно 13 см) в высоту.In some embodiments in which the individual objects are road slabs, the dimensions range from 1 inch to 24 inches in length, 1 inch to 24 inches (approx. 61 cm) wide and 0.5 inch (1.27 cm) to 6 inches (approx. 15 cm) high. In some embodiments, such dimensions are from 4 inches (about 10 cm) to 12 inches (about 30 cm) in length, from 4 inches (about 10 cm) to 12 inches (about 30 cm) in width, and from 1.5 inches (approx. 3.8 cm) to 5 inches (approx. 13 cm) high.

Согласно определенным вариантам реализации, в которых отдельные объекты представляют собой блоки, указанные размеры составляют от 7/4 дюймов (примерно 19 см) до 16 дюймов (примерно 41 см) в длину, от 3/4 дюймов (примерно 9 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в ширину и от 4 дюймов (примерно 10 см) до 16 дюймов (примерно 41 см) в высоту. Согласно некоторым вариантам реализации такие размеры составляют от 7/4 дюймов (примерно 19 см) до 16 дюймов (примерно 41 см) в длину, от 3/4 дюймов (примерно 9 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в ширину и от 6 дюймов (примерно 15 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в высоту.In certain embodiments in which the individual objects are blocks, the dimensions range from 7/4 inches (about 19 cm) to 16 inches (about 41 cm) in length, from 3/4 inches (about 9 cm) to 12 inches (approx. 30cm) wide and 4" (approx. 10cm) to 16" (approx. 41cm) high. In some embodiments, such dimensions are from 7/4 inches (about 19 cm) to 16 inches (about 41 cm) in length, from 3/4 inches (about 9 cm) to 12 inches (about 30 cm) in width, and from 6 inches (approx. 15 cm) to 12 inches (approx. 30 cm) high.

Согласно некоторым вариантам реализации, в которых отдельные объекты представляют собой черепицу, указанные размеры составляют от 2 дюймов (примерно 5,1 см) до 24 дюймов (примерно 61 см) в длину, от 2 дюймов (примерно 5,1 см) до 24 дюймов (примерно 61 см) в ширину и от 0,25 дюйма (примерно 0,64 см) до 2 дюймов (примерно 5,1 см) в толщину. Согласно некоторым вариантам реализации такие размеры составляют от 4 дюймов (примерно 10 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в длину, от 4 дюймов (примерно 10 см) до 12 дюймов (примерно 30 см) в ширину и от 0,25 дюйма (примерно 0,64 см) до 1 дюйма (примерно 2,5 см) в толщину.In some embodiments in which the individual objects are shingles, the dimensions range from 2 inches (about 5.1 cm) to 24 inches (about 61 cm) in length, from 2 inches (about 5.1 cm) to 24 inches (approximately 61 cm) wide and 0.25 inches (approximately 0.64 cm) to 2 inches (approximately 5.1 cm) thick. In some embodiments, such dimensions are from 4 inches (about 10 cm) to 12 inches (about 30 cm) in length, from 4 inches (about 10 cm) to 12 inches (about 30 cm) in width, and from 0.25 inch (about 0.64 cm) to 1 inch (about 2.5 cm) thick.

Согласно некоторым вариантам реализации, в которых отдельные объекты представляют собой плиты, указанные размеры составляют от 4 дюймов (примерно 10 см) до 48 дюймов (примерно 122) в длину, от 4 дюймов (примерно 10 см) до 48 дюймов (примерно 122) в ширину и от 1,5 дюймов (примерно 3,8 см) до 5 дюймов (примерно 13 см) в высоту. Согласно некоторым вариантам реализации такие размеры составляют от 4 дюймов (примерно 10 см) до 48 дюймов (примерно 122) в длину, от 4 дюймов (примерно 10 см) до 48 дюймов (примерно 122) в ширину и от 1,5 дюймов (примерно 3,8 см) до 5 дюймов (примерно 13 см) в высоту и, как правило, имеют площадь основания более 144 квадратных дюймов (примерно 929 см2).In some embodiments in which the individual objects are slabs, the dimensions range from 4 inches (about 10 cm) to 48 inches (about 122) in length, from 4 inches (about 10 cm) to 48 inches (about 122) in wide and 1.5 inches (approx. 3.8 cm) to 5 inches (approx. 13 cm) high. In some embodiments, such dimensions are from 4 inches (about 10 cm) to 48 inches (about 122) in length, from 4 inches (about 10 cm) to 48 inches (about 122) in width, and from 1.5 inches (about 3.8 cm) to 5 inches (approximately 13 cm) in height and typically have a base area greater than 144 square inches (approximately 929 cm 2 ).

Отдельные объекты обычно прижимают к плите для размещения продукта таким образом, чтобы максимизировать производимый объем бетона на плиту для размещения продукта. При получении продуктов с одинаковыми горизонтальными геометрическими размерами между объектами остаются параллельные зазоры, в результате чего между множеством отдельных объектов образуются каналы. Количество, форму, размер и конфигурацию каналов также можно использовать для получения преимуществ при производстве, например, для ускорения процесса отверждения и обеспечения более равномерного отверждения.Individual objects are typically pressed against the product placement slab in such a way as to maximize the volume of concrete produced per product placement slab. When products with identical horizontal geometric dimensions are produced, parallel gaps remain between objects, resulting in channels being formed between many individual objects. The number, shape, size and configuration of channels can also be used to provide manufacturing benefits, such as speeding up the cure process and providing more uniform cure.

Множество бетонных объектов загружают в камеру в регулярном режиме. Согласно некоторым вариантам реализации камера отверждения образует камеру или оболочку. Внутри камеры плиты укладывают штабелем и размещают для отверждения. В камере можно регулировать ориентацию и расстояние между плитами для создания каналов, состоящих из наружной плоскости множества отдельных объектов, состоящей из нескольких лицевых поверхностей отдельных объектов, и компонента камеры, такого как еще одна уложенная штабелем плита для размещения продукта, куда можно направить поток текучей среды. Геометрия отдельных объектов и профиля потока текучей среды в системе отверждения определяет оптимальную ориентацию объектов, расстояние между объектами и компонентами камеры, а также расстояние между объектами и системой распределения текучей среды с тем, чтобы индуцировать высокие скорости диффузии диоксида углерода и воды через лицевые поверхности объектов, образующиеMany concrete objects are loaded into the chamber on a regular basis. In some embodiments, the curing chamber forms a chamber or shell. Inside the chamber, the slabs are stacked and placed to cure. In the chamber, the orientation and spacing of the plates can be adjusted to create channels consisting of an outer plane of a plurality of individual objects, consisting of several facing surfaces of the individual objects, and a chamber component, such as another stacked product placement plate, into which fluid flow can be directed . The geometry of individual objects and the fluid flow profile in the curing system determines the optimal orientation of objects, the distance between objects and chamber components, and the distance between objects and the fluid distribution system so as to induce high rates of diffusion of carbon dioxide and water through the faces of objects, forming

- 11 044255 канал.- 11 044255 channel.

Согласно определенным вариантам реализации бетонную пресс-форму, применяемую для получения набора отдельных объектов, модифицируют для изменения расстояния между множеством отдельных объектов в соответствии с профилем распределения потока в камерах и для увеличения скоростей диффузии диоксида углерода и воды через лицевые поверхности объектов, образующие канал.In certain embodiments, a concrete mold used to produce a set of individual objects is modified to vary the distance between the plurality of individual objects in accordance with the flow profile of the chambers and to increase the diffusion rates of carbon dioxide and water through the faces of the objects forming the channel.

Согласно определенным вариантам реализации отдельные объекты разделяют или иным образом перемещают после операции формования для изменения расстояния между бетонными объектами в соответствии с профилем распределения потока в камерах и для увеличения скоростей диффузии диоксида углерода и воды через лицевые поверхности объектов, образующие канал.In certain embodiments, the individual objects are separated or otherwise moved after the forming operation to change the distance between the concrete objects in accordance with the flow profile of the chambers and to increase the diffusion rates of carbon dioxide and water through the faces of the objects forming the channel.

Согласно некоторым вариантам реализации размещение плиты для размещения продукта и/или ориентацию плиты для размещения продукта можно регулировать относительно системы распределения текучей среды с тем, чтобы увеличить поток текучей среды через канал, созданный наружной частью лицевых поверхностей множества отдельных объектов и оболочкой и множеством отдельных объектов и компонентами камеры. Это позволяет увеличить скорости диффузии диоксида углерода и воды между соответствующими внешними лицевыми поверхностями множества отдельных объектов и камерой и соответствующими внешними лицевыми поверхностями множества отдельных объектов и компонентами камеры.In some embodiments, the placement of the product placement plate and/or the orientation of the product placement plate can be adjusted relative to the fluid distribution system to increase the flow of fluid through the channel created by the outer portion of the faces of the plurality of discrete objects and the shell and the plurality of discrete objects and camera components. This allows the diffusion rates of carbon dioxide and water to be increased between the respective outer face surfaces of the plurality of individual objects and the camera and the respective outer face surfaces of the plurality of individual objects and the camera components.

Согласно определенным вариантам реализации стадия получения смеси включает/предусматривает смешивание заполнителей, песка, силиката кальция и воды в смесителе. Указанный смеситель может представлять собой смеситель любого типа, обычно применяемый при смешивании обычного бетона. Заполнители, песок и некоторое количество воды, достаточное для небольшого увлажнения твердых веществ, тщательно перемешивают. Затем к партии добавляют силикат кальция вместе с оставшейся водой и любыми добавками. Смесь тщательно перемешивают и регулируют количество воды для достижения требуемого уровня влажности.In certain embodiments, the mixing step includes/involves mixing aggregates, sand, calcium silicate, and water in a mixer. Said mixer may be any type of mixer commonly used in mixing conventional concrete. The aggregates, sand and a quantity of water sufficient to slightly moisten the solids are thoroughly mixed. The calcium silicate is then added to the batch along with the remaining water and any additives. The mixture is thoroughly mixed and the amount of water is adjusted to achieve the required humidity level.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации стадия отливки или экструдирования суспензионной смеси в пресс-форме, выполненной с возможностью создания отлитой или экструдированной или иным образом формованной прессовки, содержащей один или более внутренних проходов или каналов, включает/предусматривает вливание указанной смеси в пресс-форму или экструдер. Например, в случае изготовления отливки смесь можно подвергнуть вибрированию путем вибрации прессформы или путем введения в смесь вибрационных зондов внутри пресс-формы для облегчения удаления захваченного воздуха и содействия перегруппировке частиц для уплотнения указанной смеси. В случае экструзии экструдер может быть неподвижным или подвижным. Неподвижный экструдер проталкивает смесь через каналы, которые придают смеси требуемую форму, и способствует перегруппировке частиц для уплотнения изделия. Изделие выталкивают из матрицы внутри экструдера, после чего его можно разрезать до требуемой длины, и укладывают изделие штабелем для отверждения. Движущийся экструдер проталкивает смесь вплотную к неподвижному упору и через каналы, придающие смеси требуемую форму. Когда смесь прижимают вплотную к неподвижному упору, давление внутри смеси возрастает, частицы перегруппируются и смесь уплотняется. По мере того, как все больше материала подвергается экструзии, уплотненная смесь давит на экструдер вдоль экструзионной рамы.In some preferred embodiments, the step of casting or extruding a slurry mixture into a mold configured to create a cast or extruded or otherwise shaped compact comprising one or more internal passages or channels comprises pouring said mixture into the mold or extruder . For example, in the case of making a casting, the mixture can be vibrated by vibrating the mold or by introducing vibration probes into the mixture within the mold to facilitate the removal of trapped air and promote particle rearrangement to compact said mixture. In the case of extrusion, the extruder can be stationary or movable. A stationary extruder forces the mixture through channels that shape the mixture into the desired shape and helps regroup the particles to compact the product. The product is ejected from the die inside the extruder, after which it can be cut to the required length, and the product is stacked to cure. The moving extruder pushes the mixture against a stationary stop and through channels that give the mixture the desired shape. When the mixture is pressed against a fixed stop, the pressure inside the mixture increases, the particles regroup and the mixture becomes denser. As more material is extruded, the compacted mixture pushes against the extruder along the extrusion frame.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации стадия поддержания атмосферы CO2 и водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах включает/предусматривает удержание атмосферы внутри проходов или каналов и/или вблизи наружной части изделия; циркуляцию удерживаемой атмосферы CO2 и/или водяного пара; удаление водяного пара из удерживаемой атмосферы или добавление водяного пара к удерживаемой атмосфере; и нагревание удерживаемой атмосферы. Для достижения быстрого и/или равномерного отверждения количество, форму, размер и конфигурацию проходов и каналов можно спроектировать таким образом, чтобы увеличить площадь контакта CO2 и водяного пара со стенкой экструдированной прессовки. В общем случае, в процессе отверждения внутри удерживаемой атмосферы и внутри самого изделия будут создаваться градиенты температуры и концентрации. Такие градиенты выявляют и регулируют для достижения равномерного отверждения изделия. Газовый поток CO2 и водяного пара можно регулировать, например, таким образом, чтобы он двигался в противоположных направлениях для реверсирования градиентов при прохождении через внутренние проходы или каналы и за пределы наружной части изделия с тем, чтобы усреднить влияние градиентов температуры и концентрации в течение периода отверждения.In some preferred embodiments, the step of maintaining an atmosphere of CO2 and water vapor in one or more internal passages or channels comprises maintaining the atmosphere within the passages or channels and/or near the exterior of the article; circulation of a retained atmosphere of CO2 and/or water vapor; removing water vapor from the retained atmosphere or adding water vapor to the retained atmosphere; and heating the retained atmosphere. To achieve rapid and/or uniform curing, the number, shape, size and configuration of passages and channels can be designed to increase the contact area of CO2 and water vapor with the extruded compact wall. In general, during the curing process, temperature and concentration gradients will be created within the retained atmosphere and within the product itself. Such gradients are detected and adjusted to achieve uniform cure of the product. The gas flow of CO2 and water vapor can be controlled, for example, to move in opposite directions to reverse gradients through internal passages or channels and out of the outside of the product so as to average out the effects of temperature and concentration gradients during the curing period .

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации стадия поддержания атмосферы CO2 и водяного пара в одном или более каналах внутри множества бетонных объектов или между множеством бетонных объектов и оболочкой или между множеством бетонных объекты и компонентом камеры включает/предусматривает удержание атмосферы внутри каналов и/или вблизи наружной части бетонного объекта; циркуляцию удерживаемой атмосферы CO2 и/или водяного пара; удаление водяного пара из удерживаемой атмосферы или добавление водяного пара к удерживаемой атмосфере; и нагревание удерживаемой атмосферы.In some preferred embodiments, the step of maintaining an atmosphere of CO2 and water vapor in one or more channels within the plurality of concrete objects, or between the plurality of concrete objects and the shell, or between the plurality of concrete objects and the chamber component, comprises maintaining the atmosphere within the channels and/or near the exterior of the concrete object; circulation of a retained atmosphere of CO2 and/or water vapor; removing water vapor from the retained atmosphere or adding water vapor to the retained atmosphere; and heating the retained atmosphere.

Для достижения быстрого и/или равномерного отверждения количество, форму, размер и конфигурацию каналов можно спроектировать таким образом, чтобы увеличить площадь контакта CO2 и водяноTo achieve rapid and/or uniform curing, the number, shape, size and configuration of channels can be designed to increase the contact area between CO 2 and water.

- 12 044255 го пара со стенкой экструдированной прессовки. В общем случае, в процессе отверждения внутри удерживаемой атмосферы и внутри самого изделия будут создаваться градиенты температуры и концентрации. Такие градиенты выявляют и регулируют для достижения равномерного отверждения изделия. Например, можно регулировать газовый поток CO2 и водяного пара, при этом направление газового потока изменяют попеременно от одного направления к другому для реверсирования градиентов при прохождении через каналы и за пределы внешних лицевых поверхностей изделия с тем, чтобы усреднить влияние градиентов температуры и концентрации в течение периода отверждения.- 12 044255 pair with an extruded compact wall. In general, during the curing process, temperature and concentration gradients will be created within the retained atmosphere and within the product itself. Such gradients are detected and adjusted to achieve uniform cure of the product. For example, the gas flow of CO2 and water vapor can be controlled, whereby the direction of the gas flow is changed alternately from one direction to the other to reverse gradients as it passes through channels and beyond the outer faces of the product so as to average out the effects of temperature and concentration gradients over a period curing.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации стадия отверждения литой или экструдированной прессовки включает/предусматривает приведение изделия в контакт с атмосферой CO2 и/или водяного пара в течение определенного периода времени.In some preferred embodiments, the step of curing the cast or extruded compact involves exposing the product to an atmosphere of CO2 and/or water vapor for a specified period of time.

Температуру и время отверждения можно регулировать в соответствии с требуемым конечным продуктом, например, отверждение можно проводить при температуре от примерно 20°С до примерно 150°С (например, от примерно 20°С до примерно 140°С, от примерно 20°С до примерно 120°С, от примерно 20°С до примерно 100°С, от примерно 20°С до примерно 90°С, от примерно 20°С до примерно 80°С, от примерно 20°С до примерно 70°С, от примерно 20°С до примерно 60°С, от примерно 30°С до примерно 100°С, от примерно 30°С до примерно 90°С, от примерно 30°С до примерно 80°С, от примерно 30°С до примерно 70°С, от примерно 30°С до примерно 60°С) в течение от примерно 1 ч до примерно 80 ч (например, в течение от примерно 1 ч до примерно 70 ч, в течение от примерно 1 ч до примерно 60 ч, в течение от примерно 6 ч до примерно 80 ч, в течение от примерно 6 ч до примерно 70 ч, в течение от примерно 6 ч до примерно 60 ч, в течение от примерно 10 ч до примерно 80 ч, в течение от примерно 10 ч до примерно 70 ч, в течение от примерно 10 ч до примерно 60 ч, от примерно 15 ч до примерно 60 ч, от примерно 15 ч до примерно 50 ч, в течение примерно 20 ч) в атмосфере воды и СО2.The curing temperature and time can be adjusted according to the desired end product, for example, curing can be carried out at a temperature of from about 20°C to about 150°C (e.g., from about 20°C to about 140°C, from about 20°C to about 120°C, from about 20°C to about 100°C, from about 20°C to about 90°C, from about 20°C to about 80°C, from about 20°C to about 70°C, from about 20°C to about 60°C, about 30°C to about 100°C, about 30°C to about 90°C, about 30°C to about 80°C, about 30°C to about 70°C, about 30°C to about 60°C) for about 1 hour to about 80 hours (e.g., for about 1 hour to about 70 hours, for about 1 hour to about 60 hours, for about 6 hours to about 80 hours, for about 6 hours to about 70 hours, for about 6 hours to about 60 hours, for about 10 hours to about 80 hours, for about 10 hours to about 70 hours, for about 10 hours to about 60 hours, from about 15 hours to about 60 hours, from about 15 hours to about 50 hours, for about 20 hours) under an atmosphere of water and CO 2 .

Относительную влажность среды в процессе отверждения можно регулировать таким образом, чтобы соответствовать требуемому результату, например, в диапазоне от примерно 10% до примерно 98% (например, от примерно 20% до примерно 98%, от примерно 30% до примерно 98%, от примерно 50% до примерно 98%, от примерно 80% до примерно 98%, от примерно 90% до примерно 98%, от примерно 10% до примерно 90%, от примерно 10% до примерно 70%, от примерно 10% до примерно 50%, от примерно 10% до примерно 40%, от примерно 10% до примерно 30%, от примерно 10% до примерно 20%), с давлением CO2 в диапазоне от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 100 psi (примерно 689 кПа) выше внешнего атмосферного давления (например, от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 90 psi (примерно 621 кПа) выше внешнего атмосферного давления, от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 80 psi (примерно 552 кПа) выше внешнего атмосферного давления, от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 70 psi (примерно 483 кПа) выше внешнего атмосферного давления, от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 60 psi (примерно 413 кПа) выше внешнего атмосферного давления, от давления, примерно на 20 psi (примерно 138 кПа) выше внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 100 psi (примерно 689 кПа) выше внешнего атмосферного давления, от давления, примерно на примерно 30 psi (примерно 207 кПа) выше внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 100 psi (примерно 689 кПа) выше внешнего атмосферного давления) и концентрацией CO2 в диапазоне от примерно 10% до примерно 90% и выше (например, от примерно 20% до примерно 90%, от примерно 30% до примерно 90%, от примерно 40% до примерно 90%, от примерно 10% до примерно 70%, от примерно 10% до примерно 50%), с получением композиционного материала, имеющего однородную, гомогенную и пористую структуру.The relative humidity of the curing environment can be adjusted to suit the desired result, for example, in the range of from about 10% to about 98% (e.g., from about 20% to about 98%, from about 30% to about 98%, from about 50% to about 98%, about 80% to about 98%, about 90% to about 98%, about 10% to about 90%, about 10% to about 70%, about 10% to about 50%, about 10% to about 40%, about 10% to about 30%, about 10% to about 20%), with CO 2 pressure ranging from about outside atmospheric pressure to a pressure of about 100 psi ( about 689 kPa) above external atmospheric pressure (e.g., from about external atmospheric pressure to a pressure of about 90 psi (about 621 kPa) above external atmospheric pressure, from about external atmospheric pressure to a pressure of about 80 psi (about 552 kPa) above external atmospheric pressure, from about external atmospheric pressure to a pressure about 70 psi (about 483 kPa) above external atmospheric pressure, from about external atmospheric pressure to a pressure about 60 psi (about 413 kPa) above external atmospheric pressure, from a pressure of about 20 psi (about 138 kPa) above external atmospheric pressure to a pressure of about 100 psi (about 689 kPa) above external atmospheric pressure, from a pressure of about 30 psi (about 207 kPa) above external atmospheric pressure to pressure, about 100 psi (about 689 kPa) above external atmospheric pressure) and a CO 2 concentration ranging from about 10% to about 90% or higher (e.g., from about 20% to about 90%, from about 30% to about 90%, from about 40% to about 90%, from about 10% to about 70%, from about 10% to about 50%), obtaining a composite material having a uniform, homogeneous and porous structure.

При типичном производстве, например, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, применяемые материалы представляют собой измельченный силикат кальция. Согласно иллюстративным вариантам реализации композиция силиката кальция, предложенная в настоящем изобретении, применяемые частицы измельченного силиката кальция имеют размер, при котором в общей сложности 10% указанных частиц имеют диаметр, превышающий 1 мкм, при объемном распределении частиц по размерам.In typical production, for example, according to some embodiments of the present invention, the materials used are ground calcium silicate. In exemplary embodiments of the calcium silicate composition of the present invention, the ground calcium silicate particles used are of a size such that a total of 10% of said particles have a diameter greater than 1 micron in a volumetric particle size distribution.

Измельченный силикат кальция может иметь средний размер частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм (например, от примерно 1 мкм до примерно 80 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 60 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 30 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 20 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 10 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 90 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 80 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 70 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 60 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 80 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 70 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 60 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 30 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 20 мкм, примерно 1, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мкм), объемную плотность от примерно 0,5 г/мл до примерно 3,5 г/мл (насыпную плотность, например, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 2,8, 3,0, 3,5 г/мл) и от примерно 1,0 г/мл до примерно 1,2 г/мл (насыпную плотность после уплотнения), площадь поверхности от примерно 1,5 м2/г до примерно 3,5 м2/г (например, 1,5, 2,0, 2,3, 2,5, 2,8, 3,0, 3,2, 3,5 м2/г).The ground calcium silicate may have an average particle size of 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, from about 5 μm to about 70 μm, from about 5 μm to about 60 μm, from about 5 μm to about 50 μm, from about 5 μm to about 40 μm, from about 10 μm to about 80 μm, from about 10 μm to about 70 μm, about 10 μm to about 60 μm, about 10 μm to about 50 μm, about 10 μm to about 40 μm, about 10 μm to about 30 μm, about 10 μm to about 20 μm, about 1, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 µm), bulk density from about 0.5 g/ml to about 3.5 g/ml (bulk density, for example, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 2.8, 3.0, 3.5 g/ml) and from about 1.0 g/ml to about 1. 2 g/ml (bulk density after compaction), surface area from about 1.5 m 2 /g to about 3.5 m 2 /g (for example, 1.5, 2.0, 2.3, 2.5, 2.8, 3.0, 3.2, 3.5 m2 /g).

- 13 044255- 13 044255

Согласно определенным предпочтительным вариантам реализации предложенная композиция в виде частиц содержит от примерно 10 мас.% до примерно 95 мас.%, измельченных кальций-силикатных материалов (например, от примерно 20 мас.% до примерно 95 мас.%, от примерно 30 мас.% до примерно 95 мас.%, от примерно 50 мас.% до примерно 95 мас.%, от примерно 60 мас.% до примерно 95 мас.%, от примерно 20 мас.% до примерно 90 мас.%, от примерно 20 мас.% до примерно 80 мас.%, от примерно 20 мас.% до примерно 70 мас.%, от примерно 30 мас.% до примерно 80 мас.%, от примерно 50 мас.% до примерно 80 мас.%).In certain preferred embodiments, the present particulate composition contains from about 10 wt.% to about 95 wt.%, particulate calcium silicate materials (for example, from about 20 wt.% to about 95 wt.%, from about 30 wt. % to about 95 wt.%, from about 50 wt.% to about 95 wt.%, from about 60 wt.% to about 95 wt.%, from about 20 wt.% to about 90 wt.%, from about 20 wt.% to about 80 wt.%, from about 20 wt.% to about 70 wt.%, from about 30 wt.% to about 80 wt.%, from about 50 wt.% to about 80 wt.%).

Для получения указанных отдельных объектов могут быть введены химические добавки; например, пластификаторы, замедлители, ускорители, диспергаторы и другие агенты, модифицирующие реологические свойства. Также могут быть включены некоторые имеющиеся в продаже химические добавки, такие как Glenium™ 7500 от компании BASF® Chemicals и Acumer™ от компании Dow Chemical Company. Согласно некоторым вариантам реализации в зависимости от требуемого композиционного материала в связывающих матрицах могут быть равномерно распределены или по существу неравномерно распределены один или более пигментов. Такой пигмент может представлять собой любой подходящий пигмент, в том числе, например, оксиды различных металлов (например, черный железоокисный пигмент, оксид кобальта и оксид хрома). Пигмент может иметь любой цвет или цвета, например, выбранные из черного, белого, синего, серого, розового, зеленого, красного, желтого и коричневого. Пигмент может присутствовать в любом подходящем количестве в зависимости от требуемого композиционного материала, например, в количестве от примерно 0,0% до примерно 10% по массе.To obtain these individual objects, chemical additives can be introduced; for example, plasticizers, retarders, accelerators, dispersants and other rheology modifying agents. Certain commercially available chemical additives may also be included, such as Glenium™ 7500 from BASF® Chemicals and Acumer™ from Dow Chemical Company. In some embodiments, depending on the desired composite material, one or more pigments may be uniformly distributed or substantially non-uniformly distributed in the binding matrices. Such pigment may be any suitable pigment, including, for example, oxides of various metals (eg, black iron oxide pigment, cobalt oxide and chromium oxide). The pigment may be any color or 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 the desired composite material, for example, in an amount of from about 0.0% to about 10% by weight.

Согласно некоторым вариантам реализации пигмент может быть равномерно распределен или по существу неравномерно распределен в связывающих матрицах в зависимости от требуемого композиционного материала. Пигмент может представлять собой любой подходящий пигмент, в том числе, например, оксиды различных металлов (например, черный железоокисный пигмент, оксид кобальта и оксид хрома). Пигмент может иметь любой цвет или цвета, например, выбранные из черного, белого, синего, серого, розового, зеленого, красного, желтого и коричневого. Пигмент может присутствовать в любом подходящем количестве в зависимости от требуемого композиционного материала, например, в количестве от примерно 0,0% до примерно 10% по массе (например, от примерно 0,0% до примерно 8%, от примерно 0,0% до примерно 6%, от примерно 0,0% до примерно 5%, от примерно 0,0% до примерно 4%, от примерно 0,0% до примерно 3%, от примерно 0,0% до примерно 2%, от примерно 0,0% до примерно 1%, от примерно 0,0% до примерно 0,5%, от примерно 0,0% до примерно 0,3%, от примерно 0,0% до примерно 2%, от примерно 0,0% до примерно 0,1%).In some embodiments, the pigment may be uniformly distributed or substantially unevenly distributed in the binding matrices depending on the desired composite material. The pigment may be any suitable pigment, including, for example, oxides of various metals (eg, black iron oxide pigment, cobalt oxide, and chromium oxide). The pigment may be any color or 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 the desired composite material, for example, in an amount of from about 0.0% to about 10% by weight (e.g., from about 0.0% to about 8%, from about 0.0% to about 6%, from about 0.0% to about 5%, from about 0.0% to about 4%, from about 0.0% to about 3%, from 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 2%, from about 0 .0% to approximately 0.1%).

Таким образом, могут быть разработаны различные комбинации условий отверждения для обеспечения требуемого производственного процесса, в том числе различные температуры реакции, давления и продолжительности реакции. Согласно первому иллюстративному варианту реализации воду в жидкой форме вместе с газообразным CO2 подают к изделию, которое было предварительно высушено в сушильной печи, и проводят процесс отверждения при температуре примерно 90°С и давлении примерно 20 psig (примерно 138 кПа изб.) (т.е. на 20 psi (примерно 138 кПа) выше внешнего давления) в течение примерно 48 ч. Согласно второму иллюстративному варианту реализации вода присутствует в материале-предшественнике (например, в виде остаточной воды от предыдущей стадии смешивания), и к изделию подают газообразный СО2, при этом процесс отверждения осуществляют при температуре примерно 60°С и давлении 0 psig (примерно 0 кПА изб.) (при внешнем атмосферном давлении) в течение примерно 19 ч. Согласно третьему иллюстративному варианту реализации воду подают к изделию в форме пара вместе с CO2, и процесс отверждения осуществляют при температуре примерно 90°С и давлении 20 psig (примерно 138 кПа изб.) (на 20 psi (примерно 138 кПа) выше внешнего атмосферного давления) в течение примерно 19 ч.Thus, different combinations of curing conditions can be developed to achieve the required production process, including different reaction temperatures, pressures and reaction times. In a first exemplary embodiment, water in liquid form along with CO 2 gas is supplied to an article that has been previously dried in an oven and the curing process is carried out at a temperature of about 90° C. and a pressure of about 20 psig (about 138 kPa g). i.e., 20 psi (about 138 kPa) above external pressure) for about 48 hours. In a second exemplary embodiment, water is present in the precursor material (e.g., as residual water from a previous mixing step), and gaseous CO 2 , wherein the curing process is carried out at a temperature of about 60°C and a pressure of 0 psig (about 0 kPag) (at external atmospheric pressure) for about 19 hours. In a third illustrative embodiment, water is supplied to the product in the form of steam together with CO2, and the curing process is carried out at a temperature of about 90°C and a pressure of 20 psig (about 138 kPa g) (20 psi (about 138 kPa) above external atmospheric pressure) for about 19 hours.

Следует отметить, что свойства, время производства и размер изделия можно тонко регулировать на основе приведенного в настоящем документе описания, например, путем корректировки способов отверждения (например, подачи CO2, давления и температуры в системе), а также пропорций и составных компонентов смеси.It should be noted that the properties, production time and size of the product can be finely adjusted based on the description herein, for example, by adjusting the curing methods (eg, CO2 supply, system pressure and temperature), and the proportions and components of the mixture.

Наряду с применяемыми материалами и производственным процессом, обеспечивающими благоприятные экологические и экономические преимущества, пустотелые изделия согласно настоящему изобретению предоставляют ряд преимуществ в отношении эксплуатационных характеристик по сравнению с пустотелыми изделиями, изготовленными из обычного бетона, например, превосходные стабильные свойства можно обеспечить в гораздо более сжатые сроки, чем в случае сборных бетонных изделий, изготовленных с применением обычного портландцемента.In addition to the materials used and the manufacturing process providing favorable environmental and economic benefits, the hollow products of the present invention provide a number of performance advantages over hollow products made from conventional concrete, for example, superior stable properties can be achieved in a much shorter time frame than in the case of precast concrete products made using ordinary Portland cement.

Связывающие элементы, связывающие матрицы и композиционные материалы.Binding elements connecting matrices and composite materials.

Обсуждение с точки зрения химии.Discussion from a chemical point of view.

В настоящем изобретении предложено устройство и способы, применяемые для получения новых композиционных материалов, которые отверждают преимущественно посредством реакции поглощения CO2. Предложенные материалы обладают полезными свойствами и могут быть легко получены из широкодоступных недорогих материалов-предшественников способом, подходящим для крупномасштабного производства с минимальным воздействием на окружающую среду. Материалы-предшественники вклюThe present invention provides apparatus and methods used to produce new composite materials that cure primarily through a CO2 absorption reaction. The proposed materials have beneficial properties and can be easily produced from widely available, inexpensive precursor materials in a manner suitable for large-scale production with minimal environmental impact. Predecessor materials include

- 14 044255 чают недорогие и широко распространенные композиции, обогащенные силикатом кальция, мелкие частицы и крупные частицы. Композиции силиката кальция могут состоять из измельченного продукта, содержащего различные фазы силиката кальция (в том числе, например, CS, C3S2, C2S и аморфную фазу на основе силиката кальция). Мелкие и крупные частицы могут состоять из молотого известняка или других материалов на основе карбоната кальция, измельченного кварца или других материалов на основе SiO2, песка и щебня. Мелкие и крупные частицы могут также состоять из измельченных минералов, таких как гранит, слюда и полевой шпат. Другие технические компоненты включают воду и CO2. Для модификации и тонкой регулировки физического внешнего вида и/или механических свойств полученного композиционного материала можно использовать различные добавки, такие как добавки, выбранные из одного или более пигментов (например, черного железоокисного пигмента, оксида кобальта и оксида хрома), цветного стекла и/или цветного кварца. Также можно использовать добавки, относящиеся к снижению потребления воды и изменению реологческих свойств.- 14 044255 low-cost and widely available compositions enriched with calcium silicate, fine particles and large particles. Calcium silicate compositions may consist of a ground product containing various phases of calcium silicate (including, for example, CS, C 3 S 2 , C2S and an amorphous calcium silicate phase). The fine and coarse particles may consist of ground limestone or other calcium carbonate based materials, ground quartz or other SiO 2 based materials, sand and crushed stone. The fine and coarse particles may also consist of ground minerals such as granite, mica and feldspar. Other technical components include water and CO2. Various additives may be used to modify and finely tune the physical appearance and/or mechanical properties of the resulting composite material, such as additives selected from one or more pigments (eg, black iron oxide pigment, cobalt oxide, and chromium oxide), colored glass, and/or colored quartz. Additives related to reducing water consumption and changing rheological properties can also be used.

Композиционные материалы можно получить, как описано в настоящем документе, с применением энергоэффективного процесса гидротермального жидкофазного спекания (HLPS) для создания связывающих элементов, которые удерживают вместе различные компоненты композиционного материала. Такие композиционные материалы можно получить с малыми затратами и с благоприятным воздействием на окружающую среду. Например, согласно предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения в качестве реакционноспособного соединения используют СО2, что приводит к изоляции СО2 и созданию связывающих элементов в полученных композиционных материалах с углеродным отпечатком, несравнимым с любой существующей технологией производства. Процесс HLPS термодинамически инициируют за счет свободной энергии химической реакции(ий) и уменьшения поверхностной энергии (площади), вызванного ростом кристаллов. Кинетика процесса HLPS протекает с разумной скоростью при низкой температуре, поскольку для транспортировки реакционноспособных веществ используют раствор (водный или неводный) вместо применения текучей среды с высокой температурой плавления или высокотемпературной среды в твердом состоянии.Composite materials can be produced, as described herein, using an energy-efficient hydrothermal liquid phase sintering (HLPS) process to create bonding elements that hold together the various components of the composite material. Such composite materials can be produced at low cost and with a beneficial impact on the environment. For example, preferred embodiments of the present invention utilize CO2 as the reactive compound, resulting in CO2 sequestration and bonding elements in the resulting composite materials with a carbon footprint unmatched by any existing manufacturing technology. The HLPS process is thermodynamically initiated by the free energy of the chemical reaction(s) and the decrease in surface energy (area) caused by crystal growth. The kinetics of the HLPS process proceeds at a reasonable rate at low temperature because a solution (aqueous or non-aqueous) is used to transport the reactive substances instead of using a high melting point fluid or a high temperature solid state medium.

Обсуждение различных особенностей HLPS, цементов на основе способного к карбонизации силиката кальция, карбонизации и получения связывающих элементов, соответствующего устройства и процессов, а также сопутствующих проблем можно найти в патенте США № 8114367, публикации патента США № US 2009/0143211 (№ заявки 12/271566), публикации патента США № US 2011/0104469 (№ заявки 12/984299), публикации патента США № 2009/0142578 (№ заявки 12/271513), публикации патента США № 2013/0122267 (№ заявки 13/411218), публикации патента США № 2012/0312194 (№ заявки 13/491098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), предварительной заявке на патент США № 61/708423, поданной 1 октября 2012 г., и публикации патента США № 2014/0127450 (№ заявки 14/045758), публикации патента США № 2015/0266778 (№ заявки 14/045519), публикации патента США № 2014/0127458 (№ заявки 14/045766), публикации патента США № 2014/0342124 (№ заявки 14/045540), публикации патента США № 2014/0272216 (№ заявки 14/207413), публикации патента США № 2014/0263683 (№ заявки 14/207421), публикации патента США № 2014/0314990 (№ заявки 14/207920), патенте США № 9221027 (№ заявки 14/209238), публикации патента США № 2014/0363665 (№ заявки 14/295601), публикации патента США № 2014/0361471 (№ заявки 14/295402), публикации патента США № 2016/0355439 (№ заявки 14/506079), публикации патента США № 2015/0225295 (№ заявки 14/602313), публикации патента США № 2015/0056437 (№ заявки 14/463901), публикации патента США № 2016/0168720 (№ заявки 14/584249), публикации патента США № 2015/0336852 (№ заявки 14/818629), публикации патента США № 2016/0031757 (№ заявки 14/817193), публикации патента США № 2016/0272544 (№ заявки 15/074659), публикации патента США № 2016/0096773 (№ заявки 14/874350), публикации патента США № 2016/0340261 (№ заявки 14/715497), публикация патента США № 2016/0272545 (№ заявки 15/074692), публикации патента США № 2017/0102373 (№ заявки 15/290328), публикации патента США № 2017/0121223 (№ заявки 15/335520), публикации патента США № 2017/0204010 (№ заявки 15/409352), публикации патента США № 2017/0253530 (№ заявки 15/449736), публикации патента США № 2017/0260096 (№ заявки 15/451344), публикации патента США № 2017/0320781 (№ заявки 15/587705), заявке на патент США № 15/609908, поданной 31 мая 2017 г., заявке на патент США № 15/716392, поданной 26 сентября 2017 г., при этом каждый из перечисленных документов в полном объеме и явным образом включен в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.A discussion of the various features of HLPS, carbonizable calcium silicate cements, carbonization and binder production, associated apparatus and processes, and related issues can be found in US Patent No. 8114367, US Patent Publication No. US 2009/0143211 (Application No. 12/ Pub. US Patent No. 2012/0312194 (Application No. 13/491098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/02162 3), U.S. Provisional Patent Application No. 61/708423, filed October 1, 2012, and U.S. Patent Publication No. 2014/0127450 (Application No. 14/045758), U.S. Patent Publication No. 2015/0266778 (Application No. 14/045519), Patent Publication No. US Patent No. 2014/0127458 (Application No. 14/045766), US Patent Publication No. 2014/0342124 (Application No. 14/045540), US Patent Publication No. 2014/0272216 (Application No. 14/207413), US Patent Publication No. 2014/0263683 (Application No. 14/207421), US Patent Publication No. 2014/0314990 (Application No. 14/207920), US Patent No. 9221027 (Application No. 14/209238), US Patent Publication No. 2014/0363665 (Application No. 14/295601), US Patent Publication No. 2014/0361471 (Application No. 14/295402), US Patent Publication No. 2016/0355439 (Application No. 14/506079), US Patent Publication No. 2015/0225295 (Application No. 14/602313), US Patent Publication No. 2015 /0056437 (Application No. 14/463901), US Patent Publication No. 2016/0168720 (Application No. 14/584249), US Patent Publication No. 2015/0336852 (Application No. 14/818629), US Patent Publication No. 2016/0031757 (Application No. 14/817193), US Patent Publication No. 2016/0272544 (Application No. 15/074659), US Patent Publication No. 2016/0096773 (Application No. 14/874350), US Patent Publication No. 2016/0340261 (Application No. 14/715497), US Patent Publication No. 2016/0272545 (Application No. 15/074692), US Patent Publication No. 2017/0102373 (Application No. 15/290328), US Patent Publication No. 2017/0121223 (Application No. 15/335520), US Patent Publication No. 2017 /0204010 (application no. 15/409352), US patent publication no. 2017/0253530 (application no. 15/449736), US patent publication no. 2017/0260096 (application no. 15/451344), US patent publication no. 2017/0320781 (application no. 15/587705), US Patent Application No. 15/609908, filed May 31, 2017, US Patent Application No. 15/716392, filed September 26, 2017, each of which is expressly incorporated in its entirety incorporated herein by reference for all purposes.

Фиг. 1-8 представляют собой диаграммы фазового состояния, на которых показаны различные фазовые соотношения между некоторыми из описанных материалов.Fig. 1-8 are phase diagrams showing various phase relationships between some of the materials described.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации множество связывающих элементов получают посредством химического превращения из композиций измельченного силиката кальция путем взаимодействия их с CO2 в процессе HLPS с применением газа.In some preferred embodiments, a plurality of binding elements are produced by chemical conversion from ground calcium silicate compositions by reacting them with CO2 in a gas-assisted HLPS process.

Согласно некоторым вариантам реализации композиционный материал характеризуется прочностью при сжатии, составляющей от примерно 90 МПа до примерно 175 МПа (например, от примерно 90 МПа до примерно 150 МПа, от примерно 90 МПа до примерно 140 МПа, от примерно 90 МПа до примерно 130 МПа, от примерно 90 МПа до примерно 120 МПа, от примерно 90 МПа до примерно 110 МПа,In some embodiments, the composite material has a compressive strength of from about 90 MPa to about 175 MPa (e.g., from about 90 MPa to about 150 MPa, from about 90 MPa to about 140 MPa, from about 90 MPa to about 130 MPa, from about 90 MPa to about 120 MPa, from about 90 MPa to about 110 MPa,

- 15 044255 от примерно 100 МПа до примерно 175 МПа, от примерно 120 МПа до примерно 175 МПа, от примерно- 15 044255 from about 100 MPa to about 175 MPa, from about 120 MPa to about 175 MPa, from about

130 МПа до примерно 175 МПа, от примерно 140 МПа до примерно 175 МПа, от примерно 150 МПа до130 MPa to about 175 MPa, from about 140 MPa to about 175 MPa, from about 150 MPa to

175 МПа, от примерно 160 МПа до примерно 175 МПа).175 MPa, from about 160 MPa to about 175 MPa).

Согласно некоторым вариантам реализации композиционный материал характеризуется прочностью на изгиб, составляющей от примерно 5 МПа до примерно 30 МПа (например, от примерно 5 МПа до примерно 25 МПа, от примерно 5 МПа до примерно 20 МПа, от примерно 5 МПа до примерно 15 МПа, от примерно 5 МПа до примерно 10 МПа, от примерно 10 МПа до примерно 30 МПа, от примерно 20 МПа до примерно 30 МПа, от примерно 25 МПа до примерно 30 МПа).In some embodiments, the composite material has a flexural strength of from about 5 MPa to about 30 MPa (e.g., from about 5 MPa to about 25 MPa, from about 5 MPa to about 20 MPa, from about 5 MPa to about 15 MPa, from about 5 MPa to about 10 MPa, from about 10 MPa to about 30 MPa, from about 20 MPa to about 30 MPa, from about 25 MPa to about 30 MPa).

Согласно определенным вариантам реализации композиционный материал характеризуется водопоглощением, составляющем менее примерно 10% (например, менее примерно 8, 5, 4, 3, 2 или 1%).In certain embodiments, the composite material has a water absorption of less than about 10% (for example, less than about 8, 5, 4, 3, 2, or 1%).

Композиционный материал может иметь одну или более из требуемых текстур, рисунков и физических свойств, в частности, тех, которые характерны для натурального камня. Согласно определенным предпочтительным вариантам реализации композиционный материал имеет видимый рисунок, подобный натуральному камню. Другие характеристики включают цвета (например, черный, белый, синий, розовый, серый (от бледного до темного), зеленый, красный, желтый, коричневый, голубой (голубоватозеленый) или фиолетовый) и текстуры.The composite material may have one or more of desired textures, patterns and physical properties, particularly those characteristic of natural stone. In certain preferred embodiments, the composite material has a visible pattern similar to natural stone. Other characteristics include colors (such as black, white, blue, pink, gray (pale to dark), green, red, yellow, brown, blue (bluish green), or violet) and textures.

Обсуждение оборудования и обработки.Discussion of equipment and processing.

Регулирование CO2.CO 2 regulation.

Согласно описанным вариантам реализации используют CO2 технического сорта с чистотой примерно 99%, который предоставляется рядом различных промышленных газовых компаний, таких как Praxair, Inc., Linde AG, Air Liquide и другие. Такое поставляемое сырье можно содержать в больших герметизированных резервуарах для хранения в форме жидкого диоксида углерода, температуру которого регулируют таким образом, чтобы она позволяла поддерживать давление пара приблизительно равным 300 psig (примерно 2068 кПА изб.). Затем такой газ подают по трубам в оболочку или камеру отверждения с помощью CO2. В самой простой системе CO2 пропускают через оболочку со скоростью, достаточной для вытеснения окружающего воздуха, содержащегося в оболочке. В общем случае, время продувки будет зависеть от размера оболочки и скорости, с которой подают газообразный CO2. Во многих системах такой процесс продувки оболочки от воздуха можно осуществить за время, измеренное в минутах, необходимое для доведения концентрации CO2 до разумного уровня с тем, чтобы впоследствии можно было провести процесс отверждения. В простых системах газообразный CO2 далее подают в указанную систему с заданной скоростью для поддержания концентрации CO2, достаточной для инициирования реакции отверждения.The described embodiments utilize approximately 99% pure technical grade CO2, which is available from a number of different industrial gas companies such as Praxair, Inc., Linde AG, Air Liquide, and others. Such supplied feedstock may be contained in large sealed storage tanks in the form of liquid carbon dioxide, the temperature of which is controlled to maintain a vapor pressure of approximately 300 psig. This gas is then piped into the shell or curing chamber using CO2. In the simplest system, CO2 is forced through the shell at a rate sufficient to displace the surrounding air contained in the shell. In general, the purge time will depend on the size of the shell and the rate at which CO 2 gas is supplied. In many systems, this process of purging air from the shell can be accomplished in the amount of time, measured in minutes, required to bring the CO 2 concentration to a reasonable level so that the curing process can subsequently proceed. In simple systems, CO 2 gas is then introduced into the system at a predetermined rate to maintain a CO 2 concentration sufficient to initiate the curing reaction.

В качестве примера, авторы изобретения описывают в настоящем документе способ поддержания концентраций диоксида углерода во время реакции, хорошо подходящий для поддержания довольно постоянной концентрации, хотя указанный способ представляет собой процесс с замкнутым контуром, который, как правило, является наиболее дорогостоящим процессом. В таком способе использует измерение концентрации CO2 непосредственно в системе и применяют контроллер, такой как PLC (программируемый логический контроллер), для регулирования концентрации CO2 в заданной точке с помощью электронного/автоматического регулирующего клапана. Для непосредственного измерения CO2 предпочтительно использовать такой метод измерения, как NDIR (детектирование ближнего инфракрасного излучения). В методе измерения путем NDIR поток газовой пробы отбирают из системы с помощью насоса низкой производительности. Для удаления влаги из газового потока перед отбором проб газа с помощью прибора для NDIR используют охладитель. Соответственно, в измерениях, проведенных с помощью такого анализатора, отсутствует компонент газового потока в виде водяного пара, и результаты таких измерения необходимо скорректировать для учета влаги, которая была удалена из испытуемого образца. Измерение влажности в газовом потоке указанной системы можно осуществить с помощью психрометрического метода с применением сухого и смоченного термометров, используя прибор для измерения влажности, оборудованный сухим и смоченным термометрами (психрометр), или используя датчик влажности другого типа. Истинную концентрацию CO2 можно рассчитать с помощью компьютерной системы управления или PLC. После того, как истинная концентрация CO2 будет известна, с помощью приводного дозирующего регулирующего клапана в систему можно добавить сухой CO2, если он был израсходован и его уровень опустился ниже заданного значения, необходимого в данный момент времени. Согласно различным вариантам реализации заданное значение может изменяться со временем, при необходимости, на основании опыта отверждения конкретных композиций, формы и размеров образцов композиционных материалов.As an example, the inventors describe herein a method for maintaining carbon dioxide concentrations during a reaction that is well suited to maintaining a fairly constant concentration, although the method is a closed loop process, which is typically the most expensive process. This method uses the measurement of CO2 concentration directly in the system and uses a controller such as a PLC (Programmable Logic Controller) to regulate the CO2 concentration at a given point using an electronic/automatic control valve. To measure CO2 directly, the preferred measurement method is NDIR (near infrared detection). In the NDIR measurement method, a sample gas stream is drawn from the system using a low-capacity pump. A cooler is used to remove moisture from the gas stream before sampling the gas with the NDIR instrument. Accordingly, measurements made with such an analyzer do not include the water vapor component of the gas stream, and the results of such measurements must be corrected to account for moisture that has been removed from the test sample. Measuring the humidity in the gas stream of the system can be accomplished using a psychrometric method using a dry-bulb and a wet-bulb, using a humidity measuring instrument equipped with a dry-bulb and a wet-bulb (psychrometer), 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 known, dry CO 2 can be added to the system using a motorized metering control valve if it has been consumed and the level has fallen below the set point required at that time. In various embodiments, the set point may change over time, as necessary, based on experience with the curing of specific compositions and the shape and size of the composite material samples.

Регулирование влажности.Humidity regulation.

Фиг. 9 представляет собой схематическое изображение камеры отверждения композиционного материала с помощью CO2, обеспечивающей увлажнение согласно принципам настоящего изобретения. Как показано на фиг. 9, осуществляют подачу воды, при этом в атмосферу, циркулирующую внутри камеры отверждения, добавляют водяной пар. Вода может представлять собой любой подходящий источник питьевой воды. Согласно некоторым вариантам реализации используют обычную водопроводную воду. Согласно некоторым вариантам реализации воду можно превратить в пар путем пропускания черезFig. 9 is a schematic illustration of a CO2 curing chamber providing humidification according to the principles of the present invention. As shown in FIG. 9, water is supplied, while water vapor is added to the atmosphere circulating inside the curing chamber. The water may be any suitable source of potable water. In some embodiments, regular tap water is used. In some embodiments, water may be converted to steam by passing through

- 16 044255 туманообразующее сопло или распылительное сопло, электрический парогенератор, парогенератор, работающий на газе, или путем нагревания выше температуры газа в камере с тем, чтобы вызвать испарение подаваемой жидкой воды, при этом одним из примеров является барабанный реактор с погружным нагревателем. Согласно еще одному варианту реализации подаваемый CO2 можно направлять в указанные системы после барботирования через подаваемую горячую воду для повышения относительной влажности входящего газового потока, при этом одним из примеров является барабанный реактор, выполненный с возможностью проточной обработки или обработки в разомкнутом контуре.- 16 044255 fogging nozzle or atomizing nozzle, electric steam generator, gas-fired steam generator, or by heating above the temperature of the gas in the chamber so as to cause the liquid water feed to evaporate, one example being a drum reactor with an immersion heater. In yet another embodiment, the CO2 feed can be directed to these systems after bubbling through the hot water feed to increase the relative humidity of the incoming gas stream, one example being a drum reactor configured for flow or open loop processing.

Относительная влажность является важным параметром как при традиционном отверждении бетона, так и при отверждении композиционного материала с помощью СО2. В камере для традиционного отверждения существует влажная воздушная атмосфера, состоящая в основном из азота, кислорода и водяного пара. В таких системах относительную влажность чаще всего измеряют с помощью стандартной технологии на основе емкостного датчика. Однако камеры отверждения с помощью CO2 содержат газовую атмосферу, состоящую преимущественно из диоксида углерода, который несовместим с некоторыми датчиками такого типа. В описанных в настоящем документе системах отверждения композиционных материалов с помощью CO2 можно использовать сенсорные технологии, такие как методы с применением сухого и смоченного термометров, в которых используют психрометрические соотношения диоксида углерода и водяного пара, или приборы для измерения дипольной поляризации водяного пара, гигрометры с охлажденным зеркалом или емкостные датчики влажности.Relative humidity is an important parameter in both conventional concrete curing and CO2 curing of composite materials. In a traditional curing chamber, there is a humid air atmosphere consisting mainly of nitrogen, oxygen and water vapor. In such systems, relative humidity is most often measured using standard capacitive sensor technology. However, CO2 curing chambers contain a gas atmosphere consisting primarily of carbon dioxide, which is not compatible with some of these types of sensors. The CO 2 curing systems described herein for composite materials may use sensor technologies such as dry- and wet-bulb methods that use psychrometric ratios of carbon dioxide and water vapor, or water vapor dipole polarization instruments, hygrometers with chilled mirror or capacitive humidity sensors.

В зависимости от типа и геометрических размеров отверждаемого продукта, конструкции камеры и эффективности укладки продукта в камере может потребоваться либо уменьшение, либо увеличение влажности, а также ее регулировка до установленного заданного значения. Заданные значения могут составлять примерно от 1 до 99% относительной влажности. Способы отверждения композиционных материалов с помощью СО2 могут включать три разных способа регулирования влажности, которые можно объединить в одну систему. Один из способов увлажнения согласно одному из вариантов реализации системы отверждения с помощью CO2 показан на фиг. 9. Другой способ позволяет удалять влагу из системы с отверждением продуктов на основе композиционного материала с помощью CO2. Простой способ снижения относительной влажности состоит в вытеснении влажного газа в указанной системе сухим газом, таким как диоксид углерода. Согласно еще одному варианту реализации можно уменьшить относительную влажность и, следовательно, удалить водяной пар из газа с помощью безпродувочного способа, который согласно одному из предпочтительных вариантов реализации представляет собой охлажденный теплообменник, в котором осуществляют удаление воды.Depending on the type and geometric dimensions of the product being cured, the design of the chamber and the efficiency of placement of the product in the chamber, it may be necessary to either reduce or increase the humidity and adjust it to a specified set point. Setpoints can range from approximately 1 to 99% relative humidity. Methods for curing composite materials using CO2 can involve three different moisture control methods that can be combined into one system. One humidification method according to one embodiment of a CO2 curing system is shown in FIG. 9. Another method removes moisture from the system by curing composite products with CO2. A simple way to reduce relative humidity is to replace the wet gas in the system with a dry gas such as carbon dioxide. In another embodiment, it is possible to reduce the relative humidity and therefore remove water vapor from the gas using a no-purge process, which in one preferred embodiment is a refrigerated heat exchanger in which the water is removed.

Фиг. 10 представляет собой схематическое изображение камеры отверждения с несколькими способами регулирования влажности, а также способностью регулировать и пополнять CO2 путем регулирования постоянного потока или давления, при этом указанная камера позволяет регулировать температуру согласно принципам настоящего изобретения. Предложенная система является примером системы, в которой можно осуществлять управление в замкнутом контуре или управление с обратной связью и в которой установлены заданные значения рабочих параметров, таких как концентрация СО2, влажность и температура, необходимые в определенные моменты времени в производственном цикле, при этом проводятся измерения для определения, является ли фактическое значение контролируемого параметра требуемым значением. При определении отклонения от требуемого значения предпринимают корректирующие действия, чтобы привести значение параметра в соответствие с требуемым значением. Такие системы управления могут быть дорогостоящими и сложными и могут быть полезными в отношении высокоценных продуктов или продуктов, требующих очень точных технологических условий.Fig. 10 is a schematic representation of a curing chamber with several methods of humidity control, as well as the ability to regulate and replenish CO2 by regulating a constant flow or pressure, which chamber allows temperature control according to the principles of the present invention. The proposed system is an example of a system in which closed-loop or feedback control can be implemented and in which operating parameters such as CO2 concentration, humidity and temperature are set and measured at certain points in time in the production cycle to determine whether the actual value of the monitored parameter is the required value. When a deviation from the required value is determined, corrective actions are taken to bring the parameter value into line with the required value. Such control systems can be expensive and complex and may be useful for high value products or products that require very precise process conditions.

Регулирование температуры.Temperature regulation.

Согласно некоторым вариантам реализации температуру измеряют с применением датчика, такого как термопара или RTD (резистивный датчик температуры).In some embodiments, temperature is measured using a sensor, such as a thermocouple or RTD (resistive temperature sensor).

Измеряемый сигнал направляют обратно в контроллер или компьютер, способный регулировать энергию в теплообменнике и, тем самым, корректировать температуру всей системы в течение некоторого времени. Воздуходувка представляет собой важный компонент системы нагревания, поскольку она может способствовать передаче тепловой энергии газу, который передает ее продуктам и самой камере, что является важной частью регулирования влажности образцов. Способ нагревания может быть электрическим или за счет сжигания газа. Нагреватели рубашки можно использовать для регулирования температуры CO2, проходящего через камеру в контакте с нагревательной рубашкой, при этом можно использовать любой походящий источник тепла. Средства наружного нагревания могут включать, но не ограничиваются ими, электрическое нагревание, нагревание с помощью горячей воды или нагревание с помощью горячего масла. Для камер отверждения с помощью CO2 до сих пор использовали системы с непрямым сжиганием газа и избегали применения горелок с прямым сжиганием газа, поскольку они будут втягивать воздух и продукты сгорания в систему, разбавляя, тем самым, CO2 и делая регулирование концентрации CO2 проблематичным. В некоторых более мелкомасштабных системах, таких как барабанные реакторы, используют электрические нагреватели рубашки для нагревания всей поверхности камеры, а не нагревательный элемент внутри камеры.The measured signal is sent back to the controller or computer, which is able to regulate the energy in the heat exchanger and thereby adjust the temperature of the entire system over time. The blower is an important component of the heating system because it can help transfer thermal energy to the gas, which transfers it to the products and the chamber itself, an important part of controlling the humidity of the samples. The heating method can be electric or by burning gas. Jacket heaters can be used to control the temperature of CO 2 passing through the chamber in contact with the heating jacket, and any suitable heat source can be used. External heating means may include, but are not limited to, electrical heating, hot water heating, or hot oil heating. For CO2 curing chambers, indirect combustion systems have so far been used and direct combustion burners have been avoided as they will draw air and combustion products into the system, thereby diluting the CO2 and making control of CO2 concentration problematic. Some smaller-scale systems, such as drum reactors, use electric jacket heaters to heat the entire surface of the chamber rather than a heating element within the chamber.

Регулирование расхода газа.Gas flow regulation.

- 17 044255- 17 044255

Другим контролируемым параметром является скорость газа через материал, который подлежит отверждению в системе. Скорость газа может сильно зависеть от переменных параметров технологического оборудования, в том числе, но не ограничиваясь ими, конструкции камеры, конструкции перегородки, размера вентилятора, скорости/мощности вентилятора, количества вентиляторов, градиента температуры внутри системы, конструкции стеллажа внутри системы и геометрических размеров образца внутри системы. Самый простой способ регулирования скорости газа внутри камеры основан на регулировании скорости воздуходувки (об/мин), обычно осуществляемом путем применения привода с частотным регулированием, позволяющего регулировать скорость двигателя воздуходувки. Воздуходувку можно использовать для циркуляции газа с требуемой скоростью в камере отверждения. Скорость газа в предложенной системе измеряют в системе с применением ряда различных методов, в том числе, но не ограничиваясь ими, с применением систем измерения на основе трубки Пито и лазерных доплеровских систем обнаружения. Измеряемый сигнал скорости газа можно отправить обратно в компьютерную систему или программируемый логический контроллер и использовать в качестве контролируемого параметра в профиле отверждения.Another controlled parameter is the gas velocity through the material to be cured in the system. Gas velocity can be highly dependent 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, rack design within the system, and sample geometry inside the system. The simplest method of regulating the gas velocity within a chamber is based on regulating the blower speed (RPM), usually accomplished by using a variable frequency drive to control the speed of the blower motor. A blower can be used to circulate gas at the desired speed in the curing chamber. The gas velocity in the proposed system is measured in the system using a number of different methods, including, but not limited to, pitot tube and laser Doppler detection systems. The measured gas velocity signal can be sent back to a computer system or programmable logic controller and used as a monitored parameter in the cure profile.

Способ получения композиционного материала.Method for producing composite material.

Общий способ получения композиционного материала включает: смешивание композиции в виде частиц и жидкой композиции с получением суспензионной смеси; формование суспензионной смеси с получением требуемой формы либо путем заливки суспензии в пресс-форму, прессования суспензии в пресс-форме, прессования суспензии в вибрационной пресс-форме, экструдирования суспензии, формования суспензии через зажимное кольцо или раму, либо с применением любого другого формообразующего способа, обычно применяемого при производстве бетона, и отверждение формованной суспензионной смеси при температуре в диапазоне от примерно 20°С до примерно 150°С в течение от примерно 1 ч до примерно 80 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего давление в диапазоне от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 50 psi (примерно 345 кПа) выше внешнего атмосферного давления, и концентрацию CO2 в диапазоне от примерно 10% до примерно 90%, с получением композиционного материала, имеющего текстуру и/или рисунок и требуемые физические свойства, относящиеся к прочности при сжатии, прочности на изгиб, плотности, устойчивости к разрушению и т.д.A general method for preparing a composite material includes: mixing a particulate composition and a liquid composition to form a suspension mixture; molding the slurry mixture into the desired shape either by pouring the slurry into a mold, pressing the slurry into a mold, pressing the slurry into a vibration mold, extruding the slurry, molding the slurry through a clamping ring or frame, or using any other forming method, commonly used in the manufacture of concrete, and curing the molded slurry mixture at a temperature ranging from about 20°C to about 150°C for from about 1 hour to about 80 hours in a steam atmosphere containing water and CO 2 and having a pressure ranging from from about external atmospheric pressure to a pressure of about 50 psi (about 345 kPa) above external atmospheric pressure, and a CO2 concentration ranging from about 10% to about 90%, to produce a composite material having texture and/or pattern and the desired physical properties related to compressive strength, flexural strength, density, fracture resistance, etc.

Композиция в виде частиц включает композицию измельченного силиката кальция, средний размер частиц которой составляет от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм. Кроме того, композиция в виде частиц может включать измельченный карбонат кальция или материал, содержащий SiO2, средний размер частиц которого составляет от примерно 3 мкм до примерно 25 мм. Жидкая композиция включает воду и может включать водорастворимый диспергатор.The particulate composition includes a particulate calcium silicate composition having an average particle size of from about 1 micron to about 100 microns. In addition, the particulate composition may include particulate calcium carbonate or SiO 2 -containing material having an average particle size of from about 3 microns to about 25 mm. The liquid composition includes water and may include a water-soluble dispersant.

Предложенный способ может дополнительно включать стадию сушки отлитой смеси перед отверждением указанной отлитой смеси. Композиция в виде частиц дополнительно содержит пигмент или краситель, как описано в настоящем документе.The proposed method may further include the step of drying the cast mixture before curing said cast mixture. The particulate composition further contains a pigment or dye as described herein.

Согласно некоторым вариантам реализации отверждение формованной суспензионной смеси осуществляют при температуре в диапазоне от примерно 30°С до примерно 120°С в течение от примерно 1 ч до примерно 70 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего давление в диапазоне от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 30 psi (примерно 207 кПа) выше внешнего атмосферного давления.In some embodiments, the molded slurry mixture is cured at a temperature ranging from about 30° C. to about 120° C. for about 1 hour to about 70 hours in an atmosphere of steam containing water and CO2 and having a pressure ranging from about outside atmospheric pressure to a pressure approximately 30 psi (approximately 207 kPa) above external atmospheric pressure.

Согласно некоторым вариантам реализации отверждение формованной суспензионной смеси осуществляют при температуре в диапазоне от примерно 60°С до примерно 110°С в течение от примерно 1 ч до примерно 70 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего давление в диапазоне от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 30 psi (примерно 207 кПа) выше внешнего атмосферного давления.In some embodiments, the molded slurry mixture is cured at a temperature ranging from about 60° C. to about 110° C. for about 1 hour to about 70 hours in an atmosphere of steam containing water and CO2 and having a pressure ranging from about outside atmospheric pressure to a pressure approximately 30 psi (approximately 207 kPa) above external atmospheric pressure.

Согласно некоторым вариантам реализации отверждение формованной суспензионной смеси осуществляют при температуре в диапазоне от примерно 80°С до примерно 100°С в течение от примерно 1 ч до примерно 60 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего давление в диапазоне от примерно внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 30 psi (примерно 207 кПа) выше внешнего атмосферного давления.In some embodiments, the molded slurry mixture is cured at a temperature ranging from about 80° C. to about 100° C. for about 1 hour to about 60 hours in an atmosphere of steam containing water and CO2 and having a pressure ranging from about outside atmospheric pressure to a pressure approximately 30 psi (approximately 207 kPa) above external atmospheric pressure.

Согласно определенным вариантам реализации отверждение формованной суспензионной смеси осуществляют при температуре, равной или меньшей примерно 60°С, в течение от примерно 1 ч до примерно 50 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего внешнее атмосферное давление.In certain embodiments, the molded slurry mixture is cured at a temperature equal to or less than about 60° C. for about 1 hour to about 50 hours in a steam atmosphere containing water and CO2 and having external atmospheric pressure.

Например, согласно некоторым вариантам реализации предложенная композиция измельченного силиката кальция имеет средний размер частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм (например, примерно 1, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мкм), объемную плотность от примерно 0,5 г/мл до примерно 3,5 г/мл (насыпную плотность, например, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 2,8, 3,0, 3,5 г/мл) и от примерно 1,0 г/мл до примерно 1,2 г/мл (насыпную плотность после уплотнения), удельную поверхность по Блейну от примерно 150 м2/кг до примерно 700 м2/кг (например, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700 м2/кг).For example, in some embodiments, the present ground calcium silicate composition has an average particle size of from about 1 μm to about 100 μm (e.g., about 1, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 , 100 µm), bulk density from about 0.5 g/ml to about 3.5 g/ml (bulk density, e.g. 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 2 .8, 3.0, 3.5 g/ml) and from about 1.0 g/ml to about 1.2 g/ml (bulk density after compaction), Blaine specific surface from about 150 m 2 /kg to about 700 m 2 /kg (for example, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700 m 2 /kg).

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации жидкая композиция включает водуIn some preferred embodiments, the liquid composition includes water

- 18 044255 и водорастворимый диспергатор, содержащий соль полимера (например, соль акрилового гомополимера) с концентрацией от примерно 0,1 до примерно 2 мас./мас.%, относительно массы жидкой композиции.- 18 044255 and a water-soluble dispersant containing a polymer salt (for example, an acrylic homopolymer salt) at a concentration of from about 0.1 to about 2 wt./wt.%, based on the weight of the liquid composition.

Композиционные материалы, полученные согласно способу, описанному в настоящем документе, могут иметь прочность при сжатии, составляющую от примерно 3,0 МПа до примерно 30,0 МПа (например, примерно 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 МПа), и прочность на изгиб, составляющую от примерно 0,3 МПа до примерно 4,0 МПа (например, примерно 0,3, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0 МПа).Composite materials produced according to the method described herein may have a compressive strength ranging from about 3.0 MPa to about 30.0 MPa (for example, about 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 MPa) , and a flexural strength of from about 0.3 MPa to about 4.0 MPa (for example, about 0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 , 3.5, 4.0 MPa).

Можно использовать любые подходящие материалы-предшественники, в том числе, например, композицию силиката кальция, описанную в настоящем документе. Предполагается, что катионы кальция выщелачиваются из частиц композиции силиката кальция и превращают периферийную часть частицы композиции силиката кальция в состояние с дефицитом кальция. Поскольку катионы кальция продолжают выщелачиваться из периферийной части такой частицы, структура периферийной части становится с течением времени нестабильной и разрушается, превращая, тем самым, обедненную кальцием периферийную часть частицы в первый слой, преимущественно обогащенный диоксидом кремния. Между тем, из воды осаждается второй слой, содержащий преимущественно карбонат кальция. Пример такой трехслойной структуры показан на фиг. 13, перепечатанной из публикации патента США № 2013/0122267 А1 (фиг. 6 (а)-6 (с)), на которой приведены примеры химического картирования, полученного методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), типичной связывающей матрицы и показана суперпозиция карты расположения Si (фиг. 13а) и Са (фиг. 13b). На фиг. 13с области CaSiO, SiO2 и СаСО3 обозначены стрелками. Частицы с ядром из волластонита (CaSiO3) инкапсулированы в областях, обогащенных SiO2, и окружены частицами СаСО3. Различные элементы связывающей матрицы удерживаются вместе с помощью частиц СаСО3. Рентгенограмма (XRD) такой композиции выявила, что CaSiO3 и СаСО3 (кальцит) представляют собой кристаллические фазы, тогда как области, обогащенные диоксидом кремния, являют аморфными.Any suitable precursor materials may be used, including, for example, the calcium silicate composition described herein. It is believed that calcium cations are leached from the calcium silicate composition particles and convert the peripheral portion of the calcium silicate composition particle into a calcium-deficient state. As calcium cations continue to leach from the periphery of such a particle, the structure of the periphery becomes unstable over time and breaks down, thereby converting the calcium-depleted periphery of the particle into a first layer predominantly enriched in silica. Meanwhile, a second layer is precipitated from the water, containing predominantly calcium carbonate. An example of such a three-layer structure is shown in FIG. 13, reprinted from US Patent Publication No. 2013/0122267 A1 (FIGS. 6(a)-6(c)), which provides examples of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) chemical mapping of a typical binding matrix and shows a superposition of the location map Si (Fig. 13a) and Ca (Fig. 13b). In fig. 13c, the CaSiO, SiO 2 and CaCO 3 regions are indicated by arrows. Wollastonite (CaSiO 3 ) core particles are encapsulated in SiO 2 -rich regions and surrounded by CaCO 3 particles. The various elements of the binding matrix are held together by CaCO 3 particles. X-ray diffraction (XRD) of such a composition revealed that CaSiO 3 and CaCO 3 (calcite) are crystalline phases, while the silica-rich regions are amorphous.

В настоящем документе термин крупные и мелкие частицы наполнителя относится к любому подходящему материалу, имеющему подходящий размер частиц и распределение по размерам. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации, например, частицы наполнителя изготовлены из материала, обогащенного карбонатом кальция, такого как известняк (например, молотый известняк). В некоторых материалах частицы наполнителя изготовлены из одного или более материала на основе SiO2 или на основе силиката, такого как кварц, слюда, гранит и полевой шпат (например, измельченный кварц, измельченная слюда, измельченный гранит, измельченный полевой шпат).As used herein, the term coarse and fine filler particles refers to any suitable material having a suitable particle size and size distribution. In some preferred embodiments, for example, the filler particles are made from a calcium carbonate-rich material such as limestone (eg, ground limestone). In some materials, the filler particles are made from one or more SiO 2 -based or silicate-based materials such as quartz, mica, granite, and feldspar (eg, ground quartz, ground mica, ground granite, ground feldspar).

Согласно некоторым вариантам реализации частицы наполнителя могут включать природные, синтетические и вторичные материалы, такие как стекло, стекло вторичной обработки, угольный шлак, летучая зола, материал, обогащенный карбонатом кальция, и материал, обогащенный карбонатом магния.In some embodiments, the filler particles may include natural, synthetic, and recycled materials such as glass, recycled glass, coal slag, fly ash, calcium carbonate-rich material, and magnesium carbonate-rich material.

Согласно некоторым вариантам реализации средний размер частиц множества крупных и мелких частиц наполнителя составляет от примерно 5 мкм до примерно 7 мм (например, от примерно 5 мкм до примерно 5 мм, от примерно 5 мкм до примерно 4 мм, от примерно 5 мкм до примерно 3 мм, от примерно 5 мкм до примерно 2 мм, от примерно 5 мкм до примерно 1 мм, от примерно 5 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 5 мм, от примерно 20 мкм до примерно 4 мм, от примерно 20 мкм до примерно 3 мм, от примерно 20 мкм до примерно 2 мм, от примерно 20 мкм до примерно 1 мм, от примерно 20 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 20 мкм до примерно 300 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 5 мм, от примерно 100 мкм до примерно 4 мм, от примерно 100 мкм до примерно 3 мм, от примерно 100 мкм до примерно 2 мм, от примерно 100 мкм до примерно 1 мм).In some embodiments, the average particle size of the plurality of coarse and fine filler particles is from about 5 µm to about 7 mm (e.g., from about 5 µm to about 5 mm, from about 5 µm to about 4 mm, from 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 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 , from about 100 μm to about 5 mm, from about 100 μm to about 4 mm, from about 100 μm to about 3 mm, from about 100 μm to about 2 mm, from about 100 μm to about 1 mm).

Согласно некоторым вариантам реализации массовое отношение связывающих элементов к крупным и мелким частицам наполнителя может представлять собой любое подходящее отношение, зависящее от предполагаемого применения продукта из композиционного материала. Например, массовое отношение связывающих элементов к крупным или мелким частицам наполнителя может составлять от примерно (50-99) : до примерно (1-50), например, от примерно (60-99) : до примерно (1-40), от примерно (80-99) : до примерно (1-20), от примерно (90-99) : до примерно (1-10), от примерно (50-90) : до примерно (10-50), от примерно (50-70) : до примерно от (30-50). Согласно определенным вариантам реализации в зависимости от применения массовое отношение связывающих элементов к частицам наполнителя может составлять от примерно (10-50) : до примерно (50-90), например, от примерно (30-50) : до примерно (50-70), от примерно (40-50) : до примерно (50-60).In some embodiments, the weight ratio of binder elements to coarse and fine filler particles may be any suitable ratio depending on the intended use of the composite material product. For example, the weight ratio of binding elements to coarse or fine filler particles may be from about 50-99: to about 1-50, for example, from about 60-99: to about 1-40, from about (80-99) : to about (1-20), from about (90-99) : to about (1-10), from about (50-90) : to about (10-50), from about (50 -70) : to approximately (30-50). In certain embodiments, depending on the application, the weight ratio of binder elements to filler particles can be from about (10-50): to about (50-90), for example, from about (30-50): to about (50-70) , from about (40-50) : to about (50-60).

Более конкретно, первый слой и второй слой могут быть выполнены из частицы предшественника согласно следующим реакциям (1-3), в которых можно использовать воду в качестве реакционной среды, а не в качестве реагента (то есть вода не расходуется):More specifically, the first layer and the second layer can be made from a precursor particle according to the following reactions (1-3), in which water can be used as a reaction medium rather than as a reactant (that is, water is not consumed):

CaSiO3 (s) + СО2 (g) СаСОз (s) + SiO2 (s)(1)CaSiO 3 (s) + CO 2 (g) CaCO3 (s) + SiO 2 (s)(1)

Ca3Si2O7 (s) + 3CO2 (g) ЗСаСОз (s) + 2SiO2 (s)(2)Ca 3 Si 2 O 7 (s) + 3CO 2 (g) 3СаСОз (s) + 2SiO 2 (s)(2)

Ca2SiO4 (s) + 2CO2 (g) 2CaCO3 (s) + SiO2 (s)(3)Ca 2 SiO 4 (s) + 2CO 2 (g) 2CaCO 3 (s) + SiO 2 (s)(3)

Например, в реакции карбонизации силикатных минералов, таких как композиции силиката каль- 19 044255 ция, CO2 вводят в виде газовой фазы, которая растворяется в инфильтрационной текучей среде, такой как вода. При растворении CO2 образуются кислые углеродные соединения (такие как углекислота, H2CO3), что приводит к снижению рН раствора. Слабокислый раствор инконгруэнтно растворяет соединения кальция из фаз силиката кальция. Кальций может выщелачиваться из кальцийсодержащих аморфных фаз посредством аналогичного механизма. Высвобожденные катионы кальция и диссоциированные карбонатные соединения приводят к осаждению нерастворимых карбонатов. Предполагается, что обогащенные диоксидом кремния слои остаются на минеральных частицах в виде слоев, обедненных кальцием.For example, in the carbonation reaction of silicate minerals, such as calcium silicate compositions, CO2 is introduced as a gas phase, which dissolves in an infiltration fluid such as water. When CO2 dissolves, acidic carbon compounds (such as carbon dioxide, H 2 CO 3 ) are formed, which leads to a decrease in the pH of the solution. The weakly acidic solution incongruently dissolves calcium compounds from the calcium silicate phases. Calcium can be leached from calcium-containing amorphous phases through a similar mechanism. Released calcium cations and dissociated carbonate compounds lead to the precipitation of insoluble carbonates. It is assumed that the silica-rich layers remain on the mineral particles as calcium-depleted layers.

Таким образом, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения CO2 предпочтительно взаимодействует с катионами кальция, содержащимися в ядре композициипредшественника силиката кальция, превращая, тем самым, периферийную часть ядра предшественника в первый слой, обогащенный диоксидом кремния, и второй слой, обогащенный карбонатом кальция. Кроме того, наличие первого и второго слоев на ядре действует в качестве барьера для дальнейшей реакции между силикатом кальция и диоксидом углерода, в результате чего связывающий элемент имеет ядро, первый слой и второй слой.Thus, according to a preferred embodiment of the present invention, CO2 preferentially reacts with calcium cations contained in the core of the calcium silicate precursor composition, thereby converting the peripheral portion of the precursor core into a first silica-rich layer and a second calcium carbonate-rich layer. In addition, the presence of the first and second layers on the core acts as a barrier to further reaction between the calcium silicate and carbon dioxide, resulting in the binding element having a core, a first layer and a second layer.

Согласно некоторым вариантам реализации силикатные материалы, содержащие металлы, отличные от Са, или в дополнение к Са, например, фостерит (Mg2SiO4), диопсид (CaMgSi2O6) и тальк (Mg3Si4O10(OH)2), могут взаимодействовать с диоксидом углерода, растворенным в воде, способом, аналогичным реакции силиката кальция, описанной выше. Предполагается, что такие силикатные материалы можно использовать по отдельности, в комбинации и/или в комбинации с силикатом кальция в качестве предшественников для получения связывающих элементов согласно принципам настоящего изобретения.In some embodiments, silicate materials containing metals other than or in addition to Ca, such as fosterite (Mg 2 SiO 4 ), diopside (CaMgSi 2 O 6 ), and talc (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ), can react with carbon dioxide dissolved in water in a manner similar to the calcium silicate reaction described above. It is contemplated that such silicate materials may be used alone, in combination and/or in combination with calcium silicate as precursors to prepare binders according to the principles of the present invention.

В способах HLPS с применением газа предпочтительно используют частично инфильтрированное пористое пространство с тем, чтобы обеспечить возможность газовой диффузии быстро инфильтрировать пористую заготовку и насыщать растворенным СО2 тонкие жидкие межфазные пленки растворителя в порах. Соединения на основе CO2 имеют низкую растворимость в чистой воде (1,5 г/л при 25°С, 1 атм.). Таким образом, значительное количество CO2 необходимо непрерывно подавать и распределять по всей пористой заготовке с тем, чтобы обеспечить значительное превращение карбоната. Применение диффузии в газовой фазе обеспечивает огромное (примерно в 100 раз) увеличение длины диффузии по сравнению с длиной диффузии растворимого CO2 в течение эквивалентного времени в жидкой фазе. (Handbook of chemistry and physics, Editor: D. R. Lide, Chapters 6 and 8, 87th Edition 2006-2007, CRC). Такое частично инфильтрированное состояние позволяет протекать реакции с высокой степенью карбонизации в течение фиксированного периода времени.Gas-assisted HLPS processes preferably utilize a partially infiltrated porous space to allow gas diffusion to rapidly infiltrate the porous preform and saturate the thin liquid interfacial films of solvent in the pores with dissolved CO2. CO2-based compounds have low solubility in pure water (1.5 g/l at 25°C, 1 atm.). Thus, a significant amount of CO 2 must be continuously supplied and distributed throughout the porous workpiece in order to ensure significant carbonate conversion. The use of gas phase diffusion provides a huge (about 100 times) increase in diffusion length compared to the diffusion length of soluble CO2 for an equivalent time in the liquid phase. (Handbook of chemistry and physics, Editor: DR Lide, Chapters 6 and 8, 87th Edition 2006-2007, CRC). This partially infiltrated state allows the reaction to proceed with a high degree of carbonation over a fixed period of time.

Жидкая вода в порах ускоряет скорость реакции, поскольку она обеспечивает среду для ионизации как углекислоты, так и соединений кальция. Однако уровень воды должен быть достаточно низким, чтобы газообразный CO2 мог диффундировать в пористую матрицу до растворения в водной фазе, связанной с порами. Кроме того, активно растворяющаяся пористая заготовка служит в качестве шаблона для экспансивного роста реакционноспособных кристаллов. Таким образом, связывающий элемент и матрицы можно получить с минимальными искажением и остаточными напряжениями. Это позволяет получать в результате большие и сложные формы, такие как формы, необходимые для инфраструктуры и строительных материалов, наряду со многими другими применениям.Liquid water in the pores speeds up the rate of reaction because it provides a medium for the ionization of both carbon dioxide and calcium compounds. However, the water level must be low enough to allow CO2 gas to diffuse into the porous matrix before dissolving in the aqueous phase associated with the pores. In addition, the actively dissolving porous preform serves as a template for the expansive growth of reactive crystals. In this way, the connecting element and matrices can be obtained with minimal distortion and residual stresses. This allows the resulting large and complex shapes, such as those required for infrastructure and building materials, among many other applications.

Таким образом, могут быть разработаны различные комбинации условий отверждения для обеспечения требуемого производственного процесса, в том числе различные температуры реакции, давления реакции и продолжительности реакции. Согласно первому иллюстративному варианту реализации в материале-предшественнике присутствует вода (например, в виде остаточной воды от предыдущей стадии смешивания), при этом жидкую воду направляют к материалам-предшественникам (например, для поддержания уровня воды и/или регулирования потери воды в результате испарения) вместе с CO2, и проводят процесс отверждения при температуре примерно 90°С и давлении примерно 20 psig (примерно 138 кПа изб.) (т.е. на 20 psi (примерно 138 кПа) выше внешнего давления) в течение времени, составляющего от примерно 2 до 90 ч.Thus, different combinations of curing conditions can be developed to achieve the required production process, including different reaction temperatures, reaction pressures and reaction times. In a first exemplary embodiment, water is present in the precursor material (e.g., as residual water from a previous mixing step), wherein liquid water is directed to the precursor materials (e.g., to maintain water levels and/or control water loss due to evaporation) along with CO2, and conduct the curing process at a temperature of about 90°C and a pressure of about 20 psig (about 138 kPa g) (i.e., 20 psi (about 138 kPa) above external pressure) for a time of about 2 to 90 hours

Согласно второму иллюстративному варианту реализации вода присутствует в материалепредшественнике (например, в виде остаточной воды от предыдущей стадии смешивания), при этом водяной пар направляют к материалам-предшественникам (например, для поддержания уровня воды и/или регулирования потери воды в результате испарения) вместе с CO2 и проводят процесс отверждения при температуре примерно 90°С и давлении примерно 20 psig (примерно 138 кПа изб.) (т.е. на 20 psi (примерно 138 кПа) выше внешнего давления) в течение времени, составляющего от примерно 2 до 90 ч.In a second exemplary embodiment, water is present in the precursor material (e.g., as residual water from a previous mixing step), wherein water vapor is directed to the precursor materials (e.g., to maintain water levels and/or control water loss due to evaporation) along with CO 2 and conduct the curing process at a temperature of about 90° C. and a pressure of about 20 psig (about 138 kPa g) (i.e., 20 psi (about 138 kPa) above external pressure) for a time of about 2 to 90 hours

Согласно третьему иллюстративному варианту реализации вода присутствует в материалепредшественнике (например, в виде остаточной воды от предыдущей стадии смешивания), при этом водяной пар направляют к материалам-предшественникам (например, для поддержания уровня воды и/или регулирования потери воды в результате испарения) вместе с CO2 и осуществляют процесс отверждения при температуре от 25 до 90°С и давлении 0 psig (примерно 0 кПа изб.) (при атмосферном давлении) в течение от 2 до 72 ч.In a third exemplary embodiment, water is present in the precursor material (e.g., as residual water from a previous mixing step), wherein water vapor is directed to the precursor materials (e.g., to maintain water levels and/or control water loss due to evaporation) along with CO2 and carry out the curing process at a temperature of 25 to 90°C and a pressure of 0 psig (atmospheric pressure) for 2 to 72 hours.

Согласно описанным выше вариантам реализации время, необходимое для отверждения объекта изAccording to the embodiments described above, the time required to cure an object from

- 20 044255 композиционного материала, определяется способностью водяного пара и газообразного CO2 диффундировать по всему объекту. В общем случае, более толстые объекты требуют больше времени для отверждения, чем более тонкие объекты. Аналогичным образом, объекты с высокой плотностью (и меньшим объемом открытых пор) требуют больше времени для отверждения, чем объекты с низкой плотностью (и большим объемом открытых пор). В следующей таблице приведены примеры того, как время отверждения может меняться в зависимости от наименьшей толщины (или толщины стенки или толщины сечения) из трех измерений и объемной плотности получаемого объекта.- 20 044255 composite material, is determined by the ability of water vapor and CO2 gas to diffuse throughout the entire object. In general, thicker objects will take longer to cure than thinner objects. Likewise, objects with high density (and less open pore volume) will take longer to cure than objects with low density (and more open pore volume). The following table provides examples of how cure times can vary depending on the smallest thickness (or wall thickness or section thickness) of the three dimensions and the bulk density of the resulting object.

Примеры времени отверждения и наименьшей толщиныExamples of curing time and thinnest thickness

Наименьшая толщина композиционного материала (мм) Minimum thickness of composite material (mm) Объемная плотность композиционного материала (г/см3)Bulk density of composite material (g/cm 3 ) Приблизительное время отверждения (ч) Approximate curing time (hours) 25 25 1,6-2,3 1.6-2.3 8-12 8-12 75 75 2,1-2,3 2.1-2.3 16 16 100 100 0,4-0,8 0.4-0.8 8-12 8-12 200 200 1,5 1.5 72 72 200 200 2,4 2.4 72 72

Обсуждение полученных микроструктур.Discussion of the obtained microstructures.

Как схематично показано на фиг. 11(а)-11(с), связывающий элемент содержит ядро (изображено в виде черной внутренней части), первый слой (изображен в виде белой средней части) и второй или инкапсулирующий слой (изображен в виде наружной части). Первый слой может включать только один слой или несколько подслоев и может полностью или частично покрывать ядро. Первый слой может находиться в кристаллической фазе, аморфной фазе или их смеси, а также может существовать в непрерывной фазе или в виде дискретных частиц. Второй слой может включать только один слой или несколько подслоев и также может полностью или частично покрывать первый слой. Второй слой может включать множество частиц или может представлять собой непрерывную фазу с минимальным количеством дискретных частиц.As schematically shown in FIG. 11(a)-11(c), the bonding member comprises a core (shown as a black inner portion), a first layer (shown as a white middle portion), and a second or encapsulating layer (shown as an outer portion). The first layer may include only one layer or several sublayers and may completely or partially cover the core. The first layer may be in a crystalline phase, an amorphous phase, or a mixture thereof, and may also exist in a continuous phase or as discrete particles. The second layer may include only one layer or several sublayers and may also completely or partially cover the first layer. The second layer may include many particles or may be a continuous phase with a minimum number of discrete particles.

Связывающий элемент может иметь любой размер и любую регулярную или нерегулярную морфологию, морфологию твердотельного или полого материала в зависимости от предполагаемого применения. Типичные морфологии включают: кубы, кубоиды, призмы, диски, пирамиды, многогранники или многогранные частицы, цилиндры, сферы, конусы, кольца, трубки, полумесяцы, иглы, волокна, нити, хлопья, сферы, субсферы, шарики, виноградины, гранулы, продолговатые элементы, стержни, чешуйки и т.д.The coupling element can be of any size and any regular, irregular, solid or hollow material morphology depending on the intended application. Typical morphologies include: cubes, cuboids, prisms, disks, pyramids, polyhedra or polyhedral particles, cylinders, spheres, cones, rings, tubes, crescents, needles, fibers, threads, flakes, spheres, subspheres, balls, grapes, granules, oblongs elements, rods, scales, etc.

В общем случае, как более подробно описано в настоящем документе, связывающий элемент получают из реакционноспособных материалов-предшественников (например, частиц предшественников) посредством процесса превращения. Частицы предшественника могут иметь любой размер и форму при условии, что они соответствуют требованиям предполагаемого применения. Процесс превращения обычно приводит к получению соответствующих связывающих элементов, имеющих сходные размеры и формы частиц предшественников.In general, as described in more detail herein, the coupling element is obtained from reactive precursor materials (eg, precursor particles) through a conversion process. The precursor particles can be of any size or shape as long as they meet the requirements of the intended application. The conversion process usually results in the production of corresponding linking elements having similar sizes and shapes of the precursor particles.

Внутри связывающей матрицы связывающие элементы могут быть расположены относительно друг друга в любой из нескольких ориентации. На фиг. 12(а)-12(!) схематично показана типичная связывающая матрица, содержащая связывающие элементы в форме волокон или пластин в разных ориентациях, возможно разбавленная введением материала-наполнителя, как изображено в виде расстояния между связывающими элементами. На фиг. 12(а), например, показана связывающая матрица, содержащая связывающие элементы в форме волокон, расположенные в ряд в однонаправленной (1-D) ориентации (например, расположенные по одной линии относительно направления x). На фиг. 12(b) показана связывающая матрица, содержащая пластинчатые связывающие элементы, расположенные в ряд в двухнаправленной ориентации (2-D) (например, расположенные по одной линии относительно направлений x и y). На фиг. 12(с) показана связывающая матрица, содержащая пластинчатые связывающие элементы, расположенные в ряд в трехнаправленной ориентации (3-D) (например, расположенные по одной линии относительно направлений x, y и z). На фиг. 12(d) показана связывающая матрица, содержащая пластинчатые связывающие элементы в беспорядочной ориентации, при этом указанные связывающие элементы не выровнены относительно какого-либо конкретного направления. На фиг. 12(е) показана связывающая матрица, содержащая относительно высокую концентрацию пластинчатых связывающих элементов, расположенных в ряд в трехмерной ориентации. На фиг. 12(f) показана связывающая матрица, содержащая относительно низкую концентрацию пластинчатых связывающих элементов, расположенных в беспорядочной ориентации (в виде перколяционной сети). Композиционный материал, показанный на фиг. 12(f), обеспечивает порог перколяции, поскольку большая часть связывающих элементов соприкасаются друг с другом, так что образуется непрерывная сеть контактов от одного конца материала к другому концу. Порог перколяции представляет собой критическую концентрацию, выше которой свя- 21 044255 зывающие элементы проявляют дальнодействующую связанность с любой упорядоченной, например, фиг. 12(е), или беспорядочной ориентацией, например, фиг. 12(f), связывающих элементов. Примеры образцов связанности можно найти, например, в Newnham et al., Connectivity and piezoelectricpyroelectric composites, Mat. Res. Bull. Vol. 13, pp. 525-536, 1978).Within the bonding matrix, the bonding elements may be positioned relative to each other in any of several orientations. In fig. 12(a)-12(!) schematically show a typical bonding matrix containing bonding elements in the form of fibers or plates in various orientations, possibly diluted by the addition of a filler material, as depicted by the spacing between the bonding elements. In fig. 12(a), for example, shows a bonding matrix comprising fiber-shaped bonding elements arranged in a row in a unidirectional (1-D) orientation (eg, aligned with the x-direction). In fig. 12(b) shows a bonding matrix comprising plate-like bonding elements arranged in a row in a bidirectional (2-D) orientation (eg, aligned with respect to the x and y directions). In fig. 12(c) shows a bonding matrix comprising plate-like bonding elements arranged in a row in a three-directional (3-D) orientation (eg, aligned with respect to the x, y, and z directions). In fig. 12(d) shows a bonding matrix containing plate-like bonding elements in random orientation, wherein said bonding elements are not aligned with respect to any particular direction. In fig. 12(e) shows a bonding matrix containing a relatively high concentration of plate-like bonding elements arranged in a row in a three-dimensional orientation. In fig. 12(f) shows a binding matrix containing a relatively low concentration of plate-like binding elements arranged in a random orientation (in a percolation network). The composite material shown in FIG. 12(f) provides a percolation threshold because most of the connecting elements are in contact with each other so that a continuous network of contacts is formed from one end of the material to the other end. The percolation threshold is a critical concentration above which the binding elements exhibit long-range connectivity with any ordered, for example, FIG. 12(e), or in random orientation, such as FIG. 12(f), connecting elements. Examples of connectivity patterns can be found, for example, in Newnham et al., Connectivity and piezoelectricpyroelectric composites, Mat. Res. Bull. Vol. 13, pp. 525-536, 1978).

Множество связывающих элементов могут подвергаться химическому превращению из любых подходящих материалов-предшественников, например, из любой подходящей композиции силиката кальция в качестве предшественника. Композиция силиката кальция в качестве предшественника может также содержать один или более химических элементов, выбранных из алюминия, магния и железа.The plurality of binding elements may be chemically converted from any suitable precursor materials, for example, from any suitable calcium silicate precursor composition. The calcium silicate composition as a precursor may also contain one or more chemical elements selected from aluminum, magnesium and iron.

Множество связывающих элементов могут иметь любой подходящий средний размер частиц и распределение по размерам в зависимости от требуемого композиционного материала. Согласно некоторым вариантам реализации средний размер частиц множества связывающих элементов составляет от примерно 1 до примерно 100 мкм (например, от примерно 1 мкм до примерно 80 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 60 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 30 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 20 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 10 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 90 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 80 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 70 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 60 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 80 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 70 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 60 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 30 мкм, от примерно 10 мкм до примерно 20 мкм).The plurality of binding elements may have any suitable average particle size and size distribution depending on the desired composite material. In some embodiments, the average particle size of the plurality of coupling elements is 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, about 1 µm to about 30 µm, about 1 µm to about 20 µm, about 1 µm to about 10 µm, about 5 µm to about 90 µm, about 5 µm to about 80 μm, from about 5 μm to about 70 μm, from about 5 μm to about 60 μm, from about 5 μm to about 50 μm, from about 5 μm to about 40 μm, from about 10 μm to about 80 μm, from about 10 µm to about 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 ).

В некоторых случаях композиционный материал содержит: множество связывающих элементов и множество частиц наполнителя. Каждый связывающий элемент содержит: ядро, содержащее преимущественно композицию силиката кальция, первый или внутренний слой, обогащенный диоксидом кремния, и второй или внешний слой, обогащенный карбонатом кальция. Множество связывающих элементов и множество частиц наполнителя вместе образуют одну или более связывающих матриц, при этом указанные связывающие элементы и частицы наполнителя по существу равномерно распределены в указанной матрице и связаны вместе, в результате чего полученный композиционный материал обладает одним или более свойствами, выбранными из текстур, рисунков и физических свойств. В некоторых случаях связывающие элементы могут иметь ядро из силиката магния и первый или внутренний слой, обогащенный диоксидом кремния, и второй или внешний слой, обогащенный карбонатом магния. Силикат магния может включать оксиды алюминия, кальция, железа или марганца.In some cases, the composite material contains: a plurality of binding elements and a plurality of filler particles. Each binding element comprises: a core comprising predominantly a calcium silicate composition, a first or inner layer enriched in silica, and a second or outer layer enriched in calcium carbonate. A plurality of binding elements and a plurality of filler particles together form one or more binding matrices, wherein said binding elements and filler particles are substantially uniformly distributed in said matrix and bonded together, whereby the resulting composite material has one or more properties selected from textures, patterns and physical properties. In some cases, the bonding elements may have a magnesium silicate core and a first or inner layer enriched in silica and a second or outer layer enriched in magnesium carbonate. Magnesium silicate may include oxides of aluminum, calcium, iron or manganese.

Согласно определенным вариантам реализации такие композиционные материалы могут иметь различные рисунки, текстуры и другие характеристики, такие как видимые рисунки различных цветов. Кроме того, композиционные материалы согласно настоящему изобретению имеют прочность при сжатии, прочность на изгиб и характеристики водопоглощения, аналогичные обычному бетону или соответствующим природным материалам.In certain embodiments, such composite materials may have different patterns, textures, and other characteristics, such as visible patterns of different colors. In addition, the composite materials of the present invention have compressive strength, flexural strength and water absorption characteristics similar to conventional concrete or corresponding natural materials.

Согласно некоторым вариантам реализации композиционный материал дополнительно содержит пигмент. Пигмент может быть равномерно распределен или по существу неравномерно распределен в связывающих матрицах в зависимости от требуемого композиционного материала. Пигмент может представлять собой любой подходящий пигмент, в том числе, например, оксиды различных металлов (например, оксид железа, оксид кобальта, оксид хрома). Пигмент может иметь любой цвет или цвета, например, выбранные из черного, белого, синего, серого, розового, зеленого, красного, желтого и коричневого. Пигмент может присутствовать в любом подходящем количестве в зависимости от требуемого композиционного материала, например, в количестве от примерно 0,0% до примерно 10% по массе (например, от примерно 0,0% до примерно 8%, от примерно 0,0% до примерно 6% от примерно 0,0% до примерно 5%, от примерно 0,0% до примерно 4%, от примерно 0,0% до примерно 3%, от примерно 0,0% до примерно 2%, от примерно 0,0% до примерно 1%, от примерно 0,0% до примерно 0,5%, от примерно 0,0% до примерно 0,3%, от примерно 0,0% до примерно 2%, от примерно 0,0% до примерно 0,1%).In some embodiments, the composite material further comprises a pigment. The pigment may be uniformly distributed or substantially unevenly distributed in the binding 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 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 the desired composite material, for example, in an amount of from about 0.0% to about 10% by weight (e.g., from about 0.0% to about 8%, from about 0.0% to about 6% from about 0.0% to about 5%, from about 0.0% to about 4%, from about 0.0% to about 3%, from 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 2%, from about 0. 0% to approximately 0.1%).

ПримерыExamples

Пример 1.Example 1.

Система отверждения с регулируемым расстоянием между компонентами камеры.Curing system with adjustable spacing between chamber components.

Была изготовлена система отверждения, в которой можно регулировать расстояние между плитами для размещения продукта. Увеличение или уменьшение расстояния между плитами, на которых были размещены отдельные бетонные объекты, приводило к изменению размера канала 101, сформированного между верхней частью отдельных бетонных объектов и нижней частью плиты, расположенной над отдельным бетонным объектом. Размер такого канала 101, определяемый зазором между плитами и размерами отдельных бетонных объектов, влиял на скорость движения текучей среды через объекты. При постоянном объеме потока текучей среды между плитами меньший канал 101 увеличивал скорость, а расширение канала 101 приводило к уменьшению скорости.A curing system was manufactured in which the distance between the plates could be adjusted to accommodate the product. Increasing or decreasing the distance between the slabs on which the individual concrete objects were placed resulted in a change in the size of the channel 101 formed between the top of the individual concrete objects and the bottom of the slab located above the individual concrete object. The size of such a channel 101, determined by the gap between the slabs and the dimensions of the individual concrete objects, influenced the speed of movement of the fluid through the objects. At a constant volume of fluid flow between the plates, the smaller channel 101 increased the speed, and the expansion of the channel 101 resulted in a decrease in speed.

В зависимости от отношения связывающего элемента к наполнителю, содержания воды, степени уплотнения и размеров неотвержденных отдельных бетонных объектов желательно изменение скорости потока текучей среды через канал 101 увеличенного или уменьшенного размера. Изображение такой сис- 22 044255 темы показано на фиг. 15Depending on the ratio of the binder to the filler, the water content, the degree of compaction and the size of the uncured individual concrete objects, it is desirable to change the rate of fluid flow through the channel 101 of an increased or decreased size. An image of such a system is shown in Fig. 15

Согласно некоторым вариантам реализации, в которых отношение связывающего элемента к наполнителю является высоким, может быть желательно увеличить размер канала 101 для улучшения свойств готовых объектов и оптимизации требования к общей продолжительности процесса.In some embodiments in which the binder to filler ratio is high, it may be desirable to increase the size of channel 101 to improve the properties of the finished objects and optimize overall process time requirements.

Согласно некоторым вариантам реализации, в которых отношение связывающего элемента к наполнителю является низким, может быть желательно уменьшить размер канала 101 для улучшения свойств готовых объектов и оптимизации требования к общей продолжительности процесса.In some embodiments in which the binder to filler ratio is low, it may be desirable to reduce the size of the channel 101 to improve the properties of the finished objects and optimize overall process time requirements.

Согласно некоторым вариантам реализации несколько категорий отдельных бетонных объектов с разным отношением связывающего элемента к наполнителю, содержанием воды, степенью уплотнения или размерами будут обрабатывать в одной и той же камере или оболочке. Согласно такому варианту реализации размер канала 101 можно независимо регулировать для каждой плиты для размещения продукта в соответствии с типом бетонного объекта, прилегающего к каналу. Такой способ позволяет регулировать скорость технологического газа в соответствии с оптимальной скоростью для каждой категории бетонных объектов с тем, чтобы унифицировать свойства готовых объектов и оптимизировать требование к общей продолжительности процесса.In some embodiments, multiple categories of individual concrete objects with different binder-to-aggregate ratios, water content, degree of compaction, or dimensions will be processed in the same chamber or shell. In such an embodiment, the size of the channel 101 can be independently adjusted for each product placement slab according to the type of concrete object adjacent to the channel. This method allows you to adjust the speed of the process gas in accordance with the optimal speed for each category of concrete objects in order to unify the properties of the finished objects and optimize the requirement for the overall duration of the process.

Пример 2.Example 2.

Система отверждения с обратимым потоком.Reversible flow curing system.

Была разработана система отверждения, в которой поток технологического газа направляли в каналы между отдельными бетонными объектами, а также между отдельными бетонными объектами и компонентами камеры. Направление потока в обоих каналах было обратимым. В оболочках или камерах, способных вместить множество отдельных бетонных объектов, указанные объекты размещали в виде массива при прохождении текучей среды через такие бетонные объекты. При прохождении текучей среды через множество отдельных объектов изменялись условия текучей среды, такие как температура, относительная влажность или влагосодержание и скорость. После прохождения определенной длины, которая определяется начальным состоянием текучей среды и свойствами множества отдельных бетонных объектов, такими как отношение связывающего элемента к наполнителю, содержание воды, степень уплотнения и размеры, состояние текучей среды в каналах между компонентами камеры и каналах между отдельными бетонными объектами становилось неподходящим для оптимального отверждения. Другими словами, температура текучей среды падала, а относительная влажность или влагосодержание текучей среды увеличивалось и выходило за пределы порогового значения, подходящего для отверждения отдельных бетонных объектов.A curing system was developed in which a flow of process gas was directed into channels between individual concrete objects, and between individual concrete objects and chamber components. The flow direction in both channels was reversible. In shells or chambers capable of containing a plurality of individual concrete objects, said objects are arranged in an array as fluid flows through such concrete objects. As the fluid passes through a plurality of individual objects, fluid conditions such as temperature, relative humidity or moisture content, and speed change. After traveling a certain length, which is determined by the initial state of the fluid and the properties of the plurality of individual concrete objects, such as the ratio of the bonding element to the filler, the water content, the degree of compaction and dimensions, the state of the fluid in the channels between the chamber components and the channels between the individual concrete objects became unsuitable for optimal curing. In other words, the temperature of the fluid dropped and the relative humidity or moisture content of the fluid increased beyond the threshold value suitable for curing individual concrete objects.

Согласно некоторым вариантам реализации текучую среду считают неподходящей для применения, когда температура текучей среды уменьшается ниже 60°С, или ниже 55°С, или ниже 50°С, или ниже 45°С, или ниже 40°С, или ниже 35°С, или ниже 30°С, или ниже 25°С.In some embodiments, a fluid is considered unsuitable for use when the temperature of the fluid decreases below 60°C, or below 55°C, or below 50°C, or below 45°C, or below 40°C, or below 35°C , or below 30°C, or below 25°C.

Согласно некоторым вариантам реализации текучую среду считают неподходящей для применения для отверждения, когда содержание влаги в текучей среды, выраженное в виде относительной влажности, составляет более 20%, или более 30%, или более 40%, или более 50%, или более 60%, или более 70%, или более 80%, или более 90%.In some embodiments, a fluid is considered unsuitable for curing use when the fluid's moisture content, expressed as relative humidity, is greater than 20%, or greater than 30%, or greater than 40%, or greater than 50%, or greater than 60% , or more than 70%, or more than 80%, or more than 90%.

Однако путем реверсирования по меньшей мере один раз направления потока текучей среды во время цикла отверждения можно увеличить длину массива отдельных бетонных объектов, которые могут быть отверждены. Тем самым, отдельные бетонные объекты, расположенные ниже по потоку, которые подвергаются воздействию более холодной текучей среды с более высоким влагосодержанием, теперь подвергаются воздействию более сухой текучей среды с более низким влагосодержанием в течение по меньшей мере части цикла отверждения. Согласно некоторым вариантам реализации указанную длину можно увеличить с целью удвоения длины, при которой параметры газа становятся неподходящими для применения газа для отверждения в установке с однонаправленным потоком на протяжении всего цикла отверждения. В целом, такая концепция помогает увеличить вместимость оболочки или камеры.However, by reversing the direction of fluid flow at least once during the curing cycle, it is possible to increase the length of the array of individual concrete objects that can be cured. Thus, individual downstream concrete objects that were exposed to the cooler, higher moisture content fluid are now exposed to the drier, lower moisture content fluid for at least part of the curing cycle. In some embodiments, this length may be increased to double the length at which the gas conditions become unsuitable for use of a curing gas in a unidirectional flow unit throughout the curing cycle. Overall, this concept helps to increase the capacity of the shell or chamber.

Чертеж иллюстративной системы в крупном масштабе показан на фиг. 16. Приближенный чертеж предложенной системы с расположенными внутри бетонными объектами показан на фиг. 17.A large scale drawing of an exemplary system is shown in FIG. 16. An approximate drawing of the proposed system with concrete objects located inside is shown in FIG. 17.

Согласно другому варианту реализации продукты могут быть уложены на плиты один на другой, как показано на фиг. 15 и введены внутрь модифицированной версии предложенной системы, показанной на фиг. 16 и 17, в которой высота камеры увеличена для размещения нескольких стеллажей.According to another embodiment, the products can be stacked on slabs one on top of the other, as shown in FIG. 15 and introduced into a modified version of the proposed system shown in FIG. 16 and 17, in which the height of the chamber is increased to accommodate several racks.

Пример 3.Example 3.

Отверждение многопустотной плиты с применением метода изотермической десорбции. Смешивание.Curing of hollow core slab using isothermal desorption method. Mixing.

Для смешивания компонентов при проектировании состава бетонной смеси использовали планетарный смеситель серии Sicoma TO8 (модель МР 250/375 WWWSW). Скорость планетарного смесителя составляла 18,5 об/мин. Материал-наполнитель в форме 293,8 кг заполнителя с размером частиц 1/4 дюйма (примерно 0,64 см) и 160,3 кг песка смешивали в сухом состоянии в течение 90 с. К сухой смеси добавляли 5 кг воды, 168 г добавки Glenium 7500 (компания BASF) и 120 г воздухововлекающей добавки, и перемешивали полученную комбинацию в течение дополнительных 90 с. К влажному материалу в смесителе добавляли связующее вещество в форме 80,1 кг цемента Solidia (компания Solidia Technologies)To mix the components when designing the composition of the concrete mixture, a planetary mixer of the Sicoma TO8 series (model MP 250/375 WWWSW) was used. The speed of the planetary mixer was 18.5 rpm. The filler material in the form of 293.8 kg of 1/4 inch (approximately 0.64 cm) aggregate and 160.3 kg of sand was dry mixed for 90 seconds. 5 kg of water, 168 g of Glenium 7500 (BASF) and 120 g of air entraining additive were added to the dry mixture and the resulting combination was mixed for an additional 90 seconds. A binder in the form of 80.1 kg of Solidia cement (Solidia Technologies) was added to the wet material in the mixer.

- 23 044255 (4% псевдоволластонита, 19% волластонита, 13% ларнита, 2% кальцита и 62% аморфных оксидов) вместе с дополнительными 16 кг воды. Полученную комбинацию перемешивали в течение еще 90 с. Было установлено, что конечное влагосодержание смеси составляло 3,68% при измерении с помощью анализатора влажности Sartorius MA100. В общей сложности три такие партии были перенесены в экструдер для экструзии многопустотной плиты.- 23 044255 (4% pseudowollastonite, 19% wollastonite, 13% larnite, 2% calcite and 62% amorphous oxides) along with an additional 16 kg of water. The resulting combination was stirred for another 90 seconds. The final moisture content of the mixture was found to be 3.68% when measured using a Sartorius MA100 moisture analyzer. A total of three such batches were transferred to the extruder for hollow core board extrusion.

Экструзия.Extrusion.

Два стальных каната длиной 40 дюймов (примерно 102 см) и диаметром 3/8 дюйма (примерно 0,95 см) (7-жильный провод с низкой степенью релаксации, компания Sumiden Wire Products Corp.) растягивали до удлинения на 3 дюйма (примерно 7,6 см) вдоль длины стальной экструзионной рамы. Канаты устанавливали таким образом, чтобы разместить один из них симметрично между дном плиты и сердечниками 1 и 2; а другой симметрично между дном плиты и сердечниками 5 и 6.Two 40-inch (approximately 102 cm) long, 3/8-inch (approximately 0.95 cm) diameter steel ropes (7-strand low relaxation wire, Sumiden Wire Products Corp.) were stretched to an elongation of 3 inches (approximately 7 inch). .6 cm) along the length of the steel extrusion frame. The ropes were installed in such a way as to place one of them symmetrically between the bottom of the slab and cores 1 and 2; and the other symmetrically between the bottom of the plate and cores 5 and 6.

Многопустотную плиту экструдировали на стальной раме с применением промышленного экструдера Elematic EL 600/8, используя скорость шнека 55 об/мин. Экструдированная плита имела длину 18 футов (примерно 5,5 м), ширину 4 фута (примерно 1,2 м) и высоту 8 дюймов (примерно 20 см) и содержала шесть полых сердечников (диаметром 6 дюймов (примерно 15 см)). Соседние сердечники были разделены стенкой толщиной 1,25 дюйма (примерно 3,18 см). На фиг. 18 показано изображение такой многопустотной плиты.The hollow core board was extruded on a steel frame using an Elematic EL 600/8 industrial extruder using a screw speed of 55 rpm. The extruded board was 18 feet long, 4 feet wide, 8 inches high, and contained six hollow cores (6 inches in diameter). Adjacent cores were separated by a 1.25-inch (approximately 3.18 cm) thick wall. In fig. Figure 18 shows an image of such a hollow-core slab.

Отверждение.Curing.

Фиг. 19 представляет собой схематический чертеж устройства для отверждения. Во время отверждения раму нагревали путем циркуляции горячей воды по трубам внутри стальной рамы. Температуру воды для нагревания поддерживали с помощью работающего на газе котла, температуру в котором устанавливали на уровне 81°С. Температура на верхней поверхности стальной рамы составляла примерно 49°С. Для удаления влаги из потока циркулирующего газа через конденсатор циркулировали холодную воду из охладителя (поддерживали при 10°С). Температуру в электрическом нагревателе (3,75 кВт) поддерживали при 87°С для нагревания потока высушенного циркулирующего газа перед его возвратом в камеру отверждения. Скорость циркуляционной воздуходувки регулировали с помощью привода с частотным регулированием. Начальная скорость воздуходувки составляла 30 Гц. Сухой CO2 подавали по мере необходимости в систему отверждения через регулятор массового расхода Alicat. Камера отверждения содержала стальную экструзионную раму и полиэтиленовый лист, который выполнял функцию навеса и отделял поток СО22О от окружающей атмосферы. Навес покрывал многопустотную плиту и был натянут между опорными стенками на каждом конце плиты. Навес был герметизирован вдоль стальной экструзионной рамы и у торцевых стенок с помощью магнитных полосок и наполнен потоком циркулирующего газа. Перепад давления между внутренней частью навеса и наружной стороной навеса поддерживали немного выше атмосферного давления (перепад давления = +0,2 дюйма (примерно 0,5 см) водяного столба). Каждая торцевая стенка камеры отверждения имела такую же форму поперечного сечения, что и плита, за исключением того, что высота стенок составляла 9,25 дюймов (примерно 23,50 см), а не 8 дюймов (примерно 20 см). Каждая торцевая стенка служила в качестве передней стороны прямоугольной коробки, образуя камеру с 1 входным отверстием для газа, расположенным напротив 6 отверстий, через которые газ входил или выходил из камеры отверждения. 6 указанных отверстий были покрыты перфорированным металлическим листом с тем, чтобы концевая камера действовала как полость, функционирующая для распределения и выравнивания газового потока, поступающего в камеру отверждения. Одно из двух отверстий, принадлежащих датчику перепада давления, было встроено через одну из торцевых стенок в камеру отверждения. Другое отверстие оставалось открытым для окружающей атмосферы. Для мониторинга концентрации CO2 в камере на протяжении всего цикла отверждения через торцевую стенку на другом конце камеры отверждения был встроен пробоотборный зонд NDIR прибора для измерения CO2. Два датчика влажности/температуры Vaisala были размещены внутри камеры отверждения, по одному на каждом конце непосредственно внутри торцевых стенок.Fig. 19 is a schematic drawing of a curing apparatus. During curing, the frame was heated by circulating hot water through pipes inside the steel frame. The temperature of the heating water was maintained using a gas-fired boiler, the temperature of which was set at 81°C. The temperature on the top surface of the steel frame was approximately 49°C. To remove moisture from the circulating gas stream, cold water from the cooler was circulated through the condenser (maintained at 10°C). The temperature in the electric heater (3.75 kW) was maintained at 87°C to heat the dried cycle gas stream before returning it to the curing chamber. The speed of the circulation blower was controlled using a variable frequency drive. The initial speed of the blower was 30 Hz. Dry CO 2 was supplied as needed to the curing system through an Alicat mass flow controller. The curing chamber contained a steel extrusion frame and a polyethylene sheet, which acted as a canopy and separated the flow of CO 2 /H 2 O from the surrounding atmosphere. The canopy covered the hollow-core slab and was stretched between the supporting walls at each end of the slab. The canopy was sealed along the steel extrusion frame and at the end walls using magnetic strips and filled with a flow of circulating gas. The pressure difference between the inside of the canopy and the outside of the canopy was maintained slightly above atmospheric pressure (pressure difference = +0.2 inches (about 0.5 cm) of water column). Each end wall of the curing chamber had the same cross-sectional shape as the slab, except that the height of the walls was 9.25 inches (about 23.50 cm) rather than 8 inches (about 20 cm). Each end wall served as the front side of a rectangular box, forming a chamber with 1 gas inlet located opposite the 6 holes through which gas entered or exited the curing chamber. The 6 said holes were covered with a perforated metal sheet so that the end chamber acted as a cavity functioning to distribute and equalize the gas flow entering the curing chamber. One of the two holes belonging to the differential pressure sensor was built through one of the end walls into the curing chamber. The other hole remained open to the surrounding atmosphere. To monitor the CO2 concentration in the chamber throughout the cure cycle, a CO2 meter NDIR sampling probe was integrated through the end wall at the other end of the cure chamber. Two Vaisala humidity/temperature sensors were placed inside the curing chamber, one at each end just inside the end walls.

Камеру отверждения продували газообразным CO2 в течение 10 мин.The curing chamber was purged with CO2 gas for 10 min.

Во время процесса отверждения направление циркуляции газа изменяли каждые 60 мин. Скорость воздуходувки уменьшали до 15 Гц через 90 мин после начала отверждения, а затем увеличивали до 45 Гц через 209 мин после начала отверждения, каковой она оставалась до завершения цикла отверждения через 490 мин.During the curing process, the direction of gas circulation was changed every 60 min. The blower speed was reduced to 15 Hz 90 min after the start of cure and then increased to 45 Hz 209 min after the start of cure, where it remained until the end of the cure cycle at 490 min.

На фиг. 20 показана влажность в камере, измеренная на торцевых стенках с помощью датчиков Vaisala, на протяжении всего процесса отверждения, а также суммарное количество конденсированной воды, собранной на протяжении всего цикла.In fig. Figure 20 shows chamber humidity, measured at the end walls using Vaisala sensors, throughout the curing process, as well as the total amount of condensed water collected throughout the cycle.

Прочность многопустотной плиты оценивали методом по упругому отскоку молотка в 44 точках на верхней поверхности плиты. Параметры отскока показали, что средняя прочность при сжатии составляет 30 МПа.The strength of a hollow-core slab was assessed using the elastic rebound method of a hammer at 44 points on the upper surface of the slab. Rebound parameters showed an average compressive strength of 30 MPa.

Пример 4.Example 4.

Отверждение пустотелой отливки с применением метода изотермической адсорбции.Curing of hollow casting using isothermal adsorption method.

Смешивание.Mixing.

Подбор состава смеси включал применение шести твердых компонентов: (1) заполнителя с разме- 24 044255 ром частиц 3/8 дюйма (примерно 0,95 см), 29%; (2) заполнителя с размером частиц 1/4 дюйма (примерно 0,64 см), 15%; (3) измельченного кварца с размером частиц 2 мм, 15%; (4) строительного песка, 20%; (5) белого мрамора 200, 11%; и (6) волластонита NYCO 400, 13%. Компоненты смешивали в сухом состоянии в лабораторном смесителе Kercher Industries 12 в течение 2 мин. К сухим компонентам добавляли воду (570 г) с добавкой камеди и перемешивали полученную смесь еще 4 мин. Добавляли еще воды (265 г) и перемешивали смесь дополнительные 4 мин. Наконец, добавляли еще воды (260 г) и перемешивали смесь дополнительные 2 мин.Mix design included the use of six solid components: (1) 3/8-inch aggregate, 29%; (2) 1/4 inch aggregate, 15%; (3) crushed quartz with a particle size of 2 mm, 15%; (4) construction sand, 20%; (5) white marble 200, 11%; and (6) wollastonite NYCO 400, 13%. The components were mixed dry in a Kercher Industries 12 laboratory mixer for 2 minutes. Water (570 g) with the addition of gum was added to the dry components and the resulting mixture was stirred for another 4 minutes. More water (265 g) was added and the mixture was stirred for an additional 4 minutes. Finally, more water (260 g) was added and the mixture was stirred for an additional 2 minutes.

Литье.Casting.

Влажную смесь отливали в прямоугольную пресс-форму размером 4x4x20 дюймов (примерно 10x10x51 см), при этом сторону с наибольшим размером размещали горизонтально. Поливинилхлоридную трубу диаметром 2 дюйма (примерно 5,1 см) и длиной 20 дюймов (примерно 51 см), обернутую вощеной бумагой, закрепляли в центре пресс-формы таким образом, чтобы сформировать сердечник диаметром 2 дюйма (примерно 5,1 см) вдоль длины отливки. Отливали 6 слоев бетонной смеси, при этом каждый слой подвергали вибрации в течение 30 с, за исключением последнего, который подвергали вибрации в течение 60 с.The wet mixture was cast into a rectangular mold measuring 4 x 4 x 20 inches (approximately 10 x 10 x 51 cm), with the largest side placed horizontally. A 2 inch (about 5.1 cm) diameter, 20 inch (about 51 cm) long polyvinyl chloride tube, wrapped in wax paper, was secured in the center of the mold so as to form a 2 inch (about 5.1 cm) diameter core along the length castings 6 layers of concrete mixture were cast, with each layer being vibrated for 30 s, with the exception of the last layer, which was vibrated for 60 s.

Сушка.Drying.

Пустотелую отливку медленно высушивали для предотвращения растрескивания. Указанную отливку оставляли сохнуть на воздухе в течение ночи и затем помещали в сушильную печь при 90°С на 51 ч, а затем еще на дополнительные 20 ч при 100°С. После сушки пустотелую отливку вынимали из прессформы и удаляли из сердцевины отливки поливинилхлоридную трубу. Чистая масса пустотелой отливки составляла 8769 г.The hollow casting was dried slowly to prevent cracking. The casting was left to air dry overnight and then placed in a drying oven at 90°C for 51 hours and then an additional 20 hours at 100°C. After drying, the hollow casting was removed from the mold and the PVC pipe was removed from the core of the casting. The net weight of the hollow casting was 8769 g.

Отверждение.Curing.

Фиг. 21 представляет собой изображение установки для отверждения.Fig. 21 is a view of a curing setup.

Трубопроводная арматура из поливинилхлорида была вставлена в каждый конец сердечника с помощью трубных штуцеров, привинченных к трубной арматуре таким образом, чтобы отверждающие газы могли проходить через отливку. Пустотелую отливку заключали в стекловолоконный изоляционный материал толщиной 1 дюйм (примерно 2,5 см) на подложке из алюминиевой фольги. Один из трубных штуцеров от сердечника (входной патрубок) прикрепляли с помощью трубки из нержавеющей стали размером 1/4 дюйма (примерно 0,64 см) к газовому сатуратору (обогреваемый сосуд, содержащий воду). Другой трубный штуцер от сердечника (выходной патрубок) прикрепляли к пластмассовой трубе размером 1/4 дюйма (примерно 0,64 см), ведущей к вентиляционному отверстию. Каждый патрубок был снабжен термопарой, чтобы можно было измерять температуру отверждающего газа до и после прохождения через сердечник. Каждый патрубок был изолирован с помощью стекловолоконного изоляционного материала.PVC pipe fittings were inserted into each end of the core using pipe fittings screwed to the pipe fittings so that the curing gases could pass through the casting. The hollow casting was encased in 1 inch (approximately 2.5 cm) thick fiberglass insulation material on an aluminum foil backing. One of the tube fittings from the core (the inlet) was attached using 1/4 inch (about 0.64 cm) stainless steel tubing to a gas saturator (a heated vessel containing water). The other pipe fitting from the core (outlet pipe) was attached to a 1/4 inch (about 0.64 cm) plastic pipe leading to the vent. Each nozzle was equipped with a thermocouple so that the temperature of the curing gas could be measured before and after passing through the core. Each pipe was insulated with fiberglass insulation material.

Воду в сатураторе поддерживали при температуре 65°С на протяжении всего цикла отверждения. Газообразный диоксид углерода барботировали через воду со скоростью 6,5 л/мин для насыщения газового потока водяным паром. Все тепло и воду для реакции отверждения переносили в полый сердечник с помощью потока насыщенного диоксида углерода. Температура на входе в сердечник повышалась с 26°С до 60°С в течение одного часа, каковой она оставалась до конца цикла отверждения. Потребовалось еще 90 мин, чтобы температура на выходе из сердечника поднялась до 53°С, каковой она оставалась до конца периода отверждения. Процесс отверждения был завершен через 20 ч.The water in the saturator was maintained at a temperature of 65°C throughout the entire curing cycle. Carbon dioxide gas was bubbled through the water at a rate of 6.5 L/min to saturate the gas stream with water vapor. All heat and water for the curing reaction was transferred into the hollow core using a stream of saturated carbon dioxide. The core inlet temperature increased from 26°C to 60°C within one hour, where it remained until the end of the curing cycle. It took another 90 minutes for the core exit temperature to rise to 53°C, where it remained until the end of the curing period. The curing process was completed after 20 hours.

Изоляционный материал, окружающий пустотелую отливку во время процесса отверждения, удаляли. Первая треть отливки (входной конец) выглядела влажной и темнее на вид, чем остальная часть отливки, которая выглядела более светлой и сухой (фиг. 22). Отливку полностью высушивали в сушильной печи до постоянной массы 8939 г с получением прироста в 170 г вследствие карбонизации. Согласно расчетам средняя степень карбонизации составляла 40% от прироста массы.The insulating material surrounding the hollow casting during the curing process was removed. The first third of the casting (entry end) appeared wet and darker in appearance than the rest of the casting, which appeared lighter and drier (Fig. 22). The casting was completely dried in a drying oven to a constant weight of 8939 g, resulting in an increase of 170 g due to carbonation. According to calculations, the average degree of carbonization was 40% of the weight gain.

Высушенную пустотелую отливку разрезали пополам для оценки равномерности отверждения, поскольку два конца отливки визуально различались. Некоторое количество материала было потеряно из-за пропила при разрезании отливки, и некоторое количество материала было потеряно из-за скола наружных кромок разреза, вызванного лезвием пилы. Структура скола была симметричной и приблизительно одинаковой на обеих половинах отливки, поэтому потери при разрезании были примерно одинаковыми для обеих частей. Общая масса потерь при разрезании составляла 137 г. Внутренние кромки (например, поверхность сердечника) были разрезаны чисто, что указывает на то, что внутренняя часть отливки прореагировала лучше, чем внешняя часть, и что степень взаимодействия изменялась в радиальном направлении вокруг сердечника. Масса входной половины высушенной отливки составляла 4429 г, тогда как масса выходной половины высушенной отливки составляла 4373 г. Таким образом, масса, оставшаяся после разрезания плиты, была равномерно распределена по двум половинам (50,3% входной конец; 49,7% выходной конец). Таким образом, степень карбонизации была равномерно распределена вдоль длины пустотелой отливки.The dried hollow casting was cut in half to assess uniformity of cure since the two ends of the casting were visually different. Some material was lost due to kerfing when cutting the casting, and some material was lost due to chipping of the outer cut edges caused by the saw blade. The chip structure was symmetrical and approximately the same on both halves of the casting, so the cutting losses were approximately the same for both parts. The total cutting loss was 137 g. The inner edges (eg, the core surface) were cut cleanly, indicating that the inside of the casting reacted better than the outside and that the degree of interaction varied radially around the core. The mass of the entry half of the dried casting was 4429 g, while the mass of the exit half of the dried casting was 4373 g. Thus, the mass remaining after cutting the slab was evenly distributed over the two halves (50.3% entry end; 49.7% exit end ). Thus, the degree of carbonation was evenly distributed along the length of the hollow casting.

Изобретение, представленное заявителем, описано в настоящем документе согласно предпочтительным вариантам реализации со ссылкой на фигуры, на которых одинаковые номера представляютThe invention presented by the applicant is described herein according to preferred embodiments with reference to the figures in which like numbers represent

--

Claims (14)

одинаковые или похожие элементы. В настоящем описании ссылка на один из вариантов реализации, вариант реализации или подобное выражение означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с указанным вариантом реализации, включены в по меньшей мере один из вариантов реализации настоящего изобретения. Таким образом, появление в настоящем описании фраз согласно одному из вариантов реализации, согласно варианту реализации и аналогичных выражений может, но не обязательно, относиться к одному и тому же варианту реализации.identical or similar elements. As used herein, reference to an embodiment, embodiment, or the like means that the particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the appearance in this specification of the phrases according to one of the embodiments, according to an embodiment and similar expressions may, but do not necessarily, refer to the same embodiment. Описанные признаки, структуры или характеристики изобретения, представленного заявителем, могут быть объединены любым подходящим способом в одном или более вариантах реализации. Для обеспечения полного понимания вариантов реализации настоящего изобретения в приведенном в настоящем документе описании приведены многочисленные конкретные подробности. Однако специалист в соответствующей области техники поймет, что композиция и/или способ, предложенные заявителем, могут быть реализованы на практике без применения одной или более конкретных деталей или с применением других способов, компонентов, материалов и т.п. В других случаях общеизвестные структуры, материалы или операции не показаны или не описаны подробно во избежание затруднения понимания аспектов настоящего изобретения.The described features, structures or characteristics of the invention presented by the applicant may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. To provide a thorough understanding of the embodiments of the present invention, numerous specific details are set forth herein in the description. However, one skilled in the art will appreciate that the composition and/or method proposed by the applicant may be practiced without the use of one or more specific parts or using other methods, components, materials, and the like. In other cases, well-known structures, materials, or operations are not shown or described in detail to avoid obscuring aspects of the present invention. В данном описании и прилагаемой формуле настоящего изобретения формы единственного числа включают ссылку на множественное число, если контекст явно не указывает иное.In this specification and the accompanying claims, the singular forms include a reference to the plural unless the context clearly indicates otherwise. Если не указано иное, все технические и научные термины, применяемые в настоящем документе, имеют то же значение, которое обычно используют средние специалисты в данной области техники. Хотя любые способы и материалы, подобные или эквивалентные тем, что описаны в настоящем документе, также можно использовать при практическом применении или испытании настоящего изобретения, в данном документе описаны предпочтительные способы и материалы. Способы, изложенные в настоящем документе, можно осуществить в любом порядке, который логически возможен, наряду с описанным конкретным порядком.Unless otherwise specified, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly used by those skilled in the art. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein may also be used in the practice or testing of the present invention, preferred methods and materials are described herein. The methods set forth herein may be performed in any order that is logically possible, along with the specific order described. Включение посредством ссылки.Incorporation by reference. В настоящем описании были сделаны ссылки и процитированы другие документы, такие как патенты, заявки на патент, патентные публикации, журналы, книги, документы, содержимое веб-сайтов. Тем самым, все перечисленные документы в полном объеме включены в настоящий документ посредством ссылки для любых целей. Любой материал или его часть, который, как указано, включен в настоящий документ посредством ссылки, но который противоречит существующим определениям, утверждениям или другому раскрытому материалу, явно изложенному в настоящем документе, включен только в той степени, в которой не возникает какого-либо противоречия между таким включенным материалом и материалом, описанным в настоящем изобретении. В случае такого противоречия оно должно быть решено в пользу настоящего описания как предпочтительного описания.Throughout this specification, references have been made and cited to other documents such as patents, patent applications, patent publications, journals, books, documents, website content. All documents listed are therefore incorporated herein by reference in their entirety for all purposes. Any material or portion thereof which is stated to be incorporated herein by reference but which conflicts with existing definitions, statements or other disclosures expressly set forth herein is incorporated only to the extent that no conflict arises. between such included material and the material described in the present invention. In the event of such a conflict, it shall be resolved in favor of the present description as the preferred description. Эквиваленты.Equivalents. Репрезентативные примеры, описанные в настоящем документе, предназначены для помощи в иллюстрации настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения и не должны трактоваться таким образом. Действительно, различные модификации настоящего изобретения и многие дополнительные варианты его реализации, наряду с вариантами, показанными и описанными в настоящем документе, станут очевидны специалистам в данной области техники из полного содержания данного документа, включающего следующие примеры и ссылки на научную и патентную литературу, цитируемую в настоящем документе. Приведенные примеры содержат важную дополнительную информацию, иллюстративные примеры и руководство, которые могут быть адаптированы к практическому применению настоящего изобретения согласно его различным вариантам реализации и их эквивалентам.The representative examples described herein are intended to assist in illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention and should not be construed as such. Indeed, various modifications of the present invention and many additional embodiments thereof, along with the embodiments shown and described herein, will become apparent to those skilled in the art from the entire contents of this document, which includes the following examples and references to scientific and patent literature cited in this document. The examples provided provide important additional information, illustrative examples and guidance that may be adapted to practice the present invention according to its various embodiments and their equivalents. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система для изготовления изделия, содержащая оболочку или камеру и заключенный в нее компонент распределения текучей среды, выполненный с возможностью изменения направления газового потока внутри указанной оболочки или камеры по меньшей мере однократно, композиционный материал, распределенный в виде множества отдельных бетонных объектов, где множество отдельных бетонных объектов расположено вдоль множества параллельных плоскостей; причем один или более проходов или каналов расположены между всеми указанными отдельными бетонными объектами или проходят через каждый из них с формированием системы транспортировки текучей среды внутри указанных одного или более проходов и каналов и с наружной части множества отдельных объектов;1. A system for manufacturing an article comprising a shell or chamber and a fluid distribution component enclosed therein, configured to change the direction of gas flow within said shell or chamber at least once, a composite material distributed in the form of a plurality of individual concrete objects, where the plurality of individual concrete objects are located along many parallel planes; wherein one or more passages or channels are located between or through each of said individual concrete objects to form a system for transporting fluid within said one or more passages and channels and from the outside of the plurality of separate objects; один или более стеллажей, брезентовых тентов, стенок или панелей с планарными, плоскими, выпуклыми или вогнутыми лицевыми поверхностями, образующими один или более проходов или каналов и обеспечивающими профиль потока текучей среды в системе транспортировки текучей среды.one or more racks, canvases, walls or panels with planar, flat, convex or concave facing surfaces defining one or more passages or channels and providing a fluid flow profile in a fluid conveying system. 2. Система по п.1, в которой компонент распределения текучей среды регулирует профиль потока2. The system of claim 1, wherein the fluid distribution component controls the flow profile - 26 044255 текучей среды по меньшей мере части оболочки или камеры.- 26 044255 fluid of at least part of the shell or chamber. 3. Система по п.1, в которой компонент распределения текучей среды изменяет скорость газа внутри указанной оболочки или камеры по меньшей мере однократно.3. The system of claim 1, wherein the fluid distribution component changes the velocity of the gas within said enclosure or chamber at least once. 4. Система по любому из пп.1-3, в которой компонент распределения текучей среды включает один или более компонент, выбранный из впускных отверстий для текучей среды, выпускных отверстий для текучей среды, полостей или перфорированных плит или их комбинаций.4. The system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluid distribution component includes one or more components selected from fluid inlets, fluid outlets, cavities or perforated plates, or combinations thereof. 5. Система по любому из пп.1-4, в которой оболочка или камера изготовлена из материала, выбранного из металла, сплава, пластмассы, полимера, полимерного композиционного материала, керамического композиционного материала или их комбинаций.5. A system according to any one of claims 1 to 4, wherein the shell or chamber is made of a material selected from metal, alloy, plastic, polymer, polymer composite material, ceramic composite material, or combinations thereof. 6. Система по любому из пп.1-5, в которой оболочка или камера изготовлена из бетонного материала, стали, или брезента, или их комбинаций.6. A system according to any one of claims 1 to 5, wherein the shell or chamber is made of concrete material, steel, or canvas, or combinations thereof. 7. Система по п.1, которая дополнительно содержит одну или более плит, на которых размещено указанное множество отдельных бетонных объектов.7. The system of claim 1, further comprising one or more slabs on which said plurality of individual concrete objects are placed. 8. Способ получения изделия, включающий:8. A method for producing a product, including: смешивание композиции в виде частиц и жидкой композиции с получением смеси;mixing the particulate composition and the liquid composition to form a mixture; литье или экструдирование указанной смеси в пресс-форме с получением отлитого или экструдированного сырца, содержащего множество отдельных бетонных объектов;casting or extruding said mixture in a mold to produce a cast or extruded raw material containing a plurality of individual concrete objects; причем один или более проходов или каналов расположены между каждым из указанных отдельных бетонных объектов и снаружи множества отдельных объектов или проходят через все из них;wherein one or more passages or channels are located between each of the specified individual concrete objects and outside the plurality of individual objects or extend through all of them; поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в одном или нескольких внутренних проходах или каналах и снаружи множества отдельных объектов; и отверждение множества отдельных объектов при температуре в диапазоне от примерно 20°С до примерно 150°С в течение от примерно 1 ч до примерно 80 ч в атмосфере воды и/или CO2, давление которой находится в диапазоне от внешнего атмосферного давления до давления, примерно на 60 psi (примерно на 413 кПа) выше внешнего давления, и концентрация CO2 в которой составляет от примерно 10% до примерно 90%, причем поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в одном или нескольких внутренних проходах включает в себя изменение направления потока CO2 и/или водяного пара по меньшей мере однократно во время отверждения указанного сырца.maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in one or more internal passages or channels and outside of a plurality of individual objects; and curing the plurality of individual objects at a temperature ranging from about 20°C to about 150°C for from about 1 hour to about 80 hours in an atmosphere of water and/or CO2, the pressure of which is in the range of external atmospheric pressure to a pressure of about 60 psi (about 413 kPa) above the external pressure, and the CO2 concentration in which is from about 10% to about 90%, and maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in one or more internal passages involves changing the direction of flow CO 2 and/or water vapor at least once during the curing of said raw material. 9. Способ по п.8, в котором поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в одном или более внутренних проходах или каналах и/или наружной части множества отдельных объектов включает:9. The method of claim 8, wherein maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in one or more internal passages or channels and/or the exterior of the plurality of individual objects comprises: удержание атмосферы внутри одного или более внутренних каналов и/или наружной части множества отдельных объектов;containing the atmosphere within one or more internal channels and/or the external part of a plurality of separate objects; циркуляцию удерживаемой атмосферы CO2 и/или водяного пара;circulation of a retained atmosphere of CO2 and/or water vapor; удаление водяного пара из удерживаемой атмосферы или добавление водяного пара к удерживаемой атмосфере; и нагревание удерживаемой атмосферы.removing water vapor from the retained atmosphere or adding water vapor to the retained atmosphere; and heating the retained atmosphere. 10. Способ по п.8 или 9, в котором поддержание атмосферы CO2 и/или водяного пара в указанном одном или более внутренних проходах или каналах включает в себя изменение скорости потока CO2 и/или водяного пара по меньшей мере один раз в течение период отверждения сырца.10. The method of claim 8 or 9, wherein maintaining an atmosphere of CO2 and/or water vapor in said one or more internal passages or channels includes changing the flow rate of CO2 and/or water vapor at least once during the period raw hardening. 11. Способ по любому из пп.8-10, в котором композиция в виде частиц включает измельченный силикат кальция, содержащий одно или более вещество, выбранное из природного или синтетического волластонита, псевдоволластонита, ранкинита, геленита, белита и алита, средний размер частиц которого составляет от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм, при этом указанная жидкая композиция содержит воду.11. The method according to any one of claims 8 to 10, wherein the particulate composition comprises ground calcium silicate containing one or more substances selected from natural or synthetic wollastonite, pseudowollastonite, rankinite, gehlenite, belite and alite, the average particle size of which is from about 1 μm to about 100 μm, wherein said liquid composition contains water. 12. Способ по любому из пп.8-11, в котором отверждение отлитой смеси осуществляют при температуре, равной или меньшей примерно 60°С, в течение от примерно 10 до примерно 50 ч в атмосфере пара, содержащего воду и CO2 и имеющего внешнее атмосферное давление.12. The method according to any one of claims 8 to 11, wherein curing of the cast mixture is carried out at a temperature equal to or less than about 60°C for from about 10 to about 50 hours in an atmosphere of steam containing water and CO2 and having external atmospheric pressure. 13. Способ по любому из пп.8-12, в котором измельченный силикат кальция представляет собой по существу силикат кальция в виде измельченного волластонита.13. The method according to any one of claims 8 to 12, wherein the ground calcium silicate is essentially calcium silicate in the form of ground wollastonite. 14. Способ по любому из пп.8-13, дополнительно включающий введение в смесь одного или более арматурных элементов.14. The method according to any one of claims 8-13, additionally including introducing one or more reinforcing elements into the mixture. --
EA202091075 2017-12-04 COMPOSITE MATERIALS, METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION EA044255B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044255B1 true EA044255B1 (en) 2023-08-08

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2023159143A (en) Composite material, production method and use thereof
US9878951B2 (en) Hollow-core articles and composite materials, methods of production and uses thereof
US10787390B2 (en) Aerated composite materials, methods of production and uses thereof
US20240010564A1 (en) Composite materials and bonding elements from carbonation of calcium silicate and methods thereof
US9938189B2 (en) Pervious composite materials, methods of production and uses thereof
US10815154B2 (en) Composite materials, methods of production and uses thereof
US10315335B2 (en) Rapid curing of thin composite material sections
EA044255B1 (en) COMPOSITE MATERIALS, METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION
BR112020011138B1 (en) SYSTEM FOR CURATION OF AN ARTICLE, PROCESS FOR CURATION OF AN ARTICLE OF MANUFACTURING AND ARTICLE