EA044466B1 - Способ изготовления изделия из аэрированного композитного материала - Google Patents
Способ изготовления изделия из аэрированного композитного материала Download PDFInfo
- Publication number
- EA044466B1 EA044466B1 EA201991991 EA044466B1 EA 044466 B1 EA044466 B1 EA 044466B1 EA 201991991 EA201991991 EA 201991991 EA 044466 B1 EA044466 B1 EA 044466B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- calcium silicate
- suspension
- magnesium
- wet mixture
- solids
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 86
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 claims description 85
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 85
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 claims description 81
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 81
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 51
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 43
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 38
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 35
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 19
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 claims description 18
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 18
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 16
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 15
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 10
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 9
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 8
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 claims description 7
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 60
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 44
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 36
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 35
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 32
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 30
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 25
- 239000000047 product Substances 0.000 description 21
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 14
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 13
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 description 13
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 description 13
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 11
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 10
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 10
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 8
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 8
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 7
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 6
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 6
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229940087373 calcium oxide Drugs 0.000 description 5
- 229940097364 magnesium acetate tetrahydrate Drugs 0.000 description 5
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 description 5
- XKPKPGCRSHFTKM-UHFFFAOYSA-L magnesium;diacetate;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O XKPKPGCRSHFTKM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 4
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 3
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 239000006072 paste Substances 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- -1 alkaline earth metal cation Chemical class 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HHSPVTKDOHQBKF-UHFFFAOYSA-J calcium;magnesium;dicarbonate Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O HHSPVTKDOHQBKF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 235000011160 magnesium carbonates Nutrition 0.000 description 2
- ZEYIGTRJOAQUPJ-UHFFFAOYSA-L magnesium;carbonate;dihydrate Chemical compound O.O.[Mg+2].[O-]C([O-])=O ZEYIGTRJOAQUPJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- MKTRXTLKNXLULX-UHFFFAOYSA-P pentacalcium;dioxido(oxo)silane;hydron;tetrahydrate Chemical compound [H+].[H+].O.O.O.O.[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O MKTRXTLKNXLULX-UHFFFAOYSA-P 0.000 description 2
- 239000011178 precast concrete Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- ZHJGWYRLJUCMRT-UHFFFAOYSA-N 5-[6-[(4-methylpiperazin-1-yl)methyl]benzimidazol-1-yl]-3-[1-[2-(trifluoromethyl)phenyl]ethoxy]thiophene-2-carboxamide Chemical compound C=1C=CC=C(C(F)(F)F)C=1C(C)OC(=C(S1)C(N)=O)C=C1N(C1=C2)C=NC1=CC=C2CN1CCN(C)CC1 ZHJGWYRLJUCMRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- MKPXGEVFQSIKGE-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Si] Chemical compound [Mg].[Si] MKPXGEVFQSIKGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001678 gehlenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010952 in-situ formation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 235000001055 magnesium Nutrition 0.000 description 1
- NYWIVMDVEXCJEL-UHFFFAOYSA-N magnesium;acetic acid;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2].CC(O)=O NYWIVMDVEXCJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910001719 melilite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Description
Притязание на приоритет и родственные патентные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США № 62/475403, поданной 23 марта 2017 года, содержание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
Область техники
Изобретение в целом относится к аэрированным композитным материалам и способам их изготовления. Более конкретно, изобретение относится к новому аэрированному композитному материалу, изготовленному из карбонизируемой композиции силиката кальция, а также к его составам и способам изготовления и применения, в частности к применению новых минеральных композиций добавок для улучшения свойств легких бетонных материалов, таких как долговечность и прочность. Аэрированный композитный материал согласно настоящему изобретению состоит из карбоната кальция (СаСО3) и диоксида кремния (SiO2) в качестве отвержденных продуктов карбонизируемых композиций силиката кальция.
Уровень техники
В целом автоклавный газобетон (обыкновенный АГБ) является примером легкого сборного бетона, который получают при высокой температуре и высоком давлении (например, 190°C, 12 атм), отверждаемый в течение 6-8 ч с использованием такого сырья, как известковые материалы из цемента и извести (СаО), кремнистые материалы, такие как кремнезем (SiO2), кварцевый песок (SiO2), и другие материалы, такие как гипс (CaSO4-2H2O), переработанные материалы, получаемые в производстве, такие как летучая зола, металлический алюминий и другие аэрирующие агенты, поверхностно-активные вещества для стабилизации пузырьков и другие наполнители. Аэрирующий агент вызывает образование газовых пустот в матрице и увеличивает пористость материала. Это вызывает увеличение объема и, следовательно, снижение плотности материала. Несмотря на существенные преимущества обыкновенных АГБ, способы получения последних обычно страдают от ряда недостатков. Способ изготовления обыкновенного АГБ включает специальное оборудование, высокое энергопотребление и чрезмерный выброс углекислого газа, что оставляет неудовлетворительный углеродный след. Обыкновенные АГБ, как правило, отверждают в автоклавах при температурах от 150 до 190°C и давлениях от 0,8 до 1,2 МПа. Указанные условия приводят к образованию тоберморита, являющегося основным связующим элементом в обыкновенном АГБ. Кроме того, обыкновенные АГБ являются относительно дорогими из-за высоких затрат на конечную обработку, а также их трудно перерабатывать.
Обыкновенный АГБ также состоит из большого количества пор и пузырьков, которые могут одновременно удерживать некоторое количество воды. Указанная вода присутствует даже тогда, когда обыкновенный АГБ находится в обычной среде использования. Поскольку в обыкновенных АГБ имеется большое количество пузырьков воздуха, диоксид углерода из воздуха со временем может проникнуть внутрь обыкновенного АГБ, инициируя разложение связующего элемента тоберморита. Проникнувший внутрь диоксид углерода также может растворяться в такой воде, где также присутствует кальций, обусловленный различными компонентами.
Далее вода, присутствующая в обыкновенном АГБ, также способствует реакции между кальцием и диоксидом углерода с образованием карбоната кальция в виде осадка. Обычно это называют карбонизацией. Указанное явление карбонизации обычно происходит в обыкновенных бетонных материалах. В результате карбонизации бетонная конструкция становится плотной, ее прочность увеличивается, а адсорбция воды уменьшается. Одновременно происходят и другие явления, например, усадка структуры (матрицы), образование микротрещин и падение прочности из-за ржавления арматуры, сопровождающей нейтрализацию. Подобные явления могут возникать в обыкновенных АГБ. В обыкновенных АГБ, когда такая карбонизация протекает чрезмерно в течение длительного периода времени, вышеупомянутая усадка матрицы может вызывать проблемы, сопровождающие карбонизацию, так же, как и в случае с обычными бетонными материалами. Чрезмерная карбонизация может стать серьезной проблемой. Недавно появилась принципиально новая форма цемента, основанная на карбонизируемых материалах из силиката кальция, как многообещающая замена традиционным цементам. Изготовление карбонизируемых цементов на основе силиката кальция значительно снижает выбросы CO2 и потребление энергии. Кроме того, указанный новый цемент улавливает CO2 при отверждении в бетонные изделия, поскольку CO2 необходим для реакции с карбонизируемыми материалами из силиката кальция в процессе отверждения для получения бетонных изделий.
Чтобы в принципе избежать таких проблем, как карбонизация в бетонах и обыкновенных АГБ, в WO 2012/122031 A и патенте США № 9686867 В2 раскрыта улучшенная связующая матрица вместо обычного цемента, бетона или другого керамического материала, такого как CaO-2SiO2-4H2O и CaO-H2O или другого слабогидратированного портландцемента. Связующий элемент такой связующей матрицы состоит из, например, частицы-предшественника, состоящей из силиката кальция (CaSiO3). Более конкретно, указанный связующий элемент уже достаточно карбонизирован во время изготовления, поэтому по меньшей мере исключаются проблемы карбонизации, которые возникают с течением времени в бетонах и обыкновенном АГБ известного уровня техники. Указанный связующий элемент может быть получен методом газового гидротермального жидкофазного спекания.
- 1 044466
Кроме того, в WO 2014/165252 A раскрыт отверждаемый карбонизацией материал, состоящий из аэрированного композитного материала, с использованием карбонизируемой композиции силиката кальция, и способ его получения. В WO 2014/165252 А описан аэрированный композитный материал, изготовленный из композиций силиката кальция, где множество пустот содержат пузырьковые и/или взаимосвязанные каналы, составляющие от 50 до 80 об.% композитного материала, и где композитный материал имеет плотность приблизительно от 300 до 1500 кг/м3, демонстрирует прочность на сжатие от приблизительно 2,0 МПа до приблизительно 8,5 МПа (Н/мм2) и прочность на изгиб от приблизительно 0,4 МПа до приблизительно 1,7 МПа. При аэрированном композитном материале, изготовленном из карбонизируемой композиции силиката кальция, не требуются высокая температура и атмосфера высокого давления, как при обыкновенном АГБ, и автоклавирование становится ненужным. Становится возможным значительно снизить температуру во время отверждения. Иначе говоря, при аэрированном композитном материале, использующем карбонизируемую композицию силиката кальция, карбонизация задействуется для самого отверждения, поэтому карбонизация после изготовления может быть значительно снижена, и возникновение проблем как в случае обыкновенного АГБ, связанных с чрезмерной карбонизацией, может быть в корне устранено.
Кроме того, в WO 2016/187178 раскрыт аэрированный композитный материал, изготовленный из карбонизируемой композиции силиката кальция, который имеет прочность на сжатие, эквивалентную прочности на сжатие обыкновенного АГБ, по существу, при такой же плотности. В WO 2016/187178 описано, что поры, имеющие радиус от 0,004 до 10,0 мкм, в основном насыщаются водой перед карбонизацией. Поскольку карбонизируемая композиция силиката кальция подвергается карбонизации, указанные поры эффективно заполняются осадком карбоната кальция. Поры в объеме пузырька с радиусом 10,0 мкм или более не насыщаются водой до карбонизации, поэтому в указанных пузырьках карбонат кальция осаждается только внутри слоя адсорбированной воды. Объем пузырька также можно регулировать дозировкой пенообразователя (аэрирующего агента), например, металлического алюминия. В дополнение к контролю объема пузырьков воздуха, очень важно контролировать уплотнение твердой части, поддерживающей пузырьки воздуха. Эффективный контроль объема пор значительно влияет на прочность на сжатие.
Сборный бетон широко используют во многих разнообразных областях и включает заливку бетона в многоразовые формы, который часто отверждают в контролируемых условиях. Во многих областях применения аэрированных композитных материалов эстетические качества изделий не менее важны, чем их физические или механические свойства. В результате, значительная часть ценности многих изделий из сборного легкого бетона определяется строгими и зачастую очень требовательными эстетическими критериями.
Следовательно, существует потребность в области изготовления газобетона из карбонизируемых цементов на основе силиката кальция в отношении недорогих материалов и надежных и эффективных методов, которые обеспечивают превосходные механические свойства и долговечность, сопровождаемые высокими эстетическими качествами легких бетонных изделий.
Сущность изобретения
Изобретение обеспечивает новые способы и композиции для улучшения физических свойств (например, механических свойств и долговечности) газобетонных изделий, изготовленных из карбонизируемых цементов на основе силиката кальция (также называемых цемент Solidia), состоящих из измельченных частиц силиката кальция.
Способ изготовления газобетона (иногда называемого легкий бетон), раскрытый в настоящем изобретении, включает использование специально отобранных минеральных добавок, обычно оксида магния в крупной, мелкой и ультрамелкой форме частиц или порошка или водорастворимых солей магния, таких как хлорид магния, нитрат магния, сульфат магния или ацетат магния, для улучшения свойств газобетонных изделий, особенно в различных сборных применениях.
Например, порошок ацетата магния используется для улучшения прочности бетонных изделий, изготовленных из карбонизируемых цементов на основе силиката кальция, посредством индуцированных кристаллических морфологий, таких как арагонит, вместо кальцита. Мелкий оксид магния также можно использовать в процессе ускоренного карбонизационного отверждения для стабилизации полиморфов карбоната кальция, таких как Mg-кальцит (магнезиальный), арагонит и доломит, и улучшения физических свойств связующих веществ на основе силиката кальция.
В одном аспекте, настоящее изобретение в целом относится к способу изготовления изделия из аэрированного композитного материала. Способ включает: получение влажной смеси или суспензии, где влажная смесь или суспензия содержит воду, частицы наполнителя, содержащие СаО с размером частиц от 0,1 до 1000 мкм, измельченные частицы силиката кальция, один или более минералов, включающих ацетатную соль магния, водный раствор оксида магния и уксусной кислоты и/или субмикронный порошок оксида магния, где влажная смесь или суспензия имеет соотношение вода/твердое вещество (W/S) 1,0 или менее; заливку влажной смеси или суспензии в форму; выделение аэрирующим агентом газообразного водорода, приводящее к объемному расширению (или вспениванию) влажной смеси или суспензии; предварительное отверждение полученной расширившейся смеси до твердости, позволяющей из
- 2 044466 влечь ее из формы и переместить; и отверждение предварительно отвержденной расширившейся смеси при температуре 30°C или более, относительной влажности 1% или и атмосфере газа CO2 с концентрацией от 10 до 95% в течение от 6 до 60 ч.
В конкретных вариантах осуществления, ацетат магния в одном или более минералах составляет от примерно 0,02% до примерно 10% по массе от измельченных частиц силиката кальция.
В конкретных вариантах осуществления, полученную предварительно отвержденную расширившуюся влажную смесь или суспензию нарезают до желаемой формы изделия перед отверждением.
В конкретных вариантах осуществления, ацетат магния в одном или более минералах составляет от примерно 0,02% до примерно 20% (например, от примерно 0,1% до примерно 20%, от примерно 0,5% до примерно 20%, от примерно 1% до примерно 20%, от примерно 5% до примерно 20%, от примерно 0,02% до примерно 10%, от примерно 0,02% до примерно 5%, от примерно 0,02% до примерно 1%, от примерно 0,02% до примерно 0,1%) по массе от измельченных частиц силиката кальция. В конкретных вариантах осуществления, измельченные частицы силиката кальция содержат одну или более групп фаз силиката кальция, выбранных из CS (волластонит или псевдоволластонит), C3S2 (ранкинит), C2S (белит, ларнит, бредигит), аморфной фазы силиката кальция, материал каждой из которых необязательно содержит один или более ионов или оксидов металлов, или их смеси.
В конкретных вариантах осуществления, в измельченных частицах силиката кальция элементарный Са и элементарный Si присутствуют в молярном отношении от 0,5 до 1,5, а оксиды металлов Al, Fe и Mg присутствуют в композиции в количестве 30% или менее по массе.
В конкретных вариантах осуществления, температура на стадии отверждения находится в диапазоне от 30 до 90°C, и/или относительная влажность на стадии отверждения составляет 10% или более.
В конкретных вариантах осуществления, суспензия дополнительно включает диспергатор или суперпластификатор, где диспергатор или суперпластификатор включает полимер на поликарбоксилатной основе.
Краткое описание графических материалов
Объекты и отличительные признаки настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на графические материалы, описанные ниже, и формулу изобретения. Графические материалы не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого, как правило, делается акцент на иллюстрацию принципов изобретения. На графических материалах одинаковые цифры используются для обозначения одинаковых деталей на различных видах.
Фиг. 1. Изображение сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) CO2 отвержденного аэрированного Solidia, содержащего добавки MgO (7,5 мас.% от твердых веществ) и ацетата магния (0,4 мас.% от твердых веществ) к суспензии на основе цемента Solidia. Фиг. 1а: изображение с небольшим увеличением, показывающее пористый характер образца. Фиг. 1b: изображение с большим увеличением; образец содержит доломит и арагонит в качестве преобладающих фаз карбонизации, и кальцит как второстепенную фазу карбонизации.
Фиг. 2. СЭМ-изображение содержащего Mg-ацетат (5,7 мас.% от твердых веществ) CO2 отвержденного аэрированного Solidia. Фиг. 2а: изображение с небольшим увеличением, показывающее структуру пузырьков с гладкими и плотными поверхностями, плотные поверхности пузырьков способствуют приобретению прочности. Фиг. 2b: Изображение с большим увеличением, показывающее рост взаимосвязанных арагонитовых нитевидных кристаллов в стенках пор, которые также помогают приобретению прочности.
Фиг. 3. Данные дифракции рентгеновских лучей (XRD) образца CO2 отвержденного аэрированного Solidia, содержащего 1,67 мас.% (от твердых веществ) ацетата магния в качестве добавки к суспензии; преобладающая фаза - арагонит, и в образце не осталось непрореагировавших волластонита, ранкинита и ларнита.
Фиг. 4. СЭМ-микрофотография образца CO2 отвержденного аэрированного Solidia, содержащего 4,5 мас.% (от твердых веществ) Mg-ацетатной добавки к суспензии. Фиг. 4а: пузырьки при небольшом увеличении. Фиг. 4b: нитевидные кристаллы арагонита (или иглы), кристаллизующиеся из поверхностей пузырьков, сцепление или переплетение этих нитевидных кристаллов способствует приобретению прочности.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает новый подход к улучшению физических свойств легких бетонных изделий или бетонных изделий с низкой плотностью, таких как газобетонные изделия, изготовленные из карбонизируемых цементов на основе силиката кальция, состоящих из измельченных частиц силиката кальция.
Способ изготовления газобетона, раскрытый в настоящем изобретении, включает использование специально отобранных минеральных добавок, обычно ацетата магния, нитрата магния, сульфата магния, хлорида магния и/или оксида магния в порошкообразных формах, для улучшения свойств газобетонных изделий. Ниже следует подробное объяснение примеров осуществления настоящего изобретения.
Карбонизируемые цементы и бетоны на основе силиката кальция представляют собой принципиально новую замену традиционным цементным и бетонным изделиям. Указанные материалы могут быть
- 3 044466 изготовлены и использованы со значительно сниженными потребностями в энергии и выбросами CO2. Карбонизируемые композиции силиката кальция изготавливают из широко доступного недорогого сырья способом, подходящим для крупномасштабного производства с универсальными оборудованием и производственными требованиями. Этот уникальный подход сопровождается исключительной способностью постоянного и безопасного улавливания CO2. Настоящее изобретение может быть полезным в самых разнообразных областях применения благодаря улучшенному энергопотреблению и более желательному углеродному следу - от строительства, дорожного покрытия и ландшафтного дизайна до инфраструктуры и транспорта.
Конкретное применение изобретения включает цементы на основе силиката кальция, которые формируют прочность в результате процессов реакции карбонизации, в которых диоксид углерода улавливается в присутствии воды. Хотя вода и необходима для конкретных мероприятий, таких как диспергирование и формование, она не является основным компонентом конечных продуктов реакции.
Кроме того, было обнаружено, что добавление конкретных минеральных составов (например, ацетата магния, сульфата магния, нитрата магния, хлорида магния или оксида магния) к бетонной смеси также может значительно улучшить механические свойства и долговечность аэрированного изделия.
Не желая ограничиваться какой-либо теорией, полагают, что формирование прочности при карбонизации частиц силиката кальция, которые не содержат отверждающегося при гидратировании минерала хатрурита (C3S) и которые имеют молярное отношение Ca/Si намного ниже, чем у обыкновенного портландцемента, происходит в два этапа: (i) формирование на измельченных частицах силиката кальция рентгеноаморфного слоя богатого силикатами (или обедненного Са) геля, через который Са2+ должен диффундировать к внешней поверхности, контактирующей с CO2 (г), и (ii) образование отдельных кристаллов CaCO3 на указанном рентгеноаморфном слое геля и дальнейшее развитие таких отдельных кристаллов CaCO3 в трехмерную, взаимосвязанную, переплетенную сеть CaCO3.
Было обнаружено, что, как описано в настоящем изобретении, намеренное добавление катиона щелочноземельного металла с ионным радиусом, меньшим ионного радиуса Са2+ (114 мкм), такого как Mg2+ (86 мкм), является эффективным для уменьшения количества непрореагировавшего силиката кальция, оставшегося в конце карбонизации, что приводит к заметному увеличению прочности. Mg2+ способен диффундировать на большие расстояния через самый первый продукт CO2 отверждения (то есть выветривания) (который представляет собой слой обедненного Са, рентгеноаморфного геля на основе силиката), образующийся на частицах цемента на основе силиката кальция. Ионы Mg2+ могут возникать из одного или более из следующих: магний, ацетат магния, оксид магния, сульфат магния, нитрат магния или хлорид магния.
Добавленные к жидкой части или части суспензии бетонной смеси магний, оксид магния или водорастворимая соль магния затем способны сами карбонизироваться in situ во время CO2 отверждения до одного или более из арагонита (CaCO3), Mg-кальцита (магнезиальный), магнезита (MgCO3), доломита (CaMg(CO3)2), гидромагнезита (Mg5(CO3)4(OH)2-4H2O), несквегонита Mg(HCO3)4(OH)-2H2O или MgCO3-3H2O), дипингита (Mg5(CO3)4(OH)2-5H2O), артинита (Mg2CO3(OH)2-3H2O), баррингтонита (MgCO3-2H2O) или лансфордита (MgCO3-5H2O). Образование таких гидратированных фаз приводит к in situ удалению воды из их непосредственного окружения. Эти основные (т.е. с собственными значениями рН выше нейтрального) фазы обычно кристаллизуются в игловидных или игольчатых формах, и сцепление/переплетение этих игл друг с другом дополнительно способствует повышению прочности изделий. Образование таких иголок или нитевидных кристаллов карбоната кальция, карбонатов магния, карбонатов кальция-магния, гидроксикарбонатов магния и/или гидратированных карбонатов магния может приводить к положительному изменению природы и степени формирования и сохранения прочности.
Было также показано, что присутствие небольшого количества ацетат-ионов и/или уксусной кислоты в образующихся водах партий бетона и суспензии увеличивает среднюю прочность в образцах на основе силиката кальция при карбонизации. В отличие от системы CaO-CO2-H2O, на тройной диаграмме MgO-CO2-H2O присутствует ряд гидратированных и карбонизированных фаз (например, магнезит, гидромагнезит, несквегонит, дипингит, баррингтонит, протогидромагнезит, артинит и лансфордит).
Было обнаружено, что добавление водорастворимых солей магния или порошков магния или оксида магния с различными группами распределения размера частиц и реакционной способности к влажным партиям образцов пасты, суспензии и бетона способствует формированию прочности при карбонизации во влажной атмосфере путем образования кристаллов одной или более из вышеупомянутых фаз системы MgO-CO2-H2O. Добавление небольшого количества водорастворимой соли ацетата магния (Mg(CH3COO)2-4H2O) или раствора с контролируемым значением рН, приготовленного путем растворения заданного количества порошка MgO в заданном объеме разбавленной уксусной кислоты, в образующуюся воду образцов пасты, суспензии или бетона приводит к заметному увеличению прочности при карбонизации.
Было показано, что магний даже при низких концентрациях (<1%) является сильным промотором арагонита, когда он присутствует в водных системах, склонных к образованию центров кристаллизации СаСО3, независимо от температуры обработки. В одном аспекте, изобретение в целом относится к спосо
- 4 044466 бу изготовления аэрированного композитного материала. Способ включает: формирование суспензии, где суспензия включает воду, измельченные частицы силиката кальция, частицы наполнителя, включающие СаО, имеющие размер частиц от 0,1 до 1000 мкм, один или более минералов, включающих соль магния и/или оксид магния, и аэрирующий агент имеет соотношение вода/твердое вещество (W/S) 1,0 или менее; заливку суспензии в форму; выделение аэрирующим агентом газообразного водорода, приводящее к объемному расширению суспензии; предварительное отверждение полученной расширившейся смеси до твердости, позволяющей извлечь ее из формы и переместить; нарезку проволокой полученной предварительно отвержденной расширившейся смеси до желаемой формы изделия; и отверждение нарезанной расширившейся смеси при обычном давлении, температуре 30°C или более, относительной влажности от примерно 1% до примерно 90% (например, от примерно 5% до примерно 90%, от примерно 10% до примерно 90%, от примерно 20% до примерно 90%, от примерно 30% до примерно 90%, от примерно 50% до примерно 90%, от примерно 60% до примерно 90%, от примерно 1% до примерно 80%, от примерно 1% до примерно 70%, от примерно 1% до примерно 60%, от примерно 1% до примерно 50%, от примерно 1% до примерно 40%, от примерно 1% до примерно 30%) или более, и в атмосфере газа CO2 с концентрацией от примерно 10% до примерно 95% (например, от примерно 20% до примерно 95%, от примерно 30% до примерно 95%, от примерно 40% до примерно 95%, от примерно 50% до примерно 95%, от примерно 10% до примерно 85%, от примерно 10% до примерно 75%, от примерно 10% до примерно 60%, от примерно 10% до примерно 50%, от примерно 10% до примерно 30%), от примерно 6 ч до примерно 60 ч (например, от примерно 12 ч до примерно 60 ч, от примерно 24 ч до примерно 60 ч, от примерно 36 ч до примерно 60 ч, от примерно 6 ч до примерно 48 ч, от примерно 6 часов до примерно 36 ч, от примерно 6 ч до примерно 24 ч, от примерно 6 ч до примерно 12 ч). В конкретных вариантах осуществления, ацетат магния в одном или более минералах составляет от примерно 0,02% до примерно 10% (например, от примерно 0,05% до примерно 2,5%, от примерно 0,05% до примерно 2,0%, от примерно 0,05% до примерно 1,5%, от примерно 0,05% до примерно 1%, от примерно 0,05% до примерно 0,5%, от примерно 0,05% до примерно 0,1%, от примерно 0,1% до примерно 3%, от примерно 0,5% до примерно 10%, от примерно 1% до примерно 10%, от примерно 1,5% до примерно 10%, от примерно 0,5% до примерно 2%, от примерно 0,2% до примерно 1%) по массе от измельченных частиц силиката кальция.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, магний, соль магния или оксид магния добавляют так, чтобы ионы магния в растворе могли улучшать реакционную способность кальцийсодержащих силикатных фаз посредством модификации силикатных сеток, содержащих кальций.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, магний, соль магния или оксид магния добавляют в небольших процентах к карбонизируемым цементным смесям на основе силиката кальция для содействия образованию фаз Mg-кальцита, такого как магнезиального.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, магний или водорастворимую соль магния, или оксид магния добавляются к карбонизируемым цементным смесям на основе силиката кальция для содействия образованию игольчатых фаз карбоната кальция, таких как арагонит.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, магний, соль магния или оксид магния добавляются к карбонизируемым цементным смесям на основе силиката кальция для содействия образованию доломита.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, магний, соль магния или оксид магния добавляются к карбонизируемым цементным смесям на основе силиката кальция для стабилизации Mg-кальцита и/или арагонита и для изменения процентного содержания фазы ватерита.
В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, магний, соль магния или оксид магния добавляются к карбонизируемым цементным смесям на основе силиката кальция для повышения степени карбонизации и улавливания диоксида углерода.
В конкретных вариантах осуществления, измельченные частицы силиката кальция включают одну или более из группы фаз силиката кальция, выбранных из CS (волластонит или псевдоволластонит), C3S2 (ранкинит), C2S (белит, ларнит, бредигит), аморфной фазы силиката кальция, материал каждой из которых необязательно содержит один или более ионов или оксидов металлов или их смеси.
В конкретных вариантах осуществления, в карбонизируемом цементе на основе силиката кальция элементарный Са и элементарный Si присутствуют в композиции в молярном соотношении от примерно 0,5 до примерно 1,5 и оксиды металлов Al, Fe и Mg присутствуют в композиции в количестве примерно 30% или менее по массе.
В конкретных вариантах осуществления, температура на стадии карбонизации находится в диапазоне от примерно 25°C до примерно 90°C (например, от примерно 25°C до примерно 80°C, от примерно 25°C до примерно 70°C, от примерно 25°C до примерно 60°C, от примерно 25°C до примерно 50°C, от примерно 25°C до примерно 40°C, от примерно 30°C до примерно 90°C, от примерно 40°C до примерно 90°C, от примерно 50°C до примерно 90°C, от примерно 60°C до примерно 90°C, от примерно 70°C до примерно 90°C).
В конкретных вариантах осуществления, относительная влажность на стадии карбонизации составляет от примерно 10% или более (например, от примерно 10% до примерно 90%, от примерно 10% до
- 5 044466 примерно 70%, от примерно 10% до примерно 50%, от примерно 10% до примерно 30%).
В конкретных вариантах осуществления, время на стадии карбонизации составляет 6 ч или более (например, 10, 20, 50, 60, 70, 80 ч или более).
В конкретных вариантах осуществления, способ дополнительно включает регулирование рН бетонной смеси до значения от примерно 9 до примерно 12 (например, от примерно 9 до примерно 11,5, от примерно 9 до примерно 11, от примерно 9 до примерно 10,5, от примерно 9 до примерно 10, от примерно 9,5 до примерно 12, от примерно 10 до примерно 12, от примерно 10,5 до примерно 12, от примерно 11 до примерно 12, от примерно 9,5 до примерно 11,5) перед заливкой суспензии в форму.
В конкретных вариантах осуществления, один или более минералов дополнительно содержат один или более из магния, нитрата магния, сульфата магния, хлорида магния и ацетата магния.
В конкретных вариантах осуществления, один или более минералов дополнительно содержат ацетата магния.
В конкретных вариантах осуществления, суспензия дополнительно содержит диспергатор или суперпластификатор.
В конкретных вариантах осуществления, диспергатор или суперпластификатор включает полимер на поликарбоксилатной основе.
В другом аспекте, настоящее изобретение в целом относится к газобетонному изделию, изготовленному способом, раскрытом в настоящем изобретении.
Иллюстративные газобетонные изделия включают блоки, перемычки, панели и бетонные строительные блоки.
В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,5 до примерно 1,5. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,5 до примерно 1,2. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,5 до примерно 1,15. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,8 до примерно 1,5. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,8 до примерно 1,2. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,8 до примерно 1,15. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,85 до примерно 1,15. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,90 до примерно 1,10. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,95 до примерно 1,05. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,98 до примерно 1,02. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, молярное отношение Са к Si в композиции составляет от примерно 0,99 до примерно 1,01.
Содержание оксидов металлов Al, Fe и Mg в композиции силиката кальция, обычно удерживают в количестве менее примерно 30%. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, композиция содержит примерно 20% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg общей массы оксидов. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, композиция содержит примерно 15% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg общей массы оксидов. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, композиция содержит примерно 12% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg общей массы оксидов. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, композиция содержит примерно 10% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg общей массы оксидов. В конкретных предпочтительных вариантах осуществления, композиция содержит примерно 5% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg общей массы оксидов.
Композиции силиката кальция могут содержать аморфные (некристаллические) фазы силиката кальция в дополнение к кристаллическим фазам, описанным выше. Аморфная фаза может дополнительно включать ионы Al, Fe и Mg и другие примесные ионы, присутствующие в сырье.
Композиции силиката кальция также могут включать небольшие количества остаточного СаО (известь) и SiO2 (диоксид кремния). Композиция силиката кальция также может включать небольшие количества C3S (алит, Ca3SiO5) или порошка портландцемента. Фаза C2S, присутствующая в композиции силиката кальция, может существовать в виде любого полиморфа a-Ca2SiO4, e-Ca2SiO4 или y-Ca2SiO4 или их комбинации.
Композиции силиката кальция также могут включать некоторые количества инертных фаз, таких как минералы типа мелилит (мелилит или геленит, или акерманит) с общей формулой (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7] и минералы типа феррит (феррит или браунмилерит или C4AF) с общей формулой Ca2(Al,Fe3+)2O5. В конкретных вариантах осуществления, композиция силиката кальция состоит только из аморфных фаз. В конкретных вариантах осуществления, силикат кальция состоит только из кристаллических фаз. В конкретных вариантах осуществления, некоторая часть композиции силиката кальция существует в аморфной фазе, и некоторая часть существует в кристаллической фазе.
- 6 044466
В конкретных вариантах осуществления, композиция силиката кальция включает реакционноспособные фазы, которые присутствуют в количестве примерно 50% или более (например, 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.
В конкретных вариантах осуществления, композиция силиката кальция включает примерно 20% или менее оксидов металлов Al, Fe и Mg общей массы оксидов. Любая подходящая композиция силиката кальция может быть использована в качестве предшественника для связующих элементов. В контексте настоящего изобретения, термин композиция силиката кальция в целом относится к природным минералам или синтетическим материалам, которые состоят из одной или более групп фаз силиката кальция, включая CS (волластонит или псевдоволластонит, и иногда обозначаемый формулой CaSiO3 или CaO-SiO2), C3S2 (ранкинит, иногда обозначаемый формулой Ca3Si2O7 или 3CaO-2SiO2), C2S (белит, βCa2SiO4 или ларнит, e-Ca7Mg(SiO4)4 или бредигит, a-Ca2SiO4 или y-Ca2SiO4, и иногда обозначаемый формулой Ca2SiO4 или 2CaO-SiO2), аморфную фазу на основе силиката кальция, каждая из которых может включать один или более ионов и оксидов металлов (например, оксиды алюминия, магния, железа или марганца) или их смеси, или может включать некоторое количество силиката магния в природной или синтетической форме (формах) в диапазоне от следового количества (1%) до примерно 50% или бо лее по массе.
Отмечено, что предпочтительно карбонизируемые композиции силиката кальция по настоящему изобретению не гидратируются. Однако незначительные количества гидратируемых фаз силиката кальция (например, C2S, C3S и СаО) могут иметь место. C2S демонстрирует медленную кинетику гидратации при воздействии воды и быстро превращается в СаСО3 во время процессов СО2 отверждения. C3S и СаО быстро гидратируются при воздействии воды и поэтому должны быть ограничены до <5% по массе. Следует понимать, что композиции, фазы и способы, относящиеся к силикату кальция, раскрытые в настоящем изобретении, могут быть применены и для фаз силиката магния вместо или в дополнение к фазам силиката кальция. В контексте настоящего изобретения, термин силикат магния относится к природным минералам или синтетическим материалам, состоящим из одной или более групп магнийкремнийсодержащих соединений, включая, например, Mg2SiO4 (также известный как форстерит) и Mg3Si4O10(OH)2 (также известный как тальк), и CaMgSiO4 (также известный как монтичеллит), каждый из которых может включать 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 (формах) в диапазоне от следового количества (1%) до примерно 50% или более по массе.
Основная полезность карбонизируемой композиции заключается в том, что она может быть карбонизирована с получением легких композитных материалов, которые могут быть использованы в различных областях применения. Например, карбонизацию можно проводить, позволяя указанной композиции реагировать с CO2 посредством контролируемого процесса гидротермального жидкофазного спекания (HLPS), для создания связующих элементов, удерживающих вместе различные компоненты композитного материала. Например, в предпочтительных вариантах осуществления, CO2 используют в качестве реакционноспособного вещества, что приводит к улавливанию CO2 и созданию связующих элементов в изготовленных композитных материалах с углеродным следом, не имеющим аналогов в любой существующей технологии производства. Процесс HLPS термодинамически обусловлен свободной энергией химической реакции (реакций) и уменьшением поверхностной энергии (площади), вызванным ростом кристаллов. Кинетически процесс HLPS протекает с приемлемой скоростью при низкой температуре, потому что для транспорта реакционноспособных веществ используется раствор (водный или неводный) вместо жидкости с высокой температурой плавления или высокотемпературной твердотельной среды.
Обсуждение различных характеристик карбонизируемых посредством HLPS цементов на основе силиката кальция, карбонизации и получения связующих элементов, аппаратуры и способов для их по лучения, карбонизируемых цементов на основе силиката кальция, карбонизации и получения связующих элементов, аппаратуры и способов для их получения, и родственные темы можно найти в патенте США № 8114367, опубликованной патентной заявке США № 2009/0143211 (серийный номер заявки 12/271566), опубликованной патентной заявке США № 2011/0104469 (серийный номер заявки
12/984299), опубликованной патентной заявке США № 2009/0142578 (серийный номер заявки
12/271513), опубликованной патентной заявке США № 2013/0122267 (серийный номер заявки
13/411218), опубликованной патентной заявке США № 2012/0312194 (серийный номер 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 года и опубликованной патентной заявке США № 2014/0127450 (серийный номер
14/045758), опубликованной патентной заявке
14/045519), опубликованной патентной заявке
14/045766), опубликованной патентной заявке заявки заявки заявки заявки
США
США
США № 2015/0266778 (серийный номер № 2014/0127458 (серийный номер № 2014/0342124 (серийный номер
- 7 044466
14/045540), опубликованной патентной заявке США № 2014/0272216 (серийный номер заявки
14/207413), опубликованной патентной заявке США № 2014/0263683 (серийный номер заявки
14/207421), опубликованной патентной заявке США № 2014/0314990 (серийный номер заявки
14/207920), патенте США № 9221027 (серийный номер заявки 14/209238), опубликованной патентной заявке США № 2014/0363665 (серийный номер заявки 14/295601), опубликованной патентной заявке США № 2014/0361471 (серийный номер заявки 14/295402), опубликованной патентной заявке США №
| 2016/0355439 | (серийный | номер | заявки | 14/506079), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2015/0225295 | (серийный | номер | заявки | 14/602313), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2015/0056437 | (серийный | номер | заявки | 14/463901), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2016/0168720 | (серийный | номер | заявки | 14/584249), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2015/0336852 | (серийный | номер | заявки | 14/818629), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2016/0031757 | (серийный | номер | заявки | 14/817193), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2016/0272544 | (серийный | номер | заявки | 15/074659), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2016/0096773 | (серийный | номер | заявки | 14/874350), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2016/0340261 | (серийный | номер | заявки | 14/715497), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2016/0272545 | (серийный | номер | заявки | 15/074692), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2017/0102373 | (серийный | номер | заявки | 15/290328), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2017/0121223 | (серийный | номер | заявки | 15/335520), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2017/0204010 | (серийный | номер | заявки | 15/409352), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2017/0253530 | (серийный | номер | заявки | 15/449736), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2017/0260096 | (серийный | номер | заявки | 15/451344), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
| 2017/0320781 | (серийный | номер | заявки | 15/587705), | опубликованной | патентной | заявке | США | № |
2017/0341989 (серийный номер заявки 15/609908), заявке США № 15/716392, поданной 26 сентября 2017 года, заявке США № 15/831135, поданной 4 декабря 2017 года, каждый из которых явным образом полностью включен в настоящее изобретение посредством ссылок для всех целей.
В иллюстративных вариантах осуществления карбонизации композиции силиката кальция по настоящему изобретению используются измельченные частицы силиката кальция. Измельченные частицы силиката кальция могут иметь средний размер частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм (напри мер, 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 мкм, 10 мкм, 15 мкм, 20 мкм, 25 мкм, 30 мкм, 40 мкм, 50 мкм, 60 мкм, 70 мкм, 80 мкм, 90 мкм, 100 мкм), насыпную плотность от примерно 0,5 г/мл до примерно 3,5 г/мл (свободная, например, 0,5 г/мл, 1,0 г/мл, 1,5 г/мл, 2,0 г/мл, 2,5 г/мл, 2,8 г/мл, 3,0 г/мл, 3,5 г/мл) и от примерно 1,0 г/мл до примерно 1,2 г/мл (после утряски), площадь поверхности по Блейну от примерно 150 м2/кг до примерно 700 м2/кг (например, 150 м2/кг, 200 м2/кг, 250 м2/кг, 300 м2/кг, 350 м2/кг, 400 м2/кг, 450 м2/кг, 500 м2/кг, 550 м2/кг, 600 м2/кг, 650 м2/кг, 700 м2/кг). В иллюстративных вариантах осуществления карбонизации композиции силиката кальция по настоящему изобретению используемые измельченные частицы силиката кальция имеют размер частиц, имеющий совокупный 10% диаметр более 1 мкм в объемном распределе нии распределения размеров частиц.
С помощью раскрытого в настоящем изобретении способа могут быть изготовлены различные аэрированные композитные изделия. Способы изготовления значительно улучшены по сравнению со способами изготовления обычных легких бетонов с точки зрения как рентабельности, так и воздействия на окружающую среду. Если в водный раствор, содержащий водные ацетат-ионы, вводить CO2 (г) и, если в этом же растворе содержится некоторое количество ионов Са2+, указанная ниже реакция карбонизации приведет к образованию твердого СаСО3 (ур. 1).
Интересной особенностью указанной реакции является ее способность in situ (посредством карбонизации) образовывать уксусную кислоту (СН3СООН), которая может быть затем использована для дальнейшего выщелачивания Са2+ из непрореагировавших частиц силиката Са в камере карбонизации, в соответствии с указанной ниже реакцией (ур. 2).
CaSiCh (тв) + 2СНзСООН (ж) -> Са2+ (водн) +2СНзСОО’ (водн) +Н2О (ж) +аморфный
SiO2(tb) (2)
Использование вместо Са-ацетата в качестве водорастворимой соли Mg-ацетата (т.е. Mg(CH3COO)2-4H2O) предоставляет одновременно два следующих аспекта:
(a) действие в качестве источника Mg2+ для содействия образованию арагонита и/или доломита во
- 8 044466 время газовой карбонизации, и (b) образование in situ уксусной кислоты (ур. 1) в камере карбонизации (т.е. СО2 отверждения) с ее последующим использованием для извлечения большего количества ионов Са2+ из непрореагировавших измельченных частиц силиката кальция (ур. 2).
Разбавленный раствор уксусной кислоты, содержащий растворенный порошок MgO, готовили следующим образом. 160 г реакционноспособного порошка MgO со средним размером частиц менее десяти микрон медленно добавляли к 1755 г перемешиваемого раствора 50% уксусной кислоты. Порошок MgO добавляли небольшими порциями и указанный выше раствор перемешивали при комнатной температуре. Растворение MgO в уксусной кислоте является слабоэкзотермической реакцией. В конце добавления MgO полученный раствор ацетата магния является прозрачным и имеет темно-оранжевый цвет.
Добавление небольшого количества водорастворимой соли ацетата магния (Mg(CH3COO)2-4H2O) или раствора, то есть раствора, описанного в предыдущем абзаце, с контролируемым значением рН, полученного растворением заданного количества порошка MgO в заданном объеме разбавленной уксусной кислоты, в образующуюся воду пробы суспензии, пасты, цементного раствора или бетона приводит к заметному увеличению прочности при карбонизации.
Суспензия включает следующие ингредиенты, смешанные в указанных процентных соотношениях: измельченные частицы силиката кальция в количестве от примерно 15 мас.% до примерно 95 мас.% от влажной смеси; оксид магния в количестве от примерно 0 мас.% до примерно 10 мас.% от общего количества твердых веществ; оксид кальция в количестве от примерно 1 мас.% до примерно 10 мас.% от общего количества твердых веществ; сахар в количестве от примерно 0,01 мас.% до примерно 0,08 мас.% от общего количества твердых веществ; диспергатор/суперпластификатор в количестве от примерно 0,02 мас.% до примерно 1,0 мас.% от общего содержания твердых веществ; обыкновенный портландцемент в количестве от примерно 0,1 мас.% до примерно 35 мас.% от общего количества твердых веществ; нитрат кальция и/или нитрат магния в количестве от примерно 0,00 до 0,5 мас.% от общего содержания твердых веществ, сульфат кальция и/или сульфат магния в количестве от примерно 0,001 мас.% до примерно 1 мас.% от общего количества твердых веществ; разбавленная уксусная кислота в количестве от примерно 0,02 до 5 мас.% от общего количества твердых веществ; и H2 газообразующее вещество в количестве от примерно 0,05 до примерно 0,5 мас.% от общего количества твердых веществ.
Примеры.
В настоящих рабочих примерах использовали цемент Solidia-PECS (сокращенно Pecs) для изготовления аэрированных образцов с конечными размерами после CO2 отверждения 25x15x15 см или 45x25x15 см, или 45x25x30 см, или 70x60x65 см. СаО (негашеная известь) использовали в качестве добавки. Используемым суперпластификатором/диспергатором является BASF Glenium-7500, сокращенно обозначаемый G. Используемое поверхностно-активное вещество представляет собой поверхностноактивное вещество на основе щелочного мыла, сокращенно обозначаемое S. Обыкновенный или быстросхватывающийся портландцемент, также использовали в некоторых случаях в качестве добавки, с весовым процентом от 0,5 до 25% (от твердых веществ в суспензии), и обычно сокращенно обозначаемый ОРС или RSPC. Используемый MgO представляет собой субмикронный высокореактивный порошок. MgO со средним размером частиц 10 и 50 мкм также использовали в составах аэрированной суспензии Solidia. Тетрагидрат Mg-ацетата, представляющий собой водорастворимую соль магния, использовали в некоторых случаях, и сокращенно обозначают Mg-Ac. В качестве альтернативы использованию тетрагидрата ацетата магния в качестве добавки, ионы ацетата и магния вводили в суспензии в виде прозрачного оранжевого раствора MgO и разбавленной уксусной кислоты, который готовили перед стадией приготовления суспензии. Тетрагидрат нитрата кальция, сульфат кальция, нитрат магния и/или сульфат магния на уровне м.д. использовали для контроля роста и стабильности пены.
Пример 1.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 92,5 мас.% (от твердых веществ) Pecs и 7,5% СаО (от твердых веществ) вместе с 0,13% (от твердых веществ) порошка Al, 15% (от количества добавленного Al) поверхностно-активного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования суперпластификатора/диспергатора, причем соотношения W/S варьируются от 0,35 до 0,70 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали кальцит в качестве основной фазы карбонизации с отсутствием арагонита. Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 0,2 до 1,9 МПа при диапазоне плотностей от 450 до 540 кг/м3.
Пример 2.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 1,67 мас.% (от твердых веществ) тетрагидрата ацетата магния, 90,83 мас.% (от твердых веществ) Pecs и 7,5% СаО (от твердых веществ) вместе с 0,143% (от твердых веществ) порошка Al, 20% (от количества добавленного Al) поверхностноактивного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования су
- 9 044466 перпластификатора/диспергатора, причем соотношения W/S варьируются от 0,4 до 0,60 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали арагонитовые нитевидные кристаллы или иглы в качестве первичной фазы карбонизации, тогда как кальцит являлся вторичной фазой карбонизации. Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 1,6 до 3,1 МПа при диапазоне плотностей от 480 до 490 кг/м3.
Пример 3.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 10 мас.% (от твердых веществ) субмикронного высокореактивного оксида магния, 86 мас.% (от твердых веществ) Pecs и 4% СаО (от твердых веществ) вместе с 0,143% (от твердых веществ) порошка Al, 20% (от количества добавленного Al) поверхностно-активного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования суперпластификатора/диспергатора, соотношения W/S варьируются от 0,4 до 0,60 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали, что арагонит и доломит являются первичными фазами карбонизации, тогда как кальцит является вторичной фазой карбонизации. Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 2,5 МПа при плотности 460 ± 4 кг/м3.
Пример 4.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 7,5 мас.% (от твердых веществ) субмикронного высокореактивного оксида магния, 91,3 мас.% (от твердых веществ) Pecs, 1,2 мас.% (от твердых веществ) тетрагидрата ацетата магния вместе с 0,135% (от твердых веществ) порошка Al, 18% (от количества добавленного Al) поверхностно-активного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования суперпластификатора/диспергатора, соотношения W/S варьируются от 0,4 до 0,60 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали, что арагонит и доломит являются первичными фазами карбонизации, тогда как кальцит является вторичной фазой карбонизации. Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 3,65 МПа при плотности 520 ± 10 кг/м3.
Пример 5.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 7,5 мас.% (от твердых веществ) оксида кальция, 90,83 мас.% (от твердых веществ) Pecs, 1,67 мас.% (от твердых веществ) тетрагидрата ацетата магния вместе с 0,13% (от твердых веществ) порошка Al, 20% (от количества добавленного Al) поверхностно-активного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования суперпластификатора/диспергатора, соотношения W/S варьируются от 0,4 до 0,60 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали арагонитовые нитевидные кристаллы в качестве первичных фаз карбонизации, и кальцит в качестве вторичной фазы карбонизации. Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 3,6 МПа при плотности 540 ± 5 кг/м3.
Пример 6.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 7,5 мас.% (от твердых веществ) оксида кальция, 1 мас.% (от твердых веществ) субмикронного высокореактивного оксида магния, 90,3 мас.% (от твердых веществ) Pecs, 1,2 мас.% (от твердых веществ) тетрагидрата ацетата магния, вместе с 0,143% (от твердых веществ) порошка Al, 20% (от количества добавленного Al) поверхностно-активного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования суперпластификатора/диспергатора, соотношения W/S варьируются от 0,38 до 0,40 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали арагонитовые нитевидные кристаллы в качестве первичных фаз карбонизации, и кальцит в качестве вторичной фазы карбонизации. Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 4,7 МПа при плотности 530 ± 5 кг/м3.
Пример 7.
Суспензию на водной основе готовили с использованием 7,5 мас.% (от твердых веществ) оксида кальция, 2 мас.% (от твердых веществ) ОРС (тип I), 0,6 мас.% (от твердых веществ) субмикронного высокореактивного оксида магния, 88,3 мас.% (от твердых веществ) Pecs, 1,6 мас.% (от твердых веществ) раствора оксида магния - уксусной кислоты (оранжевого цвета) вместе с 0,10% (от твердых веществ) порошка Al, 20% (от количества добавленного Al) поверхностно-активного вещества, отлитая суспензия способна сама образовывать пену. Указанные суспензии могут быть приготовлены с использованием соотношений W/S, с использованием или без использования суперпластификатора/диспергатора, соотношения W/S варьируются от 0,34 до 0,35 или выше. CO2 отвержденные аэрированные образцы настоящего примера при анализе дифракцией рентгеновских лучей (XRD) показали арагонитовые нитевидные кристаллы в качестве первичных фаз карбонизации, и кальцит в качестве вторичной фазы карбонизации.
- 10 044466
Такие образцы достигли прочности на сжатие от примерно 4,5 до 5,3 МПа при плотности 550 ± 10 кг/м3.
Заявленное изобретение описано в настоящем документе в предпочтительных вариантах осуществления со ссылкой на Фигуры, на которых одинаковые номера представляют одинаковые или подобные элементы. Ссылка во всем настоящем описании на один вариант осуществления, вариант осуществления или подобные формулировки означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появления фраз в одном варианте осуществления, в варианте осуществления и подобных формулировок в настоящем описании могут, но не обязательно, все относиться к одному и тому же варианту осуществления.
Описанные признаки, структуры или характеристики заявленного изобретения могут быть скомбинированы любым подходящим способом в одном или более вариантах осуществления. В приведенном в настоящем изобретении описании многочисленные конкретные подробности приведены для обеспечения полного понимания вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако специалист в соответствующей области техники признает, что заявленные композиция и/или способ могут быть применены на практике без одной или более конкретных деталей или с другими способами, компонентами, материалами и так далее. В иных случаях, общеизвестные структуры, материалы или операции не показаны или не описаны подробно, чтобы избежать затруднения понимания аспектов настоящего описания.
В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают ссылку на множественное число, если контекст явно не предписывает иное.
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем изобретении, имеют то же значение, которое обычно понимают средние специалисты в данной области техники. Хотя любые способы и материалы, подобные или эквивалентные таким, описанным в настоящем изобретении, также могут быть использованы при практическом применении или испытании настоящего описания, предпочтительные способы и материалы описаны в настоящем. Способы, изложенные в настоящем изобретении, могут быть выполнены в любом логически возможном порядке в дополнение к конкретному раскрытому порядку.
Включение признаков путем ссылки.
В настоящем описании были использованы ссылки и цитаты на другие документы, такие как патенты, патентные заявки, патентные публикации, журналы, книги, документы, веб-содержимое. Все такие документы включены в настоящее изобретение посредством ссылки во всей их полноте для любых целей. Любой материал или его часть, которые, как говорят, включены в настоящее изобретение посредством ссылки, но которые противоречат существующим определениям, заявлениям или другим материалам раскрытия, явно изложенным в настоящем изобретении, включены только в той степени, в которой не возникает никакого противоречия между указанным включенным материалом и материалом настоящего раскрытия. В случае противоречия, указанное противоречие должно быть разрешено в пользу настоящего раскрытия, как предпочтительного раскрытия.
Эквиваленты.
Типичные примеры, раскрытые в настоящем изобретении, предназначены для того, чтобы помочь проиллюстрировать изобретение, и не предназначены и не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения. Действительно, различные модификации настоящего изобретения и многие другие его варианты осуществления, в дополнение к тем, которые показаны и описаны в настоящем изобретении, станут очевидными для специалистов в данной области техники из полного содержания настоящего документа, включая последующие примеры и ссылки на цитируемую в настоящем изобретении научную и патентную литературу. Последующие примеры содержат важную дополнительную информацию, примеры и руководство, которые могут быть применены к практическому использованию настоящего изобретения в его различных вариантах осуществления и их эквивалентах.
Claims (9)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ изготовления изделия из аэрированного композитного материала, включающий:получение влажной смеси или суспензии, где влажная смесь или суспензия содержит воду, частицы наполнителя, содержащие СаО с размером частиц от 0,1 до 1000 мкм, измельчённые частицы силиката кальция, один или более минералов, включающих ацетатную соль магния, водный раствор оксида магния и уксусной кислоты и/или субмикронный порошок оксида магния, и аэрирующий агент, где влажная смесь или суспензия имеет соотношение вода/твердое вещество (W/S) 1,0 или менее;заливку влажной смеси или суспензии в форму;выделение аэрирующим агентом газообразного водорода, приводящее к объемному расширению влажной смеси или суспензии;предварительное отверждение полученной расширившейся смеси до твердости, позволяющей извлечь ее из формы и переместить;отверждение предварительно отвержденной расширившейся смеси при температуре 30°C или более, относительной влажности 1% или более и атмосфере газа CO2 с концентрацией от 10 до 95% в течение от 6 до 60 ч.
- 2. Способ по п.1, в котором форма, в которую заливают влажную смесь или суспензию, имеет конечный размер желаемой формы изделия.
- 3. Способ по п.1, в котором полученную предварительно отвержденную расширившуюся влажную смесь или суспензию нарезают до желаемой формы изделия перед отверждением.
- 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный один или более минерал составляет от 0,02 до 20% по массе от измельчённых частиц силиката кальция.
- 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором измельченные частицы силиката кальция содержат одну или более групп фаз силиката кальция, выбранных из CS (волластонит или псевдоволластонит), C3S2 (ранкинит), C2S (белит, ларнит, бредигит), аморфной фазы силиката кальция, материал каждой из которых необязательно содержит один или более ионов или оксидов металлов, или их смеси.
- 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором в измельченных частицах силиката кальция элементарный Са и элементарный Si присутствуют в молярном отношении от 0,5 до 1,5, а оксиды металлов Al, Fe и Mg присутствуют в композиции в количестве 30% или менее по массе.
- 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором температура на стадии отверждения находится в диапазоне от 30 до 90°C, и/или относительная влажность на стадии отверждения составляет 10% или более.
- 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором суспензия дополнительно включает диспергатор или суперпластификатор.
- 9. Способ по п.8, в котором диспергатор или суперпластификатор включает полимер на поликарбоксилатной основе.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/475,403 | 2017-03-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044466B1 true EA044466B1 (ru) | 2023-08-29 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11767264B2 (en) | Mineral additives and production of lightweight composite materials from carbonatable calcium silicate | |
| US20220340491A1 (en) | Carbonatable calcium silicate-based cements and concretes having mineral additives, and methods thereof | |
| Lanas et al. | Mechanical properties of masonry repair dolomitic lime-based mortars | |
| US8496751B2 (en) | Binder composition | |
| CN111868002A (zh) | 基于粒化的高炉矿渣粉的黏结剂，由其制得的干式制剂和湿式制剂及其制备方法 | |
| AU2018364382B2 (en) | Enhancing calcined clay use with inorganic binders | |
| WO2021165221A1 (en) | Accelerator for mineral binder compositions | |
| CN108290797B (zh) | 催化活性泡沫形成粉末 | |
| CN111566071A (zh) | 制备用于生成建筑材料的钙矾石粘合剂的方法 | |
| US20220220035A1 (en) | Autoclaved cement compositions | |
| Lu et al. | Morphological characteristics of calcium carbonate crystallization in CO 2 pre-cured aerated concrete | |
| WO2021257757A1 (en) | Carbonatable compositions with admixtures | |
| JP2000302500A (ja) | 活性粉体、セメント組成物及びセメント硬化体 | |
| EA044466B1 (ru) | Способ изготовления изделия из аэрированного композитного материала | |
| Watanabe et al. | Hydrothermal treatment of a silica sand complex with lime | |
| KR101854128B1 (ko) | 천연수경성석회, 고로수쇄슬래그 및 석회석 미분말을 포함하는 석회 모르타르용 조성물 | |
| BR112019019789B1 (pt) | Processo de produção de um material compósito aerado e produto de concreto aerado | |
| EA045027B1 (ru) | Карбонизируемая композиция на основе силиката кальция, содержащая минеральные добавки, и способ изготовления бетонного изделия | |
| JP2002068800A (ja) | セメント混和材及びセメント組成物 |