EA045468B1 - СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТВЕРЖДЕННЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОПТИМИЗИРОВАННЫМ pH И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ И СИСТЕМЫ - Google Patents
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТВЕРЖДЕННЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОПТИМИЗИРОВАННЫМ pH И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ И СИСТЕМЫ Download PDFInfo
- Publication number
- EA045468B1 EA045468B1 EA202291122 EA045468B1 EA 045468 B1 EA045468 B1 EA 045468B1 EA 202291122 EA202291122 EA 202291122 EA 045468 B1 EA045468 B1 EA 045468B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- mixture
- water
- cement
- carbon dioxide
- curing
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 103
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 78
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 52
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 146
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 91
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 73
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 73
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 69
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 60
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 54
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 47
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 44
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 40
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 33
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 28
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 24
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 16
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000009415 formwork Methods 0.000 claims description 14
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 8
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 8
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 7
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 7
- 239000010438 granite Substances 0.000 claims description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims description 5
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims description 2
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 claims description 2
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 2
- RAFRTSDUWORDLA-UHFFFAOYSA-N phenyl 3-chloropropanoate Chemical compound ClCCC(=O)OC1=CC=CC=C1 RAFRTSDUWORDLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 58
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 57
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 56
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 52
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 45
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 38
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 31
- 239000000047 product Substances 0.000 description 29
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 14
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 11
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 11
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 11
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- -1 for example Substances 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 9
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 9
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 7
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 6
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 6
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 5
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 4
- 229910001335 Galvanized steel Inorganic materials 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 4
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 4
- 239000008397 galvanized steel Substances 0.000 description 4
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 4
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000404 calcium aluminium silicate Substances 0.000 description 3
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 3
- WNCYAPRTYDMSFP-UHFFFAOYSA-N calcium aluminosilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O WNCYAPRTYDMSFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940078583 calcium aluminosilicate Drugs 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 3
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 3
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000219094 Vitaceae Species 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 229910052637 diopside Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052839 forsterite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 235000021021 grapes Nutrition 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001719 melilite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 2
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 244000297179 Syringa vulgaris Species 0.000 description 1
- 235000004338 Syringa vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000006664 bond formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000011396 hydraulic cement Substances 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000003317 industrial substance Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011379 limecrete Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011397 non-hydraulic cement Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011178 precast concrete Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012713 reactive precursor Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000006254 rheological additive Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 description 1
Description
Настоящая заявка основана на и испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 62/913,052, поданной 9 октября 2019 года, согласно 35 U.S.C. § 119(е).
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в целом относится к композитным материалам.
Предшествующий уровень техники
Если в настоящей заявке дается ссылка или обсуждается какой-либо документ, акт или область знаний, то такая ссылка или обсуждение не являются признанием того, что документ, акт или область знаний или их комбинации на дату приоритета были общедоступны, известны специалистам в данной области, были известны из уровня техники или иным образом составляли уровень техники по действующим законодательным нормам; а также что документ, акт или область знаний могут использоваться для решения проблемы, которая описана в заявке.
Бетон используется повсеместно. Он применяется для возведения фундаментов, инфраструктуры, рабочих зданий и сооружений. Обычный бетон получают путем смешивания воды и заполнителей, например, песка и щебня, с обычным портландцементом (ОПЦ), синтетическим материалом, получаемым сжиганием смеси известковой муки и глины или материалов аналогичного состава во вращающейся печи при температуре спекания около 1450°С. Производство ОПЦ не только является энергоемким процессом, но и связано с выбросом большого количества парникового газа (CO2). На цементную отрасль приходится около 5% мировых выбросов антропогенного CO2. Более 60% такого CO2 происходит от химического разложения или обжига известняка. Стандартный процесс производства и использования бетона не является оптимальным в плане экономики и воздействия на окружающую среду. Такие традиционные технологии производства цемента характеризуются высоким энергопотреблением и связаны с выбросами углекислого газа, что приводит к значительному углеродному следу. Кроме того, уменьшение запасов известняка также отрицательно влияет на эффективность длительного использования стандартных составов гидравлического цемента, таких как портландцемент.
Такой вывод стал одним из поводов для разработки карбонизируемых составов цемента. Карбонизируемый цемент - это цемент, который отверждается в результате реакции с углекислым газом, CO2, в любой его форме, например, газообразным CO2, в присутствии воды, CO2 в форме угольной кислоты, Н2СО3 или в других формах, которые обеспечивают реакцию CO2 с негидравлическим цементным материалом. В процессе отверждения углекислый газ секвестируется в отверждаемом материале, что позволяет добиться очевидных преимуществ для окружающей среды. Например, Solidia Cement™ стал революционной технологией, которая была признана одной из 100 лучших технологий по версии R&D 100 Awards. Производство Solidia Cement™ и его использование в бетоне сокращает углеродный след этих материалов на 70% по сравнению с портландцементом при его использовании в обычном гидравлическом бетоне. Кроме того, 80% воды, используемой в бетоне на основе Solidia Cement, можно легко использовать повторно.
В изделиях из сборного бетона, полученных из ОПЦ, например, в предварительно напряженных бетонных балках, фермах и шпалах, в качестве арматуры обычно используют закладную нелегированную углеродистую сталь. Кроме того, монолитные бетонные изделия, например плиты мостового настила и дорожное покрытие, зачастую армируют сталью. Например, арматурные стержни обычно представляют собой стальные стержни или сетку из стальной проволоки, которые применяют в качестве натяжителей в железобетонных и армокаменных конструкциях для усиления и удержания бетона в сжатом состоянии. Также в качестве армирующих элементов могут использоваться сталь с эпоксидным покрытием, оцинкованная сталь и/или нержавеющая сталь.
При гидратации ОПЦ в присутствии воды получается раствор в пористом материале, главным образом, состоящий из гидроокиси щелочных и щелочноземельных металлов, например, Са(ОН)2, NaOH и KOH. В зависимости от состава цемента и заполнителей pH пористого раствора обычно составляет от 12,5 до 13,5. Однако ОПЦ также может проходить реакцию карбонизации при воздействии CO2 в определенных условиях. Например, Са(ОН)2 может вступать в реакцию с СО2 для получения СаСО3 и H2O. Когда обычный бетон претерпевает карбонизацию, pH раствора в воде ионов, полученных из цемента (например, ионы кальция, натрия и/или калия), остающихся в порах материала (поровый раствор), падает до значения около 9 вследствие значительного сокращения концентрации гидроксильных ионов. Проникновение солей из окружающей среды также может привести к существенному изменению состава порового раствора.
Коррозия нелегированной стали в обычном бетоне начинается, когда пассивирующая пленка на поверхности железа или стали (т.е. нелегированной стали) удаляется из-за снижения pH порового раствора или из-за сочетания низкого pH порового раствора и присутствия хлоридов. В течение срока службы на ОПЦ воздействуют хлориды из солей в зимний период и/или насыщение атмосферным углекислым газом (CO2), в результате чего pH порового раствора обычного бетона понижается. Образуемые продукты коррозии по своей природе склонны к объемному расширению. Эти продукты коррозии арматуры могут вызывать высокое внутреннее напряжение на окружающий ОПЦ, что приводит к растрескиванию, расщеплению и, в конечном счете, к разрушению конструкции.
- 1 045468
Аналогично обычному бетону на основе ОПЦ, некарбонизированные бетонные материалы на основе карбонизируемого силиката кальция с его низким содержанием, например, описанные выше (т.е. Solidia Cement™ и Solidia Concrete™), имеют поровый раствор с высоким значением pH непосредственно после перемешивания. Однако при карбонизации значение pH порового раствора уменьшается во время отверждения. Упрочнению способствует процесс отверждения, во время которого силикаты кальция карбонизируются, образуя карбонат кальция. Значение pH порового раствора в полностью вступившем в реакцию карбонизированном бетоне на основе силиката кальция с его низким содержанием и прочностью на сжатие 10000 фунтов на кв.дюйм или выше, значительно меньше, чем значение pH непосредственно после перемешивания. При низком значении pH порового раствора пассивирующая пленка на поверхности армирующей или закладной стали подвержена коррозии при попадании пресной воды или хлорид-ионов на поверхность армирующего материала.
Таким образом, имеется постоянная потребность в новых и улучшенных композициях и производственных процессах, которые позволяют решить проблемы коррозии железа и стали (т.е. нелегированной углеродистой стали), и в изделиях из карбонизируемого негидравлического цемента и бетона с низким содержанием силиката кальция.
Для раскрытия изобретения обсуждаются некоторые аспекты традиционных технологий, однако заявители не отрицают эти технические аспекты, и подразумевается, что заявленное изобретение может включать один или несколько обсуждаемых традиционных технических аспектов.
Сущность изобретения
Изобретение относится к новым способам и составам, которые позволяют предотвратить, сгладить или отложить снижение pH порового раствора в изделиях, изготовленных из карбонизируемого цемента с низким содержанием силиката кальция (силикатный бетон, CSC бетон).
Например, прочность на сжатие силикатного бетона зависит от реакции, и изделия из карбонизируемого бетона могут иметь прочность на сжатие 10000 фунтов на кв.дюйм или больше. Согласно настоящему изобретению, при изменении состава смеси и/или условий обработки в карбонизируемом силикатном бетоне можно добиться прочности на сжатие от примерно 3000 до примерно 10000 фунтов на кв.дюйм при соответствующих значениях pH порового раствора около 11,0 или выше. Такое благоприятное значение pH обеспечивает защиту железа или стали при контакте с силикатным цементом или бетоном и замедляет их коррозию.
Далее описывается ряд аспектов настоящего изобретения. Следует понимать, что, по мнению изобретателей, любые признаки или аспекты настоящего изобретения, указанные ниже или в другом месте в настоящем описании, можно объединить в любом порядке и в любом количестве с любыми другими признаками или аспектами настоящего изобретения. Любые из этих комбинаций (даже если напрямую не раскрыты в настоящем изобретении) входят в объем настоящего изобретения и считаются вариантами его осуществления.
В соответствии с определенными дополнительными аспектами, предложен способ изготовления карбонизированного композитного материала, включающий в себя: обеспечение карбонизируемого цементирующего материала в сыпучей форме (в форме частиц); смешивание этого карбонизируемого цементирующего материала с водой для получения смеси; формирование из этой смеси предварительно определенной формы, где предварительно определенная форма имеет исходную поровую структуру, содержащую исходный поровый раствор с первым pH; предварительную обработку этой предварительно определенной формы в среде, содержащей атмосферный воздух или диоксид углерода, для удаления из нее заранее определенного количества воды для получения предварительно обработанной формы; карбонизацию предварительно обработанной формы для получения модифицированной поровой структуры, содержащей модифицированный поровый раствор со вторым pH, причем разница между первым pH и вторым pH представлена в виде ApH, где ApH составляет 1,0 или меньше.
В способе, описанном выше, первый pH может по выбору составлять 11,5 или выше.
В способе, описанном выше, второй pH может по выбору составлять от примерно 9,5 до примерно 11,5.
В способе, описанном выше, карбонизация предварительно обработанной формы может формировать один или несколько связующих элементов, где каждый связующий элемент содержит: ядро, имеющее первый химический состав, включающий в себя один или несколько химических элементов; обогащенный оксидом кремния первый слой, по меньшей мере частично покрывающий периферийную часть ядра; и обогащенный карбонатом кальция и/или карбонатом магния второй слой, по меньшей мере частично покрывающий периферийную часть первого слоя.
В способе, описанном выше, предварительно определенное количество воды, удаленное из заранее заданной формы во время предварительной обработки, может составлять от 20 до 70%, от 20 до 60%, от 25 до 60%, от 30 до 60%, от 35 до 60%, от 40 до 60%, от 20 до 55%, от 25 до 55%, от 30 до 55%, от 35 до 55%, от 40 до 55%, от 20 до 50%, от 25 до 50%, от 30 до 50%, от 35 до 50%, от 40 до 50%, от 20 до 45%, от 25 до 45%, от 30 до 45%, от 35 до 45%, 20%-40%, 25%-40%, 30%-40% или 35%-40%.
В способе, описанном выше, концентрация диоксида углерода может превышать 0% до 50%.
В способе, описанном выше, концентрация диоксида углерода во время карбонизации предвари- 2 045468 тельно обработанной формы может составлять от 10% до 100%.
В способе, описанном выше, концентрация диоксида углерода во время карбонизации предварительно обработанной формы составляет от 50% до 99%.
Способ, описанный выше, может дополнительно содержать следующие этапы: формирование предварительно определенной формы из указанной смеси путем заливки смеси в опалубку; и предварительное отверждение этой смеси в опалубке, по меньшей мере до твердости, достаточной для снятия опалубки.
В способе, описанном выше, смесь может содержать заполнители.
В способе, описанном выше, заполнители могут иметь размер частиц от 0,25 мм до примерно 25 мм.
В способе, описанном выше, заполнители могут содержать песок.
В способе, описанном выше, заполнители могут содержать гравий, диабаз или гранитный камень.
В способе, описанном выше, песок может быть доломитовым.
В способе, описанном выше, песок может быть кремнистым.
Различные аспекты и признаки настоящего изобретения указаны ниже и подробно объяснены в разделе Осуществление изобретения.
Перечень фигур чертежей
Объекты и признаки изобретения можно лучше понять со ссылкой на чертежи, описанные ниже, а также из формулы изобретения. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе: они служат для общего пояснения принципов изобретения. На фигурах аналогичные цифры используются для обозначения аналогичных деталей на различных видах.
На фиг. 1 приведена фазовая диаграмма давления-температуры, показывающая фазы, присутствующие в обратимой реакции СаСО3+SiO2θ CaSiO3 (силикат кальция)+CO2.
На фиг. 2 приведена фазовая диаграмма давления-температуры, показывающая фазы, присутствующие в обратимой реакции 3СаСО3+ 2CaSiO3θ2Ca2SiO4CaCO3+СО2.
На фиг. 3 приведена фазовая диаграмма системы СаО-SiO2-CO2 при давлении 1 килобар.
На фиг. 4 приведена фазовая диаграмма давления-температуры, показывающая фазы, присутствующие в обратимой реакции MgO+CO2o MgCO3.
На фиг. 5 приведена фазовая диаграмма давления-температуры, показывающая кривые равновесия для обратимой реакции MgO+CO2o MgCO3 в зависимости от пропорции CO2 в инертном газе.
На фиг. 6 приведена фазовая диаграмма давления-температуры, показывающая области стабильности для различных фаз в системе СаСО3-MgCO3.
На фиг. 7 приведена пирамидальная схема, показывающая фазовые отношения соединений CaO, MgO, SiO2 и CO2 и показывающая область недостатка CO2 под фазами Cc-Di-Wo и Cc-Wo-Mo (затененные), где Сс обозначает кальцит, Wo - волластонит, Ak - акерманит, Di - диопсид, Мо -монтичеллит (CaMgSiO4).
На фиг. 8 приведена фазовая диаграмма давления-температуры, показывающая фазовые отношения соединений CaO, MgO, SiO2 и CO2 с одновариантными кривыми, исходящими из четвертичной инвариантной точки, включающей кальцит (Сс), диопсид (Di), форстерит (Fo), монтичеллит (Мо), акерманит (Ak) и CO2. В кладка - это фазовая диаграмма системы из трех соединений СаСО3, MgO и SiO2.
На фиг. 9 приведена схема примера камеры отверждения композитного материала, отвержденного CO2, которая обеспечивает увлажнение в соответствии с принципами изобретения.
На фиг. 10 приведена схема примера камеры отверждения с несколькими способами контроля влажности, а также с возможностью контроля и пополнения CO2 при помощи постоянного регулирования расхода или давления, а также с возможностью контроля температуры.
На фиг. 11a, b приведены примеры пористых цементных тел с низким содержанием силиката кальция и металлическими армирующими элементами внутри них.
На фиг. 12 приведен график, показывающий падение pH в зависимости от процентного содержания извлеченной воды при отверждении разной продолжительности с цементом смеси 1 из примеров.
На фиг. 13 показан график, изображающий падение pH в зависимости от процентного содержания извлеченной воды при отверждении разной продолжительности с цементом смеси 2 из примеров.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В настоящем документе подразумевается, что формы единственного числа также включают формы множественного числа, если контекст явно не указывает иное. Подразумевается, что применение или включает и/или, если контекст явно не указывает иное. Кроме того, подразумевается, что применение и включает и/или, если контекст явно не указывает иное.
В настоящем документе примерно представляет собой термин приближения и включает незначительные колебания точно указанных количеств, как будет понятно специалистам в данной области техники. Такие колебания включают в себя, например, стандартные отклонения, связанные со способами, обычно применяемыми для измерения приведенных количеств.
Все численные значения, содержащиеся в настоящем описании, следует рассматривать как характеризующиеся описанным выше модификатором примерно, при этом подразумевают, что указанные значения также включают точные численные значения, приведенные в настоящем документе. Диапазоны,
- 3 045468 описанные в настоящем документе, следует рассматривать как охватывающие все значения в пределах верхнего и нижнего предельных значений диапазонов, если не указано иное. Кроме того, все диапазоны включают верхний и нижний предельные значения.
Цемент с низким содержанием силиката кальция или силикатный цемент (CSC-цемент) - это материал, главным образом состоящий из силикатов кальция с атомным отношением Са к Si от 0,8 до 2,0. Силикатный бетон - это композит, образованный из карбонизированного силикатного цемента.
Поровый раствор - это смесь воды и ионов, растворенных из компонентов композита, например (не ограничиваясь), цемента (например, ионы кальция, натрия и/или калия), заполнителей и других добавок, и находящаяся в одной или нескольких порах в неотвердевшем, частично отвержденном или полностью отвержденном цементном или бетонном теле или массе.
Цементирующий материал - это материал, содержащий активный наполнитель, например, стекловидный алюмосиликат кальция, зольную пыль, шлак и обычный портландцемент (ОПЦ), химически инертный наполнитель, например, мелкодисперсная известковая пыль, кварцевая пыль и стеклянный порошок. Цементирующее содержимое - это общее количество цемента и цементирующих материалов, описанных в настоящем документе.
Бетонные переработанные материалы с высокой щелочностью или БПМ - это заполнители, полученные в результате дробления старых бетонных изделий из ОПЦ, например плит, тротуаров, балок и колонн, и имеющие pH порового раствора свыше 11,5.
Шлаковый заполнитель - это заполнитель, полученный в результате дробления доменного шлака в виде крупной фракции с pH порового раствора свыше 11,0.
Изобретение предлагает композиции, производственные процессы и системы, решающие проблему снижения pH во время отверждения цементных тел из композитного материала с низким содержанием силиката кальция, что, в свою очередь, позволяет предотвратить, смягчиь или отложить коррозию железных иди стальных элементов (например, нелегированной углеродистой стали, стали с эпоксидным покрытием, оцинкованной стали и/или нержавеющей стали, арматурных стержней или сетки), используемых с бетонными композитными материалами или по меньшей мере частично заложенных в них, а также изделий, выполненных из карбонизируемого цемента и бетона с низким содержанием силиката кальция (силикатный цемент или силикатный бетон). Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает значительное повышение срока службы и эффективности изготавливаемых армированных цементных композитных материалов с низким содержанием силиката кальция и изделий, сформированных из них.
Таким образом, карбонизируемый или отвержденный цементный материал с низким содержанием силиката кальция, в соответствии с определенными аспектами настоящего изобретения, имеет множество пор с модифицированным поровым раствором, расположенным в одной или нескольких порах и имеющим pH выше примерно 9,5, предпочтительно выше примерно 10, предпочтительно выше примерно 11, предпочтительно выше примерно 11,5, предпочтительно выше примерно 12,0, предпочтительно выше примерно 12,5, предпочтительно выше примерно 13,0 и предпочтительно примерно 13,5. Модифицированный поровый раствор может иметь pH от примерно 9,5 до примерно 13,5, включая верхний и нижний пределы, а также все целые величины и доли в пределах диапазона.
Силикатный цемент или бетон составляют и/или отверждают в условиях, минимизирующих падение pH с начального pH после перемешивания силикатного цемента или бетона и полностью отвержденного силикатного цемента или бетона. Полностью отвержденный - имеющий целевую прочность на сжатие (т.е. 3000 фунтов/кв.дюйм или выше). В данном описании она обозначена символом ApH. В соответствии с настоящим изобретением, ApH составляет 1,0 или меньше, 0,75 или меньше, 0,5 или меньше, 0,25 или меньше или около 0,0. Указанные выше значения ApH включают верхний и нижний пределы, а также все целые числа и доли в пределах верхнего и нижнего предела.
Эти карбонизируемые композитные материалы и изделия не только обеспечивают благоприятный для окружающей среды pH, позволяющий предотвратить, смягчить или отложить коррозию, но также и обеспечивают достаточную прочность на сжатие, требуемую в рабочих условиях для повышенной влагостойкости, при этом не оказывая влияние на долговечность в цикле замерзание-оттаивание и пригодность для применения при холодной погоде.
Карбонизируемый цементный композитный материал с низким содержанием силиката кальция, имеющий, по меньшей мере, одну пору или множество пор, с модифицированным поровым раствором, имеющим pH, указанный выше, может также иметь приемлемую прочность на сжатие, например, 3000 фунтов/кв.дюйм или выше, свыше примерно 4000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 5000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 6000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 7000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 8000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 9000 фунтов/кв.дюйм, больше или равно примерно 10000 фунтов/кв.дюйм. Прочность на сжатие может составлять от примерно 3000 фунтов/кв.дюйм до примерно 10000 фунтов/кв.дюйм, включая верхний и нижний пределы, а также все целые величины и доли в пределах диапазона. Такую прочность на сжатие можно получить при общем времени отверждения менее 7 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. В некоторых
- 4 045468 вариантах осуществления такую прочность на сжатие можно получить при общем времени отверждения менее примерно 14 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. В других вариантах осуществления такую прочность на сжатие можно получить при общем времени отверждения менее примерно 28 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. Таким образом, общее время может варьироваться от примерно 8 ч до примерно 28 дней. Общее время отверждения включает верхний и нижний пределы, указанные выше, а также значения времени в пределах указанного диапазона. Общее время отверждения включает в себя все дополнительные значения времени предварительного отверждения, как описано ниже.
Пористое тело может также содержать один или несколько пластификаторов, воздухоудерживающих добавок, замедлителей схватывания и/или их комбинаций в дозировке от 1 до 15 мл на килограмм цементирующих материалов. Эти добавки добавляют в сухую смесь в смесителе вместе с цементом с низким содержанием силиката кальция.
В одном из аспектов цементный композитный материал с низким содержанием силиката кальция, имеющий множество пор с модифицированным поровым раствором, содержит связующую матрицу, содержащую множество связующих элементов, каждый из которых имеет ядро, содержащее карбонизируемый материал, первый слой, содержащий диоксид кремния, по меньшей мере частично закрывающий периферийную часть ядра, и содержащий карбонат кальция и/или карбонат магния второй слой, по меньшей мере, частично закрывающий периферийную часть содержащего диоксид кремния первого слоя. В некоторых вариантах осуществления ядро содержит по меньшей мере один синтетический состав, содержащий кальций или магний, кремний и кислород. В других вариантах осуществления связующую матрицу подготавливают из пористого тела, содержащего множество частиц-прекурсоров, которые трансформируются в связующие элементы.
В другом аспекте изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 11a, b, изобретение в целом относится к бетонному изделию (110, 130), содержащему композитный материал с низким содержанием силиката кальция с модифицированным поровым раствором и один или несколько железных или стальных элементов (120, 140), по меньшей мере частично заложенных в него. В некоторых вариантах осуществления один или несколько железных или стальных элементов выполнены из нелегированной углеродистой стали, стали с эпоксидным покрытием, оцинкованной стали и/или нержавеющий стали. В некоторых вариантах осуществления один или несколько железных или стальных элементов представляют собой арматурный стержень или сетку (140).
Согласно еще одному аспекту изобретение относится к способам изготовления цементного композитного материала с низким содержанием силиката кальция и изделий, выполненных из него. Способ изготовления цементного композитного материала с низким содержанием силиката кальция включает в себя: смешивание цемента с низким содержанием силиката кальция с водой и частицами наполнителя, содержащими СаО или SiO2 с размером частиц от 0,1 мкм до 1000 мкм, для получения влажной смеси, заливку влажной смеси в опалубку, причем залитая влажная смесь имеет множество пор, содержащих по меньшей мере некоторое количество воды, где вода растворяет по меньшей мере некоторые элементы из цемента с низким содержанием силиката кальция и/или частиц наполнителя для получения порового раствора, причем поровый раствор в залитой влажной смеси имеет pH 11,5 или выше; необязательно предварительное отверждение залитой влажной смеси для получения залитой влажной смеси с достаточной твердостью, чтобы ее можно было извлечь из опалубки; извлечение залитой влажной смеси или предварительно отвержденной залитой влажной смеси из опалубки; предварительную обработку залитой влажной смеси, удаляя из нее по меньшей мере некоторое количество воды; и отверждение пористого тела, имеющего поры, содержащие поровый раствор в следующих условиях: давление от примерно атмосферного до примерно 30 фунтов/кв.дюйм, температура в диапазоне от примерно 30°С до примерно 90°С, относительная влажность от примерно 10% до примерно 90%, атмосфера с концентраций CO2 от примерно 15% до примерно 100%, на время от примерно 8 ч до примерно 28 дней, для получения карбонизируемого цементного композитного материала с низким содержанием силиката кальция, содержащего модифицированный поровый раствор. Модифицированный поровый раствор в отвержденном цементном композитном материале с низким содержанием силиката кальция имеет pH по меньшей мере от примерно 9,5 до примерно 11,5 или выше. Значение pH модифицированного порового раствора включает эти верхние и нижние пределы, а также все целые величины и доли в пределах диапазона. Значение pH модифицированного порового раствора может составлять по меньшей мере 10,0, по меньшей мере 10,5, по меньшей мере 11,0 или по меньшей мере примерно 11,5. Значение pH модифицированного порового раствора может быть выше примерно 11,5 в зависимости от pH порового раствора. Карбонизируемый цементный материал с низким содержанием силиката кальция может иметь прочность на сжатие, например, 3000 фунтов/кв.дюйм или выше, свыше примерно 4000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 5000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 6000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 7000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 8000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 9000 фунтов/кв.дюйм, больше или равно примерно 10000 фунтов/кв.дюйм. Прочность на сжатие может быть от примерно 3000 фунтов/кв.дюйм до примерно 10000 фунтов/кв.дюйм, включая верхний и нижний пределы, а также все целые величины и доли в пределах диапазона.
- 5 045468
Дополнительное предварительное отверждение залитой смеси можно выполнять в следующих условиях: давление от примерно атмосферного до примерно 30 фунтов/кв.дюйм, температура от примерно 30°С до примерно 90°С (т.е. 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 30°С до примерно 50°С, от примерно 40°С до примерно 90°С, от примерно 50°С до примерно 90°С, от примерно 60°С до примерно 90°С), относительная влажность от примерно 10% до примерно 90% (т.е. 10% до примерно 70%, от примерно 10% до примерно 50%, от примерно 10% до примерно 30%, от примерно 20% до примерно 90%, от примерно 40% до примерно 90%, от примерно 60% до примерно 90%), атмосфера, содержащая атмосферный воздух, газ СО2 или их последовательную комбинацию или смешанную среду, содержащую их комбинацию, с концентрацией СО2 (при наличии) от примерно 15 % до примерно 100% (т.е. примерно 15%, от примерно 15% до примерно 90%, от примерно 15 % до примерно 80%, от примерно 15 % до примерно 70%, от примерно 30 % до примерно 90%, от примерно 30 % до примерно 80%, от примерно 30 % до примерно 70%, от примерно 40 % до примерно 100%, от примерно 50 % до примерно 100%, от примерно 60 % до примерно 100%), и длительность от примерно 3 ч до примерно 14 дней (т.е. от примерно 3 ч до примерно 7 дней, от примерно 3 ч до примерно 4 дней, от примерно 3 ч до примерно 3 дней, от примерно 3 ч до примерно 2 дней, от примерно 3 ч до примерно 36 ч, от примерно 3 ч до примерно 24 ч, от примерно 3 ч до примерно 12 ч, от примерно 6 ч до примерно 14 дней, от примерно 12 ч до примерно 14 дней, от примерно 20 ч до примерно 14 дней, от 1 до 14 дней, от примерно 3 до 14 дней, от примерно 7 до 14 дней). Эти значения включают указанные верхние и нижние пределы, а также все целые числа в пределах диапазонов.
Предварительная обработка залитой влажной смеси может происходить во время ее нахождения в опалубке, либо после извлечения из опалубки. Предварительную обработку залитой влажной смеси выполняют в следующих условиях: давление примерно на уровне атмосферного (при 30 фунтах/кв.дюйм), температура от примерно 23°С до 85°С, относительная влажность от примерно 10% до 70%, атмосфера, содержащая атмосферный воздух, газ CO2 или их последовательную комбинацию или смешанную среду, содержащую их комбинацию, с концентрацией CO2 (при наличии) примерно от 15 % до 100%, длительность примерно от 3 до 24 ч. Предварительную обработку можно выполнять в условиях, включая, но не ограничиваясь, условия, указанные выше, таким образом, чтобы из залитой влажной смеси извлекалось целевое или заранее заданное количество влаги. Целевое или заранее заданное количество влаги, извлеченное из залитой влажной смеси может быть от 20% до 60%, от 25% до 60%, от 30% до 60%, от 35% до 60%, от 40% до 60%, от 20% до 55%, от 25% до 55%, от 30% до 55%, от 35% до 55%, от 40% до 55%, от 20% до 50%, от 25% до 50%, от 30% до 50%, от 35% до 50%, от 40% до 50%, от 20% до 45%, от 25% до 45%, от 30% до 45%, от 35% до 45%, от 40% до 45%, от 20% до 40%, от 25% до 40%, от 30% до 40% или от 35% до 40% от общего количества воды, присутствующей в залитой влажной смеси перед предварительной обработкой, предпочтительно от примерно 30% до примерно 50% от общего количества воды, присутствующей в залитой влажной смеси перед предварительной обработкой. Залитая влажная смесь может иметь любое исходное количество воды, присутствующей в залитой влажной смеси перед предварительной обработкой. Например, залитая влажная смесь может иметь от 5% до 7% воды относительно общей массы залитой влажной смеси перед предварительной обработкой. Эти значения включают указанные верхние и нижние пределы, а также все целые числа и доли в пределах диапазонов.
В некоторых вариантах осуществления перед этапом отверждения предварительно отвержденную залитую смесь нарезают или проводят иные действия для получения нужной формы изделия.
В некоторых вариантах осуществления способов отверждение выполняют в следующих условиях для получения карбонизируемых цементных композитных материалов с низким содержанием силиката кальция и изделий из них: давление от атмосферного до примерно 30 фунтов/кв.дюйм, температура от примерно 30°С примерно до 90°С, относительная влажность от примерно 10% примерно до 90%, атмосфера, содержащая газ CO2 в концентрации от примерно 15% примерно до 100%. Общее время отверждения составляет менее 7 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. В некоторых вариантах общее время отверждения составляет менее примерно 14 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. В других вариантах осуществления общее время отверждения составляет менее примерно 28 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. Таким образом, общее время может варьироваться от примерно 8 ч до примерно 28 дней. Общее время отверждения и условия включают верхний и нижний пределы, указанные выше, а также целые и доли в пределах указанного диапазона. Общее время отверждения включает все дополнительные значения времени предварительного отверждения, как описано ниже. Отверждение можно выполнять за один этап на залитой смеси. В качестве альтернативы, отверждение можно выполнять в два или более этапов. Например, залитую смесь можно предварительно отвердить, предварительно отвержденное тело извлечь из формы и затем отвердить в течение дополнительного этапа. Условия отверждения, описанные выше, применяются к обязательному этапу отверждения, при котором достигается достаточное насыщение углекислым газом и окончательная прочность. Те же условия можно использовать для предварительного отверждения и/или предварительной обработки, за исключением того, что атмосфера предварительного отверждения и/или предварительной обработки может содержать атмо- 6 045468 сферный воздух, газ CO2 или их последовательную комбинацию или смешанную среду, содержащую их комбинацию. В качестве альтернативы во время каждого этапа отверждения в пределах диапазонов давления, температуры и концентрации углекислого газа общее время отверждения составляет не более 28 дней, не более 14 дней, не более 7 дней, не более 24 ч или не более 20 ч.
В некоторых вариантах осуществления способы также включают в себя добавление одного или нескольких усилителей (увеличителей) pH в процессе образования пористого тела. Такие усилители (увеличители) pH включают в себя следующие: водная кальциевая селитра, нитрит кальция, NaOH, бикарбонат натрия, ОПЦ, силикат натрия, огнеупорный СаО, огнеупорный MgO, бетонный переработанный материал с высокой щелочностью (БПМ), шлаковый заполнитель и их комбинации. Усилители pH можно добавлять в состав при дозировке от примерно 1% до примерно 20% по массе от общего количества цементирующего материала. Эти добавки добавляют в сухую смесь в смесителе вместе с цементом с низким содержанием силиката кальция. В данном случае огнеупорные СаО и MgO - это оксиды кальция и магния, практически или полностью не обладающие реакционной способностью в результате обжига при высокой температуре.
В некоторых вариантах способов также предполагается добавление одной или нескольких добавок для повышения водостойкости (например, зольная пыль класса С, зольная пыль класса F, молотый гранулированный доменный шлак (МГДТТТ). мелкая стеклянная пыль, стекловидный алюмосиликат кальция, кварцевая пыль, известковая пыль и их комбинации). Добавки для повышения водостойкости можно добавлять в состав при дозировке от примерно 1 мас.% до примерно 20 мас.% от общего количества цементирующего материала. Эти добавки можно добавлять в сухую смесь в смесителе вместе с цементом с низким содержанием силиката кальция.
В некоторых вариантах способов в процессе формирования пористого тела дополнительно можно добавить один или несколько пластификаторов, воздухоудерживающих добавок, замедлителей схватывания и их комбинации.
В некоторых вариантах способов пористое тело дополнительно имеет один или несколько железных или стальных компонентов, полностью или частично заложенных в них (например, изготовленных из нелегированной углеродистой стали, стали с эпоксидным покрытием, оцинкованной стали или нержавеющей стали), такие как арматурные стержни или сетки.
В других вариантах осуществления изобретения неотвержденное (не карбонизированное) пористое тело, изготовленное из цемента с низким содержанием силиката кальция, характеризуется множеством пор, имеющих в одной или нескольких порах поровой раствор с исходным pH (т.е. перед отверждением или предварительным отверждением) выше примерно 11,5 или выше примерно 12 (т.е. выше примерно 12,5 или выше примерно 13).
В других вариантах способов пористое тело из цемента с низким содержанием силиката кальция является карбонизированным, включая любое необязательное предварительное отверждение, предварительную обработку и отверждающие фазы в условиях, описанных в настоящем изобретении, для получения цементных материалов с низким содержанием силиката кальция и изделий, изготовленных из них, имеющих множество пор с модифицированным поровым раствором в одной или нескольких порах с pH выше примерно 9,5, предпочтительно выше примерно 10, предпочтительно выше примерно 11, предпочтительно выше примерно 11,5, предпочтительно выше примерно 12,0, предпочтительно выше примерно 12,5, предпочтительно выше примерно 13,0 и предпочтительно примерно 13,5. Модифицированный поровый раствор может иметь pH от примерно 9,5 до примерно 13,5, включая верхний и нижний пределы, а также все целые величины и доли в пределах диапазона.
Способы по настоящему изобретению осуществляют в условиях, описанных выше, при этом ApH составляет 1,0 или меньше, 0,75 или меньше, 0,5 или меньше, 0,25 или меньше или около 0,0. Указанные выше значения ApH включают верхний и нижний пределы, а также все целые числа и доли в пределах верхнего и нижнего предела и все целые числа и доли в пределах диапазона.
В некоторых вариантах способов способы выполняют в условиях, при которых получают цементные материалы с низким содержанием силиката кальция и изделиях из них, имеющие прочность на сжатие, например, 3000 фунтов/кв.дюйм или выше, свыше примерно 4000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 5000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 6000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 7000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 8000 фунтов/кв.дюйм, свыше примерно 9000 фунтов/кв.дюйм, больше или равно примерно 10000 фунтов/кв.дюйм. Прочность на сжатие может быть от примерно 3000 фунтов/кв.дюйм до примерно 10000 фунтов/кв.дюйм, включая верхний и нижний пределы, а также все целые величины и доли в пределах диапазона. Такую прочность на сжатие можно получить при общем времени отверждения менее 7 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. В некоторых вариантах осуществления такую прочность на сжатие можно получить при общем времени отверждения менее примерно 14 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. В других вариантах осуществления такую прочность на сжатие можно получить при общем времени отверждения менее примерно 28 дней с момента начала насыщения углекислым газом и примерно 8 ч или более. Таким образом, общее время может варьироваться от примерно 8 ч до примерно 28 дней. Общее
- 7 045468 время отверждения включает верхний и нижний пределы, указанные выше, а также значения времени в пределах указанного диапазона. Общее время отверждения включает все дополнительные значения времени предварительного отверждения, как описано ниже. Условия отверждения и дополнительного предварительного отверждения описаны выше.
Сборные изделия из карбонизируемого цемента с низким содержанием силиката кальция.
Термин низкое содержание силиката кальция описан выше. Карбонизируемый обозначает материал, который вступает в реакцию карбонизации с CO2 в описанных выше условиях. Материал является некарбонизируемым, если он не вступает в реакцию карбонизации с CO2 в описанных выше условиях. Примеры карбонизируемых фаз силиката кальция включают в себя CS (волластонит или псевдоволластонит, иногда имеющие формулу CaSiCb или CaOSiO2), C3S2 (ранкинит, иногда имеющий формулу Ca3Si2O7 или 3CaO2SiO2), C2S (белит, e-Ca2SiO4 или ларнит, Ca7Mg(SiO4)4 или бредигит, a-Ca2SiO4 или γCa2SiO4, иногда имеющие формулу Ca2SiO4 или 2CaO-SiO2). Кроме того, аморфные фазы также могут быть карбонизируемыми в зависимости от их состава. Каждый из материалов может включать один или несколько ионов металла и оксидов (например, оксиды алюминия, магния, железа или марганца) или их смеси, либо могут включать силикат магния в естественной или синтетической форме в количестве от следового (1%) до примерно 50% или выше по массе. Примеры некарбонизируемых или инертных фаз включают мелилит ((Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Fe3+,Al,Si)3O7]) и кристаллический кварц (SiO2).
Следует понимать, что композиции с низким содержанием силиката кальция, фазы и способы, раскрываемые в настоящем изобретении, можно адаптировать для использования фаз силиката магния вместо фаз силиката кальция или в дополнение к ним. В настоящем изобретении термин силикат магния обозначает естественные или синтетические материалы, содержащие одну или несколько групп соединений, содержащих магний и кремний, включая, например, Mg2SiO4 (также называется форстерит) и Mg3Si4O10(OH)2 (также называется тальк) и CaMgSiO4 (также называется монтичеллит), каждый из которых может включать один или несколько других ионов металлов и оксидов (например, оксиды кальция, алюминия, железа или марганца) или их смеси, либо может включать силикат кальция в естественной или синтетической форме в количестве от следового (1%) до примерно 50% или выше по массе.
В примерах вариантов осуществления используется композиция из измельченного силиката кальция. Композиция из измельченного силиката кальция может иметь средний размер частиц, измеренный при помощи промышленного анализатора частиц, например, Mastersizer 2000, от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм (т.е. от примерно 1 мкм до 90 мкм, от 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 1 мкм до примерно 5 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, от 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). Композиция из молотого силиката кальция может иметь насыпную плотность от примерно 0.5 г/мл до примерно 3,5 г/мл (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), набивную плотность от примерно 1,0 г/мл до примерно 1.2 г/мл и удельную поверхность 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). Удельная поверхность по Блейну - это мера дисперсности цемента, которая измеряется по методу ASTM C204.
В примерах вариантов осуществления композиции с низким содержанием силиката кальция в соответствии с настоящим изобретением в композиции используют измельченный силикат кальция с размером частиц d10 выше 1 мкм.
Для получения композитных материалов из карбонизируемой композиции в соответствии с настоящим изобретением можно использовать любой заполнитель, например, материалы, содержащие оксид кальция и/или кремний. Примеры заполнителей включают инертные материалы, такие как диабаз, строительный песок, мелкий гравий. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления в качестве заполнителей могут использоваться легкие заполнители, например, перлит или вермикулит. Также в качестве мелкодисперсных заполнителей могут использоваться промышленные отходы (например, зольная пыль, шлак, кварцевая пыль).
Множество заполнителей могут иметь любой приемлемый средний размер частиц и распределение по размеру. В некоторых вариантах осуществления множество заполнителей имеет средний размер частиц от примерно 0.25 мм примерно до 25 мм (т.е. от примерно 5 мм примерно до 20 мм, от примерно 5 мм примерно до 18 мм, от примерно 5 мм примерно до 15 мм, от примерно 5 мм примерно до 12 мм, от примерно 7 мм примерно до 20 мм, от примерно 10 мм примерно до 20 мм, примерно 1/8, примерно 1/4, примерно 3/8, примерно 1/2, примерно 3/4).
- 8 045468
В композитный материал также могут быть включены химические добавки; например, пластификаторы, ингибиторы, ускорители, диспергенты и другие реологические модификаторы. Также могут быть включены некоторые промышленные химические вещества, такие как Glenium™ 7500 by BASF® Chemicals и Acumer™ от компании Dow Chemical Company. В некоторых вариантах осуществления один или несколько пигментов могут быть равномерно распределены или значительно неравномерно распределены в связующих матрицах в зависимости от желаемого композитного материала. Пигментом может быть любой приемлемый пигмент, например оксиды различных металлов (например, оксид железа, оксид кобальта и оксид хрома). Пигмент может быть любого цвета, например, черным, белым, синим, серым, розовым, зеленым, красным, желтым и коричневым. Пигмент может присутствовать в любом приемлемом количестве в зависимости от нужного композитного материала, например, в количестве от примерно 0,0% до примерно 10% по массе.
Композитные составы на основе карбонизируемого силиката кальиия с повышенной стабильностью pH.
Согласно дополнительным аспектам, настоящее изобретение раскрывает композиции на основе силиката кальция, имеющие повышенную стабильность pH порового раствора при карбонизации. Таким образом, в соответствии с определенными аспектами, предложена композиция на основе силиката кальция, содержащая твердые компоненты и жидкие компоненты; где твердые компоненты содержат цементирующий материал в количестве 8-25 мас.% на основе общего веса твердых компонентов, а остальная часть твердых компонентов являются заполнителем; причем жидкие компоненты содержат усилитель pH в количестве 20-50 мл/кг цементирующего материала и воду в количестве 200-700 мл/кг цементирующего материала.
Заполнитель может содержать первый относительно крупный заполнитель и второй относительно малый заполнитель.
Цементирующий материал может содержать соединение силиката кальция в количестве не менее 50 мас.% на основе общего веса цементирующих материалов и обычный портландцемент.
Цементирующий материал может также содержать дополнительный цементирующий материал (ДЦМ), например, стекловидный алюмосиликат кальция.
Жидкие компоненты также могут содержат один или несколько следующих компонентов: пластификатор, воздухоудерживающая добавка и замедлитель схватывания.
Также можно использовать другие композиции в соответствии с данными следующей таблицы.
Таблица 1
| Твердые компоненты | мае. % твердых частиц в твердых компонентах | |
| Пример | Диапазон, % | |
| Цементирующие материалы* | 17,3 | 8-25 |
| Строительный песок | 38,1 | 0-50 |
| Заполнитель 1/4-3/8 | 24,3 | 10-45 |
| Заполнитель 3/8-Г | 20,3 | 0-50 |
| Заполнитель 1 -2 | 0 | 0-25 |
| Жидкие компоненты | мл/кг цементирующих материалов | |
| Пример | Диапазон | |
| Пластификатор (например, Glenium 7500) | 7 | 0-15 |
| Воздухоудерживающая добавка (например, МВАЕ90) | 1,5 | 0-12 |
| Замедлитель схватывания ((например, Sika Plastiment) | 5 | 0-15 |
| Ингибитор коррозии (например, водная кальциевая селитра) | 20 | 0-50 |
| Вода | 330 | 200-700 |
Примечания.
*Цементирующий материал может дополнительно включать соединение на основе силиката кальция, например, Solidia Cement™, и дополнительно один или несколько ОПЦ и другие дополнительные цементирующие материалы, такие как стекловидный известковый алюмосиликат. Таким образом, в соответствии с одним примером, цементирующий материал может иметь состав, включающий Solidia Cement™ (12,8%)+ОРС (3,46%,)+дополнительный цементирующий материал (стекловидный известковый алюмосиликат) (1,04%).
Соединение силиката кальция (например, Solidia Cement™) может использоваться в диапазоне от 50% до 100%, модификатор pH (например, ОПЦ, водная кальциевая селитра) может использоваться в диапазоне от 0 до 30%, и ДЦМ может использоваться в диапазоне от 0% до 10%.
Карбонизация силикатных цементов.
- 9 045468
Основная практическая ценность карбонизируемой композиции силикатного цемента заключается в том, что его можно использовать для получения композитных материалов, которые применяются для разных целей.
Считается, что во время карбонизации силиката кальция, описанной в настоящем изобретении, происходят следующие реакции.
CaSiO3 (тв.) + СО2 (г.) СаСО3 (тв.) + SiO2 (тв.)(1)
Ca3Si2O7 (тв.) + ЗСО2 (г.) ЗСаСО3 (тв.) + 2SiO2 (тв.)(2)
Ca2SiO4 (тв.) + 2СО2 (г.) 2СаСО3 (тв.) + SiO2 (тв.)(3)
В целом CO2 поступает в виде газовой фазы, которая растворяется в жидкости для фильтрации, например, в воде. При растворении CO2 образуются углекислотные компоненты (например, угольная кислота, Н2СО3), что вызывает снижение pH в растворе. Слабокислотный раствор несогласованно растворяет кальциевые компоненты из фаз силиката кальция. Кальций можно выщелочить из кальцийсодержащих аморфных фаз при помощи аналогичного механизма. Высвобожденные катионы кальция и диссоциированные компоненты карбоната вызывают осаждение нерастворенных карбонатов. Считается, что богатые диоксидом кремния слои остаются на минеральных частицах в виде слоев, бедных кальцием.
СаСО3, полученный из этих или любых других реакций карбонизации CO2, описанных в настоящем изобретении, может существовать в виде одного или нескольких полиморфов СаСО3 (например, кальцит, арагонит и фатерит). Частицы СаСО3 предпочтительно имеют форму кальцита, но также могут присутствовать в виде арагонита или фатерита или в виде комбинации двух или трех полиморфов (например, кальцит/арагонит, кальцит/фатерит, арагонит/фатерит или кальцит/арагонит/фатерит).
Можно использовать CO2 любого подходящего класса в зависимости от требуемого результата карбонизации. Например, можно использовать CO2 промышленного класса с чистотой около 99%, который можно приобрести в различных промышленных газовых компаний, таких как Praxair, Inc., Linde AG, Air Liquide и другие. CO2 может поставляться в крупных резервуарах под давлением в виде жидкого углекислого газа с регулированием температуры в целях поддержания нужного давления пара, например, около 300 фунтов/кв.дюйм. Затем этот газ подается в блок или камеру отверждения (карбонизации) с CO2. В самой простой системе CO2 поступает через блок при контролируемой скорости подачи и замещает атмосферный воздух в блоке. В целом время продувки зависит от размера корпуса и скорости подачи CO2. Во многих системах такой процесс продувки блока воздуха может выполняться за время, измеряемое в минутах, для получения концентрации CO2 до такого уровня, чтобы после этого можно было выполнить отверждение. В простых системах газ CO2 подается в системе с заданной скоростью, чтобы поддерживать концентрацию CO2, достаточную для запуска реакции отверждения.
Карбонизацию можно выполнять путем реакции с CO2 посредством контролируемого гидротермического жидкофазного спекания (ГЖФС) с целью создать связующие элементы, которые удерживают различные компоненты композитного материала. Например, в предпочтительных вариантах осуществления CO2 используют в качестве реакционного компонента для изоляции CO2 и создания связующих элементов в получившихся композитных материалах, при этом углеродный след не сравним с любой из существующих технологий производства. Процесс ГЖФС запускается термодинамически при помощи свободной энергии химических реакций и сокращения поверхностной энергии (площади) в результате кристаллического роста. Кинетика процесса ГЖФС имеет приемлемую скорость при низкой температуре, потому что раствор (водный или неводный) используется для транспортировки компонентов реакции вместо использования жидкости с высокой температурой плавления или высокотемпературной твердофазной среды.
Обсуждение различных особенностей ГЖФС, карбонизируемых цементов на основе силиката кальция, карбонизации и образования связующих элементов, устройства и процессов, связанных с ними, а также смежных вопросов, приводится в патенте США № 8,114,367, публикации США № 2009/0143211 (серийный номер заявки 12/271,566), публикации США № 2011/0104469 (серийный номер заявки 12/984 299), публикации США № 2009/0142578 (серийный номер заявки 12/271 513), публикации США № 2013/0122267 (серийный номер заявки 13/411 218), публикации США № 2012/0312194 (серийный номер заявки 13/491,098), WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), предварительной патентной заявки США № 61/708,423, поданной 1 октября 2012 года и публикации США № 2014/0127450 (серийный номер заявки 14/045 758), публикации США № 2015/0266778 (серийный номер заявки 14/045 519), публикации США № 2014/0127458 (серийный номер заявки 14/045 766), публикации США № 2014/0342124 (серийный номер заявки 14/045 540), публикации США № 2014/0272216 (серийный номер заявки 14/207 413), публикации США № 2014/0263683 (серийный номер заявки 14/207 421), патенте США № 2014/0314990 (серийный номер заявки 14/207 920), патенте № 9,221,027 (серийный номер заявки 14/209 238), публикации США № 2014/0363665 (серийный номер заявки 14/295 601), публикации США № 2014/0361471 (серийный номер заявки 14/295 402), публикации США № 2016/0355439 (серийный номер заявки 14/506 079), публикации США № 2015/0225295 (серийный номер заявки 14/602 313), публикации США № 2015/0056437 (серий- 10 045468 ный номер заявки 14/463 901), публикации США № 2016/0168720 (серийный номер заявки 14/584 249), публикации США № 2015/0336852 (серийный номер заявки 14/818 629), публикации США № 2016/0031757 (серийный номер заявки 14/817 193), публикации США № 2016/0272544 (серийный номер заявки 15/074 659), публикации США № 2016/0096773 (серийный номер заявки 14/874 350), публикации США № 2016/0340261 (серийный номер заявки 14/715 497), публикации США № 2016/0272545 (серийный номер заявки 15/074 692), публикации США № 2017/0102373 (серийный номер заявки 15/290 328), публикации США № 2017/0121223 (серийный номер заявки 15/335 520), публикации США № 2017/0204010 (серийный номер заявки 15/409 352), публикации США № 2017/0253530 (серийный номер заявки 15/449 736), публикации США № 2017/0260096 (серийный номер заявки 15/451 344), публикации США № 2017/0320781 (серийный номер заявки 15/587 705), публикации США № 2017/0341989 (серийный номер заявки 15/609 908), заявка с серийным номером 15/716 392, поданная 26 сентября 2017 года, заявка с серийным номером 15/831,135, поданная 4 декабря 2017 года, полное содержание которых в любых целях включено в настоящий документ посредством ссылки.
На фиг. 1-8 приведены фазовые диаграммы, демонстрирующие различные фазовые отношения среди некоторых из материалов, описанных в настоящем документе.
Связующие элементы.
В результате процесса карбонизации получают карбонизированный композитный материал и изделия, которые микроскопически содержат множество связующих элементов, имеющих один или более типов микроструктуры. В целом множество связующих элементов образует взаимосвязанную связующую матрицу, создающую прочность сцепления и удерживающую композитный материал. Например, микроструктурированными связующими элементами могут быть: связующий элемент, содержащий ядро из непрореагировавшей фазы силиката кальция, полностью или частично окруженной слоем, обогащенным диоксидом кремния, переменной толщины, который полностью или частично заключенное в оболочку из СаСО3; связующий элемент, содержащий ядро из диоксида кремния, образованное в результате карбонизации карбонизируемой фазы силиката кальция, полностью или частично окруженной слоем, обогащенным диоксидом кремния, переменной толщины, который полностью или частично заключенное в оболочку из СаСО3; связующий элемент, содержащий ядро из некарбонизируемой фазы, полностью или частично заключенное в оболочку из СаСО3; связующий элемент, содержащий многофазное ядро из диоксида кремния, образованное в результате карбонизации карбонизируемой фазы силиката кальция и частично прореагировавшего силиката кальция, при этом многофазное ядро полностью или частично окружено слоем, обогащенным диоксидом кремния, переменной толщины, который полностью или частично заключенное в оболочку из СаСО3; связующий элемент, содержащий многофазное ядро из некарбонизируемой фазы и частично прореагировавшего силиката кальция, при этом многофазное ядро полностью или частично окружено слоем, обогащенным диоксидом кремния, переменной толщины, который полностью или частично заключенное в оболочку из СаСО3; или связующий элемент, содержащий частицы частично прореагировавшего силиката кальция без четко выраженного ядра и слоя диоксида кремния, заключенные в оболочку из СаСО3; и связующий элемент, содержащий пористые частицы без четко выраженного ядра и слоя диоксида кремния, заключенные в оболочку из СаСО3.
Слой, обогащенный диоксидом кремния, обычно имеет переменную толщину в связующем элементе и различную толщину в разных связующих элементах, как правило от примерно 0,01 мкм до примерно 50 мкм. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления слой, обогащенный диоксидом кремния, имеет толщину от примерно 1 мкм до примерно 25 мкм. В настоящем документе обогащенный диоксидом кремния обозначает содержание диоксида кремния, которое является значительным среди компонентов материала, например, свыше 50 об.%. Остальная часть слоя, обогащенного диоксидом кремния, в основном содержит СаСО3, в частности, от примерно 10% до примерно 50 об.% СаСО3. Слой, обогащенный диоксидом кремния, также может включать инертные или непрореагировавшие частицы, в частности, от примерно 10% до примерно 50% мелилита по объему. Как правило, слой, обогащенный диоксидом кремния, представляет собой переход от преимущественно диоксида кремния к преимущественно СаСО3. Диоксид кремния и СаСО3 могут присутствовать на смешанных или разрозненных участках.
Слой, обогащенный диоксидом кремния, также характеризуется переменным содержанием диоксида кремния сред разных связующих элементов, как правило, от примерно 50% до примерно 90% по объему (т.е. от примерно 60% до примерно 80%). В некоторых вариантах осуществления изобретения слой, обогащенный диоксидом кремния, обычно характеризуется содержанием диоксида кремния от примерно 50% до примерно 90% по объему и содержанием СаСО3 от примерно 10% примерно до 50% по объему. В некоторых вариантах осуществления изобретения слой, обогащенный диоксидом кремния, характеризуется содержанием диоксида кремния от примерно 70% до примерно 90% по объему и содержанием СаСО3 от примерно 10% примерно до 30% по объему. В некоторых вариантах осуществления изобретения слой, обогащенный диоксидом кремния, характеризуется содержанием диоксида кремния от примерно 50% до примерно 70% по объему и содержанием СаСО3 от примерно 30% примерно до 50% по объему.
Слой, обогащенный диоксидом кремния, может окружать ядро на разную степень покрытия, от примерно 1% до примерно 99% площади наружной поверхности ядра (в частности, от примерно 10% до
- 11 045468 примерно 90%). В некоторых вариантах осуществления изобретения слой, обогащенный диоксидом кремния, окружает ядро на менее примерно 10% площади наружной поверхности ядра. В других вариантах осуществления изобретения слой, обогащенный диоксидом кремния, переменной толщины окружает ядро на более примерно 90% площади наружной поверхности ядра.
Связующий элемент может иметь любой размер, равномерную или неравномерную, сплошную или полую морфологию, что обуславливается выбранным сырьем и производственным процессом, которые зависят от назначения изделия. Примеры морфологии: кубы, кубоиды, призмы, диски, пирамиды, полиэдры или многогранные частицы, цилиндры, сферы, конусы, кольца, трубки, серпы, иглы, волокна, нити, хлопья, сферы, суб-сферы, шарики, виноградины, гранулы, удлиненные частицы, стержни, чешуйки и т.д.
Множество связующих элементов может иметь любой приемлемый средний размер частиц и распределение размера частиц в зависимости от требуемых свойств и характеристик композитного изделия. Например, в некоторых вариантах осуществления, множество связующих элементов может иметь средний размер частиц от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм (т.е. 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).
Взаимосвязанная сеть связующих элементов (матрица) может также включать множество крупнозернистых и/или мелкозернистых частиц наполнителя, которые могут быть выполнены из любого приемлемого материала, иметь любой приемлемый размер частиц и распределение размера частиц. Например, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления частицы наполнителя выполнены из материала, богатого карбонатом кальция, такого как известняк (например, известковая мука). В некоторых материалах частицы наполнителя выполнены из одного или нескольких материалов на основе SiO2 или силиката, таких как кварц, слюда, гранит и полевой шпат (например, кварцевая мука, молотая слюда, молотый гранит, молотый полевой шпат).
В некоторых вариантах осуществления частицы наполнителя могут включать в себя естественные, синтетические и переработанные материалы, такие как стекло, переработанное стекло, угольный шлак, зольную пыль, материал, обогащенный карбонатом кальция, и материал, обогащенный карбонатом магния.
В некоторых вариантах осуществления, множество частиц наполнителя может иметь средний размер частиц от примерно 5 мкм до примерно 7 мм (т.е. 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).
Соотношение массы связующих элементов и частиц наполнителя может иметь любую приемлемую величину в зависимости от назначения композитного материала. Например, соотношение массы связующих элементов и частиц наполнителя может составлять примерно (от 5 до 99):примерно (от 1 до 95), в частности, примерно (от 10 до 99):примерно (от 1 до 90), примерно (от 20 до 99):примерно (от 1 до 80), примерно (от 30 до 99):примерно (от 1 до 70), примерно (от 50 до 90):примерно (от 10 до 50), примерно (от 70 до 90):примерно (от 10 до 30), примерно (от 5 до 90):примерно (от 10 до 95), примерно (от 5 до 80):примерно (от 20 до 95), примерно (от 5 до 60):примерно (от 40 до 95). В некоторых вариантах осуществления в зависимости от применения соотношение массы связующих элементов и частиц наполнителя может составлять примерно (10 до 50):примерно (от 50 до 90), в частности, примерно (от 30 до 50):примерно (от 50 до 70), примерно (от 40 до 50):примерно (от 50 до 60).
Связующий элемент может иметь любой размер и любую равномерную или неравномерную, сплошную или полую морфологию в зависимости от назначения. Примеры морфологии: кубы, кубоиды, призмы, диски, пирамиды, полиэдры или многогранные частицы, цилиндры, сферы, конусы, кольца, трубки, серпы, иглы, волокна, нити, хлопья, сферы, суб-сферы, шарики, виноградины, гранулы, удлиненные частицы, стержни, чешуйки и т.д.
В целом, как более подробно обсуждается в настоящем документе, связующий элемент выполняют из реакционноспособных прекурсоров (т.е. исходных частиц) в результате процесса преобразования. Частицы-прекурсоры могут иметь любой размер и форму, если они соответствуют назначению изделия. Процесс преобразования обычно приводит к тому, что связующие элементы имеют близкие размеры и формы частиц-прекурсоров.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления частицы наполнителя выполнены из ма- 12 045468 териала, богатого карбонатом кальция, такого как известняк (например, известковая мука). В некоторых материалах частицы наполнителя выполнены из одного или нескольких материалов на основе SiO2 или силиката, таких как кварц, слюда, гранит и полевой шпат (например, кварцевая мука, молотая слюда, молотый гранит, молотый полевой шпат).
В некоторых вариантах осуществления частицы наполнителя могут включать в себя природные, синтетические и переработанные материалы, такие как стекло, переработанное стекло, угольный шлак, материал, богатый карбонатом кальция, и материал, богатый карбонатом магния.
В некоторых вариантах осуществления эти композитные материалы могут иметь разные формы, текстуры и другие характеристики, например, внешний вид и различные цвета. Кроме того, композитные материалы в соответствии с настоящим изобретением имеют такую же прочность на сжатие, прочность при изгибе и влагопоглощение, что и обычный бетон или соответствующие природные материалы.
В некоторых вариантах осуществления композит также может содержать пигмент. Пигмент может быть равномерно распределен или значительно неравномерно распределен в связующих матрицах в зависимости от желаемого композитного материала. Пигментом может быть любой приемлемый пигмент, например, оксиды различных металлов (например, оксид железа, оксид кобальта и оксид хрома). Пигмент может быть любого цвета, например, черным, белым, синим, серым, розовым, зеленым, красным, желтым и коричневым. Пигмент может присутствовать в любом приемлемом количестве в зависимости от желаемого композитного материала, например, в количестве от примерно 0,0% до примерно 10% по массе (в частности, 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%).
В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 10%, которое измеряется путем вымачивания материала в воде в течение 24 ч. Разница между массой материала, вымоченного в течение 24 ч, и абсолютно сухой массой (после сушки в течение 24 ч при 105°С) делится на абсолютно сухую массу для получения величины влагопоглощения. В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 8%. В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 5%. В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 4%. В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 3%. В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 2%. В некоторых вариантах осуществления изобретения композитный материал характеризуется влагопоглощением менее примерно 1%.
Композитный материал может проявлять одну или несколько желаемых текстур, форм и физических свойств, в частности, характерных для природного камня. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения композитный материал имеет внешний вид, схожий с природным камнем. Другие характеристики включают цвета (например, черный, белый, синий, розовый, серый (светлый или темный), зеленый, красный, желтый, коричневый, зелено-голубой или сиреневый) и текстуры.
Регулирование СО2.
В описанных вариантах осуществления изобретения можно использовать CO2 промышленного класса с чистотой около 99%, который можно приобрести к различных промышленных газовых компаний, таких как Praxair, Inc., Linde AG, Air Liquide и другие. CO2 может поставляться в крупных резервуарах под давлением в виде жидкого углекислого газа с регулированием температуры в целях поддержания нужного давления пара, например, около 300 фунтов/кв.дюйм. Затем этот газ подают в блок или камеру отверждения с CO2. В самой простой системе CO2 поступает через блок при скорости подачи, достаточной для замещения атмосферного воздуха в блоке. В целом время продувки зависит от размера корпуса и скорости подачи CO2. Во многих системах такой процесс продувки блока воздуха может выполняться за время, измеряемое в минутах, для получения концентрации CO2 до требуемого уровня, чтобы после этого можно было выполнить отверждение. В простых системах газ CO2 подается в системе с заданной скоростью, чтобы поддерживать концентрацию CO2, достаточную для запуска реакции отверждения.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения газ CO2 смешивают с воздухом внутри камеры отверждения для поддержания концентрации CO2 на уровне примерно 30%, или примерно 40%, или примерно 45%, или примерно 50%, или примерно 60%, или примерно 65%, или примерно 70%, или примерно 75%, или примерно 80%, или примерно 85%, или примерно 90%, или примерно 95%, или примерно 99%.
Теперь в качестве примера опишем способ поддержания концентраций углекислого газа во время реакции, который подходит для поддержания высокоточной концентрации несмотря на то, что этот процесс имеет замкнутый цикл и является наиболее дорогостоящим. Этот способ включает в себя измерение концентрации CO2 непосредственно в системе и использование контроллера, например ПЛК, для регулирования уставки концентрации CO2 при помощи электронного/автоматического регулирующего клапана. Предпочтительно следует использовать способ прямого измерения CO2, например, недиспергирующий
- 13 045468 инфракрасный датчик (НДИД). При применении способа НДИД поток пробы газа берут из системы через насос с низким расходом. Для выпадения влаги из потока газа перед взятием пробы прибором НДИД используют охладитель. Поэтому при измерении анализатором не учитывается водяной пар в газе и требуется регулировка для учета влаги, которая была извлечена из контрольной пробы. Измерение влажности в потоке газа системы можно выполнить при помощи психрометрического метода сухого и влажного шарика с использованием психрометрического устройства измерения влажности или другого датчика влажности. Истинную концентрацию CO2 можно вычислить при помощи системы компьютерного управления или ПЛК. После определения истинной концентрации CO2 дозирующий регулирующий клапан может подать сухой CO2 в систему после полного потребления газа и падения уровня ниже уставки, требуемой в этот момент времени. В различных вариантах осуществления при необходимости уставка может меняться со временем в зависимости от опыта отверждения некоторых композиций, формы и размера образцов композитных материалов.
Регулирование влажности.
На фиг. 9 приведена схема примера камеры отверждения композитного материала с CO2, которая обеспечивает увлажнение в соответствии с принципами изобретения. Как изображено на фигуре, блок 10 содержит камеру 12 отверждения с углекислым газом, теплообменник 14, воздуходувку 16, линию 18 рециркуляции газа, линию 20 подачи воды, распылитель воды или парогенератор 22, источник 24 углекислого газа и дозирующий клапан 26. На фиг. 9 предусмотрен источник 20 подачи воды, и водяной пар подается в атмосферу, которая циркулирует в камере 12 отверждения. Вода может подаваться от любого приемлемого источника питьевой воды. В некоторых вариантах осуществления используют обычную водопроводную воду. В некоторых вариантах осуществления воду можно преобразовать в пар при помощи механизма, схематично изображенного в виде элемента 22. Например, этот механизм можно реализовать за счет пропускания воды через распылительное сопло или распылительную форсунку, электрический парогенератор, газовый парогенератор или путем нагрева выше температуры газа в камере 12, чтобы вызывать испарение жидкой воды. Примером такого механизма может служить барабанный реактор с погружным нагревателем. В другом варианте осуществления источник 24 может подавать CO2 в систему после барботирования через источник нагретой воды с целью увеличить относительную влажность поступающего потока газа. Примером такого механизма может служить барабанный реактор, предназначенный для проточной обработки или обработки с открытым контуром.
Относительная влажность - это важный параметр как при отверждении обычного бетона, так и при отвержденбии композитного материала с CO2. В стандартной камере отверждения существует атмосфера влажного воздуха, которая, в основном, включает азот, кислород и водяной пар. В этих системах относительная влажность зачастую измеряется стандартным емкостным датчиком. Однако камеры отверждения с CO2 имеют газовую атмосферу, которая, в основном, включает углекислый газ, несовместимый с некоторыми типами таких датчиков. В системах отверждения композитных материалов с CO2, описанных выше, можно использовать такие технологии измерения, как сухой/влажный шарик, в которых используются психрометрические соотношения углекислого газа и водяного пара, приборы измерения водяного пара с дипольной поляризацией, мониторы температуры или емкостные датчики влажности.
В зависимости от типа и геометрии отверждаемого изделия, конструкции камеры и эффективности упаковки изделия может потребоваться увеличить или уменьшить влажность и поддерживать ее на уровне уставки. Уставка может составлять от примерно 1% до примерно 99%. В процессах отверждения композитных материалов с CO2 могут использоваться три разных способа контроля влажности, которые можно объединить в рамках одной системы. Один способ увлажнения в одном варианте осуществления системы отверждения с CO2 представлен на фиг. 9. Другой способ позволяет удалить влагу из системы для отверждения изделий из композитных материалов при помощи CO2. Простой способ уменьшить относительную влажность -замещение влажного газа в системе сухим газом, например, углекислым газом. В другом варианте осуществления можно сократить относительную влажность и поэтому удалить водяной пар из газа способом без продувки, который в одном из вариантов осуществления представлен охлажденным теплообменником, выполняющим извлечение воды.
На фиг. 10 приведена схема примера компоновки, содержащей камеру отверждения с несколькими способами контроля влажности, а также с возможностью контроля и пополнения CO2 при помощи постоянного регулирования расхода или давления, а также с возможностью контроля температуры в соответствии с принципами настоящего изобретения. Как изображено на фигуре, компоновка 40 содержит камеру 42 отверждения углекислым газом, тонкотрубный теплообменник 44, вентилятор или воздуходувку 46, змеевик 48 охлаждения, распылитель 50 воды, продувочный/выпускной клапан 52, сливной клапан 54, отвод 56 конденсата, линия 58 сброса конденсата, конденсатор 60 воздушного охлаждения, линия 62 охлажденного хладагента, заслонка 64 свежего воздуха, приточная воздуходувка или вентилятор 66 свежего воздуха, продувочная линия/линия 68 подачи свежего воздуха, электромагнит 70 подачи углекислого газа с высоким расходом, источник 72 углекислого газа, регулятор 74 давления, регулятор 76 низкого давления, контроллер-расходомер 78, электромагнит 80 подачи углекислого газа с низким расходом, электромагнит 82 водяного распыления и впуск 84 воды. Эта система является примером системы, которая обеспечивает регулирование по замкнутому циклу или регулирование с обратной связью,
- 14 045468 в рамках которого обеспечиваются уставки рабочих параметров, таких как концентрация CO2, влажность и температура, и выполняются измерения для проверки того, соответствует ли фактическое значение контролируемого параметра требуемой величине. Если измеряется отклонение от требуемой величины, то предпринимаются корректирующие меры, чтобы значение параметра соответствовало требуемому. Такие системы управления могут быть дорогостоящими и сложными, однако полезными при работе с изделиями высокой ценности или изделиями, которым требуются крайне точные технологические условия.
Регулирование температуры.
В некоторых вариантах осуществления температуру измеряют при помощи датчика, например термопары или резистивного температурного датчика (РТД). Сигнал измерения отправляется на контроллер или компьютер, который может регулировать энергию, поступающую в теплообменник, тем самым регулируя температуру всей системы в динамике. Воздуходувка - это важный элемент нагревательной системы, так как она способствует передаче тепловой энергии газу, которая передается изделиям и самой камере, что является важной частью контроля влажности образцов. Нагрев может быть электрическим или газовым. Нагреватели с рубашкой могут использоваться для регулирования температуры CO2, который поступает через камеру, контактирующую с нагревательной рубашкой. Может использоваться любой приемлемый источник тепла. Способы наружного нагрева могут включать в себя, помимо прочего, электрический нагрев, нагрев горячей водой или нагрев горячим маслом. Для камер отверждения CO2 используют системы непрямого газового нагрева вместо систем прямого газового нагрева, так как последние затягивают воздух и продукты горения в систему, тем самым разбавляя CO2 и значительно затрудняя регулирование концентрации CO2. В некоторых системах меньшего размера, например, в барабанных реакторах, используют электрические нагреватели с рубашкой для нагрева всей поверхности камеры, а не нагревательного элемента в камере.
Регулирование расхода газа.
Другим регулируемым параметром является скорость газа на материале, который отверждается в системе. Скорость газа зависит от переменных технологического оборудования, включая, помимо прочего, конструкцию камеры, конструкцию перегородки, размер вентилятора, скорость/мощность вентилятора, количество вентиляторов, температурный градиент в системе, конструкцию стойки в системе и геометрию образца в системе. Самый просто способ регулирования скорости газа в камере - регулирование скорости воздуходувки (об/мин), которое обычно осуществляется при помощи частотно-регулируемого привода для контроля скорости двигателя воздуходувки. Воздуходувку можно использовать для циркуляции газа на заданной скорости в камере отверждения. Скорость газа в системе измеряют при помощи ряда различных способов, включая, но не ограничиваясь, трубки Пито и лазерные доплеровские системы обнаружения. Сигнал измерения скорости газа можно отправить обратно в компьютерную систему или программируемый логический контроллер и использовать в качестве параметра регулирования в профиле отверждения.
Настоящее изобретение не ограничивается точными описаниями, приведенными в тексте. В объеме настоящего изобретения предусматриваются комбинации и/или модификации, которые являются очевидными для специалистов в этой области техники. Некоторые примеры, не носящие ограничительный характер, приводятся ниже для иллюстрации некоторых аспектов изобретения.
Примеры
Композитные материалы на основе цемента с низким содержанием силиката кальция, раскрываемые в настоящем изобретении, основаны на промышленном продукте Solidia Cement™ от компании Solidia Technologies Inc. Продукт Solidia Concrete™ может производиться при помощи цемента Solidia с использованием различных пропорций смеси в зависимости от целевой прочности на сжатие, долговечности и назначения бетона. Цемент в комбинации с другими наполнителями, такими как зольная пыль, шлак, стекловидный известковый алюмосиликат, известковая пыль, которые также называются цементирующими материалами, могут присутствовать в одном кубическом метре Solidia Concrete™ в количестве от 250 до 500 кг, предпочтительно от 350 до 450 кг. На один кубический метр Solidia Concrete™ содержание песка составляет от 700 до 1000 кг, содержание заполнителя 1/4 - от 500 до 600 кг, содержание заполнителя 3/8 - от 400 до 500 кг. Помимо этих твердых материалов использовали промышленные пластифицирующие добавки и замедлители схватывания в разных дозировках. Цементирующий материал включал в себя продукт Solidia Cement™, который представляет собой цемент с низким содержанием силиката кальция, реакционноспособные наполнители, такие как зольная пыль, шлак, стекловидный известковый алюмосиликат (СИАС) и обычный портландцемент (ОПЦ), нереакционноспособные наполнители, такие как известковый порошок, кварцевая пыль, стеклянная пыль. Пластифицирующая добавка может иметь форму жидкости и добавляется в количестве от примерно 3 мл/кг до примерно 12 мл/кг цементирующего содержимого, воздухоудерживающая добавка может быть в жидкой форме и добавляется в количестве от примерно 1 мл/кг до примерно 7 мл/кг цементирующего содержимого. Замедлитель схватывания также может быть в жидкой форме и добавляется в количестве от примерно 3 мл/кг до примерно 10 мл/кг, и добавка-ингибитор коррозии может быть в жидкой форме и добавляется в количестве от примерно 10 мл/кг до примерно 30 мл/кг цементирующего содержимого.
- 15 045468
Фактическое количество компонентов, используемых для 2 разных типов смесей, указано в табл. 2 и 3.
Для получения смесей использовали следующую стандартную процедуру перемешивания.
а) Всыпают весь песок в смеситель. Перемешивают в течение 30 с.
б) Вливают 10% воды затворения в смеситель во время его работы.
в) Добавляют 50% крупных заполнителей в смеситель.
г) Добавляют все цементирующие материалы в смеситель.
д) Добавляют остальные 50% крупных заполнителей в смеситель.
е) Добавляют 50% воды затворения и затем пластифицирующую добавку, после чего перемешивают в течение 30 с для получения практически влажной бетонной смеси.
ж) Добавляют добавку-замедлитель схватывания в частично влажную бетонную смесь и запускают смеситель на 30 с.
з) Добавляют оставшуюся воду во влажную бетонную смесь, визуально наблюдая за смесью. Если смесь слишком влажная, оставшуюся воду не добавляют.
и) Влажную бетонную смесь перемешивают в течение 3 мин в смесителе.
к) Оставляют влажную бетонную смесь в смесителе на 1 мин, л. Перемешивают влажную бетонную смесь в течение еще 1 мин.
Таблица 2
Смесь 1
| Размер партии (9 кг): | 70 | Водоцементное отношение | 0,336 |
| % твердого материала | 94,50% | % жидкости | 5,50% |
| Общая масса твердого материала (кг) | 66,15 | ||
| Общая масса жидкости (кг) | 3,85 |
| Твердые | Масса | Масса |
| компоненты | % | (кг) |
| Цементирующий материал | 17% | П,5 |
| Строительный | 38% | 25,9 |
| песок | ||
| - | 0% | 0,0 |
| Диабаз | 24% | 16,6 |
| Заполнитель 3/8” | 20% | 13,4 |
| - | 0% | 0,0 |
| - | 0,0 | |
| 100% | ||
| Вода | 4,55 | |
| Подобранное содержание воды | 3,38 | |
| Цемент | Масса % | Масса (кг) |
| PECS | 11,45 | |
| 0 | 0,00 | |
| 0 | 0,00 | |
| - | 0,00 | |
| Добавки | мг/кг | Масса (г) |
| Glenium 7500 | 5 | 60,13 |
| 0 | 0 | 0,00 |
| Sika Plastiment | 5 | 57,27 |
| 0 | 0 | 0,00 |
| 0 | 0 | 0,00 |
PECS обозначает цемент Solidia, который в промышленных масштабах производится в Европе. Подобранное содержание воды - это количество воды, которое требуется добавить для получения необходимого водоцементного отношения 0,336.
- 16 045468
Таблица 3
Смесь 2
| Размер партии (9 кг): | 80 | Водоцементное отношение | 0,336 | ||
| % твердого материала | 94,50% | % жидкости | 5,50% | ||
| Общая масса | |||||
| твердого материала (кг) | 75,6 | ||||
| Общая масса жидкости (кг) | 4,4 | ||||
| Твердые | Масса | Масса | |||
| компоненты | % | (кг) | |||
| цементирующие материалы | 17% | 13,1 | |||
| Строительный песок | 38% | 29,4 | |||
| - | - | - | |||
| Диабаз | 24% | 17,7 | |||
| Заполнитель 3/8” | 20% | 15,3 | |||
| - | - | - | |||
| - | - | ||||
| 100% | |||||
| Вода | 5,60 | ||||
| Подобранное содержание воды | 5,67 | ||||
| Цемент | Масса % | Масса (кг) | |||
| WHL16 | 13,09 | ||||
| 0 | 0,00 | ||||
| 0 | 0,00 | ||||
| - | 0,00 | ||||
| Добавки | мг/кг | Масса (г) | |||
| Glenium 7500 | 5 | 68,71 | |||
| 0 | 0 | 0,00 | |||
| Sika Plastiment | 5 | 65,44 | |||
| 0 | 0 | 0,00 | |||
| Accumer 2100 | 0 | 0,00 |
WHL16 обозначает цемент Solidia, который в промышленных масштабах производится в США. Подобранное содержание воды - это количество воды, которое требуется добавить для получения необходимого водоцементного отношения 0,336.
Партии смеси 1 (табл. 2) и смеси 2 (табл. 3) имели следующие необходимые характеристики: содержание влаги от 6 до 8%; содержание воздуха от 5 до 10%, осадка от 0 до 1,5; pH 11 или выше. Проводили исходные измерения этих свежесмешанных партий, которые показали следующие результаты.
- 17045468
Таблица 4
| Партия НРБ | Содержание воздуха | Масса единицы (кг) | Исходная влага | Осадка (дюйм) |
| 1 | 15,00% | 17,95 | 8,23% | 2,50 |
| 2 | 15,00% | 17,95 | 8,23% | 2,50 |
| 3 | 11,50% | 18,55 | 8,05% | 1,38 |
| 4 | 9,00% | 20,00 | 6,22% | 0,00 |
| 5 | 9,00% | 20,00 | 7,22% | 0,50 |
| 6 | 8,50% | 19,15 | 8,00% | 0,00 |
| 7 | 8,50% | 19,15 | 8,00% | 0,00 |
| 8 | 4,30% | 19,98 | 7,84% | 0,50 |
| 9 | 5,10% | 19,78 | 7,38% | 0,50 |
| 10 | 6,50% | 19,64 | 8,00% | 0,00 |
| 11 | 1,60% | 20,03 | 6,78% | 0,00 |
| 12 | 4,80% | 20,11 | 7,08% | 0,50 |
| 13 | 4,60% | 20,00 | 6,48% | 0,50 |
| 14 | 4,30% | 19,81 | 7,69% | 0,50 |
| 15 | 2,60% | 21,19 | 4,79% | 0,50 |
| 16 | 3,20% | 21,20 | 5,50% | 0,00 |
| 17 | 3,20% | 21,20 | 5,50% | 0,00 |
| 18 | 2,50% | 21,29 | 4,87% | 0,00 |
| 19 | 4,00% | 20,78 | 5,70% | 0,00 |
Образцы подготавливали путем заливки смеси 1 или смеси 2 в опалубку. Образцы в опалубках предварительно отверждали путем помещения в климатическую камеру на 3 ч при 60°С и относительной влажности 60% до той степени, которая позволяла извлечь образцы из опалубки. После излечения образцов они проходили предварительную обработку. Образцы помещали на весы для калибровки и измерения массы воды, потерянной при 60°С и относительной влажности 65%. Потери воды каждого образца регистрировали до того, пока они не достигали 2% требуемого содержания влаги. Затем образцы помещали в автоклав и выдерживали в условиях 60°С, 60% относительной влажности при концентрации СО2 55% в течение 85 часов. Значение pH измеряли после перемешивания (pH свежей смеси), после предварительной обработки (3 ч в климатической камере) и после отверждения в течение 20, 40 и 60+ часов в автоклаве. Результаты этих измерений приведены в табл. 5.
- 18045468
Таблица 5
| Матрица с высокой устойчивостью pH в бетоне Solidia | |||||||||
| Условия пре-отверждения Ц Условия отве | эждения | ||||||||
| ID партии | свежий pH | % Н2О удал. | Рн и Время после ч по | pH | Падение pH | о (psi) | Комментарии | ||
| НРВ1 | 12.572 | 16.0 | 12.113 | 20 | 10.565 | 2.007 | 1886 | Spacebag PECS | Смесь-1 | |
| НРВ1 | 12.572 | 16.0 | И 40 | 9.753 | 2.819 | 2596 | Spacebag PECS | ||
| НРВ1 | 12.572 | 16.0 | И 60 | 9.781 | 2.791 | 2501 | Spacebag PECS | ||
| НРВ2 | 12.512 | 15.0 | 12.045 И 20 | 11.396 | 1.116 | 2056 | Spacebag PECS | ||
| НРВ2 | 12.512 | 15.0 | В 40 | 10.411 | 2.101 | 3144 | Spacebag PECS | ||
| НРВ2 | 12.512 | 15.0 | В 60 | 9.836 | 2.676 | 3459 | Spacebag PECS | ||
| НРВЗ | 12.237 | 19.6 | 11.678 | 20 | 11.263 | 0.974 | 1814 | Spacebag PECS | ||
| НРВЗ | 12.237 | 19.6 | В 40 | 10.053 | 2.184 | 2847 | Spacebag PECS | ||
| НРВЗ | 12.237 | 19.6 | В 60 | 9.707 | 2.53 | 3029 | Spacebag PECS | ||
| НРВ4 | 12.71 | 84.4 | 11 759 В 20 | 11.08 | 1.63 | 2624 | Spacebag PECS | ||
| НРВ4 | 12.71 | 84.4 | В 40 | 10.475 | 2.235 | 3151 | Spacebag PECS | ||
| НРВ4 | 12.71 | 84.4 | В 60 | 10.524 | 2.186 | 3767 | Spacebag PECS | ||
| НРВ5 | 12.71 | 39.9 | 11.894 | 20 | 11.74 | 0.97 | 1258 | Spacebag PECS | ||
| НРВ5 | 12.71 | 39.9 | В 40 | 11.782 | 0.928 | 2698 | Spacebag PECS | ||
| НРВ5 | 12.71 | 39.9 | В 60 | 11.79 | 0.92 | 2419 | Spacebag PECS | ||
| НРВ6 | 12.191 | 67.0 | 11.628 | 20 | 10.201 | 1.99 | 2534 | Spacebag PECS | ||
| НРВ6 | 12.191 | 67.0 | В 40 | 10.036 | 2.155 | 3395 | Spacebag PECS | ||
| НРВ6 | 12.191 | 67.0 | В 60 | 10.265 | 1.926 | 3398 | Spacebag PECS | ||
| НРВ7 | 12.191 | 23.8 | 12.124 В 20 | 11.772 | 0.419 | 2004 | Spacebag PECS | ||
| НРВ7 | 12.191 | 23.8 | В 40 | 10.932 | 1.259 | 3118 | Spacebag PECS | ||
| НРВ7 | 12.191 | 23.8 | В 60 | 10.321 | 1.87 | 3690 | Spacebag PECS | ||
| НРВ8 | 12.201 | 41.6 | 12.161 | 20 | 12.024 | 0.177 | 1540 | Spacebag PECS | ||
| НРВ8 | 12.201 | 41.6 | В 40 | 11.817 | 0.384 | 2543 | Spacebag PECS | ||
| НРВ9 | 12.201 | 34.1 | 12.174 | 20 | 12.123 | 0.078 | 933 | WHL 16 | Смесь-2 | |
| НРВ9 | 12.201 | 34.1 | В 40 | 11.976 | 0.225 | 1292 | WHL 16 | ||
| НРБ 10 | 12.847 | 34.4 | 12.624 | 20 | 11.807 | 1.04 | 1128 | Spacebag PECS | Смесь-1 Смесь-2 Смесь-1 Смесь-2 | |
| НРБ 10 | 12.847 | 34.4 | В 40 | 11.777 | 1.07 | 2997 | Spacebag PECS | ||
| HPB10RR | 12.847 | 34.4 | | 80 | 11.342 | 1.505 | 4573 | Spacebag PECS | ||
| НРБ 11 | 11.975 | 25.0 | 11.68 | 20 | 10.738 | 1.237 | 1097 | WHL 16 | |
| НРБ 11 | 11.975 | 25.0 | 40 | 10.312 | 1.663 | 2890 | WHL 16 | ||
| НРВ11 RR | 11.975 | 25.0 | 80 | 9.931 | 2.044 | 3213.4 | WHL 16 | ||
| НРБ 12 | 11.87 | 30.6 | 11.69 | 20 | 11.476 | 0.394 | 2090 | WHL 16 | |
| НРБ 12 | 11.87 | 30.6 | 40 | 10.846 | 1.024 | 4112 | WHL 16 | ||
| HPB12RR | 11.87 | 30.6 | 100+ | 10.182 | 1.688 | 8752 | WHL 16 | ||
| НРБ 13 | 11.7 | 39.0 | 11.5 | 20 | 11.432 | 0.268 | 1843 | WHL 16 | |
| НРБ 13 | 11.7 | 39.0 | 40 | 10.805 | 0.895 | 3266 | WHL 16 | ||
| НРВ13 RR | 11.7 | 39.0 | 100+ | 10.242 | 1.458 | 8763 | WHL 16 | ||
| НРБ 14 | 12.9 | 69.3 | 20 | 12.147 | 0.753 | 2034 | Spacebag PECS | * | |
| НРБ 14 | 12.9 | 69.3 | 12.75 | 40 | 11.968 | 0.932 | 3530 | Spacebag PECS | |
| НРБ14 PR | 12.9 | 56.3 | 100+ | 11.022 | 1.878 | 7220 | Spacebag PECS | ||
| НРБ 15 | 11.93 | 56.3 | 11.7 | 20 | 11.477 | 0.453 | 2772 | WHL 16 | |
| НРБ 15 | 11.93 | 56.3 | 40 | 11.654 | 0.276 | 3895 | WHL 16 | ||
| НРВ15 RR | 11.93 | 56.3 | 100+ | 10.584 | 1.346 | 5520 | WHL 16 | ||
| НРБ 16 | 11.95 | 25.5 | 11.746 | 20 | 11.553 | 0.397 | 1289 | WHL 16 |
Использовали следующую процедуру измерения pH неотвержденного бетона.
1. Сначала получают образец растворной части бетона путем вибрационного воздействия на репрезентативный образец неотвержденного бетона через сито с размером меньше номинального размера
- 19 045468 наименьшего крупного заполнителя. В случае этих партий достаточно сита № 4.
2. В пробирку заливают небольшое количество строительного раствора до такого уровня, чтобы до него мог достать измерительный наконечник.
3. Добавляют деионизированную воду примерно на сантиметр выше раствора и тщательно перемешивают.
4. Отставляют образец на 1 мин и измеряют pH. В качестве альтернативы измерительный наконечник можно поместить непосредственно в пробирку, но в этом случае для стабилизации показаний потребуется время.
Использовали следующую процедуру измерения pH образцов после карбонизации в камере отверждения с CO2.
1. Берут раздробленные остатки после испытания бетонного цилиндра на сжатие и собирают мелкие частицы. Если собранные частицы взяты только из определенной части цилиндра, цилиндр разбивают молотком, чтобы можно было взять достаточно частиц для испытания.
2. Частицы просеивают через сито № 30 для получения образца для измерения pH.
3. В пробирку засыпают небольшое количество частиц до такого уровня, чтобы до него мог достать измерительный наконечник.
4. Добавляют деионизированной воды примерно на сантиметр выше образца и тщательно перемешивают.
5. Отставляют образец на 1 мин и измеряют pH. В качестве альтернативы измерительный наконечник можно поместить непосредственно в пробирку, но в этом случае для стабилизации показаний потребуется время.
В таблице выше приведены результаты для каждой партии (смесь 1 (нечетный номер партии) или смесь 2 (четный номер партии) и процентное содержание удаленной воды с соответствующими результатами. В желтых ячейках указан требуемый окончательный pH в отвержденном состоянии, в красных требуемое падение pH между исходным и окончательным состоянием. В зеленых ячейках указано, что достигнута целевая прочность на сжатие свыше 3000 фунтов/кв.дюйм.
На фиг. 12 показано падение pH в виде процентного содержания удаленной воды при отверждении при разной длительности с цементом смеси 1.
На фиг. 13 показано падение pH в виде процентного содержания удаленной воды при отверждении при разной длительности с цементом смеси 2.
Изобретение заявителя описано в предпочтительных вариантах осуществления со ссылками на фигуры, в которые аналогичные номера обозначают те же или аналогичные элементы. Ссылка в тексте настоящей заявки на один вариант осуществления, какой-либо вариант осуществления или аналогичное выражение означает, что определенный признак, конструкция или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, фразы один вариант осуществления, какой-либо вариант осуществления или аналогичные фразы в настоящем документе могут обозначать (но не обязательно обозначают) один и тот же вариант осуществления.
Описанные признаки, конструкции и характеристики из раскрываемого изобретения можно объединить любым удобным способом в один или несколько вариантов осуществления. В описании приводятся различные подробные сведения, служащие для полноценного понимания вариантов осуществления изобретения. Специалист в области техники сможет понять, что композицию и/или способ из заявки можно использовать без одного или несколько указанных признаков или с другими способами, компонентами, материалами и так далее. В других примерах хорошо известные конструкции, материалы или операции не описаны подробно с тем, чтобы не мешать пониманию настоящего изобретения.
Другие варианты осуществления в рамках формулы настоящего изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники после изучения характеристик и практического применения вариантов осуществления, раскрываемых в настоящей заявке. Подразумевается, что характеристики являются примерными, и действительный объем и характер настоящего изобретения раскрываются в прилагаемой формулы.
В связи с этим демонстрируется достижение нескольких преимуществ.
Поскольку в описанные способы и композиции можно вносить различные изменения без ограничения объема изобретения, считается, что все аспекты, раскрытые в описании, являются наглядными и не носят ограничительный характер.
Все ссылки в настоящем документе включены в него посредством ссылки. Обсуждение ссылок приводится только для обобщения выводов, сделанных авторами, и не считается, что такие ссылки представляют собой уровень техники. Заявители оставляют за собой право оспаривать точность и значимость приведенных ссылок.
Любые значения, выражающие количество ингредиентов, компонентов, реакционных условий и так далее, во всех случаях сопровождаются слова примерно, и поэтому считается, что их можно изменить. Несмотря на числовые диапазоны и параметры, описанные выше, широкий объем предмета настоящего изобретения является приблизительным, и указанные числовые значения приведены с максимальной
-
Claims (18)
- точностью. Однако все числовые значения могут содержать присущие им определенные погрешности или неточности, например, в связи с используемыми способами измерения. Ни один из признаков, описанных в настоящем документе, нельзя интерпретировать как применение 35 U.S.C. §112, 6, кроме случаев, когда используется термин означает.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ получения карбонизированного композитного материала, включающий в себя обеспечение карбонизируемого цементирующего материала в форме частиц;смешивание карбонизируемого цементирующего материала с водой для получения смеси;формирование из этой смеси предварительно определенной формы, где предварительно определенная форма имеет исходную поровую структуру, содержащую исходный поровый раствор с первым pH;предварительную обработку предварительно определенной формы в среде, содержащей атмосферный воздух или диоксид углерода, для удаления из нее заранее определенного количества воды для получения предварительно обработанной формы;карбонизацию предварительно обработанной формы в среде, содержащий диоксид углерода, для получения модифицированной поровой структуры, содержащей модифицированный поровый раствор со вторым pH, причем разница между первым pH и вторым pH представлена ApH, где ApH составляет 1,0 или меньше.
- 2. Способ по п.1, в котором первый pH составляет 11,5 или выше.
- 3. Способ по п.1, в котором второй pH составляет по меньшей мере от 9,5 до 11,5.
- 4. Способ по п.1, в котором при карбонизации предварительно обработанной формы образуется один или несколько связующих элементов, где каждый связующий элемент содержит ядро, имеющее первый химический состав, включающий в себя один или несколько химических элементов;обогащенный диоксидом кремния первый слой, по меньшей мере частично покрывающий периферийную часть указанного ядра; и обогащенный карбонатом кальция и/или карбонатом магния второй слой, по меньшей мере частично покрывающий периферийную часть первого слоя.
- 5. Способ по п.1, в котором предварительно определенное количество воды, удаленное из предварительно определенной формы во время предварительной обработки, составляет от 20 до 70%.
- 6. Способ по п.5, в котором предварительно определенное количество воды, удаленное из предварительно определенной формы во время предварительной обработки, составляет от 40 до 50%.
- 7. Способ по п.1, в котором предварительную обработку осуществляют в среде, содержащей диоксид углерода, а концентрация диоксида углерода превышает 0% до 50%.
- 8. Способ по п.1, в котором концентрация диоксида углерода во время карбонизации предварительно обработанной формы составляет от 10 до 100%.
- 9. Способ по п.1, в котором концентрация диоксида углерода во время карбонизации предварительно обработанной формы составляет от 50 до 99%.
- 10. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя формирование из указанной смеси предварительно определенной формы путем заливки смеси в опалубку; и предварительное отверждение смеси в опалубке, по меньшей мере, до твердости, достаточной для снятия опалубки.
- 11. Способ по п.1, в котором указанная смесь содержит заполнители.
- 12. Способ по п.11, в котором указанные заполнители имеют размер частиц от 0,25 до 25 мм.
- 13. Способ по п.11, в котором заполнители содержат песок.
- 14. Способ по п.11, в котором заполнители содержат гравий, диабаз или гранитный камень.
- 15. Способ по п.13, в котором песок является доломитовым.
- 16. Способ по п.13, в котором песок является кремнистым.
- 17. Способ по п.1, в котором указанная смесь дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку-увеличитель pH в количестве от 1 до 30% по массе от общего количества цементирующего материала.
- 18. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одну из добавок-увеличителей pH выбирают из следующих: водная кальциевая селитра, нитрит кальция, NaOH, бикарбонат натрия, портландцемент, силикат натрия, огнеупорный СаО, огнеупорный MgO, бетонный переработанный материал (БПМ), шлаковый заполнитель и их комбинации.-
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/913,052 | 2019-10-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045468B1 true EA045468B1 (ru) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12012365B2 (en) | Mitigation of corrosion in carbonated concrete based on low-calcium silicate cement | |
| JP7019557B2 (ja) | ケイ酸カルシウムの炭酸塩化による複合材料および結着成分およびそれらの製造方法 | |
| EP3405446B1 (en) | Novel cement chemistries | |
| US11618714B2 (en) | Methods of forming cured composite materials with optimized pH and related compositions and systems | |
| JP6837836B2 (ja) | 中空コア物品及び複合材料、並びにそれらを製造及び使用する方法 | |
| JP6479805B2 (ja) | 気泡複合材料、その製造方法および使用 | |
| JP2023159143A (ja) | 複合材料、製造方法およびその使用 | |
| US11518715B2 (en) | Compositions and method to improve the durability of calcium silicate-based cements and concretes | |
| US20160168720A1 (en) | Anticorrosive coatings, processes and uses thereof | |
| CN108503288A (zh) | 一种基于碳酸化复合激发的人工备防石及其制备方法 | |
| EA045468B1 (ru) | СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТВЕРЖДЕННЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОПТИМИЗИРОВАННЫМ pH И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ И СИСТЕМЫ | |
| Miller | Use of diatomaceous earth as a siliceous material in the formation of alkali activated fine-aggregate limestone concrete | |
| EA040455B1 (ru) | Композитные материалы и связующие элементы, получаемые карбонизацией силиката кальция, и способы их получения и применения |