铺路石和砌块复合材料以及其制备方法技术

本发明专利技术提供新颖的铺路石材以及建筑砌块复合材料与制备所述材料的方法。铺路石材以及建筑砌块复合材料可以通过一种生产方法由广泛可用的低成本前体材料容易地生产，该生产方法涉及在适合于大规模生产的模具中压实。前体材料包括例如硅灰石的硅酸钙以及可以包含富含二氧化硅的材料的微粒状填充材料。添加剂可以包括富含碳酸钙和富含碳酸镁的材料。可以使用各种添加剂来微调复合材料的物理外观以及机械性质，所述添加剂诸如：诸如有色材料颗粒的着色剂，以及颜料(例如，黑色氧化铁、氧化钴以及氧化铬)。所述铺路石材以及建筑砌块复合材料展现类似于石材的视觉图案以及显示等同于或优于石材的抗压强度以及吸水率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年3月13日提出申请的共同代决美国临时专利申请号61/780,592的优先权以及权益，该申请以引用的方式全部并入本文中。
本专利技术大体而言涉及新颖的复合材料，所述复合材料可以用作铺路石或用作建筑砌块。更具体地，本专利技术涉及合成的铺路石和建筑砌块材料以及其由包括水和二氧化碳的各种低成本原材料的制备。所述复合材料适合于建筑、基础设施、艺术品以及装潢中的各种用途。
技术介绍
自古以来，人们已知并且使用石材作为建筑材料。石材的独特美学和物理特性使得石材成为房屋与建筑以及装饰艺术与雕塑中的理想材料。铺路石为通过使用浇铸工艺、压制工艺、压实工艺、或振动与压制的组合制成的混凝土砌块。铺路石大体而言以互锁图案铺砌。所述铺路石有时还被称为铺路石材。所述铺路石在使用寿命期间可以被损坏时用新的铺路石移除，从而减少任何的服务中断。互锁铺路石可以设计成在图案之间具有间隙，提供该间隙用于将水排出到下层。ASTMC936提供混凝土铺路石需要满足的但不限于以下各项的标准：8000psi的平均抗压强度；不大于5％的平均吸水率；以及对至少50个冻融循环平均材料损坏不超过1％的抵抗力。除所述ASTM要求之外，还可能希望铺路石满足额外要求，包括减少的风化(例如，减少反应产物由于浓度梯度的析出)、良好的保色性以及取决于铺路石用于何处的耐磨性。类似铺路石，砌块也是通过浇铸或压制工艺或类似的压实工艺生产的预浇铸混凝土。砌块也被称为混凝土砌筑单元(Concretemasonryunit；CMU)、空心砌块以及混凝土砌块。当砌块由飞灰制成时，所述砌块被称为煤渣砌块。所述砌块通常具有空心结构。已努力研究人工或人造铺路石材以及建筑砌块材料，以用低成本易生产的仿制品替代昂贵且稀缺的天然材料。然而，所述努力尚未生产出具有期望的石材的外观、纹理、密度、硬度、孔隙度以及其他美学特性并同时可以在环境影响最小的情况下以低成本大量制造的合成材料。预期砌块相比于黏土砖提供更好的结构性质(用于承重砌筑结构)以及在制造砌筑墙时提供更平滑的表面。另外，互锁混凝土砌筑单元不需要砂浆来黏合所述单元。一些砌块可以用以建造空心结构，该空心结构相比于实心结构产生良好的隔音性以及隔热性。砌块需要大体上符合承重混凝土砌筑单元标准规范ASTMC90的要求。符合该标准的砌块在强度、几何结构、耐久性以及耐火性上确保是可以接受的，并且所述砌块用于标准商业建设项目是大体上可以接受的。大多数人工石材仿制品通过将天然石材粉末以及矿物微粒与波特兰水泥(PortlandCement)掺混而制备。将天然石材、矿物与水泥掺混物与水混合、形成为想获得的形状并且固化。该方法受众多缺陷影响，包括不良的重现性、低产率、劣化、高加工成本、不尽人意的机械性质等。其他人工石材仿制品通过将天然石材粉末以及矿物与合成树脂(例如，丙烯酸、不饱和聚酯、环氧树脂)掺混而制备。该方法也受众多缺陷影响，包括不良的重现性、低产率、劣化、高加工成本、不尽人意的机械性质等。此外，现有方法通常涉及大能量消耗以及具有不利的碳足迹的二氧化碳排放。存在对新颖的复合铺路石材以及建筑砌块材料的持续需要，所述铺路石材以及建筑砌块材料展现良好的美学以及物理特性，并且能够以低成本在改良的能量消耗以及理想的碳足迹的情况下大量生产。
技术实现思路
本专利技术部分地基于对新颖的铺路石材以及建筑砌块复合材料的出乎意料的发现，所述材料可以通过适合于大规模生产的工艺由广泛可用的呈颗粒形式的低成本原材料容易地生产。原材料包括微粒状前体材料以及微粒状填充材料，所述微粒状前体材料包含成为接合单元的微粒状硅酸钙(例如，研磨硅灰石)，所述微粒状填充材料包括矿物质(例如，石英以及其他含SiO2材料、云母以及长石)。流体组分也作为反应介质提供，其包含液态水和/或水蒸气以及试剂二氧化碳(CO2)。添加剂材料可以包括天然或回收材料以及富含碳酸钙和富含碳酸镁的材料，以及流体组分的添加剂，诸如水溶性分散剂。各种添加剂可以用来微调所得复合建筑材料的物理外观以及机械性质，所述添加剂诸如：有色材料的颗粒，有色材料诸如有色玻璃、有色砂粒以及有色石英颗粒；以及颜料(例如，黑色氧化铁、氧化钴以及氧化铬)。可以使用术语“着色剂”大体上指代有色材料以及颜料中的任一者或两者。为了模仿铺路石材以及建筑砌块的外观，微粒状填充材料可以包括精细颗粒。为了提供硬度精细颗粒可以是SiO2系材料，或者精细颗粒可以包含各种材料，包括砂粒、选自矿物以及添加剂材料的研磨、压碎或以其他方式粉碎的物质。在各种实施例中，本专利技术提供一种模仿类似石材物件的外观以及“感觉(feel)”的产品。举例而言，描述一种合成铺路石产品。该产品通过使用模具制造。铺路石的模具构造为模仿通常在真实的石材铺路石中观察到的形状与表面凹凸的结构的物理“相反物(negative)”，以使得浇铸合成铺路石生产为具有赋予真实石材铺路石的表面外观以及物理“感觉”的表面特征。表面特征可以包括以下中的任一者：表面凹凸和/或粗糙、相邻铺路石之间的空间、从一块石材过渡到相邻石材时发生的表面高度变化、以及模仿一块石材和/或彼此相邻的多块石材的类似特征。所述铺路石材以及建筑砌块复合材料展现石材典型的表面特征并且显示相比于天然石材可以接受的抗压强度以及吸水率。另外，可以使用高效的气体辅助热液液相烧结(HLPS)工艺以低成本并在大大改善能量消耗以及碳足迹的情况下生产本专利技术的复合建筑材料。事实上，在本专利技术的优选实施例中，将CO2作为反应性物种消耗，从而导致CO2的净固存。根据一个方面，本专利技术的特征为一种复合建筑材料。该复合建筑材料包含：多个接合单元，其中每个接合单元包含：主要包含硅酸钙的核心，富含二氧化硅的第一层或内层，以及富含碳酸钙的第二层或外层；以及包含精细填充颗粒的多个填充颗粒，其中多个接合单元以及多个填充颗粒一起形成一个以上接合基质，并且接合单元以及填充颗粒构造成由于反应而接合在一起，在所述反应中，存在包含多于50％的二氧化碳的气氛。该复合建筑材料以铺路石材或建筑砌块的形式提供。在一个实施例中，接合单元以及填充颗粒构造成由于反应而接合在一起，在该反应中，存在包含多于80％的二氧化碳的气氛。在又一实施例中，该复合建筑材料进一步包含着色剂。在再一实施例中，多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合建筑材料，该材料包含：多个接合单元，其中每个接合单元包含：核心，该核心主要包含硅酸钙，富含二氧化硅的第一层或内层，以及富含碳酸钙的第二层或外层；以及多个填充颗粒，所述填充颗粒包含精细填充颗粒，其中所述多个接合单元以及所述多个填充颗粒一起形成一个以上接合基质，且所述接合单元以及所述填充颗粒构造成作为反应结果而接合在一起，在该反应中包含存在大于50％的二氧化碳的气氛，其中所述复合建筑材料以铺路石材或建筑砌块的形式提供。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.13 US 61/780,5921.一种复合建筑材料，该材料包含：
多个接合单元，其中每个接合单元包含：
核心，该核心主要包含硅酸钙，
富含二氧化硅的第一层或内层，以及
富含碳酸钙的第二层或外层；以及
多个填充颗粒，所述填充颗粒包含精细填充颗粒，
其中所述多个接合单元以及所述多个填充颗粒一起形成一个以上
接合基质，且所述接合单元以及所述填充颗粒构造成作为反应结果而
接合在一起，在该反应中包含存在大于50％的二氧化碳的气氛，其中
所述复合建筑材料以铺路石材或建筑砌块的形式提供。
2.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中，所述接合单元以
及所述填充颗粒经构造成作为反应结果而接合在一起，在该反应中包
含存在大于80％的二氧化碳的气氛。
3.如权利要求1所述的复合建筑材料，进一步包含着色剂。
4.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述多个接合单元
具有在约5μm至约100μm的范围内的中值粒径。
5.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述填充颗粒由富
含二氧化硅的材料制成。
6.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中，所述多个填充颗
粒包括石英、云母和长石中的一种以上。
7.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述多个接合单元
由研磨硅灰石化学转化而成。
8.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述多个接合单元
由硅灰石之外的前体硅酸钙化学转化而成。
9.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述多个接合单元
由包含铝、镁、铁中的一种以上的前体硅酸钙化学转化而成。
10.如权利要求3所述的复合建筑材料，其中所述着色剂包括氧
化铁、氧化钴及氧化铬中的一种以上。
11.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述接合单元与所
述填充颗粒的重量比为约8-50:50-92。
12.如权利要求4所述的复合建筑材料，其中所述着色剂以从0
重量％至约10重量％的量存在。
13.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中，通过使研磨硅灰
石通过受控热液液相烧结工艺与CO2反应而由研磨硅灰石化学转化来
制备所述多个接合单元。
14.如权利要求1所述的复合建筑材料，其中，通过使除硅灰石
之外的前体硅酸钙通过受控热液液相烧结工艺与CO2反应而由除硅灰
石之外的前体硅酸钙化学转化来制备所述多个接合单元。
15.如权利要求1所述的复合建筑材料，具有50MPa至300MPa
的抗压强度以及5MPa至30MPa的挠曲强度。
16.如权利要求1所述的复合建筑材料，具有小于约10％的吸水
率。
17.如权利要求1所述的复合建筑材料，展现类似于石材的视觉
图案。
18.一种用于制备复合建筑材料的方法，该方法包含以下步骤：
混合微粒状组成物以及液体组成物以形成浆料混合物，其中所述
微粒状组成物包含：
研磨硅酸钙，该研磨硅酸钙具有在约1μm至约100μm的范围内
的中值粒径，以及
多个填充颗粒，该多个填充颗粒包含精细颗粒，
并且其中所述液体组成物包含：
水，以及
分散剂；
将所述浆料混合物放料在模具中；
压实所述模具内的所述浆料混合物，以及
在水和CO2的气氛下于约20℃至约150℃的范围内的温度下固化
所述浆料混合物约1小时至约80小时，以产生呈铺路石材或建筑砌块
的形式的复合建筑材料，所述气氛具有环境大气压力至环境大气压力
以上约60psi的范围内的压力且具有范围为约10％至约90％的CO2浓
度。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包含以下步骤：在所述浆
料混合物放料至所述模具中并且在所述模具内压实时，振动所述模具。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述微粒状组成物进一步包
含着色...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯·亨，迪帕克·拉维库马，约翰·P·库普勒，肯尼思·史密斯，乌古斯汗·奥夫拉兹，戴维·赞布吉齐，瓦西特·阿塔坎，
申请(专利权)人：索里迪亚科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US