基于低钙硅酸盐水泥的碳化混凝土的腐蚀的缓解制造技术

本发明专利技术提供一种防止、缓解或延迟铁或钢(例如普通碳钢)部件的腐蚀开始的方法和组合物，以及基于可碳化硅酸钙水泥的对象。所述铁或钢构件被用作加固件或至少部分地内嵌于基于可碳化硅酸钙水泥的碳化混凝土复合材料和物体内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于低钙硅酸盐水泥的碳化混凝土的腐蚀的缓解
本专利技术主要涉及一种复合材料。
技术介绍
在本说明书中，如果引用或讨论了文件、行为或知识术语，则该引用或讨论并不意味着承认该文件、行为或知识术语或其任何组合在优先权日是公开的、为公众可获得的、为公众所知的、属于公知常识的一部分或根据适用的法律规定构成现有技术；或对于本说明书试图解决有关问题而言是已知。混凝土无处不在。我们的家很可能依赖于它，我们的基础设施就是以它为基础，我们的大多数工作场所也是如此。传统混凝土是通过将水和骨料(如砂和碎石)与普通硅酸盐水泥(OPC)混合而成，普通硅酸盐水泥是一种合成材料，通过在回转窑中以1450℃左右的烧结温度燃烧研磨石灰石和粘土的混合物或类似成分的材料而成。制造OPC不仅是一个能源密集型的过程，也是一个释放大量温室气体(CO2)的过程。水泥工业约占全球人为二氧化碳排放量的5％。这些二氧化碳中的超过60％来自石灰石的化学分解或煅烧。传统的混凝土的生产和使用在经济和环境影响方面都不是最佳的。这种传统混凝土的生产技术涉及消耗大量的能源和排放二氧化碳，导致不利的碳足迹。此外，石灰石供应的日益短缺也对普通水硬水泥配方(如硅酸盐水泥)的可持续性产生负面影响。这种认识是促使可碳化水泥配方发展的因素之一。可碳化水泥是指主要通过与二氧化碳、任何形式的CO2反应而固化的水泥，例如存在于水中的气态CO2、碳酸形式的CO2、H2CO3或允许CO2与非水硬性水泥材料反应的其他形式。固化过程将二氧化碳气体隔离在固化材料中，从而提供明显的环境效益。例如，索里迪亚水泥TM已被誉为突破性技术，例如，被“R&D100创新奖”评为新技术100强之一。与波兰特水泥及其在传统水硬混凝土中的应用相比，索里迪亚水泥TM的生产及其在混凝土中的应用可将这些材料的二氧化碳足迹减少70％。此外，在基于索里迪亚水泥的混凝土制造过程中，所使用的80％的水易于再回收和再利用。由OPC形成的预制混凝土物体，如预应力混凝土纵梁、横梁和铁路枕木，通常包括作为钢筋的嵌入式普通碳钢。此外，现铸混凝土，如桥面板和路面，通常用钢筋加固。例如，加强筋(钢筋)为普通钢筋或钢丝网，是钢筋混凝土和钢筋砌体结构中常见的拉紧装置，以用于加强和保持混凝土受压。环氧树脂涂层钢、镀锌钢和/或不锈钢也可用作加强单元。在水存在下，OPC的水合作用在多孔材料内产生溶液，所述溶液主要由碱性氢氧化物(如Ca(OH)2、NaOH和KOH)组成。根据水泥和骨料的组分，孔溶液的pH值通常在12.5到13.5之间。然而，在一定条件下，OPC暴露于CO2时也会发生碳化反应。例如，Ca(OH)2可与CO2反应生成CaCO3和H2O。当传统混凝土发生碳化时，由于羟基离子浓度急剧降低，由水和从水泥中溶解的离子(如钙离子、钠离子和/或钾离子)组成的驻留在材料孔隙中的溶液(“孔溶液”)的pH值下降到接近9。由环境渗透的盐也可能导致孔溶液组分产生显著的变化。当通过降低孔溶液pH值或共同使用低pH值的孔溶液和氯化物而去除铁或钢(例如，普通碳钢)表面的钝化膜时，在传统混凝土中的普通碳钢开始被腐蚀。OPC的初始孔溶液pH值通常高于12，帮助避免或减缓钢筋的腐蚀过程。然而，在使用寿命期间，OPC在冬季受到盐类氯离子的渗透和/或与大气中的二氧化碳(CO2)发生碳化反应的影响，后者降低了传统混凝土中孔溶液的pH值。由于腐蚀而形成的腐蚀产物体积易膨胀。腐蚀钢筋而产生的腐蚀产物会对周围的OPC产生严重的内应力，导致裂纹，最终导致结构失效。与OPC基传统混凝土类似，可碳化低硅酸钙基未碳化混凝土材料，如上述材料(即索里迪亚水泥TM和索里迪亚混凝土TM)在刚混合时，其孔溶液的pH值大于12。然而，碳化后，孔溶液的pH值在固化过程中降低。通过固化过程促进材料的硬化，其中硅酸钙形成碳酸钙。抗压强度为10000psi或更高的低硅酸钙基碳化混凝土经充分反应后，其中孔溶液的pH值约为9.5。由于孔溶液具有如此低的pH值，一旦加强材料的表面与淡水或氯离子接触，加强或内嵌钢筋表面上的钝化膜就容易受到腐蚀。因此，需要新的和改良的材料组分和生产工艺，以解决低硅酸钙基可碳化非水硬水泥和混凝土产品中铁或钢(如普通碳钢)部件的腐蚀问题。虽然已经讨论了常规技术的某些方面以促进本专利技术的公开，但是申请人绝不否认这些技术方面，并且可以设想，所要求保护的专利技术可以包含或包括本文讨论的常规技术的一个或多个方面。
技术实现思路
本专利技术提供了新的方法和组合物，用于防止、缓解或延迟铁或钢(例如普通碳钢)部件开始腐蚀，这些部件用作钢筋或内嵌于碳化材料中，例如碳化低硅酸钙基混凝土或复合材料，以及由可碳化低硅酸钙基水泥(“CSC水泥”)制成的物体。本专利技术包括新的固化方法和配方，其阻止或延迟低硅酸钙水泥基材料(例如碳化硅酸钙水泥基混凝土(“CSC混凝土”)物体)中普通碳钢环氧树脂镀层钢、镀锌钢和/或不锈钢钢筋的腐蚀。例如，CSC混凝土的抗压强度取决于反应，碳化混凝土物体的抗压强度可达到10000psi或更高。如本文所公开的，通过改变配料设计、固化条件和/或固化时间的持续时间，在相应孔溶液pH值大于约9.5，甚至高达约13.5的碳化CSC中，可使抗压强度达到约3500至约10000psi或更高。这种有利的pH值为与CSC水泥或CSC混凝土接触的铁或钢提供保护，并减缓其腐蚀。现在将描述本专利技术的多个方面。应当理解的是，专利技术人设想，下面列出的或本文在其他地方描述的本专利技术的任何特征或方面可以以任何顺序和数量与本专利技术的任何其他特征或方面组合。本专利技术提供一种碳化复合材料，其包括：包括多个接合单元的接合基质；以及多个孔，所述孔包括pH大于约9.5的孔溶液，其中每一接合单元包括一个核心，第一富硅层以及第二富碳酸钙和/或碳酸镁层，其中所述核心包括可碳化材料，所述第一富硅层至少部分地覆盖所述核心的一些外围部分，所述第二富碳酸钙和/或碳酸镁层至少部分地覆盖所述第一富硅层的一些外围部分；并且其中，所述碳化复合材料具有3500psi或更大的抗压强度。本文所述的碳化复合材料，其中所述孔溶液的pH为约10至约13.5。所述抗压强度可以为4000psi或更大。所述抗压强度可以为5000psi或更大。所述抗压强度可以为大于约7000psi。所述抗压强度可以为大于约10000psi。所述接合基质进一步包括一个或多个pH增强添加剂。所述一个或多个pH增强添加剂选自四水合硝酸钙、亚硝酸钙、NaOH、碳酸氢钠、OPC、硅酸钠、高碱性混凝土再生材料(CRM)、矿渣骨料、死烧CaO、死烧MgO、以及它们的组合物。所述多孔体进一步包括一种或多种用于提高抗水性的添加剂。所述一种或多种用于提高抗水性的添加剂选自C类粉煤灰、F类粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣(GGBFS)、细玻璃粉、玻璃质钙铝硅酸盐、硅粉、石灰石粉、以及它们的组合物。所述多孔体进一步包括一种或多种减水剂、引气剂、缓凝剂、以及它们的组合物。一种由本文所述的碳化复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化复合材料，其包括：/n包括多个接合单元的接合基质；以及/n多个孔，所述孔包括pH大于约9.5的孔溶液，/n其中每一接合单元包括/n一个核心，其中所述核心包括可碳化材料，/n第一富硅层，所述第一富硅层至少部分地覆盖所述核心的一些外围部分，以及/n第二富碳酸钙和/或碳酸镁层，所述第二富碳酸钙和/或碳酸镁层至少部分地覆盖所述第一富硅层的一些外围部分；并且/n其中所述碳化复合材料具有3500psi或更大的抗压强度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180222 US 62/634,0351.一种碳化复合材料，其包括：
包括多个接合单元的接合基质；以及
多个孔，所述孔包括pH大于约9.5的孔溶液，
其中每一接合单元包括
一个核心，其中所述核心包括可碳化材料，
第一富硅层，所述第一富硅层至少部分地覆盖所述核心的一些外围部分，以及
第二富碳酸钙和/或碳酸镁层，所述第二富碳酸钙和/或碳酸镁层至少部分地覆盖所述第一富硅层的一些外围部分；并且
其中所述碳化复合材料具有3500psi或更大的抗压强度。


2.如权利要求1所述的碳化复合材料，其中所述孔溶液的pH为约10至约13.5。


3.如权利要求2所述的碳化复合材料，其中所述碳化复合材料具有4000psi或更大的抗压强度。


4.如权利要求2所述的碳化复合材料，其中所述碳化复合材料具有5000psi或更大的抗压强度。


5.如权利要求1所述的碳化复合材料，其中所述材料具有大于约7000psi的抗压强度。


6.如权利要求4所述的碳化复合材料，其中所述材料具有大于约10000psi的抗压强度。


7.如权利要求1所述的碳化复合材料，其中所述接合基质进一步包括一个或多个pH增强添加剂。


8.如权利要求7所述的碳化复合材料，其中所述一个或多个pH增强添加剂选自四水合物硝酸钙、亚硝酸钙、NaOH、碳酸氢钠、OPC、硅酸钠、高碱性混凝土再生材料、矿渣骨料、死烧CaO、死烧MgO、以及它们的组合物。


9.如权利要求1所述的碳化复合材料，其中所述多孔体进一步包括一个或多个用于提高抗水性的添加剂。


10.如权利要求9所述的碳化复合材料，其中所述一个或多个用于提高抗水性的添加剂选自C类粉煤灰、F类粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣(GGBFS)、细玻璃粉、玻璃质钙铝硅酸盐、硅粉、石灰石粉、以及它们的组合物。


11.如权利要求1所述的碳化复合材料，其中所述多孔体进一步包括一个或多个减水剂、引气剂、缓凝剂、以及它们的组合物。


12.一种包括如权利要求1所述的碳化复合材料的混凝土物体进一步包括部分地内嵌于其中的一个或多个铁或钢部件。


13.如权利要求12所述的混凝土物体，其中所述一个或多个铁或钢部件由普通碳钢环氧树脂镀层钢、镀锌钢、和/或不锈钢制成。


14.如权利要求12所述的混凝土物体，其中所述一个或多个铁或钢部件为钢筋条或网。


15.一种制造碳化低硅酸钙水泥基材料的方法，其包括：
混合低硅酸钙水泥、水和填料颗粒以形成湿混合物，所述填料颗粒包括粒度为0.1μm至1000μm的CaO或SiO2；
在模具中浇铸所述湿混合物，其中所述浇铸后的湿混合物具有多个孔，所述孔包含所述水的至少一部分，其中所述水溶解来自所述低硅酸钙水泥和/或所述填料颗粒的至少一些元素以产生孔溶液，其中，在所述浇铸后的湿混合物中的孔溶液的pH值为11.5或更大；从模具中移除所述浇铸后的湿混合物，以获得包括含有所述孔溶液的孔的多孔体；以及在以下条件下固化所述包括含有所述孔溶液的孔的多孔体：压强为约大气压强至约30psi，温度为约30℃至约90℃，相对湿度为约10％至约90％，CO2气体浓度为约15％至约100％的气氛，并持续约8小时至约28天，以形成所述低硅酸钙水泥基碳化材料，所述低硅酸钙水泥基碳化材料包括含有改性孔溶液的孔，其中在所述固化低硅酸钙水泥基碳化复合材料中的改性孔溶液的pH值至少为9.5。


16.如权利要求15所述的方法，其中在所述固化低硅酸钙水泥基碳化复合材料中的所述改...

【专利技术属性】
技术研发人员：金坦多拉·贾因，阿努杰·塞思，瓦希特·阿塔坎，艾哈迈德·居内伊特·陶什，萨达纳达·萨胡，
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