本文描述一种生产碳酸化复合材料的方法，所述方法包括：提供一以颗粒形式存在的可碳酸化胶凝材料；混合所述可碳酸化胶凝材料与水，以产生一混合料；以所述混合料形成一预定形状，其中所述预定形状具有一含有具第一pH的初始孔隙溶液的初始孔隙结构；预调节所述预定形状，以从所述预定形状中去除一预定量的水，从而产生一预调节形状；在一含有二氧化碳的环境中碳酸化所述预调节形状，以产生一含有具第二pH的改性空隙溶液的改性孔隙结构，其中所述第一pH与所述第二pH之间的差异以ΔpH代表，而所述ΔpH为1.0或更少、0.75或更少、0.5或更少、0.25或更少或大约0.0。本文亦揭示一种硅酸钙组合物，所述硅酸钙组合物包括固体组分及具有改进空隙溶液pH稳定性的液体组分。改进空隙溶液pH稳定性的液体组分。改进空隙溶液pH稳定性的液体组分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成具有优化pH的固化复合材料的方法与相关组合物及系统
本申请根据美国法典35 U.S.C.
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119(e)，对在2019年10月9日提交的62/913,052号美国临时专利申请(U.S.Provisional Application No.62/913,052)提出优先权要求。
本专利技术一般涉及复合材料。
技术介绍
在本说明书中，当提及或讨论一文件、行动或知识项目，这个提及与讨论并非承认所述文件、行动或知识项目或其任何组合在优先权日期时可为公众获得、为公众所知晓、是常识的一部份，或在适用法律规定下以其他方式构成先前技术；或已知与解决与本说明书涉及的任何问题的意图有关。混凝土无所不在。我们的家可能就座落其上，我们的基础设施就是用它建立起来的，我们的大多数工作场所也是如此。传统混凝土由水及骨料(比如沙及碎石)与普通硅酸盐水泥(OPC)搅拌而成，普通硅酸盐水泥(OPC)时一种合成材料，其通过在一旋转炉种以大约1,450℃的烧结温度燃烧磨碎的石灰石及粘土的混合物或成份相似的材料而制成。普通硅酸盐水泥(OPC)的制造不仅是个能源密集过程，而且其释放相当数量的温室气体(CO2)。水泥工业约占全球人为二氧化碳排放的5％。超过60％的这种人为二氧化碳排放来自石灰石的化学分解或煅烧。传统混凝土的生产及使用在经济及环境影响方面都不是最佳的。这样的传统混凝土生产技术涉及大量能源消耗及二氧化碳排放，导致不利的碳足迹。此外，石灰石供应的日益稀缺也负面地影响普通水硬性水泥配方(比如硅酸钙水泥)的继续使用的可持续性。这个认知是导致开发可碳酸化水泥配方的其中一个因素。可碳酸化水泥是指主要通过与任何形态的二氧化碳(CO2)发生反应而固化的水泥，这些形态包括在有水情况下的气态CO2、以碳酸(H2CO3)形式存在的CO2、或以允许CO2与非水硬性水泥材料发生反应的其他形式存在的CO2。所述固化过程将被固化材料内的二氧化碳气体隔离，因此提供明显的环境效益。例如，Solidia Cement
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水泥已经被誉为突破性技术，并已经获认可，例如被R&D 100Awards认可为最佳100项新技术的其中之一。与硅酸盐水泥及其在传统水硬性混凝土中的使用相比，Solidia Cement
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水泥的生产及其在混凝土中的使用，将这些材料中的CO2足迹减少达70％。此外，在Solidia Cement
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水泥基混凝土制作中所使用的水的80％可轻易回收及再利用。由普通硅酸盐水泥(OPC)形成的预制混凝土物品(比如预应力混凝土大梁、梁及轨道枕)一般包括嵌入式碳素钢作为加强筋。此外，现浇混凝土(比如桥面板及人行道)通常以钢筋加强。例如，加强钢筋通常是钢条或钢丝网，这些钢条或钢丝网经常在配筋混凝土结构或配筋砌体结构中作为张力装置使用，以加强混凝土以及支撑受压力的混凝土。环氧树脂涂层钢、镀锌钢及/或不锈钢亦可作为加强构件使用。
普通硅酸盐水泥(OPC)在有水情况下的水化作用在所述多孔材料中产生一主要含有碱金属氢氧化物(比如Ca(OH)2、NaOH及KOH)的溶液。取决于所述水泥及骨料的组成，所述孔隙溶液的pH一般介于12.5与13.5之间。然而，普通硅酸盐水泥(OPC)亦可在某些条件下在曝露于CO2时经历碳酸化反应。例如，Ca(OH)2可与CO2反应而形成CaCO3及H2O。当传统混凝土经历碳酸化时，由于羟基离子的浓度急剧降低，一驻留在材料的孔隙内的、水与从水泥中溶解的离子(例如钙离子、钠离子及/或钾离子)的溶液(“孔隙溶液”)的pH降低至接近9的pH值。来自环境的盐的渗透亦可导致所述孔隙溶液的成份发生显著变化。在传统混凝土中，当铁或钢(例如碳素钢)的表面上的钝化膜因所述孔隙溶液pH降低或因孔隙溶液pH低与氯化物存在的结合影响而被去除时，碳素钢的腐蚀开始。在使用寿命期间，普通硅酸盐水泥(OPC)在冬季受来自盐的氯离子渗透的影响，及/或受与大气中的二氧化碳(CO2)的碳酸化反应的影响，因所述碳酸化反应减低传统混凝土的孔隙溶液pH。由于所述腐蚀而形成的腐蚀产物在本质上是体积膨胀的。这些来自加强钢筋的腐蚀的腐蚀产品会对周围的普通硅酸盐水泥(OPC)产生严重的内应力，导致开裂、剥落，最后导致结构性失效。与普通硅酸盐水泥(OPC)基传统混凝土一样，在刚搅拌时，可碳酸化低硅酸钙基的非碳酸化混凝土材料(比如上述的那些材料，即：Solidia Cement
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及Solidia Concrete
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混凝土材料)具有一高pH值的孔隙溶液。然而，在碳酸化之后，所述孔隙溶液的pH值在固化期间降低。所述材料的硬化是通过一固化过程促进，在所述固化过程中，硅酸钙碳酸化而形成碳酸钙。在具有10,000psi或更高的抗压强度、完全反应的低硅酸钙基碳酸化混凝土中的所述孔隙溶液的pH值，显著地比其在刚搅拌时的pH值低得多。由于所述孔隙溶液的pH值低，一旦淡水或氯离子到达加强材料的表面，加强钢筋或埋置钢筋上的钝化膜易受腐蚀。因此，持续必要开发新型及改进的材料组成及生产流程，以解决低硅酸钙基可碳酸化非水影性水泥及混凝土产品中的铁或钢(例如碳素钢)构件的腐蚀问题。虽然以上已为便于本专利技术的公开而对传统技术的某些方面进行讨论，但申请人决不否认这些技术方面，而且预期所要求保护的范明可包含或包括本文中讨论传统技术方面中的一个或多个方面。
技术实现思路
本专利技术包括多种用于防止、减缓或延迟以可碳酸化低硅酸钙基水泥(CSC水泥)制成的物品中的孔隙溶液的pH在固化时降低的新型固化方法及配制物。例如，硅酸钙基水泥(CSC)混凝土的抗压强度依赖反应，而碳酸化混凝土物品可达到10,000psi或更高的抗压强度。如本文中所公开的那样，经过改进混合料配合比设计及/或处理条件，在相应空隙溶液的pH值为大约11.0或更高时，碳酸化硅酸钙基水泥(CSC)的抗压强度可达到大约3,000psi至大约10,000psi。这个有利的pH值可为与硅酸钙基水泥(CSC)或硅酸钙基水泥(CSC)混凝土接触的铁或钢提供保护，并减缓它们的腐蚀。现在将描述本专利技术的许多方面。应该理解的是，专利技术人设想下列的或在本文中其他地方描述的本专利技术的任何特征或方面，可以以任何顺序或任何数量，与此中描述的本专利技术的任何其他特征或方面结合。任何及所有这样的结合(即使本文中未明确说明)均属本专利技术的范围，而且明确地设想为本专利技术的实施例。
根据某些可选方面，提供一种用于生产碳酸化复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：提供一以颗粒形式存在的可碳酸化胶凝材料；混合所述可碳酸化胶凝材料与水，以产生一混合料；以所述混合料形成一预定形状，其中所述预定形状具有一含有具第一pH的初始孔隙溶液的初始孔隙结构；预调节所述预定形状，以从所述预定形状中去除一预定量的水，从而产生一预调节形状；在一含有二氧化碳的环境中碳酸化所述预调节形状，以产生一含有具第二pH的改性空隙溶液的改性孔隙结构，其中所述第一pH与所述第二pH之间的差异以ΔpH代表，而所述ΔpH为1.0或更少、0.75或更少、0本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产碳酸化复合材料的方法，包括：提供一以颗粒形式存在的可碳酸化胶凝材料；混合所述可碳酸化胶凝材料与水，以产生一混合料；以所述混合料形成一预定形状，其中所述预定形状具有一含有具第一pH的初始孔隙溶液的初始孔隙结构；预调节所述预定形状，以从所述预定形状中去除一预定量的水，从而产生一预调节形状；在一含有二氧化碳的环境中碳酸化所述预调节形状，以产生一含有具第二pH的改性空隙溶液的改性孔隙结构，其中所述第一pH与所述第二pH之间的差异以ΔpH代表，而所述ΔpH为1.0或更少。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一pH为11.5或更大。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二pH为至少大约9.5至大约11.5，或更高。4.如权利要求1所述的方法，其中所述预调节形状的碳酸化形成一个或多个粘接单元，其中每一粘接单元包括一核心，其中所述核心具有一第一化学组成，该第一化学组成包括一个或多个化学元素；一至少部分地覆盖所述核心的一外围部份的富二氧化硅第一层；以及一至少部分地覆盖所述第一层的一外围部份的富碳酸钙及/或富碳酸镁第二层。5.如权利要求1所述的方法，其中在所述预调节期间从所述预定形状去除的所述预定量的水为20～70％。6.如权利要求5所述的方法，其中在所述预调节期间从所述预定形状去除的所述预定量的水为40～50％。7.如权利要求1所述的方法，其中所述预调节的至少一部份是在一包括大气空气的环境中进行。8.如权利要求1所述的方法，其中所述预调节的至少一部份是在一包括二氧化碳的环境中进行。9.如权利要求8所述的方法，其中所述二氧化碳的浓度高于0～50％。10.如权利要求1所述的方法，其中在所述预调节形状的碳酸化期间的二氧化碳浓度为10～100％。11.如权利要求7所述的方法，其中在所述预调节形状的碳酸化期间的二氧化碳浓度为50～99％。12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过将所述混合料倒入一模具，以所述混合料形成所述预定形状；以及在所述混合料在模具中时，将所述混合料固化至一至少足以允许将所述模具移除的硬度。13.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿努伊，
申请(专利权)人：索里迪亚科技公司，
类型：发明
国别省市：
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