聚合物砌筑单元及其方法技术

公开了一种聚合物砌筑单元，其可以包括添加到采石场副产品中的聚合物以制造优质砖单元。本公开解决的技术问题是使用传统上无用的废料来提供结构坚固的砖或混凝土替代品，而无需窑烧。通过使采石场副产品与聚合物组合，可以制造具有抗压强度和建筑实用性的聚合物砌筑单元。在一个示例性的实施方案中，可以将纤维成分添加到副产品和聚合物混合物中以增加结构稳定性。本公开通过使用降低成本和减少浪费的对环境负责的制造工艺来提供基本的块或砖单元，从而提高了系统本身的性能。所述制造工艺包括可以浇注到模具中的在预定时间固化的聚合物/基础材料，而无需窑烧。而无需窑烧。而无需窑烧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物砌筑单元及其方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月1日提交的美国临时申请序列号63/073,243和于2021年8月XX日提交的美国申请序列号XX/XXX,XXX的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开一般涉及复合材料，更具体地，涉及包括岩基材料和聚合物的复合材料。

技术介绍

[0004]民用基础设施的建设需要多种类型的不同成分。石料、砖、钢和混凝土只是在给定建筑物中发现的几种材料。砌筑相关的要素(如石料、砖和混凝土)因其相对较低的成本和较高的抗压强度(允许其承受重的载荷并形成地基、地板、墙壁、柱子等)而被广泛应用。这些砌筑相关的要素中的每一个均以不同的方式获得。例如，砖通常被模压成矩形立方体，然后进行烧制；混凝土通常是砾石或沙子和水泥的混合物，当其静置时可以硬化；石料是例如在岩石采石场被开采出来的。
[0005]就砖而言，传统的制砖方法有许多缺点，通过增加碳排放或制造出结构劣质的产品而加剧了环境问题。现代的烧结粘土砖是通过以下三种工艺之一形成的：软泥、干压或挤压。根据不同的国家，挤压法或软泥法是最常见的，因为它们是最经济的。烧结砖是当今最坚固、最耐用的砖；然而，它们必须在窑中烧制才能经久耐用。窑通常用于在1800至2400华氏度烧制砖。在许多现代砖窑中，砖通常在连续燃烧的窑中烧制，其中砖在传送带、轨道或窑车上缓慢地通过窑时被烧制，从而实现更一致的砖产品。砖通常添加有石灰、灰分和有机物，这加速了烧制过程。这种工艺需要额外的制窑费用、燃料成本和加速燃烧的添加剂。这种窑烧工艺将砖制成成品，使其固化并抽出了所有的液体和所有可能在其内部的液体以使砖硬化。窑烧砖是昂贵的，因为其需要某种形式的燃料来生成产生巨大热量的火焰。这种工艺需要额外的资源，例如必须购买、储存和消耗的天然气、丙烷、煤、木材或其他合适的材料。
[0006]就混凝土而言，混凝土的制造和使用也产生了广泛的环境和社会后果。例如，混凝土的主要成分，水泥的生产是二氧化碳排放的主要原因；水泥行业是二氧化碳的三个主要制造者之一。这主要是由于需要在约2700至2800华氏度烧结例如石灰石和粘土——每生产一吨水泥就会向大气中释放一吨二氧化碳。混凝土还对城市热岛效应有显著影响，混凝土砌筑单元的生产还生成了其他有害副产品，由于毒性和放射性，会引起健康问题。
[0007]就石料而言，虽然避免了许多与砖和混凝土相关的问题(即，窑烧、生产中大量的碳排放等)，但石料通常必须从地下例如在岩石采石场开采，开采石料可以是费力且浪费的。岩石采石场是一种露天矿，可以从地下开凿出石料、岩石或骨料。许多采石场石料例如大理石、花岗岩、石灰石和砂岩被切割成较大的板并从采石场移走。在从采石场切割板时，会产生废料。立体的石灰石的生产工艺估计产生38％的废料——不符合作业尺寸和规格的材料。这种“废料”每天持续累积，是母公司原材料采购的沉没成本。用最简单的术语来说，
通过去除石料矿层(stone ledge)顶部的覆盖层或污垢来暴露石料矿层。在第一阶段，生产锯切割矿层以产生石块。当锯切割石料矿层时，产生废料。然后，在第二阶段，石块被加工成可用的石坯，石坯被切割或加工成多个板，其中再次产生废料。然后石板被运输到另一个生产区平台，在此制造成品；这个过程再次产生了额外的废料。在用作建筑骨料的碎石的加工过程中的破碎和洗涤操作中，进一步产生了采石场副产品。这些操作产生的三种采石场副产品包括筛余物、池细料(pond fines)和袋式除尘器细料。
[0008]“筛余物”是通用术语，用于指在4.75mm(4号)筛上的经过一次和二次破碎和分离后积累的碎石的较细部分。粒度分布、颗粒形状和其他物理性质可能因采石场彼此的位置而略有不同，这取决于所开采岩石的地质来源、使用的破碎设备和用于分离粗骨料的方法。筛余物通常包含新断裂的面，具有相当均匀的级配，且通常不包含大量的塑性细料。
[0009]池细料是指从碎石骨料的洗涤中获得的细料。在生产过程中，来自洗涤的较粗的尺寸范围(大于30号筛)可以通过砂子螺旋分级机的方式来回收。溢流中的剩余细料排放到一系列连续的沉降池或沉降盆中在那里它们通过重力沉降，有时是在絮凝聚合物的帮助下进行。池粘土是通常用于描述来源于天然沙子和砾石的洗涤中的废物细料的术语。
[0010]一些采石场由于干燥的气候条件或洗涤骨料产品市场的缺乏而作为干式工厂运行。干式工厂的运行需要使用粉尘收集系统，如旋风分离器和袋式除尘器，以捕获破碎操作过程中产生的粉尘。这些粉尘称为袋式除尘器细料。
[0011]据估计，每年持续产生至少1.59亿公吨(1.75亿吨)的采石场副产品，主要来自碎石生产操作。可能已经累积了多达36亿公吨(40亿吨)的采石场副产品。目前，处理副产品的唯一选择是继续将副产品堆积成山，或将其粉碎以用作破碎的骨料产品。虽然采石场副产品在历史上一直被工业用来生产骨料，但主要的终点是道路建设。具体来说，就石灰石的制造而言，这种加工产生了相当数量的废料，其具有非常有限的应用——石灰石基骨料通常不够坚硬或致密，不足以作为独立材料用于道路基层。例如，德克萨斯州运输部(TXDOT)标准要求用于主要干道的骨料为1级或2级规格，而大多数德克萨斯州石灰石生产的石灰石基骨料等级通常为TXDOT规格的3级或4级，这对于主要干道来说太软，通常只适用于例如县道和地基。然而，从副产品回收的角度来看，作为一般规则，在许多市场中选择的地基并不使用石灰石骨料。
[0012]回收的采石场副产品的确切数量尚不清楚。每年生产的1.59亿公吨(1.75亿吨)中的很少被认为是被使用的，尤其是池细料。在最近的一项调查中，三个州(亚利桑那州、伊利诺伊州和密苏里州)指出采石场副产品已被用作路堤材料，另外三个州(佛罗里达州、佐治亚州和佛蒙特州)指出采石场副产品在基层和底基层应用中得到了一些使用。石灰石筛余物已用作农用石灰石，采石场源头的袋式除尘器细料已用作沥青铺路中的矿物填料。然而，几乎所有产生的采石场副产品都在采石场源头进行处置——筛余物以干燥或潮湿的形式储存；池细料以浆料形式运输到沉降池；袋式除尘器细料通常冲入沉降池。

技术实现思路

[0013]本公开实现了作为聚合物砌筑单元(Polymer Masonry Unit，PMU)的技术优势，所述聚合物砌筑单元可以包括添加到采石场副产品例如石灰石骨料中的聚合物，以制造优质砖单元。在一个实施方案中，本公开可以避免价格昂贵的、产生废料且消耗大量能源的窑烧
过程。在另一个实施方案中，本公开可以避免在形成建筑单元时使用水泥。在另一个实施方案中，本公开可以利用模具注入方法，该方法有利地不浪费那些资源或增加那些资源的费用，并且不通过燃烧和排烟产生更大的碳足迹。
[0014]本公开解决的技术问题是使用传统上无用的废料来提供结构坚固的砖或混凝土替代品，而无需窑烧。通过使采石场副产品与聚合物组合，可以制造具有抗压强度和建筑实用性的聚合物砌筑单元。在一个示例性的实施方案中，可以将纤维成分添加到副产品和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成聚合物砌筑单元的方法，所述方法包括以下步骤：确定单元大小；确定岩基材料的量；确定目标水分含量；确定目标聚合物含量；计算预测的湿混合物重量；使用所述目标水分含量、所述预测的湿混合物重量和所述目标聚合物含量，确定聚合物的量和水的量；将所述量的岩基材料、所述量的水和所述量的聚合物混合在一起，以形成具有湿混合物重量的单元混合物；将所述单元混合物应用至模具；以及干燥所述单元混合物，其中聚合物的所述量占所述湿混合物重量的1％至10％，其中骨料的所述量占所述湿混合物重量的80％至90％，其中水的所述量占所述湿混合物重量的1％至10％。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标水分含量的范围为所述湿混合物重量的8％至20％。3.一种形成聚合物砌筑单元的方法，所述方法包括以下步骤：将岩基材料、聚合物和水混合在一起，以形成具有湿混合物重量的混合物；将所述混合物浇筑到模具中；以及干燥所述混合物，其中所述聚合物是苯乙烯
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丁二烯基聚合物，其中所述聚合物占所述湿混合物重量的1％至10％。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述岩基材料是碳酸钙骨料。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述岩基材料占所述湿混合物重量的80％至90％。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述水占所述湿混合物重量的1％至10％。7.根据权利要求3所述的方法，其中所述混合物在没有热源的情况下进行干燥。8.根据权利要求3所述的方法，其中所述混合物是...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：石器工业控股公司，
类型：发明
国别省市：