[发明专利]来自硅酸钙碳酸化的复合材料和结合元件和其方法

说明书

本发明提供包含示出独特微结构和化学组成的新型结合元件的复合材料，以和其制造方法和在如基础设施、建筑、路面和景观美化行业的多种具有或不具有集料的混凝土构件中的使用。

优先权及相关专利申请

本申请要求于2015年3月20日提交的美国临时申请序列号62/136,201以和62/136,208的优先权的权益，其全部内容通过引用整体并入本文所述。

技术领域

本发明总体上涉和硅酸钙组合物。更具体地说，本发明涉和包含示出独特微结构和化学组成的新型结合元件的复合材料及其制造方法，以及在例如基础设施、建筑、路面和景观美化行业的多种混凝土构件中的用途。

背景技术

混凝土是世界上消耗最多的人造材料。典型的混凝土由波特兰水泥、水和诸如沙、碎石等的集料(aggregate)混合而成。波特兰水泥是一种合成材料，通过在1450℃的烧结温度下在回转窑中燃烧石灰石粉和粘土混合物或具有类似组合物的材料而制成。波特兰水泥的生产不仅是一个能源密集型工艺，而且是一种释放大量温室气体(CO₂)的工艺。水泥行业占全球人为CO₂排放的大约5％。其中超过60％的CO2来自于石灰石的化学分解或煅烧。

在水泥行业内正不断努力以降低总CO₂排放量。根据国际能源署的提议，水泥行业需要在2050年将其CO₂排放量从2007年的2.0Gt降低至1.55Gt。这是一项艰巨的任务，因为在同一时期，水泥产量预计将从2.6Gt增长至4.4Gt。

为迎接这一艰巨的挑战，已开发出了一种革命性方法，其可显著降低水泥厂的能源需求和CO₂排放。所述独特的水泥由可碳酸化硅酸钙组合物构成，并由广泛可用的、低成本的原料制得，且具有永久安全截存(sequester)CO₂的能力，同时在设备和生产要求上具有可适应性和灵活性，从而允许传统水泥制造商可轻松转换到新的平台。

为提高结合强度和生产效率，以和降低操作成本和炭足迹，需要努力开发匹配或超过现有混凝土材料的物理和性能特征的新型结合微结构和复合材料。

发明内容

本发明提供包含示出独特微结构和化学组成的新型结合元件的复合材料及其制造方法，以及在例如基础设施、建筑、路面和景观美化行业的多种混凝土构件中的用途。所述公开的复合材料和结合元件通过碳酸化合适的硅酸钙材料(如熟料和水泥)产生，所述硅酸钙材料可由广泛可用的、低成本的原料通过适用于大规模生产的工艺制成。本发明方法在设备和加工要求上具有灵活性，并且容易适应于传统波特兰水泥制造设备上。所述公开的新型复合材料和其中发现的结合元件可降低设备需求，改进能量消耗和更可取的碳足迹并可用于多种混凝土应用例如建筑、路面和景观美化，以和基础设施中。