[发明专利]含二氧化碳的混凝土预制品及其制造方法

说明书

本发明涉及一种在气密壳体中生产预制品的方法，该方法包括以下步骤：a)通过在接近环境大气压(0至2psig)和/或低压(2至15psig)的条件下将CO₂气体进料至封闭的气密壳体中，对预干燥的混凝土预制构件进行碳酸化；其中所述预干燥的混凝土构件损失了其初始混合含水量的25％至60％。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月11日提交的美国临时申请第62/217,239号的优先权，其说明书通过引用结合于此。

背景技术

(a)技术领域

所公开的主题总体涉及混凝土预制构件(称为Carboclave构件(Carboclaveunits))，其由一种独特的方法制备，该方法通过包括预碳酸化处理、自清洁碳酸化浸渍和后碳酸化水合的步骤，利用二氧化碳以化学方式活化水泥和水泥基材料的粘结。所设计的方法可应用于所有的预制混凝土产品(包括加固和非加固型)，包括但不限于砌筑构件、铺路材料、管子和空心板。类似地，该方法可以采用CO₂反应性矿物，包括硅酸钙(硅酸三钙、硅酸二钙、硅灰石、橄榄石等)、氢氧化钙、硅酸镁和氢氧化镁的各种制剂。可用于本方法的其它非常规材料为镁基粘结剂体系、硫铝酸盐-硅酸二钙水泥、炼钢炉渣以及废物焚烧残渣(粉煤灰和底灰)。

(b)相关现有技术

碳酸化过程采用硅酸盐水泥的硅酸钙组分，即硅酸三钙(3CaO.SiO₂；C₃S-硅酸三钙)和硅酸二钙(2CaO.SiO₂；C₂S-硅酸二钙)，其构成水泥的大部分。在水的存在下，CO₂气体与这些硅酸钙反应形成C-S-H和CaCO₃(根据下面的反应式1和2)。

2C₃S+3CO₂+3H₂O→C-S-H+3CaCO₃ (1)

(另：2(3CaO.SiO₂)+3CO₂+3H₂O→3CaO.2SiO₂.3H₂O+3CaCO₃)

2C₂S+CO₂+3H₂O→C-S-H+CaCO₃ (2)

(另：2(2CaO.SiO₂)+CO₂+3H₂O→3CaO.2SiO₂.3H₂O+CaCO₃)

一般情况下，C-S-H被称为有助于混凝土粘结的相，是通常由水泥和水(以及低得多的氢氧化钙)之间的水合反应生成的产物之一。在存在足够CO₂的情况下，该相的形成速率显著加快，其还充当反应试剂而加快引起碳酸钙(而不是氢氧化钙)沉淀的反应。为此，碳酸化有时被认为是水泥水合的促进剂。Young等人[2]和Bukowski等人[3]的早期文章表明：短时间暴露于纯CO₂可快速固结硅酸钙粉末。根据反应式1和2，这种物理发展过程与C-S-H的同等快速生成相关联。反应中同时生成的CaCO₃晶体与纳米级的C-S-H紧密混合。这些纳米CaCO₃沉淀物加固了C-S-H基质，从而产生弹性复合粘结基质。

特别理想的是实现一种易适应的工业方法，该方法实际上利用碳酸化作为手段而在常规生产周期的时间范围内活化使用硅酸盐水泥，从而实现高弹性混凝土预制品，其特征在于具有即高的C-S-H含量，比商业基准高得多的强度，以及能够有利地封存处于物理加固CaCO₃晶体沉淀物形式的二氧化碳。