[发明专利]一种含有矿物质添加剂的可碳酸化硅酸钙基水泥和混凝土及其生产方法

说明书

本发明提供一种新的方法和新的添加剂组合物及其在混凝土生产中(如干铸或湿铸)的广泛应用，用于改善混凝土材料的性能，如耐久性和美观性质。本发明的方法和组合物可用在基础设施、建筑、路面和景观美化行业中使用的多种水泥和混凝土组分中。

优先权要求以及相关专利申请

本申请要求于2017年3月23日提交的美国临时申请序列号为62/475,384的优先权权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及硅酸钙基水泥和混凝土。更具体地，本发明涉及新的添加剂组合物及其在混凝土生产(如干铸或湿铸)中的广泛应用，用于改善混凝土材料的性能，如耐久性和美观性质。本发明的方法和组合物可用在基础设施、建筑、路面和景观美化行业中使用的多种水泥和混凝土组分中。

背景技术

混凝土是世界上消耗最多的人造材料。典型的混凝土是由波兰特水泥、水和骨料，如沙子、碎石等混合而成。波兰特水泥是一种合成材料，是通过将研磨石灰石和粘土的混合物或类似组成的材料在回转窑中以1450℃左右的烧结温度煅烧而制成的。波特兰水泥的制造不仅是一个能耗过程，还是一个释放大量的温室气体(CO2)的过程。水泥工业的二氧化碳排放量约占全球人为二氧化碳排放量的5％。这些CO2中超过60％来自石灰石的化学分解或煅烧。

最近，一种以可碳酸化硅酸钙材料为基础的革命性水泥已应运而生，有望成为传统水泥的替代品。可碳酸化硅酸钙基水泥的生产显著降低了二氧化碳的排放和能源消耗。此外，这种新的水泥在固化成混凝土产品时会隔离CO2，因为在固化过程中需要CO2与可碳酸化硅酸钙材料反应以形成混凝土产品。

预制混凝土被广泛应用于许多不同的应用中，包含将混凝土浇筑成可重复使用的形式，其通常在可控条件下固化。在许多应用中，美观性质与产品的物理或机械性能同等重要。结果，许多预制产品，例如墙板、砌块、铺路材料和石铸产品的大部分价值都以满足严格且往往非常苛刻的美观标准为依据。

因此，在混凝土生产领域中，特别是使用可碳酸化硅酸钙基水泥生产的预制混凝土，需要低成本的材料和可靠且高效的方法，以获得具有优异的机械和耐久性能，同时具有很高的美观性质的混凝土产品。

发明内容

本发明提供了一种新的方法和组合物，用于改善可碳酸化硅酸钙基水泥和混凝土产品的美观性质和物理性能(例如机械和耐久性能)。

本发明的可碳酸化硅酸钙基水泥组合物包括特选矿物质添加剂，通常为粗、细和超细颗粒或粉末形态，用于改善混凝土产品的，尤其在各种预制应用中的，耐久性和美观性能。例如，利用氧化镁(MgO)粉末，细化或改变孔隙结构、改善颗粒等级以及诱导晶体形态，从而改变可碳酸化硅酸钙基水泥制成的预制混凝土产品的透水性。超细氧化镁还可以用于加速碳酸化固化过程，以稳定特定的碳酸钙多晶型物，例如文石，甚至白云石，并通过稳定基质和提高耐水性或透水性来改善硅酸钙基粘合剂的耐久性能。

一方面，本发明大体涉及一种可碳酸化组合物。所述可碳酸化组合物包括：硅酸钙；选自CS(硅灰石或假硅灰石)，C3S2(硅钙石)，C2S(斜硅灰石、斜硅钙石、白硅钙石)的一种或多种离散硅酸钙相，和占总相质量的10％或更多的无定型硅酸钙相；一种或多种矿物质，其中所述矿物质包括镁，氧化镁，硝酸镁，硫酸镁，氯化镁，醋酸镁，研磨的白云石，研磨的石灰石，氢氧化镁悬浮液及其组合物，其中以重量计，所述矿物质占可碳酸化组合物的约0.02％至约20％。组合物中的Ca元素和Si元素的摩尔比通常为约0.5至约1.5。以质量计，组合物中的Al、Fe和Mg的金属氧化物的通常占30％或更少。所述可碳酸化组合物适宜在约30℃至约90℃的温度与作为活性反应组分的CO2进行碳酸化反应，形成质量增益约10％或更多的CaCO3。