[发明专利]经高压流体处理的硬化的水硬水泥、陶瓷或粗混凝土骨料

说明书

发明的背景

凝固和完全硬化的水硬水泥，以及硬化或烧制的陶器或陶瓷基体都是多孔、性脆且较弱的。它们容易开裂，难以进行永久性修复。事实上，最佳且最通常的一种方法一般是进行更换。

过去人们已经使用了两种不同的技术来试图提高上述材料的物理性能。第一种方法是在硬化或烧制前通过混入液态“改性剂”、粒状掺和剂或纤维增强物来对湿浆进行改性。第二种方法是将一些化学物质(通常为液体)对硬化基材进行表面涂覆，或者使其渗透迁移进入硬化基材中。类似地，在产生裂缝或破裂之后，可以用粘合剂和填料来修补，在裂纹的边缘之间形成桥接或者阻碍裂纹进一步生长，这些粘合剂和填料可能稍微渗入基体中，也可能没有渗入基体中。另一种方法是当出现表面开裂、产生凹坑或形成大裂缝时，采用专用混凝土、水泥或灰泥填充损坏区域(可以事先除去松动的残损物，也可以不除去)。用这些方法产生或修复的粘结材料，使其恢复成或使其适合于高性能用途时不很成功，这里所述的高性能用途是指拉伸强度、能够避免产生新的或进一步的裂缝或破裂、挠性或延性是所需性能。

用于本发明申请的词“水泥”(单独使用或与其它词结合使用)是指任何类型的粘结材料，其制法是将该材料与水和一种或多种无机组分一起制成浆料，该浆料通过反应过程产生水凝胶使其粘结在一起。此定义包括但不限于陶瓷、陶器、粘土、泥、陶、硅酸盐水泥(portland)、天然和飞灰火山灰、石灰、石膏、其它粘结材料等。

在水泥基体中加入砂和/或粗骨料(平均大小一般在3/8＂和3-1/2＂之间)形成混凝土或灰泥时也遇到了问题。许多砂和粗骨料(aggregate)本身的性能和行为与硬化的水泥、陶器或未烧制或烧制的陶瓷基体类似。此外，某些粗混凝土骨料(特别是沸石和白云石)会与水硬水泥反应，正是水硬水泥在混凝土和灰泥中将这些骨料粘合在一起的。而孔隙度高、强度低的骨料也会产生问题。因此，由于这些问题使得许多常见骨料被禁止用于混凝土。

硬化的人造基体和天然骨料的化学组成、形态、几何尺寸和微形态决定了分解反应进行的剧烈程度，分解反应通常是碱/二氧化硅反应(ASR)的结果。为了在某种程度上解决上述问题，可将骨料浸泡在水、盐、酸或甚至强碱中，但是其结果并不一致并且通常是令人失望的。因此，在当地产的骨料用于混凝土不适合时，必须进口或特制合适的骨料，而其费用是相当大的。

本发明寻求缓解这一类型问题的方法，它用超临界流体处理天然或人造的水泥和/或骨料来改变其表面、表面层、有时是改变其整体的化学组成和/或微结构。

人们可从文献中知道，每一种纯物质都具有一定的温度/压力临界值，当温度和压力同时超过温度和压力的临界值时，这一物质的所有性能都会发生连续变化，而不会显示气相/液相之间的不连续性。这一压力和温度称为纯物质的“临界压力”和“临界温度”(T_c和P_c)。临界压力和临界温度结合起来称为纯物质的“临界点”。一种物质或混合物被升高至超过临界点时称为“超临界”。术语“超临界流体”是指处于这一状态下的物质、混合物或溶液。超临界纯物质、混合物和溶液显示各不相同程度的溶剂行为以及与其它元素和化合物的反应性。

在我的于1996年5月21日公布的美国专利5,518,540(“′540专利”)中揭示了当硬化的多孔水泥或陶瓷基体与单独使用的超临界二氧化碳(＂scCO₂＂)接触时，scCO₂会注入基体中，造成化学组成和微结构上的变化，从而在基体中产生所需的性能和行为，该专利所揭示的内容参考结合于本发明中。

发明的概述

本发明用到了′540专利揭示的内容，但使用或结合使用了经选择的超临界物质、混合物和溶液(通常是气体或液体)，但并不一定限于此，在许多情况下不用CO₂，但如果需要的话使用CO₂(超临界或非超临界的CO₂)，以某种所需和可预定的方式来改进硬化的水硬水泥、陶器、陶瓷等，以及粗骨料基体。