[发明专利]一种矿物质添加剂和由可碳酸化硅酸钙生产的轻质复合材料产品

说明书

本发明提供了一种由可碳酸化硅酸钙组合物制成的新的加气复合材料及其配方、制造方法和用途，尤其是新的添加剂矿物成分在形成镁、镁盐或镁的氧化物以改善低密度混凝土材料的物理化学性能上的用途。所述低密度、加气材料作为可碳酸化硅酸钙组合物的固化产物，是由碳酸钙(CaCO₃)和二氧化硅(SiO₂)组成的。

优先权要求和相关专利申请

本申请要求于2017年3月23日提交的美国临时申请序列号62/475,403的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及加气复合材料及其生产流程。更具体地，本发明涉及一种由可碳酸化硅酸钙组合物制成的新的加气复合材料及其配方、制造和用途，尤其是新的添加剂矿物成分在改善轻质混凝土材料的性能，如耐久性和强度上的用途。本发明的加气复合材料作为可碳酸化硅酸钙组合物的固化产物，是由碳酸钙(CaCO₃)和二氧化硅(SiO₂)组成的。

背景技术

通常，高压蒸汽养护的加气混凝土(“普通AAC”)是一个轻质预制混凝土的实例，所述高压蒸汽养护的加气混凝土是使用石灰质材料如水泥和石灰、硅质材料如二氧化硅(SiO₂)、硅砂(SiO₂)和其他材料如石膏(CaSO₄·2H₂O)、生产中产生的可回收材料如粉煤灰、金属铝和其他充气剂、用于稳定气泡的表面活性剂和其他填料作为原材料，在高温高压下(如，190℃，12atm)固化6至8小时而形成的。所述充气剂导致在基体中形成气孔并增加材料的气孔率，这导致材料体积增加从而降低材料的密度。

尽管普通AAC具有诸多优点，但其制备流程通常存在许多缺点。普通AAC的制造流程涉及设备特殊、能源消耗大、二氧化碳排放过量和遗留不利的碳足迹。典型地，普通AAC在从150℃到190℃的温度范围、从0.8MPa到1.2MPa的压力范围下，在高压釜中进行固化。这些条件导致了托勃莫来石的产生，它是普通AAC中主要的粘结单元。此外，由于加工成本较高，普通AAC的价格相对昂贵，也很难回收利用。

普通AAC还含有由大量的气孔和气泡，同时这些气孔和气泡可以容纳一定量的水。即使当普通AAC处于平常的使用环境中，也会发现这样的水的存在。由于普通AAC内部有大量气泡，久而久之，空气中的二氧化碳可以渗入到普通AAC内部，引发托勃莫来石粘结单元的分解。渗入的二氧化碳也可以溶解在这种存在从各种成分中获得的钙的水中。

此外，普通AAC中的水也有助于钙和二氧化碳之间的反应，以形成碳酸钙沉淀。这通常被称为“碳酸化”。这种碳酸化现象通常发生在传统的混凝土材料中。碳酸化作用使混凝土结构致密，强度增大，但吸水率下降。同时还会出现其它现象，如结构(基体)的收缩、微裂纹的形成以及随中和作用发生的钢筋锈蚀导致的强度下降等。普通AAC也会出现类似的现象。在普通AAC中，当这种碳酸化过度进行超过一段时间，上述的基体的收缩会以同样的方式，像传统混凝土材料中的情况一样，引发伴随碳酸化发生的问题。过度碳酸化会成为一严重的问题。

最近，出现了一种基于可碳酸化硅酸钙材料的革命性水泥形式，有望替代传统水泥。可碳酸化硅酸钙基水泥的生产包括显著减少二氧化碳排放和能源消耗。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。

为了基本上避免诸如混凝土和普通AAC中的碳酸化的问题，专利WO2012/122031A

和美国专利系列号9,868,667B2公开了一种改良的粘结基质，以代替传统的水泥、混凝土或其他陶瓷材料，如CaO·2SiO₂·4H₂O和CaO·H₂O或其他弱水化的波特兰水泥。例如，所述粘结基质的粘结单元由由硅酸钙(CaSiO3)组成的前驱体颗粒组成。