通過控制除水的速度限制步驟而固化復(fù)合材料的方法和設(shè)備與流程
相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2014年8月5日提交的共同未決美國臨時專利申請序列號no.62/033,366的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該專利申請通過全文引用并入本文。
本申請一般地涉及用于固化復(fù)合材料的系統(tǒng)和方法，并且特別地，涉及控制復(fù)合材料固化時的水分含量的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知用于許多材料系統(tǒng)的固化室，包括被構(gòu)造為處理經(jīng)受特定化學(xué)反應(yīng)的材料的室。與傳統(tǒng)的固化室相關(guān)聯(lián)的一些問題包括其成本、其對于操作條件和布局的限制、以及可以利用其控制的固化工藝的精度。
存在對于提供多功能性、精確度和降低的成本的固化室以及方法的需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)一個方面，本發(fā)明特征在于一種用于固化需要co2作為固化劑的材料的固化系統(tǒng)。在不存在co2的情況下，該材料不固化。該材料不消耗水作為試劑。固化系統(tǒng)包括固化室，固化室被構(gòu)造為容納消耗co2作為反應(yīng)物(或者試劑)并且在不存在co2時不固化的材料。固化室具有：至少一個口部，該口部被構(gòu)造為使得材料能夠被引入到固化室內(nèi)并且從固化室去除，并且具有用于所述口部的至少一個外罩，該外罩被構(gòu)造為在閉合該外罩時提供氣密以防止固化室中存在的氣體被固化室外的氣體污染(或者限制到無害等級)；二氧化碳源，該二氧化碳源被構(gòu)造為經(jīng)由固化室中的氣體進(jìn)入口而向固化室提供氣態(tài)二氧化碳，二氧化碳源具有至少一個流量限制裝置，該流量限制裝置被構(gòu)造為控制氣態(tài)二氧化碳進(jìn)入固化室的流速；氣流子系統(tǒng)，該氣流子系統(tǒng)被構(gòu)造為在固化消耗co2作為反應(yīng)物的材料的時間段內(nèi)使氣體循環(huán)通過固化室；溫度控制子系統(tǒng)，該溫度控制子系統(tǒng)被構(gòu)造為控制所述室內(nèi)的氣體的溫度；濕度控制子系統(tǒng)，該濕度控制子系統(tǒng)被構(gòu)造為控制所述室內(nèi)的氣體的濕度，從而增大或者減小濕度；以及至少一個控制器，該控制器與二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)和濕度控制子系統(tǒng)中的至少一者通信；以及至少一個控制器，該控制器被構(gòu)造為在固化消耗co2作為反應(yīng)物的材料的時間段內(nèi)獨立控制如下之中的至少一者：氣態(tài)二氧化碳的流速、氣體通過固化室的循環(huán)、氣體的溫度以及氣體的濕度。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明特征在于一種用于固化通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的材料的固化系統(tǒng)。該固化系統(tǒng)包括：氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)和固化室，所述氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述固化室通過氣體輸送管和氣體回收管而連接在一起，所述固化室被構(gòu)造為容納通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料；所述氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)、濕度控制子系統(tǒng)和用于控制固化工藝參數(shù)的子系統(tǒng)；所述用于控制固化工藝參數(shù)的子系統(tǒng)包括具有微處理器的控制器，所述微處理器被配置為在記錄于第一機(jī)器可讀介質(zhì)上的一組指令的控制下運行，從而控制通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料的固化工藝。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明特征在于一種控制器。該控制器包括：微處理器，該微處理器被配置為在記錄于第一機(jī)器可讀介質(zhì)上的一組指令的控制下運行，在所述一組指令下運行時所述微處理器執(zhí)行以下步驟：控制二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)和濕度控制子系統(tǒng)中的至少一者的操作；建立包含二氧化碳的工藝氣體流，以接觸通過與所述工藝氣體中的二氧化碳反應(yīng)而固化的材料；隨著提供所述工藝氣體，監(jiān)測從參數(shù)組中選擇的至少一個參數(shù)，所述參數(shù)組包括從所述流的建立起過去的時間、所述工藝氣體的二氧化碳濃度、相對濕度、流速、溫度、和壓力；以及進(jìn)行如下之中的至少一者：記錄監(jiān)測的參數(shù)中的至少一個參數(shù)、將監(jiān)測的參數(shù)中的所述至少一個參數(shù)傳遞到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、或者將監(jiān)測的參數(shù)中的所述至少一個參數(shù)顯示給使用者。
在一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行接收來自外部源的開始命令的步驟。
在另一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行確定固化室是否被適當(dāng)裝填的步驟。
在再另一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行確定固化室是否被適當(dāng)關(guān)閉的步驟。
在還另一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行確定通過與所述二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料的固化狀態(tài)的步驟。
在又一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行如下步驟：隨著移除所述工藝氣體與通過與所述二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料的接觸，監(jiān)測從參數(shù)組中選擇的至少一個參數(shù)，所述參數(shù)組包括所述工藝氣體的二氧化碳濃度、相對濕度、流速、溫度、壓力、和流動持續(xù)時間。
在再又一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行監(jiān)測從參數(shù)組中選擇的至少一個參數(shù)的步驟，所述參數(shù)組包括在固化室內(nèi)的一個以上的位置處的二氧化碳濃度、相對濕度、流速、溫度、和壓力。
在一個另外的實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行接收來自使用者的輸入的步驟，所述輸入代表構(gòu)成要執(zhí)行的工藝的步驟的一個以上的工藝參數(shù)。
在另外一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行在非易失性機(jī)器可讀介質(zhì)中記錄來自所述使用者的所述輸入作為工藝方案中的步驟的步驟。
在還又一個實施例中，在所述一組指令下運行時的所述微處理器執(zhí)行檢索(retrieve)在非易失性機(jī)器可讀介質(zhì)上記錄的工藝方案中的至少一個步驟的步驟。
在一個實施例中，所述第一機(jī)器可讀介質(zhì)和所述非易失性機(jī)器可讀介質(zhì)是相同的介質(zhì)。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及一種氣流子系統(tǒng)。該氣流子系統(tǒng)包括：閥門、流量調(diào)節(jié)器、質(zhì)量流量控制器、鼓風(fēng)機(jī)、和氣體輸送結(jié)構(gòu)中的至少一者；所述氣流子系統(tǒng)被構(gòu)造為提供工藝氣體，所述工藝氣體包含與材料流體接觸的作為反應(yīng)物的二氧化碳，所述材料通過與所述二氧化碳反應(yīng)而固化。
在一個實施例中，所述氣流子系統(tǒng)除了與包含作為反應(yīng)物的二氧化碳的工藝氣體兼容之外，還與水蒸氣兼容。
在另一個實施例中，所述氣流子系統(tǒng)除了與包含作為反應(yīng)物的二氧化碳的工藝氣體兼容之外，還與空氣兼容。
在再另一個實施例中，所述氣體輸送結(jié)構(gòu)嵌入在通過與所述二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料中。
在還另一個實施例中，所述氣體輸送結(jié)構(gòu)是與通過與所述二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料相鄰放置的氣體可滲透層。
在又一個實施例中，所述氣流子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為接收來自控制器的控制信號。
在再又一個實施例中，所述氣流子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為向控制器傳達(dá)信號，所述信號編碼所述工藝氣體的二氧化碳濃度、相對濕度、流速、溫度、和壓力中的至少一者。
在一個另外的實施例中，所述氣流子系統(tǒng)還包括氣體回收管。
在另外一個實施例中，所述氣流子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為向控制器傳達(dá)信號，所述信號編碼所述氣體回收管中存在的氣體的二氧化碳濃度、相對濕度、流速、溫度、和壓力中的至少一者。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及一種溫度控制子系統(tǒng)。該溫度控制子系統(tǒng)包括：加熱器和冷卻器中選擇的至少一者，所述溫度控制子系統(tǒng)被配置為控制包含二氧化碳的工藝氣體的溫度，以使得所述工藝氣體在與通過與所述工藝氣體中的所述二氧化碳反應(yīng)而固化的材料接觸之前達(dá)到期望的溫度。
在一個實施例中，所述溫度控制子系統(tǒng)還包括傳感器，所述傳感器被配置為測量氣體溫度。
在另一個實施例中，所述傳感器為熱電偶。
在再另一個實施例中，所述溫度控制子系統(tǒng)還包括傳感器，所述傳感器被配置為測量相對濕度。
在還另一個實施例中，所述溫度控制子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為向控制器傳達(dá)信號，所述信號代表溫度值和相對濕度值中的至少一者。
在又一個實施例中，所述溫度控制子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為接收來自控制器的控制信號。
在再又一個實施例中，所述溫度控制子系統(tǒng)被配置為采用所述控制信號以使得所述加熱器和所述冷卻器中選擇的至少一者運行。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及一種濕度控制子系統(tǒng)。該濕度控制子系統(tǒng)包括：水蒸氣源和水蒸氣去除設(shè)備中選擇的至少一者，所述濕度控制子系統(tǒng)被配置為控制包含二氧化碳的工藝氣體的濕度，以使得所述工藝氣體在與通過與所述工藝氣體中的所述二氧化碳反應(yīng)而固化的材料接觸之前達(dá)到期望的濕度。
在一個實施例中，所述水蒸氣源包括水源、閥門和噴頭。
在另一個實施例中，所述水蒸氣源包括蒸汽發(fā)生器。
在再另一個實施例中，所述蒸汽發(fā)生器包括潛水式加熱器。
在另一個實施例中，所述水蒸氣源包括氣體可以鼓泡通過的裝有水的起泡器。
在再另一個實施例中，所述水蒸氣去除設(shè)備是深冷器。
在還另一個實施例中，所述水蒸氣去除設(shè)備是冷凝器。
在再另一個實施例中，所述水蒸氣去除設(shè)備是換熱器。
在又一個實施例中，所述濕度控制子系統(tǒng)還包括濕度傳感器，所述濕度傳感器被配置為測量所述工藝氣體的相對濕度。
在再又一個實施例中，所述濕度控制子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為向控制器傳達(dá)信號，所述信號代表所述相對濕度值。
在一個另外的實施例中，所述濕度控制子系統(tǒng)還包括通信接口，所述通信接口被配置為接收來自控制器的控制信號。
在另外一個實施例中，所述濕度控制子系統(tǒng)被配置為采用所述控制信號以使得所述水蒸氣源和所述水蒸氣去除設(shè)備中選擇的至少一者運行。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明特征在于一種固化室。該固化室包括：限定封閉體積的外罩，所述外罩包括壁部，所述壁部被構(gòu)造為容納通過與工藝氣體中的二氧化碳反應(yīng)而固化的材料，所述外罩包括可閉合的開口，所述開口被構(gòu)造為使得待固化的所述材料能夠被引入到所述外罩內(nèi)；入口，所述入口被構(gòu)造為使得包含二氧化碳的所述工藝氣體能夠進(jìn)入所述外罩；以及出口，所述出口被構(gòu)造為使得所述工藝氣體能夠離開所述外罩。
在一個實施例中，所述固化室還包括位于所述外罩內(nèi)的集氣室，所述集氣室被構(gòu)造為經(jīng)由能夠向所述外罩內(nèi)注入所述工藝氣體的一個以上的位置提供所述工藝氣體。
在另一個實施例中，所述集氣室被構(gòu)造為控制在所述外罩中的所述工藝氣體的流速、流向、和流動模式中的至少一者。
在再另一個實施例中，所述集氣室被構(gòu)造為使所述工藝氣體流導(dǎo)向待固化的所述材料的外部和在待固化的所述材料中限定的內(nèi)部通道中的至少一者。
在還另一個實施例中，所述入口被構(gòu)造為控制在所述外罩中的所述工藝氣體的流速、流向、和流動模式中的至少一者。
在又一個實施例中，所述出口被構(gòu)造為控制在所述外罩中的所述工藝氣體的流速、流向、和流動模式中的至少一者。
在再又一個實施例中，所述壁部為柔性壁。
在一個另外的實施例中，所述柔性壁是由從塑料、
在另外一個實施例中，所述柔性壁包括被構(gòu)造為保持熱能的被覆層。
在還又一個實施例中，所述壁部包括孔口，所述孔口由在關(guān)注的光譜區(qū)域中透明的材料覆蓋。
在另外一個實施例中，在所述外罩中存在至少一個傳感器，所述至少一個傳感器被配置為提供關(guān)于所述工藝氣體的性質(zhì)和所述外罩內(nèi)的操作條件中的至少一者的數(shù)據(jù)。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場澆筑方法。該現(xiàn)場澆筑方法包括如下步驟：準(zhǔn)備通過與工藝氣體中的二氧化碳反應(yīng)而固化的材料所放置的位置；在準(zhǔn)備的位置處放置工藝氣體輸送結(jié)構(gòu)和通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料；以及以使待固化的所述材料實現(xiàn)固化的足夠長的時間段，經(jīng)由所述工藝氣體輸送結(jié)構(gòu)向待固化的所述材料提供所述工藝氣體。
在一個實施例中，在完成固化工藝之后，所述工藝氣體輸送結(jié)構(gòu)留存于待固化的所述材料。
在另一個實施例中，所述現(xiàn)場澆筑方法還包括如下步驟：在將所述工藝氣體輸送結(jié)構(gòu)和通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料放置于所述準(zhǔn)備的位置之后，覆蓋所述工藝氣體輸送結(jié)構(gòu)和通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料。
在再另一個實施例中，提供所述工藝氣體的步驟包括：隨著提供所述工藝氣體，控制從參數(shù)組中選擇的所述工藝氣體的參數(shù)，所述參數(shù)組包括從所述流的建立起過去的時間、所述工藝氣體的二氧化碳濃度、相對濕度、流速、溫度、和壓力。
在還另一個實施例中，所述現(xiàn)場澆筑方法還包括控制在通過與二氧化碳反應(yīng)而固化的所述材料中存在的水量的步驟。
在又一個實施例中，控制待固化的所述材料中存在的水量的步驟包括從所述材料去除水和向所述材料添加水中選擇的一者。
根據(jù)以下說明書和權(quán)利要求，本發(fā)明的前述目的、方面、特征和優(yōu)勢效果以及其他的目的、方面、特征和優(yōu)勢效果將變得更加清楚。
附圖說明
通過參考下面描述的附圖以及權(quán)利要求書，能夠更好地理解本發(fā)明的目的和特征。附圖不必然是按比例的，用于強調(diào)而非一般地說明本發(fā)明的原理。在附圖中，各個視圖中相似的標(biāo)號用于表示相似的部件。
圖1是用于co2復(fù)合材料的固化系統(tǒng)的實施例的示意圖。
圖2是用于co2復(fù)合材料的替換的固化系統(tǒng)的實施例的示意圖。
圖3是適用于固化co2復(fù)合材料的細(xì)長樣品的固化室的透視圖。
圖4是容納了待固化的co2復(fù)合材料的細(xì)長樣品的圖3的固化室的視圖。
圖5是關(guān)閉以使得能夠進(jìn)行固化時的圖3的固化室的視圖。
圖6是用于將固化氣體輸送到具有內(nèi)圓形通道的co2復(fù)合材料的樣品的集氣室的圖像。
圖7是利用在內(nèi)圓形通道中的氣流而固化的co2復(fù)合材料的樣品的視圖。
圖8是圖示出作為流速的函數(shù)的反應(yīng)深度的差異的圖像。
圖9是圖示出在利用1個風(fēng)扇和3個風(fēng)扇的系統(tǒng)中，反應(yīng)深度、立方英尺每分鐘的氣流以及從固化的co2復(fù)合材料的樣品去除的水量的圖。
圖10是示出對于具有不同的相對濕度的氣體，作為流速的函數(shù)的除水速度的數(shù)據(jù)的圖。
圖11是圖示出在戶外地點放置并固化復(fù)合材料的工藝步驟的工藝流程圖。
圖12是圖示出用于將氣體輸送到透水co2復(fù)合材料的現(xiàn)場澆筑部分的穿孔的pvc網(wǎng)格的圖像。
圖13是圖示出傾倒在圖12的氣體輸送系統(tǒng)上的透水co2復(fù)合材料的圖像。
圖14是圖示出覆蓋有塑料薄膜并且具有連接至其的co2入口的透水co2復(fù)合材料的部分的圖像。
圖15是示出用于控制供給到圖14的透水co2復(fù)合材料部分的co2的氣流調(diào)節(jié)器和流量計的圖像。
圖16是示出在使用圖12的嵌入的co2輸送系統(tǒng)22小時后透水co2復(fù)合材料的固化部分的圖像。
圖17是圖示出利用現(xiàn)場澆筑工藝放置并固化co2復(fù)合材料的步驟的工藝流程圖。
圖18是示出使得co2能夠輸送到并且通過
圖19是示出在現(xiàn)場澆筑工藝中使用的未固化的co2復(fù)合材料的圖像。
圖20是示出在澆注co2復(fù)合材料并且連接用于利用co2固化co2復(fù)合材料的工藝氣體管道之后的模具1800的圖像。
圖21是示出從碳酸鹽化固化之后的co2復(fù)合材料板截取的截面的圖像。
圖22是由柔性材料制成的固化室的視圖。
圖23是安裝柔性材料以形成圖22的固化室的視圖。
圖24是用于將圖22的固化室的柔性材料保持到剛性支撐部的夾持方法的視圖。
圖25是具有一些柔性壁和一些相對剛性的壁的固化室的另一個實施例的視圖。
圖26是能夠用于各種固化室的模塊化的氣體處理系統(tǒng)的視圖。
圖27是示出具有多個氣體輸送口和多個氣體回收口的氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
圖28是用于固化室的基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)的屏幕截圖，其示出所控制的系統(tǒng)的示意圖。
圖29是用于固化室的基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)的屏幕截圖，其示出能夠被控制的多個部件并且示出能夠如何顯示測量的參數(shù)值。
圖30是用于固化室的基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)的屏幕截圖，其示出方案屏幕，其中固化工藝的各個階段或步驟的參數(shù)能夠由使用者輸入或者顯示給使用者。
圖31是固化操作的歷史趨勢報告的屏幕截圖，示出了圖像3100，其中曲線3110代表總co2消耗，曲線3120代表相對濕度，并且曲線3130代表溫度。
具體實施方式
本發(fā)明涉及通過以精確的方式控制復(fù)合材料中和復(fù)合材料周圍的大氣條件而加工或“固化”復(fù)合材料的方法，以及與實施該方法相關(guān)的設(shè)備。
通過援引并入
在說明書中涉及的任何專利、專利申請、專利申請公開、期刊文章、書籍、發(fā)表的論文或者其它公開可用材料均通過全文引用而并入本文。被所謂的通過引用而并入本文，但與本文明確提出的現(xiàn)有的定義、陳述或者其它公開材料沖突的任何材料或其一部分僅以被并入的材料與本公開的材料不發(fā)生沖突的程度并入。在沖突的情況下，以本公開作為優(yōu)選公開的方式解決該沖突。
co2復(fù)合材料
本發(fā)明部分依賴于使用在存在二氧化碳(co2)的情況下經(jīng)受固化的材料，co2能夠以氣態(tài)形式供給并且co2被認(rèn)為在水合物形式下(例如，作為源自h2co3的水溶碳酸鹽)是有活性的。由這樣的工藝獲得的固化的材料在本文中被統(tǒng)稱為“co2復(fù)合材料”(“ccm”)。已經(jīng)在各種專利文件中描述了多種co2復(fù)合材料的化學(xué)性質(zhì)和制備，包括2014年5月8日公布的美國專利申請公開no.20140127450a1和2014年5月8日公布的美國專利申請公開no.20140127458a1。
co2復(fù)合材料可以展現(xiàn)美觀的視覺形態(tài)并且表現(xiàn)與對應(yīng)的天然材料相似的抗壓強度、抗彎強度和吸水性。能夠以低的成本以及大幅改進(jìn)的能量消耗和碳足跡來利用高效的氣體輔助熱液液相燒結(jié)(hlps)工藝生產(chǎn)co2復(fù)合材料。實際上，在工藝的優(yōu)選的實施例中，co2作為反應(yīng)性物種消耗，從而導(dǎo)致co2的凈固存。
能夠使得co2復(fù)合材料顯示各種形態(tài)、質(zhì)地和其它特性，諸如各種顏色的視覺形態(tài)。另外，co2復(fù)合材料展現(xiàn)與傳統(tǒng)混凝土相似的抗壓強度、抗彎強度和吸水性。co2復(fù)合材料能夠固化至如下程度，即co2復(fù)合材料在通常顯著小于固化傳統(tǒng)的混凝土所需的時間(例如幾天至幾周)的時間間隔(諸如幾小時)內(nèi)固化就緒以備使用。此外，能夠使用節(jié)能的hlps工藝生產(chǎn)co2復(fù)合材料，并且能夠以低的成本和令人滿意的環(huán)境影響來制造co2復(fù)合材料。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，co2被用作反應(yīng)性物種，以任何現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)無法比擬的碳足跡導(dǎo)致制造的co2復(fù)合材料中co2的固存。hlps工藝由化學(xué)反應(yīng)的自由能和由晶體生長所產(chǎn)生的表面能(面積)減少而熱力學(xué)地驅(qū)動。因為使用溶液(含水或無水的)運送反應(yīng)性物種而不使用高熔點流體或高溫固態(tài)介質(zhì)，所以hlps工藝的動力學(xué)在低溫下以合理的速度進(jìn)行。
能夠在以下專利中得到hlps的各方面的論述：美國專利no.8,114,367、美國公開no.us2009/0143211(申請序列號no.12/271,566)、美國公開no.us2011/0104469(申請序列號no.12/984,299)、美國公開20090142578(申請序列號no.12/271,513)、wo2009/102360(pct/us2008/083606)、wo2011/053598(pct/us2010/054146)、wo2011/090967(pct/us2011/021623)、2012年3月2日提交的美國申請序列號no.13/411,218(riman等)、2012年6月7日提交的美國申請序列號no.13/491,098(riman等)、2012年10月1日提交的美國臨時專利申請no.61/708,423以及全部在2012年10月4日提交的美國臨時專利申請no.61/709,435、61/709,453、61/709,461和61/709,476，以上專利分別通過全文引用而并入本文用于全部目的。
術(shù)語“速度限制步驟”是指限制或者控制碳酸鹽化反應(yīng)進(jìn)行的時間的一個或多個步驟。
流速是使用fps(英尺每秒)的速度或者cfm(立方英尺每分鐘)的體積而以速度和/或體積描述的氣體的運動。
術(shù)語“溫度”或者“溫度范圍”代表整體內(nèi)部系統(tǒng)溫度、氣體溫度和樣品溫度中的一個或多個。
術(shù)語“相對濕度”代表在一定溫度下系統(tǒng)中的氣體內(nèi)的水蒸氣的氣體壓力與該氣體中的水的飽和蒸氣壓的比率，該比率可以在系統(tǒng)中各處不同。
術(shù)語“co2濃度”代表系統(tǒng)中的co2的量除以在該系統(tǒng)中的氣體的總體積，表示為百分比。
本發(fā)明關(guān)注通過控制復(fù)合材料的干燥速率而使該復(fù)合材料的碳酸鹽化速度最大化的工藝。該工藝能夠包括1至1000小時之間的碳酸鹽化時間。該工藝能夠包括具有0％至100％的范圍內(nèi)的滲透率的co2復(fù)合材料。該工藝能夠包括具有0至36英寸的范圍內(nèi)的ccm碳酸鹽化深度的co2復(fù)合材料。該工藝能夠包括如下co2復(fù)合材料：其中，從ccm去除的水量等于ccm質(zhì)量的0％至99％之間。
本發(fā)明涵蓋為了固化ccm而用于調(diào)節(jié)再循環(huán)的氣流的設(shè)備，以及使用這樣的設(shè)備固化ccm的工藝。氣體調(diào)節(jié)設(shè)備提供在固化復(fù)合材料期間控制、減少或者消除與除水相關(guān)聯(lián)的速度限制步驟的工藝。設(shè)備可以包括但不限于對系統(tǒng)內(nèi)的溫度、相對濕度、流速、壓力、和二氧化碳濃度的控制；該設(shè)備包括調(diào)節(jié)設(shè)備、容納ccm的任意容器、以及材料自身。流速控制能夠用作實現(xiàn)氣體速度和組成兩者的均勻性的方式。
該設(shè)備能夠包括各種子系統(tǒng)。子系統(tǒng)能夠包括：固化室、二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)、濕度控制子系統(tǒng)以及與二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)和濕度控制子系統(tǒng)中的至少一者通信的控制器；以及至少一個控制器，所述控制器被配置為：在消耗作為反應(yīng)物的co2的材料固化期間，單獨地控制氣態(tài)二氧化碳的流速、氣體通過固化室的循環(huán)、氣體的溫度、以及氣體的濕度之中的至少一者。
固化室
能夠采用各種類型的固化室和設(shè)備用于固化ccm。一些固化室和設(shè)備可以設(shè)置在永久或者半永久設(shè)施中，而其他的固化室和設(shè)備可以使用一段時間(例如，臨時安裝)，并且一些固化室和設(shè)備可以使用一次(例如，現(xiàn)場固化ccm，例如在一些戶外場所，諸如固化ccm用于形成人行道、車道、道路、起落跑道的路面、或者用于結(jié)構(gòu)的支撐板)。圖1和圖2是用于co2復(fù)合材料的固化系統(tǒng)的實施例的示意圖。
在一些實施例中，室或者外罩自身可以被設(shè)計為用于固化工藝的一次或幾次重復(fù)使用，或者可以被設(shè)計為用于固化工藝的無期限地多次重復(fù)使用。在一些實施例中，相比于固化的產(chǎn)品的價值，室的相對成本將用作對室或外罩的構(gòu)建材料和方法的指導(dǎo)。
二氧化碳源
可以利用能夠以足夠高的純度供給充足的氣體量的任何適當(dāng)?shù)脑矗瑏硖峁┒趸?。在一些實施例中，二氧化碳源是由液態(tài)二氧化碳產(chǎn)生的氣體。在一些實施例中，二氧化碳源是以高壓氣缸中的氣體的形式提供的氣體。在一些實施例中，二氧化碳源是燃燒系統(tǒng)的流出物，該燃燒系統(tǒng)被加工為供應(yīng)純化的二氧化碳。
氣流子系統(tǒng)
在一些實施例中，設(shè)置了氣流子系統(tǒng)，用于提供用于固化ccm所必需的氣體(例如，co2、水蒸氣、空氣以及其它需要的氣體)。氣流系統(tǒng)包括如下中的一個或多個作為部件：閥門、流量調(diào)節(jié)器、質(zhì)量流量控制器、和鼓風(fēng)機(jī)，該部件適于使得氣體以期望的流速(例如，適當(dāng)?shù)拿繂挝粫r間的質(zhì)量)、期望的壓力、和期望的組成(例如，二氧化碳與水、與空氣、以及可能的其它氣體的比率或者比例)流動。固化室能夠還包括這樣的結(jié)構(gòu)：其控制固化室內(nèi)的流速以及流向，以及氣體入口和出口的物理位置。
溫度控制子系統(tǒng)
在一些實施例中，設(shè)置了溫度控制子系統(tǒng)，其允許具有期望的氣體溫度的氣體的供應(yīng)。溫度控制子系統(tǒng)能夠用于控制作為溫度的函數(shù)的反應(yīng)速率，以及操作參數(shù)，諸如具有溫度依賴性的相對濕度。溫度控制系統(tǒng)能夠包括：一個以上的加熱器；一個以上冷卻器；一個以上的傳感器，其被配置為測量在某一位置處的氣體溫度；以及通信接口，其被配置為與控制器通信。在一些實施例中，通信是單向的，例如控制器發(fā)送控制信號以控制溫度控制子系統(tǒng)使得加熱器和冷卻器中的至少一者運行的通信。在一些實施例中，通信是單向的，其中，溫度控制系統(tǒng)向控制器發(fā)送表示諸如溫度和相對濕度這樣的參數(shù)的信號。在一些實施例中，信號能夠雙向地通信。
濕度控制子系統(tǒng)
在一些實施例中，設(shè)置了濕度控制子系統(tǒng)，其允許控制在系統(tǒng)中使用的工藝氣體中的相對濕度。如果在固化工藝期間相對濕度太低或者如果期望向ccm添加水分，則濕度控制子系統(tǒng)能夠用于向供應(yīng)到固化室的工藝氣體添加水蒸氣，并且在固化工藝期間如果相對濕度太高或者如果期望從ccm提取水分，則該濕度控制子系統(tǒng)能夠用于從固化室離開或者排出的工藝氣體去除水蒸氣。例如，添加水蒸氣的設(shè)備能夠是水源、閥門、和噴頭或噴嘴。在另一個實施例中，添加水蒸氣的設(shè)備可以是蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器能夠包括潛水式加熱器。在其它實施例中，能夠使氣體鼓泡通過鼓泡器而添加水蒸氣。除水的設(shè)備能夠是深冷器、冷凝器或者換熱器。濕度控制子系統(tǒng)包括濕度傳感器，該濕度傳感器能夠測量在氣流系統(tǒng)中的各個位置處的工藝氣體的相對濕度，諸如在工藝氣體進(jìn)入或者離開固化室的位置，以及適當(dāng)?shù)卦诠袒一蛘邭饬髯酉到y(tǒng)的其它位置。
用于控制固化工藝參數(shù)的子系統(tǒng)
在一些實施例中，設(shè)置用于控制固化工藝參數(shù)的子系統(tǒng)(例如，控制器)以控制用于固化ccm的操作參數(shù)并且用于記錄在固化操作期間測量的數(shù)據(jù)，該操作參數(shù)包括控制工藝步驟順序、持續(xù)時間和時間點。在各種實施例中，控制器與二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)、和濕度控制子系統(tǒng)中的至少一者通信。在一些實施例中，控制器與傳感器通信，該傳感器提供諸如溫度、濕度、流速、氣體壓力、氣體組成等關(guān)于工藝的數(shù)據(jù)?？刂破鞅慌渲脼椋涸诠袒淖鳛榉磻?yīng)物的co2的材料的時間段內(nèi)獨立地控制氣態(tài)二氧化碳的流速、氣體通過固化室的循環(huán)、氣體的溫度、和氣體的濕度之中的至少一者。
通常，各個子系統(tǒng)能夠被設(shè)置為可再次使用的模塊，其能夠通過例如利用傳統(tǒng)的成品機(jī)械的和電的連接器而可操作地連接到其它子系統(tǒng)。在一些實施例中，能夠通過組裝根據(jù)指定的固化操作可能要求的各類型的子系統(tǒng)的一個以上的模塊，而隨后提供完整的控制和操作系統(tǒng)。對于期望反復(fù)執(zhí)行的固化程序，能夠以單元提供完整的控制和操作系統(tǒng)。在控制和操作系統(tǒng)的一些部分發(fā)生故障的情況下，能夠通過對故障的部件替換整個子系統(tǒng)而做出相對快速地修復(fù)，并且該部件的修復(fù)能夠“脫機(jī)”進(jìn)行，例如不顯著地影響指定固化操作的固化工藝，使得能夠僅以與期望的工藝持續(xù)時間較小的偏差完成固化工藝。特別地，由于當(dāng)co2濃度充分地降低時(例如，當(dāng)在固化氣體中缺少co2時)ccm即停止固化，所以ccm適于臨時故障的糾正。這不同于傳統(tǒng)混凝土的固化，傳統(tǒng)混凝土的固化由于水(h2o)的存在而起始，并且一旦傳統(tǒng)混凝土混合物變濕則通常不能夠被中斷。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，圖1示出了用于co2復(fù)合材料的固化系統(tǒng)的實施例的示意圖。在圖1中，存在通過氣體輸送管140和氣體回收管142而連接在一起的氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)102和固化室120。氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)102包括二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)、濕度控制子系統(tǒng)和用于控制固化工藝參數(shù)的子系統(tǒng)的各自的元件。在圖1的實施例中，氣體輸送管140和氣體回收管142能夠是任何適當(dāng)尺寸的管，例如，可以是6英寸直徑的金屬管。提供諸如co2供給源130這樣的氣體源，以及根據(jù)需要提供諸如空氣和/或水蒸氣的其它氣體的源。氣體輸送和調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠包括諸如可編程邏輯控制器(plc)的控制器116，或者諸如通用可編程計算機(jī)的另一個基于微處理器的控制器，其能夠使用在機(jī)器可讀介質(zhì)上記錄的一組指令而運行。如圖1所示，典型的固化室120能夠包括：集氣室122，其被構(gòu)造為經(jīng)由能夠向固化室內(nèi)注入氣體的一個或多個位置提供氣氛，以在固化室120的各種部分中建立具有期望的諸如流速或者流動模式的性質(zhì)的氣流124。在一些實施例中，固化室如外罩一樣簡單，其能夠容納待加工的ccm以及工藝氣體，該固化室具有使得氣體能夠被引入以及根據(jù)需要地去除的入口和出口。后文中將提供這樣的系統(tǒng)的額外的細(xì)節(jié)。
圖2是用于co2復(fù)合材料的替換的固化系統(tǒng)的實施例的示意圖。圖2所示的很多部件能夠與圖1所示的部件相同，也能夠存在額外的或者不同的部件。例如，圖1和圖2的實施例兩者均使用多個熱電偶或者其它溫度傳感器(104、104’、104”、104”’、104””，統(tǒng)稱為溫度傳感器104)以及多個相對濕度傳感器(106、106’，統(tǒng)稱為相對濕度傳感器106)，該相對濕度傳感器能夠是例如使用二氧化碳與水蒸氣濕度比的干球濕球傳感器、或者偶極極化水蒸氣測量儀器、或者冷鏡式濕度計、或者電容式濕度傳感器。
如圖2所示，co2供給源130能夠經(jīng)由不同的流動控制路徑而連接到co2入口，諸如經(jīng)由可以用于例如在凈化(purge)周期期間提供高流速的閥門210、212和214，或者可以經(jīng)由可以用于提供更加精確控制的流速(通常具有比在凈化周期中使用的流速慢的流速)的閥門220、222、流量控制器224和閥門226而連接到co2入口。在圖2所示的實施例中，用于連接氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)102的管道能夠比圖1所示的系統(tǒng)中使用的管道大。例如，管道能夠是8英寸管。另一個不同之處在于用于加熱提供至固化室的氣體的加熱器的大小，圖1所示的加熱器的大小為6個1.3kw的加熱器(114)，而圖2的加熱系統(tǒng)中包括18個1.8kw的加熱器(214)。應(yīng)當(dāng)理解，在任意具體的系統(tǒng)中，將與固化室120中待固化的材料的預(yù)期的量相關(guān)地確定各個部件的精確的容量的大小。
控制器116能夠接收來自溫度傳感器104和相對濕度傳感器106的數(shù)據(jù)，并且能夠與閥門、深冷器(或者冷卻器)110、深冷器(或者冷卻器)換熱器112、鼓風(fēng)機(jī)108、加熱器(114、214)和co2供給源130雙向通信(例如，從其接收數(shù)據(jù)并且向其發(fā)送指令)，從而能夠記錄作為時間的函數(shù)的數(shù)據(jù)，做出關(guān)于固化室120內(nèi)的裝填物的固化狀態(tài)的確定，并且采用修正的或者預(yù)定的動作以控制固化工藝。控制器116還能夠接收來自使用者的命令、向使用者顯示信息、并且記錄數(shù)據(jù)和可能不時發(fā)出的命令，使得可以以機(jī)器可讀形式產(chǎn)生固化工藝的記錄用于之后的使用。
在固化室內(nèi)的氣流
在各種實施例中，在固化室內(nèi)的氣流能夠包括本體外部的氣流、本體內(nèi)部的氣流、通過多孔的或者透水的本體的氣流、或者這些氣流的組合。氣體輸送系統(tǒng)包括能夠具有多種形態(tài)的氣體輸送管140、氣體回收管142和集氣室122。在一些實施例中，集氣室122引導(dǎo)氣體至co2復(fù)合材料的生坯的外部。在其他的實施例中，集氣室122引導(dǎo)氣體至co2復(fù)合材料的生坯中的內(nèi)部通道或者開口。在另外其他的實施例中，集氣室122引導(dǎo)氣體至co2復(fù)合材料的生坯中的外部和內(nèi)部通道或者開口兩者。
內(nèi)部氣體輸送系統(tǒng)
這種類型的氣體輸送系統(tǒng)由具有指定的間隔和尺寸的連接的、網(wǎng)格狀的管道構(gòu)成，該管道通過遍布管道系統(tǒng)而分布的一系列的孔而將氣體或者液體輸送至co2復(fù)合材料本體的周圍。然后調(diào)節(jié)氣體(包括二氧化碳)的供給，以匹配或者接近匹配co2復(fù)合材料中的co2的固存率。這是快速固化co2復(fù)合材料的一部分的一種方法。在典型的內(nèi)部氣體輸送系統(tǒng)中，在co2復(fù)合材料樣品固化之后，該管道系統(tǒng)保持嵌入在co2復(fù)合材料樣品中。管道系統(tǒng)能夠額外用作強化的裝置，并且能夠提供經(jīng)由壓縮空氣或者水反沖技術(shù)而進(jìn)行co2復(fù)合材料的清洗或者維護(hù)的能力。
該方法的一些有益效果包括且不限于減少固化時間、降低與現(xiàn)場澆筑co2復(fù)合材料應(yīng)用相關(guān)的碳足跡、由于反沖洗透水co2復(fù)合材料中的雜質(zhì)的能力以及強化網(wǎng)格的存在而導(dǎo)致的透水co2復(fù)合材料部分的使用壽命延長。用于鋪設(shè)透水混凝土與波特蘭水泥基系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)實踐要求在使用該區(qū)域之前7-28天的固化時間。利用氣體輸送系統(tǒng)，能夠以短至1天即得到co2復(fù)合材料的最終強度。在下文概述的試驗中，co2的供給調(diào)節(jié)為1.7kg每小時。22小時后的結(jié)果是與co2復(fù)合材料可碳酸鹽化的潛力相比，碳酸鹽化程度為40％。這與43％的co2效率互相關(guān)聯(lián)?；谠摂?shù)據(jù)，能夠控制供氣速率，以匹配co2復(fù)合材料的固存率，從而提高co2使用的效率并且優(yōu)化完成固化工藝所需的時間。
現(xiàn)在將描述用于固化諸如枕木這樣的細(xì)長樣品的內(nèi)部氣體輸送系統(tǒng)的實施例。
圖3是固化co2復(fù)合材料的細(xì)長樣品的實施例的示意圖。圖3中的固化室具有柔性壁310，該柔性壁310由框架部件320支撐?？梢酝ㄟ^使用重力或者使用磁條和磁性框架部件而完成柔性壁310的閉合。后文中將更加具體地描述其他柔性壁系統(tǒng)。
圖4是容納待固化的co2復(fù)合材料的細(xì)長樣品410(枕木)的圖3的固化室的視圖。
圖5是關(guān)閉以使得能夠進(jìn)行固化時的圖3的固化室的視圖。柔性壁310在該視圖中完全展開。
在使用圖3至圖5所示的系統(tǒng)時，工藝氣體被供給至橫貫待固化的ccm的長度的至少一個內(nèi)部孔穴。然后能夠從生坯的內(nèi)側(cè)朝著外側(cè)進(jìn)行固化。已經(jīng)獲得用于這樣的固化工藝的數(shù)據(jù)。
圖6是用于向具有內(nèi)圓形通道的co2復(fù)合材料的樣品輸送固化氣體的集氣室的圖像。如可以從圖6所見，集氣室610是具有圓形截面的管，該管能夠被放置為與在待固化的co2復(fù)合材料的樣品中的圓形通道流體連通。
圖7是利用在內(nèi)圓形通道710中的氣流和樣品外部的氣流而固化的co2復(fù)合材料的樣品700的視圖。如圖7所示，樣品700具有已經(jīng)固化的圓形區(qū)域720、已經(jīng)固化的矩形周邊區(qū)域730、以及在固化區(qū)域720與730之間的未固化區(qū)域740。這證明了利用內(nèi)部工藝氣流從內(nèi)側(cè)固化ccm以及利用樣品外部的氣流從外側(cè)固化ccm的能力。
圖8是圖示出作為流速的函數(shù)的反應(yīng)深度的差異的圖像。在圖8中，對于檢查的幾何結(jié)構(gòu)明顯的是，在相同時間間隔內(nèi)較高的流速導(dǎo)致較大的固化深度。
圖9是圖示出在利用1個風(fēng)扇和3個風(fēng)扇的系統(tǒng)中，反應(yīng)深度、立方英尺每分鐘的氣流以及從固化的co2復(fù)合材料的樣品去除的水量的圖。明顯的是，當(dāng)提供移動反應(yīng)氣體的更大的能力時，反應(yīng)深度、立方英尺每分鐘的氣流、以及從co2復(fù)合材料的樣品去除的水量全部增大。
圖10是示出對于具有不同的相對濕度的氣體，作為流速的函數(shù)的除水速度的數(shù)據(jù)的圖。如圖10所示，使用較高的流速和較低的相對濕度趨于增大從樣品去除水分的速度。ccm與co2的反應(yīng)被認(rèn)為在水飽和的ccm與氣態(tài)co2接觸的界面處優(yōu)先地發(fā)生，因此更快的除水與更快的固化速度互相關(guān)聯(lián)。
實例：現(xiàn)場固化透水co2復(fù)合材料
圖11至圖16示出了現(xiàn)場固化透水co2復(fù)合材料的工藝。這是在地面上向建筑物的一側(cè)進(jìn)行的安裝。其為在使用中的真實的戶外現(xiàn)場澆筑應(yīng)用的實例。
圖11是圖示出在戶外地點放置并固化復(fù)合材料的工藝步驟的工藝流程圖。該工藝能夠劃分為多個步驟。在步驟1110中，準(zhǔn)備將安置co2復(fù)合材料并使其固化的區(qū)域。這能夠包括挖坑、找平、設(shè)置形狀等。在步驟1120中，傾倒或以其他方式安置第一層透水co2復(fù)合材料。安置co2復(fù)合材料的活動包括基于co2復(fù)合材料配方或者混合可操作性，通過使用澆注、傾倒、振動、按壓等中的至少一者以上，形成待固化的本體。
在步驟1130中，放置或者安置氣體輸送結(jié)構(gòu)，在一些實施例中，其能夠是具有在其壁部中限定的孔的筒或管。圖12是圖示出用于將氣體輸送到透水co2復(fù)合材料的現(xiàn)場澆筑部分的穿孔pvc網(wǎng)格1210的圖像。還能看到待固化的材料的第一層1220，以及氣體連接點1230。
在步驟1140中，在氣體輸送結(jié)構(gòu)上傾倒或者安置透水co2復(fù)合材料的第二層(最終層)。圖13是圖示出傾倒在圖12的氣體輸送系統(tǒng)1210上的透水co2復(fù)合材料1310的圖像。然而，應(yīng)當(dāng)理解為，能夠以任意順序進(jìn)行氣體輸送結(jié)構(gòu)和待固化的材料在期望的位置的安置，該順序包括首先就地放置氣體輸送結(jié)構(gòu)而后放置待固化的材料，或者首先放置待固化的材料而后安置氣體輸送結(jié)構(gòu)。
在步驟1150中，例如，利用防水布(“油布”)覆蓋被安置的材料，并且連接氣體管道。圖14是圖示出覆蓋有塑料薄膜1410并且具有連接到氣體連接點1230的co2入口1420的透水co2復(fù)合材料的部分的圖像。
在安置的混合物固化之前，可能需要利用風(fēng)干、排水或者氣體再循環(huán)調(diào)節(jié)中的一種以上干燥未固化的co2復(fù)合材料或者從未固化的co2復(fù)合材料去除多余的水分，以使材料達(dá)到開始固化工藝的適當(dāng)?shù)臈l件。在一些實施例中，可能需要向未固化的co2復(fù)合材料的干燥混合物中添加水分。
在步驟1160中，供給氣體以使co2復(fù)合材料固化。圖15是示出用于控制供給到圖14的透水co2復(fù)合材料部分的co2的氣流調(diào)節(jié)器和流量計的圖像。在圖15中，可見高壓調(diào)節(jié)器1510、低壓調(diào)節(jié)器1520、氣體輸送管道1530、co2質(zhì)量流量計1540、以及co2質(zhì)量流量計讀數(shù)1550。
圖16是示出在使用圖12的嵌入的co2輸送系統(tǒng)22小時后透水co2復(fù)合材料的固化部分的圖像。
在一些實施例中，傳感器能夠定位在待固化的co2復(fù)合材料體積內(nèi)，使得可以監(jiān)測在固化工藝期間的操作參數(shù)。這樣的傳感器通常是犧牲型的，或者是“一次性使用的傳感器”，其在co2復(fù)合材料已經(jīng)固化之后通常不能移出和回收，而是永久地固定在co2復(fù)合材料中。
實例：現(xiàn)場澆筑固化系統(tǒng)
現(xiàn)場澆筑固化系統(tǒng)涉及用于在不存在密封的容器的情況下碳酸鹽化co2復(fù)合材料的系統(tǒng)和方法。該“現(xiàn)場澆筑”固化技術(shù)涉及用作使得co2能夠擴(kuò)散通過co2復(fù)合材料的澆筑部分的層的氣體可滲透屏障的使用。這是用于快速產(chǎn)生強度和永久固存二氧化碳?xì)怏w的步驟，導(dǎo)致與現(xiàn)場澆筑混凝土應(yīng)用相關(guān)的碳足跡的減少。由于不需要控溫的或者密封的容器，所以該工藝比所有的現(xiàn)有的碳酸鹽化固化技術(shù)能量密集性低。已經(jīng)第一次證明了能夠利用描述的現(xiàn)場澆筑技術(shù)以密實的co2復(fù)合材料實現(xiàn)顯著水平的強度(+2,000psi)。
已經(jīng)經(jīng)由“自下往上”的碳酸鹽化固化工藝而碳酸鹽化co2復(fù)合材料。該試驗涉及不使用密封容器的成功的碳酸鹽化，以生產(chǎn)具有超過2000psi的抗壓強度的co2復(fù)合材料板。
我們已經(jīng)使用
圖17是圖示出利用現(xiàn)場澆筑工藝放置并固化co2復(fù)合材料的步驟的工藝流程圖。在步驟1710中，通過將材料定位在co2復(fù)合材料待澆注和固化的位置而制備具有可滲透的被覆層的
圖18是示出模具1800的圖像，該模具1800使得co2能夠輸送到并且通過
圖19是示出混合現(xiàn)場澆筑工藝中使用的未固化的co2復(fù)合材料的圖像。
圖20是示出在澆注co2復(fù)合材料并且連接用于利用co2固化co2復(fù)合材料的工藝氣體管道之后的模具1800的圖像。
圖21是示出從碳酸鹽化固化之后的co2復(fù)合材料板截取的截面2110的圖像。
柔性壁固化室
在圖22至圖24中圖示了能夠采用以固化co2復(fù)合材料的樣品的另一類型的固化室。這是由諸如塑料片材的柔性材料制成的室，從而形成具有柔性壁的室。在優(yōu)選的實施例中，柔性材料可以被覆有諸如鋁的反射層，從而反射紅外線輻射。相似的材料通常用于在人類救援操作中使用的或者在賽跑結(jié)束時給予馬拉松跑步者的毯子或者雨衣中，使得能夠更容易地保持人的身體熱量。在下面描述的實施例中，壁被設(shè)置為容納在固化室內(nèi)放置的co2復(fù)合材料的樣品時使用的氣體，使得能夠控制諸如組成、溫度、相對濕度和流速的氣體性質(zhì)。在一些實施例中，傳感器可以位于室內(nèi)，以提供在固化操作期間關(guān)于氣體的性質(zhì)和室內(nèi)的條件的數(shù)據(jù)。
圖22是由夾持系統(tǒng)裝接到剛性基部2220的柔性材料2210制成的固化室2200的視圖。在一個實施例中，柔性材料是金屬化塑料片材。能夠用作柔性材料的其他材料為
圖23是安裝柔性材料以形成圖22的固化室的視圖。
圖24是用于將圖22的固化室的柔性材料保持到剛性支撐部的夾持方法的視圖。如圖24所示，剛性基部2410和柔性片材2420通過使用剛性桿2430和夾具2440而連結(jié)。在所示的實施例中，剛性桿2430具有方形或矩形截面。在一些實施例中，可變形的襯墊2450可以置于剛性基部2410與柔性片材2420的匹配表面之間，以提供更氣密的密封。襯墊2450能夠是與固化氣體化學(xué)兼容并且足夠軟的任意材料，使得當(dāng)剛性基部2410與柔性片材2420的匹配表面被壓緊時，其形成大致氣密的密封。能夠用作襯墊的這樣的材料的實例為閉孔泡沫塑料片材和諸如石油基膠體的粘稠液體。在其他實施例中，填充有諸如水的與固化氣氛兼容的液體的通道能夠設(shè)置在剛性基部2410與柔性片材2420的匹配表面所在的位置處。
圖25是具有一些柔性壁2510和一些相對剛性的壁2520的固化室2500的另一個實施例的視圖。在圖25所示的實施例中，孔口2530可以由在關(guān)注的光譜區(qū)域透明的材料的覆蓋，例如在可見光區(qū)域或者紅外區(qū)域是透明的材料，使得可以進(jìn)行視覺觀察或者基于儀器的電磁輻射觀察，諸如光學(xué)高溫測定或者氣流或者氣體成分測量。2540是用于與前文描述的氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)102進(jìn)行連接的配件(例如，2540用作與氣體輸送管140和氣體回收管142中的一者的連接)。
模塊化氣體處理系統(tǒng)
圖26是能夠用于各種固化室的模塊化的氣體處理系統(tǒng)的視圖。
圖27是示出具有多個氣體輸送口2730、2730’、2730”和多個氣體回收口2740、2740’、2740”的氣體處理系統(tǒng)2710的示意圖，利用該多個氣體輸送口和該多個氣體回收口，氣體處理系統(tǒng)2710與固化室2720流體連通。圖27的模塊化氣體處理系統(tǒng)能夠被視作多個圖26的模塊化氣體處理系統(tǒng)，其在控制器的控制下并聯(lián)地運行。圖27的氣體處理系統(tǒng)能夠用于提供具有獨立控制的流速、氣體組成以及氣體溫度的氣流，使得能夠提供和控制專用于單獨的固化室的指定區(qū)域的氣流。根據(jù)需要，能夠設(shè)置多組傳感器，使得能夠單獨地監(jiān)測和控制各氣流。
基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)
為了以更加方便的方式控制固化系統(tǒng)的操作，提供了與二氧化碳源、氣流子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)和濕度控制子系統(tǒng)中的至少一者通信的至少一個控制器。所述至少一個控制器被配置為在消耗作為反應(yīng)物的co2的材料固化期間單獨的控制如下中的至少一者：為固化工藝而提供的氣體的成分、二氧化碳的流速、氣體通過固化室或者通過正被固化的ccm的循環(huán)的速率或者速度、氣體通過固化室的循環(huán)的方向、氣體的溫度、以及氣體的濕度。
在優(yōu)選的實施例中，控制器是通用計算機(jī)，其根據(jù)機(jī)器可讀介質(zhì)上記錄的一組指令而運行，或者該控制器是如下文將詳細(xì)描述的相似的電子裝置。在一些實施例中，操作者能夠通過覆寫控制器或者通過向控制器提供隨著操作者指揮而執(zhí)行的具體的指令，而控制固化工藝中的一些(或者全部)操作。例如，在人類操作者的控制下，能夠更加方便地進(jìn)行在固化工藝中必須進(jìn)行的如下的一些步驟：設(shè)定固化室、裝填待固化的ccm材料、在固化周期結(jié)束時卸除固化的材料等。在許多情況下，人類操作者能夠考量ccm材料自身的變化，以及怎樣能夠相比可編程控制器更容易地機(jī)械處理ccm材料。在完成初始的步驟之后，人類操作者能夠?qū)に嚨目刂埔平唤o控制器，該控制器能夠在固化持續(xù)期間控制該工藝。使用控制器的另一個優(yōu)勢效果是控制器能夠記錄并且產(chǎn)生被設(shè)定為目標(biāo)的操作參數(shù)的日志，并且能夠記錄在固化工藝期間測量的對應(yīng)的實際參數(shù)，使得通過重新編程指令而隨著時間提高固化工藝的精度，該指令控制具體工藝，以使得實際測量出的操作參數(shù)更加接近設(shè)定為目標(biāo)的值。這樣的控制改進(jìn)的公知實例是使用比例積分微分(pid)控制，試圖設(shè)定在時間間隔之后最終獲得穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)的改變，同時試圖隨著接近期望的穩(wěn)定狀態(tài)值而使下沖(太低的值)和過沖(太高的值)最小化。
圖28是用于固化室的基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)的屏幕截圖，其示出所控制的系統(tǒng)的示意圖。在圖28中，示出了：固化室2810的示意圖；氣體處理系統(tǒng)2820的部件；用于實時(例如，隨著工藝前進(jìn)的大致當(dāng)前時間)顯示諸如氣體成分、溫度、壓力、相對濕度、鼓風(fēng)機(jī)速度或者流速的工藝參數(shù)的多個數(shù)據(jù)窗口2830；co2源2840和相關(guān)的閥門的示意圖；以及水/水蒸氣源2850的示意圖。
圖29是用于固化室的基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)的屏幕截圖，其示出能夠被控制的多個部件并且示出能夠如何顯示測量的參數(shù)值。圖示的屏幕截圖是診斷面板，其中顯示了：諸如鼓風(fēng)機(jī)、加熱器、閥門等的各種部件的狀態(tài)2910；諸如溫度、相對濕度、co2百分比等的各種操作參數(shù)的期望的或者編程的值2920；由各種傳感器提供的當(dāng)前測得的值2930；以及監(jiān)測的步驟(此處“凈化”)和受控的一些參數(shù)的顯示2940。對于工藝中的不同步驟，顯示的診斷信息可以有差別。
圖30是用于固化室的基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)的屏幕截圖，其示出方案屏幕，其中固化工藝的各個階段或步驟的參數(shù)能夠由使用者輸入或者顯示給使用者。如可見的，方案屏幕能夠用于輸入個別步驟3010的期望的操作參數(shù)。設(shè)置了一組“按鍵”3020，以使使用者能夠方便地選擇固化操作的不同的部分，諸如氣體組成(例如，標(biāo)為“co2控制”的按鍵)、相對濕度條件(例如，標(biāo)為“rh控制”的按鍵)、控制器自身的操作(例如，標(biāo)為“pid控制”的按鍵)以及很多其他參數(shù)的控制。還設(shè)置了將方案保存至機(jī)器可讀介質(zhì)或者存儲器、或者從存儲器召回之前保存的方案的按鍵。在一些實施例中，屏幕自身是觸摸屏。在一些實施例中，可以使用諸如鼠標(biāo)這樣的指向裝置。在一些實施例中，可以使用鍵盤、數(shù)字小鍵盤和/或“屏幕上”鍵盤來輸入數(shù)據(jù)或者命令。
圖31是示出固化操作的歷史趨勢報告的屏幕截圖，示出了圖像3100，其中曲線3110代表總co2消耗，曲線3120代表相對濕度，并且曲線3130代表溫度。
定義
除非本文另有明確記載，否則對電子信號或者電磁信號(或者他們的等同物)的任意指代應(yīng)被理解為是指非易失性的電子信號或者非易失性的電磁信號。
記錄來自操作或者數(shù)據(jù)獲取的結(jié)果，例如記錄特定頻率或者波長下的結(jié)果，在本文被理解為是指并且被定義為以永久性的方式將輸出數(shù)據(jù)寫入存儲元件、機(jī)器可讀存儲介質(zhì)或者存儲裝置。能夠在本發(fā)明中使用的永久性機(jī)器可讀存儲介質(zhì)包括：電子、電磁和/或光學(xué)存儲介質(zhì)，諸如磁軟盤和硬盤；在一些實施例中能夠采用dvd盤、cd-rom盤(即，只讀光存儲盤)、cd-r盤(即，一次寫入、多次讀取的光存儲盤)和cd-rw盤(即，可重寫光存儲盤)之中的任意一者的dvd驅(qū)動器、cd驅(qū)動器；以及電子存儲介質(zhì)，諸如ram、rom、eprom、cf卡、pcmcia卡或者代替的sd或sdio存儲器；以及電子部件(例如，軟盤驅(qū)動器、dvd驅(qū)動器、cd/cd-r/cd-rw驅(qū)動器或者cf/pcmcia/sd適配器)，其能夠容納存儲介質(zhì)并且從存儲介質(zhì)讀取和/或?qū)懭氪鎯橘|(zhì)。除非明確記載，否則本文中對“記錄”或者“正在記錄”的任何指代應(yīng)被理解為是指永久性記錄或者正在永久性記錄。
如在機(jī)器可讀存儲介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，不斷地發(fā)明的用于數(shù)據(jù)存儲的新的介質(zhì)和格式，并且在將來可能變得可用的任意方便的、市售的存儲介質(zhì)和對應(yīng)的讀取/寫入裝置可以適于使用，尤其在其提供了更高的存儲容量、更快的存取速度、更小的尺寸以及每字節(jié)存儲信息的更低的價格的情況下。公知的老式的機(jī)器可讀介質(zhì)也可以在一定的條件下使用，諸如穿孔紙帶或者卡片、在帶或者線上的磁性記錄、打印的字符的光或磁讀取(例如，ocr和磁性編碼的符號)以及諸如一維或者二維條形碼的機(jī)器可讀符號。能夠進(jìn)行用于之后使用的圖像數(shù)據(jù)的記錄(例如，將圖像寫入存儲器或者數(shù)字存儲器)，以使得能夠使用記錄的信息作為輸出、作為用于顯示給使用者的數(shù)據(jù)、或者作為用于之后使用時可用的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)字存儲器元件或者芯片能夠是獨立的存儲器裝置，或者能夠并入到相關(guān)的裝置內(nèi)?！皩懭胼敵鰯?shù)據(jù)”或者“將圖像寫入存儲器”在本文被定義為包括將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫入到微型計算機(jī)內(nèi)的寄存器。
“微型計算機(jī)”在本文中被定義為與微處理器、微控制器、和數(shù)字信號處理器(“dsp”)等同。應(yīng)理解，由微型計算機(jī)所使用的存儲器，包括例如用于數(shù)據(jù)處理的被編碼為“固件”的指令，能夠存在于物理上處于微型計算機(jī)芯片內(nèi)部的存儲器，或者存在于微型計算機(jī)外部的存儲器，或者存在于內(nèi)部和外部存儲器的組合。相似地，能夠通過獨立的數(shù)字轉(zhuǎn)換器(“adc”)或者一個以上的adc或者多路adc通道而數(shù)字化的模擬信號，能夠存在于微型計算機(jī)封裝內(nèi)。還應(yīng)理解，現(xiàn)場可編程陣列(“fpga”)芯片或者專用集成電路(“asic”芯片)能夠以微型計算機(jī)的硬件邏輯、軟件模擬、或者以兩者的組合來執(zhí)行微型計算機(jī)功能。具有本文描述的任意發(fā)明特征的設(shè)備能夠完全在一臺微型計算機(jī)上運行，或者能夠包括多于一臺微型計算機(jī)。
根據(jù)本說明書的用于控制儀器、記錄信號并且分析信號或者數(shù)據(jù)的通用可編程計算機(jī)能夠是個人計算機(jī)(pc)、基于計算機(jī)的微處理器、手提計算機(jī)或者其他類型的處理裝置之中的任意一種。通用可編程計算機(jī)通常包括：中央處理單元；存儲器或者存儲器單元，其能夠利用機(jī)器可讀存儲介質(zhì)記錄和讀取信息和程序；通信終端，諸如有線通信裝置或者無線通信裝置；輸出裝置，諸如顯示終端；以及輸入裝置，諸如鍵盤。顯示終端能夠是觸摸屏顯示器，在該情況下，該顯示終端能夠用作顯示裝置和輸入裝置兩者。能夠存在不同的和/或額外的輸入裝置，諸如例如鼠標(biāo)或者操縱桿的指向裝置，并且能夠存在不同的或額外的輸出裝置，例如諸如揚聲器的發(fā)聲器、第二顯示器、或者打印機(jī)。計算機(jī)能夠運行各種操作系統(tǒng)中的任意一種，例如，各個版本的windows、macos、unix、或者linux中的任意一個。在通用計算機(jī)的操作中獲得的計算結(jié)果能夠存儲以在之后使用，并且/或者能夠?qū)⑵滹@示給使用者。至少，各個基于微處理器的通用計算機(jī)在微處理器內(nèi)具有存儲各個計算步驟的結(jié)果的寄存器，其結(jié)果然后共同地存儲在高速緩沖存儲器中用于之后的使用，使得能夠顯示該結(jié)果、將該結(jié)果記錄至非易失性存儲器、或者在進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理或者分析中使用。
理論探討
雖然本文給出的理論描述被認(rèn)為是正確的，但是本文描述并且要求其權(quán)利的裝置的操作不取決于理論描述的精確度和正確性。即，可以基于與本文呈現(xiàn)的理論不同的基礎(chǔ)而解釋所觀察的結(jié)果的后續(xù)理論發(fā)展將不減損本文描述的發(fā)明。
雖然已經(jīng)參考如附圖所示的優(yōu)選實施方式而特別示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的原理和范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行各種細(xì)節(jié)的改變。
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