▶ ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-01
(45)【発行日】2022-09-09
(54)【発明の名称】先進的な養生装置及びその養生装置を使用する方法
(51)【国際特許分類】
B28B 11/24 20060101AFI20220902BHJP
C04B 40/02 20060101ALI20220902BHJP
【ＦＩ】
B28B11/24
C04B40/02
【請求項の数】
26
(21)【出願番号】P 2019516155
(86)(22)【出願日】2017-09-26
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-12-19
(86)【国際出願番号】 US2017053539
(87)【国際公開番号】W WO2018058139
(87)【国際公開日】2018-03-29
【審査請求日】2020-09-25
(31)【優先権主張番号】62/399,949
(32)【優先日】2016-09-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】515252684
【氏名又は名称】ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＬＩＤＩＡ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100141601
【弁理士】
【氏名又は名称】貴志 浩充
(72)【発明者】
【氏名】ショーン キャムロン クイン
(72)【発明者】
【氏名】ケネス マイケル スミス
(72)【発明者】
【氏名】デヴィン エム パテン
(72)【発明者】
【氏名】シュイドーン ホゥ
(72)【発明者】
【氏名】ジョージ ペリー
(72)【発明者】
【氏名】ヴァヒット アタカン
(72)【発明者】
【氏名】ジテンドラ ジャイン
(72)【発明者】
【氏名】アヌジュ セス
(72)【発明者】
【氏名】アメット カニート タス
(72)【発明者】
【氏名】アラン トーマス ブラックルック
(72)【発明者】
【氏名】トーマス シューラー
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー ジェイ グローテンボー
(72)【発明者】
【氏名】ダン カストロ
【審査官】小川 武
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５１７３６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０２６６２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１４９４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１４３５３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０４２９０１８３（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２８Ｂ １１／００－１９／００
Ｃ０４Ｂ ２／００－３２／０２
Ｃ０４Ｂ ４０／００－４０／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＣＯ２との反応の下で養生する材料を養生させる装置において、試薬としてＣＯ２を消費する材料を収容するよう構成された養生チャンバであって、前記材料は、養生中にＣＯ２がないと養生せず、水のみ存在しても養生せず、また養生中に水は消費しないものであり、前記養生チャンバは、前記材料を前記養生チャンバに対して導入及び取り出すことができるよう構成された少なくとも１つのポートを有し、また前記ポート用の少なくとも１つの閉止体を有し、前記閉止体は、前記養生チャンバ内に存在するガスが養生チャンバ外部のガスによって汚染されるのを防止するよう閉じたとき大気シールをなすように構成されている、該養生チャンバと、
前記養生チャンバにおけるガス流入ポートによって気相の二酸化炭素を前記養生チャンバに供給するよう構成された二酸化炭素源であって、前記二酸化炭素源は、前記二酸化炭素の前記養生チャンバ内への流量を制御するよう構成された少なくとも１つのフロー調節デバイスを有する、該二酸化炭素源と、
前記二酸化炭素を前記養生チャンバで循環させるよう構成されたガス流サブシステムと、
前記養生チャンバ内における前記ガスの温度を制御するよう構成された温度制御サブシステムと、
前記養生チャンバ内における前記ガスの湿度を制御するよう構成された湿度制御サブシステムと、並びに
前記二酸化炭素源、前記ガス流サブシステム、前記温度制御サブシステム、及び前記湿度制御サブシステムのうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのコントローラと、
を備え、
前記少なくとも１つのコントローラは、前記養生チャンバ内における前記ガスの流量、前記養生チャンバでの前記ガスの前記循環、前記ガスの前記温度、及び前記ガス内の前記湿度のうちの少なくとも対応する１つを独立的に制御するよう構成されており、
前記少なくとも１つのコントローラは、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）での滞留時間を付与し、前記第１乾燥フェーズの滞留時間が最小化されるよう構成されており、また前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）に遷移するよう構成されている、装置であって、
前記装置は、以下の変化のいずれかを検出することによって前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成される：
前記材料の表面上又はバルク内における１つ又はそれ以上の電気的特性の変化；
前記材料から除去される水分量の変化；
前記材料から除去される前記材料から除去される水分の除去率の変化；
前記チャンバ内で循環する前記ガスから回収される水分の回収率の変化；
前記チャンバ内で循環する前記ガスにおけるＣＯ ２ 濃度及びＯ ２ 濃度のうち少なくとも一方の変化；
前記チャンバ内を循環する前記ガスの相対湿度の変化；
前記チャンバ内を循環する前記ガスの温度変化；
前記材料の温度変化；
前記チャンバ内の圧力変化；
前記材料のｐＨ変化；
前記材料の養生中に回収される水のｐＨ変化；
前記材料の元素組成の変化；又は
超音波刺激に対する前記材料における反響の変化。
【請求項2】
請求項１記載の装置において、前記装置は、意図的に添加されるＣＯ２が存在しない状態で、前記材料を先ず前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）に曝露させるよう構成されている、装置。
【請求項3】
請求項１記載の装置において、前記装置は、ＣＯ２が存在する状態で、前記材料を先ず前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）に曝露させるよう構成されている、装置。
【請求項4】
請求項１記載の装置において、前記装置は、前記材料の表面上又はバルク内における１つ又はそれ以上の電気的特性の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている、装置。
【請求項5】
請求項４記載の装置において、前記材料の前記１つ又は複数の電気的特性は、表面抵抗率、体積抵抗率、導電率、インピーダンス、キャパシタンス、絶縁定数、絶縁耐力、誘電率、圧電定数、及びゼーベック係数のうち少なくとも１つを含む、装置。
【請求項6】
請求項１記載の装置において、前記装置は、前記材料から除去される水分量の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている、装置。
【請求項7】
請求項１記載の装置において、前記装置は、前記チャンバ内で循環する前記ガスにおけるＣＯ２濃度及びＯ２濃度のうち少なくとも一方の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている、装置。
【請求項8】
請求項１記載の装置において、前記装置は、前記材料の温度変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている、装置。
【請求項9】
請求項１記載の装置において、前記装置は、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）のいずれかにおけるプロセス全体にわたり、前記チャンバ内の圧力を測定、追跡、及び制御するよう構成されている、装置。
【請求項10】
請求項１記載の装置において、前記装置は、前記材料のｐＨ変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている、装置。
【請求項11】
請求項１記載の装置において、前記温度制御サブシステムは、さらに、ガス及び材料のうち少なくとも一方を加熱するよう構成された少なくとも１つのエネルギー源を有する、装置。
【請求項12】
請求項１１記載の装置において、前記エネルギー源は、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）のうち少なくとも一方での滞留時間を制御するよう構成されている、装置。
【請求項13】
請求項１１記載の装置において、前記エネルギー源は、化石燃料燃焼を採用するよう構成されている、装置。
【請求項14】
請求項１１記載の装置において、前記エネルギー源は、電気抵抗加熱を採用するよう構成されている、装置。
【請求項15】
請求項１１記載の装置において、前記エネルギー源は、誘電加熱を採用するよう構成されている、装置。
【請求項16】
請求項１１記載の装置において、前記エネルギー源は、輻射熱源を採用するよう構成されている、装置。
【請求項17】
請求項１記載の装置において、前記湿度制御サブシステムは、材料からの水分抽出を制御するよう構成されている、装置。
【請求項18】
請求項１７記載の装置において、前記湿度制御サブシステムは、乾燥剤を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている、装置。
【請求項19】
請求項１７記載の装置において、前記湿度制御サブシステムは、熱交換器及び冷却器のうち一方を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている、装置。
【請求項20】
請求項１記載の装置において、前記ガス流サブシステムは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における水分抽出を制御し、かつ前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における反応速度を制御するため、前記チャンバ内におけるガス循環を制御するよう構成されている、装置。
【請求項21】
請求項１記載の装置において、前記ガス流サブシステムは、前記材料に隣接する前記ガスの流動及び速度を制御するよう構成されている、装置。
【請求項22】
請求項１記載の装置において、前記ガス流サブシステムは、外部循環システムを用いて、前記ガスの流動及び速度を制御するよう構成されている、装置。
【請求項23】
請求項１記載の装置において、前記ガス流サブシステムは、養生プロセス中のＣＯ２消費効率を最大化するため、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）中にＣＯ２濃度を変化するよう構成されている、装置。
【請求項24】
請求項１記載の装置において、前記ＣＯ２濃度は前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）中に減少する、装置。
【請求項25】
試薬としてＣＯ２を消費する材料であって、前記材料は、養生中にＣＯ２がないと養生せず、水のみ存在しても養生せず、また養生中に水は消費しないものである、該材料を養生させる方法において、前記方法は、装置を準備するステップであって、前記装置は、
試薬としてＣＯ２を消費する材料を収容するよう構成された養生チャンバであって、前記材料は、養生中にＣＯ２がないと養生せず、水のみ存在しても養生せず、また養生中に水は消費しないものであり、前記養生チャンバは、前記材料を前記養生チャンバに対して導入及び取り出すことができるよう構成された少なくとも１つのポートを有し、また前記ポート用の少なくとも１つの閉止体を有し、前記閉止体は、前記養生チャンバ内に存在するガスが養生チャンバ外部のガスによって汚染されるのを防止するよう閉じたとき大気シールをなすように構成されている、該養生チャンバ、
前記養生チャンバにおけるガス流入ポートによって気相の二酸化炭素を前記養生チャンバに供給するよう構成された二酸化炭素源であって、前記二酸化炭素源は、前記二酸化炭素の前記養生チャンバ内への流量を制御するよう構成された少なくとも１つのフロー調節デバイスを有する、該二酸化炭素源、
前記二酸化炭素を前記養生チャンバで循環させるよう構成されたガス流サブシステム、
前記養生チャンバ内における前記ガスの温度を制御するよう構成された温度制御サブシステム、
前記養生チャンバ内における前記ガスの湿度を制御するよう構成された湿度制御サブシステム、並びに
前記二酸化炭素源、前記ガス流サブシステム、前記温度制御サブシステム、及び前記湿度制御サブシステムのうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのコントローラ、
を備え、
前記少なくとも１つのコントローラは、前記養生チャンバ内における前記ガスの流量、前記養生チャンバでの前記ガスの前記循環、前記ガスの前記温度、及び前記ガス内の前記湿度のうちの少なくとも対応する１つを独立的に制御するよう構成されており、
前記少なくとも１つのコントローラは、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）での滞留時間を付与し、前記第１乾燥フェーズの滞留時間が最小化されるよう構成されており、また前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）に遷移するよう構成されているものであり、かつ前記装置は、以下の変化のいずれかを検出することによって前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成される：
前記装置は、以下の変化のいずれかを検出することによって前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成される：
前記材料の表面上又はバルク内における１つ又はそれ以上の電気的特性の変化；
前記材料から除去される水分量の変化；
前記材料から除去される前記材料から除去される水分の除去率の変化；
前記チャンバ内で循環する前記ガスから回収される水分の回収率の変化；
前記チャンバ内で循環する前記ガスにおけるＣＯ ２ 濃度及びＯ ２ 濃度のうち少なくとも一方の変化；
前記チャンバ内を循環する前記ガスの相対湿度の変化；
前記チャンバ内を循環する前記ガスの温度変化；
前記材料の温度変化；
前記チャンバ内の圧力変化；
前記材料のｐＨ変化；
前記材料の養生中に回収される水のｐＨ変化；
前記材料の元素組成の変化；又は
超音波刺激に対する前記材料における反響の変化、
該装置を準備するステップと、
前記第１乾燥フェーズにおける第１滞留時間を有する第１乾燥フェーズを実施するステップと、及び
前記第１乾燥フェーズの終了時に第２養生フェーズを実施するステップと
を備える、方法。
【請求項26】
意図的に添加されるＣＯ
２
が存在しない状態で、前記材料を先ず前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）に曝露させることをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年９月２６日出願の同時係属米国仮出願第６２／３９９，９４９号の優先権及び恩典を主張し、これら出願各々は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
本出願は、２０１６年９月２６日出願の同時係属米国仮出願第６２／３９９，９４９号の優先権及び恩典を主張し、これら出願各々は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
【0002】
発明の分野
本発明は、概して、養生装置（curing equipment）、及びとくに、ＣＯ２との反応により養生する（cure）材料を用いる養生装置に関する。
本発明は、概して、養生装置（curing equipment）、及びとくに、ＣＯ２との反応により養生する（cure）材料を用いる養生装置に関する。
【背景技術】
【0003】
試薬（reagent）としてＣＯ２を用いる材料を養生するシステム及び方法は従来既知である。
【0004】
非特許文献１（J. M. Bukowski and R. L. Berger, Cement and Concrete Research, Vol. 9, pp. 57-68, January 1979）は、１００％ＲＨ及び１００％ＣＯ２環境に暴露される非水硬性のγ-Ｃａ２ＳｉＯ４及びＣａＳｉＯ３、モルタル並びにパウダーの炭酸化について記載していると言われている。反応速度（率）及び強度成長は、ＣａＳｉＯ３におけるよりもγ-Ｃａ２ＳｉＯ４の方がより速い。ＣＯ２圧力を大気圧から５.６２ＭＰａ［５５.５気圧又は８１５ポンド／立方インチ］に増大させることによってγ-Ｃａ２ＳｉＯ４及びＣａＳｉＯ３双方における反応度が増加する。強度は、反応度及び２.００ＭＰａより高いＣＯ２圧力の関数として増大する。ＣＯ２活性化セメント用の非水硬性材料の潜在的使用を詳述している。
【0005】
さらに、２０１７年３月１６日刊行されたアル・ゴーレー（Al-Ghouleh）氏らによる特許文献１（国際公開第２０１７／０４１１８８号）が既知であり、これは気密エンクロージャ内でプレキャスト製品を製造するプロセスについて記載していると言われており、このプロセスは、ほぼ周囲の大気圧（０～２psig）及び／又は低圧（２～１５psig）の条件下で閉鎖した気密エンクロージャ内にＣＯ２ガスを送給することによって、予め乾燥したコンクリートによるプレキャストのユニットの炭酸化ステップを有し、該予め乾燥したコンクリートユニットはその初期混合物水分含有量の２５～６０％が失われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第２０１７／０４１１８８号パンフレット
【非特許文献】
【0007】
【文献】J. M. Bukowski and R. L. Berger, Cement and Concrete Research, Vol. 9, pp. 57-68, January 1979.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ＣＯ２との反応によって養生する材料の養生を改善する養生装置及び方法に対する必要性は存在する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
一態様によれば、本発明は、ＣＯ２との反応の下で養生する材料を養生させる装置であって、試薬としてＣＯ２を消費する材料を収容するよう構成された養生チャンバであって、前記材料は、養生中にＣＯ２がないと養生せず、水のみ存在しても養生せず、また養生中に水は消費しないものであり、前記養生チャンバは、前記材料を前記養生チャンバに対して導入及び取り出すことができるよう構成された少なくとも１つのポートを有し、また前記ポート用の少なくとも１つの閉止体を有し、前記閉止体は、前記養生チャンバ内に存在するガスが養生チャンバ外部のガスによって汚染されるのを防止するよう閉じたとき大気シールをなすように構成されている、該養生チャンバと、前記養生チャンバにおけるガス流入ポートによって気相の二酸化炭素又は空気を前記養生チャンバに供給するよう構成された二酸化炭素又は空気源であって、前記二酸化炭素又は空気源は、前記二酸化炭素又は空気の前記養生チャンバ内への流量を制御するよう構成された少なくとも１つのフロー調節デバイスを有する、該二酸化炭素又は空気源と、前記二酸化炭素又は空気を前記養生チャンバで循環させるよう構成されたガス流サブシステムと、前記養生チャンバ内における前記ガスの温度を制御するよう構成された温度制御サブシステムと、前記養生チャンバ内における前記ガスの湿度を制御するよう構成された湿度制御サブシステムと、並びに前記二酸化炭素源、前記ガス流サブシステム、前記温度制御サブシステム、及び前記湿度制御サブシステムのうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのコントローラと、を備え、前記少なくとも１つのコントローラは、前記養生チャンバ内における前記ガスの流量、前記養生チャンバでの前記ガスの前記循環、前記ガスの前記温度、及び前記ガス内の前記湿度のうちの少なくとも対応する１つを独立的に制御するよう構成されており、前記少なくとも１つのコントローラは、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）での滞留時間を付与し、前記第１乾燥フェーズの滞留時間が最小化されるよう構成されており、また前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）に遷移するよう構成されている装置であることを特徴とする。
【0010】
前記チャンバ内で実行される養生プロセスの絶対圧力は、複雑な圧力関連成分の使用を回避するため、０.１気圧から５気圧より低い絶対圧力にわたる範囲の圧力で生ずる。好適には、プロセスは、０.９８～１.０２気圧（１４.５～１４.９ｐｓｉ）の間における絶対圧力で生ずる。
【0011】
一実施形態において、前記装置は、意図的に添加されるＣＯ２が存在しない状態で、前記材料を先ず前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）に曝露させるよう構成されている。
【0012】
他の実施形態において、前記装置は、ＣＯ２が存在する状態で、前記材料を先ず前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）に曝露させるよう構成されている。
【0013】
さらに他の実施形態において、前記装置は、前記材料の表面上又はバルク内における１つ又はそれ以上の電気的特性の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0014】
さらに他の実施形態において、前記材料の前記１つ又は複数の電気的特性は、表面抵抗率、体積抵抗率、導電率、インピーダンス、キャパシタンス、絶縁定数、絶縁耐力、誘電率、圧電定数、及びゼーベック係数のうち少なくとも１つを含む。
【0015】
他の実施形態において、前記装置は、前記材料から除去される水分量の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0016】
さらに他の実施形態において、前記装置は、前記材料から除去される水分の除去率の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0017】
他の実施形態において、前記装置は、前記チャンバ内で循環するガスから回収される水分の回収率の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0018】
更なる実施形態において、前記装置は、前記チャンバ内で循環するガスにおけるＣＯ２濃度及びＯ２濃度のうち少なくとも一方の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0019】
さらに他の実施形態において、前記装置は、前記チャンバ内で循環するガスの相対湿度の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0020】
一実施形態において、前記装置は、前記チャンバ内で循環するガスの温度の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0021】
さらに他の実施形態において、前記装置は、前記材料の温度の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0022】
さらに別の実施形態において、前記装置は、赤外線カメラを用いて前記材料の温度変化をモニタリングするよう構成されている。
【0023】
他の実施形態において、前記装置は、前記チャンバ内の圧力変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0024】
さらに他の実施形態において、前記装置は、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）のいずれかにおけるプロセス全体にわたり、前記チャンバ内の圧力を測定、追跡、及び制御するよう構成されている。
【0025】
他の実施形態において、前記装置は、前記材料のｐＨ変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0026】
さらに一実施形態において、前記装置は、前記材料の養生中に回収される水のｐＨ変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0027】
さらに他の実施形態において、前記装置は、前記材料の元素組成の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0028】
一実施形態において、前記装置は、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）のいずれかにおけるプロセス全体にわたり、前記材料の前記元素組成を測定、追跡、及び制御するよう構成されている。
【0029】
他の実施形態において、前記装置は、超音波刺激に対する前記材料における反響の変化を検出することによって、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移を検出するよう構成されている。
【0030】
さらに他の実施形態において、前記温度制御サブシステムは、さらに、ガス及び材料のうち少なくとも一方を加熱するよう構成された少なくとも１つのエネルギー源を有する。
【0031】
さらに別の実施形態において、前記温度制御サブシステムは、前記材料の温度、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における水分除去率、及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における反応速度を制御するよう構成されている。
【0032】
他の実施形態において、前記エネルギー源は、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）のうち少なくとも一方での滞留時間を制御するよう構成されている。
【0033】
さらに他の実施形態において、前記エネルギー源は、化石燃料燃焼を採用するよう構成されている。
【0034】
他の実施形態において、前記エネルギー源は、電気抵抗加熱を採用するよう構成されている。
【0035】
さらに一実施形態において、前記エネルギー源は、赤外線熱源を採用するよう構成されている。
【0036】
さらに他の実施形態において、前記エネルギー源は、レーザーを採用するよう構成されている。
【0037】
一実施形態において、前記エネルギー源は、誘電加熱を採用するよう構成されている。
【0038】
他の実施形態において、前記誘電加熱を採用するよう構成されているエネルギー源は、マイクロ波周波数又は高周波の波動を使用する。
【0039】
さらに他の実施形態において、前記誘電加熱を採用するよう構成されているエネルギー源は、工業、科学及び医療用の周波数帯（ＩＳＭバンド）における高周波を使用する。
【0040】
さらに他の実施形態において、前記エネルギー源は、プラズマ加熱を採用するよう構成されている。
【0041】
他の実施形態において、前記エネルギー源は、蒸気加熱を採用するよう構成されている。
【0042】
さらに他の実施形態において、前記エネルギー源は、過熱蒸気を採用するよう構成されている。
【0043】
他の実施形態において、前記エネルギー源は、伝導加熱を採用するよう構成されている。
【0044】
もう１つの実施形態において、前記エネルギー源は、放熱器を採用するよう構成されている。
【0045】
さらに他の実施形態において、前記エネルギー源は、輻射熱源を採用するよう構成されている。
【0046】
一実施形態において、前記エネルギー源は、熱電併給設備を採用するよう構成されている。
【0047】
他の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、材料からの前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0048】
さらに他の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）中及び第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）中のうち少なくとも一方で、前記チャンバにおけるガスからの前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0049】
さらに別の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、自然対流を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0050】
他の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、強制対流を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0051】
さらに他の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、圧縮器を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0052】
他の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、乾燥剤を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0053】
さらに一実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、熱交換器及び冷却器のうち一方を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0054】
さらに他の実施形態において、前記湿度制御サブシステムは、大気圧より低い圧力を用いて、前記水分抽出を制御するよう構成されている。
【0055】
一実施形態において、前記ガス流サブシステムは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における前記水分抽出を制御するため、前記チャンバ内におけるガス循環を制御するよう構成されている。
【0056】
別の実施形態において、前記ガス流サブシステムは、前記材料に隣接する前記ガスの流動及び速度を制御するよう構成されている。
【0057】
さらに別の実施形態において、前記ガス流サブシステムは、前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における前記反応速度を制御するため、前記チャンバ内におけるガス循環を制御するよう構成されている。
【0058】
さらに別の実施形態において、前記ガス流サブシステムは、プレナムを用いて、前記ガスの流動及び速度を制御するよう構成されている。
【0059】
他の実施形態において、前記ガス流サブシステムは、内部循環システムを用いて、前記ガスの流動及び速度を制御するよう構成されている。
【0060】
さらに他の実施形態において、前記内部循環システムはファンを有している。
【0061】
他の実施形態において、前記ガス流サブシステムは、外部循環システムを用いて、前記ガスの流動及び速度を制御するよう構成されている。
【0062】
さらに一実施形態において、前記外部循環システムはファンを有している。
【0063】
さらに他の実施形態において、装置は、内部循環システムと、外部循環システムと、及び前記内部循環システムと前記外部循環システムとの間でガス流を比例配分するよう構成されたバイパスとを備える。
【0064】
一実施形態において、装置は、複数の内部循環システムと、複数の外部循環システムと、複数のヒーターと、複数の除湿システムとを備え、前記養生チャンバ内に複数の独立制御ゾーンを設けるようにしている。
【0065】
他の実施形態において、前記ガス流調節デバイスは、前記養生プロセス中のＣＯ２消費効率を最大化するため、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）中にＣＯ２濃度を変化するよう構成されている。
【0066】
さらに他の実施形態において、前記ＣＯ２濃度は前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）中に減少する。
【0067】
他の態様によれば、本発明は、試薬としてＣＯ２を消費する材料であって、前記材料は、養生中にＣＯ２がないと養生せず、水のみ存在しても養生せず、また養生中に水は消費しないものである、該材料を養生させる方法に関し、この方法は、装置を準備するステップであって、前記装置は、試薬としてＣＯ２を消費する材料を収容するよう構成された養生チャンバであって、前記材料は、養生中にＣＯ２がないと養生せず、水のみ存在しても養生せず、また養生中に水は消費しないものであり、前記養生チャンバは、前記材料を前記養生チャンバに対して導入及び取り出すことができるよう構成された少なくとも１つのポートを有し、また前記ポート用の少なくとも１つの閉止体を有し、前記閉止体は、前記養生チャンバ内に存在するガスが養生チャンバ外部のガスによって汚染されるのを防止するよう閉じたとき大気シールをなすように構成されている、該養生チャンバ、前記養生チャンバにおけるガス流入ポートによって気相の二酸化炭素又は空気を前記養生チャンバに供給するよう構成された二酸化炭素又は空気源であって、前記二酸化炭素又は空気源は、前記二酸化炭素又は空気の前記養生チャンバ内への流量を制御するよう構成された少なくとも１つのフロー調節デバイスを有する、該二酸化炭素又は空気源、前記二酸化炭素又は空気を前記養生チャンバで循環させるよう構成されたガス流サブシステム、前記養生チャンバ内における前記ガスの温度を制御するよう構成された温度制御サブシステム、前記養生チャンバ内における前記ガスの湿度を制御するよう構成された湿度制御サブシステム、並びに前記二酸化炭素源、前記ガス流サブシステム、前記温度制御サブシステム、及び前記湿度制御サブシステムのうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのコントローラと、を備え、前記少なくとも１つのコントローラは、前記養生チャンバ内における前記ガスの流量、前記養生チャンバでの前記ガスの前記循環、前記ガスの前記温度、及び前記ガス内の前記湿度のうちの少なくとも対応する１つを独立的に制御するよう構成されており、前記少なくとも１つのコントローラは、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）での滞留時間を付与し、前記第１乾燥フェーズの滞留時間が最小化されるよう構成されており、また前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）に遷移するよう構成されているものである、該装置を準備するステップと、前記第１乾燥フェーズにおける第１滞留時間を有する第１乾燥フェーズを実施するステップと、及び前記第１乾燥フェーズの終了時に第２養生フェーズを実施するステップと
を備える。
を備える。
【0068】
一態様において、本発明は、ＣＯ２との反応の下で硬化し（harden）、また水のみ存在しても硬化（harden）しない材料を養生させる（curing）装置に関し、この装置は、試薬（reagent）としてＣＯ２を消費し、またＣＯ２が存在しないと目立っては硬化（harden）しない材料を収容するよう構成された養生チャンバ（curing chamber）であって、前記養生チャンバは、前記材料を前記養生チャンバに対して導入及び取り出すことができるよう構成された少なくとも１つのポートを有し、また前記ポート用の少なくとも１つの閉止体を有し、前記閉止体は、前記養生チャンバ内に存在するガスが養生チャンバ外部のガスによって汚染されるのを防止するよう閉じたとき大気シールをなすように構成されている、該養生チャンバと、前記養生チャンバにおけるガス流入ポートによって気相の二酸化炭素又は空気を前記養生チャンバに供給するよう構成された二酸化炭素又は空気源であって、前記二酸化炭素又は空気源は、前記二酸化炭素又は空気の前記養生チャンバ内への流量を制御するよう構成された少なくとも１つのフロー調節デバイスを有する、該二酸化炭素又は空気源と、前記ガスを制御した流量及び速度で前記養生チャンバに循環させるよう構成されたガス循環サブシステムと、前記養生チャンバ内における前記ガスの温度を制御するよう構成された温度制御サブシステムと、前記養生チャンバ内における前記ガスの湿度を制御するよう構成された湿度制御サブシステムと、並びに前記二酸化炭素源、前記ガス循環サブシステム、前記温度制御サブシステム、及び前記湿度制御サブシステムのうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのコントローラと、を備え、前記少なくとも１つのコントローラは、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における滞留時間（a time of residence）を短縮するため、前記養生チャンバ内における前記ガスの流量、前記養生チャンバでの前記ガスの循環、前記ガスの温度、及び前記ガス内の湿度のうちの少なくとも対応する１つを独立的に制御するよう構成されており、また前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）を実施するよう構成されている。
【0069】
他の態様において、本発明は、ＣＯ２との反応の下で硬化し（harden）、また水のみ存在しても硬化しない材料を養生させる（curing）方法に関し、この方法は、短縮された滞留時間を有する第１乾燥フェーズ（フェーズ１）を実施するステップと、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）を実施するステップとを備える。
【0070】
他の態様において、本発明は、ＣＯ２との反応の下で硬化し（harden）、また水のみ存在しても硬化しない材料を養生させる（curing）方法に関し、この方法は、短縮された滞留時間を有する第１乾燥フェーズ（フェーズ１）を実施するステップと、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）を実施するステップと、及び前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）を少なくとも１回繰り返す繰り返しステップとを備える。
【0071】
一実施形態において、本発明は、ＣＯ２との反応の下で硬化し（harden）、また水のみ存在しても硬化しない材料を養生させる（curing）方法に関し、この方法は、短縮された滞留時間を有する第１乾燥フェーズ（フェーズ１）を実施するステップと、前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）の終了時に第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）を実施するステップと、及び前記第１乾燥フェーズ（フェーズ１）及び前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）を１回より多く繰り返す繰り返しステップとを備える。
【0072】
一実施形態において、本発明は、ＣＯ２との反応の下で硬化し（harden）、また水のみ存在しても硬化しない材料を養生させる（curing）方法に関し、この方法は、前記第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における任意な部分として製品内のバランス水分を除去するステップを備える。幾つかの実施形態において、製品内のバランス水分を除去するステップは、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における任意な部分を含む。
【0073】
様々な実施形態において、本発明のシステム及び方法は、以下の特徴及び機能を個別又は組合せにすることができると期待される。
【0074】
図１Ｄに示すような方法及びハードウェアの任意な個別又は組合せによって、養生すべき製品は、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中に温度制御する。
【0075】
図１Ｄに示すような方法及びハードウェアの任意な個別又は組合せによって、製品に近接するガスの速度並びに養生システム全体にわたる循環速度及び量は、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中に制御する。
【0076】
図１Ｄに示すような方法及びハードウェアの任意な個別又は組合せによって、製品に近接するガスの相対湿度並びに養生システム全体にわたる循環ガス内における相対湿度は、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中に制御する。
【0077】
図１Ｄに示すような方法及びハードウェアの任意な個別又は組合せによって、循環ガスからの過剰水分量除去又は循環ガスの水分量増加は、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で容易にする。
【0078】
図１Ｅに示すような方法及びハードウェアの任意な個別又は組合せによって、製品に近接するガス並びに養生システム全体にわたる循環ガスのＣＯ２濃度は、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で制御する。
【0079】
製品に近接するガス流の速度、温度、及び湿度を制御することによって、養生すべき製品からの水分除去（蒸発）を容易にする。
【0080】
乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で、望ましい蒸発率及びその後の製品の細孔構造内の水分分布を生成及び維持するよう、する。
【0081】
特定の水分量を除去し、製品の細孔構造内に特定水分分布を生成及び維持するため、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で、製品に近接するガス流の速度、温度、及び湿度、ひいては蒸発率を制御するよう、図１Ｃに挙げたような製品及び／又は養生システムからのセンサ出力を組み込んで、養生システムが分析する。
【0082】
個別製品の水分量及び個別製品の水分の均一性が、養生システム内のすべての製品にわたり均一となるのを確実にする。
【0083】
養生チャンバのすべての領域で均一な蒸発率が誘発されるよう製品に近接するガス流の速度、温度及び湿度を制御することによって、養生システム内におけるすべての製品にわたる個別製品の水分量分布を狭める。
【0084】
チャンバ全体にわたり乾燥レベルを均一にするため、製品及びシステムの状態に従って、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で、チャンバ全体にわたる一定ゾーンにおける製品に近接するガス流の速度、温度及び湿度を制御するよう、図１Ｃに挙げたような製品及び／又は養生システムからのセンサ出力を組み込んで、養生システムが分析する。
【0085】
製品及びシステムの状態に従って、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で、チャンバ全体における製品に近接するガス流の速度、温度及び湿度を制御するよう、図１Ｃに挙げたような製品及び／又は養生システムからのセンサ出力を組み込んで、養生システムが分析する。
【0086】
製品及びシステムの状態に従って、乾燥フェーズ（フェーズ１）及び／又は炭酸化フェーズ（フェーズ２）の任意な部分中で、循環ガスのＣＯ２濃度を制御するよう、図１Ｃに挙げたような製品及び／又は養生システムからのセンサ出力を組み込んで、養生システムが分析する。
【0087】
本発明の上述した及び他の目的、態様、特徴並びに利点は、以下の説明及び特許請求の範囲からより明らかになるであろう。
【0088】
本発明の目的及び特徴は、以下に詳細に説明する図面及び特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解できるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理を図解する際に概して誇張している。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【図1A】本発明の原理による先進的な養生装置の例示的実施形態の概略図であって、矢印１８０で示すように、随意的にフェーズＩ（１５０）及びフェーズII（１６０）を繰り返すことができ、また随意的に所望に応じてフェーズＩ（１５０）からプロダクトアウト（１７０）まで進むことができることを示す。
【図1B】本発明の原理による先進的な養生装置に使用されるチャンバの例示的実施形態を示す概略図である。
【図1C】本発明の原理による先進的な養生装置に使用されるセンサの例示的実施形態を示す概略図である。
【図1D】本発明の原理による先進的な養生装置を使用して実施される第１処理フェーズの例示的実施形態を示す概略図である。
【図1E】本発明の原理による先進的な養生装置を使用して実施される第２処理フェーズの例示的実施形態を示す概略図である。
【図1F】本発明の原理による先進的な養生装置での処理中に測定されるチャンバのチャンバ特性に関して測定されるパラメータの例示的実施形態、及び材料パラメータの例示的実施形態を示す概略図である。
【図1G】本発明の原理による養生装置のプロセス制御コンポーネントの例示的実施形態を示す概略図である。
【図2】時間の関数としてＣＯ２養生中に養生されているＣＯ２複合材料（ＣＣＭ）の質量を示す概略的のグラフであり、個別の乾燥フェーズＩ及び炭酸化フェーズIIを示す養生中にサンプルの質量及びＣＯ２取込みを示す。
【図3】実施例１を養生するデータを示す図表である。
【図4A】実施例２を養生する乾燥フェーズＩ中のサンプル温度及びＲＨプロファイルを示す。
【図4B】実施例２を養生する炭酸化フェーズII中のサンプル温度及びＲＨプロファイルを示す。
【図4C】実施例２を養生する炭酸化フェーズIII中のサンプル温度及びＲＨプロファイルを示す。
【図5A】実施例３を養生するシステム養生プロファイルを示すグラフである。
【図5B】実施例３を養生するシステム養生プロファイルを示すグラフである。
【図5C】実施例３を養生するための、サンプル表面抵抗データ及びシステム養生プロファイルを示すグラフである。
【図6】１つのファン及び３つのファンを使用するシステムで養生されるＣＯ２複合材料における、反応深さ、毎分立方フィート単位のガス流、及び試料から除去される水分量の差を示すグラフである。
【図7】異なる相対湿度を有するガスの流速（流率）の関数としての水分除去率のデータを示すグラフである。
【図8】デコンボリューション（解析）によって得られる、乾燥単独及び炭酸化単独に対する計算した経時的温度挙動を示すグラフである。
【図9】２０１６年２月２３日発行の米国特許第９，２６６，１４７号における従来技術説明の一部である図１に対応し、ｇ-ｒＨＬＰＤプロセス概略図を示し、Ａ--乾燥した多孔質ＣａＳｉＯ３プレフォーム；Ｂ--部分的に濡れたＣａＳｉＯ３プレフォーム；Ｃ--最終高密度化モノリシック固体であり、ステップ１～４は、個別細孔で生ずる炭酸化-高密度化プロセスを示し、ステップ１--ＣＯ２を有する部分的に湿った細孔；ステップ２--ＣＯ２の拡散、溶解、及び解離；ステップ３--水素イオンによるＣａＳｉＯ３の溶解；ステップ４--固体の沈殿であり、ステップ４完了後には、種々の動的因子がプロセス（例えば、厚いＣＯ２反応層）を遅速化するまでプロセスはステップ２～４を連続的に行う。
【発明を実施するための形態】
【0090】
本発明による装置、方法及びシステムは、養生（curing）のためにＣＯ２を必要とする材料を養生するのに有用である。この材料は、Ｈ２Ｏだけ存在しても養生しない。この材料はＣＯ２がないと養生しない。この材料は、試薬としては水を消費しない。このような材料は、参照によって本明細書に組み入れられる上述の特許文献に記載されている。
【0091】
本発明は、養生試薬（curing reagent）としてＣＯ２を必要とする材料を養生する養生システムを主眼とする。この養生システムは、反応剤（又は試薬）としてＣＯ２を消費し、またＣＯ２が存在しないと養生しない材料を収容するよう構成された養生チャンバを備える。養生チャンバは、材料が養生チャンバ内に導入され、また養生チャンバから取り出すことができる構成された少なくとも１つのポートを有し、また前記ポートを閉じる少なくとも１つの閉止体であって、養生チャンバ内のガスが養生チャンバ外部のガスによる汚染を防止（又は差し障りのないレベルに制限）するよう、閉じたとき大気シールをなすよう構成された、該閉止体を有する。養生システムは、さらに、養生チャンバにおけるガス流入ポートによって気相二酸化炭素を養生チャンバに供給するよう構成された二酸化炭素源であって、気相二酸化炭素の養生チャンバ内への流率を制御するよう構成された少なくとも１つのフロー調節装置を有する、該二酸化炭素源と、反応剤としてＣＯ２を消費する材料が養生されていく時間的期間中にガスを養生チャンバ内で循環させるよう構成されたガス流サブシステムと、チャンバ内のガス温度を制御するよう構成された温度制御サブシステムと、チャンバ内におけるガスの湿度を制御して湿度を増減するよう構成された湿度制御サブシステムと、二酸化炭素源、ガス流サブシステム、温度制御サブシステム、及び湿度制御サブシステムのうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのコントローラと、並びに反応剤としてＣＯ２を消費する材料が養生されていく時間的期間中に、気相二酸化炭素の流率、養生チャンバにおけるガスの循環、ガスの温度、ガスの湿度のうち少なくとも１つをそれぞれ独立的に制御するよう構成された少なくとも１つのコントローラと、を備える。
【0092】
本発明は、ＣＯ２複合材料の養生における乾燥サブプロセス及び炭酸化サブプロセスが直接的に互いに連係し、これにより炭酸化の割合及び程度は、乾燥率を制御することによって制御することができるという認識を含んでいる。
【0093】
特許文献である米国特許第９，２１１，０２７号、米国特許出願第１４／６０２，３１３号、及び米国特許出願第１４／８１８，６２９号に記載されている養生チャンバ及びその動作についての説明は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
【0094】
チャンバ内で実行される養生プロセスの絶対圧力は、複雑な圧力定格コンポーネントの使用を回避するため、５気圧より幾分低い圧力で行う。好適には、プロセスは、０.６８～１.３６気圧（１０～２０ｐｓｉ）の間における絶対圧力で行う。より好適には、０.９８～１.０２気圧（１４.５～１４.９ｐｓｉ）の間における絶対圧力で行う。
【0095】
本発明の幾つかの実施形態において、プロセスの部分、部分は、養生すべき製品からの水の蒸発を容易にするよう大気圧より低い圧力で行うことができる。
【0096】
本発明は、その複合材料の乾燥率を制御することにより複合材料の炭酸化率を最大化するプロセスを考慮する。このプロセスは、０～１０００時間の炭酸化持続時間を有することができる。このプロセスは、０％～１００％の範囲における浸透性を有するＣＯ２複合材料を含むことができる。幾つかの実施形態において、０％～１００％の範囲内における浸透性は、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％又は９５％、のうち対応する１つの上限又は下限を有することができる。
【0097】
このプロセスは、０～３６インチの範囲におけるＣＣＭの炭酸化深さを有するＣＯ２複合材料を含むことができる。このプロセスは、ＣＣＭから除去される水分量がＣＣＭ質量の０％～９９％における量に等しいＣＯ２複合材料を含むことができる。幾つかの実施形態において、水分除去量は、ＣＣＭ質量の１０％～９０％、１１５％～９０％、２０％～９０％、２５％～９０％、３０％～９０％、３５％～９０％、４０％～９０％、４５％～９０％、又は５０％～９０％の範囲内である。
【0098】
幾つかの実施形態において、水分除去量は、ＣＣＭ質量の１０％～８５％、１５％～８５％、２０％～８５％、２５％～８５％、３０％～８５％、３５％～８５％、４０％～８５％、４５％～８５％、又は５０％～８５％の範囲内である。
【0099】
幾つかの実施形態において、水分除去量は、ＣＣＭ質量の１０％～８０％、１５％～８０％、２０％～８０％、２５％～８０％、３０％～８０％、３５％～８０％、４０％～８０％、４５％～８０％、又は５０％～８０％の範囲内である。
【0100】
幾つかの実施形態において、水分除去量は、ＣＣＭ質量の１０％～７５％、１５％～７５％、２０％～７５％、２５％～７５％、３０％～７５％、３５％～７５％、４０％～７５％、４５％～７５％、又は５０％～７５％の範囲内である。
【0101】
幾つかの実施形態において、水分除去量は、ＣＣＭ質量の１０％～７０％、１５％～７０％、２０％～７０％、２５％～７０％、３０％～７０％、３５％～７０％、４０％～７０％、４５％～７０％、又は５０％～７０％の範囲内である。
【0102】
幾つかの実施形態において、水分除去量は、ＣＣＭ質量の１０％～６５％、１５％～６５％、２０％～６５％、２５％～６５％、３０％～６５％、３５％～６５％、４０％～６５％、４５％～６５％、又は５０％～６５％の範囲内である。
【0103】
炭酸化可能ケイ酸カルシウム・コンクリートは、コンクリート製品が炭酸化可能ケイ酸カルシウムセメントを用いて製造され、また制御された様態でＣＯ２に曝露させて望ましい物理的及び／又は化学的特性を有する養生済みコンクリート部品を製造するプロセスとして定義される。
【0104】
セメント系結合剤として炭酸化可能なケイ酸カルシウムを含有するコンクリート製品は、反応プロセス中に養生する。養生プロセス中にコンクリート体の質量及びＣＯ２消費のモニタリングは養生中に２つの特徴的なフェーズを明らかにする。このことを図２に明示する。第１フェーズは乾燥フェーズであり、この乾燥フェーズではＣＯ２の消費は最小か又は全く生じないかであるが、水が製品からチャンバ雰囲気に蒸発するにつれて製品の質量は減少する。第２フェーズは炭酸化フェーズであり、この炭酸化フェーズでは、ＣＯ２消費率が増大し、また炭酸化からの質量増加が乾燥中の質量損失を上回る。特定製品及び養生プロセスで使用する条件に関して、炭酸化反応プロセスがその最大収量に近づくにつれて、ＣＯ２消費率及びこれに続く固体の質量増加は減少する。このように、養生プロセスは、２つの特徴的フェーズ、すなわち乾燥フェーズ（フェーズ１）及び炭酸化フェーズ（フェーズ２）からなる。とくに、縦軸は質量とラベル付けされる。サンプル内に水並びに固体物質を含むサンプル質量の質量（実線曲線で表示）及び蓄積ＣＯ２質量（点線曲線で表示）を表すのに使用される単位は、異なるスケールを有することができる。すなわち、概して、養生すべき材料へのＣＯ２付加は、養生すべき材料の質量よりも相当小さい絶対質量を表すもので、これはすなわち、ＣＯ２が約４４原子単位の分子量を有するとともに、多くの固体は、それぞれが別個に４０、２４及び２８原子単位を有するＣａ、Ｍｇ及びＳｉのような複数の化学元素を有するからである。
【0105】
フェーズＩ及びフェーズIIの度合い及び持続時間は、製品の調製、コンクリート原材料、セメント及び結合剤成分の特性、製品密度、製品ジオメトリ、化学的添加物の使用、及び養生プロセス中に加える条件に基づいて変化し得る。
【0106】
幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品の表面上又はバルク内における電気的特性の変化に関連する。幾つかの実施形態において、抵抗率、導電率、インピーダンス、キャパシタンス、絶縁定数、絶縁耐力、誘電率、圧電定数、製品のゼーベック係数のような、１つ又はそれ以上の電気的特性が変化し得る。
【0107】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品から除去される水分量の変化に関連する。幾つかの実施形態において、製品から除去される水分量は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で製品の質量変化を追跡することにより測定される。
【0108】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品から除去される水分の変化率に関連する。幾つかの実施形態において、製品から除去される水分変化率は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0109】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、チャンバ内で循環するガスから収集される水分の変化率に関連する。幾つかの実施形態において、チャンバ内で循環するガスから収集される水分の変化率は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0110】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、チャンバ内で循環するガスにおけるＣＯ２及び／又はＯ２の濃度変化に関連する。幾つかの実施形態において、チャンバ内で循環するガスにおけるＣＯ２及び／又はＯ２の濃度変化は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0111】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、チャンバ内で循環するガスの相対湿度変化に関連する。幾つかの実施形態において、チャンバ内で循環するガスの相対湿度変化は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0112】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、チャンバ内で循環するガスの温度変化に関連する。幾つかの実施形態において、チャンバ内で循環するガスの温度変化は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0113】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、チャンバ内で循環するガスの温度変化に関連する。幾つかの実施形態において、チャンバ内で循環するガスの温度変化は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0114】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品の温度変化に関連する。幾つかの実施形態において、製品の温度は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。幾つかの実施形態において、製品の温度変化は赤外線カメラを用いてモニタリングする。
【0115】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、チャンバ内圧変化に関連する。幾つかの実施形態において、チャンバ内圧は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0116】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品のｐＨ変化に関連する。幾つかの実施形態において、製品のｐＨは、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0117】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、プロセス中に製品から、またそれに続くチャンバから収集される水分のｐＨ変化に関連する。幾つかの実施形態において、プロセス中に製品から、またそれに続くチャンバから収集される水分のｐＨは、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0118】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品における元素組成の変化に関連する。幾つかの実施形態において、製品における元素組成は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0119】
他の幾つかの実施形態において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）から第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）への遷移は、製品における超音波刺激に対する応答の変化に関連する。幾つかの実施形態において、製品における超音波刺激に対する応答は、プロセスにわたり第１乾燥フェーズ（フェーズ１）又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）におけるあらゆる部分で測定、追跡及び制御される。
【0120】
本発明の態様において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における製品温度及び水分除去の制御、並びに第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における反応速度を制御し、また幾つかの事例において、エネルギー源を選択することで促進する。
【0121】
幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は化石燃料の燃焼とする。
【0122】
幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は電気抵抗加熱とする。
【0123】
幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は赤外線加熱源とする。
【0124】
幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源はレーザーとする。
【0125】
幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は誘電加熱とし、この誘電加熱は、マイクロ波周波数又は高周波周波数の波を採用することができる。幾つかの実施形態において、使用される高周波周波数は、工業、科学及び医療用の周波数帯（ＩＳＭバンド）である。
【0126】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源はプラズマとする。
【0127】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は蒸気とする。
【0128】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は過熱蒸気とする。
【0129】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は伝導加熱とする。
【0130】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は放熱器とする。
【0131】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は輻射熱源とする。
【0132】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は、熱電併給設備のような熱源とする。
【0133】
他の幾つかの実施形態において、ガス及び／又は製品の加熱に使用するエネルギー源は、上述した熱源の組合せを含むものとする。
【0134】
本発明の態様において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における水分除去の制御、及び／又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における反応速度を制御し、また幾つかの事例において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出を制御することによって促進する。
【0135】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は自然対流によって制御する。
【0136】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は強制対流によって制御する。
【0137】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は圧縮器によって制御する。
【0138】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は乾燥剤によって制御する。
【0139】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は熱交換器／冷却器によって制御する。
【0140】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は、真空に限定されないが、大気圧レジームよりも低い圧力を使用することによって制御する。
【0141】
幾つかの実施形態において、製品から、またそれに続くチャンバからの水分抽出は、上述したプロセスの組合せを使用することによって制御する。
【0142】
本発明の態様において、第１乾燥フェーズ（フェーズ１）における水分除去の制御、及び／又は第２炭酸化フェーズ（フェーズ２）における反応速度を制御し、また幾つかの事例において、チャンバ内におけるガス循環を制御することによって促進する。幾つかの実施形態において、製品近傍におけるガスの速度は、チャンバ内ガス流を調整することによって制御する。
【0143】
幾つかの実施形態において、ガス流は工学的プレナムを用いて制御する。
【0144】
幾つかの実施形態において、ガス流及び製品上におけるガス速度は内部循環システムを用いて制御する。幾つかの実施形態において、チャンバ内での工学的内部循環システムは、ガスをチャンバ内で移動させるファンを備える。
【0145】
幾つかの実施形態において、ガス流は外部循環システムを用いて制御する。幾つかの実施形態において、チャンバ内での工学的外部循環システムは、ガスをチャンバの内部と外部との間で移動させるファンを備える。
【0146】
幾つかの実施形態において、ガス流は、縦列配置した内部循環システム及び外部循環システムを用いて制御する。幾つかの実施形態において、ガス流はバイパスによって内部循環システムと外部循環システムとの間で比例配分する。
【0147】
幾つかの実施形態において、養生システムは、複数の内部循環システム、外部循環システム、ヒーターを備え、また除湿システムを１つのチャンバに付加してチャンバ内に複数の独立制御ゾーンをもたらすようにすることができる。
【0148】
本発明の態様において、養生プロセス中のＣＯ２消費効率を、炭酸化フェーズ（フェーズ２）の終了時におけるＣＯ２濃度を調整することによって最大化する。より具体的には、製品によるＣＯ２吸収率が減少するにつれて、炭酸化フェーズ中にチャンバ内におけるＣＯ２濃度は低下することができる。このことは、コスト及び環境配慮の双方から必須であるＣＯ２保全を支援する。
【0149】
実施例１
蒸発率を増減させる交互サイクルを利用する養生方法を使用して、厳密な一定乾燥条件に基づく実行よりも短い実行時間でケイ酸カルシウムセメント舗装材の同等な強度が得られた。
蒸発率を増減させる交互サイクルを利用する養生方法を使用して、厳密な一定乾燥条件に基づく実行よりも短い実行時間でケイ酸カルシウムセメント舗装材の同等な強度が得られた。
【0150】
方法論
養生チャンバには炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント舗装材を装填した。事前の測定はチャンバにわたる相対蒸発率の分布を示した。電気抵抗センサを、製品表面における相対蒸発率が比較的高い及び比較的低いことが既知である場所に配置した。
養生チャンバには炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメント舗装材を装填した。事前の測定はチャンバにわたる相対蒸発率の分布を示した。電気抵抗センサを、製品表面における相対蒸発率が比較的高い及び比較的低いことが既知である場所に配置した。
【0151】
チャンバ及びガス調整システムにＣＯ２を高濃度に達するまで導入することによって養生プロセスを開始した。次に、フロー、熱、及びシステム除湿を調整して所望の温度及び相対湿度にした。チャンバは２.５時間で６０℃に達し、相対湿度を６０％以下に維持した。
【0152】
２.５時間の到達時にチャンバ内の蒸発率を減少させた。乾燥条件削減は、ヒーターの停止、及びガス循環システムの停止によって行った。ヒーター及びガス循環システムを再始動させる前に、この減少蒸発率条件を３０分間維持した。他の乾燥条件削減サイクルを開始する前には、初期の蒸発条件を１時間にわたり維持した。通常蒸発レジームと削減蒸発レジームとの間における遷移の正確なタイミングは、製品表面における電気抵抗をモニタリングすることによって決定した。システムが６５℃、高ガス流／速度、及び極低相対湿度による高度乾燥ステップに進行する前には、合計で４回のサイクルが完遂された。養生プロセスの総持続時間は１３時間であった。
【0153】
利用した養生プロセスは、チャンバ内における製品全体にわたる水分除去を均一化するのに役立つよう開発した。内部循環速度を減少することによって、製品の表面における蒸発率は減退した。このことは、水が製品内部から製品外部に輸送する機会を与え、これにより各製品内部における水分勾配を少なくする。このような失速プロセスを導入することによって、比較的高い局所的蒸発率に起因するフェーズ１の乾燥中に好ましくない急峻な水分勾配を生ずるおそれがある若干の製品は、その代わりに、フェーズ１の乾燥終了時までに好ましい低い水分勾配が得られるように乾燥することができる。
【0154】
この実験データを図３に示す。
【0155】
実施例２
ＣＯ２がない状態におけるフェーズ１の乾燥を含む養生プロセスを研究するため、炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとするコンクリート円筒体を製造した。生コンクリートを生産するのに使用した混合物割合を表１に示す。表１における量の材料を用いて生産された生コンクリートの特性を表２に示す。
ＣＯ２がない状態におけるフェーズ１の乾燥を含む養生プロセスを研究するため、炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとするコンクリート円筒体を製造した。生コンクリートを生産するのに使用した混合物割合を表１に示す。表１における量の材料を用いて生産された生コンクリートの特性を表２に示す。
【表1】
【0156】
【表2】
【0157】
コンクリートを生産するのに使用した混合手順は以下の通りである。
1) すべての粗骨材をミキサー内に添加する。
2) すべての砂をミキサー内に添加する。
3) ドライな混合物を３０秒間混合する。
4) ５０％の混合水を添加してウェット骨材ミックスを生産する。
5) セメントをミキサー内に添加して濡れたコンクリートミックスを生産する。
6) 限定しないが、Sika Plastimentのような固化遅延剤をミキサー内に添加し、またこれを３０秒間混合する。
7) 残りの５０％の混合水を添加し、またこれを３０秒間混合する。
8) 限定しないが、Glenium 7500のような減水剤を添加し、またこれを３０分間混合する。
9) ミキサーを１分間休止させる。
10) 生コンクリートのスランプを測定する。
11) 生コンクリートの単位重量及び空気含有量を測定する。
12) １６個の４×８″の円筒体を、２～３層に分けて生コンクリートミックスで注型し、各層につき約３０秒振動を加えた。
13) コンクリート試料を８０℃にセットした温度のオーブン内に３時間にわたり置いた（図４Ａ参照）。
14) ３時間のオーブン乾燥後に試料をオーブンから取り出し、また１時間にわたり周囲条件で冷却する。
15) 乾燥状態（フェーズ１）中に失われた水分量を計算するため試料の重量を秤量する。
16) 試料を型から取り出し、それら試料を炭酸化のための６０℃及び６０％ＲＨである養生チャンバ内に２０時間投入し（フェーズ２）、この養生チャンバは＞９５％のＣＯ２ガス濃度を有している（図４Ｂ参照）。
17) これら試料は、さらに、８０℃及び３０％ＲＨ、＞９５％のＣＯ２ガス濃度で２０時間にわたり炭酸化した（フェーズ２の継続）（図４Ｃ参照）。
1) すべての粗骨材をミキサー内に添加する。
2) すべての砂をミキサー内に添加する。
3) ドライな混合物を３０秒間混合する。
4) ５０％の混合水を添加してウェット骨材ミックスを生産する。
5) セメントをミキサー内に添加して濡れたコンクリートミックスを生産する。
6) 限定しないが、Sika Plastimentのような固化遅延剤をミキサー内に添加し、またこれを３０秒間混合する。
7) 残りの５０％の混合水を添加し、またこれを３０秒間混合する。
8) 限定しないが、Glenium 7500のような減水剤を添加し、またこれを３０分間混合する。
9) ミキサーを１分間休止させる。
10) 生コンクリートのスランプを測定する。
11) 生コンクリートの単位重量及び空気含有量を測定する。
12) １６個の４×８″の円筒体を、２～３層に分けて生コンクリートミックスで注型し、各層につき約３０秒振動を加えた。
13) コンクリート試料を８０℃にセットした温度のオーブン内に３時間にわたり置いた（図４Ａ参照）。
14) ３時間のオーブン乾燥後に試料をオーブンから取り出し、また１時間にわたり周囲条件で冷却する。
15) 乾燥状態（フェーズ１）中に失われた水分量を計算するため試料の重量を秤量する。
16) 試料を型から取り出し、それら試料を炭酸化のための６０℃及び６０％ＲＨである養生チャンバ内に２０時間投入し（フェーズ２）、この養生チャンバは＞９５％のＣＯ２ガス濃度を有している（図４Ｂ参照）。
17) これら試料は、さらに、８０℃及び３０％ＲＨ、＞９５％のＣＯ２ガス濃度で２０時間にわたり炭酸化した（フェーズ２の継続）（図４Ｃ参照）。
【0158】
４０時間の炭酸化後の養生したコンクリート（４×８″円筒体）の平均圧縮強度は、９３８８ｐｓｉであることが観測された。
【0159】
実施例３
実施例３のためのウェット注型コンクリート製品の製造に使用された混合物割合を表３に示す。コンクリートは、セメント及び骨材をドライ混合し、次に水及び骨材を導入し、また最終的にバッチ全体をウェット混合することにより調製した。生コンクリートは、スプレッド量、単位重量、空気含有量、及び偏析の傾向を試験した。生ミックスは、１４４ｌｂ／ｆｔ３の単位重量、７％の空気含有量及び２０インチのスプレッド量であった。ミックスは偏析しなかった。コンクリートは、２４″×２４″×１.５″、２４″×１８″×１.５″、及び２４″×１２″×１.５″のＡＢＳプラスチック成形キャビティ内に直接注入し、また成形型を穏やかにタッピングすることによって手短に固密化した。
実施例３のためのウェット注型コンクリート製品の製造に使用された混合物割合を表３に示す。コンクリートは、セメント及び骨材をドライ混合し、次に水及び骨材を導入し、また最終的にバッチ全体をウェット混合することにより調製した。生コンクリートは、スプレッド量、単位重量、空気含有量、及び偏析の傾向を試験した。生ミックスは、１４４ｌｂ／ｆｔ３の単位重量、７％の空気含有量及び２０インチのスプレッド量であった。ミックスは偏析しなかった。コンクリートは、２４″×２４″×１.５″、２４″×１８″×１.５″、及び２４″×１２″×１.５″のＡＢＳプラスチック成形キャビティ内に直接注入し、また成形型を穏やかにタッピングすることによって手短に固密化した。
【0160】
【表3】
【0161】
濡れた注型試料を含むＡＢＳ成形型を養生チャンバ内に装填した。２つの養生プロセスを調べた。調べた各養生プロセスの持続時間は１４時間であった。
【0162】
養生プロセスＡにおいて、養生チャンバはパージして高ＣＯ２濃度（＞９０％）にした。ヒーター及びガス循環システムを制御して６０℃の温度及び２５％以下の相対湿度にした。製品表面の電気抵抗をモニタリングした。養生を１４時間実施した。製品表面の電気抵抗は、４時間目における不完全養生のコンクリート体の電気抵抗から観測を開始した。製品表面の電気抵抗変化は、乾燥優勢フェーズと炭酸化優勢フェーズとの間の遷移を示した。
【0163】
養生プロセスＢにおいて、養生レシピは、炭酸化養生の程度を高めるために、炭酸化フェーズ中にサンプルの蒸発率が減少するよう変更した。先ず、養生チャンバはパージして高ＣＯ２濃度（＞９０％）にした。ヒーター及びガス循環システムを制御して６０℃の温度及び２５％以下の相対湿度にした。４時間後には、製品表面の電気抵抗変化が示すように、チャンバ内が高湿度となるようガス循環のセッティングを変更し、またこれにより３時間にわたり蒸発を減少させた。この低蒸発率ステップに続いて、ガス循環システムのセッティングを変更し、チャンバの相対湿度の上限を５０％にすることによって２時間にわたり蒸発率を徐々に増大させた。このステップに続いて、ガス循環システム及びヒーターのセッティングを変更し、残りの実働時間にわたりガス温度を７０℃に上昇させ、またチャンバの相対湿度上限を２５％にした。
【0164】
養生プロセスＡ及び養生プロセスＢにわたる、チャンバ温度、チャンバ相対湿度、及びサンプル表面の電気抵抗を図５Ｃに示す。
【0165】
プロセスＡ及びプロセスＢ中に養生した製品の曲げ強度を測定した。製品は、さらに半分にカットし、それら半部が均一に炭酸化していたかを確認できるようにした。プロセスＡを用いて養生した製品は、６２０ｐｓｉの曲げ強度を有しており、また中心に脆弱で炭酸化不足領域があることが観測された。プロセスＢを用いて養生した製品は、７８９ｐｓｉの曲げ強度を有しており、また強固でありかつ厚さ全体にわたり炭酸化されていることが観測された。この試験結果は、コンクリート養生プロセスの炭酸化フェーズ中に蒸発率を減少させることが養生プロセスを促進できることを証明している。
【0166】
高周波養生
実施例４
幾つかの炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、種々の温度センサを有するＲＦ両立性ボード上の所定位置に配置した。サンプルは、ＲＦシステム内に装填し、５分間で６０℃の温度にし、次の１０分間で７０℃にし、次の１０分間で９０℃にまでした。経時的に温度すべてをモニタリングし、また目視観測も行った。２５分間の試験終了時に複数サンプルを水分分析のため種々の場所から取り出した。
実施例４
幾つかの炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、種々の温度センサを有するＲＦ両立性ボード上の所定位置に配置した。サンプルは、ＲＦシステム内に装填し、５分間で６０℃の温度にし、次の１０分間で７０℃にし、次の１０分間で９０℃にまでした。経時的に温度すべてをモニタリングし、また目視観測も行った。２５分間の試験終了時に複数サンプルを水分分析のため種々の場所から取り出した。
【0167】
すべての炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、効果的に加熱及び乾燥した。内部温度及び外部温度は、双方ともに±５℃であった。単一の舗装材の中心から頂面まで測定した水分量間の相違は、０.２５％～１.０５％の間であった。
【0168】
実施例５
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、ＲＦシステム内における４つの別個のＲＦ両立性ビンに装填した。ＣＯ２をビンの底部コーナーに流入させ、また反対側の頂部から流出させた。サンプルは、ＲＦにより約１０分間で６０℃まで上昇させ、１時間にわたりこの温度を保持してから、この第１サンプルを試験した（６０℃になるまで１０分間は１３００Ｗ、次に舗装材あたり１２Ｗにして６０℃を維持）。サンプルは、３０分毎に取り出して試験し、次にＲＦシステム内のＣＯ２環境に戻した。最後の３０分間はサンプル温度を８５℃にした。総ＣＯ２曝露時間は５時間であった。１つのサンプルは半分に壊し、硬いことが判明し、また全体にわたり炭酸化していた。
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、ＲＦシステム内における４つの別個のＲＦ両立性ビンに装填した。ＣＯ２をビンの底部コーナーに流入させ、また反対側の頂部から流出させた。サンプルは、ＲＦにより約１０分間で６０℃まで上昇させ、１時間にわたりこの温度を保持してから、この第１サンプルを試験した（６０℃になるまで１０分間は１３００Ｗ、次に舗装材あたり１２Ｗにして６０℃を維持）。サンプルは、３０分毎に取り出して試験し、次にＲＦシステム内のＣＯ２環境に戻した。最後の３０分間はサンプル温度を８５℃にした。総ＣＯ２曝露時間は５時間であった。１つのサンプルは半分に壊し、硬いことが判明し、また全体にわたり炭酸化していた。
【0169】
高周波ベースの養生システム内部で舗装材は養生することが可能であり、短い時間フレーム内で実施することができる。
【0170】
実施例６
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、温度センサを埋設した状態でＲＦシステム内に装填し、温度を８５℃まで上昇させた。
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、温度センサを埋設した状態でＲＦシステム内に装填し、温度を８５℃まで上昇させた。
【0171】
内部舗装材温度は１分で６０℃に達し、２分で８５℃に達した。
【0172】
実施例７
炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、温度センサを埋設した状態でＲＦシステム内に装填し、また２分で８５℃にした。サンプルを取り出し、水分量を測定し、水の分布を観測した。この実験を数回、マシンに対する微調整を行いながら反復して行った。
炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、温度センサを埋設した状態でＲＦシステム内に装填し、また２分で８５℃にした。サンプルを取り出し、水分量を測定し、水の分布を観測した。この実験を数回、マシンに対する微調整を行いながら反復して行った。
【0173】
水分量測定したサンプルは、ＲＦ曝露の２分間内で水分の３０％～５０％が失われたことを示した。
【0174】
実施例８
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、ＲＦシステム内における４つの別個のＲＦ両立性ビンに装填した。各ビンにおけるサンプル内に温度センサを埋設した。ＣＯ２をビンの底部コーナーに流入させ、また反対側の頂部から流出させた。サンプルは、約３分５０秒で８５℃まで上昇させ、３時間にわたりこの温度を保持した（８５℃になるまで３分５０秒間は８ｋＷ、次に舗装材あたり～２００Ｗ又は２５Ｗにして８５℃を維持）。
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、ＲＦシステム内における４つの別個のＲＦ両立性ビンに装填した。各ビンにおけるサンプル内に温度センサを埋設した。ＣＯ２をビンの底部コーナーに流入させ、また反対側の頂部から流出させた。サンプルは、約３分５０秒で８５℃まで上昇させ、３時間にわたりこの温度を保持した（８５℃になるまで３分５０秒間は８ｋＷ、次に舗装材あたり～２００Ｗ又は２５Ｗにして８５℃を維持）。
【0175】
舗装材の中心は極めて硬いものであったが、表面及びコーナーは幾分柔らかかった。この結果は、ＲＦベースの養生システムの更なる最適化及び開発により極めて急速な養生時間をもたらし得ることを証明している。
【0176】
実施例９
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、そのうち２個に温度センサを埋設した状態でＲＦシステム内に装填し、また２分で８５℃にした。サンプルを取り出し、半分のサンプルに水を噴霧して表面を再ウェット化し、残りの半分はそうしなかった。次に４個のサンプルの２セットをプラスチック容器内に配置し、加熱ＣＯ２を底部コーナーに流入させ、また反対側の頂部から流出させた。３時間後、サンプルを各容器から取り出し、半分に壊し、また点検し、追加の１個は各容器から取り出し、別にしておいた。再ウェット化しなかったサンプルは、中心が養生していると見受けられたが、表面及びコーナーは柔らかく、ほこりまみれの外観を呈していた。再ウェット化したサンプルは、硬い表面を有し、また中心が養生していることが分かった。
８個の炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材を、そのうち２個に温度センサを埋設した状態でＲＦシステム内に装填し、また２分で８５℃にした。サンプルを取り出し、半分のサンプルに水を噴霧して表面を再ウェット化し、残りの半分はそうしなかった。次に４個のサンプルの２セットをプラスチック容器内に配置し、加熱ＣＯ２を底部コーナーに流入させ、また反対側の頂部から流出させた。３時間後、サンプルを各容器から取り出し、半分に壊し、また点検し、追加の１個は各容器から取り出し、別にしておいた。再ウェット化しなかったサンプルは、中心が養生していると見受けられたが、表面及びコーナーは柔らかく、ほこりまみれの外観を呈していた。再ウェット化したサンプルは、硬い表面を有し、また中心が養生していることが分かった。
【0177】
炭酸化可能なケイ酸カルシウムセメントをベースとする舗装材は、高周波を用いて加熱及び乾燥することができ、また次に高周波を使用することなくＣＯ２環境内で養生することができた。プロセスの第１加熱及び乾燥フェーズ中にのみ高周波を使用することによっても、依然として総プロセス時間を大幅に短縮することができる。表面の再ウェット化は、極めて急速な加熱フェーズ後に有益であることが分かった。
【0178】
水分除去
図６は、１つのファン及び３つのファンを使用するシステムで養生されるＣＯ２複合材料における、反応深さ、毎分立方フィート単位のガス流、及び試料から除去される水分量の差を示すグラフである。ＣＯ２複合材料における、反応深さ、毎分立方フィート単位のガス流、及び試料から除去される水分量はすべて、反応ガスを移動させる能力がより高くなるとき、増大する。
図６は、１つのファン及び３つのファンを使用するシステムで養生されるＣＯ２複合材料における、反応深さ、毎分立方フィート単位のガス流、及び試料から除去される水分量の差を示すグラフである。ＣＯ２複合材料における、反応深さ、毎分立方フィート単位のガス流、及び試料から除去される水分量はすべて、反応ガスを移動させる能力がより高くなるとき、増大する。
【0179】
図７は、異なる相対湿度を有するガスの流速（流率）の関数としての水分除去率のデータを示すグラフである。図７で見られるように、より高い流率及びより低い相対湿度を用いることは、水分がサンプルから除去される割合が増大する傾向を示す。ＣＯ２によるＣＣＭ反応は、水分が飽和したＣＣＭが気相ＣＯ２と接触する界面で優先的に生じ、したがって、より急速な水分除去はより速い養生速度に相関すると考えられる。
【0180】
図８は、参照により本明細書に組み入れられるものである、米国特許出願第１４／６０２，３１３号で説明されているような、デコンボリューション（解析）によって得られる、乾燥単独及び炭酸化単独に対する計算した経時的温度挙動を示すグラフである。図８は、同一時間スケールでプロットした炭酸化発熱と乾燥発熱との比較を含む。図８は、乾燥を使用して反応の速度及び程度を制御できることを示している。
【0181】
養生中乾燥前線自体が確立し、また形成した物体の外側から内側に向かって移動することが分かる。反応前線も乾燥前線とほぼ同期して形成される。養生反応は、乾燥前線／反応前線の近傍でのみ生ずることができ、これはすなわち、ＣＯ２は、ガスとして供給され、また初期的には水には何ら高い濃度では存在しないからである。乾燥前線の前方（例えば、前線のウェット側）において、水はＣＯ２拡散を阻止する細孔内に存在する。前線の背後（例えば、前線のドライ側）において、細孔は炭酸化を支援する水を僅かしか含んでいないが、ＣＯ２は前線領域に急速に拡散することができ、また水は前線背後から形成体の表面に拡散することができる。これら前線が形成体の領域を経て急速に移動する場合、反応の程度は、前線が化学反応の固有速度に比べて緩慢に移動する場合よりも低下する。乾燥前線の形状は、形成体の外形、外表面にわたる相対乾燥率、及び前線から形成体の表面までの拡散距離に依存する。
【0182】
付加資料
米国特許第９，２６６，１４７号は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
米国特許第９，２６６，１４７号は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
【0183】
流体において、拡散を生じなければならない厚さが、二乗平均平方根変位の計算によって推定できる拡散距離よりも大きいとき、拡散プロセスはプロセス速度を制限する。例えば、対流のない流体に関しては、室温及び大気圧で水におけるイオンの拡散は約０.１９ｃｍである。材料の厚さがその長さスケールを超える多くの用途がある。多くの事例では、当業者に既知の任意の適当な手段による流体の機械的対流が必要である。他の代案は溶媒又は反応種を気相種として導入することである。このことが行われるとき、拡散距離は９ｃｍまで増大する。他の実施形態において、液体とガスとの間に存在する輸送速度を得るために、超臨界条件を採用することができる。
【0184】
図９はｇ-ｒＨＬＰＤプロセス概略図を示す。Ａ--乾燥した多孔質ＣａＳｉＯ３プレフォーム；Ｂ--部分的に濡れた（ウェットな）ＣａＳｉＯ３プレフォーム；Ｃ--最終高密度化モノリシック固体である。ステップ１～４は、個別細孔で生ずる炭酸化-高密度化プロセスを示し、ステップ１--ＣＯ２を有する部分的に濡れた細孔；ステップ２--ＣＯ２の拡散、溶解、及び解離；ステップ３--水素イオンによるＣａＳｉＯ３の溶解；ステップ４--固体の沈殿である。ステップ４完了後には、種々の動的因子がプロセス（例えば、厚いＣＯ２反応層）を遅速化するまでプロセスはステップ２～４を連続的に行う。
【0185】
無機ケイ酸塩の炭酸化反応を迅速に行うには、ガス支援ＨＬＰＳ、すなわち換言すれば、ガス支援熱水液相高密度化、ｒＨＬＰＤのコンセプトがある。ｇ-ｒＨＬＰＤは、部分的に浸透した細孔を利用して、気相拡散が迅速に多孔質プレフォームに浸透し、また細孔内における液体界面溶媒薄膜を溶解したＣＯ２で飽和できるようにする。ＣＯ２ベースの種は、純水において低溶解性を有する（２５℃、１気圧で１.５ｇ／Ｌ）。したがって、相当多量のＣＯ２を多孔質プレフォーム全体にわたり連続的に供給して、著しい炭酸塩転換を可能にしなければならない。気相拡散を利用することは、液相での同等時間における溶解可能ＣＯ２の拡散よりも拡散長さに１００倍もの増加をもたらす。この部分的浸透状態は、反応が固定時間内で高程度の炭酸化に進行させることができる。例えば、部分的浸透状態において、ＣａＳｉＯ３のＣａＣＯ３及びＳｉＯ２への４７.５±２.７ｍｏｌ%転換を、９０℃の温度及び２.３６気圧においてほぼ１９時間で達成することができる。細孔が完全に水で満たされていることは除外して、すべて同一反応条件が維持されている場合、３.８±０.５ｍｏｌ%の相当低い炭酸化転換結果になる。
【0186】
この研究は、(1) 反応（この事例では炭酸化）の前及び最中双方において多孔質プレフォーム全体にわたり多孔質体における細孔飽和度（ＤＰＳ：degree of pore saturation）に対する水濃度の選択、及び(2)水を多孔質体にどのように送給するかの方法論には注意を払っていなかった従来公表済みの研究とは異なる。その代わりに、従来技術は、ＤＰＳの値を１００%未満の値に維持する反応中に水送給の最適方法を識別することなしに、ＤＰＳの重要性並びにＣＯ２及び水蒸気を含むオートクレーブ内でのプレフォーム後処理の重要性を認識できずに、多孔質プレフォームの調製中には任意な量の残留水を使用した。ＬＴＳ中における水濃度及び多孔質プレフォーム内への給水方法を制御することは、炭酸化反応速度論の大きく影響を及ぼす。このこと及び向上した反応度及び反応収率（反応した高い割合）の条件を見出すＤＰＳコンセプトを実践する概念を実証するため、サンプルは微多孔質のGore-TexＴＭ層から形成した容器内で反応させた。Gore-TexＴＭだけが、水蒸気の種を水飽和状態の雰囲気内におけるサンプルに対する出入りを可能にし、この雰囲気において、ＣＯ２の反応度は２.３６気圧の圧力及び９０℃の温度で一定となる。水のプールをサンプルの下方にセットして、雰囲気を飽和させ、また反応持続時間全体にわたり水蒸気と共存させる。このようにして、多孔質マトリクスにおける選択した水分量が平衡化水蒸気によって一定となり、多孔質マトリクスにおける蒸発を生じない。その代わりに、多孔質マトリクスは、毛細管流動により質量損失なしに、水をマトリクス内に再分配する。１９時間の反応にわたり（ＤＰＳが０ｖｏｌ%から６０ｖｏｌ%に上昇するとき）、炭酸化度は３１.３ｍｏｌ％からこの値を超えて最大レベルの４９.６ｍｏｌ％まで変化し、ＤＰＳが８０ｖｏｌ%に上昇するとき、炭酸化度は３５.６ｍｏｌ％に低下し、またＤＰＳが１００ｖｏｌ%であるとき、３.８ｍｏｌ％に低下する。これらデータは、細孔内の液体水の最適量が反応収率及び反応速度を上昇させ、これはすなわち、炭酸種及びカルシウム種双方のイオン化が重要であるからである。しかし、浸透溶液レベルは、ＣＯ２ガスが水相における多孔質マトリクス固体／液体界面に対する細孔境界で溶解及び拡散する前に気相拡散によって多孔質マトリクス内にＣＯ２ガスが拡散できるほど十分低いレベルにする必要はない。このことをすべて図９に概略的に示す。
【0187】
図９に戻って説明すると、多くの実際的事例において粒径は多分散系であるが、この粒径分布は単分散系であり、また粒子の固結（packing）は階層構造をとる幅広い多様な固結形態を採用することができ、この階層構造では固結形態は各階層レベルを繰り返す、又は各レベルで変化する。さらに、固結構造は、長距離秩序、短距離秩序を有することができ、又は長さスケールが小さい、中間、又は大きいかに係わらず、長さスケール毎にランダムレベルの秩序を採用することができる。代案的に、短距離秩序は、小さい長さスケールでのみ持続することができ、中間及び大きい長さスケールではランダムになり得る。さらに、粒子は短い長さスケールにおいてランダム秩序で固結化することができるが、これらランダム秩序の領域は長い長さスケールで周期的に分布することができる。これら実施例からは、粒子が多くの異なる形態で固結化することができ、順列はほぼ無限にあることが明らかである。したがって、すべての可能性を定義する意味はない。順列がほぼ無限にあることを容認すると、固結密度は小さい値から変化することができ、この値は、大きい長さスケール、中間長さスケール及び小さい長さスケールで繰り返す秩序立った階層固結化で９９ｖｏｌ%もの高い値になり得る。代案的に、固結構造が多孔質マトリクスにおける粒子又は無機ポリマーのフラクタルな又は樹枝状の固結化をしているエーロゲルの特徴を有するとき、０.０４ｖｏｌ%程度の低い値となることができる。
【0188】
固結化密度は広範囲にわたって変化し得ることを考えると、９９ｖｏｌ%固結化を有する細孔を飽和させるのに要する水分量は極めて少ない水分量であるとともに、０.０４ｖｏｌ%固結化の細孔を飽和させるのに要する水分量は極めて多い水分量である。したがって、必要条件が気相と水との間及び水と固相との間における迅速な反応を可能にするオープンな多孔率を維持することである場合、当業者には急速反応を可能にする最適な水分量は系体毎に異なることに想到できるであろう。
【0189】
系体における多孔率を知ることは有用であるとともに、必要とする水分量は細孔サイズ、細孔のねじれ度、及び何らかの細孔が閉塞されることになるか否かにも左右される。閉塞した細孔は、多孔質マトリクスの大きな割合部分を確実に溶解する反応によって生ずる開放した細孔に転換するまでは浸透溶液のための反応部位をなさない。さらに、上述した説明は多孔質構造が均一であることを前提とする。しかし、細孔構造が均一でない場合、水の最適濃度は、水で飽和されている不均一構造に依存する。それはそれとして、多分散系細孔を有する系体を考慮すると、浸透溶液は、大きな細孔を部分的に満たした状態に維持するとともに、小さい細孔を完全に充満できることが考えられる。このような状況は、開放している細孔が充満状態にある細孔に対して妥当な近接範囲内にあると仮定すると容認可能である。正確な近接距離は、距離が、ガスの温度、圧力及び組成、浸透溶液並びに多孔質マトリクスに依存するため精密には規定できない。
【0190】
上述の議論は、多孔率を表現できる方法が無限にあるため、反応速度を最適化するのに必要である精密な水分（例えば、溶媒）の量を特定することが重要であることを実証している。最適水分濃度は、固結化密度が９５ｖｏｌ%であるとき１ｖｏｌ%（ＤＰＳ＝２０%）であるが、固結化密度が６２ｖｏｌ%であるとき２４ｖｏｌ%（ＤＰＳ＝６３%）である。正確な多孔率を予測する方法は、多孔率、細孔サイズ分布、細孔形状、ねじれ度、マトリクスにおける閉じた細孔に対する開放した細孔の割合、及び反応している物体のすべての長さスケールにおける種々のタイプ又は細孔の均一性を詳細に知得することによって可能であることが考えられる。したがって、本発明の重要な態様は、ガスが細孔構造内に対流移動又は拡散し、溶媒に溶解及び反応し、次いで多孔質マトリクスと反応することが重要であるときは、いつでも最適な水分濃度は実際には極めて広範囲にわたって変化し得るものであるとの認識にある。
【0191】
本発明の他の重要なポイントは、本明細書記載のように多孔質マトリクスに水を分配するには異なる方法があるとの認識にある。例えば、多孔質固結体が水で完全に飽和されている場合、オープンな細孔を生ずるのに乾燥を使用できる。しかし、多孔質マトリクスの外面から内部バルクに移行するにつれて、この構造の細孔は異なるＤＰＳ値を有する。外面において細孔は水を含まないが、構造の内方に移行するにつれて、細孔は部分的に満たされ、また一層構造内に移行するにつれて細孔は完全に充満状態となる。この構造は、明らかにＤＰＳ値に大きな勾配を有し、またしたがって、ＤＰＳに勾配のある構造が静止状態にあると仮定すると、この構造の反応速度は構造の外側から内側に向って変化する。しかし、乾燥ステップを即座に停止すると、相対湿度は平衡値に調整され、これにより多孔質マトリクスからの水分損失は止み、毛細管は充填された細孔を空にしようと駆動して部分的に充填された状態にし、また部分的に充填された細孔は空の細孔を部分的に充填し、この場合、構造全体は水分布がより一層均一になる。このような状況は、不均一系は均一系と同じように速く反応しない状況であり、これはすなわち、均一系ではすべての細孔にアクセス可能であり、より多くの反応部位が利用できるからである。したがって、この実施例は、多孔質マトリクスにおける水の分布をどのように均一にするかが重要であることを示している。したがって、浸透溶液成分（溶媒、反応種）の添加方法に加えて、水の最適濃度は、多孔質構造が均質又は不均質なものとして維持されているか否かによっても左右される。したがって、最適水分濃度を特定しなければならない任意な状況において、均質性の記述は、なぜ所定水分濃度が最速の反応速度を生ずるか、並びに高密度化反応を実施する度毎にどのようにしてその条件の極めて同一セットを再現するかの理解を深めていく上で重要である。さらに、溶媒、又は換言すれば水の分布が均一でない状況において、水分を再分布させるためにアニーリングのようなプロセスを実施できる点を指摘することも重要である。水に関して、制御された湿度環境においてサンプルから水蒸発がないようにすることが最善である。その代わりに、単に水をオープンな細孔内に流入させ、マトリクスにおける種々の細孔間で流体毛細管力を均衡化する。
【0192】
図１０～１２は、細孔構造内での気相ＣＯ２及び液状水を伴う炭酸化反応が、いかに所定ＣａＳｉＯ３結合剤の炭酸化度を最大化する最適ＤＰＳ値を呈するかの３つの実施例を示す。
【0193】
ｇ-ｒＨＬＰＤは、部分的に浸透した細孔空間を利用して、気相拡散が迅速に多孔質プレフォームに浸透し、また溶解したＣＯ２で細孔内における液体界面溶媒薄膜を飽和できるようにする。ＣＯ２ベースの粒子は、純水において低溶解性を有する（２５℃、１気圧で１.５ｇ／Ｌ）。したがって、相当多量のＣＯ２を多孔質プレフォーム全体にわたり連続的に供給して、著しい炭酸塩転換を可能にしなければならない。気相拡散を利用することは、液相での同等時間における溶解可能ＣＯ２の拡散よりも拡散長さに１００倍もの増加をもたらす。約１.８８ｇ／ｃｃのバルク密度を有する珪灰石多孔質マトリクスは、湿式加圧によって準備した。このマトリクスに部分的に浸透することによって、反応は一定の時間的期間で高い炭酸化度に進展できる。例えば、部分的浸透状態において、ＣａＳｉＯ３のＣａＣＯ３及びＳｉＯ２への４７.５±２.７ｍｏｌ%転換を、９０℃の温度及び２.３６気圧においてほぼ１９時間で達成することができる。細孔が完全に水で満たされていることは除外して、すべて同一反応条件が維持されている場合、３.８±０.５ｍｏｌ%の相当低い炭酸化転換結果になる。
【0194】
このこと及び向上した反応度及び反応収率（反応した高い割合）の条件を見出すＤＰＳコンセプトを実践する概念を実証するため、サンプルは微多孔質のGore-TexＴＭ層から形成した容器内で反応させた。Gore-TexＴＭだけが、水蒸気の種を水飽和状態の雰囲気内におけるサンプルに対する出入りを可能にし、この雰囲気において、ＣＯ２の反応度は２.３６気圧の圧力及び９０℃の温度で一定となる。水のプールをサンプルの下方に追加して、雰囲気を飽和させ、また反応持続時間全体にわたり水蒸気と共存させた。このようにして、多孔質マトリクスにおける選択した水分量が平衡化水蒸気によって一定となり、多孔質マトリクスにおける蒸発を生じない。その代わりに、多孔質マトリクスは、毛細管流動により質量損失なしに、水をマトリクス内に再分配する。湿式加圧方法を用いて、約１.８３～１.８６ｇ／ｃｃのバルク密度を有する多孔質マトリクスを準備した。１９時間の反応にわたり（ＤＰＳが０ｖｏｌ%から６０ｖｏｌ%に上昇するとき）、炭酸化度は３１.３ｍｏｌ％からこの値を超えて最大レベルの４９.６ｍｏｌ％まで変化し、ＤＰＳが８０ｖｏｌ%に上昇するとき、炭酸化度は３５.６ｍｏｌ％に低下し、またＤＰＳが１００ｖｏｌ%であるとき、３.８ｍｏｌ％に低下する。これらデータは、図１０にプロットされている。これらデータは、細孔における６０ｖｏｌ%のＤＰＳでの最適量の液体水溶媒が１９時間にわたる反応収率を最大化することを実証している。
【0195】
図１０は、細孔構造内での気相ＣＯ２及び液状水を伴う炭酸化反応の第１実施例を示す。
【0196】
図１１は、細孔構造内での気相ＣＯ２及び液状水を伴う炭酸化反応の第２実施例：９０Ｃ、２０ＰＳＩＧ反応で反応した、８×８×１.５インチ振動注型のカーメル石英組成物を示す。
【0197】
図１２は、細孔構造内での気相ＣＯ２及び液状水を伴う炭酸化反応の第３実施例：～９０％相対湿度（～９０％ＲＨ）における９０Ｃ、２０ＰＳＩＧ反応で反応した、８×８×２インチサンプルサイズの１-２-３組成物を示す。
【0198】
これらグラフ各々において、システムがそれぞれ異なっており、サンプルのサイズ、形状、反応性珪灰石、反応時間、反応温度、相対湿度及びリアクタ設計のすべてが異なるが、それでも各システムは、質量輸送及び反応速度が形成される炭酸塩量を最大化するよう最適化された最適濃度を示す上では一致するものであった。最適ＤＰＳ値は２０～６０ｖｏｌ%にわたり変化した。これら事例において、すべての多孔質マトリクスは約６０％の相対密度を有する。したがって、多孔質マトリクスがそれよりも大幅に大きい又は小さい密度であった場合、値のこの範囲は、細孔のサイズ及びねじれ度が同一であると仮定すると、それより大きいものとさえなり得る。細孔のサイズ及びねじれ度が異なる場合、値はより幅広い範囲にわたってさえも変動し得る。したがって、炭酸化度及び炭酸化速度を最適化する重要なステップは、任意な所定水送給方法に対して最適なＤＰＳ値が存在すると認識することである。この値を知得することは、反応時間量を最小化する理想的条件を決定できるとともに、熱水液相焼結反応によってより一層結合した相に結晶化する。
【0199】
本発明の一層の改善は、多孔質マトリクスに対して圧力勾配を加えることによってガス種を機械的に対流させるとき行うことができる。ガスが反応種である場合、溶媒流体が充填された細孔は、反応種ガスを吸収できる細孔における溶媒膜の背後に流体を流出させることができる。代案として、部分的に充填された細孔は、溶媒がガスの一部分を吸収しながら、ガスを細孔に通過させることができる。
【0200】
好ましい手法は、低コストプロセスを開発できる低温及び低圧を利用すべきである。したがって、反応性種の気相拡散を容易にするよう細孔に溶媒の一部分を保持するプロセスは、製品の大部分にとって望ましい反応に対して静止流体を利用するよりも好ましい。気相前駆体が利用できない場合、浸透流体を迅速に多孔質マトリクスに対して機械的に対流させる方法は有効な代替手法である。
【0201】
非限定的な作動実施例
実施例Ａ
水蒸気による外部輸送
Ａ１ 混合
１１.１１７ｋｇのＮＹＡＤ４００、２０.３９ｋｇの石工砂、及び１６.７６ｋｇの１／４″骨材、及び１６.７６ｋｇの＃６７骨材を、個別のバケットに集めた。次に４.９ｋｇの脱イオン水、５５ｍｌのＧｌｅｎｉｕｍ（登録商標）、及び８ｇのウェランガムを予混合することによってバッチ水を調製した。＃６７及び１／４″の骨材をマーシャルけん引コンクリートミキサー内に投入し、またバッチ水溶液の１／４を骨材に注入した。ミキサーを始動し、１分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを運転した状態で石工砂を注入した。更なる１分間の混合後に、ミキサーを運転している間にＮＹＡＤ４００を直接ミキサーに添加した。ミキサーは、さらに１分間運転させ、次にミキサーを運転させたまま残りのバッチ水をミックス（混合物）に直接添加した。このバッチを２分間混合して、ミキサーを停止した。ミキサーの側面をパテナイフで付着した材料を除去するよう削ぎ落した。ミキサーを再び始動し、追加の３分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを停止し、ミックスを５ガロンのバケットに注入した。
実施例Ａ
水蒸気による外部輸送
Ａ１ 混合
１１.１１７ｋｇのＮＹＡＤ４００、２０.３９ｋｇの石工砂、及び１６.７６ｋｇの１／４″骨材、及び１６.７６ｋｇの＃６７骨材を、個別のバケットに集めた。次に４.９ｋｇの脱イオン水、５５ｍｌのＧｌｅｎｉｕｍ（登録商標）、及び８ｇのウェランガムを予混合することによってバッチ水を調製した。＃６７及び１／４″の骨材をマーシャルけん引コンクリートミキサー内に投入し、またバッチ水溶液の１／４を骨材に注入した。ミキサーを始動し、１分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを運転した状態で石工砂を注入した。更なる１分間の混合後に、ミキサーを運転している間にＮＹＡＤ４００を直接ミキサーに添加した。ミキサーは、さらに１分間運転させ、次にミキサーを運転させたまま残りのバッチ水をミックス（混合物）に直接添加した。このバッチを２分間混合して、ミキサーを停止した。ミキサーの側面をパテナイフで付着した材料を除去するよう削ぎ落した。ミキサーを再び始動し、追加の３分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを停止し、ミックスを５ガロンのバケットに注入した。
【0202】
Ａ２ 注型（Casting）
１フィート×１′×６″の成形型を潤滑剤で塗布し、この塗布は、ぼろ切れにＷＤ-４０をスプレーし、クリーンな成形型の内面に擦り付けることによって行った。テーブル状秤を用いて成形型の重量を記録した。潤滑した成形型はＶｉｂｃｏ社の振動テーブル上に配置した。こて、スコップ又は手によってバケットからミックスを取り出し、また成形型にほぼ１／４程度充填した。次に、約１分間又はミックスが成形型になじむまで、６０％の出力で成形型を振動させた。このプロセスを繰り返し、最終的に成形型があふれるほど充満させた。サンプルの最終的重量を記録してから空気乾燥エリアで一晩保管した。
１フィート×１′×６″の成形型を潤滑剤で塗布し、この塗布は、ぼろ切れにＷＤ-４０をスプレーし、クリーンな成形型の内面に擦り付けることによって行った。テーブル状秤を用いて成形型の重量を記録した。潤滑した成形型はＶｉｂｃｏ社の振動テーブル上に配置した。こて、スコップ又は手によってバケットからミックスを取り出し、また成形型にほぼ１／４程度充填した。次に、約１分間又はミックスが成形型になじむまで、６０％の出力で成形型を振動させた。このプロセスを繰り返し、最終的に成形型があふれるほど充満させた。サンプルの最終的重量を記録してから空気乾燥エリアで一晩保管した。
【0203】
Ａ３ 乾燥
サンプルを一晩空気乾燥させた。２４時間の空気乾燥後、サンプルを９０℃のオーブン内に配置した。９０℃での２４時間後にサンプルを取り出し、離型した。サンプルは追加の４８時間にわたりオーブン内に戻して配置し、反応前に完全に乾燥させた。
サンプルを一晩空気乾燥させた。２４時間の空気乾燥後、サンプルを９０℃のオーブン内に配置した。９０℃での２４時間後にサンプルを取り出し、離型した。サンプルは追加の４８時間にわたりオーブン内に戻して配置し、反応前に完全に乾燥させた。
【0204】
Ａ４ 反応
サンプルを養生（反応）に使用するオートクレーブは、ステンレス鋼の半径７フィート及び長さ１２フィートの水平間接蒸気ユニットである。サンプルは９０℃に予加熱したオートクレーブ内に装填した。オートクレーブのドアを閉鎖した後、１５分でー１４ｐｓｉｇまで抽気した。オートクレーブには加熱したＣＯ２ガス及び１４７.５℃の蒸気を充填戻しし、追加の熱をサンプルに供給し、サンプル装填及びガス膨張中に生ずる熱損失を補償した。オートクレーブ内の圧力が０ｐｓｉｇに達した後、オートクレーブのファンを４９００ＲＰＭで始動させた。総圧力が１０ｐｓｉｇに達したとき、ＣＯ２を遮断した。オートクレーブの温度は９０℃にセットし、また９５℃の熱水をオートクレーブの底部で循環させ、ユニットを水蒸気で飽和した状態に維持した。システムは、４５分から１時間にわたり平衡化できるようにし（総ｐｓｉが約１６ｐｓｉｇに達する）、また次にオートクレーブ圧力は、加熱したＣＯ２のみを充填することによって、２０ｐｓｉｇまで上昇させた。サンプルは１９時間にわたり養生した。
サンプルを養生（反応）に使用するオートクレーブは、ステンレス鋼の半径７フィート及び長さ１２フィートの水平間接蒸気ユニットである。サンプルは９０℃に予加熱したオートクレーブ内に装填した。オートクレーブのドアを閉鎖した後、１５分でー１４ｐｓｉｇまで抽気した。オートクレーブには加熱したＣＯ２ガス及び１４７.５℃の蒸気を充填戻しし、追加の熱をサンプルに供給し、サンプル装填及びガス膨張中に生ずる熱損失を補償した。オートクレーブ内の圧力が０ｐｓｉｇに達した後、オートクレーブのファンを４９００ＲＰＭで始動させた。総圧力が１０ｐｓｉｇに達したとき、ＣＯ２を遮断した。オートクレーブの温度は９０℃にセットし、また９５℃の熱水をオートクレーブの底部で循環させ、ユニットを水蒸気で飽和した状態に維持した。システムは、４５分から１時間にわたり平衡化できるようにし（総ｐｓｉが約１６ｐｓｉｇに達する）、また次にオートクレーブ圧力は、加熱したＣＯ２のみを充填することによって、２０ｐｓｉｇまで上昇させた。サンプルは１９時間にわたり養生した。
【0205】
加熱したサンプルは、それ以上の重量損失がないようになるまで９０℃の乾燥オーブン内で乾燥させた。反応程度は反応中の重量利得に基づいて計算した。平均反応程度は３５％であった。
【0206】
実施例Ｂ
内部の部分的乾燥
Ｂ１ 混合
１１.１１７ｋｇのＮＹＡＤ４００、２０.３９ｋｇの石工砂、及び１６.７６ｋｇの１／４″骨材、及び１６.７６ｋｇの＃６７骨材を、個別のバケットに集めた。次に４.９ｋｇの脱イオン水、５５ｍｌのＧｌｅｎｉｕｍ（登録商標）、及び８ｇのウェランガムを予混合することによってバッチ水を調製した。＃６７及び１／４″の骨材をマーシャルけん引コンクリートミキサー内に投入し、またバッチ水溶液の１／４を骨材に注入した。ミキサーを始動し、１分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを運転した状態で石工砂を注入した。更なる１分間の混合後に、ミキサーを運転している間にＮＹＡＤ４００を直接ミキサーに添加した。ミキサーは、さらに１分間運転させ、次にミキサーを運転させたまま残りのバッチ水をミックス（混合物）に直接添加した。このバッチを２分間混合して、ミキサーを停止した。ミキサーの側面をパテナイフで付着した材料を除去するよう削ぎ落した。ミキサーを再び始動し、追加の３分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを停止し、ミックスを５ガロンのバケットに注入した。
内部の部分的乾燥
Ｂ１ 混合
１１.１１７ｋｇのＮＹＡＤ４００、２０.３９ｋｇの石工砂、及び１６.７６ｋｇの１／４″骨材、及び１６.７６ｋｇの＃６７骨材を、個別のバケットに集めた。次に４.９ｋｇの脱イオン水、５５ｍｌのＧｌｅｎｉｕｍ（登録商標）、及び８ｇのウェランガムを予混合することによってバッチ水を調製した。＃６７及び１／４″の骨材をマーシャルけん引コンクリートミキサー内に投入し、またバッチ水溶液の１／４を骨材に注入した。ミキサーを始動し、１分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを運転した状態で石工砂を注入した。更なる１分間の混合後に、ミキサーを運転している間にＮＹＡＤ４００を直接ミキサーに添加した。ミキサーは、さらに１分間運転させ、次にミキサーを運転させたまま残りのバッチ水をミックス（混合物）に直接添加した。このバッチを２分間混合して、ミキサーを停止した。ミキサーの側面をパテナイフで付着した材料を除去するよう削ぎ落した。ミキサーを再び始動し、追加の３分間にわたり全速力で運転した。ミキサーを停止し、ミックスを５ガロンのバケットに注入した。
【0207】
Ｂ２ 注型（Casting）
１フィート×１′×６″の成形型を潤滑剤で塗布し、この塗布は、ぼろ切れにＷＤ-４０をスプレーし、クリーンな成形型の内面に擦り付けることによって行った。テーブル状秤を用いて成形型の重量を記録した。潤滑した成形型はＶｉｂｃｏ社の振動テーブル上に配置した。こて、スコップ又は手によってバケットからミックスを取り出し、また成形型にほぼ１／４程度充填した。次に、約１分間又はミックスが成形型になじむまで、６０％の出力で成形型を振動させた。このプロセスを繰り返し、最終的に成形型があふれるほど充満させた。サンプルの最終的重量を記録してから空気乾燥エリアで一晩保管した。
１フィート×１′×６″の成形型を潤滑剤で塗布し、この塗布は、ぼろ切れにＷＤ-４０をスプレーし、クリーンな成形型の内面に擦り付けることによって行った。テーブル状秤を用いて成形型の重量を記録した。潤滑した成形型はＶｉｂｃｏ社の振動テーブル上に配置した。こて、スコップ又は手によってバケットからミックスを取り出し、また成形型にほぼ１／４程度充填した。次に、約１分間又はミックスが成形型になじむまで、６０％の出力で成形型を振動させた。このプロセスを繰り返し、最終的に成形型があふれるほど充満させた。サンプルの最終的重量を記録してから空気乾燥エリアで一晩保管した。
【0208】
Ｂ３ 乾燥
サンプルを一晩空気乾燥させた。２４時間の空気乾燥後、サンプルを９０℃のオーブン内に配置した。９０℃での２４時間後にサンプルを取り出し、離型した。サンプルは追加の４８時間にわたりオーブン内に戻して配置し、最終的にサンプルの残留水が２.２ｗｔ％まで低下するまで乾燥させた。
サンプルを一晩空気乾燥させた。２４時間の空気乾燥後、サンプルを９０℃のオーブン内に配置した。９０℃での２４時間後にサンプルを取り出し、離型した。サンプルは追加の４８時間にわたりオーブン内に戻して配置し、最終的にサンプルの残留水が２.２ｗｔ％まで低下するまで乾燥させた。
【0209】
Ｂ４ 反応
サンプルを養生（反応）に使用するオートクレーブは、ステンレス鋼の半径７フィート及び長さ１２フィートの水平間接蒸気ユニットである。サンプルは９０℃に予加熱したオートクレーブ内に装填した。オートクレーブのドアを閉鎖した後、オートクレーブには加熱したＣＯ２ガス及び１４７.５℃の蒸気を充填戻しし、追加の熱をサンプルに供給し、サンプル装填及びガス膨張中に生ずる熱損失を補償した。オートクレーブのファンを４９００ＲＰＭで始動させた。総圧力が１０ｐｓｉｇに達したとき、ＣＯ２を遮断した。オートクレーブの温度は９０℃にセットし、また９５℃の熱水をオートクレーブの底部で循環させ、ユニットを水蒸気で飽和した状態に維持した。システムは、４５分から１時間にわたり平衡化できるようにし（総ｐｓｉが約１６ｐｓｉｇに達する）、また次にオートクレーブ圧力は、加熱したＣＯ２のみを充填することによって、２０ｐｓｉｇまで上昇させた。サンプルは１９時間にわたり養生した。
サンプルを養生（反応）に使用するオートクレーブは、ステンレス鋼の半径７フィート及び長さ１２フィートの水平間接蒸気ユニットである。サンプルは９０℃に予加熱したオートクレーブ内に装填した。オートクレーブのドアを閉鎖した後、オートクレーブには加熱したＣＯ２ガス及び１４７.５℃の蒸気を充填戻しし、追加の熱をサンプルに供給し、サンプル装填及びガス膨張中に生ずる熱損失を補償した。オートクレーブのファンを４９００ＲＰＭで始動させた。総圧力が１０ｐｓｉｇに達したとき、ＣＯ２を遮断した。オートクレーブの温度は９０℃にセットし、また９５℃の熱水をオートクレーブの底部で循環させ、ユニットを水蒸気で飽和した状態に維持した。システムは、４５分から１時間にわたり平衡化できるようにし（総ｐｓｉが約１６ｐｓｉｇに達する）、また次にオートクレーブ圧力は、加熱したＣＯ２のみを充填することによって、２０ｐｓｉｇまで上昇させた。サンプルは１９時間にわたり養生した。
【0210】
加熱したサンプルは、それ以上の重量損失がないようになるまで９０℃の乾燥オーブン内で乾燥させた。反応程度は反応中の重量利得に基づいて計算した。平均反応程度は５３％であった。
【0211】
幾つかの実施形態において、機械的対流は、加圧流、毛細管電気浸透圧流、磁気浸透圧流、並びに温度及び化学的な勾配駆動流のうちの１つからなる。
【0212】
幾つかの実施形態において、モノリシックなセラミック体は、約１５%～約７０％の細孔飽和値度を有する。
【0213】
定義
電気信号又は電磁的信号（又はそれらと等価なもの）に対する特許請求の範囲における言及は、好適な実施形態において信号は非一過性の電子信号又は非一過性の電磁信号であると理解されたい。信号自体が特許請求されていない場合、その言及は、時として伝搬性又は一過性の電子信号又は電磁信号に対するものでありうる。
電気信号又は電磁的信号（又はそれらと等価なもの）に対する特許請求の範囲における言及は、好適な実施形態において信号は非一過性の電子信号又は非一過性の電磁信号であると理解されたい。信号自体が特許請求されていない場合、その言及は、時として伝搬性又は一過性の電子信号又は電磁信号に対するものでありうる。
【0214】
理論的考察
本明細書記載の理論的記述は正確であると考えられるが、本明細書記載の及び特許請求の範囲に記載のデバイスの動作は、理論的記述の正確さ又は有効性に依存しない。すなわち、本明細書記載の理論とは異なる根拠に基づいて観測された結果を説明できる後々の理論的発展は、本明細書記載の発明を損なうものではないであろう。
本明細書記載の理論的記述は正確であると考えられるが、本明細書記載の及び特許請求の範囲に記載のデバイスの動作は、理論的記述の正確さ又は有効性に依存しない。すなわち、本明細書記載の理論とは異なる根拠に基づいて観測された結果を説明できる後々の理論的発展は、本明細書記載の発明を損なうものではないであろう。
【0215】
いかなる発明、特許出願、特許出願刊行物、学術論文、書籍、出版物、又は本明細書記載の他の公的に入手可能な資料は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。本明細書に組み入れられるべきと言えるが、本明細書に明確に記載された既存の定義、陳述、又は他の開示資料と矛盾する資料又はその一部分は、組み入れられる資料と本明細書記載の開示資料との間で矛盾を生じない範囲に限ってのみ組み入れられるものである。
【0216】
本発明は、とくに、図面で示した好適な態様につき図示及び説明してきたが、当業者には様々な細部変更も特許請求の範囲で定義される発明の精神及び範囲から逸脱せずに行えることは理解できるであろう。
【図1A】
【図1B】
【図1C-1】
【図1C-2】
【図1D-1】
【図1D-2】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
