CN103732555A - 具有增强材料的水泥和混凝土 - Google Patents

Abstract

提供了包括胶结组合物和增强材料的组合物、方法和系统，其中该胶结组合物包含亚稳组分。

Description

具有增强材料的水泥和混凝土

相关申请的交叉引用

本申请是于2012年1月13日提交的美国申请序列号13/350,199的部分继续申请，而后者是于2010年8月16日提交的、以美国专利号8,114,214授权的美国申请序列号12/857,267的分案申请；并且本申请要求于2011年7月29日提交的美国临时申请号61/513,367以及于2011年9月30日提交的美国临时申请号61/541,735的优先权，所有这些申请均通过引用整体并入本公开内容。

背景技术

素混凝土可具有抗压强度，即，其抵抗压碎载荷的能力；然而，其拉伸强度可能只是其抗压强度的约10%。其拉伸强度可能是如此之低以致于可能在大多数混凝土结构设计中是几乎忽略不计的。增强的混凝土可能是充足的增强物（诸如，具有称为变形的凸耳的钢条）和混凝土的组合，其设计为能共同工作来抵御外加载荷。混凝土中适当放置的增强物可提高其抗压强度和拉伸强度。

发明内容

本发明提供了组合了胶结组合物和增强材料的组合物、方法和系统。这类组合物可能是环境友好的，因为它们含有被隔离的二氧化碳。

一方面，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石（vaterite）、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。在一些实施方案中，水泥具有小于12的湿糊pH。在一些实施方案中，该胶结组合物包含至少80wt%的合成碳酸钙和/或碳酸镁矿物。在一些实施方案中，该胶结组合物具有小于-12‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，该胶结组合物包含至少50wt%的球霰石或介于50wt%-99wt%之间的球霰石。在一些实施方案中，以该组合物中的水泥重量计，该组合物包括超过0.15%的水溶性氯离子。在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石（vaterite）、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该增强材料当反复或长时间地暴露于水溶性氯化物时，不显现出包括但不限于弹性模量、拉伸强度和屈服强度的机械性质的改变。

在一些实施方案中，本发明组合物中的增强材料选自铝、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷、聚合物、草、草制品、木制品及其组合。在一些实施方案中，该增强材料包括金属。在一些实施方案中，该增强材料包括不锈钢包层处理的钢筋、电镀的钢筋、不锈钢钢筋、纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、钛包层处理的钢筋、镀铬的/铬涂覆的钢筋、镀镍的/镍涂覆的钢筋、钴铬涂覆钢筋，或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料包括聚合物。在一些这样的实施方案中，该增强材料可包括纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、聚碳酸酯增强构件、聚碳酸酯纤维、聚（氯乙烯）（PVC）增强构件、PVC纤维、聚丙烯、纤维素、聚乙烯醇，或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料包括草、草制品、木制品或其任意组合。在一些这样的实施方案中，该增强材料包括竹子。

在一些实施方案中，本发明提供了一种如上所述的组合物，其中至少1体积%的增强材料以相同的方向对齐。在本发明的一些实施方案中，将对齐的增强材料保持在受压状态以产生预应力混凝土元件（部分）或本体。在一些这样的实施方案中，本发明提供了一种组合物，其中该组合物中的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.60倍，简支构件的端部的受压的外层纤维应力也不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.70倍。

在一些实施方案中，本发明提供了一种如上所述的组合物，其中胶结组合物包含至少80wt%的碳酸盐矿物。在一些实施方案中，碳酸盐矿物中的碳全部或部分来源于从工业废物流中去除的二氧化碳。在一些实施方案中，本文提供的组合物满足对耐用性、强度和可用性、弯曲和轴向载荷、剪切和扭转以及其余的结构混凝土建筑规范（例如，如ACI318-08和ACI201.2R-01中所述）的要求。在一些实施方案中，在本文提供的组合物中，增强材料具有至少420MPa的屈服强度。在一些实施方案中，在本文提供的组合物中，增强材料具有25GPa至250GPa的弹性模量。在本发明的一些实施方案中，本文提供的组合物适合在结构建筑应用中使用。在一些实施方案中，以上所述的组合物进一步包括骨料。

一方面，提供了一种用于形成水泥或混凝土组合物的方法，其包括将胶结组合物与增强材料组合并且形成水泥或混凝土组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。在一些实施方案中，该方法包括形成湿糊pH为12或更低的胶结组合物。在一些实施方案中，该方法包括通过使含有二氧化碳的工业废气流与碱性溶液相接触以形成充有二氧化碳的水来制备胶结组合物；并且使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触以形成胶结组合物。在一些实施方案中，该方法包括使充有二氧化碳的水与二价阳离子在一项或多项沉淀条件下相接触，该沉淀条件有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物。在一些实施方案中，该一项或多项沉淀条件有利于在胶结组合物中形成超过50wt%的球霰石。在一些实施方案中，有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物或有利于在胶结组合物中形成超过50wt%的球霰石的一项或多项沉淀条件包括温度、pH、停留时间、质子去除剂、添加剂、离子比率、沉淀速率、混合比率、搅拌形式、种晶的存在、催化剂、膜或基底、分离、干燥、精炼或其组合。在一些实施方案中，该方法进一步包括使水泥或混凝土组合物与水相接触，并将球霰石转化为霰石（aragonite）。在一些实施方案中，本文提供的方法包括在增强材料上形成霰石晶体。在一些实施方案中，在本文提供的方法中，增强材料包括但不限于铝、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷、聚合物、草、草制品、木制品及其组合。在一些实施方案中，在本文提供的方法中，增强材料包括但不限于不锈钢包层处理的钢筋、镀锌的钢筋、不锈钢钢筋、纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、钛包层处理的钢筋、镀铬的/铬涂覆的钢筋、镀镍的/镍涂覆的钢筋、钴铬涂覆钢筋，或其任意组合。在一些实施方案中，在本文提供的方法中，增强材料包括但不限于聚碳酸酯增强构件、聚碳酸酯纤维、聚（氯乙烯）（PVC）增强构件、PVC纤维、聚丙烯、纤维素、聚乙烯醇或其任意组合。在一些实施方案中，本发明方法中的增强材料包括草、草制品、木制品或其任意组合。在一些实施方案中，该方法进一步包括采用电化学方法获得碱性溶液。在一些实施方案中，在本文提供的方法中，该碱性溶液是氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液或其组合。在一些方法实施方案中，将骨料与胶结组合物和增强材料组合。在一些实施方案中，该方法进一步包括对齐一部分增强材料，并将增强材料的对齐部分保持在受压状态以产生预应力混凝土元件或本体。

在一些实施方案中，该方法可进一步包括用以下方式获得增强材料：该方式包括利用电化学方法中生成的氯、盐酸或其他种类来制备氯乙烯单体，并进一步包括使氯乙烯单体聚合以产生聚（氯乙烯）；在一些这样的实施方案中，该方法还可包括通过铸造、挤出、旋转或其任意组合对聚（氯乙烯）进行进一步加工。在一些实施方案中，本发明提供了一种方法，该方法包括将胶结组合物和包含聚合物的增强材料组合，其中形成该聚合物的单体的反应物至少部分地来源于还为气态二氧化碳去除过程提供质子去除试剂或手段的电化学过程，该方法进一步包括获得增强材料。在一些这样的实施方案中，增强材料的获得可包括以下步骤：i）在电化学系统的阳极和阴极间施加以伏特计量的电势，其中该电化学系统被配置成产生氢氧化物或从含有溶解的二氧化碳的溶液中去除质子，并且其中该电化学系统还产生包含氯、氢、盐酸或其任意组合的副产物；ii）从该电化学系统的副产物产生氯乙烯单体；和iii）产生包含氯乙烯单体的聚合物增强材料。在一些实施方案中，本发明提供了一种方法，其中增强材料的获得包括以下步骤：i）在电化学系统中的阳极和阴极间施加以伏特计量的电势，其中该电化学系统被配置成从含有溶解的二氧化碳的溶液中去除质子并产生单体副产物；和ii）产生包含单体副产物的聚合物增强材料。在一些这样的实施方案中，单体副产物包括氯乙烯、乙烯、苯乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、缩聚物单体、烯烃、丙烯酸酯或其任意组合。

一方面，提供了一种系统，其包括可操作地连接到水泥生产站的生产站，该混凝土生产站被配置成用于将从该水泥生产站中得到的包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物与来自增强材料源的增强材料组合以生产混凝土组合物。在一些实施方案中，水泥生产站被配置成利用来自二氧化碳源的二氧化碳、来自碱源的碱性溶液和来自二价阳离子源的二价阳离子生产胶结组合物。在一些实施方案中，该系统进一步包括可操作地连接到水泥生产站的碱源，该碱源被配置成用于电化学生产碱性溶液。在一些实施方案中，该系统进一步包括骨料源，其中该骨料源可操作地连接到水泥生产站，并且被配置成用于向该水泥生产站提供骨料。在一些实施方案中，该

在一些实施方案中，本发明提供了一种被配置成用于实施本申请中所述的方法的系统。

援引并入

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入本文，其程度如同特别地和单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。

附图说明

本发明的新特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述及其附图，将会更好地理解本发明的特征和优点，在这些附图中：

图1图示了本发明的一些实施方案的流程图。

图2图示了本发明的一些实施方案的流程图。

图3图示了本发明的一些实施方案的流程图。

图4图示了本发明的电化学系统的一个实施方案。

图5图示了本发明的电化学系统的一个实施方案。

图6图示了本发明的电化学系统的一些实施方案的流程图。

图7图示了本发明的电化学系统的一个实施方案。

图8图示了球霰石向霰石转变的吉布斯自由能图。

图9图示了如实施例1中所述的组合物的扫描电镜图（SEM图）。

图10图示了如实施例2中所述的碳酸钙水泥的SEM图。

发明详述

本文提供了含有由增强材料增强的胶结组合物的组合物、方法和系统。在一些实施方案中，本发明的胶结组合物包括亚稳组分例如但不限于球霰石、非晶碳酸钙或其组合。该胶结组合物可进一步包括碳酸钙的稳定形式，例如但不限于霰石和方解石以及任选地碳酸镁形式。申请人意外地并且惊讶地发现，碳酸钙的亚稳形式赋予胶结组合物以缺乏该亚稳形式的胶结组合物中不存在的性质。例如，在一些实施方案中，具有亚稳形式的胶结组合物在与增强材料混合并进一步与水混合后，凝固并硬化，其中在增强材料的表面上和/或周围，球霰石转化为霰石。在溶解-再沉淀过程中和/或之后球霰石向霰石的转化可导致胶结组合物与增强材料之间更好的连接或结合。含有该亚稳组分的本发明的胶结组合物可以在具有耐用性、强度、可用性、拉伸强度、挠曲强度和轴向强度、冲击性能、抗裂性、爆破应力抗性和/或剪切和扭转的建筑结构方面等于或好于不含该亚稳组分的胶结组合物。

在一些实施方案中，所述胶结组合物为合成水泥而不是天然存在的水泥。在一些实施方案中，该胶结组合物为合成碳酸盐如合成碳酸钙而不是天然存在的碳酸盐。在一些实施方案中，该胶结组合物具有小于12的湿糊pH值。在一些实施方案中，该胶结组合物为具有小于12的湿糊pH值的合成水泥。在一些实施方案中，本文提供的组合物适合于建筑结构应用。在一些实施方案中，与通常具有高于12的pH的常规水泥相比，本发明的胶结组合物为增强材料提供了低于12的pH。可能必须将常规混凝土配制为增强增强材料如低碳钢的耐腐蚀性。因此，可能必须严格监测和控制常规混凝土的水溶性氯化物含量。在本发明的胶结组合物中低于12的pH可减少增强材料如钢的腐蚀。

本文所用的“增强材料”或其语法等价物包括掺入胶结组合物以赋予其物理和/或机械性质的材料。增强材料可以为棒、丝、线、网格、板、纤维等形状。增强材料可以是本领域已知的任何材料，包括但不限于有机、无机、金属、合成或天然存在的。在一些实施方案中，本文所公开的增强材料增强胶结组合物的拉伸强度、挠曲强度和/或冲击性能。在一些实施方案中，增强材料不经历腐蚀并且适合用于建筑结构应用。在一些实施方案中，增强材料可以是复合材料，即具有不同性质的两种或更多种组分材料的组合。例如，可混合稻草和泥浆以形成砖或建筑结构。

在更详细地描述本发明之前，应当理解，本发明不限于本文所描述的具体实施方案，因为这些实施方案可以变化。也应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而非旨在进行限定，因为本发明的范围仅由所附权利要求来限定。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所一般理解的相同的含义。

当提供值的范围时，应当理解，在此范围的上限和下限之间的每个居间值（精确到下限单位的十分之一，除非上下文另外明确地指出）以及在所述范围内的任何其他所指出的或居间的值都包含在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，而且也包含在本发明内，除了所述范围内任何明确排除的极限值。当所述范围包括极限值中的一个或两个时，排除这些所含极限值中的任何一个或两个的范围也被包括在本发明中。

某些范围在本文中以前面带有术语“大约”的数值呈现。术语“大约”在此用于对其之后的准确数字以及与该术语之后的数字接近或近似的数字提供字面支持。在确定一个数字是否接近或近似于具体列举的数字时，接近或近似的未列举的数值可以是在它所出现的上下文中提供与具体列举的数值基本相等的值的数值。

本说明书中所引用的所有出版物、专利和专利申请都通过引用以相同的程度并入本文，如同特别地和单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。此外，所引用的每篇出版物、专利或专利申请均通过引用并入本文以公开和描述与所引用的出版物有关的主题。任何出版物的引用应针对其在申请日之前的公开内容，并且不应解释为承认本文所述的发明由于在先发明而没有资格早于此出版物。此外，所提供的出版日期可能与实际出版日期不同，实际出版日期可能需要独立确认。

应当指出，除非上下文另外明确指出，否则本文及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括指代物的复数形式。应当进一步指出，权利要求书可撰写为排除任何任选的要素。因此，本声明旨在作为将诸如“单独地”、“仅”等排他性术语与权利要求要素的引述结合使用或使用“否定”限制的在先基础。

本领域技术人员在阅读本公开内容后应当明白，本文描述和说明的每一单独的实施方案具有单独的组分和特征，该组分和特征可以与其他几个实施方案中任一个的特征容易地分开或组合，而不背离本发明的范围或精神。任何引述的方法可以按所引述的事件的顺序或按逻辑上可能的任何其他顺序进行。尽管与本文所描述的那些方法和材料相似或等同的任何方法和材料也可用于本发明的实践或测试，但是现在将对代表性的说明性方法和材料进行描述。

在本发明的进一步描述中，描述了根据本发明实施方案的增强水泥和混凝土的组合物。描述了产生和使用本发明组合物的各种实施方案的方法，随后描述了可用于实践本发明的各种方法的系统。

A.组合物

一方面，提供了包括胶结组合物和增强材料的组合物。在一些实施方案中，该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。图1图示了该胶结组合物与增强材料组合以产生适合用于结构建筑应用的材料的流程图。图2图示了该胶结组合物与增强材料和骨料组合以产生适合用于结构建筑应用的混凝土材料的流程图。该骨料可以是合成的或天然存在的。在一些实施方案中，该骨料是由本文所述的方法制备的碳酸钙。应当理解，可将用于制备砂浆和其他辅助胶结材料的其他组分如沙子加入到本发明的胶结组合物中。

本文对胶结组合物和增强材料进行了详细描述。

胶结组合物

如本文所用的“胶结组合物”包括含有碳酸钙的组合物。在一些实施方案中，该胶结组合物在与水组合后凝固并硬化成水泥。该胶结组合物可以是自胶结水泥（self-cement）或水硬水泥组合物、辅助胶结材料（SCM）、骨料或其组合。可将该自胶结组合物打碎而形成骨料。

如本文所用的“水硬水泥”或“自胶结水泥”包括在与水或其中的溶剂为水的溶液例如掺合物溶液组合后凝固并硬化的组合物。在硬化之后，这些组合物即使在水中也保留强度和稳定性。由于立即开始的反应，能够观察到可随时间增大的加强作用。在达到某个水平之后，可以将这个时间点称为凝固起点。继续的进一步固结可以被称为凝固，此后开始硬化阶段。然后材料的抗压强度可以稳定增长，这个时期可以是从“超快硬化”水泥情况下的几天到其他水泥情况下的几个月或几年。通过将本发明的组合物与水性液体组合而生产的产品的凝固并硬化可以源自或者可以不源自水合物的产生，该水合物可以是由该组合物在与水反应之后形成的，其中该水合物在水中基本不可溶。水泥可以单独地或与骨料相组合地以粗和细的形式使用，在此情况下该组合物可以被称为混凝土或灰浆。也可以将水泥切割并打碎而形成骨料。

在一些实施方案中，本发明的胶结组合物具有小于12；或小于11；或小于10；或小于9；或小于8；或小于7；或为7-12；或为7-11的湿糊pH。在一些实施方案中，提供了包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，并且其中该胶结组合物具有小于12的湿糊pH。通常，水泥的较高pH值可导致增强材料的腐蚀。例如，在一些实施方案中，pH值高于12的常规水泥如波特兰水泥可在增强材料上形成钝化层，其可防止增强材料的腐蚀。然而，本文提供的胶结组合物具有小于12.5或12的pH值，例如，在一些实施方案中pH为中性，以使得可以不发生金属的这种预防性钝化。在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物具有12.5或更低的pH值。在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物具有12.5或更低的鲜糊值（fresh paste value）。本文所用的“鲜糊”包括在将胶结组合物与水混合之后形成的糊料。在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物具有12.5或更低，或12或更低，或11或更低，或10或更低，或9或更低，或8或更低，或7.5或更低，或7.5-12.5，或7.5-12，或7.5-11，或7.5-10，或7.5-9，或7.5-8，或8-12.5，或8-12，或8-11，或8-10，或8-9，或9-12.5，或9-12，或9-11，或9-10，或10-12.5，或10-12，或10-11，或11-12.5，或11-12或7.5，或8，或9，或10，或11，或12，或12.5的pH值或鲜糊值。本发明的胶结组合物的较低pH使其适合于多种应用，包括但不限于在于2012年5月2日提交的美国申请序列号13/462,569中所述的人工鱼礁，该申请通过引用整体并入本文。

包括氯化钠在内的氯化物可促进增强材料如埋置钢筋的腐蚀。氯阴离子可引起钢增强物（reinforcements）的局部腐蚀（点状腐蚀）和全面腐蚀。在一些实施方案中，本文所述的胶结组合物可由可导致组合物含有水溶性氯化物的过程来制备。在一些实施方案中，该胶结组合物可大大有助于该组合物的水溶性氯化物含量。在其中胶结组合物可含有量足够高的氯化物的实施方案中，需要可承受更高氯化物含量的增强材料。在一些实施方案中，当组合物为28-42天（例如，混合和形成后28-42天的混凝土）时并如ASTM C1218中所概述的，可确定组合物中的水溶性氯化物的含量。例如，如果材料总体上为混凝土，则可通过ASTM C1218中所概述的方法来测定水泥和骨料、沙子和该混凝土中的任何其他材料的水溶性氯化物。在一些实施方案中，以组合物中的水泥重量计，该组合物包含多于0.06%，或多于0.1%，或多于0.15%，或多于0.2%，或多于0.3%，或多于1%，或0.05-5%，或0.05-4%，或0.05-3%，或0.05-2%，或0.05-1%的水溶性氯离子。

以下提供了用于制备和使用本发明的胶结组合物的方法。制备和使用这类材料的更详细的说明可在共同转让的美国专利7,735,274和8,062,418中找到，此两者均通过引用整体并入本文。

通过隔离来源于二氧化碳源如废物流的二氧化碳，例如但不限于来源于发电厂的烟气或由水泥厂等排放的二氧化碳，来形成本发明的胶结组合物。在一些实施方案中，该胶结组合物含有来源于人类使用的燃料的碳，例如，具有化石燃料起源的碳。例如，在一些实施方案中，本发明的胶结组合物含有以CO₂形式从燃料的燃烧释放的碳。在某些实施方案中，在胶结组合物中隔离的碳为碳酸盐化合物的形式。因此，在某些实施方案中，本文提供的胶结组合物含有碳酸盐化合物，其中碳酸盐化合物中的至少一部分碳来源于人类使用的燃料，例如化石燃料。因此，本发明的组合物的生产导致将CO₂转化为胶结组合物中的存储稳定形式。本发明的胶结组合物的生产因此导致防止CO₂气体进入大气。本发明的组合物以一定方式提供CO₂的存储，使得组合物中隔离的（即，固定的）CO₂不变为大气的一部分。因此，在组合物为可消耗的组合物时，其中固定的CO₂在耗材的使用寿命中（如果不是更长的话）保持固定。

本发明的胶结组合物包括含有可与二价阳离子如钙和/或镁组合或与单价阳离子如钠组合的碳酸盐和/或碳酸氢盐的组合物。该碳酸盐和/或碳酸氢盐可在溶液中、在固体形式中或溶液和固体形式的组合中，例如浆料。碳酸盐和/或碳酸氢盐可以含有来自于二氧化碳源的二氧化碳；在一些实施方案中，二氧化碳源自化石燃料的燃烧，并且因此这些碳酸盐和/或碳酸氢盐中的一些（例如，至少10%、50%、60%、70%、80%、90%、95%）或基本上所有（例如，至少99%、99.5%或99.9%）的碳是化石燃料来源的，即，是植物来源的。众所周知，植物来源的碳与无机来源的碳相比具有不同的稳定同位素（¹³C和¹²C）之比，并且因此在一些实施方案中，碳酸盐和/或碳酸氢盐中的碳具有小于例如-10‰，或小于-15‰，或小于-20‰，或小于-35‰，或小于-30‰，或小于-35‰的δ¹³C。

在一些实施方案中，本文提供的组合物含有来自化石燃料的碳；由于其化石燃料起源，这类组合物的碳同位素分馏（δ¹³）值可能不同于含有无机碳的组合物，例如石灰岩。一般来说，衍生出化石燃料的植物相比¹³C可以更优先利用¹²C，因此分馏了这些碳同位素，使得它们的比率与在大气中通常存在的比率不同;与标准值（PeeDeeBelemnite或PDB标准）相比时，该值被称为碳同位素分馏（δ¹³C）值。煤的δ¹³C值通常是在-30‰至-20‰的范围内，甲烷的δ¹³C值可以低至-20‰至-40‰或甚至-40‰至-80‰。大气CO₂的δ¹³C值是-10‰至-7‰，对于石灰岩是+3‰至-3‰，并且对于海洋碳酸氢盐是0‰。

包含一种或多种源自工业CO₂的合成碳酸盐的沉淀材料反映出（由化石燃料的燃烧）衍生出工业CO₂的化石燃料（例如，煤、石油、天然气或烟气）的相对碳同位素组成（δ¹³C）。以‰（每千分之一）为单位的相对碳同位素组成（δ¹³C）值是相对于石化箭石标准（PDB标准），两种稳定的碳同位素即¹²C和¹³C的浓度比的量度。

δ¹³C‰=[（¹³C/¹²C_样品-¹³C/¹²C_PDB标准）/（¹³C/¹²C_PDB标准）]×1000

¹²C由于其较低的质量而优先被植物在光合作用过程以及其他使用无机碳的生物过程中吸收。与¹³C相比，¹²C的较低的质量允许在动力学上受限的反应更有效地进行。因此，源自植物材料的物质，例如化石燃料，具有比源自无机来源的物质更小的相对碳同位素组成值。由燃烧化石燃料而产生的烟气中的二氧化碳反映了被石化的有机材料的相对碳同位素组成值。表I列出了相关碳源的相对碳同位素组成值范围以供比较。

结合有来自燃烧化石燃料的碳的组合物可反映出类似于植物来源的材料的δ¹³C值，即，小于结合有来自大气或非植物海洋来源的碳的材料的值。对通过二氧化碳隔离过程产生的材料由来自燃烧化石燃料的碳组成进行的验证，可以包括测量所得材料的δ¹³C值并确认它与大气二氧化碳或海洋碳源的值不相似。

表I.感兴趣的碳源的相对碳同位素组成（δ¹³C）值

1.Holdgate,G.R.等人，Global and Planetary Chang，65（2009）第89-103页。

2.Elswick,E.R.等人，Applied Geochemistry，22（2007）第2065-2077页。

因此，本发明的胶结组合物的δ¹³C值可以充当CO₂气源的指纹。δ¹³C值在来源与来源（即，化石燃料源）之间可能有所变化，但本文提供的组合物的δ¹³C值可能介于-9‰至-35‰之间。在一些实施方案中，该胶结组合物的δ¹³C值介于-9‰和-50‰之间，或介于15‰和-40‰之间，或介于15‰和35‰之间，或介于-15‰和-25‰之间。在一些实施方案中，该胶结组合物的δ¹³C值小于（即比以下值更为负）-9‰、-10‰、-11‰、-12‰、-13‰、-14‰、-15‰、-16‰、17‰、-18‰、-19‰、20‰、-21‰、-22‰、-23‰、-24‰、-25‰、-26‰、-27‰、-28‰、-29‰、-30‰、-31‰、32‰、-33‰、-34‰、35‰、-36‰、-37‰、-38‰、-39‰、-40‰、-41‰、-42‰、-43‰、-44‰或-45‰。可以使用任何合适的方法来测量δ¹³C值，方法包括但不限于质谱法或离轴积分腔输出光谱法（离轴ICOS）。碳同位素之间的一个差异在于它们的质量。可以使用任何我们已有的对测量碳量足够敏感的质量辨识技术来发现¹³C与¹²C同位素浓度之比。通常使用质谱法来发现δ¹³C值。能够测定δ¹³C值的台式离轴积分腔输出光谱（离轴ICOS）仪也可以从市场购得。这些值通过二氧化碳中¹²C和¹³C同位素所形成的碳-氧双键中的能量差来获得。

在一些实施方案中，所述胶结组合物为含有碳酸盐例如碳酸镁和/或碳酸钙的组合物，其特征为具有小于-10‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，该胶结组合物为含有碳酸盐例如碳酸镁和/或碳酸钙的组合物，其特征为具有小于-15‰，如-16‰，如小于-20‰，如-21‰，如-22‰，如-23‰，如-24‰，如小于-25‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，该胶结组合物为含有有机物质或化石燃料燃烧来源的碳酸盐的组合物，其特征为具有小于-10‰，如小于-15‰，如-16‰，如小于-20‰，如-21‰，如-22‰，如-23‰，如-24‰，如小于-25‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，该胶结组合物为含有有机物质或化石燃料燃烧来源的碳酸盐例如碳酸钙的组合物，其特征为具有小于-10‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，该胶结组合物为含有有机物质或化石燃料燃烧来源的碳例如聚（氯乙烯）的组合物，其特征为具有小于-10‰的δ¹³C值。

在一些实施方案中，提供了包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，并且其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或为-12‰至-40‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，提供包含了胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或为-12‰至-40‰的δ¹³C值，并且其中该胶结组合物具有小于12的湿糊pH。

在一些实施方案中，可改变钙与碳酸根离子的比值以形成具有期望的表面电荷的胶结组合物。在一些实施方案中，该胶结组合物中钙或钙离子与碳酸盐或碳酸根离子的比值（钙:碳酸根）高于1:1；或高于1.5:1；或高于2:1；或高于2.5:1；或高于3:1；或高于3.5:1；或高于4:1；或高于4.5:1；或高于5:1；或为1:1至5:1；或为1.5:1至5:1；或为2:1至5:1；或为3:1至5:1；或为4:1至5:1；或为1:1至4:1；或为1.5:1至4:1；或为2:1至4:1；或为3:1至4:1；或为1:1至3:1；或为1.5:1至3:1；或为2:1至3:1；或为1:1至2:1；或为1.5:1至2:1；或为1.5:1至1:1；或为1.2:1至1.8:1；或为1:1；或为1.5:1；或为2:1；或为2.5:1；或为3:1；或为3.5:1；或为4:1；或为4.5:1；或为5:1。在一些实施方案中，该胶结组合物中钙:碳酸根之比为1.5:1，或1:1，或2:1。

在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物可进一步包括氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞和/或金属中的任何一种的衍生物，或它们的组合。氮氧化物和硫氧化物的衍生物包括但不限于硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐和亚硫酸盐等。汞和/或金属可能以其衍生化形式存在，例如氧化物和/或氢氧化物，或者汞和/或金属可能以非衍生化形式被包裹在或存在于本发明的胶结组合物中。在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物可进一步包含一种或多种另外的组分，包括但不限于：高炉矿渣、飞灰、硅藻土以及其他天然或人造火山灰、硅灰、石灰岩、石膏、熟石灰、加气剂、阻滞剂、防水材料和着色剂。可以加入这些组分以改变水泥的特性，例如提供期望的强度获得、提供期望的凝固时间等。这样的组分在本发明的给定组合物中存在的量可以变化，并且在某些实施方案中，这些组分的量值范围是从0.1%至1%w/w；或1%w/w至50%w/w，或10%w/w至50%w/w，例如2%w/w至10%w/w。

在一些实施方案中，提供了包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。该胶结组合物的碳酸盐化合物可以是亚稳碳酸盐化合物，包括但不限于球霰石和/或非晶碳酸钙。含有碳酸盐化合物的本发明的胶结组合物可包括沉淀的结晶和/或非晶碳酸盐化合物。感兴趣的特定碳酸盐矿物包括但不限于：碳酸钙矿物、碳酸镁矿物和碳酸钙镁矿物。感兴趣的碳酸钙矿物包括但不限于：方解石（CaCO₃）、霰石（CaCO₃）、球霰石（CaCO₃）、六水碳钙石（CaCO₃·6H₂O）和非晶碳酸钙（CaCO₃·nH₂O）。感兴趣的碳酸镁矿物包括但不限于：菱镁矿（MgCO₃）、水碳镁矿（MgCO₃·2H₂O）、碳氢镁石（MgCO₃·3H₂O）、五水碳酸镁（MgCO₃·5H₂O）以及非晶碳酸镁钙（MgCO₃·nH₂O）。感兴趣的碳酸镁钙矿物包括但不限于白云石（CaMgCO₃）、碳钙镁石（CaMg(CO₃)₄）以及水碳镁钙石（Ca₂Mg₁₁(CO₃)₁₃·H₂O）。在某些实施方案中，非碳酸盐化合物如氢氧镁石（Mg(OH)₂）还可与以上所列的矿物组合形成。如上所指出的，碳酸盐化合物组合物的化合物为在碱水中比在淡水中更稳定的亚稳碳酸盐化合物（并且可包括一种或多种亚稳氢氧化合物），使得在与任何pH的淡水接触后，它们溶解并再沉淀为其他淡水稳定的化合物，例如，诸如低Mg方解石的矿物。

所述胶结组合物中的碳酸钙除了球霰石还可以包括但不限于球霰石的前体相、霰石的前体相、不如方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式，或其组合。球霰石可以以单分散或凝聚形式存在于该胶结组合物中，并且可以是球形的、椭圆形的、片状形状或六方晶系。球霰石典型地具有六方晶体结构并且在生长时形成多晶球形颗粒。球霰石的前体形式可包含球霰石的纳米簇，并且霰石的前体形式可包含霰石针状体的亚微米到纳米簇。霰石，如果在该组合物中存在的话，可以是针状的、柱状的或斜方晶系的晶体。方解石，如果存在的话，可以是立方体的、纺锤状的或六方晶系的晶体。不如方解石稳定的中间相可以是介于球霰石与方解石之间的相、介于球霰石的前体与方解石之间的相、介于霰石与方解石之间的相，和/或介于霰石前体与方解石之间的相。

本文提供的组合物显示出意料之外的性质，诸如，高抗压强度、高耐用性和更低的维护费用。此外，在一些实施方案中，当将CO₂从烟气或从碳酸盐水中隔离成本发明的碳酸钙形式时，降低了碳足迹并提供了更清洁的环境。在一些实施方案中，该组合物一旦与水结合、凝固并硬化就具有至少14MPa（兆帕）的抗压强度，或在一些实施方案中，为14-80MPa或14-35MPa。在一些实施方案中，本文提供的含球霰石的组合物由具有化石燃料起源的CO₂源形成。因此，在一些实施方案中，本文提供的组合物具有小于-12‰的碳同位素分馏值（δ¹³C）。在一些实施方案中，本发明的组合物是非医用的或者不是用于医疗过程的。在一些实施方案中，本发明的组合物是合成的组合物而不是天然存在的。

在本文描述的方面和实施方案的一些实施方案中，本文提供的胶结组合物包含至少10%w/w的球霰石；或至少20%w/w的球霰石；或至少30%w/w的球霰石；或至少40%w/w的球霰石；或至少50%w/w的球霰石；或至少60%w/w的球霰石；或至少70%w/w的球霰石；或至少80%w/w的球霰石；或至少90%w/w的球霰石；或至少95%w/w的球霰石；或至少99%w/w的球霰石；或10%w/w至99%w/w的球霰石；或10%w/w至95%w/w的球霰石；或10%w/w至90%w/w的球霰石；或10%w/w至80%w/w的球霰石；或10%w/w至70%w/w的球霰石；或10%w/w至60%w/w的球霰石；或10%w/w至50%w/w的球霰石；或10%w/w至40%w/w的球霰石；或10%w/w至30%w/w的球霰石；或10%w/w至20%w/w的球霰石；或30%w/w至99%w/w的球霰石；或30%w/w至95%w/w的球霰石；或30%w/w至90%w/w的球霰石；或30%w/w至80%w/w的球霰石；或30%w/w至70%w/w的球霰石；或30%w/w至60%w/w的球霰石；或30%w/w至50%w/w的球霰石；或30%w/w至40%w/w的球霰石；或50%w/w至99%w/w的球霰石；或50%w/w至95%w/w的球霰石；或50%w/w至90%w/w的球霰石；或50%w/w至80%w/w的球霰石；或50%w/w至70%w/w的球霰石；或50%w/w至60%w/w的球霰石；或70%w/w至99%w/w的球霰石；或70%w/w至95%w/w的球霰石；或70%w/w至90%w/w的球霰石；或70%w/w至80%w/w的球霰石；或80%w/w至99%w/w的球霰石；或80%w/w至95%w/w的球霰石；或80%w/w至90%w/w的球霰石；或90%w/w至99%w/w的球霰石；或90%w/w至95%w/w的球霰石；或10%w/w的球霰石；或20%w/w的球霰石；或30%w/w的球霰石；或40%w/w的球霰石；或50%w/w的球霰石；或60%w/w的球霰石；或70%w/w的球霰石；或75%w/w的球霰石；或80%w/w的球霰石；或85%w/w的球霰石；或90%w/w的球霰石；或95%w/w的球霰石；或99%w/w的球霰石。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石。在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石，并且其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或为-12‰至-40‰的δ¹³C值。在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石，其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或介于-12‰至-40‰之间的δ¹³C值，并且其中该胶结组合物具有小于12的湿糊pH。在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石，并且其中该胶结组合物具有小于12的湿糊pH。

在本文及以上描述的方面和实施方案的一些实施方案中，所述胶结组合物包含至少1%w/w的非晶碳酸钙（ACC）；或至少2%w/w的ACC；或至少5%w/w的ACC；或至少10%w/w的ACC；或至少50%w/w的ACC；或至少80%w/w的ACC；或至少90%w/w的ACC；或1%w/w至90%w/w的ACC；或1%w/w至80%w/w的ACC；或1%w/w至70%w/w的ACC；或1%w/w至60%w/w的ACC；或1%w/w至50%w/w的ACC；或1%w/w至40%w/w的ACC；或1%w/w至30%w/w的ACC；或1%w/w至20%w/w的ACC；或1%w/w至10%w/w的ACC；或5%w/w至90%w/w的ACC；或5%w/w至80%w/w的ACC；或5%w/w至70%w/w的ACC；或5%w/w至60%w/w的ACC；或5%w/w至50%w/w的ACC；或5%w/w至40%w/w的ACC；或5%w/w至30%w/w的ACC；或5%w/w至20%w/w的ACC；或5%w/w至10%w/w的ACC；或10%w/w至90%w/w的ACC；或10%w/w至80%w/w的ACC；或10%w/w至70%w/w的ACC；或10%w/w至60%w/w的ACC；或10%w/w至50%w/w的ACC；或10%w/w至40%w/w的ACC；或10%w/w至30%w/w的ACC；或10%w/w至20%w/w的ACC；或30%w/w至90%w/w的ACC；或30%w/w至80%w/w的ACC；或30%w/w至70%w/w的ACC；或30%w/w至60%w/w的ACC；或30%w/w至50%w/w的ACC；或30%w/w至40%w/w的ACC；或50%w/w至90%w/w的ACC；或50%w/w至80%w/w的ACC；或50%w/w至70%w/w的ACC；或50%w/w至60%w/w的ACC；或70%w/w至90%w/w的ACC；或70%w/w至80%w/w的ACC；或70%w/w至75%w/w的ACC；或1%w/w的ACC；或2%w/w的ACC；或5%w/w的ACC；或10%w/w的ACC；或20%w/w的ACC；或30%w/w的ACC；或40%w/w的ACC；或50%w/w的ACC；或60%w/w的ACC；或70%w/w的ACC；或80%w/w的ACC；或90%w/w的ACC。

在本文描述的方面和实施方案的一些实施方案中，所述胶结组合物包含10%w/w至99%w/w的球霰石和1%w/w至90%w/w的ACC；或球霰石在10%w/w至90%w/w的范围内且ACC在10%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至80%w/w的范围内且ACC在20%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至70%w/w的范围内且ACC在30%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至60%w/w的范围内且ACC在40%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至50%w/w的范围内且ACC在50%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至40%w/w的范围内且ACC在60%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至30%w/w的范围内且ACC在70%w/w至90%w/w的范围内；或球霰石在10%w/w至20%w/w的范围内且ACC在80%w/w至90%w/w的范围内。应当理解，该组合物中每种组分的百分比是为以下这样：该组合物中这些组分的总百分比不得超过100wt%的总量。

在本文描述的方面和实施方案的一些实施方案中，本发明的组合物在凝固并硬化之后具有至少14MPa；或至少16MPa；或至少18MPa；或至少20MPa；或至少25MPa；或至少30MPa；或至少35MPa；或至少40MPa；或至少50MPa；或至少60MPa；或至少70MPa；或至少80MPa；或至少90MPa；或至少100MPa；或14-100MPa；或14-80MPa；或14-75MPa；或14-70MPa；或14-65MPa；或14-60MPa；或14-55MPa；或14-50MPa；或14-45MPa；或14-40MPa；或14-35MPa；或14-30MPa；或14-25MPa；或14-20MPa；或14-18MPa；或14-16MPa；或20-100MPa；或20-90MPa；或20-80MPa；或20-75MPa；或20-70MPa；或20-65MPa；或20-60MPa；或20-55MPa；或20-50MPa；或20-45MPa；或20-40MPa；或20-35MPa；或20-30MPa；或20-25MPa；或30-100MPa；或30-75MPa；或30-50MPa；或50-100MPa；或50-75MPa；或60-90MPa；或70-100MPa；或80-90MPa；或14MPa；或16MPa；或18MPa；或20MPa；或25MPa；或30MPa；或35MPa；或40MPa；或45MPa的抗压强度。例如，在前述方面和前述实施方案的一些实施方案中，该组合物在凝固并硬化之后具有14MPa至40MPa；或17MPa至40MPa；或20MPa至40MPa；或30MPa至40MPa；或35MPa至40MPa的抗压强度。在一些实施方案中，本文所述的抗压强度是1天或3天或7天或28天或56天或更久之后的抗压强度。例如，在一些实施方案中，所述胶结组合物或含有本发明的胶结组合物和增强材料的组合物在凝固并硬化1天之后具有14-55MPa的抗压强度。在一些实施方案中，所述胶结组合物或含有本发明的胶结组合物和增强材料的组合物在凝固并硬化7天之后具有14-55MPa的抗压强度。在一些实施方案中，所述胶结组合物或含有本发明的胶结组合物和增强材料的组合物在凝固并硬化28天之后具有14-55MPa的抗压强度。

在这些方面和实施方案的一些实施方案中，所述胶结组合物具有以下δ¹³C：小于-12‰；或小于-13‰；或小于-14‰；或小于-15‰；或小于-16‰；或小于-17‰；或小于-18‰；或小于-19‰；或小于-20‰；或小于-21‰；或小于-22‰；或小于-25‰；或小于-30‰；或小于-40‰；或小于-50‰；或小于-60‰；或小于-70‰；或小于-80‰；或小于-90‰；或小于-100‰；或-12‰至-80‰；或-12‰至-70‰；或-12‰至-60‰；或-12‰至-50‰；或-12‰至-45‰；或12‰至-40‰；或-12‰至-35‰；或-12‰至-30‰；或-12‰至-25‰；或-12‰至-20‰；或-12‰至-15‰；或-13‰至-80‰；或-13‰至-70‰；或-13‰至-60‰；或-13‰至-50‰；或-13‰至-45‰；或13‰至-40‰；或-13‰至-35‰；或-13‰至-30‰；或-13‰至-25‰；或-13‰至-20‰；或-13‰至-15‰；-14‰至-80‰；或-14‰至-70‰；或-14‰至-60‰；或-14‰至-50‰；或-14‰至-45‰；或14‰至-40‰；或-14‰至-35‰；或-14‰至-30‰；或-14‰至-25‰；或-14‰至-20‰；或-14‰至-15‰；或-15‰至-80‰；或-15‰至-70‰；或-15‰至-60‰；或-15‰至-50‰；或-15‰至-45‰；或15‰至-40‰；或-15‰至-35‰；或-15‰至-30‰；或-15‰至-25‰；或-15‰至-20‰；或-16‰至-80‰；或-16‰至-70‰；或-16‰至-60‰；或-16‰至-50‰；或-16‰至-45‰；或-16‰至-40‰；或-16‰至-35‰；或-16‰至-30‰；或-16‰至-25‰；或-16‰至-20‰；或20‰至-80‰；或-20‰至-70‰；或-20‰至-60‰；或-20‰至-50‰；或-20‰至-40‰；或20‰至-35‰；或-20‰至-30‰；或-20‰至-25‰；或-30‰至-80‰；或-30‰至-70‰；或30‰至-60‰；或-30‰至-50‰；或-30‰至-40‰；或-40‰至-80‰；或-40‰至-70‰；或40‰至-60‰；或-40‰至-50‰；或-50‰至-80‰；或-50‰至-70‰；或-50‰至-60‰；或60‰至-80‰；或-60‰至-70‰；或-70‰至-80‰；或-12‰；或-13‰；或-14‰；或-15‰；或-16‰；或-17‰；或-18‰；或-19‰；或-20‰；或-21‰；或-22‰；或-25‰；或-30‰；或-40‰；或-50‰；或-60‰；或-70‰；或-80‰；或-90‰；或-100‰。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石，并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石，其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或介于-12‰至-40‰之间的δ¹³C值，并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或介于-12‰至-40‰之间的δ¹³C值，并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物包含至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石，其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或介于-12‰至-40‰之间的δ¹³C值，其中该胶结组合物具有小于12的湿糊pH，并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，其中该胶结组合物具有小于-12.0‰或介于-12‰至-40‰之间的δ¹³C值，其中该胶结组合物具有小于12的湿糊pH，并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，提供了一种包含胶结组合物和增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，并且其中该胶结组合物包含下列项中的至少一种：

a）至少50wt%（或w/w%）的球霰石或介于50-99wt%之间的球霰石；

b）小于-12.0‰或介于-12‰至-40‰之间的δ¹³C；

c）小于12的湿糊pH；和

d）该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa或介于14-55MPa之间的抗压强度。

在一些实施方案中，本发明的胶结组合物是以下表II中示出的组合物中的至少一种。

表II

在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物是具有0.1-100微米的平均颗粒大小的微粒组合物。该平均颗粒大小可以使用任何常规的颗粒大小测定方法来确定，例如但不限于多检测器激光散射或筛分（即，<38微米）。在某些实施方案中，存在单峰或多峰（例如双峰或其他）分布。双峰分布使表面积最小化，因此允许水泥具有更低的液体/固体质量比，而仍提供更小的反应性颗粒以供早期反应。在这样的情况下，较大尺寸等级的平均颗粒大小可以高达1000微米（1mm）。在一些实施方案中，本文提供的胶结组合物是具有以下平均颗粒大小的微粒组合物：0.1-1000微米；或0.1-500微米；或0.1-200微米；或0.1-100微米；或0.1-80微米；或0.1-50微米；或0.1-40微米；或0.1-30微米；或0.1-20微米；或0.1-10微米；或0.1-5微米；或0.5-100微米；或0.5-70微米；或0.5-50微米；或0.5-10微米；或0.5-5微米；或1-100微米；或1-70微米；或1-50微米；或1-10微米；或1-5微米；或3-100微米；或3-50微米；或3-10微米；或3-8微米；或5-100微米；或5-50微米；或5-10微米；或5-8微米；或8-100微米；或8-50微米；或8-30微米；或8-20微米；或8-10微米；或10-100微米；或10-50微米；或10-30微米；或20-100微米；或20-50微米；或20-40微米；或40-100微米；或40-50微米；或50-100微米；或50-70微米；或60-100微米；或60-70微米；或70-100微米；或80-100微米；或0.1微米；或0.5微米；或1微米；或2微米；或3微米；或4微米；或5微米；或8微米；或10微米；或15微米；或20微米；或30微米；或40微米；或50微米；或60微米；或70微米；或80微米；或100微米。例如，在一些实施方案中，本文提供的组合物是具有如下平均颗粒大小的微粒组合物：0.1-30微米；0.1-20微米；或0.1-15微米；或0.1-10微米；或0.1-8微米；或0.1-5微米；或1-5微米；或5-10微米。

在某些实施方案中，本文提供的组合物可以进一步包含骨料。骨料可以包含在该组合物中以提供包含细骨料和混凝土的灰浆，该混凝土还包含粗骨料。细骨料是几乎完全穿过4号筛（ASTM C125和ASTM C33）的材料，例如硅砂。粗骨料是大部分滞留在4号筛（ASTMC125和ASTM C33）上的材料，例如硅石、石英、粉碎的圆形大理石、玻璃球、花岗岩、石灰岩、方解石、长石、冲积沙、沙子以及任何其他的耐用骨料，以及它们的混合物。这样，术语“骨料”广义地用来指代众多不同类型的粗及细的微粒材料，包括但不限于沙子、砾石、碎石、炉渣以及再生混凝土。骨料的量和性质可以大范围地改变。在一些实施方案中，骨料的量可以是由该组合物和骨料构成的总组合物的25%至80%，如40%至70%，并且包括50%至70%w/w。

在一些实施方案中，本文提供的组合物包含5-99.9wt%或5-99wt%或5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的胶结组合物，以及0.1-95wt%或1-95wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的增强材料。在一些实施方案中，本文提供的组合物包含5-99.9wt%或5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的胶结组合物，5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的沙子，以及0.1-10wt%的增强材料。在一些实施方案中，本文提供的组合物包含5-99.9wt%或5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的胶结组合物，5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的骨料，以及0.1-10wt%的增强材料。在一些实施方案中，本文提供的组合物包含5-99.9wt%或5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的胶结组合物；5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的沙子；5-90wt%或5-75wt%或5-50wt%或5-25wt%的骨料；以及0.1-10wt%的增强材料。

在一些实施方案中，本文提供的组合物包含高达99.9vol%，或5-99.9vol%，或5-99.5vol%，或5-99vol%，或5-98vol%，或5-95vol%，或5-80vol%，或5-75vol%，或5-50vol%的胶结组合物，以及高达5vol%，或0.1-5vol%，或0.5-5vol%，或1-5vol%，或1.5-5vol%，或0.1-0.5vol%，或0.1-1vol%的增强材料。组合物中的剩余百分比可以是沙子或骨料。

应当理解，组合物中所有的wt%或vol%均不超过总组成的100wt%或vol%。

在一些实施方案中，本发明的胶结组合物可进一步包括普通波特兰水泥（OPC）或波特兰水泥熔块。波特兰水泥组分的量可以变化并且范围为10至95%w/w；或10至90%w/w；或10至80%w/w；或10至70%w/w；或10至60%w/w；或10至50%w/w；或10至40%w/w；或10至30%w/w；或10至20%w/w；或20至90%w/w；或20至80%w/w；或20至70%w/w；或20至60%w/w；或20至50%w/w；或20至40%w/w；或20至30%w/w；或30至90%w/w；或30至80%w/w；或30至70%w/w；或30至60%w/w；或30至50%w/w；或30至40%w/w；或40至90%w/w；或40至80%w/w；或40至70%w/w；或40至60%w/w；或40至50%w/w；或50至90%w/w；或50至80%w/w；或50至70%w/w；或50至60%w/w；或60至90%w/w；或60至80%w/w；或60至70%w/w；或70至90%w/w；或70至80%w/w。例如，该组合物可包含以下掺合物：75%OPC和25%本发明的组合物；或80%OPC和20%本发明的组合物；或85%OPC和15%本发明的组合物；或90%OPC和10%本发明的组合物；或95%OPC和5%本发明的组合物。

本发明的胶结组合物可能来源于（例如，沉淀自）吸收溶液和/或水。当CO₂隔离产物从水中沉淀时，它们可能包含在作为其来源的水中存在的一种或多种添加剂。例如，当水是咸水时，该胶结组合物可能包含发现于咸水源中的一种或多种化合物。这些化合物可用于标识来自该咸水源的组合物的固体沉淀物，这些标识性组分及其量在本文中统称为咸水源标识物。例如，如果咸水源是海水，那么在组合物的沉淀固体中可能存在的标识性化合物包括但不限于：氯化物、钠、硫、钾、溴化物、硅、锶等。任何这样的来源标识要素或“标记物”要素一般是少量存在的，例如其量为20,000ppm或更少，例如其量为2000ppm或更少。在某些实施方案中，“标记物”化合物是锶，其可能存在于并入到霰石晶格的沉淀中，并占10,000ppm或更少，在某些实施方案中为3至10,000ppm，例如5至5000ppm，包括5至1000ppm，例如5至500ppm，包括5至100ppm。另一种感兴趣的“标记物”化合物是镁，其可能以高达20%摩尔取代钙的量存在于碳酸盐化合物中。该组合物的咸水源标识物可根据用来生产咸水衍生的碳酸盐组合物的具体咸水源而变化。标识水源的同位素标记物也是感兴趣的。

本发明的胶结组合物可被视为是低碳足迹组合物。低碳足迹组合物与缺乏CO₂隔离的相应的组合物（其中，本文中“相应的”意指除了在本发明的胶结组合物中存在CO₂隔离以外完全相同的组合物）相比具有降低的碳足迹。使用任何适宜的碳足迹计算器，本发明组合物的碳足迹下降的幅度与缺乏CO₂隔离的相应的组合物相比可能是5%或更多，例如10%或更多，包括25%、50%、75%或甚至100%或更多。在某些实施方案中，本发明的低碳足迹胶结组合物是碳中性的，因为它们基本上没有计算出的碳足迹（如果有的话），例如，如采用与感兴趣的具体组合物相关的适宜碳足迹计算器来确定的。本发明的碳中性组合物包括那些展现出以下碳足迹的组合物：50lbs CO₂/cu yd材料或更低，诸如10lbs CO₂/cu yd材料或更低，包括5lbs CO₂/cu yd材料或更低，其中在某些实施方案中，碳中性组合物具有0或负的lbsCO₂/cu yd材料，诸如负1或更低，例如，负3或更低的lbs CO₂/cu yd材料。在一些情况下，低碳足迹组合物具有显著为负的碳足迹，例如，-100或更低的lbs CO₂/cu yd或更低。

增强材料

如本文所述，可以将增强材料添加到本发明的胶结组合物中以增强水泥和/或混凝土的一种或多种性质，包括但不限于耐用性、强度、可用性、拉伸强度、弯曲和轴向强度、冲击性能、抗裂性、爆裂应力抗性和/或剪切和扭转。该增强材料可具有下列形状：棒或钢筋、丝、线、网格、板、纤维、金属网、笼和/或须等。该增强材料可以是本领域已知的任何材料，包括但不限于有机的、无机的、金属的、复合的、合成的或天然存在的。在一些实施方案中，该增强材料可能是亲水的或疏水的。在一些实施方案中，该增强材料包括但不限于钢、铝、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷、聚合纤维、草、草制品、木制品及其组合。在一些实施方案中，该增强材料包括铝。在一些实施方案中，该增强材料可以承受干糊或湿糊形式的本发明胶结组合物的低pH，诸如低于12。在一些实施方案中，该增强材料可以承受本发明的胶结组合物的氯化物含量。在一些实施方案中，该增强材料的添加可增加水泥和/或混凝土的拉伸强度、挠曲强度和冲击性能。在一些实施方案中，混凝土在拉伸方面的破坏应变是如此之低以至于增强物能使破裂的部分保持在一起。为了建造牢固、有延性且耐久的结构，在本发明的组合物和方法中使用的增强材料可具有以下性质中的一种或多种，例如但不限于在水泥或混凝土环境中的高抗压强度、高挠曲强度、高拉伸强度、高断裂/冲击韧性、对水泥或混凝土足够好的粘结力、热相容性、耐酸性/耐磨性和耐久性。在一些实施方案中，本发明组合物中的增强材料当与这样的水泥结合使用时，可能能够合适地实施以便用于结构建筑应用中，这种水泥可能具有水溶性氯化物，可能具有小于12.0的湿糊pH值，或可能同时具有水溶性氯化物和小于12.0的湿糊pH值。

在一些实施方案中，所述增强材料是复合材料。复合材料是可由两种或更多种不同的材料构成的材料，所述不同的材料在从微米至大于一米的长度上范围上保持不同。在一些实施方案中，该复合材料由基质和至少一种其他材料即次级材料构成。在一些实施方案中，该增强材料可以被用作次级材料，而不是基质材料，并且如果基质是脆性的那么其可能是更有延性的材料。次级材料可以是填充剂或增强材料。该填充剂可以是赋予体积但可能不使其他物理、机械或化学特性减损的材料。

增强材料可以用来改善水泥和/或混凝土的性质，诸如断裂韧性、最终拉伸强度、抗压强度、剪切强度、疲劳性能和扭转性能。复合材料的实例包括但不限于：混凝土、纤维增强的聚合物、金属陶瓷（具有金属补强的陶瓷基质材料）、用稻草增强的泥砖、具有金属氧化物颗粒的乳胶涂料和骨头（胶原和磷酸钙矿物）。

在一些实施方案中，所述增强材料是增强的棒如钢筋棒。波特兰水泥的高pH环境可促进钢的钝化，这降低了钢筋腐蚀的可能性。为了使钢筋在可能具有水溶性氯化物、可能具有小于12.0的湿糊pH值或可能同时具有水溶性氯化物和小于12.0的湿糊pH值的水泥中适合地发挥作用，可对钢筋进行涂覆或表面处理，诸如使用包层。在一些实施方案中，本发明的组合物包含可能具有水溶性氯化物、可能具有小于12.0的湿糊pH值或可能同时具有水溶性氯化物和小于12.0的湿糊pH值的胶结组合物，和钢筋，该钢筋可包括但不限于铝、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷、不锈钢包层处理的钢筋、镀锌的钢筋、环氧树脂涂覆的钢筋、钛包层处理的钢筋、镀铬的/铬涂覆的钢筋、镀镍的/镍涂覆的钢筋、钴铬涂覆的钢筋或其任意组合。

在一些实施方案中，所述增强材料是聚合物，诸如但不限于纤维增强的塑料。在一些实施方案中，该增强材料是来自电化学过程副产物的PVC。聚（氯乙烯）（PVC）是对于可由其形成的结构的类型而言是通用的聚合物。其是有延性和韧性的材料。PVC可由电化学过程的产物产生，如本文以下部分以及于2009年8月13日提交的共同转让的专利申请12/541,055中所详细描述的，该专利申请通过引用整体并入本文。在一些实施方案中，该增强材料包括但不限于草、草制品、木制品或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料包括竹子。

在一些实施方案中，该增强材料是具有隔离的CO₂的聚碳酸酯。该聚碳酸酯可以是抗冲击材料，并且也可以部分地通过使用如本文以下部分以及于2009年8月13日提交的共同转让的专利申请12/541,055中所详细描述的电化学过程制备。

在一些实施方案中，该增强材料是聚乙烯醇或杂合聚乙烯醇。在一些实施方案中，该增强材料是纤维素。在一些实施方案中，该增强材料是玻璃纤维。在一些实施方案中，该增强材料是聚丙烯。在一些实施方案中，聚乙烯醇、杂合聚乙烯醇、纤维素或聚丙烯是纤维的形式或者是棒状形式。在一些实施方案中，该增强材料是聚碳酸酯增强构件、聚碳酸酯纤维、聚（氯乙烯）（PVC）增强构件、PVC纤维、聚丙烯、纤维素、聚乙烯醇或其任意组合。

这类增强材料很容易能从市场上买到。

其他增强材料的实例包括其他聚合物，包括但不限于：缩聚物单体、烯烃、丙烯酸酯、氯乙烯、乙烯醇、纤维素（玉米纤维）、乙烯、苯乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯或其任意组合。该聚合物可以全部或部分地通过使用如本文以下部分以及于2009年8月13日提交的共同转让的专利申请12/541,055中所详细描述的电化学过程制备。

在一些实施方案中，包含胶结组合物和增强材料的组合物是混凝土组合物。混凝土的使用受到各市政和组织的监管。ACI（美国混凝土协会（American Concrete Institute））和ASTM（美国测试与材料协会（American Society for Testing and Materials））International是发布混凝土强度和耐久性检测的较为公认的组织机构。建筑中使用的材料的质量和测试可通过参照适当的ASTM标准技术规范而被包含于其中。除了该规范之外，关于目前公认的聚合物增强物的较好的信息来源截至2007年是ACI440R-07，它是ACI委员会440的“Reporton Fiber-Reinforced Polymer9FRP）Reinforcement for ConcreteStructures”。ACI委员会201报道的ACI201.2R-01“Guide to DurableConcrete”和ACI委员会222报道的ACI222R-01“Protection of Metalsin Concrete Against Corrosion”也是有用的。感兴趣的ASTM检测包括：ASTM A615、ASTM A706、ASTM A955、ASTM A996、ASTM A496、ASTM A185、ASTM A497、ASTM A767、ASTM A884、ASTM A1022、ASTM A82、ASTM D3916、ASTM A944。

在一些实施方案中，本发明的组合物是这样的：当暴露于ASTMA944所概述的条件时，增强材料不会从水泥中脱离。在一些实施方案中，本发明的组合物是这样的：增强材料具有符合ASTM D3916的纵向拉伸强度和模量。在一些实施方案中，本发明的组合物是这样的：增强材料具有符合ASTM A615、ASTM A706、ASTM A955、ASTMA996、ASTM A496、ASTM A185、ASTM A497、ASTM A767、ASTMA884、ASTM A1022和ASTM A82中的任一种的屈服强度。在一些实施方案中，本发明的组合物是预应力混凝土元件（部分）或本体，其中该组合物中的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.60倍，和/或简支构件端部的受压的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.70倍。在一些实施方案中，本发明的组合物是预应力混凝土元件（部分）或本体，其中由于预应力加上持续载荷而受压的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.45倍，或者其中由于预应力加上总载荷而受压的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.60倍。

在一些实施方案中，含有本发明的胶结组合物和增强材料的组合物的挠曲强度为由其形成的水泥或混凝土的抗压强度的5-40%，或5-35%，或5-30%，或5-25%，或5-10%。

在一些实施方案中，本发明的组合物中的诸如丝、线、纤维和/或须的增强材料的长度为3-60mm，或3-55mm，或3-50mm，或3-40mm，或3-30mm，或3-20mm，或3-10mm。在一些实施方案中，增强材料的长度是该材料的各个长度的混杂，诸如两种不同长度例如30mm纤维与20mm纤维的组合，或者三种不同长度例如30mm纤维和20mm纤维与8mm纤维的组合。

在一些实施方案中，在本发明的组合物中的增强材料的厚度为30-300μm，或30-250μm，或30-200μm，或30-150μm，或30-100μm，或30-50μm，或50-300μm，或50-200μm，或50-100μm，或100-300μm，或100-200μm，或200-300μm。在一些实施方案中，增强材料的厚度是该材料的各个厚度的混杂，诸如两种不同厚度例如30μm纤维与200μm纤维的组合，或者三种不同厚度例如30μm纤维和100μm纤维与300μm纤维的组合。

在一些实施方案中，本发明组合物中存在的增强材料的量大于0.1%；或大于0.5%；或大于1%w/w；或大于5%w/w；或大于10%w/w；或大于20%w/w；或为0.1-50%w/w；或0.1-25%w/w；或0.1-10%w/w；或0.1-5%w/w；或0.1-2%w/w；或0.1-1%w/w；或0.1-0.5%w/w；或1-50%w/w；或1-25%w/w；或1-10%w/w；或1-5%w/w；或1-2%w/w；或0.5%；或1%。因此，提供了一种包含胶结组合物以及0.1-5%w/w的增强材料的组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。

在一些实施方案中，在本文提供的组合物中，至少1体积%；或至少5体积%；或至少10体积%；或至少15体积%；或至少20体积%；或至少25体积%；或1-50体积%；或1-25体积%的增强材料以相同的方向对齐。在一些实施方案中，将对齐的增强材料保持在受压状态以产生预应力混凝土元件（部分）或本体。在一些实施方案中，该组合物中的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.60倍，或者简支构件端部的受压外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.70倍。在一些实施方案中，由于预应力加上持续载荷而受压的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.45倍，或者其中由于预应力加上总载荷而受压的外层纤维应力不超过规定的以磅/平方英寸（psi）为单位的混凝土抗压强度的0.60倍。

在一些实施方案中，所述增强材料具有至少420MPa；或至少500MPa；或至少1000MPa；或420-500MPa；或420-1000MPa的屈服强度。

在一些实施方案中，所述增强材料具有25GPa至250GPa；或25-200GPa；或25-100GPa；或25-50GPa；或100-250GPa的弹性模量。

本发明的方法中包括制备及使用本发明的增强材料的方法。存在各种类型的市售增强材料，其中每一种都可能存在制造和使用方法。

B.方法

本文提供了一种用于形成水泥或混凝土组合物的方法，其包括将本发明的胶结组合物与增强材料组合，并且形成水泥或混凝土组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。本文描述了制备胶结组合物和增强材料的方法的一些示例。增强材料也可以在商业上获得。

制备增强材料

钢筋

钢筋可以制备成具有包层、涂层或以其他方式处理。在一些实施方案中，通过向常规钢筋上施加包层而制备增强材料。在一些实施方案中，本发明的组合物通过将本发明的胶结组合物与增强材料组合而制备，其中该增强材料通过向常规钢筋上施加包层而制备，以获得适合用于结构建筑应用的水泥或混凝土组合物。在一些实施方案中，该增强材料通过向常规钢筋上施加镀层或涂层而制备。在一些实施方案中，本发明的组合物通过将本发明的胶结组合物与增强材料组合而制备，其中该增强材料通过向常规钢筋上施加镀层或涂层而制备，以获得适合用于结构建筑应用的水泥或混凝土组合物。在一些实施方案中，本发明的胶结组合物与增强材料组合，其中该增强材料是不锈钢包层处理的钢筋、电镀的钢筋、不锈钢钢筋、纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、钛包层处理的钢筋、镀铬的/铬涂覆的钢筋、镀镍的/镍涂覆的钢筋、钴铬涂覆的钢筋或其任意组合，以获得适合用于结构建筑应用的水泥或混凝土组合物。

金属网、笼、纤维、须

在一些实施方案中，本发明的增强材料可以以杆状以外的形状形成，例如但不限于网、笼、纤维、须或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料由具有合适的包层、涂层或其他表面处理的钢制成，其成形为网、笼、纤维、须或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料由纤维增强的聚合物材料制成，其成形为网、笼、纤维、须或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料由聚合物制成，其成形为网、笼、纤维、须或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料由例如但不限于铝的金属制成，其成形为网、笼、纤维、须或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料由玻璃、玻璃制品、木制品或其任意组合制成，其成形为网、笼、纤维、须或其任意组合。在一些实施方案中，该增强材料由竹子制成，其成形为网、笼、纤维、须或其任意组合。在本发明的一些实施方案中，该组合物通过将本发明的胶结组合物与增强材料组合而制备，其中该增强材料成形为网、笼、纤维、须或其任意组合，以获得水泥或混凝土组合物。在本发明的一些实施方案中，该组合物通过将本发明的胶结组合物与增强材料组合而制备，其中该增强材料由具有合适的包层、涂层或其他表面处理的钢制成，并且成形为网、笼、纤维、须或其任意组合，以获得水泥或混凝土组合物。在本发明的一些实施方案中，组合物如下制备：将本发明的胶结组合物与增强材料组合，其中该增强材料由金属、聚合物、纤维增强的聚合物、玻璃、玻璃制品、木制品或其任意组合制成，并且成形为网、笼、纤维、须或其任意组合，以获得水泥或混凝土组合物。在本发明的一些实施方案中，该组合物通过将本发明的胶结组合物与增强材料组合而制备，其中该增强材料由竹子制成并且成形为网、笼、纤维、须或其任意组合，以获得水泥或混凝土组合物。在一些实施方案中，上述组合物适合用于结构建筑应用。

聚合物

在一些实施方案中，本发明的增强材料可以由聚合物制成。在一些实施方案中，本发明的聚合物增强材料包括但不限于纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、聚碳酸酯增强构件、聚碳酸酯纤维、聚（氯乙烯）（PVC）增强构件、PVC纤维、聚丙烯、纤维素、聚乙烯醇或其任意组合。在一些实施方案中，该聚合物增强材料通过模制、铸造、挤出、旋转或其任意组合而形成。

来自电化学过程的副产物的PVC

在一些实施方案中，所述增强材料是聚合物，如聚（氯乙烯）（PVC）。在一些实施方案中，PVC由电化学过程的副产物制成。在一些实施方案中，用来制备PVC的电化学过程也用来制备碱性溶液或氢氧化物种类，其然后用于制备本发明的胶结组合物，如进一步描述的。在一些实施方案中，在电化学过程中，在取出氢氧化物种类或碱性溶液用于制备水泥的同时，取出电化学系统的副产物并用来产生氯乙烯单体，随后是包括氯乙烯单体的聚合物增强材料。

具有隔离的CO₂的聚碳酸酯

在一些实施方案中，所述增强材料包括聚碳酸酯材料，该材料包括隔离的二氧化碳。在一些实施方案中，本发明进一步包括制备增强材料的方法，该方法包括使用本领域已知的制备聚碳酸酯的方法由隔离的二氧化碳制备聚碳酸酯材料。在一些实施方案中，制备增强材料包括使聚碳酸酯成形为钢筋、网、纤维、笼、须或其任意组合。在一些实施方案中，制备所述增强材料还包括将聚碳酸酯与其他聚合物组合。在一些实施方案中，本发明包括一种制备水泥或混凝土组合物的方法，该组合物是通过组合本发明的胶结组合物与包括聚碳酸酯材料的增强材料而获得的。

其他聚合物

在一些实施方案中，本发明提供了一种制备组合物的方法，该方法包括将本发明的胶结组合物与包括聚合物的增强材料组合。在一些实施方案中，形成聚合物单体的反应物至少部分地来源于电化学过程。在一些实施方案中，该电化学过程中的单体副产物可以包括：氯乙烯、乙烯、苯乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、缩聚物单体、烯烃、丙烯酸酯或其任意组合。

制备胶结组合物

在一个方面，提供了一种用于形成水泥或混凝土组合物的方法，其包括：

a）通过使包含二氧化碳的工业废气流与质子去除剂或碱相接触以形成充有二氧化碳的水来制备胶结组合物；

b）使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触，以形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物；和

c）将该胶结组合物与增强材料组合，以形成水泥或混凝土组合物。

在一些实施方案中，上述方法进一步包括在沉淀条件下使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触，该沉淀条件有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物。在一些实施方案中，该沉淀条件有利于在胶结组合物中形成超过50wt%的球霰石或50-99wt%的球霰石。这样的沉淀条件的一些实例已经在本文中描述。

制备胶结组合物的方法的图示在图3中示出。在一些实施方案中，向吸收溶液例如碱性溶液充以CO₂，以产生充有CO₂的溶液30，该充有CO₂的溶液然后在步骤20经受碳酸盐化合物沉淀条件。在一些实施方案中，二价阳离子溶液10与含有碳酸氢根/碳酸根离子的充有CO₂的溶液接触，该溶液然后经受碳酸盐化合物沉淀条件，以形成碳酸盐组合物。该二价阳离子溶液可以含有钙（例如在熟石灰或碳化物石灰或任何含有钙离子的溶液中），任选地含有镁，以沉淀任选地含有碳酸镁的碳酸钙。如图3所示，CO₂气态流30也可以在沉淀步骤20与二价阳离子溶液接触。“充有CO₂的水”或“充有CO₂的溶液”包括已经接触了CO₂气体从而产生例如碳酸、碳酸氢根和/或碳酸根离子的水。

下面提供了可以在制备本发明的胶结组合物中使用的各种组分。CO₂

CO₂源可以是液态、固态（例如，干冰）或气态的CO₂源。在某些实施方案中，CO₂源是气态的CO₂源。该气态CO₂在一些实施方案中是来自工业工厂的废物流或产物。在这些实施方案中工业工厂的性质可以变化，其中感兴趣的工业工厂包括发电厂、化学加工厂、轧钢厂、造纸厂、水泥厂以及生产CO₂副产物的其他工业工厂。该工业废气流包括作为工业工厂活动过程的副产物而产生的气体流（或类似的流）。该气态流可以是基本纯的CO₂或包括CO₂和一种或多种其他气体的多组分气态流。在本方法的实施方案中可用作CO₂源的多组分气态流（含有CO₂）包括还原状态的气流，例如，合成气、转化的合成气、天然气和氢气等，以及氧化状态的气流，例如，来自燃烧的烟气。可根据本发明进行处理的感兴趣的特定多组分气态流包括含氧的燃烧火力发电厂烟气、涡轮增压锅炉产物气体、煤气化产物气体、转化的煤气化产物气体、厌氧消化池产物气体、井口天然气流、重整的天然气或甲烷水合物等。

因此，废物流可由多种不同类型的工业工厂产生。适用于本发明的废物流包括由燃烧化石燃料（例如，煤、石油、天然气）或天然存在的有机燃料沉积物（例如，焦油砂、重油、油页岩等）的人工燃料产物的工业工厂所产生的废物流如烟气。在一些实施方案中，适合本发明的系统和方法的废物流来源于燃煤发电厂，如煤粉发电厂、超临界燃煤发电厂、集中焚烧燃煤发电厂、流化床燃煤发电厂。在一些实施方案中，废物流来源于燃气或燃油锅炉和汽轮机发电厂、燃气或燃油锅炉简单循环燃气轮机发电厂或燃气或燃油锅炉联合循环燃气轮机发电厂。在一些实施方案中，使用由燃烧合成气（即，由例如煤、生物质等有机物的气化产生的气体）的发电厂产生的废物流。在一些实施方案中，使用来自整体煤气化联合循环（IGCC）工厂的废物流。在一些实施方案中，根据本发明的系统和方法，使用由余热回收蒸汽发生器（HRSG）工厂产生的废物流来产生组合物。

由水泥厂产生的废物流也适合于本发明的系统和方法。水泥厂废物流包括来自湿法和干法工厂的废物流，这些工厂可采用竖窑或回转窑，并且可包括预煅烧炉。这些工业工厂可各自燃烧单一燃料或者可相继地或同时地燃烧两种或更多种燃料。

用于吸收CO₂的接触方案包括但不限于直接接触方案，例如，将气体鼓泡通过一定体积的水，并流接触手段，即，在单向流动的气相流与液相流之间接触，逆流手段，即，在反向流动的气相流与液相流之间接触，等等。因此，如可能适宜的，可通过使用浸渍器、鼓泡器、流体文丘里反应器、喷雾器、气体过滤器、喷射器、塔板或填充柱反应器等来完成接触。

可以采用多种不同的方法来制备本发明的胶结组合物。感兴趣的CO₂隔离方案包括但不限于在2008年5月23日提交的美国专利申请序列号12/126,776、2008年6月27日提交的12/163,205、2009年6月17日提交的12/486,692、2009年7月10日提交的12/501,217、2009年9月10日提交的12/557,492以及2008年12月24日提交的国际申请PCT/US08/88318和2009年5月29日提交的国际申请PCT/US09/45722中公开的那些方案；其公开内容通过引用整体并入本文。

在一些实施方案中，通过使CO₂气态流喷布（parging）或扩散通过溶液来得到充有CO₂的水，从而制备充有部分或完全溶解的CO₂的吸收溶液。在一些实施方案中，含有CO₂的溶液包含碱剂或质子去除剂或pH提升剂。在一些实施方案中，将CO₂气体鼓泡或喷布通过吸收器中的含有碱如氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或碳酸钾的溶液。在一些实施方案中，该吸收器可包括鼓泡室，在鼓泡室中将CO₂气体鼓泡通过含有碱的溶液。在一些实施方案中，该吸收器可包括喷射塔，在喷射塔中将含有碱的溶液喷射或循环通过CO₂气体。在一些实施方案中，该吸收器可包括填充床，以增大CO₂气体与含有碱的溶液之间的接触表面积。在一些实施方案中，典型的吸收器流体温度是32-37℃。用于吸收溶液中的CO₂的吸收器在2010年3月10日提交的美国申请序列号12/721,549中有所描述，该申请通过引用整体并入本文。充有CO₂的水随后可与二价阳离子即含碱土金属的水相接触以形成碳酸盐组合物。

吸收溶液

在一些实施方案中，与CO₂源接触的吸收溶液是碱性溶液。如本文使用的“碱性溶液”或“碱”或“质子去除剂”或“pH提升剂”包括pH大于8如8-14的溶液，例如但不限于NaOH、Na₂CO₃、KOH、K₂CO₃、NH₄OH、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂，或它们的组合。在一些实施方案中，用作二价阳离子源的熟石灰或碳化物石灰由于存在CaO/Ca(OH)₂也充当质子去除剂源。在一些实施方案中，吸收溶液是包含碱的咸水溶液。如本文使用的咸水包括但不限于海水、半咸水、盐水和含有盐的溶液，如氯化钠溶液。可以在本发明的方法中用来接触来自CO₂源的CO₂的其他吸收溶液包括但不限于水、城市用水、地表水、胺溶液、非水溶液、有机溶剂溶液或其任意组合。吸收溶液可以用来在气态二氧化碳去除过程中从气态二氧化碳源中除去气态二氧化碳。诸如NaOH、KOH、Na₂CO₃等碱可以使用本领域已知的任何电化学方法来制备。这些电化学方法的一些实例在下文中描述。

电化学方法

可以利用电化学方法产生碱度，如氢氧化物种类（例如NaOH、KOH、OH^-）或碳酸盐种类（例如Na₂CO₃、K₂CO₃、H₂CO₃、CO₃ ^2-）。可以利用电化学方法在阴极处产生碱度，如氢氧化物种类（例如NaOH、KOH、OH^-）或碳酸盐种类（例如Na₂CO₃、K₂CO₃、H₂CO₃、CO₃ ^2-）。本发明的电化学方法在2009年8月13日提交的、申请序列号为12/541,055的共同转让的申请、2009年7月15日提交的12/503,557和2012年5月17日提交的13/474,598以及共同转让的美国专利7,875,163和7,790,012中更详细地描述，上述每一个均通过引用整体并入本文。

在一些实施方案中，电化学电池包括至少一个电池单元，该电池单元包括至少一个阴极、阳极、至少一个离子交换膜、电解质和恒电势装置，该恒电势装置用于在这种电池单元或一批电池单元的阳极和阴极间施加电压，这些电池单元可以堆叠在较大的电化学电池中。电化学电池的一个实例在图4中示出，其中电化学电池100具有含有阴极和阴极电解质的阴极室；含有阳极和阳极电解质的阳极室；和位于阴极室和阳极室之间的离子交换膜。在阴极电解质中形成氢氧化物，并且根据所使用的电解质，在阳极电解质中形成酸。例如，如果使用氢化钠作为阳极电解质，则氯离子可以与在阳极处形成的氢离子组合，从而在阳极电解质中形成酸。钠离子可以穿过离子交换膜到达阴极电解质，从而形成氢氧化钠。应当理解，图3仅是为了说明的目的，并且与该电化学电池的偏差也在本发明的范围内，只要在阴极电解质中形成碱即可。例如，该电池可以含有阴离子交换膜和阳离子交换膜，如图5中的电化学电池200中所示。如图5所示，在阴极处生成氢气，然后其被转移至阳极，从而形成氢离子。

在一些实施方案中，利用恒电势装置在电化学电池的阳极和阴极间施加2.0V或更低的电压，从而导致在阴极处产生碱度，而在阳极处不产生任何气体。碱性溶液可以从电化学电池中取出，以便用于二氧化碳的吸收以形成本发明的胶结组合物。在一些实施方案中，利用恒电势装置在电化学电池的阳极和阴极间施加1.9V或更低的电压，从而导致在阴极处产生碱度，而在阳极处不产生任何气体，如1.8V或更低，如1.7V或更低，如1.6V或更低，如1.5V或更低，如1.4V或更低，如1.3V或更低，如1.2V或更低，如1.1V或更低，如1.0V或更低，如0.9V或更低，如0.8V或更低，如0.7V或更低，如0.6V或更低，如0.5V或更低，从而导致在阴极处产生碱度。在一些实施方案中，利用恒电势装置在电化学电池的阳极和阴极间施加0.5V或更低的电压，从而导致在阴极处产生碱度，而在阳极处不产生任何气体。

在一些实施方案中，在阳极电解质中生成的酸可以用于氯化。在一些实施方案中，可以利用该酸将例如但不限于乙烯、苯乙烯等不饱和烃进行氯化，以形成氯化的产物，例如但不限于氯化苯乙烯、氯乙烯等。氯化的产物然后可以用作单体（例如，烯烃、丙烯酸酯、缩聚物的单体、乙烯、苯乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯的氯化产物）以形成聚合物，例如但不限于聚（氯乙烯）等。该聚合物然后可以在本发明的组合物中用作增强材料。在一些实施方案中，可以将不饱和烃添加到阳极电解质中，在其中，在阳极电解质中生成的酸与不饱和烃反应生成氯化的产物。在一些实施方案中，在阳极室外用酸处理不饱和烃以形成氯化的产物。

在一些实施方案中，阳极将金属氧化，从而形成较高氧化态的金属氯化物，其可以用来对不饱和或饱和烃进行氯化，从而形成氯化烃。该氯化烃可以用来形成氯乙烯单体，然后形成PVC。在此类系统中的阴极形成氢氧化物，该氢氧化物然后可以用来形成吸收溶液，该吸收溶液用于吸收二氧化碳以形成本发明的胶结组合物。这样的电化学系统和方法在2012年5月17日提交的、申请序列号为13/474,598的共同转让的申请中更详细地描述，该申请通过引用整体并入本文。

图6显示了本发明的一些实施方案的流程图，其中利用电化学系统执行电化学方法，该方法产生以下两者：单体，如氯乙烯，其用来制备增强材料，如PVC；和氢氧化物种类，或在制备本发明的胶结组合物中可能涉及的碱性溶液。用来处理来自阴极电解质的碱和来自阳极电解质的酸的电化学系统的例子在图7中显示。如图7所示，利用电化学系统产生氢氧化物种类（例如NaOH），并且可以利用该电化学系统的副产物（例如HCl）来制备氯乙烯单体，该单体用来制备增强材料。在这种电化学系统中，在阳极处不生成气体。该增强材料然后在本发明的组合物中使用。

在一些实施方案中，二氧化碳可以通入阴极电解质，在其中氢氧化物溶解二氧化碳从而形成碳酸盐/碳酸氢盐种类。这种含有碳酸盐/碳酸氢盐种类的阴极电解质可以从阴极室中取出，并与来自阳离子源的阳离子反应，从而形成本发明的胶结组合物。在一些实施方案中，可以将该阴极电解质取出并转移至接触器，该接触器也连接至二氧化碳源。含有碱性阴极电解质的接触器然后可以吸收二氧化碳，从而在溶液中形成碳酸盐/碳酸氢盐种类。含有碳酸盐/碳酸氢盐种类的溶液可以与阳离子接触，从而形成本发明的胶结组合物，或者含有碳酸盐/碳酸氢盐种类的溶液再循环回阴极室，在其中碳酸氢盐可以转化为碳酸盐，并且从阴极室中取出碳酸盐溶液。这样的电化学系统和方法在2009年7月15日提交的、申请序列号为12/503,557的共同转让的申请中更详细地描述，该申请通过引用整体并入本文。

阳离子源

吸收碱性溶液在与二氧化碳接触后可以产生充有CO₂的溶液或充有CO₂的水，其含有碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐或其组合。该溶液然后可用来自阳离子源的二价阳离子处理，以形成含有碳酸盐/碳酸氢盐的产物，例如但不限于碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、碳酸氢镁或它们的组合。

在一些实施方案中，向用于沉淀的反应器中加入CO₂或充有CO₂的水和含有二价阳离子的水的顺序可以变化。在一些实施方案中，将CO₂气态流或含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自含有CO₂碱性溶液的吸收器的支流加入含有含二价阳离子的水的反应器中，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀（如图3所示）。在一些实施方案中，将含有二价阳离子的水加至反应器中，该反应器包含CO₂气态流或含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自含有CO₂碱性溶液或充有CO₂的水的吸收器的支流，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。在一些实施方案中，将含有二价阳离子的水加至反应器中，该反应器包含少于20%或少于15%或少于10%或少于5%的CO₂气态流或含有部分或完全溶解的CO₂的溶液或来自含有CO₂碱性溶液的吸收器的支流，以供沉淀步骤20中碳酸盐沉淀物的沉淀。

阳离子源，例如钠、钾或碱土金属离子等的来源，是含有碱土金属的任何水性介质，该碱土金属例如是但不限于钙、镁、锶、钡等或它们的组合。“二价阳离子”和“碱土金属离子”在本文中可以互换使用。在一些实施方案中，该二价阳离子是钙、镁或其组合，并且该二价阳离子源是含有钙、镁或其组合的任何水性介质。在一些实施方案中，该二价阳离子也是如本文所述的水源和/或碱度来源。例如，二价阳离子的水溶液可以包含来自淡水、半咸水、咸水或盐水（例如，天然存在的地下盐水或人造地下盐水如地热工厂废水、脱盐工厂废水）以及其他盐度大于淡水盐度的盐水的阳离子，其中的任何一种可以是天然存在的或人造的。

在一些实施方案中，含有二价阳离子如碱土金属的水如熟石灰或碳化物石灰与充有部分或完全溶解的CO₂的溶液相接触，该CO₂溶液然后经受一项或多项碳酸盐化合物沉淀条件。在这样的实施方案中，熟石灰或碳化物石灰也提供了质子去除剂或足以沉淀碳酸钙和/或碳酸镁的碱度。碳化物石灰在隔离CO₂以形成胶结组合物中的用途在2013年3月29日提交的、题为“Methods and systems for utilizingcarbide lime”的美国临时申请号61/617,243中描述，该临时申请通过引用完整并入本文。

可用于生产本发明的胶结组合物的二价阳离子（例如碱土金属阳离子，如Ca²⁺和Mg²⁺）可见于工业废物、海水、盐水、硬水、矿物以及许多其他适当的来源中。在一些实施方案中，可以商业获得的二价阳离子，例如但不限于溶于水的氯化钙，可以用作用于沉淀胶结组合物的二价阳离子溶液。

在一些地方，来自多个工业过程的工业废物流提供了阳离子（以及在一些情况下，在该过程中有用的其他物质，例如金属氢氧化物）的适宜的来源。这类废物流包括但不限于采矿废物；化石燃料燃烧灰分（例如，飞灰、底灰、锅炉渣）；炉渣（例如，铁渣、磷渣）；水泥窑废物（例如，水泥窑粉尘）；炼油厂/石化精炼厂废物（例如，油田和甲烷层盐水）；煤层废物（例如，产气盐水和煤层盐水）；纸加工废物；水软化废盐水（例如，离子交换流出液）；硅加工废物；农业废物；金属加工废物；高pH纺织废物；以及腐蚀性污泥。

在一些地方，用于本发明的系统和方法中的适宜的阳离子源是水（例如，包含阳离子的水溶液，如海水或地下盐水），该水可以根据本发明实施的具体位置而变化。可以使用的合适的阳离子水溶液包括含有一种或多种二价阳离子（例如碱土金属阳离子如Ca²⁺和Mg²⁺）的溶液。在一些实施方案中，该阳离子水源包含碱土金属阳离子。在一些实施方案中，该碱土金属阳离子包括钙、镁或它们的混合物。在一些实施方案中，该阳离子水溶液包含量值范围是从50至50,000ppm、50至40,000ppm、50至20,000ppm、100至10,000ppm、200至5000ppm，或400至1000ppm，或10,000至50,000ppm，或20,000至50,000ppm，或20,000至30,000ppm的钙。

在一些实施方案中，富含矿物的淡水可以是阳离子（例如，碱土金属阳离子，如Ca²⁺和Mg²⁺）的适宜的来源。可以使用许多合适的淡水源，包括从相对无矿物的来源到相对富含矿物的来源的淡水源。富含矿物的淡水源可以是天然存在的，包括许多硬水源、湖泊或内海。一些富含矿物的淡水源如碱性湖泊或内海（例如，土耳其的凡湖（LakeVan））也提供了pH改性剂来源。富含矿物的淡水源也可以是人工的。例如，矿物贫乏的（软）水可与阳离子如碱土金属阳离子（例如，Ca²⁺、Mg²⁺等）源接触，以产生适合本文所述的方法和系统的富含矿物的水。可使用任何适宜的方案（例如，添加固体、悬浮液或溶液）将阳离子或其前体（例如，盐、矿物）加入至淡水（或本文所述的任何其他类型的水）中。在一些实施方案中，将选自Ca²⁺和Mg²⁺的二价阳离子加入淡水中。在一些实施方案中，将选自Na⁺和K⁺的一价阳离子加入淡水中。在一些实施方案中，含有Ca²⁺的淡水与硅酸镁（例如橄榄石或蛇纹石）或其产物或加工形式组合，产生包含钙和镁阳离子的溶液。

许多矿物提供了阳离子源，并且此外一些矿物是碱源。含有二价阳离子的矿物包括镁铁质和超镁铁质的矿物如橄榄石、蛇纹石以及可以使用任何适宜的方案来溶解的其他合适的矿物。在一个实施方案中，可以从长石如钙长石来为本发明的方法和组合物提供阳离子，如钙。可以从钙或其他二价阳离子含量高的矿物来源或从地下盐水直接获得阳离子。也可以使用其他矿物，如硅灰石。可以通过增大表面积来加速溶解，例如通过用常规手段或者通过例如喷射研磨以及通过使用例如超声技术来进行研磨。此外，可以通过暴露于酸或碱来加速矿物溶解。

可以将金属硅酸盐（例如，硅酸镁）以及含有感兴趣的阳离子的其他矿物溶解在例如酸如HCl（任选地来自电化学过程）中以便产生例如用于本发明的组合物中的镁以及其他金属阳离子。在一些实施方案中，硅酸镁和其他矿物可以在由于添加二氧化碳和其他废气组分（例如，燃烧气体）而变为酸性的水溶液中进行消化或溶解。或者，可以通过用水性的碱性氢氧化物（例如NaOH）或任何其他合适的苛性物质来溶解一种或多种金属硅酸盐（例如橄榄石或蛇纹石）而使得其他金属物种例如金属氢氧化物（例如Mg(OH)₂、Ca(OH)₂）可供使用。可以使用任何适当浓度的水性的碱性氢氧化物或其他苛性物质来分解金属硅酸盐，包括高度浓缩的和非常稀的溶液。碱性氢氧化物（例如NaOH）在溶液中的浓度（按重量计）可以是例如30%至80%（w/w）。

沉淀条件

在一些实施方案中，本文所述的方法包括在沉淀条件下使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触，该沉淀条件有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物。在一些实施方案中，所述沉淀条件有利于在胶结组合物中形成超过50wt%的球霰石或50-99wt%的球霰石。相应地，提供了用于形成水泥或混凝土组合物的方法，其包括a）通过使包含二氧化碳的工业废气流与质子去除剂相接触以形成充有二氧化碳的水来制备胶结组合物；b）在一项或多项沉淀条件下使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触，该沉淀条件有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物；和c）将该胶结组合物与增强材料组合，以形成水泥或混凝土组合物。

在一些实施方案中，所述一项或多项沉淀条件包括但不限于温度、pH、停留时间、质子去除剂、添加剂、离子比率、沉淀速率、混合比率、搅拌形式、种晶的存在、催化剂、膜或基底、分离、干燥、精炼或其组合。相应地，提供了用于形成水泥或混凝土组合物的方法，其包括a）通过使包含二氧化碳的工业废气流与质子去除剂相接触以形成充有二氧化碳的水来制备胶结组合物；b）在一项或多项沉淀条件下使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触，该沉淀条件有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物，其中所述一项或多项沉淀条件包括但不限于温度、pH、停留时间、质子去除剂、添加剂、离子比率、沉淀速率、混合比率、搅拌形式、种晶的存在、催化剂、膜或基底、分离、干燥、精炼或其组合；和c）将该胶结组合物与增强材料组合，以形成水泥或混凝土组合物。

一些沉淀条件在共同转让的美国专利7,735,274和8,062,418中描述，这两篇专利均通过引用整体并入本文。

在沉淀步骤20（图3）中，碳酸盐化合物得到沉淀，其可以是非晶的或结晶的。沉淀条件包括改变水的物理环境以产生期望的沉淀产物的条件。在一些实施方案中，沉淀条件包括水溶液的温度，包括将溶液温度调节至0℃至100℃，如5℃至90℃，如10℃至80℃，如20℃至60℃，如20℃至50℃。

在从溶液中取出沉淀物前该沉淀物在反应器中的停留时间可以变化。在一些实施方案中，沉淀物在溶液中的停留时间超过5秒，或为5秒至1小时，或5秒至1分钟，或5秒至20秒，或5秒至30秒，或5秒至40秒。不受任何理论所限制，预计沉淀物的停留时间可影响颗粒的大小。例如，较短的停留时间可得到较小尺寸的颗粒或更分散的颗粒，而较长的停留时间可得到凝聚的或较大尺寸的颗粒。在一些实施方案中，本发明的过程中的停留时间可用于单批或多批制造小尺寸以及大尺寸的颗粒，这些颗粒可以分离或可保持混合以用于该过程的后续步骤。在一些实施方案中，可进一步对细分散颗粒进行处理以得到本发明的组合物。在一些实施方案中，可对大的或凝聚的颗粒进行处理以得到本发明的胶结组合物。

虽然在给定的沉淀工艺过程中水的pH可以在7至14的范围内，但在某些实施方案中，需要时将pH升高至碱性水平，以便推动碳酸盐化合物的沉淀。在一些实施方案中，将pH升高至使得沉淀过程中CO₂气体产生的产量最小化（若没有将其消除的话）的水平。在这些实施方案中，可以将pH升高至10或更高，如11或更高。在一些实施方案中，该一项或多项条件或沉淀条件包括使咸水或含有二价阳离子的水与质子去除剂相接触。该质子去除剂可以是如本文所述的任何质子去除剂，例如但不限于：氧化物、氢氧化物如氢氧化钠、碳酸盐、煤灰、天然存在的矿物，以及它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件或沉淀条件包括使咸水或含有二价阳离子的水与电化学条件相接触。此类电化学条件已经在此进行了描述。

沉淀物的性质可能受到该沉淀过程的pH的影响。在一些实施方案中，高pH可以导致颗粒的快速沉淀以及凝聚，而较低的pH或pH的慢速升高可导致较细的颗粒。也可以将除pH提升剂以外的添加剂引入水中以便影响所产生的沉淀物的性质。这样，这些方法的某些实施方案包括在水经受沉淀条件之前或过程中在水中提供添加剂。

沉淀物的性质还可受到适当的主要离子比率的选择的影响。主要离子比率还对多晶型物的形成具有影响。例如，随着水中的镁:钙比值升高，霰石可以变为相对于低镁方解石有利的碳酸钙的多晶型物。在低镁:钙比值时，低镁方解石是优选的多晶型物。因此，可以使用宽范围的镁:钙比值，包括，例如，100/1、50/1、20/1、10/1、5/1、2/1、1/1、1/2、1/5、1/10、1/20、1/50、1/100。在某些实施方案中，镁:钙比值取决于沉淀过程中使用的水源（例如海水、盐水、半咸水、淡水），而在其他实施方案中，将镁:钙比值调节至落入特定范围。

沉淀速率也可影响化合物相的形成。通过用期望的相对溶液进行引晶，可以实现最快的沉淀。在不引晶的情况下，可通过快速提高水的pH来实现快速沉淀，这会导致更多非晶成分。当存在硅石时，反应速率越快，随碳酸盐沉淀引入的硅石越多。pH越高，沉淀越快，并且沉淀越是非晶的。

因此，在某些实施方案中，一组从水中产生所需沉淀物的沉淀条件包括但不限于水的温度和pH，以及（在一些情况下）水中的添加剂和离子种类的浓度。沉淀条件还可包括诸如混合速率、搅拌形式（如超声）以及晶种、催化剂、膜或基底的存在等因素。在一些实施方案中，沉淀条件包括过饱和条件、温度、pH和/或浓度梯度，或者循环或改变任意这些参数。用于制备根据本发明的碳酸盐化合物沉淀物的方案可以是分批方案或连续方案。应当理解，在连续流系统中产生给定沉淀物的沉淀条件与分批系统相比可能是不同的。

CO₂的充入和碳酸盐化合物沉淀可以在连续的过程中或者以单独的步骤进行。因此，根据本发明的某些实施方案，充气和沉淀可以在系统的同一个反应器中进行，例如，如图3中的步骤20所示。在本发明的另外其他的实施方案中，这两个步骤可以在单独的反应器中进行，以使得水首先在充气反应器中充入CO₂，然后使得到的充有CO₂的水在单独的反应器中经受沉淀条件。

在某些实施方案中，该方法进一步包括使经受矿物沉淀条件的一定体积的水与CO₂接触。水与CO₂的接触可在水经受矿物沉淀条件的时间之前和/或期间发生。因此，本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受矿物沉淀条件之前使该体积的水与CO₂接触的方法。本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受碳酸盐化合物沉淀条件的同时使该体积的咸水与CO₂接触的方法。本发明的实施方案包括其中在使一定体积的咸水经受碳酸盐化合物沉淀条件之前以及使一定体积的咸水经受碳酸盐化合物沉淀条件的同时使该体积的水与CO₂接触的方法。在一些实施方案中，相同的水可以循环超过一次，其中第一循环沉淀去除主要的碳酸钙和碳酸镁矿物，而留下剩余的碱水，可向该碱水中加入其他二价阳离子，这可以使更多的二氧化碳通过其进行循环，从而沉淀更多的碳酸盐化合物。

上述过程导致产生含有碳酸盐的沉淀物和母液的浆料。当需要时，由沉淀物和母液组成的组合物可以在沉淀后和进一步处理前储存一段时间。例如，组合物可在1-40℃如20-25℃的温度下储存1-1000天或更长的一段时间，如1-10天或更长。

在从水中产生碳酸盐沉淀后，从母液中分离所得到的沉淀的碳酸盐化合物组合物，以产生分离的碳酸盐化合物沉淀产物，如图3中的步骤40所示。分离浆液组分。实施方案可包括母液的处理，其中母液可以与产物存在于或可以不存在于相同的组合物中。例如，当母液将要返回到海洋时，母液可以足以增大母液中存在的碳酸根离子浓度的方式与气态CO₂源接触。可使用任何适宜的方案，例如以上描述的那些方案进行接触。在某些实施方案中，母液具有碱性pH，并且以足以使pH降至5-9，例如6-8.5，包括7.5-8.2的范围内的方式进行与CO₂源的接触。在某些实施方案中，例如如上所述，所处理的盐水可与CO₂源接触以隔离另外的CO₂。例如，当母液将要返回到海洋时，可以以足以增大母液中存在的碳酸根离子浓度的方式使母液与CO₂接触。可使用任何适宜的方案，例如以上描述的那些方案进行接触。在某些实施方案中，母液具有碱性pH，并且以足以使pH降至5-9，例如6-8.5，包括7.5-8.2的范围内的方式进行与CO₂源的接触。

得到的反应母液可使用任何适宜的方案来处理。在某些实施方案中，可将其送至尾矿池中进行处理42。在某些实施方案中，可将其在天然存在的水体，例如海洋、大海、湖泊或河流中进行处理。在某些实施方案中，将母液返至本发明方法的给水源，例如海洋或大海。或者，母液可进行进一步处理，例如，经受脱盐方案，如在2008年6月27日提交的美国申请序列号12/163,205中进一步描述的；该申请的公开内容通过引用并入本文。

在某些实施方案中，在产生了碳酸盐沉淀物后，将得到的产物从母液中分离以产生分离的磷酸盐组合物。所述产物的分离可以使用任何常规方法来实现，包括机械方法，例如，在将大量过剩的水从产物中排出时，例如只通过重力或同时施加真空、机械压迫，通过从母液中过滤产物以产生滤液，等等。大量水的分离在某些实施方案中产生湿的、脱水的沉淀物。

然后如图3的步骤60所示，干燥得到的脱水沉淀物以产生产物。可通过对滤液进行风干来完成干燥。当对滤液进行风干时，风干可以在室温或升高的温度下进行。在又一个实施方案中，将沉淀物进行喷雾干燥以干燥沉淀物，其中含有沉淀物的液体是通过将其输送穿过热气体（如来自发电厂的气态废物流）而进行干燥的，例如，其中通过喷雾器将液体物料泵送至主干燥室内，并且热气体相对于喷雾器方向并流或逆流通过。根据系统的具体干燥方案，干燥站可包括过滤元件、冷冻干燥结构、喷雾干燥结构等。

当需要时，如图3的任选的步骤50所示，来自分离反应器40的脱水的沉淀产物可在干燥之前进行洗涤。可用淡水洗涤沉淀物，例如，以便从脱水的沉淀物中去除盐（如NaCl）。用过的洗涤水可以适当地进行处理，例如通过在尾矿池中进行处理，等等。如上所述，沉淀物可用活化剂进行漂洗。

在步骤70中，将干燥的沉淀物进行精炼，例如，以便提供所期望的物理特征，例如颗粒大小、表面积等，或将一种或多种组分加入沉淀物中，以产生胶结组合物80。在某些实施方案中，在随后的使用之前以一些方式精炼（即，加工）沉淀产物。精制可包括多种不同的方案。在某些实施方案中，产物经历机械精制，例如，研磨，以便获得具有期望的物理性质例如颗粒大小等的产物。

在一些实施方案中，具有不同形态的如细的或凝聚的颗粒和/或具有不同大小的颗粒可以混合，以形成本发明的胶结组合物。例如，本发明的胶结组合物可以包括细分散颗粒与较大的凝聚颗粒的混合物，或者本发明的胶结组合物可以包括具有不同大小的颗粒例如大小范围在0.1微米至100微米之间的颗粒的混合物。在一些实施方案中，可以通过将具有不同颗粒大小、表面积、ζ电位和/或形态学的颗粒进行混合而调节本发明的胶结组合物。

含有球霰石的胶结组合物可以任选地通过精炼、研磨、老化和/或固化进行活化，例如，以便提供所期望的物理特征，例如活化、颗粒大小、表面积、ζ电位等。含有球霰石的胶结组合物还可以通过加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂进行活化。进一步地，可以向该组合物中加入一种或多种组分，如增强材料和骨料或沙子或岩石等，以产生本发明的组合物90。

将球霰石转化为霰石的方法

当胶结组合物凝固并硬化形成水泥时，包含胶结组合物和增强材料的本发明的组合物可以与水接触。在一些实施方案中，将本发明的组合物在与水混合后倒入被设计成用于制造一种或多种预成形的建筑材料的模具中。然后使该组合物凝固并硬化成为预成形的或预铸的材料。

当接触到水时，胶结组合物中存在的非晶碳酸钙（ACC）和/或球霰石可以沉淀并转化为其稳定相中的一种或多种（霰石或方解石）。可以存在热力学驱动力以从不稳定的相转化为更稳定的相，例如由Ostwald在其分步规则（Step Rule）（Ostwald,W.Zeitschrift furPhysikalische Chemie289（1897））中所描述的。为此原因，碳酸钙相可以按如下顺序转化：ACC至球霰石、霰石以及方解石，其中中间相可以存在或可以不存在。例如，ACC可以转化成球霰石并且可以不转化为霰石或方解石；或者ACC可以转化成球霰石然后直接转化成方解石，而跳过霰石形式；或者可替代地，ACC可以转化成球霰石然后转化成霰石而不转化成方解石。在一些实施方案中，本发明的含球霰石的胶结组合物在溶解和再沉淀之后转化成霰石。在这个转化过程中，释放出过度的能量，如图8中所展示的。可以利用这种固有能来产生强的聚集趋势以及表面相互作用，这可能导致凝聚和胶结。应当理解，图8中报告的值是本领域熟知的并且可以变化。

碳酸钙多晶型物之间的转化可以通过固态过渡而发生或者可以是溶液介导的。在一些实施方案中，这种转化是溶液介导的，因为这可能比热活化的固态过渡需要更少的能量。溶液介导的转化可能在环境上是有意义的并且更适用于胶结应用。球霰石是亚稳的并且碳酸钙多晶型物的热力学稳定性差异可以显现为溶解性差异，其中最不稳定的相是最可溶的（Ostwald,同上）。因此，球霰石可以容易地溶解在溶液中并且有利地朝更稳定的多晶型物—霰石或方解石转化。用于形成具体的碳酸钙多晶型物或多晶型物组合的驱动力是从过饱和溶液到平衡状态的吉布斯自由能变化（Spanos和Koutsoukos,Journal ofCrystal Growth（1998）191,783-790）。

在像碳酸钙的多晶体系中，在溶液中可以同时存在两个动力学过程：亚稳相的溶解以及稳定相的生长（Kralj等人,Journal of CrystalGrowth（1997）177,248-257）。在一些实施方案中，在球霰石在水性介质中经历溶解的同时，霰石或方解石晶体可以生长。

在一些实施方案中，如通过本文描述的方法制备的本发明的组合物用水性介质在一项或多项适当条件下进行处理。该水性介质包括但不限于任选地含有氯化钠、氯化钙、氯化镁或其组合的淡水，或者水性介质可以是盐水。在一些实施方案中，水性介质是淡水。在一些实施方案中，所述一项或多项适当条件包括但不限于温度、压力、凝固时长、水性介质与组合物之比，以及它们的组合。温度可以与水性介质的温度相关。在一些实施方案中，温度是在0-110℃；或0-60℃；或0-40℃；或25-100℃；或25-50℃；或37-100℃；或37-60℃的范围内。在一些实施方案中，压力为大气压或高于大气压。在一些实施方案中，凝固水泥产品的时长是30分钟至48小时；或30分钟至24小时；或30分钟至12小时；或30分钟至8小时；或30分钟至4小时；或30分钟至2小时；2至48小时；或2至24小时；或2至12小时；或2至8小时；或2至4小时；5至48小时；或5至24小时；或5至12小时；或5至8小时；或5至4小时；或5至2小时；10至48小时；或10至24小时；或24至48小时。

在一些实施方案中，水性介质与干燥组分或与本发明组合物之比（水性介质:干燥组分或水性介质:本发明组合物）是0.1-10；或0.1-8；或0.1-6；或0.1-4；或0.1-2；或0.1-1；或0.2-10；或0.2-8；或0.2-6；或0.2-4；或0.2-2；或0.2-1；或0.3-10；或0.3-8；或0.3-6；或0.3-4；或0.3-2；或0.3-1；或0.4-10；或0.4-8；或0.4-6；或0.4-4；或0.4-2；或0.4-1；或0.5-10；或0.5-8；或0.5-6；或0.5-4；或0.5-2；或0.5-1；或0.6-10；或0.6-8；或0.6-6；或0.6-4；或0.6-2；或0.6-1；或0.8-10；或0.8-8；或0.8-6；或0.8-4；或0.8-2；或0.8-1；或1-10；或1-8；或1-6；或1-4；或1-2；或1:1；或2:1；或3:1。

在一些实施方案中，可以用淡水漂洗组合物以从该组合物中去除岩盐或氯化物含量。氯化物在一些应用中可能是不希望的，例如在打算用于混凝土的骨料中，因为氯化物可能具有腐蚀钢筋的倾向。此外，用水对浆料或组合物进行的漂洗可能导致组合物中的球霰石转变为更稳定的形式诸如霰石，并产生胶结材料。例如，胶结组合物可以保持在咸水中直至使用前，或者用淡水漂洗，淡水可从该组合物中除去岩盐并促进胶结材料的形成。

在一些实施方案中，这样的漂洗可能不是希望的，因为它可能降低组合物的产率。在这样的实施方案中，可以用具有低氯化物浓度但具有高二价阳离子（例如钙、镁等）浓度的溶液来洗涤该沉淀物。这样的高二价阳离子浓度可以防止该组合物溶解，由此降低了产率损失以及向胶结材料的转化。

在组合物与水性介质混合的过程中，该组合物可以经受高剪切混合器。混合之后，该组合物可以再次脱水并置于预成形的模具中以制备成形的建筑材料。或者，可以将该组合物与水混合并使之凝固。该组合物在几天时间内凝固，然后将其置于烘箱中进行干燥，例如在40℃，或40℃-60℃，或40℃-50℃，或40℃-100℃，或50℃-60℃，或50℃-80℃，或50℃-100℃，或60℃-80℃，或60℃-100℃。然后使该组合物在高温（例如50℃-60℃，或50℃-80℃，或50℃-100℃，或60℃-80℃，或60℃-100℃，或60℃，或80℃-100℃）、高湿度（例如在30%，或40%，或50%，或60%的湿度）下经受固化。

由上述方法生产的水泥产品可以是骨料或建筑材料或预铸的材料或成形的建筑材料。这些材料已经在本文中描述。

C.产品

在一个方面，提供了包含本发明的胶结组合物和增强材料的建筑材料。在一个方面，提供了一种由本发明的胶结组合物和增强材料形成的建筑材料。这样的结构或建筑材料的实例包括但不限于建筑物、车道、地基、厨房板、家具、人行道、公路、桥梁、高速公路、立交桥、停车结构、砖、砌块、墙壁，门、围栏或杆子的基础，以及它们的组合。由于这些结构或建筑材料包含本发明的组合物和/或是由该组合物生产的，因此它们可以包括这样的标记物或组分：该标记物或组分将它们标识为是由化石燃料来源的二氧化碳获得的（δ¹³C值），和/或是由具有在初始咸水源中存在的痕量的各种元素的水获得的，如本文所述。

在一个方面，提供了成形的建筑材料，其包含本发明的胶结组合物和增强的材料。在一些实施方案中，该成形的建筑材料是由本发明的组合物形成的。该成形的建筑材料可以是预铸的建筑材料，例如预铸的混凝土产品。该成形的建筑材料以及制造和使用该成形的建筑材料的方法在2009年9月30日提交的美国申请序列号12/571,398中进行了描述，该申请通过引用整体并入本文。本发明的成形的建筑材料可以有很大不同，包括成形（例如，模制、铸造、切割或以其他方式生产）为具有确定的物理形状即构型的人造结构的材料。成形的建筑材料不同于不具有确定的和稳定的形状的无定形建筑材料（例如，粉末、糊料、浆料等），而是符合容纳它的容器，例如袋子或其他容器。成形的建筑材料也不同于不规则地或不准确地成形的材料（例如，骨料、便于处置的散装形式等），因为成形的建筑材料是根据允许在例如建筑物中使用成形建筑材料的规范而生产的。成形的建筑材料可以根据传统的用于此类结构的制造方案来制备，除了在制造此类材料时使用本发明的组合物以外。在一些实施方案中，由本发明的组合物制造的成形的建筑材料具有至少14MPa，或在约14-100Mpa之间，或在约14-45MPa之间的抗压强度；或者是如本文所述的本发明组合物在凝固并硬化之后的抗压强度。在一些实施方案中，由本发明的组合物制造的成形的建筑材料具有小于-12‰，或小于-13‰，或小于-14‰，或小于-15‰，或-15‰至-80‰的δ¹³C；或者是如本文所述的本发明的组合物的δ¹³C。

在一个方面，提供了用于形成成形的建筑材料的方法，其包括将本发明的胶结组合物与增强材料混合，并且向该组合物中加水。该方法进一步包括将所述湿组合物倒入模具中以形成成形的建筑材料。在一些实施方案中，所述湿组合物包含少于90%wt的固体材料；或少于80%wt的固体材料；或少于70%wt的固体材料；或少于60%wt的固体材料；或少于50%wt的固体材料；或少于40%wt的固体材料；或少于30%wt的固体材料；或少于20%wt的固体材料；或少于10%wt的固体材料；或为10-99%wt的固体材料；或10-90%wt的固体材料；或10-80%wt的固体材料；或10-70%wt的固体材料；或10-50%wt的固体材料；或10-30%wt的固体材料；或40-90%wt的固体材料；或50-90%wt的固体材料。

成形的建筑材料的一个实例是砌筑单元。砌筑单元是在一般用灰浆、砂浆等等来组装的承重和非承重结构的施工中使用的成形的建筑材料。由本发明的组合物形成的示例性的砌筑单元包括砖、砌块以及贴砖。本发明的砖和砌块是具有直线式维度的多边形结构。砖是尺寸（mm）不超过337.5x225x112.5（长x宽x高）的砌筑单元。任何尺寸（mm）在337.5x225x112.5至2000x1000x500（长x宽x高）之间的单元被称为“砌块”。尺寸（mm）超过2000x1000x500（长x宽x高）的结构单元被称为“厚板”。贴砖是指具有与砖或砌块相同的尺寸、但可以在形状上大大变化、即可以不是多边形的（例如庄园风格的屋顶贴砖）的砌筑单元。

本发明提供的一种类型的砌筑单元是砖，砖是指在砌筑构造中使用的材料的结构单元，一般用灰浆来铺砌。由本发明的组合物形成的砖是尺寸（mm）不超过337.5x225x112.5（长x宽x高）的砌筑单元。在一些实施方案中，砖可具有的长度范围是从175至300mm，例如200至250mm，包括200至230mm；宽度范围是从75至150mm，例如100至120mm，包括100至110mm；并且高度范围是从50至90mm，例如50至80mm，包括55至75mm。砖可以在等级、类别、颜色、纹理、尺寸、重量方面变化，并且可以是实心的、多孔的、穿孔的、凹槽式的（frogged）或空心的。由本发明的组合物形成的砖可以包括但不限于：建筑砖、饰面砖、承重砖、工程砖、薄镶面砖、铺地砖、釉面砖、火箱砖、耐化学砖、下水道和检查井用砖、工业地板砖等等。砖也可以在耐霜性方面不相同（即，耐霜、中等耐霜或不耐霜），这与在那些暴露于水中可能导致不同水平的冰冻和融化的条件下砖的耐久性相关。耐霜的砖在持续暴露于水以及冰冻和融化中的条件下是耐久的。中等耐霜的砖在偶尔暴露于水以及冰冻和融化中的条件下是耐久的。不耐霜的砖在暴露于水以及冰冻和融化中的条件下是不耐久的。这些砖仅适合于内部使用并且易于被冰冻和融化损害，除非在建造过程中被不可渗透的包层所保护。由本发明的组合物形成的砖还可以在可溶盐含量方面变化（即，低或正常）。在具有低可溶盐含量的砖中可溶离子的质量百分比不超过0.03%的镁、0.03%的钾、0.03%的钠以及0.5%的硫酸根。在具有正常可溶盐含量的砖中可溶离子的质量百分比不超过总计0.25%的镁、钾和钠，并且硫酸根含量不超过1.6%。砖在物理和化学性质方面可以大大变化。由本发明的组合物形成的砖的抗压强度在某些情况下可以是在从5至100MPa；或20-100MPa；或50-100MPa；或80-100MPa；或20-80MPa；或20-40MPa；或60-80MPa的范围内。

由本发明的组合物形成的砖的挠曲强度可以变化，范围是从0.5至10MPa，包括2至7MPa，例如2至5MPa。砖的最大吸水率可以变化，范围是从5%至25%，包括10%至15%。由本发明的组合物形成的砖还可能由于吸收水或损失水至环境中而经历水分移动（膨胀或收缩）。归因于水分移动的尺寸稳定性（即，线性收缩或膨胀）可以变化，在某些情况下范围是从0.001%至0.2%，包括0.05%至0.1%。在一些实施方案中，砖可以用于铺砌道路。用来铺砌被暴露于繁忙交通（例如行人、车辆等等）的区域的砖可以具有的耐磨指数范围是从0.1至0.5，包括0.2至0.4，例如0.3。此外，由本发明的组合物形成的砖可以具有的体积磨耗损失范围是从1.0至4.0cm³/cm²，包括1.5至2.5cm³/cm²，或2.0cm³/cm²。本发明的组合物可以模制、挤出或雕刻成为期望的形状和尺寸从而形成砖。然后将成型的组合物干燥并通过液压、高压釜来进一步硬化或在温度范围在900℃至1200℃之间例如900℃至1100℃并且包括1000℃的窑中烧制。

本发明提供的另一种类型的砌筑单元是砌块（例如，混凝土、水泥、地基等等）。砌块与砖的不同之处在于其结构尺寸。具体地说，砌块超过337.5x225x112.5（长x宽x高）的尺寸。由本发明的组合物形成的砌块可以在颜色、纹理、尺寸和重量方面变化，并且可以是实心的、多孔的或空心的或者在砌块空隙体积内采用绝缘物（例如，膨胀聚苯乙烯泡沫）。砌块可以是承重的、非承重的或镶面（即，装饰性）砌块。在一些实施方案中，砌块可以具有的长度范围是从300至500mm，例如350至450mm；宽度范围是从150至250mm，例如180至215mm；并且高度范围是从100至250mm，例如150至200mm。砌块还可以在外壁（faceshell）厚度方面变化。在一些情况下，砌块可以具有的外壁厚度范围是从15至40mm，包括20至30mm，例如25mm。砌块还可以在肋板厚度方面变化。在一些实施方案中，砌块可以具有的肋板厚度范围是从15至30mm，包括15至25mm，例如20mm。由本发明的组合物形成的砌块在物理和机械性质方面可以大大变化。砌块的抗压强度可以变化，在某些情况下范围是从5至100MPa，包括15至75MPa，例如20至40MPa。由本发明的组合物形成的砌块的挠曲强度也可以变化，范围是从0.5至15MPa，包括2至10MPa，例如4至6MPa。砌块的最大吸水率可以变化，范围按重量计是从7%至20%，包括8%至15%，例如9%至11%。由本发明的组合物形成的砌块还可能由于吸收水或损失水至环境中而经历水分移动（膨胀或收缩）。砌块可以是I型的受湿气控制的单元或II型的不受湿气控制的单元。由本发明的组合物形成的砌块的尺寸稳定性（即，线性收缩）可以根据其预期用途和/或使用的地理位置而变化，在某些情况下范围是从0.02%至0.15%，例如0.03%至0.05%。本发明的组合物可以模制、挤出或雕刻成为期望的形状和尺寸从而形成砌块。成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质混凝土砌块。使该组合物在具有受控的温度和湿度的环境中进一步固化。

本发明提供的另一种类型的建筑材料是贴砖。由本发明的组合物形成的贴砖是指通常用于屋顶上并且用来铺砌商用以及住宅结构的外部和内部地板的非承重建筑材料。可以采用贴砖的一些实例包括但不限于：商用以及住宅结构的屋顶、装饰性庭院、浴室、桑拿室、厨房、建筑物大厅、车道、泳池面、走廊、走道、人行道等等。贴砖可以根据其预期用途和/或使用的预期地理位置而呈现不同的形式，在形状、尺寸、重量上变化，并且可以是实心的、网状的、多孔的或空心的。由本发明的组合物形成的贴砖可以在尺寸上变化，例如长度范围是从100至1000mm，包括250至500mm，例如250至300mm；宽度范围是从50至1000mm，包括100至250mm，例如125至175mm；并且厚度范围是从10至30mm，包括15至25mm，例如15至20mm。由本发明的组合物形成的贴砖的抗压强度也可以变化，在某些情况下范围是从5至75MPa，包括15至40MPa，例如25MPa。由本发明的组合物形成的贴砖的挠曲强度可以变化，范围是从0.5至7.5MPa，包括2至5MPa，例如2.5MPa。贴砖的最大吸水率也可以变化，在某些情况下范围是从5%至15%，包括7%至12%。本发明的贴砖还可能由于吸收水或损失水至环境中而经历水分移动（膨胀或收缩）。归因于水分移动的尺寸稳定性（即，线性收缩或膨胀）可以变化，在某些情况下范围是从0.001%至0.25%，包括0.025%至0.075%，例如0.05%。用来铺砌暴露于繁忙交通（例如行人、车辆的交通等等）的区域的贴砖可以具有的耐磨指数可以显著变化，范围是从0.1至0.5，包括0.25。此外，贴砖可以具有的体积磨耗损失范围是从1.0至4.0cm³/cm²，包括1.5至3.0cm³/cm²，例如2.7cm³/cm²。贴砖可以是多边形的、圆形的或呈现任何其他所期望的形状。

这样，本发明的组合物可以模制或铸造成为所期望的贴砖形状和尺寸。该成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。还可以将生成的组合物倾倒成片材，或者可以使用辊来形成具有所期望的厚度的片材。然后将这些片材切割成所期望的尺寸的贴砖。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质贴砖。然后允许该成型的组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中进一步固化。可以将贴砖进一步地抛光、着色、纹理化、喷砂、用装饰性组分镶嵌，等等。

构造面板是成形的建筑材料，在广义上用来指代非承重的结构元件，这些结构元件的特征是使得它们的长度和宽度实质性地大于其厚度。由本发明的组合物形成的示例性的构造面板包括水泥板、纤维-水泥外墙板以及干式墙。构造面板是具有的尺寸根据其预期用途大不相同的多边形结构。构造面板的尺寸可以为：长度范围是从50至500cm，包括100至300cm，例如250cm；宽度范围是从25至200cm，包括75至150cm，例如100cm；厚度范围是从5至25mm，包括7至20mm，例如10至15mm。水泥板包括常规地作为水泥与玻璃纤维的组合来制备的构造面板，并且在板的两面均具有额外的玻璃纤维增强物。纤维-水泥外墙板包括常规地作为水泥、骨料、互纺织的纤维素和/或聚合物纤维的组合来制备的构造面板，并且具有类似于木材的纹理和柔性。干式墙包括常规地由石膏灰泥（即，硫酸钙的半水合形式）、纤维（玻璃或纸）制备的构造面板，并且被夹在两片外部材料（例如纸或玻璃纤维毡）之间。

由本发明的组合物形成的一种类型的构造面板是水泥板。它们是成形的建筑材料，其中在一些实施方案中被用作陶瓷的背衬板，可以用于浴室贴砖、厨房桌台、后挡板等等的后面，并且可以具有的长度范围是从100至200cm，例如125至175cm，例如150至160cm；宽度范围是从75至100cm，例如80至100cm，例如90至95cm，并且厚度范围是从5cm至25cm，例如5至15cm，包括5至10cm。本发明的水泥板在物理和机械性质方面可以大大变化。在一些实施方案中，挠曲强度可以变化，范围是从1至7.5MPa，包括2至6MPa，例如5MPa。抗压强度也可以变化，范围是从5至50MPa，包括10至30MPa，例如15至20MPa。在本发明的一些实施方案中，水泥板可以用于在湿气中的过度暴露的环境（例如，商业桑拿室）中。本发明的水泥板的最大吸水率可以变化，范围按重量计是从5%至15%，包括8%至10%。例如9%。由本发明的组合物形成的水泥板还可能由于吸收水或损失水至环境中而经历水分移动（膨胀或收缩）。归因于水分移动的尺寸稳定性（即，线性收缩或膨胀）可以变化，在某些情况下范围是从0.035%至0.1%，包括0.04%至0.08%，例如0.05%至0.06%。本发明的组合物可以用来产生所期望的形状和尺寸从而形成水泥板。此外，可以将多种另外的组分加入水泥板中，包括但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。然后将该组合物倾倒入片式模具中，或者可以使用辊来形成具有所期望的厚度的片材。该成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。然后将这些片材切割成所期望的尺寸的水泥板。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质水泥板。然后使该成型的组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中进一步固化。由本发明的组合物形成的水泥板然后可以在板的两面上均用玻璃纤维毡覆盖。若希望的话，也可以使用化学掺料来制备由本发明的组合物形成的水泥板，使得它们具有增大的耐火、耐水和耐霜性以及对生物降解和腐蚀造成的损害的耐受性。也可以将该水泥板与多种组分例如分散的玻璃纤维进行组合，这些组分可以赋予改进的耐久性、增大的挠曲强度以及更光滑的表面。

本发明提供的另一种类型的构造面板是纤维-水泥外墙板。由本发明的组合物形成的纤维-水泥外墙板是用来覆盖建筑物的外部或屋顶的成形的建筑材料，并且包括但不限于：建筑片材、屋顶面板、天花板、石棉水泥板等等。它们还可以用作高火灾区域中的木材封檐板（fascias）和山花板（barge boards）的替代物。纤维-水泥外墙板可以具有变化的尺寸，长度范围是从200至400cm，例如250cm，并且宽度是50至150cm，例如100cm，并且厚度范围是从4至20cm，例如5至15cm，包括10cm。由本发明的组合物形成的纤维-水泥外墙板可以具有变化的物理和机械性质。在一些实施方案中，挠曲强度的范围可以在0.5至5MPa之间，包括1至3MPa，例如2MPa。抗压强度也可以变化，在一些情况下范围是从2至25MPa，包括10至15MPa，例如10至12MPa。在本发明的一些实施方案中，纤维-水泥外墙板可以用在经受变化的气候条件的建筑物上，这些气候条件在一些实施方案中范围是从极干燥到潮湿（即，从低至高的湿度水平）。因此，本发明的纤维-水泥外墙板的最大吸水率可以变化，范围按重量计是从10%至25%，包括10%至20%，例如12%至15%。归因于水分移动的尺寸稳定性（即，线性收缩或膨胀）可以变化，在某些情况下范围是从0.05%至0.1%，包括0.07%至0.09%。本发明的组合物可以用来产生所期望的形状和尺寸从而形成纤维-水泥外墙板。此外，可以将多种另外的组分加入纤维-水泥外墙板中，包括但不限于：纤维素纤维、增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。然后将该组合物倾倒入片式模具中，或者可以使用辊来形成具有所期望的厚度的片材。该成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。然后将这些片材切割成所期望的尺寸的纤维-水泥外墙板。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质纤维-水泥外墙板。然后使该成型的组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中进一步固化。本发明的纤维-水泥外墙板然后可以用聚合物薄膜、釉质或涂料来覆盖。若希望的话，也可以使用化学掺料来制备由本发明的组合物形成的纤维-水泥外墙板，使得它们具有增大的耐火、耐水和耐霜性以及对生物降解和腐蚀造成的损害的耐受性。

由本发明的组合物形成的另一种类型的构造面板是干式墙。术语干式墙是指常规制造的、用来精整内墙和天花板构造的建筑材料。在某些情况下，干式墙建筑材料是由卷绕在内芯上的纸衬板制成的面板。本发明的干式墙的内芯将包括至少某个量值的本发明的组合物。本发明的干式墙建筑材料的尺寸可以变化，在某些情况下长度范围是从100至200cm，例如125至175cm，例如150至160cm；宽度范围是从75至100cm，例如80至100cm，例如90至95cm，并且厚度范围是从5cm至50cm，例如5至30cm，包括10至25cm。本发明提供的干式墙可以具有显著变化的物理和机械性质，并且可能依赖于干式墙配制品中用本发明的组合物替代的常规组分的量。本发明提供的干式墙的挠曲强度和抗压强度总体上大于用石膏灰泥制备的常规干式墙，后者被称为软建筑材料。在一些实施方案中，挠曲强度的范围可以在0.1与3MPa之间，包括0.5至2MPa，例如1.5MPa。抗压强度也可以变化，在一些情况下范围是从1至20MPa，包括5至15MPa，例如8至10MPa。本发明的干式墙的最大吸水率可以变化，范围是按质量计从2%至10%，包括4%至8%，例如5%。在某些实施方案中，该内芯与常规的干式墙内芯相似，是主要由石膏灰泥（硫酸根的半水合形式CaSO₄·1/2H₂O）制成，其中至少一部分的石膏组分被本发明的组合物代替。此外，该内芯可以包括多种另外的组分，例如但不限于：纤维（例如纸和/或玻璃纤维）、增塑剂、发泡剂、促进剂例如钾碱、阻滞剂例如EDTA或其他螯合剂、增大耐霉和耐火性的不同添加剂（例如玻璃纤维或蛭石）以及水。用本发明的组合物替代的组分的分数可以变化，并且在某些情况下是按重量计5%或更多，包括按重量计10%或更多、按重量计25%或更多、按重量计50%或更多、按重量计75%或更多、按重量计90%或更多，或甚至按重量计100%。在生产干式墙时，可以将这些内芯组分进行组合并且将生成的组合物夹在两片外部材料之间，例如重的纸或玻璃纤维毡之间。当内芯凝固并在大的干燥室中干燥时，这种夹层变得足够刚性且强力而能用作建筑材料。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是管道。管道是导管或被配置成将气体或液体从一个位置传输到另一个位置的类似结构。本发明的管道可以包括用于传输液体或气体的多种不同结构中的任何一种，包括但不限于：管路、暗渠、箱形涵洞、排水通道和隧道、入口结构、进水塔、闸门井、出口建筑等等。本发明的管道可以在形状上显著变化，这总体上是由水利设计和安装条件来决定的。本发明的管道的形状可以包括但不限于：圆形、矩形、长方形、马蹄形、正方形等等。管道的多室构型也是有可能的。管道设计可以根据其预期用途变化。这样，由本发明的组合物形成的管道可以具有显著变化的尺寸。管道可以具有的外径长度的范围是从5至500cm或更长，例如10至300cm，例如25至250cm。壁厚可以显著变化，在某些情况下范围是从0.5至25cm或更厚，例如1至15cm，例如1至10cm。在某些实施方案中，管道可以被设计用于支撑来自管道内的水流的较高的内压力。在另外其他的实施方案中，由本发明的组合物形成的管道可以被设计用于支撑高的外部荷载（例如，泥土荷载、表面超载荷载、车辆荷载、外部静水压力等等）。因此，本发明的管道的壁的抗压强度也可以根据该管道的尺寸和预期用途而变化，在某些情况下范围是从5至75MPa，例如10至50MPa，例如15至40MPa。若希望的话，这些管道可以与不同的涂层和内衬（例如聚合物的）一起使用并且可以被配置成容易彼此连接而产生由多个本发明的管道沟槽组成的长输送结构。在生产本发明的管道时，将该组合物与水组合后倒入模具中以便形成所期望的管道形状和尺寸。该成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质管道结构。然后进一步使该成型的组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中固化。此外，本发明的管道可以包括多种另外的组分，例如但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。若希望的话，这些另外的组分可以包括化学掺料，使得本发明的管道具有增大的对于生物降解、霜、水、火灾以及腐蚀造成的伤害的耐受性。在一些实施方案中，由本发明的组合物形成的管道可以采用结构支撑组分，例如但不限于：由钢、聚合物材料、球墨铸铁、铝或塑料构成的缆线、丝线以及丝网。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是盆。术语盆可以包括用来保持液体如水的任何构型的容器。因此，盆可以包括但不限于以下结构：例如井、收集箱、卫生检查孔、化粪池、滤污器、除油器/分离器、暴雨排水收集容器等等。盆可以在形状、尺寸以及体积容量上变化。盆根据其预期用途可以是矩形的、圆形的、球形的或任何其他形状。在一些实施方案中，盆可以具有比深度更大的、朝底部逐渐变小的宽度。盆的尺寸可以根据该结构的预期用途而变化（例如，从保持几加仑的液体到几百或几千加仑或更多的液体）。壁厚可以显著变化，在某些情况下范围是从0.5至25cm或更厚，例如1至15cm，例如1至10cm。因此，抗压强度也可以根据盆的尺寸和预期用途而显著变化，在某些情况下范围是从5至60MPa，例如10至50MPa，例如15至40MPa。在一些实施方案中，盆可以被设计用于支撑高的外部荷载（例如，泥土荷载、表面超载荷载、车辆荷载等等）。在某些其他实施方案中，盆可以与不同的涂层或内衬（例如聚合物的）一起使用并且可以被配置成使得它们可以与输送元件（例如排水管）相组合。在其他实施方案中，盆可以被配置成使得它们可以连接到其他盆上，这样它们可以形成连接起来的一系列盆。在生产盆时，可以将该组合物与水组合后倒入模具中以便形成所期望的盆形状和尺寸。该成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。盆还可以通过将该组合物倒入片式模具中来制备，并且通过将这些片组合在一起而组装盆以便形成具有变化的尺寸的盆（例如，多边形的盆、菱形的盆等等）。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质盆结构。然后进一步使该成型的组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中固化。此外，由本发明的组合物形成的盆可以包括多种另外的组分，例如但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。若希望的话，这些另外的组分可以包括化学掺料，使得本发明的盆具有增大的对于生物降解、霜、水、火灾以及腐蚀造成的伤害的耐受性。在一些实施方案中，本发明的盆可以采用结构支撑组分，例如但不限于：由钢、聚合物材料、球墨铸铁、铝或塑料构成的缆线、丝线以及丝网。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是梁，梁在广义上是指具有大的挠曲和抗压强度的水平承重结构。梁可以是矩形截面的、C形通道的、L形断面的边梁，工字梁、外墙托梁、宽翼工字梁，具有倒T形设计等等。本发明的梁也可以是水平承重单元，包括但不限于托梁、过梁、拱道以及悬臂梁。梁一般具有的长度远远长于它们的最长截面尺寸，其中梁的长度可以比最长截面尺寸长5倍或更多、10倍或更多、25倍或更多。由本发明的组合物形成的梁在机械和物理性质方面可以变化。例如，无钢筋的混凝土梁可以具有变化的挠曲能力，范围是从2至25MPa，包括5至15MPa，例如7至12MPa，并且抗压强度范围是从10至75MPa，包括20至60MPa，例如40MPa。例如，结构上增强的混凝土梁可以具有显著更大的挠曲能力，范围是从15至75MPa，包括25至50MPa，例如30至40MPa，并且抗压强度范围是从35至150MPa，包括50至125MPa，例如75至100MPa。由本发明的组合物形成的梁可以是内部或外部的，并且可以是被对称加载的或不对称加载的。在一些实施方案中，梁可以是复合的，其中它通过引入适当的界面剪切机制而与其他结构单元复合地起作用。在其他实施方案中，梁可以是非复合的，其中它利用了单独的基础梁的特性。在生产本发明的梁时，可以将本发明的组合物在与水混合后倒入梁模具中或围绕相关的钢增强梁结构（例如，钢筋）进行浇注。在一些实施方案中，在围绕该钢框架浇注该组合物之前将该钢增强物预先张紧。在其他实施方案中，本发明的梁可以与钢增强骨架一起浇注，该骨架被机械地锚固到该混凝土梁上。本发明的梁还可以采用另外的结构支撑组分，例如但不限于：由钢、聚合物材料、球墨铸铁、聚合物纤铝或塑料构成的缆线、丝线以及丝网。这些结构支撑组分可以相对于携带的荷载平行地、垂直地或以某个其他角度来使用。该模制或铸造的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。然后进一步使该组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中固化。此外，本发明的梁可以包括多种另外的组分，例如但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。若希望的话，这些另外的组分可以包括化学掺料，使得本发明的梁具有增大的对于生物降解、霜、水、火灾以及腐蚀造成的伤害的耐受性。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是柱，柱在广义上是指主要通过轴向压缩来携带荷载并且包括结构元件如压缩构件的一种竖直承重结构。本发明的其他竖直压缩构件可以包括但不限于：支柱、桥墩、基座或立柱。由本发明的组合物形成的柱可以是刚性的、直立的支撑件，由相对较少的零件构成。柱还可以是装饰性支柱，除其他构型之外，具有圆柱形或多边形的、光滑的或带槽的、楔形的或直线的、带有柱头的轴并且通常具有底座。柱的柱头和底座可以具有与该柱相似的形状或者可以不相同。柱上的柱头和底座的任何形状组合都是有可能的。由本发明的组合物形成的多边形柱具有的宽度不超过其厚度的四倍。由本发明的组合物形成的柱可以被构造为使得它们是实心的、空心的（例如，装饰性柱）、增强物填充的或其任何组合。柱可以是短的柱（即，强度受结构组分及其截面的几何形状控制的柱）或细长的柱（即，截面尺寸小于其长度的5倍）。柱的尺寸可以根据该结构的预期用途而大大变化，例如，从小于单一楼层的高度至若干楼层的高度或更高，并且具有相对应的宽度。柱可以在其机械和物理性质方面变化。

诸如抗压和挠曲强度的特性可以根据柱的设计和预期用途而变化。例如，无钢筋混凝土柱可以具有的挠曲强度范围是从2至20MPa，包括5至15MPa，例如7至12MPa，并且抗压强度范围是从10至100MPa，包括25至75MPa，例如50MPa。本发明的结构上增强的混凝土柱可以具有显著更大的挠曲强度，范围是从15至50MPa，包括20至40MPa，例如25至35MPa，并且抗压强度范围是从25至200MPa，包括50至150MPa，例如75至125MPa。在一些实施方案中，柱可以是复合的，其中它通过引入界面剪切机制而与其他结构单元复合地起作用。在其他实施方案中，柱可以是非复合的，其中它单独地利用了基础柱的特性。在生产本发明的柱时，可以将该组合物在与水混合后倒入柱模具中或围绕相关的钢增强柱结构（例如，钢筋）进行浇注。在一些实施方案中，在围绕该钢框架浇注该组合物之前将该钢增强物预先张紧。在其他实施方案中，本发明的柱可以与钢增强骨架一起浇注，该骨架被机械地锚固到该混凝土柱上。本发明的柱还可以采用另外的结构支撑组分，例如但不限于：由钢、聚合物材料、球墨铸铁、聚合物纤铝或塑料构成的缆线、丝线以及丝网。这些结构支撑组分可以相对于携带的荷载平行地、垂直地或以某个其他角度来使用。该模制或铸造的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。然后进一步使该组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中固化。此外，本发明的柱可以包括多种另外的组分，例如但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。若希望的话，这些另外的组分可以包括化学掺料，使得本发明的柱具有增大的对于生物降解、霜、水、火灾以及腐蚀造成的伤害的耐受性。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是混凝土厚板。混凝土厚板是用于构造预制地基、地板和壁板的那些建筑材料。在一些情况下，混凝土厚板可以用作地板单元（例如，空心厚木板单元或双重T形件设计）。在其他情况下，预铸混凝土厚板可以是用作原位混凝土框架的地基的、浅的预铸厚板。壁板在广义上是指建筑物的竖直承重构件，它们是多边形的并且具有的宽度大于其厚度的四倍。预铸的混凝土地基、地板以及壁板可以根据该预铸的混凝土厚板的预期用途而在尺寸上显著变化（例如，一个楼层或两个楼层的建筑物）。这样，预铸的混凝土厚板可以具有如下尺寸：长度范围是从1至10m或更长，包括3至8m，例如5至6m；宽度范围是从1至10m或更高，包括4至10m，例如4至5m；并且厚度范围可以是从0.005至0.25m或更厚，包括0.1至0.2m，例如0.1至0.15m。成形的建筑材料如厚板以及由其形成的结构，可以比缺乏本发明的组合物组分的对应结构更厚。此外，由本发明的组合物形成的无定形建筑材料所制成的结构可以比不是由本发明的组合物形成的对应结构更厚。

在一些实施方案中，成形的建筑材料或相关结构的厚度增大了1.5倍或更多，2倍或更多，或5倍或更多。由本发明的组合物形成的混凝土厚板在其机械和物理性质方面可以根据其预期用途而变化。例如，用于地板单元中的预制厚板与用作承重墙的厚板相比可以具有更大的挠曲强度和更小的抗压强度。例如，无钢筋混凝土厚板可以具有变化的挠曲强度，范围是从2至25MPa，包括5至15MPa，例如7至12MPa，并且抗压强度范围是从10至100MPa，包括25至75MPa，例如50MPa。本发明的结构上增强的混凝土厚板可以具有显著更大的挠曲强度，范围是从15至50MPa，包括20至40MPa，例如25至35MPa，并且抗压强度范围是从25至200MPa，包括50至150MPa，例如75至125MPa。在生产本发明的厚板时，可以将该组合物在与水混合后倒入厚板模具中或围绕相关的钢增强结构（例如，钢筋）进行浇注。在一些实施方案中，在围绕该钢框架浇注该组合物之前将该钢增强物预先张紧。在其他实施方案中，本发明的厚板可以与钢增强骨架一起浇注，该骨架被机械地锚固到该混凝土厚板上。在一些实施方案中，通过浇注第二个支持性的混凝土层，本发明的混凝土厚板可以改进其结构能力，该第二个混凝土层被机械地锚固到之前预铸的混凝土厚板上。由本发明的组合物形成的厚板还可以采用另外的结构支撑组分，例如但不限于：由钢、聚合物材料、球墨铸铁、聚合物纤铝或塑料构成的缆线、丝线以及丝网。这些结构支撑组分可以相对于携带的荷载平行地、垂直地或以某个其他角度来使用。该模制或铸造的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。然后进一步使该组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中固化。此外，本发明的厚板可以包括多种另外的组分，例如但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。若希望的话，这些另外的组分可以包括化学掺料，使得由本发明的组合物形成的厚板具有增大的对于生物降解、霜、水、火灾以及腐蚀造成的伤害的耐受性。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是隔音墙，隔音墙是指用作障碍物来衰减或吸收声音的结构。这样，隔音墙可以包括但不限于：诸如声学面板、反射性挡板、吸收性挡板、反应性挡板等结构。由本发明的组合物形成的隔音墙可以在尺寸和形状上变化。隔音墙可以根据其预期用途而是矩形的、圆形的或任何其他形状。隔音挡板可以用于将来自公路、马路、桥梁、工业设施、发电厂、装载码头、公共交通站、军用设施、枪程、住房复合体、娱乐场所（例如体育场、音乐厅）等等中的声音衰减。隔音挡板也可以用于房屋、音乐工作室、影院、教室等内部的隔音。由本发明的组合物形成的隔音挡板可以具有根据其预期用途而大大变化的尺寸，长度范围是从0.5至10m或更长，例如5m，并且高度/宽度是0.1至10m或更宽，例如5m，并且厚度范围是从10至100cm或更厚，例如25至50cm，包括40cm。若希望的话，该隔音挡板可以与不同的涂层和内衬（例如聚合物的）一起使用，并且可以被配置成容易彼此连接或与分隔另外的隔音挡板的支柱相连而产生由多个本发明的隔音挡板构成的隔音挡板结构。在一些实施方案中，由本发明的组合物形成的隔音挡板除了增强结构的框架之外还可以采用吸音材料（例如，木材锯末、纺织品纤维、玻璃棉、岩棉、聚合物泡沫、蛭石等）。在一些实施方案中，隔音挡板可以用作户外环境（例如，沿着高速路、飞机场附近等等）中的减噪挡板并且可以与结构支撑组分（例如，柱、立柱、梁等等）一起使用。在生产本发明的隔音挡板时，将该组合物与水组合后倒入模具中以便形成所期望的隔音挡板形状和尺寸。还可以将该组合物倒入片式模具中，或者可以使用辊来形成具有所期望的厚度的片材。该成型的组合物可以通过辊压实、液体压力、震动压实或共振冲击压实来进一步压实。然后将这些片材切割成所期望的尺寸的隔音挡板。在一些情况下，可以使用在成型之前或在该组合物凝固时机械或化学地引入的气体将生成的组合物发泡以便形成轻质隔音面板结构。然后进一步使该成型的组合物凝固并在具有受控的温度和湿度的环境中固化。此外，本发明的隔音挡板可以包括多种另外的组分，例如但不限于：增塑剂、发泡剂、促进剂、阻滞剂以及空气夹带添加剂。若希望的话，这些另外的组分可以包括化学掺料，使得它们具有增大的对于生物降解、霜、水、火灾以及腐蚀造成的伤害的耐受性。在一些实施方案中，本发明的隔音挡板可以采用结构支撑组分，例如但不限于：由钢、球墨铸铁、聚合物纤维、铝或塑料构成的缆线、丝线以及丝网。

由本发明的组合物形成的另一种建筑材料是绝热材料，绝热材料是指用于衰减或抑制热传导的材料。绝热体还可以包括减少或抑制热量的辐射传递的那些材料。绝热材料可以由一种或多种以下成分组成：水泥性形成材料、分散剂、加气剂、惰性增稠微粒、离子型与非离子型表面活性剂的混合物、增塑剂、促进剂、轻质骨料、有机和无机粘合剂以及玻璃颗粒。在本发明的某些实施方案中，一定量的水泥性形成材料可以用本发明的上述组合物来代替。用于本发明的绝热材料的结合组合物包括选自下组的组分：碳化物、石膏粉末、Blakite、氮化物、碳酸钙、氧化物、钛酸盐、硫化物、硒化锌、碲化锌、无机硅氧烷化合物以及它们的混合物。在本发明的某些实施方案中，一定量的结合组合物可以用本发明的上述组合物来代替。若希望的话，本发明的绝热材料还可以使用化学掺料或任何其他常规的方案来制备，使得它们对于白蚁、昆虫、细菌、真菌等造成的损害是有耐受性的。本发明的绝热材料可以使用任何常规的方案来制备，使得它们是耐冰冻/融化、雨水和火灾的。本发明的绝热材料可以按照传统的用于此类材料的制造方案来制备，除了使用本发明的组合物以外。在生产本发明的绝热材料时，可以将一定量的本发明组合物与水以及该绝热材料的其他组分进行组合，这些其他组分包括但不限于：分散剂、加气剂、惰性增稠微粒、离子型与非离子型表面活性剂的混合物、增塑剂、促进剂、轻质骨料、有机和无机粘合剂以及玻璃颗粒。然后可以将生成的绝热材料模制成为所期望的形状（例如，壁板）或倒入混凝土砌筑单元、地板单元、屋顶盖板的空隙空间内、或者围绕管路、导管和盆进行浇注。

在一些实施方案中，成形的建筑材料如预铸的混凝土产品包括但不限于：料仓；牲畜饲料槽；牲畜栏杆；农用围栏；工字饲料槽（H-bunk）；J形饲料槽（J-bunk）；家畜用板条；家畜饮水槽；建筑板墙；包层（砖）；建筑装饰物；地基；地板（包括斜坡板）；墙壁；双壁预铸夹层板；沟渠；机械稳定的土板；箱形涵洞；3-面涵洞；桥梁系统；铁道路口；铁道枕木；声音隔墙/挡板；泽西护栏；隧道区段；钢筋混凝土箱；设施保护结构；手孔；空芯产品；灯柱底座；计量箱；面板拱顶；拉线盒；电信结构；变压器垫；变压器室；壕沟；设施拱顶；设施立柱；受控环境拱顶；地下拱顶；陵墓；墓碑；棺材；有害材料储存容器；蓄水窖；污水井；检查井；通气系统；配电箱；计量箱；旱井；阻油器；渗滤坑；砂-油/油-水拦截器；化粪池；水/污水储存罐；湿井；消防储水池；浮船坞；水下基础设施；桥石板；栏杆；海堤；屋面瓦；铺路物；社区挡土墙；住宅挡土墙；模块式砌块系统；以及区段式挡土墙。

在一个方面，提供了包含本发明的胶结组合物和增强材料的陶瓷组合物。按照常规，陶瓷材料是通过对无机固体的热作用及随后的冷却而制备的。陶瓷材料一般是强力材料，然而，它在性质上是易碎的。本发明的陶瓷组合物不需要高热加热和冷却步骤。此外，本发明的陶瓷组合物是强力的而是不易碎的。本发明的陶瓷组合物中的增强材料给该材料赋予了断裂韧性，使得该材料不是易碎的。本发明的陶瓷组合物由于在胶结后形成的强力粘合而也是强力的。本发明的陶瓷组合物可用于制备成形的建筑材料，如模拟合成大理石或石灰岩的贴砖或材料。本发明的陶瓷组合物可以用诸如环氧树脂涂料的材料涂覆，以提供有光泽的且光滑的表面。

在一些实施方案中，所述组合物用于非胶结产品，例如但不限于纸制品、聚合物产品、润滑剂、粘合剂、橡胶产品、粉笔、沥青产品、涂料、用于涂料去除的磨料、个人护理产品、化妆品、清洁产品、个人卫生产品、可摄取的产品、农产品、土壤改良产品、农药、环境整治产品及它们的组合。含有碳酸钙的组合物在非胶结产品中的应用已在2010年11月9日授权的美国专利7,829,053中进行了描述，该专利通过引用整体并入本文。

D.系统

在一些实施方案中，本发明提供了配置用于实施本发明的方法的系统。在一些实施方案中，提供了包括混凝土生产站的系统，该混凝土生产站配置用于接受本发明的胶结组合物。该水泥生产站可以是混合槽、管道或导管。在一些这样的实施方案中，提供了增强材料源，其向系统提供增强材料。在这样的实施方案中，该系统接受来自混凝土生产站的混凝土和来自增强材料源的增强材料，并且生产适合于结构建筑应用的混凝土组合物。在一些实施方案中，该系统包括连接到水泥生产站的骨料源。在一些实施方案中，该骨料源向水泥生产站提供骨料，其中骨料包括至少80wt%的碳酸盐矿物并且具有小于-10‰的δ¹³C值。

在一些实施方案中，所述水泥生产站被配置用于使用来自二氧化碳源的二氧化碳、来自碱源的碱性溶液和来自二价阳离子源的二价阳离子生产胶结组合物。这样的源已经在本文中描述。在一些实施方案中，该系统进一步包括可操作地连接到水泥生产站的碱源，该碱源配置成用于电化学地生产碱性溶液。

提供以下实施例是为了向本领域普通技术人员提供关于如何实施和使用本发明的完整公开内容和描述，而并非意在限制本发明人视为其发明的范围，也并非意在表示以下实验是进行的所有实验或仅有的实验。根据以上描述和附图，除了本文所述的修改以外，本发明的各种修改对于本领域技术人员而言也是显而易见的。这类修改也落入所附权利要求的范围。已经努力确保所使用的数字（例如量、温度等）的准确性，但是应该考虑到一些实验误差和偏差。除非另有说明，份数是重量份数，分子量是重均分子量，温度为摄氏度，而压力为大气压或接近大气压。

实施例

实施例1

在该实验中，研究了纤维对本发明的胶结组合物的性质的影响。碳酸钙组合物如下制备：将来自烟气的二氧化碳吸收到氢氧化钠溶液中，然后用氯化钙处理该溶液以形成碳酸钙沉淀物。将该沉淀物脱水并干燥，以形成碳酸钙组合物。在一个样品中，通过将水加到该组合物中制备含有0.5%聚乙烯醇纤维的碳酸钙组合物的糊料（100%碳酸钙组合物+0.5%纤维（来自Nycon的聚乙烯醇纤维（PVA RECS7）））。在另一个样品中，通过将水加到该混合组合物中制备含有23%碳酸钙组合物、77%沙子和0.5%纤维的灰浆。然后使糊料和灰浆凝固。图9是凝固的糊料的SEM图，并且显示在纤维上形成了具有围绕的基质和晶体的纤维粘合的孔。该图的插图显示了由含有纤维的组合物的糊料制成的管。可将钉子旋入该管中而不会使该管破裂，从而显示了断裂/冲击韧性。该实验证明，纤维能够改善本发明组合物的机械性质，如断裂/冲击韧性、挠曲强度、耐酸/耐磨性和耐久性。发现凝固的组合物的抗压强度（对于糊料和灰浆两者）与不含纤维的凝固组合物的抗压强度相若，从而表明纤维不会负面地影响该组合物的抗压强度。

实施例2

在该实验中，形成了含有增强材料和碳酸盐组合物的组合物，并研究了增强材料对本发明胶结组合物的性质的影响。

碳酸钙水泥的生产

碳酸钙水泥通过一种方法，即水性沉淀矿化（MAP）法来生产。在MAP法中，来自天然气发电厂的含有CO₂的原始烟气与碱性水溶液在吸收器中接触，形成碳酸化的溶液。该碳酸化的溶液然后与添加有NaSO₄作为稳定剂的CaCl₂水溶液接触，导致含有CaCO₃的亚稳球霰石的沉淀，随后使其脱水并干燥，产生最终水泥粉末。水泥粉末在矿物学、组成、颗粒形态学和分布方面的表征在表1-3和图10中示出。

表1：碳酸盐水泥的相组成

表2：碳酸盐水泥的化学组成

*LOI为950℃的强热失量

表3：碳酸盐水泥的平均颗粒大小（PS）和标准差（STD）

平均PS	21.4μm
		STD	7.4μm

纤维增强的碳酸钙水泥样品的制备

制剂以具有不同vol%和类型的微纤维添加的糊料（100%水泥）的形式制备。8mm PVA纤维从Nycon-PVA RECS15获得；19mm PVA纤维从Nycon-PVA RFS400获得；30mm PVA纤维从Nycon-PVARF4000获得；而19mm聚丙烯纤维从Nycon-ProCon-M获得。所述材料在Hobart混合器中以0.4的水：水泥比与MgCl₂溶液混合5分钟。然后将该混合材料铸成3x3x11的梁，然后在60C、100%RH室中固化1天。在反应的第1天，测试梁已经凝固，水泥中含有的大约45%的球霰石转化为霰石。然后将测试梁脱模并于60℃在MgCl₂溶液浴中固化6天。在反应的第7天，水泥中含有的大多数球霰石转化为霰石，并且将测试梁在100℃烤箱中干燥24小时，并贮存在40℃烤箱中直到测试。纤维增强的碳酸钙水泥制剂在表4中列出。

对于抗压强度测试，按照以下方案。制剂为具有不同vol%和类型的微纤维添加的糊料（100%水泥）的形式（表4）。该材料在Hobart混合器中以0.4的水：水泥比与MgCl₂溶液混合5分钟。然后将该混合材料铸成2x2x2的立方体和3x3x11的梁，然后在60C、100%RH室中固化1天。按照ASTM C109对纤维增强的碳酸钙水泥制剂进行抗压强度测试，其通过加载装置以受控的加载速率（200-400lbs/sec）测量立方体试块的抗压强度。在第1天和第7天测试抗压强度。立方体试块在测试前在100℃烤箱中干燥24小时。

表4：纤维增强的碳酸钙水泥制剂

纤维增强的碳酸钙水泥样品的测试

不是很严格地按照ASTM C1609对纤维增强的碳酸钙水泥制剂进行弯曲性能测试，其使用挠曲测量和记录装置，以恒定的十字头运动（0.001in./sec），通过第三点加载来测量测试梁的挠曲强度。

尽管本文已经显示和描述了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员将会明白，这些实施方案只是作为示例提供的。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员现在将会想到大量的变更、变化和替换。应当理解，本文所述的本发明实施方案的各种替代方案可以在实施本发明中使用。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等效物。

Claims (30)

1.一种组合物，其包含：

胶结组合物，其中该胶结组合物包含选自选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分，和

增强材料。

2.如权利要求1所述的组合物，其中所述胶结组合物具有小于12的湿糊pH。

3.如权利要求1或2所述的组合物，其中所述胶结组合物具有小于-12.0‰的δ¹³C值。

4.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述胶结组合物包含至少50wt%的球霰石。

5.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中以所述组合物中的水泥重量计，所述组合物包含大于0.15%的水溶性氯离子。

6.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中当反复或长时间地暴露于水溶性氯化物时，所述增强材料不显现出选自弹性模量、拉伸强度和屈服强度的机械性质的改变。

7.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述增强材料选自铝、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷、聚合物、草、草制品、木制品及其组合。

8.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述增强材料包含不锈钢包层处理的钢筋、电镀的钢筋、不锈钢钢筋、纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、钛包层处理的钢筋、镀铬的/铬涂覆的钢筋、镀镍的/镍涂覆的钢筋、钴铬涂覆的钢筋或其任意组合。

9.如权利要求7所述的组合物，其中所述增强材料包含聚碳酸酯增强构件、聚碳酸酯纤维、聚（氯乙烯）（PVC）增强构件、PVC纤维、聚丙烯、纤维素、聚乙烯醇或其任意组合。

10.如权利要求7所述的组合物，其中所述增强材料包含竹子。

11.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中至少1体积%的增强材料以相同方向对齐。

12.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述胶结组合物包含碳酸盐矿物，其中该碳酸盐矿物中的碳全部或部分来源于从工业废物流中去除的二氧化碳。

13.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中根据结构混凝土建筑规范，所述组合物满足对耐用性、强度、可用性、弯曲和轴向载荷和/或剪切和扭转的要求。

14.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述增强材料具有至少420MPa的屈服强度。

15.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述增强材料具有25GPa至250GPa的弹性模量。

16.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述组合物适合在结构建筑应用中使用。

17.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其进一步包含骨料。

18.一种用于形成水泥或混凝土组合物的方法，其包括：

将胶结组合物与增强材料组合，并且形成水泥或混凝土组合物，其中该胶结组合物包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分。

19.如权利要求18所述的方法，其进一步包括通过使包含二氧化碳的工业废气流与碱性溶液相接触以形成充有二氧化碳的水来制备所述胶结组合物；并且使充有二氧化碳的水与二价阳离子相接触以形成胶结组合物。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述充有二氧化碳的水与二价阳离子的接触在沉淀条件下进行，该沉淀条件有利于形成包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述沉淀条件有利于在所述胶结组合物中形成超过50wt%的球霰石。

22.如权利要求18-21中任一项所述的方法，其进一步包括使所述水泥或混凝土组合物与水相接触，并将所述球霰石转化为霰石。

23.如权利要求18-22中任一项所述的方法，其进一步包括在增强材料上形成霰石晶体。

24.如权利要求18-23中任一项所述的方法，其中所述增强材料选自铝、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷、聚合物、草、草制品、木制品及其组合。

25.如权利要求18-24中任一项所述的方法，其中所述增强材料包含不锈钢包层处理的钢筋、电镀的钢筋、不锈钢钢筋、纤维增强的塑料、环氧树脂涂覆的钢筋、钛包层处理的钢筋、镀铬的/铬涂覆的钢筋、镀镍的/镍涂覆的钢筋、钴铬涂覆的钢筋或其任意组合。

26.如权利要求24所述的方法，其中所述增强材料包含聚碳酸酯增强构件、聚碳酸酯纤维、聚（氯乙烯）（PVC）增强构件、PVC纤维、聚丙烯、纤维素、聚乙烯醇或其任意组合。

27.如权利要求19所述的方法，其进一步包括使用电化学方法获得碱性溶液。

28.一种系统，其包含：可操作地连接到水泥生产站的混凝土生产站，该混凝土生产站被配置成用于将从该水泥生产站中得到的包含选自球霰石、非晶碳酸钙及其组合的亚稳组分的胶结组合物与来自增强材料源的增强材料组合以生产混凝土组合物。

29.如权利要求28所述的系统，其中所述水泥生产站被配置成利用来自二氧化碳源的二氧化碳、来自碱源的碱性溶液和来自二价阳离子源的二价阳离子生产所述胶结组合物。

30.如权利要求28或29所述的系统，其进一步包含可操作地连接到水泥生产站的碱源，该碱源被配置成用于电化学生产碱性溶液。

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