CN106029602A - 空心制品和复合材料及其制造方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了具有中空的内部孔道或通道、或者以其他方式形成中空的新型复合材料制品，以及其配方、制造方法和用途。该空心体适合于建筑、铺装、景观、以及基础结构等多种应用。

Description

空心制品和复合材料及其制造方法和用途

优先权及相关专利申请

本申请要求2013年10月4日提交的美国临时申请序列号61/886,936的权益，其全部内容以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及具有空心、通道的复合材料制品。更具体地，本发明涉及具有中空内部孔道、通道和腔室或者以其他方式形成中空的新型复合材料制品，以及其配方、制造方法和用途。该空心体适合于建筑、铺装、景观、以及基础结构等多种应用。

背景技术

空心板，有时也称为中空板或空心板材，是混凝土的预制板。其经常在建筑施工中使用，例如在多层建筑物中作为地板、墙壁或屋顶。预制混凝土板通常具有在板的全部长度上延伸的管状孔隙，使得板比相同厚度或强度的大块楼板更轻。减轻重量降低了材料和运输成本。

常规的板为约120cm宽，具有15cm和50cm之间的标准厚度。孔洞之间的预制混凝土工字梁包含钢丝绳，其提供对来自负载的弯曲力矩的抗弯性能。制造过程涉及从移动模具中围绕预应力钢丝绳挤出湿混凝土。固化之后，根据需要的长度和宽度切割连续的板。空心楼板也用钢筋增强混凝土(非预应力)制成。空心墙板是未经强化地制造的。

当前制造的大多数空心板是由传统混凝土制成的。大多数情况下，现有的混凝土空心板对于预期目的是有效且可靠的。但是，在经济和环境影响的方面，混凝土空心体不是最理想的。现有的生产技术涉及大量能源消耗和二氧化碳排放，导致不利的碳足迹。

因此，对于满足或超过使用传统混凝土制造的传统空心体的物理及性能特性的由复合材料制备的新型空心体存在持续性的需要，所述新型空心体能够以较低的成本、改善的能量消耗及更合乎需要的碳足迹大量生产。

发明概述

本发明部分地基于出乎意外地发现的由新型复合材料制造的新型空心体，所述新型空心体具有满足或超过现有混凝土空心体的优秀物理及性能特性，包括韧性、弹性、耐磨性和耐用性。

本发明的空心体能够容易地由可广泛获得的低成本原材料、利用适于大规模生产的能量消耗更低的方法生产，从而对环境影响最小化，具有合乎需要的碳足迹。原材料包括诸如微粒硅酸钙的前体材料。硅酸钙前体材料通常由离散的硅酸钙相(选自CS(硅灰石或假硅灰石)、C₃S₂(硅钙石)、C₂S(斜硅钙石(belite)、斜硅钙石(larnite)或变硅灰石)和硅酸钙系无定形相中的一种以上并且占全部相的约30％以上，其中“C”代表氧化钙或石灰、“S”代表二氧化硅或硅土)与某些成为结合单元的痕量杂质、以及微粒填充材料(例如，含氧化钙材料，诸如石灰石、硬硅钙石、硅粉和石英；轻质集料，诸如珍珠岩或蛭石；或者甚至工业废料，诸如飞灰、底灰和炉渣)的掺合物组成。还提供流体组分作为反应介质，所述流体组分包含液态水和/或水蒸汽及试剂二氧化碳(CO₂)，所述二氧化碳在生产中作为反应性物种而消耗并且最后固存于最终产品中。结合单元在受控的温度和压力下，使用反应在水和水蒸汽之间发生的水化过程或者使用水蒸汽和CO₂进行反应。

取决于最终使用者需求，还能够添加各种其他添加剂，诸如分散、流变改性掺混剂(用以提高混合物的一致性)、着色颜料、缓凝剂和促凝剂。添加剂材料可以包括天然或回收材料，富碳酸钙材料和富碳酸镁材料，以及流体组分的添加剂，诸如水溶性分散剂。

在一个方面中，本发明大体涉及一种具有由复合材料制备的主体的制品。该主体具有一个以上内部孔道或通道，该内部孔道或通道展现一个以上表面并且能够与主体外部流体连通。该复合材料由下列组成：多个结合单元，其中每个结合单元包含：主要包含硅酸钙的核心，富二氧化硅的第一层或内层，以及富碳酸钙的第二层或外层；以及填料颗粒，该填料颗粒包含粗填料颗粒和/或细填料颗粒，其中多个结合单元与多个填料颗粒一起形成一个以上结合基质，并且结合单元与填料颗粒大致均匀地分散于其中并且结合在一起。

在另一个方面中，本发明大体涉及一种制品的制造方法。所述方法包括：混合微粒组成物与液体组成物以形成混合物；在混合物中嵌入强化单元；在模具中浇铸或挤出或以其他方式成形混合物，以产生浇铸的或挤出的或其他方式的成形体，该成形体具有嵌入其中的强化单元以及露出一个以上表面并且能够与主体壁的内部流体连通的在成形体中的一个以上内部孔道或通道；在一个以上内部孔道或通道中保持CO₂和/或水蒸汽的气氛；以及在水和或CO₂的气氛下、在约20℃至约150℃的范围内的温度下固化浇铸的或挤出的主体约1小时至约80小时，所述气氛具有环境大气压力至高于环境大气压力约60psi的范围内的压力并且具有从约10％至约90％的范围内的CO₂浓度。微粒组成物包括中值粒径在约1μm至约100μm范围内的研磨硅酸钙，该研磨硅酸钙包含天然或合成的硅灰石、假硅灰石、硅钙石、钙铝黄长石、斜硅钙石和硅酸三钙石中的一种以上。液体组成物包含水。

附图说明

通过参考以下描述的附图以及权利要求书，能够更好地理解本发明的目标和特征。附图未必是按比例的，用于强调而不是一般地说明本发明的原理。在附图中，相似的数字用于在各种视图中代表相似的部分。

图1是示出可逆反应(硅酸钙)+CO₂中存在的相的压力-温度相图。

图2是示出可逆反应中存在的相的压力-温度相图。

图3是1千巴压力下的CaO-SiO₂-CO₂系统的相图。

图4是示出可逆反应中存在的相的压力-温度相图。

图5是示出作为惰性气体中CO₂的比例的函数的可逆反应 平衡曲线的压力-温度相图。

图6是说明CaCO₃-MgCO₃系统中各个相的稳定区域的温度-组成相图。

图7是说明化合物CaO、MgO、SiO₂和CO₂之间的相关系的四面体图，并且示出Cc-Di-Wo和Cc-Wo-Mo平面下方的CO₂缺陷区域(阴影)，其中Cc代表方解石、Wo代表硅灰石、Ak代表钙镁黄长石、Di代表透辉石、并且Mo代表钙镁橄榄石(CaMgSiO₄)。

图8是说明化合物CaO、MgO、SiO₂和CO₂之间的相关系的压力-温度相图，以及从四元不变点发出的涉及方解石(Cc)、透辉石(Di)、镁橄榄石(Fo)、钙镁橄榄石(Mo)、钙镁黄长石(Ak)和CO₂的单变量曲线。嵌入图是CaCO₃、MgO和SiO₂的三化合物系统的相图。

图9是根据本发明的原理提供增湿的CO₂复合材料固化腔室的示意图。

图10是固化腔室的示意图，该固化腔室具有多种湿度控制方法并且使用恒定流量或压力调控来控制并补充CO₂，并且能够根据本发明的原理控制温度。

图11(a)-11(c)是根据本发明的例示性实施例的结合单元的横截面的示意性说明，包括三种例示性核心形态：(a)纤维状，(b)椭圆形，以及(c)等轴状。

图12(a)-12(f)是根据本发明的示例性实施例的复合材料的侧视图及横截面视图的示意性说明，示出(a)处于稀结合基质中的1D取向纤维状结合单元(结合单元未接触)；(b)处于稀结合基质中的2D取向片状结合单元(结合单元未接触)；(c)处于稀结合基质中的3D取向片状结合单元(结合单元未接触)；以及(d)处于稀结合基质中的随机取向片状结合单元(结合单元未接触)，其中复合材料包括结合基质和填料组分，诸如聚合物、金属、无机颗粒、集料等；(e)结合单元的浓缩结合基质(具有足以建立渗滤网络的体积分数)，其中基质是3D取向；以及(f)随机取向结合单元的浓缩结合基质(具有足以建立渗滤网络的体积分数)，其中可以包含填料组分，诸如聚合物、金属、无机颗粒、集料等。

图13示出根据本发明制得的示例性空心板。

图14示出本发明的示例性实施例，其中，可以控制CO₂和水蒸汽的气流，使得气流在从内部孔道或通道中并且围绕外部表面通过时在方向上摆动，从而沿着长度建立时间平均的镜面对称，同时保持左右的镜面对称。这些对称减小了固化过程期间出现的温度和气体组成梯度的效果。

图15示出在整个固化中，通过维萨拉(Vaisala)传感器在末端壁测量的腔室湿度，以及在整个运行期间收集的冷凝水的累积量。

图16示出用于固化干燥的空心铸件的固化装置的照片。

图17示出在图16的装置中固化的空心铸件。

具体实施方式

本发明提供了优秀的空心体，其拥有满足或超过现有混凝土空心体的优秀的物理和性能特性。本发明的空心体能够容易地由可广泛获得的低成本原材料、利用适于大规模生产的工艺生产，具有改善的能量消耗、缩短的生产周期(例如，固化时间短)和更合乎需要的碳足迹。本发明的制造方法消耗大量CO₂，从而获得固存CO₂的产品，由此使其为碳中性并且是环境友好的。本文中的空心体指代具有空心、通道或者以其他方式(例如，减小扩散距离以及促进固化)形成中空的物体和制品。

本发明的空心体能够用作各种建筑和施工构件，例如，包括地板、屋顶、墙壁、门、平板、桥梁、框架、通路、隔板、衬砌、地基、围栏、隔音板、管道、涵洞、公用设施地下室(utility vault)、化粪池、排水井、以及雨水渠。它们可以用嵌入的预张式和/或后张式和/或预应力式强化单元、提高空心制品的载量和耐久性的特征来制造。强化单元可以是由具有所需特性的材料，例如钢、聚合材料、玻璃或其组合，制成的实心棒、丝或线缆。

本发明的空心制品的关键特征是空心或通道或孔道或中空空间形成的壁，与制品的总体尺寸相比其厚度小。固化流体从壁两侧的通路显著地减少了二氧化碳和水必须扩散的最大距离，从而影响固化。另外，中空空间减少了总体材料的使用并且降低了产品重量，从而节约了材料以及运输和安装中的其他相关成本。

在一个方面中，本发明大体涉及一种具有由复合材料制备的主体的制品。该主体具有一个以上内部孔道或通道，该内部孔道或通道露出一个以上表面并且能够与主体外部流体连通。该复合材料由下列组成：多个结合单元，其中每个结合单元包含：主要包含硅酸钙的核心，富二氧化硅的第一层或内层，以及富碳酸钙的第二层或外层；以及填料颗粒，该填料颗粒包含粗填料颗粒和/或细填料颗粒，其中多个结合单元与多个填料颗粒一起形成一个以上结合基质，并且结合单元与填料颗粒大致均匀地分散于其中并且结合在一起。

可以使用任何适合的硅酸钙组成物作为结合单元的前体。本文中使用的术语“硅酸钙组成物”大体指代包含一组硅酸钙相中的一种以上的天然存在的矿物质或合成材料，该硅酸钙相包括CS(硅灰石或假硅灰石，并且有时化学式为CaSiO₃或CaO·SiO₂)、C₃S₂(硅钙石，并且有时化学式为Ca₃Si₂O₇或3CaO·2SiO₂)、C₂S(斜硅钙石(belite)，β-Ca₂SiO₄、或斜硅钙石(larnite)，β-Ca₂SiO₄或变硅灰石(bredigite)，α-Ca₂SiO₄或γ-Ca₂SiO₄，并且有时化学式为Ca₂SiO₄或2CaO·SiO₂)、硅酸钙系无定形相，其中各个材料可以包括一种以上其他金属离子和氧化物(例如铝、镁、铁或锰氧化物)或其掺混物，或者可以包括一定量的呈天然存在的形式或合成形式的硅酸镁，其量的范围为痕量(1重量％)至约50重量％以上。

除了上述结晶相之外，硅酸钙组成物可以包含无定形(非结晶)硅酸钙相。无定形相可以另外并入Al、Fe和Mg离子以及原材料中存在的其他杂质离子。硅酸钙组成物还可以包含少量的残留CaO(石灰)和SiO₂(硅土)。硅酸钙组成物还可以包含少量的C₃S(硅酸三钙石，Ca₃SiO₅)。

硅酸钙组成物还可以包含一定量的惰性相，诸如通式为(Ca,Na,K)₂[(Mg,Fe²⁺,Fe^{3 +},Al,Si)₃O₇]的黄长石型矿物(黄长石或钙铝黄长石或钙镁黄长石)和通式为Ca₂(Al,Fe³⁺)₂O₅的铁氧体型矿物(铁氧体或钙铁石或C4AF)。在某些实施方式中，硅酸钙组成物仅由无定形相组成。在某些实施方式中，硅酸钙仅由结晶相组成。在某些实施方式中，一些硅酸钙组成物以无定形相存在，一些以结晶相存在。

需要注意，本发明的硅酸钙组成物优选为不水合。但是，可以存在少量的可水合的硅酸钙相(例如，C₂S、C₃S和CaO)。C₂S当暴露于水时水合动力学缓慢，并且在CO₂固化过程期间迅速转化为CaCO₃。C₃S和CaO当暴露于水时迅速水合，由此应当限制为<5质量％。

在某些优选的实施方式中，硅酸钙组成物的元素Ca与元素Si的摩尔比为约0.80至约1.20。在某些优选的实施方式中，组成物的Ca与Si的摩尔比为约0.85至约1.15。在某些优选的实施方式中，组成物的Ca与Si的摩尔比为约0.90至约1.10。在某些优选的实施方式中，组成物的Ca与Si的摩尔比为约0.95至约1.05。在某些优选的实施方式中，组成物的Ca与Si的摩尔比为约0.98至约1.02。在某些优选的实施方式中，组成物的Ca与Si的摩尔比为约0.99至约1.01。

硅酸钙组成物中包含的Al、Fe和Mg的金属氧化物大体控制为少于约30％。在某些优选的实施方式中，组成物中Al、Fe和Mg的金属氧化物占总氧化物质量的约20％以下。在某些优选的实施方式中，组成物中Al、Fe和Mg的金属氧化物占总氧化物质量的约15％以下。在某些优选的实施方式中，组成物中Al、Fe和Mg的金属氧化物占总氧化物质量的约12％以下。在某些优选的实施方式中，组成物中Al、Fe和Mg的金属氧化物占总氧化物质量的约10％以下。在某些优选的实施方式中，组成物中Al、Fe和Mg的金属氧化物占总氧化物质量的约5％以下。

这些硅酸钙相中的每种都适合于用CO₂碳酸化。在下文中，适合于碳酸化的离散的硅酸钙相将被称作反应相。

各种反应相可以占总体反应相的任何适合的量。在某些优选的实施方式中，CS反应相的量为约10至约60wt％(例如，约15wt％至约60wt％、约20wt％至约60wt％、约25wt％至约60wt％、约30wt％至约60wt％、约35wt％至约60wt％、约40wt％至约60wt％、约10wt％至约50wt％、约10wt％至约40wt％、约10wt％至约30wt％、约10wt％至约25wt％、约10wt％至约20wt％)；C₃S₂为约5至50wt％(例如，约10wt％至50wt％、约15wt％至50wt％、约20wt％至50wt％、约30wt％至50wt％、约40wt％至50wt％、约5wt％至40wt％、约5wt％至30wt％、约5wt％至25wt％、约5wt％至20wt％、约5wt％至15wt％；并且C₂S为约5wt％至60wt％(例如，约10wt％至约60wt％、约20wt％至约60wt％、约25wt％至约60wt％、约30wt％至约60wt％、约35wt％至约60wt％、约40wt％至约60wt％、约5wt％至约50wt％、约5wt％至约40wt％、约5wt％至约30wt％、约5wt％至约25wt％、约5wt％至约20wt％、约5wt％至约20wt％)，以及C为约0wt％至3wt％(例如，0wt％、1wt％以下、2wt％以下、3wt％以下、约1wt％至2wt％、约1wt％至3wt％、约2wt％至3wt％)。

在某些实施方式中，反应相包含硅酸钙系无定形相，例如，无定形相为全部相质量的约40％以上(例如，约45％以上、约50％以上、约55％以上、约60％以上、约65％以上、约70％以上、约75％以上、约80％以上、约85％以上、约90％以上、约95％以上)。需要注意，无定形相可以另外并入原材料中存在的杂质离子。

本发明的硅酸钙组成物适合于用CO₂碳酸化。特别地，硅酸钙组成物适合于在约30℃至约90℃的温度下用CO₂碳酸化形成CaCO₃，质量增加约20％以上。质量增加反映出碳酸化产物中的CO₂净固存。在某些优选的实施方式中，组成物适合于在约30℃至约90℃(例如，约40℃至约90℃、约50℃至约90℃、约60℃至约90℃、约30℃至约80℃、约30℃至约70℃、约30℃至约60℃、约40℃至约80℃、约40℃至约70℃、约40℃至约60℃)的温度下用CO₂碳酸化形成CaCO₃，质量增加10％以上(例如，15％以上、20％以上、25％以上、30％以上)。

前体硅酸钙组成物通常以粉末形式使用，该粉末形式的平均粒度(d50)为约8μm至约25μm，其中10％的颗粒(d10)尺寸为小于约0.1μm至约3μm，并且90％的颗粒(d90)尺寸大于约35μm至约100μm。

在某些实施方式中，选择d90:d10的比率以使粉末流动提高或浇铸用水量下降。在某些实施方式中，选择d50:d10的比率以使反应性提高、改善堆积或使浇铸用水量下降。在某些实施方式中，选择d90:d50的比率以使反应性提高、改善堆积或使浇铸用水量下降。

可以使用任何适合的填料颗粒，例如含氧化钙材料或含二氧化硅材料。示例性的填料颗粒包括石灰、石英(包括砂)、硅灰石、硬硅钙石、煅烧油页岩、飞灰或火山灰、窑炉烟尘、研磨粘土、浮石粉尘。还可以使用诸如工业废料(例如飞灰、炉渣、硅灰)的材料作为填料。在某些优选实施例中，还可以使用诸如珍珠岩或蛭石的轻质集料作为填料。在某些优选实施例中，填料颗粒由诸如研磨石灰的富氧化钙材料制成。

包含氧化钙或二氧化硅的填料颗粒的粒度(d₅₀)在约0.25μm至约200μm的范围内(例如，约0.25μm至约150μm、约0.25μm至约100μm、约0.25μm至约50μm、约0.25μm至约20μm、约0.25μm至约10μm、约0.5μm至约200μm、约1μm至约200μm、约5μm至约200μm、约10μm至约200μm、约20μm至约200μm、约50μm至约200μm)。

在某些实施方式中，填料颗粒选自粒度在约0.5μm至约300μm范围内(例如，约1μm至约300μm、约5μm至约300μm、约10μm至约300μm、约50μm至约300μm、约100μm至约300μm、约0.5μm至约200μm、约0.5μm至约100μm、约0.5μm至约50μm、约0.5μm至约20μm、约0.5μm至约10μm、约0.5μm至约5μm)的飞灰、底灰、炉渣。

在某些实施方式中，填料颗粒选自粒度在约1μm至约500μm范围内(例如，约1μm至约400μm、约1μm至约300μm、约1μm至约200μm、约1μm至约100μm、约1μm至约50μm、约1μm至约30μm、约5μm至约500μm、约10μm至约500μm、约20μm至约500μm、约50μm至约500μm、约100μm至约500μm、约200μm至约500μm)的石灰石、硅粉和石英。

在某些实施方式中，填料颗粒选自粒度在约20μm至约500μm范围内(例如，约20μm至约400μm、约20μm至约300μm、约20μm至约200μm、约20μm至约100μm、约50μm至约500μm、约100μm至约500μm、约200μm至约500μm、约300μm至约500μm)的轻质集料。

在某些实施方式中，硬化控制掺混剂选自葡萄糖酸盐和蔗糖。在某些实施方式中，分散/粘度改性剂是聚羧酸盐系材料。

在示例性实施方式中，研磨硅酸钙是研磨硅灰石，填料颗粒包含研磨石灰石和二氧化硅，活化剂是研磨石灰，硬化控制掺混剂是葡萄糖酸盐，粘度改性剂是聚羧酸盐系材料，并且充气剂是铝浆。

应该理解，能够采用本文中公开的硅酸钙组成物、相和方法来使用硅酸镁相代替硅酸钙相或除硅酸钙相之外还使用硅酸镁相。本文中使用的术语“硅酸镁”指代包含一组含镁硅化合物中的一种以上的天然存在的矿物质或合成材料，该含镁硅化合物包括例如Mg₂SiO₄(还称为“镁橄榄石”)和Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂(还称为“滑石”)，其中材料可以包括一种以上其他金属离子和氧化物(例如钙、铝、铁或锰氧化物)或其掺混物，或者可以包括一定量的呈天然存在的形式或合成形式的硅酸钙，其量的范围为痕量(1重量％)至约50重量％以上。

本发明的空心制品能够制造成各种大小和尺寸。典型的空心板挤出物在切割为在建筑施工中直接使用的较小长度之前，可以为300至500英尺长、甚至长达1000英尺，4英尺宽。预制混凝土箱型涵洞可以小至2英尺乘3英尺，或者大至12英尺乘12英尺。箱型涵洞的壁厚度在4英寸至12英寸之间变化。预制混凝土管可以小至直径1英尺、壁厚2英寸，或者大至直径9英尺、壁厚10英寸。

一个以上的空心或通道、孔道或中空空间是重要特征，并且影响空心制品的总体特性和性能，包括总体重量、机械性质和功能性。空心制品根据需要，可以具有约1至约10以上(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10)个孔道或通道。孔道或通道可以采取各种形状(例如，圆形、椭圆形、多边形、矩形或正方形)。孔道或通道的数量、形状、尺寸和构造会影响空心制品的各种机械性质。如本文中更详细地讨论的，能够利用孔道或通道的数量、形状、尺寸和构造而有利于制造，例如，为加速固化过程并且实现更均匀的固化。

取决于期望的性质和考虑的应用，孔道或通道可以占空心制品的总体积的任何适合的比例，例如，空心制品总体积的约5vol.％至约95vol.％(例如，约10vol.％至约95vol.％、约20vol.％至约95vol.％、约30vol.％至约95vol.％、约50vol.％至约95vol.％、约70vol.％至约95vol.％、约5vol.％至约90vol.％、约5vol.％至约70vol.％、约5vol.％至约50vol.％、约5vol.％至约30vol.％、约5vol.％至约20vol.％)。

在某些优选的实施方式中，制品嵌入有一个以上嵌入主体内的强化单元。一个以上的强化单元可以是棒、丝或线缆、或其组合。在某些实施方式中，一个以上的强化单元由铁、钢、聚合材料、玻璃或其组合制成。在某些优选的实施方式中，一个以上的强化单元是预应力式的。

强化单元可以是实心棒、丝或线缆。强化单元可以采取任何适合的物理尺寸，例如，作为横截面直径约1/4英寸至约3英寸(例如，约1/4英寸至约2又1/2英寸、约1/4英寸至约2英寸、约1/4英寸至约1又1/2英寸、约1/4英寸至约1英寸、约1/2英寸至约3英寸、约1英寸至约3英寸、约1又1/2英寸至约3英寸、约2英寸至约3英寸)并且长度长达约40英尺以上(例如，约50英尺、约80英尺、约100英尺以上)的实心棒、作为横截面直径约1/4英寸至约4英寸(例如，约1/4英寸至约3又1/2英寸、约1/4英寸至约3英寸、约1/4英寸至约2又1/2英寸、约1/4英寸至约2英寸、约1/4英寸至约1英寸、约1/2英寸至约4英寸、约1英寸至约4英寸、约1又1/2英寸至约4英寸、约2英寸至约4英寸、约3英寸至约4英寸)并且长度长达约100英尺以上(例如，约120英尺、约150英尺、约200英尺以上)的软线缆。

线缆可以由多根丝或线束集在一起。强化单元可以由具有所需特性的材料制成，例如铁、钢、聚合材料、玻璃或其组合。在某些优选的实施方式中，强化单元是钢筋。在某些优选的实施方式中，强化单元是钢缆。在某些优选的实施方式中，强化单元是钢丝。

复合材料中还可以包含化学掺混剂；例如，塑化剂、缓凝剂、促凝剂、分散剂和其他流变改性剂。也可以包括某些市售的化学掺混剂，诸如Chemicals的Glenium^TM 7500以及Dow Chemical Company的Acumer^TM。在某些实施方式中，取决于期望的复合材料，一种以上颜料可以均匀地分散或大致不均匀地分散于结合基质中。颜料可以是任何适合的颜料，包括例如各种金属的氧化物(例如黑色氧化铁、氧化钴及氧化铬)。颜料可以是任何颜色，例如选自黑色、白色、蓝色、灰色、粉红色、绿色、红色、黄色及褐色的颜色。取决于期望的复合材料，颜料可以以任何适合量存在，例如约0.0重量％至约10重量％范围内的量。

在某些实施方式中，取决于期望的复合材料，颜料可以均匀地分散或大致不均匀地分散于结合基质中。颜料可以是任何适合的颜料，包括例如各种金属的氧化物(例如黑色氧化铁、氧化钴及氧化铬)。颜料可以是任何颜色，例如选自黑色、白色、蓝色、灰色、粉红色、绿色、红色、黄色及褐色的颜色。取决于期望的复合材料，颜料可以以任何适合量存在，例如约0.0重量％至约10重量％范围内(例如，约0.0％至约8％、约0.0％至约6％、约0.0％至约5％、约0.0％至约4％、约0.0％至约3％、约0.0％至约2％、约0.0％至约1％、约0.0％至约0.5％、约0.0％至约0.3％、约0.0％至约2％、约0.0％至约0.1％)的量。

在另一个方面中，本发明大体涉及一种制品的制造方法。所述方法包括：混合微粒组成物与液体组成物以形成混合物；在混合物中嵌入强化单元；在模具中浇铸或挤出或以其他方式形成混合物，以产生浇铸的或挤出的或其他方式的成形体，该成形体具有嵌入其中的强化单元以及露出一个以上表面并且能够与主体壁的内部流体连通的在成形体中的一个以上内部孔道或通道；在一个以上内部孔道或通道中保持CO₂和/或水蒸汽的气氛；以及在水和或CO₂的气氛下、在约20℃至约150℃的范围内的温度下固化浇铸的或挤出的主体约1小时至约80小时，所述气氛具有环境大气压力至高于环境大气压力约60psi的范围内的压力并且具有从约10％至约90％的范围内的CO₂浓度。微粒组成物包括中值粒径在约1μm至约100μm范围内的研磨硅酸钙，该研磨硅酸钙包含合成的硅灰石、假硅灰石、硅钙石、钙铝黄长石、斜硅钙石和硅酸三钙石中的一种以上。液体组成物包括水。

在某些优选的实施方式中，形成混合物的步骤包括/涉及在混合机中混合集料、砂、硅酸钙和水。混合机可以是混合传统混凝土中通常使用的任意类型的混合机。充分混合集料、砂和足够稍微润湿固体的水。接下来，向配合料中加入硅酸钙和剩余的水，以及任意的掺混物。将混合物充分混合并且调整水量，从而实现所需的湿度水平。

在某些优选的实施方式中，在配置为产生浇铸的或挤出的或其他方式的具有一个以上内部孔道或通道的成形体的模具中浇铸或挤出浆料混合物的步骤包括/涉及将混合物倒入模具或挤出机。例如，在制造铸件的情形中，为了促使去除滞留的空气并且促进颗粒重排以使混合物密实，可以通过振动模具或者通过在模具内的混合物中插入振动棒来振动混合物。在挤出的情形中，挤出机可以是固定的或移动的。固定的挤出机推动混合物通过通道，将混合物成形为所需形状，并且促进颗粒重排以使制品密实。将制品从挤出机内的模具中推出，从而可以将其切割成所需长度，并且堆积制品用于固化。移动的挤出机对着固定的挡块推动混合物通过通道，将混合物成形为所需形状。随着混合物被对着固定的挡块推动，混合物内部的压力提高，颗粒重排并且使混合物密实。随着越来越多的材料被挤出，压紧的混合物沿着挤出机床推动挤出机。

在某些优选的实施方式中，在一个以上内部孔道或通道内保持CO₂和水蒸汽的气氛的步骤包括/涉及使气氛保持在孔道或通道中和/或围绕制品的外部；循环所保持的CO₂和/或水蒸汽气氛；从所保持的气氛中去除水蒸汽或向其中加入水蒸汽；以及加热所保持的气氛。为了实现快速和/或均匀的固化，可以设计孔道和通道的数量、形状、尺寸和构造，从而增加CO₂和水蒸汽与挤出体的壁的接触面积。一般地，随着固化的进行，在保持的气氛内和制品自身内部会产生温度和浓度梯度。识别并且控制这些梯度以实现制品的均匀固化。例如，可以控制CO₂和水蒸汽的气流，使得气流在从内部孔道或通道中以及制品外部通过时在相反方向上振荡以逆转梯度，从而使温度和浓度梯度的效果在整个固化阶段达到平均。

在某些优选的实施方式中，浇铸体或挤出体的固化步骤包括/涉及使制品与CO₂和/或水蒸汽的气氛接触一段时间。

可以根据所需的最终产品调整固化温度和时间，例如在水和CO₂的气氛下，在约20℃至约150℃范围内(例如，约20℃至约140℃、约20℃至约120℃、约20℃至约100℃、约20℃至约90℃、约20℃至约80℃、约20℃至约70℃、约20℃至约60℃、约30℃至约100℃、约30℃至约90℃、约30℃至约80℃、约30℃至约70℃、约30℃至约60℃)的温度下进行约1小时至约80小时(例如，约1小时至约70小时、约1小时至约60小时、约6时至约80小时、约6小时至约70小时、约6小时至约60小时、约10小时至约80小时、约10小时至约70小时、约10小时至约60小时、约15小时至约60小时、约15小时至约50小时、约20小时)。

可以调整固化过程的相对湿度环境以适应所需效果，例如，相对湿度范围为约10％至约98％(例如，约20％至约98％、约30％至约98％、约50％至约98％、约80％至约98％、约90％至约98％、约10％至约90％、约10％至约70％、约10％至约50％、约10％至约40％、约10％至约30％、约10％至约20％)，CO₂压力范围为约环境大气压力至高于环境大气压力约100psi(例如，约环境大气压力至高于环境约90psi、约环境大气压力至高于环境约80psi、约环境大气压力至高于环境约70psi、约环境大气压力至高于环境约60psi、高于环境约20psi至高于环境约100psi、高于环境约30psi至高于环境约100psi)并且CO₂浓度范围为约10％至约90％以上(例如，约20％至约90％、约30％至约90％、约40％至约90％、约10％至约70％、约10％至约50％)，从而生产展现均匀、均质且多孔结构的复合材料。

在如本发明的一些实施方式的示例性生产中，使用的材料为研磨硅酸钙。

研磨硅酸钙可以具有的中值粒度为约1μm至约100μm(例如，约1μm至约80μm、约1μm至约60μm、约1μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、约1μm至约10μm、约5μm至约90μm、约5μm至约80μm、约5μm至约70μm、约5μm至约60μm、约5μm至约50μm、约5μm至约40μm、约10μm至约80μm、约10μm至约70μm、约10μm至约60μm、约10μm至约50μm、约10μm至约40μm、约10μm至约30μm、约10μm至约20μm、约1μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm)，容积密度为约0.5g/mL至约3.5g/mL(疏松，例如0.5g/mL、1.0g/mL、1.5g/mL、2.0g/mL、2.5g/mL、2.8g/mL、3.0g/mL、3.5g/mL)以及约1.0g/mL至约1.2g/mL(密实)，表面积为约1.5m²/g至约3.5m²/g(例如，1.5m²/g、2.0m²/g、2.3m²/g、2.5m²/g、2.8m²/g、3.0m²/g、3.2m²/g、3.5m²/g)。

在某些优选的实施方式中，微粒组成物包含研磨硅酸钙材料的约10wt.％至约95wt.％(例如，约20wt.％至约95wt.％、约30wt.％至约95wt.％、约50wt.％至约95wt.％、约60wt.％至约95wt.％、约20wt.％至约90wt.％、约20wt.％至约80wt.％、约20wt.％至约70wt.％、约30wt.％至约80wt.％、约50wt.％至约80wt.％)。

由此，可以制定固化条件的各种组合，包括可变的反应温度、压力和反应长度，从而实现期望的生产方法。在第一示例性实施方式中，水以液体形式伴随CO₂气体输送至已经在烘箱中预先干燥的制品，并且在约90℃及约20psig(即，高于环境压力20psi)下进行固化过程约48小时。在第二示例性实施方式中，在前体材料中存在水(例如，作为先前的混合步骤的残留水)，将CO₂气体输送至制品，并且在约60℃及0psig(环境大气压力)下进行固化过程约19小时。在第三示例性实施方式中，将水以蒸汽形式伴随CO₂输送至制品，并且在约90℃及约20psig(高于环境大气压力20psi)下进行固化过程约19小时。

需要注意，能够基于本文的公开，微调制品的性能、生产时间和规模，例如，通过调整固化技术(例如，CO₂输送、系统压力和温度)以及混合物的比例和成分。

除了所使用的材料和制造过程提供了有利的环境和经济利益之外，本发明的空心制品还提供在性能上优于由传统混凝土制成的空心产品的多种优势，例如，能够在比使用普通波特兰水泥制成的预制混凝土制品的情形更短的时间内实现优秀的稳定性质。

结合单元、结合基质以及复合材料

化学讨论

本发明提供了用于制造主要通过CO₂消耗反应固化的新型复合材料的装置和方法。该材料展现了有用的性质，并且能够容易地从可广泛获得的低成本前体材料、利用适于大规模生产的方法生产，具有最小的环境影响。前体材料包括来源丰富且价格低廉的富硅酸钙组成物、细颗粒和粗颗粒。硅酸钙组成物可以由包含各种硅酸钙相(包括例如CS、C₃S₂、C₂S和硅酸钙系无定形相)的研磨产品组成。细颗粒和粗颗粒可以包含研磨石灰石或其他碳酸钙系材料、研磨石英或其他SiO₂系材料、砂和压碎岩。细颗粒和粗颗粒也可以包含压碎矿物，所述矿物诸如花岗岩、云母和长石。其他工艺组分包括水和CO₂。为了对所得复合材料的物理外观和/或机械特性进行微调，能够使用各种添加剂，诸如选自颜料(例如，黑色氧化铁、氧化钴和氧化铬)、有色玻璃和/或有色石英中的一种以上的添加剂。还可以使用关于减少用水量和改变流变能力的添加剂。

如本文中所公开，能够通过使用高能效的热液液相烧结(HLPS)工艺，产生将复合材料的各种组分保持在一起的结合单元，来生产复合材料。复合材料能够以低成本及有利的环境影响来制造。例如，在本发明的优选实施方式中，CO₂用作反应性物种，在生产的复合材料中获得了CO₂的固存以及结合单元的形成，并且其碳足迹是任何现有的生产技术无法比拟的。HLPS过程由化学反应的自由能和晶体生长导致的表面能(面积)减少热力学地驱动。因为使用溶液(水溶液或非水溶液)代替高熔点流体或高温固态介质来输送反应性物种，所以HLPS过程的动力学在低温下以合理的速率进行。

关于HLPS的各种方面的论述可见于美国专利号8,114,367、美国公开号US 2009/0143211(申请序列号12/271,566)、美国公开号US 2011/0104469(申请序列号12/984,299)、美国公开号2009/0142578(申请序列号12/271,513)、美国公开号2013/0122267(申请序列号13/411,218)、美国公开号2012/0312194(申请序列号13/491,098)、WO 2009/102360(PCT/US2008/083606)、WO 2011/053598(PCT/US2010/054146)、WO 2011/090967(PCT/US2011/021623)、2012年10月1日提交的美国临时申请号61/708,423、以及2013年10月3日提交的美国专利申请号14/045,758、14/045,519、14/045,766、14045540；2014年3月12日提交的美国专利申请号14/207,413、14/207,421；2014年3月13日提交的美国专利申请号14/207,920、14/209,238；2014年6月4日提交的美国专利申请号14/295,601,14/295,402，各案通过引用以其整体用于所有目的特此并入本文。

本文中使用的术语“硅酸钙组成物”指代包含一组含硅酸钙化合物中的一种以上的天然存在的矿物质或合成材料，该含硅酸钙化合物包括CS(硅灰石或假硅灰石，并且有时化学式为CaSiO₃或CaO·SiO₂)、C₃S₂(硅钙石，并且有时化学式为Ca₃Si₂O₇或3CaO·2SiO₂)、C₂S(斜硅钙石(belite)β-Ca₂SiO₄、斜硅钙石(larnite)β-Ca₂SiO₄或变硅灰石(bredigite)，α-Ca₂SiO₄或γ-Ca₂SiO₄，并且有时化学式为Ca₂SiO₄或2CaO·SiO₂)、富硅酸钙无定形相，其中各个材料可以包括一种以上其他金属离子和氧化物(例如铝、镁、铁或锰氧化物)或其掺混物，或者可以包括一定量的呈天然存在的形式或合成形式的硅酸镁，其量的范围为痕量(1重量％)至约50重量％以上。图1至图8是示出一些上述材料的各种相之间的相互关系的相图。

应该理解，能够采用本文中公开的组成物及方法来使用硅酸镁相代替硅酸钙相或除硅酸钙相之外还使用硅酸镁相。本文中使用的术语“硅酸镁”指代包含一组含镁硅化合物中的一种以上的天然存在的矿物质或合成材料，该含镁硅化合物包括例如Mg₂SiO₄(还称为“镁橄榄石”)、Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂(还称为“滑石”)和CaMgSiO₄(还称为“钙镁橄榄石”)，其中各个材料可以包括一种以上其他金属离子和氧化物(例如钙、铝、铁或锰氧化物)或其掺混物，或者可以包括一定量的呈天然存在的形式或合成形式的硅酸钙，其量的范围为痕量(1重量％)至约50重量％以上。

本文中使用的术语“石英”指代任何SiO₂系材料，包括普通砂(建筑及石工)以及玻璃和回收玻璃。该术语还包括含有大量SiO₂的任何其他回收的天然材料及合成材料(例如，有时化学式为KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂的云母)。

在某些优选实施方式中，多个结合单元由研磨硅酸钙组成物经化学转化而成，所述化学转化是经由气相HLPS方法使所述研磨硅酸钙组成物与CO₂发生反应。

在某些实施方式中，复合材料的特征是压缩强度为约90MPa至约175MPa(例如，约90MPa至约150MPa、约90MPa至约140MPa、约90MPa至约130MPa、约90MPa至约120MPa、约90MPa至约110MPa、约100MPa至约175MPa、约120MPa至约175MPa、约130MPa至约175MPa、约140MPa至约175MPa、约150MPa至约175MPa、约160MPa至约175MPa)。

在某些实施方式中，复合材料的特征是挠曲强度为约5MPa至约30MPa(例如，约5MPa至约25MPa、约5MPa至约20MPa、约5MPa至约15MPa、约5MPa至约10MPa、约10MPa至约30MPa、约20MPa至约30MPa、约25MPa至约30MPa)。

在某些实施方式中，复合材料的特征是吸水率小于约10％(例如，小于约8％、5％、4％、3％、2％或1％)。

复合材料可以显示期望的纹理、图案和物理性质的一种以上，特别是属于天然石材的特性的纹理、图案和物理性质。在某些优选实施方式中，复合材料展现与天然石材相似的视觉图案。其他特性包括颜色(例如，黑色、白色、蓝色、粉红色、灰色(浅灰至深灰)、绿色、红色、黄色、褐色、青色(蓝绿色)或紫色)和纹理。

仪器和工艺讨论

CO₂控制

在所描述的实施方式中，使用由各个不同的工业气体公司(诸如，Praxair,Inc.、Linde AG、Air Liquide及其他公司)提供的约99％的纯度的工业级CO₂。此供应能够以液态二氧化碳的形式储存于大型加压储料罐中，将液态二氧化碳调控在使其保持约300PSIG的气压的温度下。然后将此气体管送至CO₂固化壳体(enclosure)或腔室。在最简单的系统中，CO₂以足以置换壳体中的环境空气的速率流过壳体。一般来说，吹扫(purge)时间取决于壳体的大小和供应CO₂气体的速率。在许多系统中，吹扫空气的壳体的过程以按分钟计的多次进行，以得到能够在其后进行固化的合理水平的CO₂浓度。在简单系统中，随后以预定速率向系统中供给CO₂气体，从而保持足以驱动固化反应的CO₂浓度。

作为实例，现在描述用于在反应期间维持二氧化碳浓度的方法，该方法非常适合于保持高度一致的浓度，尽管其是“闭环”过程，是趋向于最昂贵的技术。该方法直接使用在系统中测量的CO₂浓度，并且使用诸如PLC的控制器、通过电子/自动控制阀将CO₂浓度控制在设定点。应当优选地采用诸如NDIR的直接测量CO₂的测量技术。在NDIR测量方法中，经由低流量泵将气体样品流从系统抽出。在气流由NDIR设备取样前，冷却器用于从气流抽取出水分。因此，由分析器提供的测量漏算气流的水蒸汽组分，并且需要调整为包括已从测试样品移除的湿度。系统气流中的湿度测量能够使用干湿球湿度技术、使用干球湿球湿度测量装置、或使用不同类型的湿度传感器进行。能够使用计算机控制系统或PLC计算真正的CO₂浓度。一旦得知真正的CO₂浓度，当CO₂已经消耗并且低于当时所需的设定点时，致动比例控制阀能够将干燥CO₂添加至系统中。在各种实施方式中，如果需要的话，设定点可以基于复合材料样本固化的具体组成、形状及尺寸的经验而随时间变化。

湿度控制

图9是根据本发明的原理进行加湿的CO₂复合材料固化腔室的示意图。在图9中，设置水供应器，并且将水蒸汽加入在固化腔室内循环的气氛。水可以是任意方便的饮用水源。在一些实施方式中，使用普通自来水。在一些实施方式中，水能够通过流过雾化喷嘴或雾化喷雾喷嘴、电蒸汽产生器、燃气蒸汽产生器、或者通过加热至高于腔室的气体温度而转化成蒸汽，从而从液态水供应器产生蒸发，实例为具有浸没加热器的鼓式反应器。在又一实施方式中，CO₂供应可以在通过加热的水供应器鼓泡之后流入系统中，以增加进入的气流的相对湿度，实例为配置用于“流过”或“开环”过程的鼓式反应器。

相对湿度是传统混凝土固化和CO₂复合材料固化两者中的重要参数。在传统固化腔室中，存在主要由氮气、氧气及水蒸汽组成的湿气气氛。在这些系统中，相对湿度最常由标准电容式传感器技术测量。然而，CO₂固化腔室具有主要由与这些传感器的一些类型不兼容的二氧化碳组成的气氛。传感技术，诸如利用二氧化碳与水蒸汽的湿度比的干球湿球技术、或偶极子极化水蒸汽测量设备、或冷镜式湿度计、或电容式湿度传感器，能够用于本文中描述的CO₂复合材料固化系统。

取决于固化的产物的类型及几何形状、腔室的设计及腔室中的产物的充填效率，湿度可能需要降低或提高并调节至特定设定点。设定点可以在从1％至99％的相对湿度的任意范围。在能够组合至单个系统的CO₂复合材料固化过程中，可存在三种不同的用于湿度控制的方法。在CO₂固化系统的一个实施例中增湿的方法表示于图9中。另一方法，需要从系统移除水分以用CO₂固化混凝土产物。降低相对湿度的简单方法是通过用干燥气体，诸如二氧化碳，代替系统中的湿气。在又另一个实施方式中，能够通过非吹扫方法降低相对湿度并因此从气体移除水蒸汽，该方法在一个优选实施例中为进行水萃取的冷却热交换器。

图10是固化腔室的示意图，该固化腔室具有多种湿度控制方法以及使用恒定流量或压力调控来控制并补充CO₂，并且能够根据本发明的原理控制温度。此系统是能够提供闭环控制或者使用反馈控制的系统的示例，其中设置了诸如CO₂浓度、湿度和温度的运行参数在过程周期中特定时间期望的设定值，并且进行测量，以判断受控参数的真实值是否是期望值。如果测量到与期望值的偏差，则进行校正措施以使参数的值与期望值相一致。这样的控制系统昂贵且复杂，对于高价值产品或者需要非常精密的加工条件的产品可能是有用的。

温度控制

在一些实施例中，使用诸如热电偶或RTD的传感器测量温度。测量信号导回至能够调控进入热交换器的能量的控制器或计算机，从而随时间调整整个系统的温度。鼓风机是加热系统的重要组件，因为鼓风机能够帮助将热能传送至气体，该气体自身传送至产物和腔室，并且是样品的受控水分的重要部分。加热方法可以是电热或气体燃烧。护套加热器可以用于控制流过与加热套接触的腔室的CO₂的温度，能够使用任何方便的热源。外部加热的方式可以包括但不限于电加热、热水加热或热油加热。对于CO₂固化腔室，迄今为止利用间接燃气系统，并且避免直接燃气燃烧器，因为直接燃气燃烧器会将空气及燃烧产物吸入系统中，从而稀释CO₂并使CO₂浓度控制出现问题。诸如筒式反应器的一些更小规模的系统利用电护套加热器而非腔室内的加热元件加热腔室的整个表面。

气流控制

另一控制参数为跨过系统中待固化材料的气体速度。该气体速度极为依赖于加工设备的变量，包括但不限于腔室设计、挡板设计、风扇尺寸、风扇速度/功率、风扇数目、系统内的温度梯度、系统内的机架设计和系统内的样品几何形状。控制腔室内的气体速度的最简单方法是通过调整鼓风机速度(RPM)，该方法通常通过利用变频驱动来控制鼓风机马达速度而进行。鼓风机可以用于在固化腔室中以所需速度循环气体。系统中的气体速度在系统中经由各种不同技术测量，包括但不限于皮托管测量和激光多普勒检测系统。气体速度的测量信号可以发送回电脑系统或可编程逻辑控制器，并且可以用作固化曲线中的控制参数。

复合材料的制备方法

这里描述复合材料的制备方法。所述方法包括：混合微粒组成物与液体组成物以形成浆料混合物；通过在模具中浇铸浆料、在模具中压制浆料、在振动模具中压制浆料、挤出浆料、滑动成型浆料或使用混凝土生产中常见的任意其他成型方法将浆料混合物形成为所需形状，并且在约20℃至约150℃范围内的温度下、在包含水和CO₂的蒸汽下将所形成的浆料混合物固化约1小时至约80小时，以生产展现纹理和/或图案以及涉及压缩强度、挠曲强度、密度、耐降解性等的期望的物理性质的复合材料，该蒸汽具有约环境大气压力至高于环境大气压力约50psi范围内的压力、并且具有从10％至约90％范围内的CO₂浓度。

微粒组成物包括平均粒径在约1μm至约100μm范围内的研磨硅酸钙组成物。除此之外，微粒组成物可以包括平均粒径在约3μm至约25mm范围内的研磨碳酸钙或含SiO₂材料。液体组成物包括水及水溶性分散剂。

方法可进一步包括在固化浇铸的混合物之前干燥浇铸的混合物的步骤。微粒组成物进一步包含如本文中所论述的颜料或着色剂。

在某些实施方式中，在约30℃至约120℃范围内的温度下、在包含水和CO₂的蒸汽下对形成的浆料混合物进行固化约1小时至约70小时，该蒸汽具有约环境大气压力至高于环境大气压力约30psi的范围内的压力。

在某些实施方式中，在约60℃至约110℃范围内的温度下、在包含水和CO₂的蒸汽下对形成的浆料混合物进行固化约1小时至约70小时，该蒸汽具有约环境大气压力至高于环境大气压力约30psi的范围内的压力。

在某些实施方式中，在约80℃至约100℃范围内的温度下、在包含水和CO₂的蒸汽下对形成的浆料混合物进行固化约1小时至约60小时，该蒸汽具有约环境大气压力至高于环境大气压力约30psi的范围内的压力。

在某些实施方式中，在等于或小于约60℃的温度下、在包含水和CO₂并且具有环境大气压力的蒸汽下对形成的浆料混合物进行固化约1小时至约50小时。

例如，在一些实施方式中，研磨硅酸钙组成物的平均粒度为约1μm至约100μm(例如，约1μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm)，容积密度为约0.5g/mL至约3.5g/mL(疏松，例如0.5g/mL、1.0g/mL、1.5g/mL、2.0g/mL、2.5g/mL、2.8g/mL、3.0g/mL、3.5g/mL)以及约1.0g/mL至约1.2g/mL(密实)，布莱恩(Blaine)表面积为约150m²/kg至约700m²/kg(例如，150m²/kg、200m²/kg、250m²/kg、300m²/kg、350m²/kg、400m²/kg、450m²/kg、500m²/kg、550m²/kg、600m²/kg、650m²/kg、700m²/kg)。

在某些优选实施方式中，液体组成物包含水和包含聚合物盐(例如，丙烯酸均聚物盐)的水溶性分散剂，该聚合物盐的浓度为液体组成物的约0.1％至约2％w/w。

根据本文中公开的方法制备的复合材料能够展现约3.0MPa至约30.0MPa(例如，约3MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa)的压缩强度，以及约0.3MPa至约4.0MPa(例如，约0.3MPa、0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa)的挠曲强度。

还描述了一种以上由复合材料制成的制品。

可以使用任何适合的前体材料，包括例如由CS(硅灰石或假硅灰石，并且有时化学式为CaSiO₃或CaO·SiO₂)、C₃S₂(硅钙石，并且有时化学式为Ca₃Si₂O₇或3CaO·2SiO₂)、C₂S(斜硅钙石(belite)β-Ca₂SiO₄、斜硅钙石(larnite)β-Ca₂SiO₄或变硅灰石(bredigite)，α-Ca₂SiO₄或γ-Ca₂SiO₄，并且有时化学式为Ca₂SiO₄或2CaO·SiO₂)、以及富硅酸钙无定形相形成的硅酸钙组成物颗粒。据信，钙阳离子从硅酸钙组成物颗粒溶出并且将硅酸钙组成物颗粒的周边部分转化成钙缺陷状态。随着钙阳离子继续从颗粒的周边部分溶出，周边部分的结构最终变得不稳定并且碎裂，从而将颗粒的缺钙周边部分转化成主要富二氧化硅的第一层。同时，主要为碳酸钙的第二层从水中沉淀。

更具体地，第一层及第二层可由前体颗粒根据下列反应(1-3)形成，其中能够使用水作为反应介质而不是反应物(即，不消耗水)：

CaSiO₃(s)+CO₂(g)→CaCO₃(s)+SiO₂(s) (1)

Ca₃Si₂O₇(s)+3CO₂(g)→3CaCO₃(s)+2SiO₂(s) (2)

Ca₂SiO₄(s)+2CO₂(g)→2CaCO₃(s)+SiO₂(s) (3)

例如，在诸如与硅酸钙组成物的硅酸盐矿物的碳酸化反应中，引入气相CO₂，其溶解于诸如水的浸渗液中。CO₂溶解形成酸性碳物种(诸如碳酸，H₂CO₃)，导致溶液中的pH值降低。弱酸性溶液从硅酸钙相中非全等溶解钙物种。钙可以通过类似的机理从含钙无定形相中析出。释放的钙阳离子及解离的碳酸盐物种引起不溶性碳酸盐的沉淀。富二氧化硅层被认为作为钙耗乏层保留于矿物质颗粒上。

因此，根据本发明的优选实施方式，CO₂优选与硅酸钙组成物前体核心的钙阳离子反应，从而将前体核心的周边部分转化成富二氧化硅的第一层和富碳酸钙的第二层。另外，第一层和第二层存在于核心上充当硅酸钙与二氧化碳之间的进一步反应的屏障，从而产生具有核心、第一层及第二层的结合单元。

在一些实施方式中，具有不同于Ca或除Ca之外的金属的硅酸盐材料，例如，镁橄榄石(Mg₂SiO₄)、透辉石(CaMgSi₂O₆)和滑石(Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)，能够以与硅酸钙的反应相似的方式与溶于水的二氧化碳反应，如上所述。据信，这样的硅酸盐材料能够单独、组合和/或与硅酸钙组合用作根据本发明的原理的结合单元的前体。

优选地，气体辅助HLPS方法利用部分浸渗的孔空间以实现气体扩散，从而快速浸渗多孔预成型坯并且利用溶解的CO₂使孔中的稀液界面溶剂膜饱和。CO₂系物种在纯水中具有低溶解度(在25℃、1atm下为1.5g/L)。因此，必须向多孔预成型坯连续供应大量CO₂并且使CO₂遍布于多孔预成型坯中以实现明显的碳酸盐转化。与可溶性CO₂在液相中扩散相同时间的扩散长度相比，利用气相扩散使扩散长度获得巨大的增加(约100倍)。("Handbook ofchemistry and physics",编者:D.R.Lide,第6章和第8章,第87版2006-2007,CRC.)。该部分浸渗状态能够使反应在固定的时段内进行至高碳酸化程度。

孔中的液态水使反应速率加快，原因在于液态水提供了碳酸和钙物种两者的离子化介质。然而，水含量必需足够低，以使CO₂气体能够在溶于孔结合水相之前扩散进入多孔基质中。此外，主动溶解的多孔预成型坯充当扩展反应性晶体生长的模板。因此，结合单元和基质能够在最小的变形及残余应力下形成。除了许多其他应用之外，此方法能够得到大型复杂形状，并获得诸如基础结构及建筑材料所需要的形状。

由此，可以制定固化条件的各种组合，包括可变的反应温度、压力和反应长度，从而实现期望的生产方法。在第一示例性实施方式中，在前体材料中存在水(例如，作为先前的混合步骤的残留水)，并且将液体水与CO₂一起供应至前体材料(例如，保持水含量和/或控制水的蒸发损失)，在约90℃及约20psig(即，高于环境压力20psi)下进行固化过程，时间在约2至90小时的范围内。

在第二示例性实施方式中，在前体材料中存在水(例如，作为先前的混合步骤的残留水)，并且将水蒸汽与CO₂一起供应至前体材料(例如，保持水含量和/或控制水的蒸发损失)，在约90℃及约20psig(即，高于环境压力20psi)下进行固化过程，时间在约2至90小时的范围内。

在第三示例性实施方式中，在前体材料中存在水(例如，作为先前的混合步骤的残留水)，并且将水蒸汽与CO₂一起供应至前体材料(例如在保持水含量和/或控制水的蒸发损失)，在约25至90℃及0psig(环境大气压力)下进行固化过程约2至72小时。

在上述实施方式中，固化复合材料物体所需的时间由水蒸汽和CO₂气体扩散通过物体的能力来判定。一般来说，较厚的物体比较薄的物体需要更长的时间来固化。类似地，密度高(开放孔空间较少)的物体比密度低(开放孔空间较多)的物体需要更长的时间来固化。下表提供了固化时间如何随着所制造的物体的三维最小厚度(或壁厚或截面厚度)以及容积密度而变化的实例。

表1 固化时间和最小厚度的实例

所制造的微观结构讨论

如图11(a)-11(c)中示意性说明，结合单元包括核心(由黑色内部部分表示)、第一层(由白色中间部分表示)和第二层或囊封层(由外部部分表示)。第一层可以包括单独一个层或多个子层并且可以完全或部分地覆盖核心。第一层可以以结晶相、无定形相或其混合相存在，并且可以呈连续相或离散颗粒形式。第二层可以包括单独一个层或多个子层并且还可以完全或部分地覆盖第一层。第二层可以包括多个颗粒或者可以是最少离散颗粒的连续相。

取决于预期的应用，结合单元可以展现任意大小及任意规则或不规则、固体或中空形态。示例性形态包括：立方体、长方体、棱柱体、圆盘、棱锥体、多面体或多面颗粒、圆柱体、球体、圆锥体、环、管、新月体、针、纤维、细丝、薄片、球体、亚球体、珠粒、葡萄状、颗粒状、椭圆形、棒状、波纹状等。

一般而言，如本文更详细论述的，结合单元由反应性前体材料(例如前体颗粒)经过转化过程而产生。前体颗粒可以具有任意大小和形状，只要所述前体颗粒满足预期应用的需要即可。转化过程一般产生具有与前体颗粒相似的大小和形状的对应的结合单元。

在结合基质内，结合单元可以相对于彼此以诸多取向中的任一取向定位。图12(a)-12(f)示意性说明一种示例性结合基质，所述结合基质包括呈不同取向的纤维状或片状结合单元，所述结合单元可以通过并入填充材料来稀释，如结合单元之间的间距所示。例如，图12(a)示出一种结合基质，所述结合基质包括以单向(“1-D”)取向排列(例如相对于x方向排列)的纤维状结合单元。图12(b)示出一种结合基质，所述结合基质包括以双向(“2-D”)取向排列(例如相对于x和y方向排列)的片状结合单元。图12(c)示出一种结合基质，所述结合基质包括以三方向(“3-D”)取向排列(例如相对于x、y和z方向排列)的片状结合单元。图12(d)示出一种结合基质，所述结合基质包括呈随机取向的片状结合单元，其中结合单元不相对于任何特定方向排列。图12(e)示出一种结合基质，所述结合基质包括浓度相对较高的、以3-D取向排列的片状结合单元。图12(f)示出一种结合基质，所述结合基质包括浓度相对较低的、以随机取向定位的片状结合单元(渗滤网络)。图12(f)的复合材料达到渗滤阈值，原因在于大部分结合单元彼此接触，从而从材料一端至另一端形成连续的接触网络。渗滤阈值为临界浓度，高于临界浓度则结合单元显示长程连通性，其中结合单元呈有序取向，例如图12(e)，或呈随机取向，例如图12(f)。连通模式的实例可见于例如Newnham等,"Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites",Mat.Res.Bull.第13卷，第525页至第536页，1978年。

多个结合单元可以由任何适合的前体材料，例如由任何适合的硅酸钙组成物前体经化学转化而成。前体硅酸钙组成物还可以包含铝、镁和铁中的一种以上化学元素。

取决于期望的复合材料，多个结合单元可以具有任何适合的平均粒度和粒度分布。在某些实施方式中，多个结合单元的平均粒度在约1μm至约100μm的范围内(例如，约1μm至约80μm、约1μm至约60μm、约1μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、约1μm至约10μm、约5μm至约90μm、约5μm至约80μm、约5μm至约70μm、约5μm至约60μm、约5μm至约50μm、约5μm至约40μm、约10μm至约80μm、约10μm至约70μm、约10μm至约60μm、约10μm至约50μm、约10μm至约40μm、约10μm至约30μm、约10μm至约20μm)。

在一些情形中，复合材料包括：多个结合单元和多个填料颗粒。每个结合单元包含：主要包含硅酸钙组成物的核心，富二氧化硅的第一层或内层，以及富碳酸钙的第二层或外层。多个结合单元与多个填料颗粒一起形成一个以上结合基质，并且结合单元与填料颗粒大致均匀地分散于其中并且结合在一起，从而使复合材料展现一种以上的纹理、图案和物理性质。在一些情形中，结合单元可以具有硅酸镁的核心，富二氧化硅的第一层或内层，以及富碳酸镁的第二层或外层。硅酸镁可以包含铝、钙、铁或锰氧化物。

多个填料颗粒可以具有任何适合的平均粒度和粒度分布。在某些实施方式中，多个填料颗粒的平均粒度在约5μm至约7mm的范围内(例如，约5μm至约5mm、约5μm至约4mm、约5μm至约3mm、约5μm至约2mm、约5μm至约1mm、约5μm至约500μm、约5μm至约300μm、约20μm至约5mm、约20μm至约4mm、约20μm至约3mm、约20μm至约2mm、约20μm至约1mm、约20μm至约500μm、约20μm至约300μm、约100μm至约5mm、约100μm至约4mm、约100μm至约3mm、约100μm至约2mm、约100μm至约1mm)。

在某些优选实施例中，填料颗粒由诸如石灰石的富碳酸钙材料制成(例如，研磨石灰石)。在某些材料中，填料颗粒由一种以上诸如石英、云母、石墨和长石的SiO₂系或硅酸盐系材料制成(例如，研磨石英、研磨云母、研磨石墨、研磨长石)。

在某些实施方式中，填料颗粒可以包括天然材料、合成材料和回收材料，诸如玻璃、回收玻璃、煤渣、富碳酸钙材料和富碳酸镁材料。

取决于期望的复合材料，(结合单元:填料颗粒)的重量比可以是任何合适的比率，例如在约(10至50):约(50至90)的范围内。

在某些实施方式中，这些复合材料可以显示各种图案、纹理和其他特性，诸如各种颜色的视觉图案。除此之外，本发明的复合材料展现与传统混凝土或相应的天然材料相似的压缩强度、挠曲强度和吸水性质。

在某些实施方式中，复合物还包括颜料。取决于期望的复合材料，颜料可以均匀地分散或大致不均匀地分散于结合基质中。颜料可以是任何适合的颜料，包括例如各种金属的氧化物(例如氧化铁、氧化钴、氧化铬)。颜料可以是任何颜色，例如选自黑色、白色、蓝色、灰色、粉红色、绿色、红色、黄色及褐色的颜色。取决于期望的复合材料，颜料可以以任何适合量存在，例如约0.0重量％至约10重量％范围内(例如，约0.0％至约8％、约0.0％至约6％、约0.0％至约5％、约0.0％至约4％、约0.0％至约3％、约0.0％至约2％、约0.0％至约1％、约0.0％至约0.5％、约0.0％至约0.3％、约0.0％至约2％、约0.0％至约0.1％)的量。

实施例

实施例1使用解吸等温法固化空心板

混合

使用Sicoma TO8系列行星式混合机(型号MP 250/375WWWSW)，混合混凝土配料设计的组分。行星速度为18.5RPM。将293.8kg的1/4"集料形式的填料材料和160.3kg的砂干混合90秒。将5kg水、168gGlenium 7500掺和物(BASF)和120g加气掺和物加入干混合物中，将组成物另外混合90秒。将80.1kg Solidia水泥(Solidia Technologies)(4％假硅灰石、19％硅灰石、13％斜硅钙石、2％方解石和62％无定形氧化物)形式的粘合剂与额外的16kg水一起加入混合机内的湿材料中。将组成物另外混合90秒。用Sartorius MA100水分分析仪测量，发现混合物的最终水分含量为3.68％。将总共三批这样的配合料转移至挤出机，用于空心板的挤出。

挤出

将两根40'长、直径3/8"的钢缆(低松驰7丝绞线，Sumiden Wire Products Corp.)沿着钢制挤出机床的长度拉紧至伸长3”。放置线缆使得其中一个平行地位于板底和孔道1和2之间；并且另一个平行地位于板底和孔道5和6之间。

通过商用Elematic EL 600/8挤出机，使用55RPM的螺旋速度在钢制机床上挤出空心板。挤出的板为18英尺长、4英尺宽、8英寸高，并且包含六个(直径6")空心孔道。相邻的孔道由1.25"厚的壁所间隔。图13示出空心板的照片。

固化

图14是固化装置的示意图。在固化期间，通过在钢制机床的管道中循环热水来加热机床。通过保持在81℃的燃气锅炉来维持热水的温度。钢制机床的顶面温度为大约49℃。来自冷却机器(保持为10℃)的冷水循环通过冷凝器，以移除循环气流中的水分。电加热器(3.75kW)保持在87℃，从而在干燥的循环气流返回固化腔室之前将其加热。通过可变频率驱动控制循环鼓风机的速度。初始鼓风机速度为30Hz。干燥的CO₂通过Alicat质量流量控制器按需供应至固化系统。固化腔室包括钢制挤出机床和聚乙烯板，其用作顶盖并且将CO₂/H₂O气流与环境大气分离。顶盖覆盖空心板，并且在板的两个末端的支撑壁之间被拉伸。顶盖用磁性条沿着钢制挤出机床密封至末端壁，并且由于循环气流而膨胀。顶盖内部和外部之间的压差保持为稍微高于大气压力(压差＝+0.2英寸水柱)。固化舱室的每个末端壁具有与板相同的横截面形状，除了壁高9.25"而不是8"。每个末端壁作为形成舱室的矩形箱的正面，具有与6个孔道对置的1个气体入口，气体通过该气体入口进入或离开固化舱室。6个孔道用穿孔的金属板覆盖，使得末端舱室起集气室的作用，使进入固化舱室的气流分散且平缓。两个端口中属于压差变送器的一个从一个末端壁插入固化腔室内。另一个端口保留打开至环境大气。NDIR CO₂测试仪的取样探针在固化腔室的另一个末端从末端壁插入，以监测整个固化运行期间腔室内的CO₂浓度。两个维萨拉湿度/温度探针放置在固化腔室内，分别位于刚好在末端壁内的每个末端。

固化舱室用CO₂吹扫10分钟。在固化进行期间，使气体循环每60分钟反向。鼓风机速度在固化90分钟时减少到15Hz，然后在固化209分钟时增加到45Hz并且保持，直到固化运行至490分钟结束时为止。

图15示出在整个固化中，通过维萨拉(Vaisala)传感器在末端壁测量的腔室湿度，以及在整个运行期间收集的冷凝水的累积量。

使用回弹锤，在空心板上表面的44个位点估算空心板的强度。回弹测量表明平均压缩强度为30MPa。

实施例2使用吸附等温法固化空心铸件

混合

配料设计由六种固体组分组成：(1)3/8"集料，29％；(2)1/4"集料，15％；(3)2mm压碎石英，12％；(4)建筑用砂，20％；(5)云石白200，11％；和(6)NYCO 400硅灰石，13％。将这些组分在KercherIndustries 12"实验室级混合机中“干”混合2分钟。将水(570g)和胶添加剂加入干组分中，并将所得混合物另外混合4分钟。再次加水(265g)，并将混合物另外混合4分钟。最后，再次加水(260g)，并将混合物另外混合2分钟。

浇铸

将湿混合物浇铸于长边水平放置的4"×4"×20"的矩形模具中。一根用蜡纸缠绕的2"直径×20"长的pvc管固定在模具的中心，从而形成沿着铸件的长度形成2"直径的孔道。将混凝土混合物分6层浇铸，除最后一层外每层振动30秒，最后一层振动60秒。

干燥

缓慢干燥空心铸件以防止开裂。使其风干过夜，然后置于烘箱内90℃干燥51小时，随后100℃再干燥20小时。干燥之后，将空心铸件从模具中移出，并且将pvc管从铸件的孔道内移除。空心铸件净重8769克。

固化

图16是固化设置的照片。将一个PVC管道接头插入孔道的每个末端，将管件旋入管道接头使得固化气体能够穿过铸件。用1"厚的铝箔背衬的玻璃纤维隔离层包围空心铸件。孔道的一个管件(入口管组件)用1/4"不锈钢管装接至气体饱和器(装有水的加热容器)。孔道的另一个管件(出口管组件)装接至导向通风口的1/4"塑料管。每个管件装配有热电偶，从而能够在固化气体通过孔道之前和之后测量固化气体的温度。用玻璃纤维隔离层隔离每个管件。

饱和器内的水在整个固化运行期间保持为65℃。二氧化碳气体以6.5升/分钟从水中鼓入，从而用水蒸汽饱和气流。用于固化反应的全部热量和水由饱和的二氧化碳气流带入空心孔道内。孔道入口的温度在一小时的时间段内从26℃上升至60℃，并且在固化运行的剩余时间保持在60℃。而孔道出口的温度需要另外90分钟来上升至53℃，并且在固化运行的剩余时间保持在53℃。固化运行在20小时候结束。

移除在固化运行期间包围空心铸件的隔离层。铸件(入口端)的前三分之一的外侧潮湿，并且比铸件的其余部分颜色更深，其余部分颜色较浅并且干燥(图17)。将铸件在烘箱中完全干燥至8939克的恒重，由于碳酸化增重170克。从增重计算的平均碳酸化程度为40％。

因为铸件的两端看起来不同，所以将干燥的空心铸件切成两半以评价固化的均匀性。由于切割铸件的切口而损失了一些材料，并且还由于锯片造成的切割外缘碎裂而损失了一些材料。碎裂图案在铸件的两半上是对称的并且大致相同，因此两边的切割损失大致相同。切割损失的总重量为137克。

内缘(例如，孔道表面)的切割平整，表明铸件的内侧反应得比外侧更好，并且反应程度以围绕孔道的放射状变化。干燥铸件的入口侧一半的重量为4429克，而干燥铸件的出口侧一半的重量为4373克。因此，板切割后的剩余质量在两半中均匀分布(入口端50.3％；出口端49.7％)。所以碳酸化程度沿着空心铸件的长度均匀分布。

在本说明书和随附的权利要求书中，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括复数的指代，除非上下文另有明确指示。

除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语都与本领域普通技术人员普遍理解的意义相同。尽管也能够在所公开的实施方式的实践和测试中使用与本公开的方法和材料类似或等同的任何方法和材料，现在描述了优选的方法和材料。除所公开的特定顺序之外，本文中叙述的方法可以以逻辑上可行的任意顺序进行。

通过引用并入

在本公开中，已经对诸如专利、专利申请、专利公开、期刊、书记、论文、网页内容的其他文件进行了参考和引用。所有这些文件通过引用以其整体用于所有目的并入本文。通过引用并入本文的任何材料或其部分，在其与本文中明确阐明的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突时，仅以并入的材料和本公开的材料之间不出现冲突的程度并入。在冲突的情形中，以有利于本公开的实施方式作为优选公开来解决。

等同性

本文中公开的代表性实例意在帮助说明本发明，并且无意于也不应被理解为限制本发明的范围。除本文中描述并示出的实施例之外，从本文件的全部内容及后续实例，以及本文中引用参考的科学和专利文献，本发明的各种修改以及许多其他实施例对于本领域技术人员确实将是明显的。这些后续实例以其各种实施方式及其等同物，包含了能够适用于本发明的实践的重要附加信息、范例和指导。

Claims (21)

1.一种具有由复合材料制备的主体的制品，其中，

所述主体包括一个以上内部孔道或通道，该内部孔道或通道露出一个以上表面并且能够与所述主体的外部流体连通，并且

所述复合材料包括：

多个结合单元，其中，每个结合单元包含：主要包含硅酸钙的核心，富二氧化硅的第一层或内层，以及富碳酸钙的第二层或外层；以及

填料颗粒，该填料颗粒包含粗填料颗粒和/或细填料颗粒，其中，所述多个结合单元与多个所述填料颗粒一起形成一个以上结合基质，并且所述结合单元与所述填料颗粒大致均匀地分散于其中并且结合在一起。

2.根据权利要求1所述的制品，还包括一个以上嵌入所述主体内的强化单元。

3.根据权利要求2所述的制品，其中，所述一个以上的强化单元是棒、丝或线缆。

4.根据权利要求2所述的制品，其中，所述一个以上的强化棒由铁、钢、聚合材料、玻璃或其组合制成。

5.根据权利要求1所述的制品，其中，所述一个以上的强化单元是预应力式的。

6.根据权利要求1所述的制品，其中，所述制品是空心板。

7.根据权利要求6所述的制品，其中，所述制品具有约4m至约250m的纵向尺寸、约0.5m至约2m的横向尺寸、以及约10cm至约50cm的厚度。

8.根据权利要求1所述的制品，其中，所述多个结合单元的中值粒径在约5μm至约100μm的范围内。

9.根据权利要求1所述的制品，其中，所述多个结合单元由研磨硅酸钙经化学转化而成，所述研磨硅酸钙包含天然或合成硅灰石、假硅灰石、硅钙石、钙铝黄长石、斜硅钙石、硅酸三钙石和无定形相的一种以上。

10.根据权利要求9所述的制品，其中，所述多个结合单元是由研磨硅酸钙通过化学转化而制备的，所述化学转化是经由受控热液液相烧结方法使所述研磨硅酸钙与CO₂发生反应。

11.根据权利要求9所述的制品，其中，所述多个结合单元由除合成硅灰石或假硅灰石之外的前体硅酸钙经化学转化而成。

12.根据权利要求1所述的制品，其中，所述结合单元与所述填料颗粒的重量比为约1:5。

13.根据权利要求1所述的制品，具有小于约10％的吸水率。

14.根据权利要求1所述的制品，其中，所述主体为包含四个以上轴向设置的孔道或通道的细长形状。

15.一种制品的制造方法，包括：

混合微粒组成物与液体组成物以形成混合物；

在所述混合物中嵌入强化单元；

在模具中浇铸或挤出或以其他方式成形所述混合物，以产生浇铸的或挤出的或其他方式的成形体，该成形体具有嵌入其中的强化单元以及露出一个以上表面并且能够与主体壁的内部流体连通的成形体中的一个以上内部孔道或通道；

在所述一个以上内部孔道或通道中保持CO₂和/或水蒸汽的气氛；以及

在水和或CO₂的气氛下、在约20℃至约150℃的范围内的温度下固化所述浇铸的或挤出的主体约1小时至约80小时，所述气氛具有环境大气压力至高于环境大气压力约60psi的范围内的压力并且具有从约10％至约90％的范围内的CO₂浓度，其中，

所述微粒组成物包含中值粒径在约1μm至约100μm范围内的研磨硅酸钙，所述研磨硅酸钙包含天然或合成的硅灰石、假硅灰石、硅钙石、钙铝黄长石、斜硅钙石、硅酸三钙石和无定形相中的一种以上，并且

所述液体组成物包含水。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在约60℃以下的温度下、在包含水和CO₂并且具有环境大气压力的蒸汽下对所述浇铸的混合物进行固化约10至约50小时。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述研磨硅酸钙主要是研磨硅灰石。

18.一种根据权利要求15至27的任一项所述的方法制备的制品。

19.根据权利要求18所述的制品，其中，所述制品是空心板。

20.根据权利要求18所述的制品，其中，所述一个以上的强化单元是棒、丝或线缆。

21.根据权利要求18所述的制品，其中，所述一个以上的棒由铁、钢、聚合材料、玻璃或其组合制成。