使用碳酸钙的方法和组合物的制作方法[0001]本申请是申请日为2010年8月16日，发明名称为“使用碳酸钙的方法和组合物”，中国申请号为201080059980.2的发明专利申请的分案申请。[0002]相关申请的交叉引用 本申请要求2009年12月31日提交的美国临时申请号61/291，811、2010年7月I日提交的美国临时申请号61/360，829、以及2010年8月6日提交的美国临时申请号61/371，606的优先权，将所有这些申请通过引用以其全部内容结合在此。[0003]政府支持 在此描述的工作全部或部分地是以能源部授予的奖金号DE-FE0002472在政府支持下进行的。该政府在本发明中拥有某些权利。[0004]背景 碳酸钙被用于从造纸、到粘合剂生产、到建筑的各行各业中。由二氧化碳隔离法形成的碳酸钙可以用于上述许多应用中并且实际上用于两个目的:隔离二氧化碳并且用作碳酸钙原料。这个双重目的对于环境倍加有益的一个领域是建筑材料，尤其是水泥和混凝土。由于常规水泥的生产是加剧二氧化碳到大气中的排放的因素之一(这是通过常规水泥的煅烧以及加热这些窑炉所需能量)，因此减少常规水泥的用量可以帮助减少地球大气中二氧化碳的量。 [0005]概述 在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种水硬水泥，该水硬水泥包含至少47% w/w的球霰石，其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种水硬水泥，该水硬水泥包含至少47%w/w的球霰石，其中该组合物具有小于_12%。的碳同位素分化值(δ 13C)。在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种水硬水泥，该水硬水泥包含至少10% w/w的球霰石以及至少1% w/w的非晶碳酸钙(ACC)，其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa的抗压强度。在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种水硬水泥，该水硬水泥包含至少10% w/w的球霰石以及至少1% w/w的非晶碳酸钙(ACC),其中该组合物具有小于-12%。的碳同位素分化值(δ130。
[0006]下面提供了上述这些方面的一些实施方案。
[0007]在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有在14-80 MPa范围内的抗压强度。在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有在20-40MPa范围内的抗压强度。在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有在14-35 MPa范围内的抗压强度。
[0008]在一些实施方案中，该组合物具有在_12%。至_25%。之间的δ 13C0在一些实施方案中，该组合物具有小于_20%。的δ 13C。在一些实施方案中，该组合物具有小于-25%。的δ 13C0
[0009]在一些实施方案中，该球霰石是在47% w/w至99% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石是在10% w/w至99% w/w的范围内并且该ACC是在1% w/w至90% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石为至少75% Wi在一些实施方案中，该球霰石为至少90% w/W。在一些实施方案中，该球霰石为至少95% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少99%w/w。在一些实施方案中，该ACC为至少5% w/w。在一些实施方案中，该ACC为5%_30% w/w。
[0010]在一些实施方案中，该组合物进一步包括一 种选自下组的多晶型物，该组由以下各项组成:非晶碳酸钙、霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、以及它们的组合。在一些实施方案中，该组合物进一步包括一种选自下组的多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、以及它们的组合。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于大于1:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于1:1至20:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于大于1: 1、2: 1、3: 1、4: 1、或5:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于9: 1-20:1的球霰石:多晶型物之比。
[0011]在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的霰石或在1% w/w至80% w/w之间的霰石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的方解石或在1% w/w至80% w/w之间的方解石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括1% w/w至25% w/w的方解石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的六水碳钙石或在l%w/w至80% w/w之间的六水碳钙石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的ACC或在1% w/w至90% w/w之间的ACC以及选自下组的一种或多种多晶型物,该组由以下各项组成:霰石、方解石、以及六水碳钙石，其中该霰石、该方解石和/或该六水碳钙石是以至少1%w/w或在1% w/w至80% w/w之间存在。在一些实施方案中，该组合物进一步包括选自下组的一种或多种多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、六水碳钙石以及它们的组合，其中该霰石、方解石、六水碳钙石、或它们的组合是以至少1% w/w存在或者独立地处于l%w/w至80% w/w之间的范围内。在一些实施方案中，该组合物进一步包括1%_80% w/w的霰石以及1%-80%w/w的方解石。
[0012]在一些实施方案中，该组合物进一步包含锶(Sr)。在一些实施方案中，Sr是以1-50，000百万分率(ppm)的量值存在。在一些实施方案中，Sr是存在于该球霰石的晶格中。
[0013]在一些实施方案中，该组合物进一步包含镁(Mg)。在一些实施方案中，Mg是作为一种碳酸盐存在。在一些实施方案中，该球霰石和该碳酸镁是处于大于1:1或在1: 1-500:I之间的球霰石:碳酸镁之比。在一些实施方案中，Mg少于2% w/w。
[0014]在一些实施方案中，该组合物进一步包含一种硫酸盐。在一些实施方案中，该组合物进一步包含量值小于100，000 ppm的钠(Na)。在一些实施方案中，该组合物不含磷酸钙。在一些实施方案中，该组合物具有量值小于20，000 ppm的磷酸钙。
[0015]在一些实施方案中，该组合物是一种具有0.1-100微米的平均粒度的微粒组合物。在一些实施方案中，该组合物是一种具有1-50微米的平均粒度的微粒组合物。在一些实施方案中，该组合物是一种具有ι-?ο微米的平均粒度的微粒组合物。
[0016]在一些实施方案中，该组合物具有的堆密度在75 lb/ft3-170 lb/ft3之间。在一些实施方案中，该组合物具有的堆密度在75 lb/ft3-125 kg/ft3之间。
[0017]在一些实施方案中，该组合物具有的平均表面积是从0.5 m2/gm-50 m2/gm。在一些实施方案中，该组合物具有的平均表面积是从2 m2/gm-10 m2/gm。
[0018]在一些实施方案中，该组合物进一步包含氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞、和/或金属中任何一种的衍生物，或它们的组合。
[0019]在一些实施方案中，该组合物进一步包含波特兰水泥熔块、骨料、辅助胶凝材料(SCM)、或它们的组合。在一些实施方案中，该SCM包括炉渣、飞灰、硅灰、煅烧粘土、或它们的组合。在一些实施方案中，该骨料包括砂、砾石、碎石、炉渣、再生混凝土、或它们的组合。
[0020]在一些实施方案中，该组合物具有大于-25 mV的ζ电位。在一些实施方案中，该组合物具有在-25至45 mV之间或在-25至10 mV之间的ζ电位。在一些实施方案中，该组合物具有在-25 mV至I mV范围内的ζ电位。
[0021]在一些实施方案中，该组合物中的钙离子:碳酸根离子之比是大于1:1。在一些实施方案中，该组合物中的钙离子:碳酸根离子之比是1.5:1或2:1。
[0022]在一些实施方案中，该组合物是合成的。在一些实施方案中，该组合物是非天然存在的。在一些实施方案中，该组合物是处于粉末形式。在一些实施方案中，该组合物是处于干燥粉末形式。在一些实施方案中，该组合物是无序的或不是处于有序排列中的。
[0023]在一个方面，提供了一种建筑材料，该建筑材料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在一些实施方案中，该建筑材料是选自下组，该组由以下各项组成:建筑物、车道、地基、厨房厚板、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、或杆子的桩，以及它们的组合。在一个方面，提供了一种成形的建筑材料，该成形的建筑材料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在另一个方面，提供了一种骨料，该骨料 包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在另一个方面，提供了一种包装物，该包装物包含本发明的上述组合物以及一种适合容纳该组合物的包装材料。在一些实施方案中，该包装材料是一种储仓。
[0024]在另一方面，提供了使用本发明的上述组合物来制造水泥的一种方法，该方法包括在一项或多项适合的条件下将水加入本发明的组合物中以制造水泥。
[0025]在另一方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种方法，该方法包括(a)使含有碱土金属的水与来自工厂的一种含化石来源的碳的烟气相接触；并且(b)使步骤(a)的含有碱土金属的水经受一项或多项条件以制造本发明的组合物。在又一个方面，提供了制造上述组合物的一种方法，该方法包括(a)使含有碱土金属的水与一种CO2来源相接触；并且(b)使步骤(a)的含有碱土金属的水经受一项或多项条件以制造一种组合物，其中该组合物包含至少47% w/w的球霰石并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化后具有至少14MPa的抗压强度。
[0026]在一些实施方案中，该0)2来源是含有来自燃烧过程的烟气的一种工业废气流；来自化学处理设备的一种烟气；来自产生作为副产物的CO2的设备的一种烟气；或它们的组合。在一些实施方案中，该含有碱土金属的水是海水、浓浓盐水、或它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括温度、pH、沉淀作用、沉淀物的停留时间、沉淀物的脱水、用水洗涤该沉淀物、干燥、研磨、和/或储存。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括使该含有碱土金属的水与一种质子去除剂相接触。在一些实施方案中，该质子去除剂是选自下组，该组由以下各项组成:氧化物、氢氧化物、碳酸盐、粉煤灰、天然矿物、以及它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括使该含有碱土金属的水经受电化学条件。[0027]在另一方面，提供了一种通过上述这些方法制造的组合物。
[0028]在又一个方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种系统，该系统包括:(a)用于含有碱土金属的水的一个输入端；(b)用于来自工厂的一种含化石来源的碳的烟气的一个输入端；以及(c)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的一个反应器，该反应器被配置成制造本发明的组合物。在一个方面，提供了制造上述组合物的一种系统，该系统包括
(a)用于含有碱土金属的水的一个输入端；(b)用于CO2来源的一个输入端；以及(C)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的一个反应器，该反应器被配置成制造一种组合物，其中该组合物包含至少47% w/w的球霰石并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化后具有至少14 MPa的抗压强度。
[0029]在又一方面，提供了由本发明的上述组合物来制造水泥产品的一种方法，该方法包括(a)使本发明的组合物与一种水性介质在一项或多项适当条件下进行组合；并且(b)允许该组合物凝固并硬化成为一种水泥产品。在一些实施方案中，该水性介质包括淡水。在一些实施方案中，该一项或多项适当条件是选自下组，该组由以下各项组成:温度、pH、压力、凝固时长、水性介质与组合物之比、以及它们的组合。在一些实施方案中，温度是在
0-1001:、371:-601:或401:-601:的范围内。在一些实施方案中，压力为大气压。在一些实施方案中，凝固该水泥产品的时长是在30分钟到48小时的范围内。在一些实施方案中，水性介质:组合物之比为0.1-10。在一些实施方案中，水性介质:组合物之比为0.5-2。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(a)之前将该组合物与一种波特兰水泥熔块、骨料、SCM、或它们的组合进行组合，然后与该水性介质进行组合。
[0030]在一些实施方案中，该水泥产品是一种建筑材料，该建筑材料是选自下组，该组由以下各项组成:建筑物、车道、地基、厨房厚板、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、或杆子的桩，以及它们的组合。在一些实施方案中，该水泥产品是一种成形的建筑材料。在一些实施方案中，该方法进一步包括将该产品输送到一个地下位置。
[0031]在又一方面，提供了由本发明的上述组合物来制造水泥产品的一种系统，该系统包括(a)用于本发明的组合物的一个输入端；(b)用于水性介质的一个输入端；以及(C)连接到步骤(a)和步骤(b)上的一个反应器，该反应器被配置成将本发明的组合物与该水性介质在一项或多项适当条件下进行混合以制造水泥产品。在一些实施方案中，该一项或多项适当条件是选自下组，该组由以下各项组成: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。在一些实施方案中，该系统进一步包括在该混合步骤(C)之后用来过滤该组合物的一个过滤步骤。在一些实施方案中，该系统进一步包括用来干燥该过滤后的组合物以制造该水泥产品的一个干燥步骤。
[0032] 在又一个方面，提供了制造一种具有所希望的抗压强度的水泥产品的一种方法，该方法包括:(a)将一种组合物与一种水性介质在一项或多项条件下进行组合，该条件是选自下组，该组由以下各项组成: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，其中该组合物包含至少47% w/w的球霰石、或至少10% w/w的球霰石以及至少1% w/w的ACC，其中该组合物具有小于-12%。的碳同位素分化值(S13C);(b)优化或调整步骤(a)的条件中的一项或多项；并且(C)允许该组合物凝固并硬化成为一种具有所希望的抗压强度的水泥产品。[0033]在又一个方面，提供了制造一种具有所希望的抗压强度的水泥产品的一种方法，该方法包括:(a)将一种组合物与一种水性介质在一项或多项条件下进行组合，该条件是选自下组，该组由以下各项组成: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，其中该组合物包含至少47% w/w的球霰石、或至少10% w/w的球霰石以及至少1% w/w的ACC，其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14MPa的抗压强度；(b)优化或调整步骤(a)的条件中的一项或多项；并且(C)允许该组合物凝固并硬化成为一种具有所希望的抗压强度的水泥产品。
[0034]在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种辅助胶凝材料(SCM)，该SCM包含至少47% w/w的球霰石，其中该组合物在与水、或与水以及水泥组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，该SCM包含至少47% w/w的球霰石，其中该组合物具有小于_12%。的碳同位素分化值(δ 13C)。在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，该SCM包含至少10% w/w的球霰石以及至少1% w/w的非晶碳酸钙(ACC)，其中该组合物在与水或水以及水泥组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一个方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，该SCM包含至少10% w/w的球霰石以及至少1% w/w的非晶碳酸钙(ACC),其中该组合物具有小于_12%。的碳同位素分化值(δ 13C)0
[0035]下面提供了上述这些方面的一些实施方案。
[0036]在一些实施方案中，该组合物具有至少14 MPa的抗压强度。在一些实施方案中，该组合物具有至少在20-40 MPa范围内的抗压强度。在一些实施方案中，该组合物具有至少在14-35 MPa范围内的抗压强度。
[0037]在一些实施 方案中，该组合物具有在_12%。至-25%。之间的δ 13C0在一些实施方案中，该组合物具有在_12%。至_20%。之间的δ 13C。在一些实施方案中，该组合物具有为-20%。的δ13(:。在一些实施方案中，该组合物具有小于_20%。的S13C。
[0038]在一些实施方案中，该组合物包含的球霰石是在47% w/w至99% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石是在10% w/w至99% w/w的范围内并且该ACC是在1% w/w至90%w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石是在10% w/w至80% w/w的范围内并且该ACC是在20% w/w至90% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石为至少75% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少90% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少95% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少99% w/w。在一些实施方案中，该ACC为至少5% w/w。在一些实施方案中，该ACC为5%-30% w/w。
[0039]在一些实施方案中，该组合物进一步包括一种选自下组的多晶型物，该组由以下各项组成:非晶碳酸钙、霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、以及它们的组合。在一些实施方案中，该组合物进一步包括一种选自下组的多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、以及它们的组合。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于大于1:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于1:1至20:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于大于1: 1、2: 1、3: 1、4: 1、或5:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于9: 1-20:1的球霰石:多晶型物之比。
[0040]在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的霰石或在1% w/w至80% w/w之间的霰石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的方解石或在1% w/w至80% w/w之间的方解石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括1% w/w至25% w/w的方解石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的六水碳钙石或在l%w/w至80% w/w之间的六水碳钙石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的ACC以及选自下组的一种或多种多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、以及六水碳钙石，其中该霰石、该方解石和/或该六水碳钙石是以至少l%w/w或在1% w/w至80% w/w之间存在。在一些实施方案中，该组合物进一步包括选自下组的一种或多种多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、六水碳钙石以及它们的组合，其中该霰石、方解石、六水碳钙石、或它们的组合是以至少1% w/w存在或者独立地处于1% w/w至80% w/w之间的范围内。在一些实施方案中，该组合物进一步包括1%_80%w/w的霰石以及1%_80%w/w的方解石。
[0041]在一些实施方案中，该组合物进一步包含锶(Sr)。在一些实施方案中，Sr是以1-50，000百万分率(ppm)的量值存在。在一些实施方案中，Sr是存在于该球霰石的晶格中。
[0042]在一些实施方案中，该组合物进一步包含镁(Mg)。在一些实施方案中，Mg是作为一种碳酸盐存在。在一些实施方案中，该球霰石和该碳酸镁是处于大于1:1或在1: 1-500:I之间的球霰石:碳酸镁之比。在一些实施方案中，Mg少于2% w/w。
[0043]在一些实施方案中，该组合物进一步包含一种硫酸盐。在一些实施方案中，该组合物进一步包含量值小于100，000 ppm的钠(Na)。在一些实施方案中，该组合物不含磷酸钙。在一些实施方案中，该组合物具有量值小于20，000 ppm的磷酸钙。
[0044]在一些实施方案 中，该组合物是一种具有0.1-100微米的平均粒度的微粒组合物。在一些实施方案中，该组合物是一种具有1-50微米的平均粒度的微粒组合物。在一些实施方案中，该组合物是一种具有ι-?ο微米的平均粒度的微粒组合物。
[0045]在一些实施方案中，该组合物具有的堆密度在75 lb/ft3-170 lb/ft3之间。在一些实施方案中，该组合物具有的堆密度在75 lb/ft3-125 kg/ft3之间。
[0046]在一些实施方案中，该组合物具有的平均表面积是从0.5 m2/gm_50 m2/gm。在一些实施方案中，该组合物具有的平均表面积是从2 m2/gm-10 m2/gm。
[0047]在一些实施方案中，该组合物进一步包含氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞、和/或金属中任何一种的衍生物，或它们的组合。
[0048]在一些实施方案中，该组合物进一步包含波特兰水泥熔块、骨料、其他辅助胶凝材料(SCM)、或它们的组合。在一些实施方案中，该其他SCM包括炉渣、飞灰、硅灰、煅烧粘土、或它们的组合。在一些实施方案中，该骨料包括砂、砾石、碎石、炉渣、再生混凝土、或它们的组合。
[0049]在一些实施方案中，该组合物具有大于-25 mV的ζ电位。在一些实施方案中，该组合物具有在-25至45 mV之间或在-25至10 mV之间或在I至45 mV之间的ζ电位。在一些实施方案中，该组合物具有在15 mV至45 mV范围内的ζ电位。
[0050]在一些实施方案中，该组合物中的钙离子:碳酸根离子之比是大于1:1。在一些实施方案中，该组合物中的钙离子:碳酸根离子之比是1.5:1或2:1。
[0051]在一些实施方案中，该组合物是合成的。在一些实施方案中，该组合物是非天然存在的。在一些实施方案中，该组合物是处于粉末形式。在一些实施方案中，该组合物是处于干粉末形式。在一些实施方案中，该组合物是无序的或不是处于有序排列。
[0052]在另一方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，其中与OPC混合的按Wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比降低了不超过10%。在另一方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，其中与OPC混合的按wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比增大了超过5%。
[0053]在一些实施方案中，OPC的抗压强度是在17-45 MPa的范围内。在一些实施方案中，与OPC混合的SCM是按Wt计为20%或在按Wt计在15%-20%之间。在一些实施方案中，与OPC混合的按wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比降低了不超过5 MPa。在一些实施方案中，与OPC混合的按wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比增大了超过I MPa。在一些实施方案中，与OPC混合的按wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比增大了 1_15 MPa之间。
[0054]在另一个方面，提供了一种建筑材料，该建筑材料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在一些实施方案中，该建筑材料是选自下组，该组由以下各项组成:建筑物、车道、地基、厨房厚板、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、以及杆子的桩，以及它们的组合。在一个方面，提供了一种成形的建筑材料，该成形的建筑材料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在另一个方面，提供了一种骨料，该骨料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在又一个方面，提供了一种包装物，该包装物包含本发明的上述组合物以及一种适合容纳该组合物的包装材料。在一些实施方案中，该包装材料是一种储仓。
[0055]在另一方面，提供了使用本发明的上述组合物来制造水泥的一种方法，该方法包括在一项或多项适合的条件下将水加入一种组合物中以制造水泥。
[0056]在另一方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种方法，该方法包括(a)使含有碱土金属的水与来自工厂的一种含化石来源的碳的烟气相接触；并且(b)使步骤(a)的含有碱土金属的水经受一项或多项条件以制造本发明的上述组合物。在又一个方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种方法，该方法包括(a)使含有碱土金属的水与一种CO2来源相接触；并且(b)使步骤(a)的含有碱土金属的水经受一项或多项条件以制造本发明的上述组合物，其中该组合物包含至少47% w/w的球霰石并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化后具有至少14 MPa的抗压强度。
[0057]在一些实施方案中，该0)2来源是含有来自燃烧过程的烟气的一种工业废气流；来自化学处理设备的一种烟气；来自产生作为副产物的CO2的设备的一种烟气；或它们的组合。在一些实施方案中，该含有碱土金属的水是海水、浓浓盐水、或它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括温度、pH、沉淀作用、沉淀物的停留时间、沉淀物的脱水、用水洗涤该沉淀物、干燥、研磨、和/或储存中的一项或多项。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括使该含有碱土金属的水与一种质子去除剂相接触。在一些实施方案中，该质子去除剂是选自下组，该组由以下各项组成:氧化物、氢氧化物、碳酸盐、粉煤灰、天然矿物、以及它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括使该含有碱土金属的水经受电化学条件。[0058]在另一方面，提供了一种通过上述方法制造的组合物。
[0059]在又一个方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种系统，该系统包括:(a)用于含有碱土金属的水的一个输入端；(b)用于来自工厂的一种含化石来源的碳的烟气的一个输入端；以及(c)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的一个反应器，该反应器被配置成制造本发明的组合物。在另一个方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种系统，该系统包括(a)用于含有碱土金属的水的一个输入端；(b)用于CO2来源的一个输入端；以及(C)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的一个反应器，该反应器被配置成制造本发明的上述组合物，其中该组合物包含至少47% w/w的球霰石并且其中该组合物在与水组合、凝固并硬化后具有至少14 MPa的抗压强度。
[0060]在另一方面，提供了由本发明的上述组合物来制造水泥产品的一种方法，该方法包括(a)使本发明的上述组合物与一种水性介质在一项或多项适当条件下进行组合；并且
(b)允许该组合物凝固并硬化成为一种水泥产品。
[0061]在一些实施方案中，该水性介质包括淡水。在一些实施方案中，该一项或多项适当条件是选自下组，该组由以下各 项组成: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。在一些实施方案中，温度是在0-100°C、37°C -60°C或40°C _60°C的范围内。在一些实施方案中，压力为大气压。在一些实施方案中，凝固该水泥产品的时长是在30分钟到48小时的范围内。在一些实施方案中，水性介质:组合物之比为0.1-10。在一些实施方案中，水性介质:组合物之比为0.5-2。
[0062]在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(a)之前将该组合物与一种波特兰水泥熔块、骨料、SCM、或它们的组合进行组合，然后与该水性介质进行组合。
[0063]在一些实施方案中，该水泥产品是一种建筑材料，该建筑材料是选自下组，该组由以下各项组成:建筑物、车道、地基、厨房厚板、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、或杆子的桩，以及它们的组合。
[0064]在一些实施方案中，该方法进一步包括将该产品输送到一个地下位置。
[0065]在另一方面，提供了由本发明的上述组合物来制造水泥产品的一种系统，该系统包括(a)用于本发明的组合物的一个输入端；(b)用于水性介质的一个输入端；以及(C)连接到步骤(a)和步骤(b)上的一个反应器，该反应器被配置成将本发明的组合物与该水性介质在一项或多项适当条件下进行混合以制造水泥产品。在一些实施方案中，该一项或多项适当条件是选自下组，该组由以下各项组成: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。在一些实施方案中，该系统进一步包括在该混合步骤(C)之后用来过滤该组合物的一个过滤步骤。在一些实施方案中，该系统进一步包括用来干燥该过滤后的组合物以制造该水泥产品的一个干燥步骤。
[0066]在又一个方面，提供了一种自胶结组合物，该自胶结组合物包含至少1% w/w的在咸水中的球霰石，其中该组合物在与淡水组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。
[0067]在一些实施方案中，该组合物在凝固的同时在40°C被烘箱干燥。在一些实施方案中，该组合物在干燥后在潮湿气氛中于60°C被固化。在一些实施方案中，该组合物是被脱水然后用水漂洗。
[0068]在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有在14-35 MPa或20-40 MPa范围内的抗压强度。
[0069]在一些实施方案中，该组合物具有在_12%。至_25%。之间的δ 13C0在一些实施方案中，该组合物具有小于_20%。的δ 13C。在一些实施方案中，该组合物具有小于-25%。的δ 13C0
[0070]在一些实施方案中，该球霰石是在1% w/w至99% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石是在40% w/w至85% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石是在47% w/w至99% w/w的范围内。在一些实施方案中，该组合物进一步包含ACC。在一些实施方案中，该球霰石是在10% w/w至99% w/w的范围内并且该ACC是在1% w/w至90% w/w的范围内。在一些实施方案中，该球霰石为至少75% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少90% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少95% w/w。在一些实施方案中，该球霰石为至少99% w/W。在一些实施方案中，该ACC为至少5% w/w。在一些实施方案中，该ACC为5%-30% w/w。
[0071]在一些实施方案中，该组合物进一步包括一种选自下组的多晶型物，该组由以下各项组成:非晶碳酸钙、霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、以及它们的组合。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于1:1至20:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于大于1: 1、2: 1、3: 1、4: 1、或5:1的球霰石:多晶型物之比。在一些实施方案中，该球霰石和多晶型物是处于9: 1-20:1的球霰石:多晶型物之比。
[0072]在一些实施方案中，该组合物进一步包括一种或多种选自下组的多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、以及六水碳钙石，其中该霰石、该方解石和/或该六水碳钙石是以至少1% w/w存在。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少l%w/w的霰石或在1% w/w至80% w/w之 间的霰石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的方解石或在1% w/w至80% w/w之间的方解石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括l%w/w至25% w/w的方解石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少1% w/w的六水碳钙石或在1% w/w至80% w/w之间的六水碳钙石。在一些实施方案中，该组合物进一步包括至少l%w/w的ACC或在1% w/w至90% w/w之间的ACC以及选自下组的一种或多种多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、以及六水碳钙石，其中该霰石、该方解石和/或该六水碳钙石是以至少l%w/w或在1%w/w至80%w/w之间存在。在一些实施方案中，该组合物进一步包括选自下组的一种或多种多晶型物，该组由以下各项组成:霰石、方解石、六水碳钙石以及它们的组合，其中该霰石、方解石、六水碳钙石、或它们的组合独立地是在1% w/w至80% w/w之间的范围内。在一些实施方案中，该组合物进一步包括1%_80% w/w的霰石以及1%-80% w/w的方解石。
[0073]在一些实施方案中，该组合物进一步包含锶(Sr)。在一些实施方案中，Sr是以
1-50，000百万分率(ppm)的量值存在。
[0074]在一些实施方案中，该组合物进一步包含镁(Mg)。在一些实施方案中，Mg是作为一种碳酸盐存在。
[0075]在一些实施方案中，该球霰石和该碳酸镁是处于大于1:1或在1: 1-500:1之间的球霰石:碳酸镁之比。
[0076]在一些实施方案中，该组合物是一种具有0.1-100微米的平均粒度的微粒组合物。在一些实施方案中，该组合物是一种具有1-50微米的平均粒度的微粒组合物。在一些实施方案中，该组合物是一种具有1-10微米的平均粒度的微粒组合物。
[0077]在一些实施方案中，该组合物具有的堆密度在75 lb/ft3-170 lb/ft3之间。在一些实施方案中，该组合物具有的堆密度在75 lb/ft3-125 kg/ft3之间。
[0078]在一些实施方案中，该组合物具有的平均表面积是从0.5 m2/gm_50 m2/gm。在一些实施方案中，该组合物具有的平均表面积是从2 m2/gm-10 m2/gm。
[0079]在一些实施方案中，该组合物进一步包含氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞、和/或金属中任何一种的衍生物，或它们的组合。
[0080]在一些实施方案中，该组合物具有大于-25 mV的ζ电位。在一些实施方案中，该组合物具有在-25至45 mV之间或在-25至10 mV之间的ζ电位。在一些实施方案中，该组合物具有在-25 mV至I mV范围内的ζ电位。
[0081]在一些实施方案中，该组合物中的钙离子:碳酸根离子之比是大于1:1。在一些实施方案中，该组合物中的钙离子:碳酸根离子之比是1.5:1或2:1。
[0082]在一些实施方案中，该组合物是合成的。在一些实施方案中，该组合物是非天然存在的。在一些实施方案中，该组合物是处于粉末形式。在一些实施方案中，该组合物是处于干粉末形式。在一些实施方案中，该组合物是无序的或不是处于有序排列。
[0083]在一个方面，提供了一种成形的建筑材料，该成形的建筑材料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在一些实施方案中，该建筑材料是选自下组，该组由以下各项组成:建筑物、车道、地基、厨房厚板、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、或杆子的桩，以及它们的组合。在一个方面，提供了一种成形的建筑材料，该成形的建筑材料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在一个方面，提供了一种骨料，该骨料包含本发明的上述组合物或其凝固且硬化后的形式。在一个方面，提供了一种包装物，该包装物包含本发明的上述组合物以及一种适合容纳该组合物的包装材料。
[0084]在一个方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种方法，该方法包括(a)使含有碱土金属的水与一种CO2来源相接触；并且(b)使步骤(a)的含有碱土金属的水经受一项或多项条件以制造本发明的上述组合物。
[0085]在一些实施方案中，该0)2来源是含有来自燃烧过程的烟气的一种工业废气流；来自化学处理设备的一种烟气；来自产生作为副产物的CO2的设备的一种烟气；或它们的组合。在一些实施方案中，该含有碱土金属的水是海水、浓浓盐水、或它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括沉淀作用以及将该沉淀物脱水中的一项或多项以制造该组合物。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括使该含有碱土金属的水与一种质子去除剂相接触。在一些实施方案中，该质子去除剂是选自下组，该组由以下各项组成:氧化物、氢氧化物、碳酸盐、粉煤灰、天然矿物、以及它们的组合。在一些实施方案中，该一项或多项条件包括使该含有碱土金属的水经受电化学条件。
[0086]在一个方面，提供了一种通过上述方法制造的组合物。
[0087]在一个方面，提供了制造本发明的上述组合物的一种系统，该系统包括:(a)用于含有碱土金属的水的一个输入端；(b)用于CO2来源的一个输入端；以及(C)连接到步骤(a)和步骤(b)的输入端上的一个反应器，该反应器被配置成制造本发明的组合物。
[0088] 在一个方面，提供了由本发明的上述组合物来制造水泥产品的一种方法，该方法包括(a)使本发明的组合物与水在一项或多项适当条件下进行组合；并且(b)允许该组合物凝固并硬化成为一种水泥产品。
[0089]在一些实施方案中，该一项或多项适当条件是选自下组，该组由以下各项组成:脱水、用水漂洗、凝固、干燥、固化、以及它们的组合。
[0090]在一些实施方案中，该方法进一步包括将该产品输送到一个地下位置。
[0091]在一个方面，提供了由本发明的上述组合物来制造水泥产品的一种系统，该系统包括(a)用于本发明的组合物的一个输入端；(b)用于水的一个输入端；以及(C)连接到步骤(a)和步骤(b)上的一个反应器，该反应器被配置成将本发明的上述组合物与水在一项或多项适当条件下进行混合以制造水泥产品。
[0092]在一个方面，提供了由本发明的上述组合物来制造成形的建筑材料的一种方法，该方法包括(a)使本发明的上述组合物与一种水性介质在一项或多项适当条件下进行组合；并且(b)允许该组合物凝固并硬化成为该成形的建筑材料。
[0093]在一些实施方案中，该水性介质包括淡水。在一些实施方案中，在组合步骤(a)之前或之后将该组合物倒入模具中。在一些实施方案中，该模具是用于该成形的建筑材料的。
[0094]通过引用而结合
本说明书中提及的所有的公开文件、专利、和专利申请都通过引用结合在此，其程度就如同确切地并且独立地指明每个单独的公开文件、专利、或专利申请以便通过引用而结合。
[0095]附图简要说明
本发明的新颖特征具体地在所附权利要求书中列出。通过以下列举了展示性实施方案的详细说明将得到对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些实施方案中利用了本发明的原理，并且在其附图中:
图1展示了根据本发明的一个实施方案的一个沉淀工艺的流程图。
[0096]图2展示了根据本发明的某些实施方案的一个系统的示意图。
[0097]图3展示了从球霰石到霰石以及从霰石到方解石的转换的吉布斯自由能图。
[0098]图4展示了根据本发明的某些实施方案的一个系统的示意图。
[0099]图5A-F展示了组合成球霰石球体的颗粒的纳米簇的SEM图像。
[0100]图6展示了球霰石至包括霰石束、霰石针状体、小片和立方体在内的不同形态的转化。
[0101]图7A-B展示了球霰石上的多晶型物的沉淀。图7A展示了方解石在球霰石球体表面上的沉淀。通过该更可溶的球霰石相的溶解，形成了空心的方解石微球。图7B展示了霰石束在连续空心的微球表面上的沉淀。
[0102]图8展示了空心方解石微球和霰石束的形成的示意图。
[0103]图9展示了 4，000倍的放大率下球霰石在去离子水中的转化的SEM图像。
[0104]图10A-B展示了温度对晶体尺寸的影响。加热可以产生更小的方解石晶体。图1OA展示了室温下球霰石在NaCl溶液中的转化。图1OB展示了 110°C下球霰石在NaCl溶液中的转化。
[0105]图11展示了通过球霰石微晶粒骨料形成的球丛状球霰石。
[0106]图12A-B展示了氯化钠对球霰石转化成方解石的影响。
[0107]图13-18展示了球霰石(图13-15)、混合的碳酸盐相(图16)、以及方解石(图17-18)的晶体衍射图纹。
[0108]图19展示了根据本发明的一些实施方案用于沉淀该组合物的一个流程图。
[0109]图20展示了 OPC (普通波特兰水泥)(小点)、飞灰(长点)、以及RCM (反应性碳酸盐矿物)(实心)的粒度分布对比。
[0110]图21展示了 RCM在与波特兰水泥混合时的剂量响应抗压强度。
[0111]图22展示了若干ACC样品的XRD结果，其中扫描结果与文献中看到的相似。ACC5的强度是对不同扫描条件的一种反映。
[0112]图23展示了使用方案ACC4所产生的样品的XRD。存在石盐、方解石和球霰石。
[0113]图24展示了 ACC5，在初始分析时显示了非晶物质。随后的分析(4天以后)显示了具有少量霞石的晶态方解石。
[0114]图25展示了随时间分析的共混ACC材料。该样品显示了长期稳定性(约I年半)。
[0115]图26A-C展示了具有不同分散度和ζ电位的三种组合物的SEM图像。
[0116]图27展示了具有不同ζ电位的三种组合物的抗压强度。
[0117]图28展示了具有不同ζ电位的三种组合物的累积热。 [0118]图29展示了当由海水+ CaCl2 二水合物+ NaCl + 25% wt Na2CO3制造时在母体上清液中的球霰石组合物的稳定性。
[0119]图30A-D展示了在由自来水+ CaCl2 二水合物+ 0.25 M Na2CO3 (Ca:碱的化学计量比为1:1)制造时球霰石组合物的稳定性。
[0120]图3IA-D展示了在由自来水+ CaCl2 二水合物+ 0.25 M Na2CO3 (Ca:碱的化学计量比为1.5:1)制造时球霰石组合物的稳定性。
[0121]图32A-D展示了在由自来水+ CaCl2 二水合物+ 0.25 M Na2CO3 (Ca:碱的化学计量比为2:1)制造时球霰石组合物的稳定性。
[0122]图33展示了实例20的沉淀的浆料的SEM图像。
[0123]图34展示了固化7天、14天和28天之后该组合物的抗压强度。
[0124]详细说明
本发明提供了多晶型物如非晶碳酸钙、球霰石、霰石、方解石、和/或六水碳钙石的组合物、方法和系统；用于制造和使用这些组合物的方法和系统；以及由此类组合物形成的材料，如骨料以及成形的或预成形的建筑材料。
[0125]这些组合物包括水硬水泥、辅助胶凝材料、或自胶结组合物，这些自胶结组合物包括碳酸钙的多晶型物形式，例如但不限于单独的球霰石(CaCO3)或与以下项相结合的球霰石:非晶碳酸(CaCO3.ηΗ20)、霰石(CaC03)、方解石(CaC03)、六水碳|丐石(CaCO3.6H20)、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、或它们的组合。在此还提供了由这些组合物制造的成形的建筑材料以及骨料。在此进一步提供了用于制造和使用这些水硬水泥、辅助胶凝材料、或自胶结组合物的方法。在此进一步提供了用于由这些水硬水泥、辅助胶凝材料、或自胶结组合物来制造水泥产品如骨料以及预成形的建筑材料的方法。这些组合物被用于各种应用中，包括用于各种建筑材料以及建筑应用中。
[0126]典型地，普通波特兰水泥(0PC)主要由石灰石、某些粘土矿物以及石膏在高温工艺中制成，该高温工艺驱逐二氧化碳并将主要组分化学地组合成为新的化合物。烧制该混合物所需的能量消耗是所生产的每吨水泥约4 GJ。由于该水泥生产过程本身以及产生动力以运行这个生产过程的能源设备均产生了二氧化碳，因此水泥生产可能是当前二氧化碳大气排放的一个主导来源。除去与波特兰水泥生产相关的污染问题之外，用波特兰水泥生产的结构可能由于自波特兰水泥生产的固化产品的不稳定性而具有修复和维护的支出。
[0127]在此提供的这些组合物可以通过使用从发电厂或其他工业源排放的二氧化碳并随后将其隔离而形成本发明的组合物来减少碳足迹。替代性地，在此提供的这些组合物可以通过使用地下的含二氧化碳的浓浓盐水来制备本发明的组合物而减少碳足迹。进一步替代性地，在此提供的这些组合物可以通过生产出部分或完全替代碳排放水泥如OPC的水泥组合物而减少碳足迹。本发明的这些组合物可以与OPC进行混合而给出具有相等或更高强度的水泥材料，由此减少制造水泥的OPC用量。
[0128]在此提供的这些组合物还显示了令人惊讶且出乎意料的特性，因为由这些组合物(单独地或与OPC组合)所获得的产品具有高的抗压强度，从而产生了具有高耐久性和更少维护成本的产品。本发明的组合物还可以进行优化以便产生具有所希望的抗压强度的材料，并且由此进一步增大该工艺的效率并减少生产成本。例如，屋顶瓦所要求的抗压强度可能不像支柱所要求的抗压程度那样高。本发明的组合物以及由本发明的组合物来制造水泥产品的工艺可以进行优化以便产生具有所希望的抗压强度的水泥产品。
[0129]另外，本发明的方法可以进行优化以便产生在其与水或与其他水泥的反应性上有所不同的组合物。例如，本发明的这些组合物可以根据其与水的反应性而形成为水硬水泥组合物或形成为辅助胶凝材料或者形成为自胶结材料。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以与波特兰水泥混合而产生与波特兰水泥本身或与波特兰水泥及本领域已知的其他SCM的组合相比具有相等或更高的抗压强度的水泥。
[0130]在更详细地说明本发明之前，要理解的是本发明并不局限于所说明的具体实施方案，而当然地可以进行改变。还应理解的是，在此使用的术语是仅为了说明具体实施方案的目的、并且并非旨在进行限制，因为本发明的范围将仅受所附权利要求限制。
[0131]当提供一个数值范围时，应理解的是，在该范围的上限与下限之间的每个插入值(至下限的单位的十分之一，除非上下文清楚地另外指明)以及在所述范围内的任何其他所述的或插入的值，被涵盖在本发明之内。这些更小范围的上限和下限可以独立地包括在这些更小范围内并且也被涵盖在本发明之内，服从所述范围内任何明确排除的极限值。当所述范围包含这些极限值之一或二者时，排除了所包含的极限值之一或二者的范围也被包含在本发明之内。
[0132]某些范围在此是呈现为在数值前面有术语“约”。术语“约”在此是用来对它后面的精确数字、以及接近于或近似于该术语之后的数字的一个数字提供文字支持。在判断一个数字是否接近于或近似于一个明确列举的数时，这个未列举的接近的或近似的数可以是在它出现的上下文中提供了该明确列举的数的基本上等值的一个数。
[0133]除非另外定义，所有在此使用的技术和科学术语具有如本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的一样的含义。尽管与在此说明的那些相似或相同的任何方法和材料也可以用于本发明的实践或试验中，但在此说明了代表性的示例性方法和材料。
[0134]本说明书中引用的所有公开文件和专利都通过引用结合在此，就如同确切地并且独立地指明每个单独的公开文件或专利以便通过引用而结合、并且通过引用结合在此以便结合所引用的公开文件来披露并说明这些方法和/或材料。任何公开文件的引用均是对于申请日之前的披露内容而言，并且不应解释为承认了本发明因为现有发明而没有资格先于此公开文件。进一步地，所提供的
【公开日】期不同，实际的
【公开日】期可能需要独立地进行确认。
[0135]应注意的是，如在此以及在所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括了复数形式，除非上下文另外地清楚指明。还应注意的是，权利要求可能被起草为排除了任何任选型的要素。这样，这种语句旨在用作将诸如“唯一”、“仅仅”等等排他性术语与权利要求要素的叙述结合使用、或使用“否定”限制的引用基础。
[0136]正如本领域普通技术人员在阅读本披露之后将会清楚的，在此说明并展示的这些单独实施方案中的每一个都具有分立的组分和特征，这些组分和特征可以与其他的若干实施方案中任何一个的特征容易地进行分离或组合，而不背离本发明的范围或精神。任何叙述的方法都可以按所叙述的事件的顺序或者按逻辑上可能的任何其他顺序来进行。
[0137]1.组合物
本发明的多个方面包括多种组合物，这些组合物包含水硬水泥、辅助胶凝材料(SCM)以及自胶结组合物，其中该水硬水泥或该SCM或该自胶结组合物包括亚稳的和稳定的碳酸盐形式，例如球霰石、非晶碳酸钙(ACC)、霰石、方解石、六水碳钙石、球霰石的前体相、霰石的前体相、一种不及方解石稳定的中间相、在这些多晶型物之间的多晶形式、以及它们的组合。球霰石的前体、球霰石、霰石的前体以及霰石可以作为一种反应性的亚稳碳酸钙形式用于反应目的和稳定化反应，例如胶结。
[0138]这些亚稳形式如球霰石和球霰石的前体以及稳定的碳酸盐形式例如方解石，可以具有变化的溶解度，因而 它们在水溶液中水合时可以发生溶解并且使稳定的碳酸盐矿物例如方解石和/或霰石再次沉淀。
[0139]本发明的这些包含亚稳形式例如球霰石的组合物令人惊讶且出乎意料地是处于干燥粉末形式或处于含咸水的浆料形式的稳定组合物。本发明的组合物中的亚稳形式可以不完全转化成稳定形式如方解石以便胶结，直至与淡水接触。
[0140]球霰石能以单分散或聚集的形式存在，并且可以是球状的、椭圆的、片状形状的或六方晶系的。球霰石典型地具有一种六方晶体结构并且在生长时形成了多晶的球状颗粒。球霰石的前体形式包括球霰石的纳米簇，并且霰石的前体形式包括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、或正交晶系的晶体。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。不及方解石稳定的中间相可以是在球霰石与方解石之间的一个相、在球霰石的前体与方解石之间的一个相、在霰石与方解石之间的一个相、和/或在霰石前体与方解石之间的一个相。
[0141]在一些实施方案中，本发明的这些组合物是合成组合物并且不是天然存在的。在一些实施方案中，本发明的组合物是处于粉末形式。在一些实施方案中，本发明的组合物是处于干燥粉末形式。在一些实施方案中，本发明的组合物是无序的或不是处于有序排列或者是处于粉状形式。在又一些实施方案中，本发明的组合物是处于部分或完全水合的形式。在又一些实施方案中，本发明的组合物是处于咸水或淡水中。在又一些实施方案中，本发明的组合物是处于含氯化钠的水中。在又一些实施方案中，本发明的组合物是处于含碱土金属离子的水中，这些离子是例如但不限于钙、镁等。[0142]在此提供的这些组合物展现了出乎意料的特性，例如高的抗压强度、高的耐久性、以及较低的维护成本。此外，在一些实施方案中，当将CO2从烟气或从含二氧化碳的浓盐水中隔离而成为本发明的碳酸钙形式时，减少了碳足迹并提供了更清洁的环境。在一些实施方案中，该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有的抗压强度是至少14 MPa (兆帕)或在一些实施方案中是在14-80 MPa或14-35 MPa之间。在一些实施方案中，在此提供的这些含球霰石的组合物是由具有化石来源的CO2来源形成的。因此在一些实施方案中，在此提供的这些组合物具有小于-12%。的碳同位素分化值(δ130。在一些实施方案中，本发明的这些组合物是非医用的并且不用于医疗程序。在一些实施方案中，本发明的这些组合物是合成组合物并且不是天然存在的。
[0143]在一个第一方面，提供了一种含水硬水泥的组合物，其中该水硬水泥包含至少47%w/w的球霰石，其中该组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一个第二方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种水硬水泥，其中该水硬水泥包含至少47% w/w的球霰石，其中该组合具有小于-12%。的S13C。如在此使用的，“水硬水泥”包括在与水或一种溶剂为水的溶液(例如，掺料溶液)组合之后凝固并硬化的一种组合物。在硬化之后，这些组合物即使在水中也保留了强度和稳定性。由于立即开始的反应，能够观察到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称为凝固，此后开始了硬化阶段。然后材料的抗压强度可以稳定增长，这个时期在“超快硬化”水泥的情况下可以是几天，在其他水泥的情况下可以是几个月或几年。通过将本发明的组合物与一种水性液体组合而生产的产品的凝固和硬化可以源自或者可以不源自水合物的产生，这些水合物可以是由该组合物在与水反应之后形成的，其中这些水合物在水中是实质性不可溶的。水泥可以单独地或与骨料相组合地以粗和细的形式使用，在此情况下可以将这些组合物称为混凝土或灰浆。也可以将水泥切割并剁碎而形成骨料。
[0144]在一个第三方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种辅助胶凝材料(SCM)，其中该SCM包含至少47% w/w的球霰石，其中该组合物在与水、或水以及水泥组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一个第四方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，其中该SCM包含至少47% w/w的球霰石，其中该组合物具有小于_12%。的碳同位素分化值(δ 13C)0
[0145]如在此使用的，“辅助胶凝材料”(SCM)包括本领域已知的SCM。例如，当本发明的SCM与波特兰水泥混合时，在与SCM相互作用之后该波特兰水泥的一种或多种特性基本上保持不变、或者与没有SCM情况下的波特兰水泥本身或与混有常规SCM的波特兰水泥(如飞灰)相比得以增强。这些特性包括但不限于:细度、固定性、稠度、水泥凝固时间、水泥硬化时间、流变学行为、水合反应、比重、灼烧损失、和/或硬度，如水泥的抗压强度。例如，当将本发明的20% SCM加入80%的OPC (普遍波特兰水泥)中时，该一种或多种特性、例如OPC的抗压强度，保持不变、减小不超过10%、或者得以增强。波特兰水泥的特性可以根据波特兰水泥的类型而变化。用本发明的SCM代替波特兰水泥可以减少CO2排放，而与常规波特兰水泥相比并不损害该水泥或混凝土的性能。
[0146] 在一些实施方案中，波特兰水泥与本发明的SCM的最大替换体积可以在将SCM与OPC (对于水泥而言)以及骨料和/或砂(对于混凝土而言)混合之后通过在水泥和/或混凝土上进行不同的性能试验来确定。这样的试验可以作为测试可用于替换OPC的、本发明的SCM量值的参数。例如水泥的细度等特性可以影响水合速率。更大的细度可以增大可用于水合的表面，从而导致更大的早期强度以及更快的热量产生。美国材料试验学会(ASTM)以及美国国有公路运输管理员协会(AASHTO)要求用于测量水泥细度的瓦格纳浊度仪(WagnerTurbidimete)以及勃氏透气性试验二者。固定性，即水泥糊剂在硬化之后保持其体积的能力，可以通过测量灰浆棒在高压釜中的膨胀来进行表征。对于类型I水泥，2英寸(50-_)的灰浆立方体在7天之后的抗压强度可以是不小于2，800 psi (19.3 MPa)。
[0147]在一些实施方案中，波特兰熔块可以与本发明的SCM相互研磨而给出波特兰水泥共混物。加入波特兰熔块中的SCM的量可以基于该共混物中颗粒的尺寸和分布来进行优化。在一些实施方案中，本发明的细研磨的SCM是熔块的颗粒尺寸的一半，后者进而小于常规的波特兰水泥中的熔块颗粒尺寸。这可以对该共混物提供一种颗粒敛集效应，该效应可以增大混凝土的强度。
[0148]在一些实施方案 中，本发明的SCM组合物中的球霰石可以与波特兰水泥或波特兰熔块进行反应。在一些实施方案中，来自该熔块组分的铝酸盐可以与该SCM的碳酸盐组合以形成碳铝酸盐，这些碳铝酸盐可以减小混凝土的孔隙率并且增大其强度。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以用作一种填充剂。在一些实施方案中，这些颗粒的尺寸和/或颗粒的表面积可以影响本发明的SCM组合物与波特兰水泥或波特兰熔块的相互作用。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以为波特兰水泥或波特兰熔块提供成核位点。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以具有以上实施方案的组合。
[0149]此类混凝土试验的例子包括但不限于:混凝土抗压强度、混凝土挠曲强度、混凝土分裂拉伸强度、混凝土弹性模量、混凝土收缩性、混凝土对碱性硅石反应性的耐受性、混凝土对硫酸盐侵蚀的耐受性、混凝土对冰冻和解冻的耐受性、混凝土对结垢的耐受性、以及混凝土对氯离子通过的耐受性。
[0150]在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以在反应性上与本发明的水硬水泥组合物不相同。在一些实施方案中，本发明的SCM组合物可以不是一种有效的水硬水泥组合物并且反之亦然。例如在一些实施方案中，本发明的SCM组合物单独地在与水组合、凝固并硬化后可以不产生与本发明的SCM组合物在与水组合、凝固并硬化后相同的抗压强度。然而，这样的SCM组合物在与其他水泥如波特兰水泥混合后给出了令人惊讶且出乎意料的高的抗压强度，如下面所说明的。
[0151]在一些实施方案中，提供了一种组合物，该组合物包含一种辅助胶凝材料(SCM)，其中该SCM包含至少50% w/w的方解石，其中该组合物在与水、或与水以及水泥组合、凝固并硬化之后具有至少14 MPa的抗压强度。在一个第四方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，其中该SCM包含至少50% w/w的方解石，其中该组合物具有小于_12%。的碳同位素分化值(δ 13C)0在一些实施方案中，以上实施方案中的方解石是在50-100% w/w之间；或在50-99% w/w之间；或在50-95% w/w之间；或在50-90% w/w之间；或在50-85% w/w之间；或在50-80% w/w之间；或在50-70% w/w之间；或在50-60% w/w之间；或在50-55% w/w之间。在一些实施方案中，以上含有至少50% w/w方解石的SCM组合物进一步包含至少l%w/w、或10% w/w、或50% w/w、或在1-50% w/w之间的球霰石、霰石或ACC。
[0152]在一个第五方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，其中与OPC混合的按wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比降低了不超过10%。在一个第六方面，提供了一种组合物，该组合物包含一种SCM，其中与OPC混合的按Wt计至少16%的SCM导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比增大了超过5%。
[0153]在一些实施方案中，与OPC混合的、按wt计至少17%的SCM、或按wt计至少18%的SCM、或按wt计至少19%的SCM、或按wt计至少20%的SCM、或按wt计至少21%的SCM、或按wt计至少22%的SCM、或按wt计至少23%的SCM、或按wt计至少24%的SCM、或按wt计至少25%的SCM、或按wt计至少30%的SCM、或按wt计至少40%的SCM、或按wt计至少50%的SCM、或按wt计在16-50%之间的SCM、或按wt计在16-40%之间的SCM、或按wt计在16-30%之间的SCM、或按wt计在16-25%之间的SCM、或按wt计在16-22%之间的SCM、或按wt计在
16-20%之间的SCM、或按wt计在16-18%之间的SCM、或按wt计在18-50%之间的SCM、或按wt计在18-40%之间的SCM、或按wt计在18-30%之间的SCM、或按wt计在18-20%之间的SCM、或按wt计在20-50%之间的SCM、或按wt计在20-40%之间的SCM、或按wt计在20-30%之间的SCM、或按wt计在30-50%之间的SCM、或按wt计在30-40%之间的SCM、或按wt计在40-50%之间的SCM、或按wt计16%的SCM、或按wt计17%的SCM、或按wt计18%的SCM、或按wt计19%的SCM、或按wt计20%的SCM、或按wt计22%的SCM、或按wt计25%的SCM，导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比降低了不超过10%、或者导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比增大了超过5%。例如，混有OPC的、按wt计至少17-20%的SCM或按wt计20%的SCM，导致在28天时OPC的抗压强度与单独的OPC相比降低