背景技術(shù)：

1、2015年，全球波特蘭水泥制造貢獻(xiàn)了大約28億公噸二氧化碳即co2排放。這些排放相當(dāng)于全球總co2排放的8％。充當(dāng)粘合劑的波特蘭熟料的生產(chǎn)為制造普通波特蘭水泥(opc)的關(guān)鍵步驟。石灰石(caco3)在水泥窯中在高溫下進(jìn)行煅燒，產(chǎn)生石灰(cao)，導(dǎo)致廢co2的釋放。

2、這些二氧化碳反應(yīng)占所產(chǎn)生的co2排放量的大約50％，其中40％排放量來自燃燒化石燃料以將窯加熱至此煅燒過程所需的高溫，且10％排放量來自開采及運(yùn)輸原材料所需的燃料。每噸所生產(chǎn)的波特蘭水泥貢獻(xiàn)約一噸co2，直接地通過碳酸鈣的分解熱以產(chǎn)生石灰及co2，以及間接地通過燃燒化石燃料以加熱窯中的碳酸鈣。

3、在過去數(shù)十年中，水泥行業(yè)一直試圖減少排放量。該行業(yè)實(shí)施了節(jié)能窯、低排放燃料且增加了熟料替代品。然而，這些手段無法滿足如巴黎協(xié)定(paris?agreement)中所規(guī)定的將全球氣溫上升限制于2℃(3.8℉)以下所需的24％水泥排放削減的要求。已探索了諸如碳捕獲及儲存(css)及“新穎”水泥的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。由于成本及能量消耗，css尚未達(dá)到商業(yè)規(guī)模發(fā)展，且其實(shí)現(xiàn)將具有挑戰(zhàn)性。因此，替代水泥技術(shù)提供了減少行業(yè)排放的最合理途徑。本發(fā)明實(shí)施方案滿足此需要及其他需要。

4、盡管天然火山灰或火山灰的使用可被認(rèn)為能夠包括于某些水硬性粘合劑中，天然火山灰在特定配制品中的使用未受到重視。先前使用不含熟料的天然火山灰或火山灰水泥的嘗試已遇到許多問題及其他缺點(diǎn)，包括例如在與垂直及其他結(jié)構(gòu)構(gòu)建背景相關(guān)的應(yīng)用中的困難(例如，開裂、非水硬效能、不能與鋼及其他金屬一起使用等)。本技術(shù)涉及包含天然火山灰與其他材料的組合的各種配制品以產(chǎn)生基于熟料的水泥(諸如波特蘭水泥和/或其他當(dāng)前已知混合物(例如，包括可含有天然火山灰的混合物))的替代可固化配制品，其為建筑業(yè)及其他行業(yè)提供可靠且可持續(xù)的替代物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)一般涉及替代“水泥”技術(shù)(例如，凝固、硬化和/或粘附至其他材料以使其粘合在一起的材料，例如以制造諸如混凝土的材料)，其包含天然火山灰或具有經(jīng)改良的物理特性的火山灰，所述特性包括co2吸附以及使用源自海水或井水的脫鹽水的海水或鹽水；降低能量需求、成本需求及環(huán)境影響的廢品。根據(jù)一些實(shí)施方案，本文公開某些配制品或混合物，其經(jīng)配置以與水(和/或其他液體)組合來固化且凝固以便形成適合建筑的材料。此類混合物可包含mgo或mg(oh)2，且為波特蘭水泥、其他含鈣粘合劑材料及其他傳統(tǒng)粘合劑配制品的替代物。在一些實(shí)施方案，此類混合物在與水和/或其他液體組合之前(本文中稱為“干燥”混合物)不含波特蘭水泥。如本文所述，在某些情況下，不包含波特蘭水泥或任何熟料的混合物可提供環(huán)境益處(例如，通過減少溫室氣體排放)。

2、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀(stonelike)材料，澆注的混凝土混合物包含：(a)天然火山灰；(b)磨細(xì)粒化高爐爐渣；及(c)包含一種或多種促進(jìn)劑的水溶液。

3、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的混凝土混合物包含：(a)天然火山灰；(b)磨細(xì)?；郀t爐渣；(c)包含一種或多種促進(jìn)劑的水溶液，及(d)至少一種集料。

4、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的混凝土混合物包含：(a)火山灰；(b)爐渣；(c)水溶液，(d)一種或多種促進(jìn)劑；及(e)任選選用的至少一種集料。

5、在一方面中，本文提供一種由澆注的水泥質(zhì)混合物形成且經(jīng)配置以吸收且保留二氧化碳的人工石狀材料，該澆注的水泥質(zhì)混合物包含(a)天然火山灰；(b)磨細(xì)?；郀t爐渣；(c)包含一種或多種促進(jìn)劑的水溶液；及(d)任選選用的至少一種集料。

6、在一方面中，本文提供負(fù)二氧化碳排放的人工石狀材料的制造方法，該制造方法包括(a)使天然火山灰在包含一種或多種促進(jìn)劑的水溶液中與磨細(xì)?；郀t爐渣混合以形成水泥質(zhì)混合物；(b)將該水泥質(zhì)混合物澆注至結(jié)構(gòu)組件模具中以形成澆注的水泥質(zhì)混合物；且接著(c)在結(jié)構(gòu)模具中固化來自步驟(b)的澆注的水泥質(zhì)混合物以形成負(fù)二氧化碳排放的人工石狀材料。

7、在一方面中，本文提供負(fù)二氧化碳排放的人工石狀材料的制造方法，該制造方法包括(a)使火山灰與一種或多種促進(jìn)劑及mgo、mg(oh)2或其他反應(yīng)物和/或爐渣混合以形成干燥水泥質(zhì)混合物；(b)使該干燥水泥質(zhì)混合物與水溶液組合以形成水泥質(zhì)混合物；且接著(c)固化來自步驟(b)的水泥質(zhì)混合物以形成負(fù)二氧化碳排放的人工石狀材料。

8、在實(shí)施方案中，該水溶液為海水。在實(shí)施方案中，該水溶液為非飲用水。在實(shí)施方案中，該水溶液為鹽水。在實(shí)施方案中，該水溶液為濃縮的脫鹽鹽水。在實(shí)施方案中，該水性混合物為水，例如井水。在實(shí)施方案中，該井為咸水井。在實(shí)施方案中，該水溶液為純化水。在實(shí)施方案中，該鹽水或海水包含促進(jìn)劑。在實(shí)施方案中，一種或多種額外的促進(jìn)劑被添加到混合物中(例如，添加到干混合物和/或水溶液中)，例如假設(shè)鹽水或海水不含有所需的促進(jìn)劑?，F(xiàn)有技術(shù)的一個益處包括直接使用鹽水，例如無需過濾、處理、蒸發(fā)或改性鹽水。在不受理論束縛的情況下，預(yù)計(jì)鹽水的其他組分不會影響本文所述的混合物的性能。因此，現(xiàn)有技術(shù)的另一個益處是它不需要使用淡(例如，飲用)水。

9、如本文所使用，反應(yīng)物可來自任何來源。例如，mg(oh)2可來自任何來源。在實(shí)施方案中，mg(oh)2來自水鎂石。

10、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的混凝土混合物包含：(a)火山灰；(b)爐渣；(c)一種或多種促進(jìn)劑及(d)水溶液。在實(shí)施方案中，火山灰為天然火山灰。在實(shí)施方案中，火山灰為人造火山灰。

11、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的混凝土混合物包含：(a)火山灰；(b)爐渣；(c)水溶液；(d)一種或多種促進(jìn)劑；及(e)至少一種集料。

12、在一方面中，本文提供一種由澆注的水泥質(zhì)混合物形成且經(jīng)配置以吸收且保留二氧化碳的人工石狀材料，該澆注的水泥質(zhì)混合物包含(a)火山灰；(b)爐渣；(c)水溶液；(d)一種或多種促進(jìn)劑；及(e)任選選用的至少一種集料。

13、在一方面中，本文提供負(fù)二氧化碳排放的人工石狀材料的制造方法，該制造方法包括(a)使火山灰在水溶液中與一種或多種促進(jìn)劑及爐渣混合以形成水泥質(zhì)混合物；(b)澆注該水泥質(zhì)混合物以形成澆注的水泥質(zhì)混合物；且接著(c)固化來自步驟(b)的澆注的水泥質(zhì)混合物以形成負(fù)二氧化碳排放的人工石狀材料。在實(shí)施方案中，將該水泥質(zhì)混合物澆注至模具中。在實(shí)施方案中，將該水泥質(zhì)混合物澆注至結(jié)構(gòu)組件模具中。

14、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的水泥質(zhì)混合物包含：(a)火山灰；(b)mgo；(c)水溶液；(d)一種或多種促進(jìn)劑；及(e)任選選用的至少一種集料。

15、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的水泥質(zhì)混合物包含：(a)火山灰；(b)mg(oh)2；(c)水溶液；(d)一種或多種促進(jìn)劑；及(e)任選選用的至少一種集料。

16、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的水泥質(zhì)混合物包含：(a)天然火山灰；(b)人造火山灰；(c)水溶液；及(d)一種或多種促進(jìn)劑。在實(shí)施方案中，澆注的水泥質(zhì)混合物包括(e)至少一種集料。

17、根據(jù)一些實(shí)施方案，本文所公開的可固化混合物及配制品中的任一者均可包括四種不同組分?？晒袒旌衔锘蚺渲破房砂?i)反應(yīng)物，(ii)天然火山灰或火山灰，(iii)促進(jìn)劑，及(iv)填充劑和/或其他添加劑。此類混合物及配制品可與水和/或其他液體組合且使其固化，由此產(chǎn)生最終固化產(chǎn)物(例如，結(jié)構(gòu)、平板等)。根據(jù)一些實(shí)施方案，該可固化混合物或配制品可包括相等或基本上相等比例(以干燥混合物的重量計(jì))的反應(yīng)物及天然火山灰和/或火山灰。對于本文所公開的混合物或配制品實(shí)施方案中的任一者，反應(yīng)物及天然火山灰和/或火山灰在配制品(例如，添加任何水和/或其他液體之前的干燥配制品)中的比例可相對地彼此相等。例如，天然火山灰和/或火山灰以重量百分比計(jì)在干燥混合物或配制品中的比例為反應(yīng)物以重量百分比計(jì)在干燥混合物或配制品中的比例的20％至180％(例如，20％-180％、30％-170％、40％-160％、50％-150％、60％-140％、70％-130％、80％-120％、90％-110％、95％-105％、98％-102％、99％-101％、前述范圍之間的值等)。

18、在一方面中，本文提供一種通過澆注水泥質(zhì)混合物而凝固的人工石狀材料，澆注的混凝土混合物包含：(a)天然火山灰或火山灰(火山灰)；(b)反應(yīng)物；及(c)包含一種或多種促進(jìn)劑的水溶液，(d)至少一種集料。

19、在方面中，經(jīng)配置以在水存在下凝固的可固化混合物包含反應(yīng)物；初級天然火山灰或火山灰，其中火山灰以重量計(jì)的比例為反應(yīng)物以該混合物的重量計(jì)的比例的80％至120％；及至少一種促進(jìn)劑，其中該至少一種促進(jìn)劑包含呈mgcl2·6h2o的形式的氯化鎂或呈mg(no3)2·6h2o的形式的硝酸鎂。