CN106431158A - 一种利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重co2吸收技术制备建筑材料制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法，即将磨细钢渣作为无熟料胶凝材料与适量水混合，经碳化搅拌和常规搅拌两个步骤后，将拌合料压缩成型，再经碳化养护辅以标准养护后得到绿色建筑材料制品。该技术可以全部利用钢渣作为胶凝材料，多重碳化可以比单纯碳化养护样品的固碳量增加18%‑20%，多重碳化辅以标准养护可以大幅提高试样的强度。

Description

一种利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑 材料制品的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法。
背景技术
因温室气体排放引起的极端气候问题越来越严重，各个领域都在利用各种技术达到节能减排的目的，以降低温室气体的排放。建筑材料领域因大量消耗化石能源，因此排放的CO2等温室气体较多。据估算，水泥工业的CO2排放量占全球碳排放的5％。因此在建筑材料领域，应用低碳技术，降低这一领域的CO2排放迫在眉睫。
钢渣是三大主要工业废渣之一，其化学组成及矿物组成与硅酸盐水泥熟料很接近，因而将其利用在混凝土中的潜力很高。然而，钢渣化学成分及矿物组成波动大、水化过程难以控制、早期强度低、稳定性差、易磨性不高，且原料的预处理较困难，使得采用一般的提高混凝土掺合料活性的加工制备工艺远不能适应对钢渣的使用要求，极大地限制了钢渣在水泥混凝土行业的利用，使得钢渣成为中国固渣利用率最低的材料之一。
为了开辟钢渣生产绿色制品的新途径，通过分析钢渣中的矿物成分可以发现，利用早期CO2吸收可以激发钢渣的活性的原理，而为了增加固碳量可以在搅拌和养护阶段双重吸收CO2。
固碳量(材料吸收固定CO2的质量占原材料质量的百分比)是衡量材料吸收CO2的重要指标。固碳量越大，材料吸收的CO2量越大，材料的绿色度越高。提高材料的固碳量，可以更有效的降低CO2排放。本发明将利用以下计算式进行固碳量的计算：
利用碳化处理技术，将钢渣作为一种新型无熟料钢渣胶凝材料生产绿色建筑材料制品，既可以吸收稳定CO2又可以资源化利用钢渣，具有重要的绿色发展意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明将钢渣粉作为无熟料钢渣胶凝材料，利用多重碳化处理技术生产建筑材料制品，具体技术方案如下：
一种利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法,将无熟料钢渣胶凝材料与水混合，经设定的搅拌、成型、养护工艺，在大量吸收CO2后制备出绿色建筑材料制品，其具体步骤如下：
(1)将无熟料钢渣与水按照水固比为0.1的比例在在二氧化碳气氛中充分搅拌240s后二次补水，继续在空气中搅拌120s，然后在5-12MPa压力下成型，得到毛坯；所述二次补水的补水量为无熟料钢渣质量的5％
(2)将上步所得毛坯在二氧化碳气氛中、温度为15-25℃、养护压力2bar的条件下碳化养护2-8h小时，即得。
作为优选项：所述无熟料钢渣胶凝材料为磨细的平炉渣、转炉渣和电炉渣的一种或两种以上的混合物。
作为优选项：所述二氧化碳气氛为浓度大于10％的工业废气。
作为优选项：所述无熟料钢渣胶凝材料的比表面积在300-400m2/kg之间。
本发明中钢渣含有C2S、C3S等矿物相，能表现出与水泥等含熟料胶凝材料类似的CO2激发活性。此外引起钢渣稳定性不良的CaO和MgO可以在碳化处理过程中吸收CO2生成稳定的碳酸盐，同时与C2S、C3S发生碳化水化作用：
C2S+(2-x)CO2+yH2O→CxSHy+(2-x)CaCO3
C3S+(3-x)CO2+yH2O→CxSHy+(3-x)CaCO3
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+CO2→CaCO3
MgO+H2O→Mg(OH)2
Mg(OH)2+CO2→MgCO3
本发明有益技术效果：在搅拌过程中的碳化处理与养护阶段的碳化处理产生叠加作用，提高了材料吸收CO2的量。使产品的绿色度提高。另为碳化养护能快速提高钢渣制品的强度，提高生产效率。
本发明可以全部利用钢渣作为胶凝材料，多重碳化可以比单纯碳化养护样品的固碳量增加18％-20％，多重碳化(搅拌阶段、养护阶段均进行碳化)辅以标准养护可以大幅提高试样的强度。
附图说明
图1转炉钢渣、碳化养护2h和标准养护2h样品的XRD图谱；
图2转炉钢渣和碳化搅拌后的拌合物XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案的有效方式做进一步说明：
实施例1
选取某企业生产的比表面积在300-400m2/kg之间的转炉钢渣粉，加入适量水(水固比为0.15)，采用常规搅拌方法搅拌240s，用5MPa压力成型2组(每组6块)尺寸为40mm×40mm×20mm的试块，一组置入压力容器中并注入CO2气体，使CO2气压达到2bar，进行碳化养护，2h后强度达到15.5MPa，固碳量达到了12.9％。而另外一组进行标准养护，2h后强度为0，且固碳量为0。
转炉钢渣、碳化养护2h与标准养护2h的样品XRD图谱如图1所示。从图1中可以看出，经过两小时的碳化养护，原钢渣中的Ca(OH)2衍射峰消失，CaCO3的衍射峰强度明显增强，说明Ca(OH)2经碳化养护过程变为CaCO3，这一过程稳定吸收了CO2，同时，C2S、C3S的衍射峰强度减弱。而经标准养护的样品未见明显的CaCO3衍射峰。这一试验结果证明了早期碳化养护的增强效应。
实施例2
选取某企业生产的比表面积在300-400m2/kg之间的转炉钢渣粉，加入适量的水(水固比为0.1)，在CO2气氛中碳化搅拌240s，之后再加入钢渣质量5％的水继续在空气气氛中常规搅拌120s。用8MPa压力成型为40mm×40mm×20mm的试块6块。将该组试样放在压力容器中，注入CO2气体，使CO2气压达到2bar，温度为15-25℃条件下进行碳化养护，2-8h后强度最高达到10.5MPa，固碳量最大达到了15.2％。
转炉钢渣和碳化搅拌后钢渣拌合物样品的XRD图谱如图2所示。从图2中可以看出，经过碳化搅拌，钢渣XRD图谱中的Ca(OH)2的衍射峰明显减弱，CaCO3的衍射峰强度明显增强。说明碳化搅拌这一搅拌方式也能吸收固定CO2。碳化搅拌和碳化养护这两种碳化处理的叠加作用提高了钢渣制品的固碳量，相比仅仅进行碳化养护的样品固碳量提高了约18％。
实施例3
选取某企业生产的比表面积在300-400m2/kg之间的电炉钢渣粉，加入适量的水(水固比为0.1)，在CO2气氛中碳化搅拌240s，之后加入钢渣质量5％的水继续在空气气氛中常规搅拌120s。用8MPa压力成型为40mm×40mm×20mm的试块6块，将该组试块放在压力容器中，注入CO2气体，使CO2气压达到2bar，温度为15-25℃条件下进行碳化养护，2-8h强度达到6.8MPa，固碳量达到了10.2％。相较转炉钢渣而言，固碳量较低。
实施例4
选取某企业生产的比表面积在300-400m2/kg之间的转炉钢渣粉，加入适量的水(水固比为0.1)在CO2气氛中碳化搅拌240s，之后加入钢渣质量5％的水分继续在空气气氛中常规搅拌120s。用12MPa压力成型为40mm×40mm×20mm的试块6块，将该组试块放在压力容器中注入CO2气体，使CO2气压达到2bar，温度为15-25℃条件下进行碳化养护，2h后强度达到18.3MPa，固碳量达到了13.2％。与实施例2相比，固碳量进一步增加，增加幅度为20％。
实施例5
选取某企业生产的比表面积在300-400m2/kg之间的转炉钢渣粉，加入适量的水(水固比为0.1)，在CO2气氛中碳化搅拌240s，之后加入钢渣质量5％的水分继续在空气气氛中常规搅拌120s。用12MPa压力成型为40mm×40mm×20mm的试块18块。将3组试块放入压力容器中注入CO2气体，使CO2气压达到2bar，温度为15-25℃条件下碳化养护2h后再在标准条件下养护3d，强度达到24.2MP转a，固碳量达到了16.1％；碳化养护2h后继续标准养护7d，强度达到31.1MPa，固碳量达到了16.4％。可见，碳化搅拌、伴随碳化养护加标准养护的多重碳化过程，不仅可以提高钢渣胶凝材料的固碳量，而且可以同时提高强度。
上述实施例中二氧化碳气体为浓度大于10％的工业废气。
上述实施例1、2、4、5中的转炉渣和实施例3中的电炉渣均可置换为平炉渣、转炉渣和电炉渣的一种或两种以上的混合物，不影响其效果。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法,其特征在于：将无熟料钢渣胶凝材料与水混合，经设定的搅拌、成型、养护工艺，在大量吸收CO2后制备出绿色建筑材料制品，其具体步骤如下：
(1)将无熟料钢渣与水按照水固比为0.1的比例在在二氧化碳气氛中充分搅拌240s后二次补水，继续在空气中搅拌120s，然后在5-12MPa压力下成型，得到毛坯; 所述二次补水的补水量为无熟料钢渣质量的5%；
(2)将上步所得毛坯在二氧化碳气氛中、温度为15-25℃、养护压力2 bar的条件下碳化养护2-8h小时，即得。
2.如权利要求1所述的利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法,其特征在于：所述无熟料钢渣胶凝材料为磨细的平炉渣、转炉渣和电炉渣的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法,其特征在于：所述二氧化碳气氛为浓度大于10%的工业废气。
4.如权利要求1所述的利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法,其特征在于：所述步骤（2）中毛坯在二氧化碳气氛中养护后再在空气中养护3d。
5.如权利要求2所述的利用无熟料钢渣胶凝材料结合多重CO2吸收技术制备建筑材料制品的方法,其特征在于：所述无熟料钢渣胶凝材料的比表面积在300-400 m2/kg之间。
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