CN109796169A - 一种复合增强碳化预制品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合增强碳化预制品的制备方法。包括以下步骤：将低钙碳化水泥与轻烧活性氧化镁在混料机中均匀混合得干料；将碱金属硝酸盐和水配制硝酸盐溶液；将上步中的溶液和干料按照质量比0.12‑0.21的比例配制，并搅拌均匀成为湿料；利用压机将搅拌均匀的湿料压制成所需形状的坯体，置于碳化养护室内进行加速碳化处理，得到复合增强碳化预制品。本发明所述的复合增强碳化预制品尤其适合于生产预制板、管片等，具有强度高、耐侵蚀的特点，可用于建筑表面防护、隧道建设等工程应用中。

Description

一种复合增强碳化预制品的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种复合增强碳化预制品的制备方法。

背景技术

常见的混凝土预制构件包括预制板、梁、桩、箱梁等，是装配式建筑和高铁、隧道等建筑的重要组成部分，它是在工厂中，利用水泥混凝土，配以早强剂和蒸养蒸压工艺，在模具中成型养护脱模制成。相比于现浇混凝土，由于有专业化的生产工艺，预制构件具有质量稳定性高、生产周期短的优势，是未来建筑施工重要的发展方向。然而，快速水化养护以缩短生产周期也带来了预制构件内部结构损伤、力学、耐久性能不足的问题。

近年来，利用快速碳化生产新型预制件得到了广泛的研究和关注。碳化是指硅酸钙矿物可以在润湿条件下与二氧化碳反应，形成碳酸钙和硅凝胶的过程。相比水化，碳化具有更快的反应速率、更高的力学耐久性能，尤其适合作为建筑预制构件的生产工艺。仅有硅酸三钙和硅酸二钙等少部分高钙硅比的硅酸钙矿物具有常温水化活性，而几乎所有的硅酸钙都可以在常温润湿条件下与高浓度二氧化碳发生快速反应，因此利用低钙硅比的硅酸钙矿物，并采用快速增强碳化工艺，制备新型碳化预制构件，无论是对于发展高性能建筑材料，还是推进建筑材料的低碳排放，都具有重要意义。

目前仅见到少量利用普通水泥混凝土碳化生产制品的专利，如已申请的专利《一种固碳混凝土预制件的制备方法》(申请号：CN201810468190)，利用工业废气与已完成配料的混凝土拌合物进行碳化反应，制备预制构件。但还未看到利用低钙硅比的硅酸钙矿物作为主要成分并通过碳化制备水泥混凝土制品的报道，主要原因为低钙硅比的硅酸钙矿物碳化活性不高，因此如何增强低钙硅比硅酸钙矿物的碳化性能是亟待解决的问题，也是本发明的目的所在。

发明内容

本发明目的在于利用低钙硅比的硅酸钙矿物作为低钙碳化水泥主体，并通过复合活性氧化镁和碱金属硝酸盐溶液作为碳化增强相和催化相，通过加速碳化使得成型的坯体快速硬化，得到高性能的碳化预制品。

为达到上述目的，采用技术方案如下；

一种复合增强碳化预制品的制备方法，包括以下步骤：

1)将低钙碳化水泥与轻烧活性氧化镁在混料机中均匀混合得干料；将碱金属硝酸盐和水配制硝酸盐溶液；

2)将上步中的溶液和干料按照质量比0.12-0.21的比例配制，并搅拌均匀成为湿料；

3)利用压机将搅拌均匀的湿料压制成所需形状的坯体，置于碳化养护室内进行加速碳化处理，得到复合增强碳化预制品。

按上述方案，所述低钙碳化水泥为γ型硅酸二钙、二硅酸三钙、硅酸一钙的两种或三种的混合物；该低钙碳化水泥平均钙硅比为1.5-1.7，比表面积300-350m²/kg。

按上述方案，所述轻烧活性氧化镁为菱镁矿细粉轻烧制备，烧成制度为600-750℃保温1小时。

按上述方案，步骤1中碳化水泥与氧化镁质量比为7:3～9:1。

按上述方案，步骤1中碱金属硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠或者二者的混合物。

按上述方案，步骤1中碱金属硝酸盐溶液的浓度为0.5-2mol/L。

按上述方案，步骤3中所述坯体成型压力5-100MPa，并要求成型后的坯体的厚度不大于150mm。

按上述方案，步骤3中碳化养护室内的温度为5-50℃，相对湿度75-100％，二氧化碳浓度80-100％，气压为1-4个大气压。

本发明的低碳碳化水泥主要采用水化活性低的γ型硅酸二钙、二硅酸三钙、硅酸一钙作为主要原料，这些硅酸钙矿物的钙硅比低于普通的硅酸盐水泥，因此在生产时可减少石灰石的消耗量，同时这些硅酸钙矿物具有较高的碳化活性，因此是一种典型的低碳胶凝材料。

活性氧化镁碳化增强相具有粒度小、活性高等特点，可提高碳化成品的力学和耐久性能；碱金属硝酸盐溶液作为碳化催化相可促进硅酸钙矿物的溶解和进一步的碳化反应，从而提高碳化反应程度，而且由于碳化是个固相体积膨胀的过程，因此高的碳化反应程度也预示着更致密的基体结构，有利于提高耐久性能。

为了提高这种低碳水泥的应用前景，需要进一步激发其碳化活性，本发明采用复合活性氧化镁和碱金属硝酸盐溶液作为碳化增强相和催化相，并通过加速碳化的方法，可以将这种低碳水泥制备成为高性能的建筑用预制品。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

利用本发明生产制备的预制品，具有凝结硬化速度快的特点，在制品厚度小于150mm的条件下，一般24小时内即可达到普通水泥预制品标准养护28天的力学性能，显著缩短生产周期。

本发明所述的复合增强碳化预制品尤其适合于生产预制板、管片等，具有强度高、耐侵蚀的特点，可用于建筑表面防护、隧道建设等工程应用中。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

采用钙硅比为1.5的低钙碳化水泥；将碳化水泥与轻烧活性氧化镁按照7:3的质量比配制并在混料机中均匀混合，将硝酸钾和水配制成2mol/L的硝酸盐溶液；将混匀的干料和溶液按照液固比0.15的比例在搅拌机中搅拌均匀；拌匀的湿料通过模具压制成型坯体，坯体为400×400×20mm的板材，成型压力20MPa，该坯体的厚度20mm；将坯体置于碳化养护室内进行加速碳化处理，碳化的条件为温度20℃，相对湿度75％，二氧化碳浓度100％，分压为4bar，经过5小时的加速碳化，得到复合增强碳化预制品。经测试，该材料的抗压强度达到104MPa，抗折强度19MPa，40℃烘干后的真空饱水吸水率<4wt.％，证明该制品的致密性很高，耐侵蚀性能好。

实施例2

采用钙硅比为1.7的低钙碳化水泥，为γ型硅酸二钙和二硅酸三钙的混合物；将低钙碳化水泥与轻烧氧化镁按照9:1的质量比配制，并在混料机中均匀混合，将硝酸钠和水配制成2mol/L的硝酸盐溶液；将混匀的干料和溶液按照液固比0.20的比例在搅拌机中搅拌均匀；通过冷等静压成型φ2000mm的管片，成型压力100MPa，坯体的厚度70mm；将坯体置于碳化养护室内进行加速碳化处理，碳化的条件为温度50℃，相对湿度95％，二氧化碳浓度100％，1个大气压，经过24小时的加速碳化，得到复合增强碳化预制品。经测试，该材料的抗压强度达到67MPa，抗折强度17MPa，40℃烘干后的真空饱水吸水率为3.8±0.3wt.％，满足用于地下管线铺设用的管片的使用标准。

实施例3

低钙碳化水泥采用钙硅比为1.6的γ型硅酸二钙、二硅酸三钙和硅酸一钙三者的混合物；将碳化水泥与氧化镁按照8:2的质量比配制并在混料机中均匀混合，将硝酸钾和硝酸钠按照1:1的摩尔比和水配制成1mol/L的硝酸盐溶液；将混匀的干料和溶液按照液固比0.15的比例在搅拌机中搅拌均匀；通过模具单向压制成型，成型压力70MPa，坯体的厚度5mm；将坯体置于碳化养护室内进行加速碳化处理，碳化的条件为温度40℃，相对湿度80％，二氧化碳浓度100％，2个大气压，经过2小时的加速碳化，得到复合增强碳化预制品。经测试，该材料的抗折强度达到27MPa，抗压强度达到82MPa，达到绝缘陶瓷垫片的性能要求。

Claims (8)

1.一种复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将低钙碳化水泥与轻烧活性氧化镁在混料机中均匀混合得干料；将碱金属硝酸盐和水配制硝酸盐溶液；

2)将上步中的溶液和干料按照质量比0.12-0.21的比例配制，并搅拌均匀成为湿料；

3)利用压机将搅拌均匀的湿料压制成所需形状的坯体，置于碳化养护室内进行加速碳化处理，得到复合增强碳化预制品。

2.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于所述低钙碳化水泥为γ型硅酸二钙、二硅酸三钙、硅酸一钙的两种或三种的混合物；该低钙碳化水泥平均钙硅比为1.5-1.7，比表面积300-350m²/kg。

3.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于所述轻烧活性氧化镁为菱镁矿细粉轻烧制备，烧成制度为600-750℃保温1小时。

4.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于步骤1中碳化水泥与氧化镁质量比为7:3～9:1。

5.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于步骤1中碱金属硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠或者二者的混合物。

6.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于步骤1中碱金属硝酸盐溶液的浓度为0.5-2mol/L。

7.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于步骤3中所述坯体成型压力5-100MPa，并要求成型后的坯体的厚度不大于150mm。

8.如权利要求1所述复合增强碳化预制品的制备方法，其特征在于步骤3中碳化养护室内的温度为5-50℃，相对湿度75-100％，二氧化碳浓度80-100％，气压为1-4个大气压。