CN113429174B - 一种可吸收二氧化碳的选择性内暴露混凝土的制备方法 - Google Patents
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- C04B40/02—Selection of the hardening environment
- C04B40/0231—Carbon dioxide hardening
Abstract
本发明提供了一种可吸收二氧化碳的选择性内暴露混凝土的制备方法。该发明所用材料和设备包括球状高吸水性树脂(SAP)颗粒、塑料管、水泥、河砂、石子、减水剂、混凝土试模、混凝土搅拌机和养护箱。首先将混凝土浇筑至试模深度的一半。在塑料管中部制作两个对称的圆洞，将球形SAP颗粒置于圆洞位置并浸泡在去离子水中。待SAP膨胀并将两圆洞堵塞后，将塑料管两端密封并把含SAP颗粒的塑料管置于混凝土表面。随后继续浇筑混凝土至试模被充满。完成养护后，拆除塑料管两端密封物，SAP的收缩使塑料管孔洞处混凝土与环境接触，进而能够吸收环境中的CO2。本发明有助于降低大气CO2浓度并抑制CO2环境温室效应引起的生态恶化。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土领域，特别是利用混凝土自身碳化反应进行碳吸收的技术领域。
背景技术
混凝土可利用自身的碳化反应吸收环境中的CO2，但混凝土的碳化反应仅发生在表层(5～30mm)，如果能够使混凝土内部发生碳化反应，将显著提升混凝土的CO2吸收效率。此外，碳化反应会引起混凝土内部钢筋的腐蚀，因此在利用混凝土内部吸收CO2时，应有选择性的暴露内部混凝土。
SAP是一种可膨胀和收缩变形的材料。SAP可在去离子水中膨胀数百倍，当混凝土内部湿度降低时，SAP可向混凝土释放水分并收缩。根据SAP的这一特点，可将SAP置于有孔洞的塑料管中，先利用SAP的膨胀行为堵塞塑料管孔洞。在混凝土养护阶段，利用SAP的收缩行为，可使塑料管孔洞处混凝土与环境接触，从而使混凝土内部进行CO2吸收。此外，塑料管的开洞位置可以进行设计，这样可避免钢筋位置附近混凝土的碳化，从而实现混凝土内部的选择性暴露和CO2的高效吸收。
文献1(B.Park,Y.C.Choi,Investigation of carbon-capture property offoam concrete using stainless steel AOD slag,Journal of Cleaner Production288(2021):125621)公布了一种提高混凝土CO2吸收效率的技术方法。该方法是在混凝土中加入适量引气剂从而产生大量气孔，通过改善混凝土的透气性来提升混凝土的CO2捕捉能力。
文献2(C.Moro,V.Francioso,M.Velay-Lizancos,Modification of CO2 captureand pore structure of hardened cement paste made with nano-TiO2 addition:Influence of water-to-cement ratio and CO2 exposure age,Construction andBuilding Materials 275(2021):122131.)公布了一种提高硬化水泥基材料CO2吸收能力的方法。该技术是利用TiO2改变硬化水泥浆的孔隙率和水泥基材料基体中Ca(OH)2的活性，进而提升硬化水泥浆的CO2捕捉能力。
文献3(一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置；申请号：CN202010258381.9；公开号：CN112191090A)公布了一种采用水泥基材料固定CO2的方法和装置。该技术是在400℃～700℃温度范围的环境中以水泥基材料作为CO2的吸收材料，在特定的反应容器中进行加速碳化反应。当水泥基材料孔隙率低于5％时，加水使水泥基材料达到饱和孔隙含水率。可实现工业排放CO2的部分吸收。
上述技术的不足在于：(1)在干燥环境中，文献1和文献2中所设计材料由于缺水而无法进行碳化反应。而本发明中塑料管中的SAP颗粒可在湿环境中吸水膨胀，从而使混凝土在干燥环境中保持较高湿度，进而保证碳化反应的进行。(2)文献1难以精准调控水泥基材料的孔结构特性，这是因为引气剂产生的气孔体系是不稳定的。小气泡的自由能高于大气泡，故小气泡倾向于合并而形成大气泡。由于气泡的密度小于混凝土的密度，所以气泡有脱离混凝土的趋势。此外，长时间拌合、泌水、高温和喷射工艺等都会促使气泡脱离混凝土，从而造成无法精准调控气孔体系的特性。这也导致无法进一步优化混凝土的碳捕捉能力。(3)文献2中TiO2的掺量在一定范围时才能提升硬化水泥浆的CO2捕捉能力，并且其提高的程度有限。这是因为TiO2既可以提高氢氧化钙的反应活性又可降低混凝土孔隙率，前者能够提升碳化效率，后者会抑制碳化反应。TiO2掺量过多或过少均会导致硬化水泥浆的CO2捕捉能力降低。文献4中装置存在CO2泄露风险。此外，加热、喷淋、材料传输等步骤均会产生高能耗；当温度高于100℃时，喷淋水会快速蒸发，导致CO2吸收效率降低。
发明内容
为弥补现有测试技术的不足，本发明提出一种可内部选择暴露的CO2吸收混凝土的制备方法。请一并参见图1a、图1b、图1c、图1d和图1e。
本发明的技术方案如下：
一种可内部选择暴露的CO2吸收混凝土的制备方法，步骤如下：
1)将P·O 42.5水泥、河砂和石子置于混凝土搅拌机中干拌2分钟；随后加入溶有高性能减水剂的拌合水，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)制备工作性优良的混凝土拌合物；
2)在聚乙烯塑料管上制作两个对称的孔洞；将球形SAP颗粒置于塑料管孔洞处，随后将塑料管浸泡在去离子水中，SAP吸水膨胀从而堵住塑料管的孔洞，以避免混凝土进入塑料管。塑料管两端用保鲜膜密封，以避免塑料管被混凝土堵塞并影响暴露位置混凝土与环境的接触。
3)将混凝土浇筑至试模高度的一半，随后将塑料管置于混凝土表面，然后缓慢浇筑混凝土至试模被充满。
4)将硬化的混凝土置于混凝土养护箱中进行养护，混凝土内部湿度的降低会导致SAP收缩。SAP收缩后，塑料管孔洞处混凝土暴露从而能够进行CO2吸收。
5)完成养护后，将塑料管两端的密封保鲜膜去除，将内部暴露的混凝土置于环境中，混凝土基于碳化反应吸收环境中的CO2。
上述方法中优选的方案如下：
步骤1)中减水剂为聚羧酸高性能减水剂；所拌制混凝土的水胶比为0.3～0.7；
步骤2)中聚乙烯塑料管的内径范围为3～15毫米，塑料管壁厚小于2毫米，塑料管长度与试模边长一致；
步骤2)中SAP颗粒为球形，其材质为丙烯酸交联丙烯酰胺，膨胀后SAP的直径须大于塑料管内径；
步骤4)中混凝土内部暴露位置和暴露面积可通过改变塑料管直径和塑料管表面孔洞的大小进行调节。
附图说明
图1a在塑料管中部制作两个对称的孔洞；
图1b将球形SAP置于孔洞位置并在去离子水中浸泡直至SAP将孔洞堵塞；
图1c将混凝土浇筑至试模高度一半；
图1d将内含球形SAP颗粒且两端封堵的塑料管置于混凝土表面；
图1e继续浇筑混凝土，待混凝土硬化后拆除塑料管两端密封物。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种可吸收二氧化碳的选择性内暴露混凝土的制备方法，步骤如下：
1)将水泥、河砂和石子置于混凝土搅拌机中干拌2分钟；
2)随后加入溶有高性能减水剂的拌合水，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2016制备工作性优良的混凝土拌合物；
3)在聚乙烯塑料管上制作两个对称的孔洞；
4)将球形SAP颗粒置于塑料管孔洞处，随后将塑料管浸泡在去离子水中，SAP吸水膨胀从而堵住塑料管的孔洞；塑料管两端用保鲜膜密封；
5)将混凝土浇筑至试模高度的一半，随后将塑料管置于混凝土表面，然后缓慢浇筑混凝土至试模被充满；
6)将硬化的混凝土置于混凝土养护箱中进行养护，混凝土内部湿度的降低会导致SAP收缩；塑料管孔洞处混凝土暴露；
7)完成养护后，将塑料管两端的密封保鲜膜去除，将内部暴露的混凝土置于环境中，混凝土基于碳化反应吸收环境中的CO2。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述1)中水泥为P·O 42.5水泥。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述2)中减水剂为聚羧酸高性能减水剂；所拌制混凝土的水胶比为0.3～0.7。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3)中聚乙烯塑料管的内径范围为3～15毫米，塑料管壁厚小于2毫米，塑料管长度与试模边长一致。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述4)中SAP材质为丙烯酸交联丙烯酰胺，膨胀后SAP的直径须大于塑料管内径。
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