CN113526937A - 一种提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法及制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法及制品。该提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，包括以下步骤：将氢氧化钙质原料、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁、陶砂和水按照100:15‑20:15‑20:40‑80:10‑20质量比混合均匀，经压制成型、碳化养护和自然养护得到制品。本发明通过物理吸附与化学反应的协同作用，在消耗氢氧化钙碳化产生的水分的同时，水泥水化产生的C‑S‑H胶凝作用、氢氧化镁的碳化产物的胶结作用以及陶砂的气体传输通道与内养护作用进一步提升了碳化程度与反应产物的胶凝性，从而大幅提升氢氧化钙碳化硬化体的强度。

Description

一种提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法及制品
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种提高氢氧化钙碳化硬 化体强度的方法及制品。
背景技术
氢氧化钙具有优异的碳化反应活性，是很多大宗工业固体废弃物的主 要组成，如电石渣和硫脲渣等。利用上述固体废弃物与CO2的碳化反应制 备砖、砌块等制品的同时，能有效吸收固结CO2，并实现固废的资源化处 置，具有良好的应用前景。
但是，氢氧化钙虽然碳化反应活性高，反应过程中会释放大量水分， 导致生成的碳酸钙晶粒间不能形成有效搭接网络，碳化硬化体强度低， 因而极大限制了富含氢氧化钙的固体废弃物的应用。
专利CN202010771454.4公开了一种湿磨电石渣制备碳化砖的方法， 通过湿磨工艺将电石渣磨细为浆体，再加入石膏、矿渣和细骨料等搅拌 为混合砂浆，碳化养护得到碳化砖。该方法通过湿磨细化颗粒粒径，以 此增加反应活性，但得到的碳化砖强度较低，1d抗压强度只有15.3MPa。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法及 制品，用以解决现有技术中氢氧化钙在加速碳化过程中释放大量水分， 导致形成的碳酸钙晶粒间胶结性差、碳化硬化体强度低的技术问题。
本发明的第一方面提供一种提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法， 包括以下步骤：
将氢氧化钙质原料、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁、陶砂和水按照 100:15-20:15-20:40-80:10-20质量比混合均匀，经压制成型、碳化养护和 自然养护得到制品。
本发明的第二方面提供一种制品，该制品为通过本发明第一方面提 供的提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法获得的氢氧化钙碳化硬化体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在物理吸附与化学反应的协同作用，在水泥水化、氢氧 化镁碳化消耗氢氧化钙碳化产生的水分同时，水泥水化产生的C-S-H胶 凝作用、氢氧化镁碳化产物的胶结作用、氢氧化镁碳化反应的体积膨胀 作用以及陶砂的气体传输通道与内养护作用进一步提升了碳化程度、反 应产物的胶凝性和碳化体的致密程度，从而大幅提升氢氧化钙碳化硬化 体的强度；
本发明的方法可用于富含氢氧化钙固体废弃物(如电石渣、硫脲渣 等)的碳酸化安全处置，大幅提升基于富含氢氧化钙固体废弃物碳化制 品(碳化砖、加气混凝土等)的力学性能。
附图说明
图1是本发明提供的提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法一实施方 式的工艺流程图；
图2中(a)和(b)分别是本发明实施例1和对比例1提供的碳化 制品的SEM图；
图3是本发明实施例1提供的碳化制品的背散射图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附 图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明的第一方面提供一种提高氢氧化钙碳化硬化体强 度的方法，包括以下步骤：
将氢氧化钙质原料、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁、陶砂和水按照 100:15-20:15-20:40-80:10-20质量比混合均匀，经压制成型、碳化养护和 自然养护得到制品。
本发明中，氢氧化钙与CO2碳化反应释放的水分通过普通硅酸盐水 泥的水化反应、氢氧化镁的碳化反应(化学效应)和多孔陶砂的吸附作 用(物理效应)及时消耗，有利于氢氧化钙碳化反应形成的碳酸钙颗粒 间的搭接，而且水泥水化产生的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、氢氧化镁碳 化产生的MgCO3·3H2O体积膨胀，增加颗粒间的接触，可有效将碳酸钙 颗粒胶凝为整体；同时，通过控制多孔陶砂的吸水状态，保证坯体成型 性的同时，预留额外吸水空间，且陶砂均匀分散在基体内部，在碳化养 护过程中，作为气体传输通道可以促进CO2气体由外至内的传输，提升 碳化反应程度(物理效应)。在自然养护过程中，作为内养护介质，陶 砂可以逐渐释放储存在内部孔结构的水分，提升水泥的水化反应和氢氧 化镁的碳化反应(化学效应)。
本发明中，氢氧化钙质原料包括氢氧化钙或以氢氧化钙为主要成分 的物质。进一步地，以氢氧化钙为主要成分的物质中氢氧化钙的含量在70％以上。本发明对以氢氧化钙为主要组成的物质的具体种类不作限定， 本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如可以为电石渣、硫脲渣等 固体废弃物。
本发明中，陶砂的开孔孔隙率为10-15％。
在本发明的一些优选实施方式中，氢氧化钙质原料与普通硅酸盐水 泥、氢氧化镁的质量比为100:20:20。
在本发明的一些优选实施方式中，氢氧化钙质原料与陶砂的质量比 为100:(40-50)，更优选为100:50。
在本发明的一些优选实施方式中，氢氧化钙质原料与水的质量比:100: (15-20)，更优选为100:15。
本发明中，将氢氧化钙质原料、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁、陶砂 和水混合均匀的过程具体为：将氢氧化钙、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁 和水混合均匀后加入陶砂。
本发明中，压制成型过程的所用压力为5-30MPa。
在本发明的一些具体实施方式中，成型压力为15MPa。
本发明中，碳化养护的条件为：碳化养护温度为5-90℃，相对湿度 为20-100％，二氧化碳浓度为10-99.8％，气压为0.05-0.3MPa，时间为2-12 小时。
在本发明的一些具体实施方式中，碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，时间为8小时。
本发明中，自然养护的条件为：自然养护温度为15-25℃。
在本发明的一些具体实施方式中，自然养护的温度为20℃，时间为 1～7天。
本发明的第二方面提供一种制品，该制品为通过本发明第一方面提 供的提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法获得的氢氧化钙碳化硬化体。
实施例1
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁和15份 水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为：碳化养护温度为25℃，相对湿 度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳 化养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
实施例1所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为60MPa，7d抗压 强度为75MPa。
实施例2
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁和10份 水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化 养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
实施例2所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为49MPa，7d抗压 强度为62MPa。
实施例3
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁和20份 水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化 养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
实施例3所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为53MPa，7d抗压 强度为69MPa。
实施例4
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁和15份 水混合均匀后，加入40份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化 养护后在20℃下自然养护至规定龄期；
实施例4所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为49MPa，7d抗压 强度为63MPa。
实施例5
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁和15份 水混合均匀后，加入80份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化 养护后在20℃下自然养护至规定龄期；
实施例5所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为42MPa，7d抗压 强度为50MPa。
实施例6
将100份氢氧化钙、15份普通硅酸盐水泥、15份氢氧化镁和15份 水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化 养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
实施例6所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为41MPa，7d抗压 强度为61MPa。
实施例7
将100份氢氧化钙、15份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁和15份 水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型， 在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度 为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化 养护后在20℃下自然养护至规定龄期；
实施例7所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为46MPa，7d抗压 强度为75MPa。
实施例8
将100份含80％氢氧化钙的电石渣、20份普通硅酸盐水泥、20份氢 氧化镁和15份水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa 压力成型，在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃， 相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为 8h，碳化养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
实施例8所得电石渣碳化硬化体1d抗压强度为47MPa，7d抗压强 度为61MPa。
实施例9
将100份含80％氢氧化钙的硫脲渣、20份普通硅酸盐水泥、20份氢 氧化镁和15份水混合均匀后，加入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa 压力成型，在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃， 相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为 8h，碳化养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
实施例9所得硫脲渣碳化硬化体1d抗压强度为48MPa，7d抗压强 度为64MPa。
对比例1
将100份氢氧化钙、15份水混合均匀，经15MPa压力成型，在碳化 反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度为50％， 二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化养护后在 20℃下自然养护至规定龄期。
对比例1所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为25MPa，7d抗压 强度为27MPa。
对比例2
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁、15份水 混合均匀，经15MPa压力成型，在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为 碳化养护温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压 为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
对比例2所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为37MPa，7d抗压 强度为54MPa。
对比例3
将100份氢氧化钙、20份氢氧化镁和15份水混合均匀后，加入50 份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型，在碳化反应釜中碳化，其 中碳化条件为碳化养护温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度为 99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化养护后在20℃下自然养护 至规定龄期。
对比例3所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为36MPa，7d抗压 强度为40MPa。
对比例4
将100份氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥和15份水混合均匀后，加 入50份陶砂，继续混合均匀，经15MPa压力成型，在碳化反应釜中碳 化，其中碳化条件为：碳化养护温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化 碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为8h，碳化养护后在20℃下 自然养护至规定龄期。
对比例4所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为34MPa，7d抗压 强度为39MPa。
对比例5
将50份陶砂和15份水混合，待陶砂吸水至饱和后继续加入100份 氢氧化钙、20份普通硅酸盐水泥、20份氢氧化镁，混合均匀，经15MPa 压力成型，在碳化反应釜中碳化，其中碳化条件为碳化养护温度为25℃， 相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.1MPa，碳化时间为 8h，碳化养护后在20℃下自然养护至规定龄期。
对比例5所得氢氧化钙碳化硬化体1d抗压强度为27MPa，7d抗压 强度为32MPa。
请参阅图2，图2中(a)是本发明实施例1提供的碳化制品的SEM 图；图2中(b)是本发明对比例1提供的碳化制品的SEM图。对比例1 中纯氢氧化钙碳化因有水的生成，碳化产物方解石倾向于形成单独的颗 粒，颗粒间的胶结作用较弱；实施例1中加入水泥、氢氧化镁与陶砂将 反应生成的水吸附消耗后，碳化产物相互接触胶结，具有很强的相互作 用效果，宏观上表现出优异的抗压强度。请参阅图3，图3是本发明实施 例1提供的碳化制品的背散射图。通过图3可以明显的观察到多孔的陶 砂与产物界面结合紧密，这是由于碳化养护阶段陶砂的多孔结构提供气 体传输通道，促进碳化反应；水化养护阶段，作为内养护材料，释放储 存的水分供水泥水化。因此，碳化产物以及水化产物将包裹，避免界面 薄弱区的引入。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氢氧化钙质原料、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁、陶砂和水按照100:15-20:15-20:40-80:10-20质量比混合均匀，经压制成型、碳化养护和自然养护得到制品。
2.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述氢氧化钙质原料包括氢氧化钙或以氢氧化钙为主要成分的物质。
3.根据权利要求2所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述以氢氧化钙为主要成分的物质中氢氧化钙的含量在70％以上。
4.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述陶砂的开孔孔隙率为10-15％。
5.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述氢氧化钙质原料与普通硅酸盐水泥、氢氧化镁的质量比为100:20:20。
6.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述氢氧化钙质原料与陶砂的质量比为100:(40-50)。
7.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述氢氧化钙质原料与水的质量比为100:(15-20)。
8.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述将氢氧化钙质原料、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁、陶砂和水混合均匀的过程具体为：将氢氧化钙、普通硅酸盐水泥、氢氧化镁和水混合均匀后加入陶砂。
9.根据权利要求1所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法，其特征在于，所述碳化养护的条件为：碳化养护温度为5-90℃，相对湿度为20-100％，二氧化碳浓度为10-99.8％，气压为0.05-0.3MPa，时间为2-12小时。
10.一种制品，其特征在于，所述制品为权利要求1～9中任一项所述提高氢氧化钙碳化硬化体强度的方法获得的氢氧化钙碳化硬化体。
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