CN113956000A - 水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法 - Google Patents

水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法，所述水泥窑尾气碳化建筑预制品按质量份计，包含以下组分：碳化水泥20～40份，硅酸盐水泥5～10份，混凝土骨料尾矿粉50～70份，水12～30份。其制备方法为：先将碳化水泥、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉混合；再将湿料分层装入模具轻压成型并初步硬化后脱模；最后将坯体送至碳化养护釜中，在温度10～50℃、相对湿度50～90％，CO2体积浓度15～30％，压力2～4个大气压的条件下养护8～24h后，再在温度10～30℃、相对湿度50～90％的自然条件下养护3～7天，即得到水泥窑尾气碳化建筑预制品。本发明涉及的水泥窑尾气碳化建筑预制品，制备过程中大量吸收CO2、吸纳固体废弃物，高强且强度发展快、吸水率极低，特别适宜生产装配式建筑的挂板、阳台板、雨棚等。

Description

水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑预制品领域，更具体地说，涉及一种水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法。
背景技术
建筑预制品因具有效率高、工程质量稳定、绿色施工等优点得到快速发展与应用。作为其重要构配件的混凝土制品，在其生产实践中往往采用加速水泥水化的手段，如各种早强剂的使用、高温高压的养护制度等，存在能耗高、内部质量缺陷、耐久性不足等问题。
相比于水化硬化，硅酸盐加速碳化硬化因能在短时间内获得优异的力学性能和耐久性，近年来得到迅速发展。而与普通硅酸水泥中的硅酸盐矿物(C3S、β-C2S)相比，低钙硅酸盐矿物，如α-CS、C3S2、γ-C2S具有更高的碳化活性及更低的生产碳排放，特别适宜于用于不含钢筋的建筑预制品的生产。
目前，以碳化水泥为主要胶凝材料，通过加速碳化制备预制件有少量研究，为快速获得更高的强度，其制备方法复杂、胶凝材料用量高，需要90％以上的水泥用量，压制成型的压力为5MPa以上，压力大、90％以上高体积浓度的CO2碳化养护导致成本较高，且产品弹性模量高、存在长期体积稳定性不良的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法，以50％以下含量的碳化活性水泥为主要胶凝材料，以50％以上含量的混凝土骨料尾矿粉固体废弃物为填料，利用水泥窑尾气进行碳化养护，能够大量吸收CO2、吸纳固废，有效降低了水泥行业碳排放，并制得满足装配式建筑要求的建筑预制品。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，包括以下质量份数的组分：碳化水泥20～40份，硅酸盐水泥5～10份，混凝土骨料尾矿粉50～70份，水12～30份。
进一步地，所述碳化水泥为包括质量分数分别为10～50％的α-CS、20～40％的C3S2和5～65％的γ-C2S，其勃氏比表面积为300～450m2/kg。与普通的硅酸盐水泥相比，该碳化水泥石灰石用量少、烧成温度低100℃～200℃，比表面积越高，其吸收CO2的能力越强。除此之外，碳化水泥还可能包括f-CaO、硅铝酸钙、铁相固溶体。
进一步地，所述硅酸盐水泥为普通的硅酸盐水泥，硅酸盐水泥是为了胶黏混凝土骨料尾矿粉，便于成型脱模的同时，其水化产生的纤维状C-S-H凝胶赋予该预制品韧性和后期强度，实现碳化与水化双强化；所述混凝土骨料尾矿粉为以石灰岩、砂岩、玄武岩、花岗岩为原料制砂过程中产生的微细固废，其中的一种或多种。
本发明还提供了一种吸碳建筑预制品的制备方法，包括以下步骤：
(1)干混湿拌：将碳化水泥、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉在混料机中混合均匀获得干料，并加水拌匀成湿料；
(2)轻压成型：将湿料分层装入模具，采用压机在1～5MPa的成型压力下压制成厚度不大于100mm的坯体；
(3)碳化养护：初步硬化后脱模，将坯体送至碳化养护室中，在温度10～50℃、相对湿度50～90％，CO2体积浓度15～30％、压力2～4个大气压的条件下养护8～24h；
(4)自然养护：坯体碳化养护结束后移置自然养护室内，在温度10～30℃、相对湿度50～90％的自然条件下养护3～7天。
实施本发明的吸碳建筑预制品及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)以α-CS、C3S2、γ-C2S为主要矿物组成的碳化水泥，在加速碳化条件下，能够快速与CO2反应生成碳酸钙和二氧化硅凝胶，从而在24h内提供优异的力学性能，化学反应如下：
Figure BDA0003391343740000031
Figure BDA0003391343740000032
Figure BDA0003391343740000033
(2)直接利用水泥窑尾气碳化养护，高效地降低了水泥工厂的碳排放；
(3)硅酸盐水泥胶黏尾矿粉、提供必要的脱模强度，其水化产生的C-S-H凝胶降低坯体孔隙率，提供预制品韧性和后期强度；
(4)混凝土骨料尾矿粉作为填料利废环保；
(5)低用水量及压制成型以进一步降低坯体孔隙率，以提高强度。
本发明涉及的水泥窑尾气碳化建筑预制品，制备过程中大量吸收CO2、吸纳固体废弃物，高强且强度发展快、吸水率极低，特别适宜生产装配式建筑的挂板、阳台板、雨棚等。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，由以下质量份组成：碳化水泥40份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉50份，水13份；所用碳化水泥由质量分数分别为23.2％的α-CS、38.6％的C3S2、14.3％的γ-C2S，余者为硅铝酸钙、铁相固溶体组成，勃氏比表面积为420m2/kg。
上述水泥窑尾气碳化建筑预制品的制备包括以下步骤：
(1)干混湿拌：将碳化水泥、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉在混料机中混合均匀获得干料，并加水拌匀成湿料；
(2)压制成型：将湿料分层装入模具，采用压机在4MPa的成型压力下压制成厚度为40mm的坯体；
(3)碳化养护：初步硬化后脱模，将坯体送至充满水泥窑尾气的碳化养护室中，在温度30℃、相对湿度70％，CO2体积浓度30％、压力2.8个大气压的条件下养护24h；
(4)自然养护：坯体碳化养护结束后移置自然养护室内，在温度30℃、相对湿度80％的自然条件下养护3天。
所得水泥窑尾气碳化建筑预制品经测试，抗压强度40MPa，吸水率小于1％，CO2吸收量为144kg/m3。
实施例2
一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，由以下质量份组成：碳化水泥30份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉60份，水12份；所用碳化水泥由质量分数分别为45.8％的α-CS、27.4％的C3S2、5.5％的γ-C2S，余者为f-CaO、硅铝酸钙、铁相固溶体组成，勃氏比表面积为450m2/kg。
上述水泥窑尾气碳化建筑预制品的制备包括以下步骤：
(1)干混湿拌：将碳化水泥、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉在混料机中混合均匀获得干料，并加水拌匀成湿料；
(2)压制成型：将湿料分层装入模具，采用压机在5MPa的成型压力下压制成厚度为60mm的坯体；
(3)碳化养护：初步硬化后脱模，将坯体送至充满水泥窑尾气的碳化养护室中，在温度40℃、相对湿度50％，CO2体积浓度25％、压力2.0个大气压的条件下养护16h；
(4)自然养护：坯体碳化养护结束后移置自然养护室内，在温度20℃、相对湿度60％的自然条件下养护7天。
所得水泥窑尾气碳化建筑预制品经测试，抗压强度35MPa，吸水率小于1％，CO2吸收量为125kg/m3。
实施例3
一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，由以下质量份数的组分组成：碳化水泥20份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉70份，水15份；所用碳化水泥由质量分数分别为10.3％的α-CS、21.1％的C3S2、48.9％的γ-C2S，余者为硅铝酸钙、铁相固溶体组成，勃氏比表面积为400m2/kg。
上述水泥窑尾气碳化建筑预制品的制备包括以下步骤：
(1)干混湿拌：将碳化水泥、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉在混料机中混合均匀获得干料，并加水拌匀成湿料；
(2)压制成型：将湿料分层装入模具，采用压机在5MPa的成型压力下压制成厚度为30mm的坯体；
(3)碳化养护：初步硬化后脱模，将坯体送至充满水泥窑尾气的碳化养护室中，在温度50℃、相对湿度60％，CO2体积浓度20％、压力2.5个大气压的条件下养护24h；
(4)自然养护：坯体碳化养护结束后移置自然养护室内，在温度25℃、相对湿度70％的自然条件下养护7天。
所得水泥窑尾气碳化建筑预制品经测试，抗压强度30MPa，吸水率小于1％，CO2吸收量为96kg/m3。
对比例1
一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，由以下质量份组成：碳化水泥10份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉80份，水13份；所用碳化水泥由质量分数分别为23.2％的α-CS、38.6％的C3S2、14.3％的γ-C2S，余者为硅铝酸钙、铁相固溶体组成，勃氏比表面积为420m2/kg。
上述水泥窑尾气碳化建筑预制品的制备步骤，除未进行自然养护外，其他与实施例1相同，在此不再赘述。
所得水泥窑尾气碳化建筑预制品经测试，抗压强度16MPa，CO2吸收量为46kg/m3。
对比例2
一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，由以下质量份组成：碳化水泥30份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉60份，水40份；所用碳化水泥由质量分数分别为45.8％的α-CS、27.4％的C3S2、5.5％的γ-C2S，余者为f-CaO、硅铝酸钙、铁相固溶体组成，勃氏比表面积为450m2/kg。
上述水泥窑尾气碳化建筑预制品的制备步骤，除成型压力为1Mpa及未进行自然养护外，其余均与实施例2相同，在此不再赘述。
所得水泥窑尾气碳化建筑预制品经测试，抗压强度17MPa，CO2吸收量为107kg/m3。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种水泥窑尾气碳化建筑预制品，其特征在于，包括以下质量份数的组分：碳化水泥20～40份，硅酸盐水泥5～10份，混凝土骨料尾矿粉50～70份，水12～30份。
2.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化建筑预制品，其特征在于，所述碳化水泥包括以下组分，按质量分数计为：10～50％α-CS，20～40％C3S2，5～65％γ-C2S。
3.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化建筑预制品，其特征在于，所述碳化水泥的勃氏比表面积为300～450m2/kg。
4.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化建筑预制品，其特征在于，所述硅酸盐水泥为普通的硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化建筑预制品，其特征在于，所述混凝土骨料尾矿粉为以石灰岩、砂岩、玄武岩或花岗岩为原料制骨料过程中产生的微细固废，其中的一种或多种。
6.一种权利要求1所述的水泥窑尾气碳化建筑预制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)干混湿拌：将碳化水泥、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉在混料机中混合均匀获得干料，并加水拌匀成湿料；
(2)轻压成型：将湿料分层装入模具，采用压机在1～5MPa的成型压力下压制成厚度不大于100mm的坯体；
(3)碳化养护：初步硬化后脱模，将坯体送至充满水泥窑尾气的碳化养护釜中，在温度10～50℃、相对湿度50～90％，CO2体积浓度15～30％、压力2～4个大气压的条件下养护8～24h；
(4)自然养护：坯体碳化养护结束后移置自然养护室内，在温度10～30℃、相对湿度50～90％的自然条件下养护3～7天。
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