CN113956070A - 水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法 - Google Patents

水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法，混凝土墙材制品包含以下组分：碳化活性水泥30～50份，增强料1～5份，石灰5～10份，硅酸盐水泥5～10份，混凝土骨料尾矿粉20～60份，水30～50份，减水剂0.2～2份，发泡剂0.1～2份，稳泡剂0.02～0.5份。其制备方法为：将各组分搅拌均匀或者直接加入浆体中搅拌均匀；将拌好的浆体成型且脱模后在50～60℃条件下养护4～8h；再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50～100％，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3～14天。本发明通过水泥窑尾气碳化免蒸压的加气混凝土，大量吸收CO2，无需蒸压养护，强度发展快，吸水率低，具有良好的保温隔热、隔音、防火性能。

Description

水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑墙体材料领域，更具体地说，涉及一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法。
背景技术
加气混凝土因具有轻质、隔热、隔音、防火性能好、易加工使用等优良性能在工程中得到广泛应用。但其生产采用蒸压养护加速胶凝材料的水热合成来获得预期的力学性能，存在能耗高、吸水率高、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，在加速碳化条件下，24h内可达到普通水泥的28天强度，特别适用于不含钢筋的建筑材料制品的生产。
目前，以碳化活性水泥为主要胶凝材料，通过加速碳化制备预制构件有少量研究，而轻质保温这种更适宜于碳化活性水泥应用范围的小型预制品尚未见报道。碳化预制构件采用高压压制成型，在CO2体积浓度为99％及以上的条件下养护，以快速获得高密实度乃至高强、高耐侵蚀等性能。众所周知，预制品的碳化程度除受水泥的碳化活性影响外，还决定于CO2的扩散速率。高压压制成型的预制品坯体紧实、孔隙率极低，CO2难以扩散至坯体内部，导致碳化进程大幅下降，未能充分利用碳化活性水泥吸收CO2的能力。此外，高纯CO2的养护要求一定程度上限制了其实际应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种免蒸压、轻质、低吸水率的加气混凝土墙材制品及其制备方法，其以碳化活性水泥为主要胶凝材料，辅以各种外加剂，利用水泥窑尾气进行碳化养护，制备过程中能够大量吸收CO2，高效降低了水泥行业的碳排放。
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免蒸压加气混凝土墙材制品，包括以下质量份数的组分：碳化活性水泥30～50份，增强料1～5份，石灰5～10份，硅酸盐水泥5～10份，混凝土骨料尾矿粉20～60份，水30～50份，减水剂0.2～2份，发泡剂0.1～2份，稳泡剂0.02～0.5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。与普通硅酸盐水泥相比，该碳化活性水泥石灰石用量少、烧成温度低，更高的比表面积是为了更充分地利用其吸收CO2的能力。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，所述增强料为调凝组分、防水组分、活性粉末的一种或多种。用以提高施工性能、力学性能和防水性能。
进一步地，所述石灰为生石灰；所述硅酸盐水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；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；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的一种或多种；所述发泡剂为蛋白类、皂苷类、脂肪酸类、烷基苯磺酸盐类、铝粉中的一种或多种；所述稳泡剂为纤维素醚、酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种。发泡剂、稳泡剂的合理使用，保障碳化进程的快速、持续进行，提高CO2吸收量。
本发明还提供了一种上述水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合搅拌：先将碳化活性水泥、增强料、石灰、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌形成浆体；将发泡剂、稳泡剂加水在发泡机里产生出泡沫后再加入到搅拌机中和浆体搅拌均匀或者直接将发泡剂、稳泡剂加入搅拌机中和浆体搅拌均匀；
(2)料浆注模：将搅拌好的混合物注入已刷涂脱模剂的模具中；
(3)静停养护：50～60℃条件下养护4～8h；
(4)脱模切割：采用切割机按要求切除多余、损伤等不符合要求部分；
(5)碳化养护：将切割完的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50～100％，CO2体积浓度15～30％、压力1～3个大气压的条件下养护8～24h；
(6)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3～14天。
实施本发明的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法，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 BDA0003391728650000031
Figure BDA0003391728650000032
Figure BDA0003391728650000033
(2)直接利用水泥窑尾气提供加速碳化环境，高效地降低了水泥工厂碳排放；
(3)增强料促进碳化水泥的碳化及硅酸盐水泥的水化从而提高强度；
(4)石灰、硅酸盐水泥提供必要的发泡环境和脱模强度；
(5)混凝土骨料尾矿粉作为填料利废环保；
(6)减水剂降低料浆用水量，降低有害孔隙，利于碳化，保障力学性能；
(7)发泡剂、稳泡剂优良起泡、稳泡，确保坯体凝结硬化前具有细小、均匀、乃至部分通孔结构的孔结构，增大与CO2的接触面积，促进碳化。
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。
性能测试：
干密度、抗压强度、体积吸水率参照GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行测试；导热系数参照GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行测试；GB/T 10294-2008《绝热稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试；CO2吸收量按碳化养护前后制品的质量差进行计算。
实施例1
一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，由以下质量份组成：碳化活性水泥50份，增强料5份，石灰10份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉25份，减水剂1.2份，水50份，发泡剂0.1份，稳泡剂0.02份；所用碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品的制备包括以下步骤：
(1)混合搅拌：先将碳化活性水泥、增强料、石灰、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌形成浆体；将发泡剂、稳泡剂加水在发泡机里产生出泡沫后再加入到搅拌机中和浆体搅拌均匀或者直接将发泡剂、稳泡剂加入搅拌机中和浆体搅拌均匀；
(2)料浆注模：将搅拌好的混合物注入已刷涂脱模剂的模具中；
(3)静停养护：55℃条件下养护8h；
(4)脱模切割：采用切割机按要求切除多余、损伤等不符合要求部分；
(5)碳化养护：将切割完的坯体送至充满水泥窑尾气的碳化养护釜中，在温度25℃、相对湿度60％，CO2体积浓度30％、压力2.7个大气压的条件下养护24h；
(6)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50％的自然条件下养护7天。
所得水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品经测试，干密度931kg/m3，抗压强度6.8MPa，体积吸水率6.1％，导热系数0.20W/(m·K)，燃烧性能A级，CO2吸收量为43kg/m3。
实施例2
一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，由以下质量份组成：碳化活性水泥32份，增强料2份，石灰5份，硅酸盐水泥5份，混凝土骨料尾矿粉56份，水40份；减水剂2.0份，发泡剂0.13份，稳泡剂0.03份；所用碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品的制备包括以下步骤：
(1)混合搅拌：先将碳化活性水泥、增强料、石灰、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌形成浆体；将发泡剂、稳泡剂加水在发泡机里产生出泡沫后再加入到搅拌机中和浆体搅拌均匀或者直接将发泡剂、稳泡剂加入搅拌机中和浆体搅拌均匀；
(2)料浆注模：将搅拌好的混合物注入已刷涂脱模剂的模具中；
(3)静停养护：60℃条件下养护4h；
(4)脱模切割：采用切割机按要求切除多余、损伤等不符合要求部分；
(5)碳化养护：将切割完的坯体送至充满水泥窑尾气的碳化养护釜中，在温度40℃、相对湿度80％，CO2体积浓度25％、压力2.5个大气压的条件下养护24h；
(6)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14天。
所得水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品经测试，干密度805kg/m3，抗压强度4.1MPa，体积吸水率7.2％，导热系数0.17W/(m·K)，燃烧性能A级，CO2吸收量为33kg/m3。
实施例3
一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，由以下质量份组成：碳化活性水泥40份，增强料3份，石灰9份，硅酸盐水泥8份，混凝土骨料尾矿粉40份，水35份，减水剂1.6份，发泡剂0.16份，稳泡剂0.05份；所用碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品的制备包括以下步骤：
(1)混合搅拌：先将碳化活性水泥、增强料、石灰、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌形成浆体；将发泡剂、稳泡剂加水在发泡机里产生出泡沫后再加入到搅拌机中和浆体搅拌均匀或者直接将发泡剂、稳泡剂加入搅拌机中和浆体搅拌均匀；
(2)料浆注模：将搅拌好的混合物注入已刷涂脱模剂的模具中；
(3)静停养护：50℃条件下养护6h；
(4)脱模切割：采用切割机按要求切除多余、损伤等不符合要求部分；
(5)碳化养护：将切割完的坯体送至碳化养护釜中，在温度30℃、相对湿度70％，CO2体积浓度25％、压力3.0个大气压的条件下养护16h；
(6)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70％的自然条件下养护14天。
所得水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品经测试，干密度595kg/m3，抗压强度3.9MPa，体积吸水率5.1％，导热系数0.13W/(m·K)，燃烧性能A级，CO2吸收量为60kg/m3。
对比例1
一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，由以下质量份组成：碳化活性水泥20份，增强料5份，石灰10份，硅酸盐水泥10份，混凝土骨料尾矿粉55份，减水剂1.2份，水50份，发泡剂0.1份，稳泡剂0.02份；所用碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品的制备步骤，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免蒸压加气混凝土墙材制品经测试，干密度906kg/m3，抗压强度2.7MPa，体积吸水率7.8％，导热系数0.20W/(m·K)，燃烧性能A级，CO2吸收量为17kg/m3。
对比例2
一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，由以下质量份组成：碳化活性水泥20份，石灰5份，硅酸盐水泥5份，混凝土骨料尾矿粉70份，水40份；减水剂2.0份，发泡剂0.13份，稳泡剂0.03份；所用碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品的制备步骤，除未进行自然养护外，其他与实施例2相同，在此不再赘述。
所得水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品经测试，干密度790kg/m3，抗压强度2.2MPa，体积吸水率9.9％，导热系数0.16W/(m·K)，燃烧性能A级，CO2吸收量为18kg/m3。
对比例3
一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，由以下质量份组成：碳化活性水泥40份，增强料3份，石灰9份，硅酸盐水泥8份，混凝土骨料尾矿粉40份，水60份，减水剂1.0份，发泡剂0.16份，稳泡剂0.05份；所用碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品的制备步骤，除未进行自然养护外，与实施例3相同，在此不再赘述。
所得水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品经测试，干密度561kg/m3，抗压强度1.9MPa，体积吸水率6.8％，导热系数0.13W/(m·K)，燃烧性能A级，CO2吸收量为49kg/m3。
上面结合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 (10)

1.一种水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，包括以下质量份数的组分：碳化活性水泥30～50份，增强料1～5份，石灰5～10份，硅酸盐水泥5～10份，混凝土骨料尾矿粉20～60份，水30～50份，减水剂0.2～2份，发泡剂0.1～2份，稳泡剂0.02～0.5份。
2.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述碳化活性水泥包括以下组分，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免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述碳化活性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免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述增强料为调凝组分、防水组分、活性粉末中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述石灰为生石灰。
6.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述硅酸盐水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，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、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。
8.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品，其特征在于，所述发泡剂为蛋白类、皂苷类、脂肪酸类、烷基苯磺酸盐类、铝粉中的一种或多种；所述稳泡剂为纤维素醚、酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种。
10.一种权利要求1所述的水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合搅拌：先将碳化活性水泥、增强料、石灰、硅酸盐水泥、混凝土骨料尾矿粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌形成浆体；再将发泡剂、稳泡剂加水在发泡机里产生出泡沫后再加入到搅拌机中和浆体搅拌均匀或者直接将发泡剂、稳泡剂加入搅拌机中和浆体搅拌均匀；
(2)料浆注模：将搅拌好的混合物注入已刷涂脱模剂的模具中；
(3)静停养护：50～60℃条件下养护4～8h；
(4)脱模切割：采用切割机按要求切除多余、损伤等不符合要求部分；
(5)碳化养护：将切割完的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；
(6)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3～14天。
CN202111466476.0A 2021-11-22 2021-12-03 水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法 Active CN113956070B (zh)

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