CN114538849A - 一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺及钢渣基碳化透水砖 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢渣建材资源化利用及碳捕集技术领域，具体涉及一种利用CO2进行水化‑碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖及其制备工艺。选取合适的液固比将粗骨料与水混合均匀，再加入胶凝材、水和固碳增强剂，搅拌均匀后倒入模具中压制成型，在20‑25℃、相对湿度约95％的条件下养护4‑10小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20‑25℃，相对湿度小于75％的条件下养护12‑18小时后置于碳化反应釜中进行碳化养护2‑8小时，即可到钢渣基碳化透水砖。与现有技术相比，本发明可提高钢渣的固碳量，另一方面可以提高钢渣透水砖的力学性能，本发明能够促进钢渣在建筑材料领域的大规模应用，具有重大的社会、经济和环境效益。

Description

一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺及 钢渣基碳化透水砖
技术领域
本发明属于钢渣建材资源化利用及碳捕集技术领域，具体涉及一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺及利用该制备工艺制备得到的钢渣基碳化透水砖。
背景技术
根据世界钢铁协会2020年统计数据显示，全球粗钢产量达18.64亿吨，同比降低0.9％。而中国作为全球最大的钢铁生产国，2020年中国粗钢产量达10.53亿吨，同比增长5.2％。钢渣是炼钢过程中产生的一种常见工业废弃物，每生产1t粗钢约产生150-200kg的钢渣，由于钢渣含铁量较高，水化活性高的矿物(如C3S，C2S)含量较低，游离氧化钙和游离的氧化镁含量较多，使得钢渣制品易产生滞后的水化反应生成体积膨胀的Ca(OH)2和Mg(OH)2从而严重影响耐久性。由于钢渣自身体积安定性不良，水化活性较低，重金属离子含量高，碱度过大等缺点限制了钢渣的资源化利用。未处理的钢渣被运出后堆弃，严重浪费大面积土地，钢渣中重金属离子溶出会污染生态环境，钢渣的综合利用率较低导致上述问题越来越明显，为此探索钢渣资源化再利用的新方法迫在眉睫。
根据IPCC发布的特别报告，全球温度与工业化前水平相比升高了约1.0℃，相应的大气中的CO2浓度从280ppm增长到了约415ppm(2021年11月数据)，增加了近48.2％。为应对全球变暖给世界环境带来的巨大影响，越来越多的国家和地区已承诺在本世纪中叶实现近零碳排放。中国将采取更有力的政策和举措，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。钢铁行业、建筑材料行业等能源消耗型行业都面临着进一步压缩低效产能或产业机构改革的要求。
透水砖、透水混凝土作为海绵城市建设的重要组成部分，广泛应用于公园道路，市政广场，小区道路等承载要求不高的轻交通路面，具有透气、透水的特点，能够缓解城市热岛效应、保护地下水资源和改善土壤生态环境。由于透水砖的孔隙率较大，力学性能和透水性的优化及平衡是较难控制的问题。
为解决上述问题，本发明提出一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖及其制备工艺，可实现在满足高透水率的情况下提高钢渣基透水砖的力学性能，同时能够固化二氧化碳，使其形成稳定的碳酸盐。
发明内容
本发明的目的是为实现钢渣的建材资源化利用，解决钢渣透水砖存在的共性问题，在满足高透水率的情况下提高钢渣基透水砖的力学性能，同时固化二氧化碳。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一方面，本发明提供了一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺选取合适的液固比将粗骨料(钢渣和石子)与水混合均匀，再加入胶凝材料(水泥和钢渣粉)、水和固碳增强剂，搅拌均匀后倒入模具中压制成型在20-25℃，相对湿度不小于95％的条件下养护4-10小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20-25℃，相对湿度小于75％的条件下养护12-18小时后置于碳化反应釜中进行碳化养护2-8小时，即可到钢渣基碳化透水砖。
优选地，所述粗骨料粒径为2.63mm～10mm，钢渣所占粗骨料的比例为50-100wt.％；所述合适的液固比为0.05-0.08。
优选地，所述的水泥为硅酸盐系列的水泥，所述的钢渣粉比表面积不小于350m2/kg，钢渣粉占胶凝材料的比例为50-100wt.％。
优选地，所述增强剂为聚乙二醇、山梨醇、二乙醇单异丙醇胺、聚羧酸、乙基纤维素、聚乙烯醇、乙二胺四乙酸、EDTA中的一种或多种组合，所述液体外加剂的浓度不大于5％。
优选地，所述水为自来水，水胶比控制在0.25-0.4之间，包括润湿粗骨料所用的水。
优选地，所述压制成型的压力在为8-30Mpa。
优选地，所述的脱模前养护的时间为4-10小时，温度为20-25℃，相对湿度不小于95％；所述的脱模后水化养护的时间为6-18小时，温度为20-25℃，相对湿度小于75％。
优选地，所述碳化养护所用的二氧化碳浓度为5％-99.9％，相对湿度为65％-95％，烟气的压强为0.1-2MPa。
优选地，碳化养护时间为2-6小时。
另一方面，本发明提供了上述水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺制备得到的钢渣基碳化透水砖。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
实施例1
选取粒径5-8mm的粗骨料(钢渣和石子的比例为2:1)1600g，与80g水混合均匀，再加入380g胶凝材料(钢渣粉和水泥的比例为2:1)、53g水和20g EDTA型固碳增强剂(固含量5％)，搅拌均匀后倒入模具中在15MPa的压力下压制成型，然后在20-25℃，相对湿度95％的条件下养护8小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20-25℃，相对湿度65％的条件下养护18小时后置于碳化反应釜中，碳化釜中二氧化碳浓度为65％，压强为0.2MPa，碳化养护3小时即可到钢渣基碳化透水砖。
实施例2
实施例2为对比实施例，钢渣基透水混凝土的配比和成型方式与实施例1相同，采用标准养护的方式。
实施例3
选取粒径5-8mm的粗骨料(钢渣和石子的比例为1:1)1600g，与100g水混合均匀，再加入380g胶凝材料(钢渣粉和水泥的比例为1:1)、23g水和20g乙二胺四乙酸型固碳增强剂(固含量5％)，搅拌均匀后倒入模具中在8MPa的压力下压制成型，然后在20-25℃，相对湿度95％的条件下养护4小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20-25℃，相对湿度50％的条件下养护12小时后置于碳化反应釜中，碳化釜中二氧化碳浓度为99.9％，压强为0.1MPa，碳化养护2小时即可到钢渣基碳化透水砖。
实施例4
实施例4为对比实施例，钢渣基透水混凝土的配比和成型方式与实施例3相同，采用标准养护的方式。
实施例5
选取粒径5-10mm的粗骨料(钢渣和石子的比例为3:1)1600g，与100g水混合均匀，再加入360g胶凝材料(钢渣粉和水泥的比例为3:1)、20g水和15g山梨醇型固碳增强剂(固含量2％)，搅拌均匀后倒入模具中在20MPa的压力下压制成型，然后在20-25℃，相对湿度95％的条件下养护8小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20-25℃，相对湿度50％的条件下养护15小时后置于碳化反应釜中，碳化釜中二氧化碳浓度为99.9％，压强为0.2MPa，碳化养护3小时即可到钢渣基碳化透水砖。
实施例6
实施例6为对比实施例，钢渣基透水混凝土的配比和成型方式与实施例5相同，采用标准养护的方式。
实施例7
选取粒径3-10mm的粗骨料(钢渣和石子的比例为4:1)1600g，与120g水混合均匀，再加入380g胶凝材料(钢渣粉和水泥的比例为4:1)、和20g二乙醇单异丙醇胺型固碳增强剂(固含量5％)，搅拌均匀后倒入模具中在10MPa的压力下压制成型，然后在20-25℃，相对湿度95％的条件下养护10小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20-25℃，相对湿度30％的条件下养护8小时后置于碳化反应釜中，碳化釜中二氧化碳浓度为25％，压强为0.3MPa，碳化养护6小时即可到钢渣基碳化透水砖。
实施例8
实施例8为对比实施例，钢渣基透水混凝土的配比和成型方式与实施例7相同，采用标准养护的方式。
进一步，为了分析碳化-水化耦合制度养护对钢渣透水砖固碳量和力学性能、透水性能的影响，采用称重法对固碳量进行测定，参照标准《GB T 25993-2010透水路面砖和透水路面板》对抗压强度和透水系数进行测定，结果如表1所示。从表1的数据可以看出，水化-碳化耦合养护制度可以显著的提高钢渣透水砖的力学性能，对透水系数有不利影响但影响较小。同时钢渣基透水砖可以吸收很多的二氧化碳，可助力双碳目标的实现。
表1不同水化-碳化耦合制度对透水砖力学性能的影响
Figure BDA0003536460390000051
Figure BDA0003536460390000061

Claims (10)

1.一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
选取合适的液固比将粗骨料与水混合均匀，再加入胶凝材料、水和固碳增强剂，搅拌均匀后倒入模具中压制成型在20-25℃，相对湿度不小于95％的条件下养护4-10小时后脱模即可得到钢渣透水砖半成品，将钢渣透水砖半成品在20-25℃，相对湿度小于75％的条件下养护12-18小时后置于碳化反应釜中进行碳化养护2-8小时，即可到钢渣基碳化透水砖。
2.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述粗骨料粒径为2.63mm～10mm，钢渣所占粗骨料的比例为50-100wt.％，所述合适的液固比为0.05-0.08。
3.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述的水泥为硅酸盐系列的水泥，所述的钢渣粉比表面积不小于350m2/kg，钢渣粉占胶凝材料的比例为50-100wt.％。
4.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述增强剂为聚乙二醇、山梨醇、二乙醇单异丙醇胺、聚羧酸、乙基纤维素、聚乙烯醇、乙二胺四乙酸、EDTA中的一种或多种组合，所述液体外加剂的浓度不大于5％。
5.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述水为自来水，水胶比控制在0.25-0.4之间，包括润湿粗骨料所用的水。
6.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述压制成型的压力在为8-30Mpa。
7.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述的脱模前养护的时间为4-10小时，温度为20-25℃，相对湿度不小于95％；所述的脱模后水化养护的时间为6-18小时，温度为20-25℃，相对湿度小于75％。
8.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：所述碳化养护所用的二氧化碳浓度为5％-99.9％，相对湿度为65％-95％，烟气的压强为0.1-2MPa。
9.根据权利要求1所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺，其特征在于：碳化养护时间为2-6小时。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺制备得到的钢渣基碳化透水砖。
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