CN115028423A - 一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化及制备方法。本发明优化方法包括以下步骤：(1)往所述混凝土浆液中添加掺合物，其中，控制所述掺合物的粒径以提高轻质泡沐混凝土内壁的碳化程度，以及控制氧化镁和掺合物的含量以改善混凝土浆液的流动性以及后期试块强度；(2)调整养护过程以改善试块中氧化镁碳化程度。本发明制备方法根据上述优化方法确定得到的参数进行混凝土的制备和养护。本发明通过对氧化镁与掺和物的掺入百分比、掺和物粒径以及试块的养护进行优化设计，最终达到延缓搅拌浆液硬化时间、建立轻质泡沫混凝土的内部碳化通道，使内部结构碳化完全，提高强度的目的。

Description

一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化及制备方法

技术领域

本发明属于混凝土制备技术领域，尤其涉及一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法，以及该氧化镁轻质泡沫混凝土的制备方法。

背景技术

氧化镁轻质泡沫混凝土是一种低碳型轻质土材料，在浆液中掺入发泡设备生成的泡沫，以此降低重量。相较于传统水泥水化反应释放二氧化碳，氧化镁水泥强度来自碳化，需要吸收大量二氧化碳，有一定的环保价值。但是，氧化镁在加水搅拌过程中流动性差，很难形成浆液，而且在后续碳化过程中，常发生仅泡沫内壁碳化的情况，导致制样困难、强度不佳等问题。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法。

本发明的再一目的在于提供上述氧化镁轻质泡沫混凝土的制备方法。

本发明是这样实现的，一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法，该方法包括以下步骤：

(1)往所述混凝土浆液中添加掺合物，其中，控制所述掺合物的粒径以提高轻质泡沐混凝土内壁的碳化程度，以及控制氧化镁和掺合物的含量以改善混凝土浆液的流动性以及后期试块强度；

(2)调整养护过程以改善试块中氧化镁碳化程度。

优选地，在步骤(1)中，所述掺合物的粒径的确定过程为：

首先，确定泡沫外壁碳化氧化镁体积为：

其次，建立泡沫外壁碳化氧化镁体积与掺合物颗粒粒径d的关系式：

其中：d₀为气孔孔径；

ρ_MgO为氧化镁密度；

为二氧化碳密度；

最后，根据泡沫外壁碳化氧化镁体积需要以及工程筛分实际操作难度，确定掺合物颗粒粒径。

优选地，所述掺合物颗粒粒径为0.075mm。

优选地，在步骤(1)中，所述氧化镁和掺合物的含量的确定过程具体为：

考虑浆液制作过程中流动性变差及后期的试块强度，通过经验公式，计算得到的氧化镁和掺合物的质量；其中，所述经验公式为：

其中：m₁为氧化镁使用量；

w为活性氧化镁占比；

m₂为水使用量；

a，b为系数，室温23℃时取值1.0。

优选地，所述氧化镁和掺合物的质量之比为1：1。

优选地，所述氧化镁和掺合物的含量的确定过程还包括以下过程：在以反应速率为基础设计的掺和物含量下，结合上述计算得到的氧化镁和掺合物的质量，设掺和物颗粒紧凑分布于气孔内壁且均匀，绘制假设颗粒分布，对掺和物含量m进一步加以修正：

m＝βm₁

其中，β为修正系数。

优选地，在步骤(2)中，所调整的养护过程为：试块在碳化箱养护28天，期间保持加湿，减少暴露。

优选地，所述掺合物为包括粉土的小颗粒建筑材料。

本发明进一步公开了一种氧化镁轻质泡沫混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)使用氧化镁粉与水拌和，制备混凝土浆液，往所述混凝土浆液中添加粒径为0.075mm的掺合物，取氧化镁和掺合物的基础质量之比为1：1，并加以修正，选择质量比为1：1.2，并保证水固比为0.8；

(2)根据工程课题需要选择发泡剂，使用发泡机制作泡沫，向浆液中拌入泡沫，充分拌匀；

(3)将混凝土试块在碳化箱养护28天，期间保持加湿，减少暴露，测定28天与42天时试块的强度，合格后使用。

优选地，在步骤(1)中，所述掺合物为包括粉土的小颗粒建筑材料。

本发明克服现有技术的不足，提供一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法以及该氧化镁轻质泡沫混凝土的制备方法。本发明碳化通道的优化方法中，包括对掺和物粒径的优化设计、掺和物与氧化镁的掺和比的优化设计以及养护过程的优化设计。

在掺和物粒径的优化设计中，通过控制掺和物粒径大小以完善混凝土内部碳化通道设计。由于泡沫混凝土的多孔结构，内部相对容易碳化，但是也常常出现仅泡沫内壁碳化的情况，通过掺入细颗粒掺和物，可以使颗粒起到碳化通道作用。根据氧化镁碳化方程式的二氧化碳、氧化镁的消耗比，以及已有的研究氧化镁相关研究结果分析，给出了相对合理的经验公式。

在掺和物与氧化镁的掺和比的优化设计中，基于已有的氧化镁质量，给出需要补充的掺和物质量。由于氧化镁具有一定的吸附性，且其中活性氧化镁反应活跃，为避免搅拌过程中出现结块的现象，使浆液流动性变差，通过选择掺入一定含量细颗粒掺和物(如粉土)，减缓此现象。

在养护过程的优化设计中，通过增加碳化箱养护或增加普通养护时间，以达到充分碳化的目的，通常混凝土凝固为28天，但对于轻质泡沐混凝土的碳化，所需的时间往往更久，同时不能干燥置于空气中碳化，以免过早出现裂缝。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明通过对氧化镁与掺和物的掺入百分比、掺和物粒径以及试块的养护进行优化设计，最终达到延缓搅拌浆液硬化时间、建立轻质泡沫混凝土的内部碳化通道，使内部结构碳化完全，提高强度的目的。

附图说明

图1是本发明优化方法中掺合物粒径的设计原理示意图；

图2是本发明优化方法中掺合物含量修正后的颗粒分布示意图；

图3是本发明制备的氧化镁轻质泡沫混凝土的结构示意图。

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。

本发明公开了一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法，该方法包括以下方面的优化：

(1)掺合物粒径的优化

如图1所示，截取区域为本发明部分二维计算所用区域。在氧化镁与泡沫组成的混凝土试块中，碳化往往不完全，仅泡沫内壁附近会发生碳化，并阻隔内部进一步反应，此时通过掺入一定掺和物，通过控制掺合物粒径，作为碳化通道，使泡沫间氧化镁碳化反应面积扩大，提高轻质泡沐混凝土内壁碳化程度。

掺合物可选择常用小颗粒建筑材料，设小颗粒掺合物粒径为d。根据多数气孔表观质量评定分级标准，多数气孔孔径≤0.5mm，100％表观气孔均满足孔径＜1.0mm时，可评定为气孔质量合格。为计算简便，假设气孔分布均匀且质量合格，此时，取气孔孔径为1mm计算总结公式。

同时考虑气孔内部二氧化碳及外部输入二氧化碳，设计最优反应配比，假设气泡内部CO₂含量为30％～50％，选取三维立体计算区域，根据实际资料及氧化镁碳化过程化学方程式综合归纳总结，泡沫外壁碳化氧化镁体积为：

设计掺入物粒径d，使二氧化碳通过碳化通道，与氧化镁充分接触，提高氧化镁碳化面积，使

(参与碳化的二氧化碳体积)尽可能大，以此得出泡沫外壁碳化氧化镁体积与小颗粒掺合物粒径d的关系式：

其中：d₀为气孔孔径；

ρ_MgO为氧化镁密度；

为二氧化碳密度；

考虑实际应用取材，推荐使用掺合物为粉土。在轻质泡沫混凝土制作质量合格时，为使泡沫外壁碳化氧化镁体积最大，根据工程筛分实际操作难度，粒径可选择0.075mm。

(2)掺和比的优化

充分考虑浆液制作过程中可能流动性变差及后期的试块强度，通过经验公式，对氧化镁和掺合物的含量进行控制。

氧化镁本身难以与水反应，但是具有吸附性；而活性氧化镁则相对活跃，具有一定的反应能力。设不反应部分氧化镁对反应速率的影响为线性(仅影响活性氧化镁浓度)，本方案给出计算掺入物质量m0的经验公式如下：

其中：m₁为氧化镁使用量；

w为活性氧化镁占比；

m₂为水使用量；

a，b为待定系数，需考虑搅拌温度综合获得，室温23℃下可取1.0。

氧化镁在常态下难以与水反应，但是具有一定的吸附性，使浆液流动性变差，难以搅拌，需要掺入一定含量细颗粒掺入物稳定搅拌过程。经过试验，在保证使用性能的情况下，给出了经验公式。

为构筑更良好得碳化通道，在综合考虑浆液搅拌时的流动性后，取掺入物与氧化镁之比为1：1，根据掺入物粒径，同时结合浇筑质量已知的气孔分布，假设掺合物颗粒分布均匀的情况下，可以直接计算获得掺入物质量。故在以反应速率为基础设计的掺入物含量下，结合上述计算质量，设掺入物颗粒紧凑分布于气孔内壁且均匀，绘制假设颗粒分布，对掺入物含量m进一步加以修正：

m＝βm₁

其中：β为修正系数。

计算所需气泡、颗粒的相对大小与假设颗粒分布等如图2所示。

(3)养护过程的优化

通过调整养护过程来保证碳化效果。理想情况下氧化镁完全碳化，氧化镁与所需二氧化碳理论质量比为10：11，仅靠泡沫孔隙内二氧化碳的含量远远不足：经过计算，在图1计算区域内，氧化镁总体积约为0.976mm²，泡沫孔隙内二氧化碳可碳化氧化镁体积约为2.655×10^-4mm³，实际所需二氧化碳超过泡沫孔隙内二氧化碳的3660倍。故为碳化完全，额外进行一定的碳化养护。养护过程不得干燥暴露，以免出现过脆易碎的情况；碳化养护要求使用碳化箱养护28天，中途保持加湿，减少暴露。试块强度试验中需要测定28天强度与42天强度，进行长期追踪强度测试，合格后方可使用。

本发明进一步公开了氧化镁轻质泡沫混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)使用氧化镁粉与水拌和，制备混凝土浆液，往所述混凝土浆液中添加粒径为0.075mm的掺合物，取氧化镁和掺合物的基础质量之比为1：1，并加以修正，选择质量比为1：1.2，并保证水固比为0.8；

(2)根据工程课题需要选择发泡剂，使用发泡机制作泡沫，向浆液中拌入泡沫，充分拌匀；

(3)将混凝土试块在碳化箱养护28天，期间保持加湿，减少暴露，测定28天与42天时试块的强度，合格后使用。

本发明实施例中，步骤(1)掺合物的粒径、掺入量，以及步骤(2)的养护过程均由上述氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法实施确定，在此不再赘述。

本发明通过对氧化镁与掺和物的掺入百分比、掺和物粒径以及试块的养护进行优化设计，最终达到延缓搅拌浆液硬化时间、建立轻质泡沫混凝土的内部碳化通道，使内部结构碳化完全，最终达到提高混凝土强度的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氧化镁轻质泡沫混凝土碳化通道的优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)往所述混凝土浆液中添加掺合物，其中，控制所述掺合物的粒径以提高轻质泡沐混凝土内壁的碳化程度，以及控制氧化镁和掺合物的含量以改善混凝土浆液的流动性以及后期试块强度；

(2)调整养护过程以改善试块中氧化镁碳化程度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述掺合物的粒径的确定过程为：

首先，确定泡沫外壁碳化氧化镁体积为：

其次，建立泡沫外壁碳化氧化镁体积与掺合物颗粒粒径d的关系式：

其中：d₀为气孔孔径；

ρ_MgO为氧化镁密度；

为二氧化碳密度；

最后，根据泡沫外壁碳化氧化镁体积需要以及工程筛分实际操作难度，确定掺合物颗粒粒径。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述掺合物颗粒粒径为0.075mm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述氧化镁和掺合物的含量的确定过程具体为：

考虑浆液制作过程中流动性变差及后期的试块强度，通过经验公式，计算得到的氧化镁和掺合物的质量；其中，所述经验公式为：

其中：m₁为氧化镁使用量；

w为活性氧化镁占比；

m₂为水使用量；

a，b为系数，室温23℃时取值1.0。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化镁和掺合物的质量之比为1∶1。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化镁和掺合物的含量的确定过程还包括以下过程：在以反应速率为基础设计的掺和物含量下，结合上述计算得到的氧化镁和掺合物的质量，设掺和物颗粒紧凑分布于气孔内壁且均匀，绘制假设颗粒分布，对掺和物含量m进一步加以修正：

m＝βm₁

其中，β为修正系数。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所调整的养护过程为：试块在碳化箱养护28天，期间保持加湿，减少暴露。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺合物为包括粉土的小颗粒建筑材料。

9.一种氧化镁轻质泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)使用氧化镁粉与水拌和，制备混凝土浆液，往所述混凝土浆液中添加粒径为0.075mm的掺合物，取氧化镁和掺合物的基础质量之比为1∶1，并加以修正，选择质量比为1∶1.2，并保证水固比为0.8；

(2)根据工程课题需要选择发泡剂，使用发泡机制作泡沫，向浆液中拌入泡沫，充分拌匀；

(3)将混凝土试块在碳化箱养护28天，期间保持加湿，减少暴露，测定28天与42天时试块的强度，合格后使用。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述掺合物为包括粉土的小颗粒建筑材料。

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