CN115180882B - 一种内源碳化轻质板的制备方法 - Google Patents

一种内源碳化轻质板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种内源碳化轻质板的制备方法，包括以下步骤：步骤1、在室温20℃‑30℃环境下，将水凝胶放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的特种水凝胶，吸附时间为30min‑60min；步骤2、采用改进湿磨工艺对钢渣、电石渣碱性废渣按配比进行细化活性提升，同时通入CO2进行碳化处理，然后过筛得到浆料；步骤3、将步骤1中特种水凝胶、步骤2中的浆料和水泥、水混合均匀后，将其入模成型，在80℃‑100℃二氧化碳氛围下蒸压养护，得到内源碳化轻质板。本发明方法使钢渣里的游离氧化钙、氧化镁等不稳定性物质更好地稳定下来，既解决了轻质板的强度不足问题，又提出了一种新的固碳方案。

Description

一种内源碳化轻质板的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种内源碳化轻质板的制备方法。
背景技术
基于现代化发展的高碳增长模式已经改变了人类赖以生存的大气环境，日益频繁的极端气候事件已经开始影响人们的生产活动目前我国产业正在转型升级，传统的污染物排放和CO2排放还都处于高位。2021年3月，习总书记提出2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标，强调双碳目标的实现是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。
建筑业能否实现碳达峰、碳中和，对这一目标实现至关重要，由此可见，建筑行业“低碳化”是大势所趋，所以在建筑原材料上考虑绿色低碳是非常有必要的，目前市面上出现了一类环保、节能的新型建筑材料。例如：利用废弃植物纤维制成的复合板材，缺点是这种材料的刚度以及承重性能较差，适用的领域较窄。针对这些问题，能否找到利用大宗固废为原材料制作轻质板，例如钢渣、电石渣等碱性废渣，外加固碳手段的方法。专利CN201410243288.5采用超细化的钢渣粉等工业固废作为原料制备混凝土空心隔墙板。而本发明相对列出的专利而言，不仅采用了湿磨细化处理，还利用了内部碳源及外部二氧化碳养护，使钢渣里的游离氧化钙、氧化镁等不稳定性物质更好地稳定下来。
为了解决上述技术问题，本发明拟利用多种固碳途径和钢渣等大宗固废材料活性激发相结合制备轻质板材，基于内部碳源及外部二氧化碳养护，使钢渣等不稳定的大宗固废有新的利用途径。通过本发明方法使钢渣里的游离氧化钙、氧化镁等不稳定性物质更好地稳定下来，既解决了轻质板的强度不足问题，又提出了一种新的固碳思路，碳酸氢钠溶液在80℃以上会分解形成CO2，在促进内部钢渣等碱性废渣的充分碳化的同时形成多孔材料，且处理后水凝胶释水后萎缩成薄膜，进而在材料内部形成大且多的孔洞，有效降低了板材容重，从而实现轻质板的制作。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种内源碳化轻质板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将水凝胶放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为30min-60min；
步骤2、采用改进湿磨工艺对钢渣、电石渣等碱性废渣按配比进行细化活性提升，同时通入CO2进行碳化处理，然后过筛得到浆料；
步骤3、将步骤1中处理后水凝胶、步骤2中的浆料和水泥、水混合均匀后，将其入模成型，在80℃-100℃二氧化碳氛围下蒸压养护，得到内源碳化轻质板。
所述内源碳化轻质板由下述重量份原料组成为：处理后水凝胶3-8份、碱性废渣浆料15-40份、水泥10-20份，水3-8份。
所述步骤1中水凝胶为聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸等中的一种或多种。
所述步骤1中吸附后得到的处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的吸附倍率为50-100。
所述步骤2中碱性废渣为钢渣或钢渣与赤泥、电石渣、商混废浆等其中的一种复合，复合比例为4:1 。
所述步骤2中湿磨采用氧化锆研磨球，球料比（2-5）:1。
所述步骤2中改进湿磨工艺是将重量比100：（25-35）：（30-60）的碱性废渣、有机功能组分、水加入到立式搅拌磨中，湿磨0.5h-1.5h，然后过筛，得到浆料；所述浆料的中值粒径应小于2μm。
所述有机功能组分为三乙醇胺、EDTA、壳聚糖等其中的一种或多种组合。
所述步骤2中，湿磨具体要求为采用直径1.0-1.3mm：1.5-1.8mm：2.0-2.5mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，转速400-700r/min。
所述步骤2中CO2通入压力为0.1-0.5 MPa，浓度为30%-70%，气速1.5-2.5份/h。
所述步骤3先加入计算好的水泥和处理后水凝胶，使干料混合均匀，再向其中加入称量好的浆料和水分，充分搅拌得到拌合物。
所述拌合物入模后，经压力机加压10min，使其密实；采用80℃-100℃蒸压养护，养护CO2气压为0.1-1.0MPa，养护时间为24h，蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d。
本发明具有如下优点：
1、制成的板在80℃-100℃蒸压养护时，处理后水凝胶中负载的碳酸氢钠会分解形成CO2，不仅可以使内部钢渣、电石渣等碱性废渣充分碳化，还可以使板材形成很多孔隙，降低其容重的同时，其保温隔热隔音效果也有很大改善，同时水凝胶释水后，内缩成薄膜状，也会在材料中形成大的孔洞。
2、提出了一个很好的内部碳源固碳思路，通过利用水凝胶为载体吸附碳酸氢钠溶液作为轻质板的内部碳源，更加便捷、更加经济、更加环保。
3、采用钢渣、电石渣等碱性废渣作为轻质板的原材料，既充分利用了大宗工业固废解决了其处理的难题，又与市面上很多新型绿色环保轻质板相比不仅强度高，而且还有极高的经济效益。
4、采用湿磨（机械力+有机功能组分）方式使得钢渣等碱性废渣粒径变更小，促使其活性提升；有机功能组分的加入，发挥了协同作用，有效防止了钢渣、电石渣等碱性废渣的团聚，更加提升了其活性，使其更好的发挥其优异功能。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将聚丙烯酰胺放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为30min，处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的倍率为50；
步骤2、对钢渣、三乙醇胺、水按重量比100：25：30配置，加入到立式搅拌磨中湿磨，湿磨具体要求为采用直径1.0mm：1.5mm：2.0mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，球料比2:1，转速400r/min，湿磨0.5h，同时通入CO2进行碳化处理，CO2通入压力为0.1 MPa，浓度为30%，气速1.5份/h，过筛，得到浆料，浆料的中值粒径应小于2μm；
步骤3、原料重量份组成为：处理后水凝胶3份、湿磨碱性废渣浆料15份、水泥10份、水3份，将上述组分原料均匀搅拌，然后注入模具中，成型板坯经压力机加压10min，使其密实,采用80℃蒸压养护，养护CO2气压为0.1MPa，养护时间为24h。蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d，得到内源碳化轻质板。
实施例2：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将聚丙烯酰胺放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为30min，处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的倍率为60；
步骤2、对钢渣、三乙醇胺、水按重量比100：30：35配置，加入到立式搅拌磨中湿磨，湿磨具体要求为采用直径1.1mm：1.5mm：2.1mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，球料比2:1，转速500r/min，湿磨0.5h，同时通入CO2进行碳化处理，CO2通入压力为0.2 MPa，浓度为30%，气速1.5份/h，过筛，得到中值粒径小于2μm的浆料；
步骤3、原料重量份组成为：处理后水凝胶4份、湿磨碱性废渣浆料20份、水泥10份、水3份，将上述组分原料均匀搅拌，然后注入模具中，成型板坯经压力机加压10min，使其密实,采用80℃蒸压养护，养护CO2气压为0.3MPa，养护时间为24h。蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d，得到内源碳化轻质板。
实施例3：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将聚丙烯酰胺放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为40min，处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的倍率为60；
步骤2、对钢渣、EDTA、水按重量比100：35：35配置，加入到立式搅拌磨中湿磨，湿磨具体要求为采用直径1.2mm：1.6mm：2.3mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，球料比3:1，转速500r/min，湿磨1h，同时通入CO2进行碳化处理，CO2通入压力为0.3 MPa，浓度为50%，气速2.0份/h，过筛，得到中值粒径小于2μm的浆料；
步骤3、原料重量份组成为：处理后水凝胶5份、湿磨碱性废渣浆料15份、水泥15份、水5份，将上述组分原料均匀搅拌，然后注入模具中，成型板坯经压力机加压10min，使其密实,采用90℃蒸压养护，养护CO2气压为0.5MPa，养护时间为24h。蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d，得到内源碳化轻质板。
实施例4：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将聚丙烯酰胺放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为50min，处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的倍率为70；
步骤2、对钢渣、电石渣、EDTA、水按重量比100：25：:10：40配置，加入到立式搅拌磨中湿磨，湿磨具体要求为采用直径1.2mm：1.7mm：2.4mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，球料比4:1，转速600r/min，湿磨1h，同时通入CO2进行碳化处理，CO2通入压力为0.3 MPa，浓度为60%，气速2.0份/h，过筛，得到中值粒径小于2μm的浆料；
步骤3、原料重量份组成为：处理后水凝胶6份、湿磨碱性废渣浆料20份、水泥15份、水5份，将上述组分原料均匀搅拌，然后注入模具中，成型板坯经压力机加压10min，使其密实,采用90℃蒸压养护，养护CO2气压为0.6MPa，养护时间为24h。蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d，得到内源碳化轻质板。
实施例5：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将聚丙烯酰胺放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为60min，处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的倍率为80；
步骤2、对钢渣、赤泥、壳聚糖、水按重量比100：25：:10：40配置，加入到立式搅拌磨中湿磨，湿磨具体要求为采用直径1.3mm：1.8mm：2.5mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，球料比5:1，转速700r/min，湿磨1.5h，同时通入CO2进行碳化处理，CO2通入压力为0.4 MPa，浓度为70%，气速2.5份/h，过筛，得到中值粒径小于2μm的浆料；
步骤3、原料重量份组成为：处理后水凝胶8份、湿磨碱性废渣浆料30份、水泥20份、水8份，将上述组分原料均匀搅拌，然后注入模具中，成型板坯经压力机加压10min，使其密实,采用100℃蒸压养护，养护CO2气压为0.6MPa，养护时间为24h。蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d，得到内源碳化轻质板。
实施例6：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将聚丙烯酰胺放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为60min，处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的倍率为100；
步骤2、对钢渣、商混废浆、壳聚糖、水按重量比100：25：:10：40配置，加入到立式搅拌磨中湿磨，湿磨具体要求为采用直径1.3mm：1.6mm：2.3mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，球料比4:1，转速500r/min，湿磨1.5h，同时通入CO2进行碳化处理，CO2通入压力为0.5MPa，浓度为50%，气速2.0份/h，过筛，得到中值粒径小于2μm的浆料；
步骤3、原料重量份组成为：处理后水凝胶8份、湿磨碱性废渣浆料40份、水泥15份、水6份，将上述组分原料均匀搅拌，然后注入模具中，成型板坯经压力机加压10min，使其密实,采用100℃蒸压养护，养护CO2气压为1.0MPa，养护时间为24h。蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d，得到内源碳化轻质板。
对所有实施例的构件进行容重、干燥收缩值和抗压强度测试，所有指标均达到或远远超过相关轻质墙板国家标准GB/T23451-2009《建筑用轻质隔墙条板》的要求，具体指标如下表：
表1 实施例1-6所得内源碳化轻质板性能参数
Figure 9WVZYYYE7TLBHARYU8I7FYP8AUUJC2PBSPTEJ4KC
本说明书中各个实施例采用控制变量的方式进行实施描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
从表1可以看出，随着浆料粒径的不断细化，钢渣、电石渣等碱性废渣活性得到极大提升且分散效果明显，浆料颗粒具有较高的比表面积意味着内源碳化轻质板的固碳量也随之不断增加；该实施例1-6中制备的不同的轻质板均具有较低的干燥收缩值，且远远低于国家标准GB/T23451-2009《建筑用轻质隔墙条板》规范要求，且容重均只有现有技术中普通混凝土板的1/4左右。本发明对市面上现有的新型轻型板材具有明显的优势，而且迎合国家提出的双碳目标，应用前景非常广阔。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在室温20℃-30℃环境下，将水凝胶放置于饱和碳酸氢钠溶液中，通过物理吸附及化学交联作用得到负载碳酸氢钠的处理后水凝胶，吸附时间为30min-60min；
步骤2、采用改进湿磨工艺对碱性废渣按配比进行细化活性提升，同时通入CO2进行碳化处理，然后过筛得到浆料，所述碱性废渣为钢渣或钢渣与赤泥、电石渣、商混废浆其中的一种复合；
步骤3、将步骤1中得到的处理后水凝胶、步骤2中的浆料和水泥、水混合均匀后，将其入模成型，在80℃-100℃二氧化碳氛围下蒸压养护，得到内源碳化轻质板；
所述内源碳化轻质板由下述重量份原料组成为：处理后水凝胶3-8份、碱性废渣浆料15-40份、水泥10-20份，水3-8份；
所述步骤1中处理前的水凝胶为聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸中的一种或多种；
所述步骤2中改进湿磨工艺是将重量比100：（25-35）：（30-60）的碱性废渣、有机功能组分、水加入到立式搅拌磨中，湿磨0.5h-1.5h，然后过筛，得到浆料；所述浆料的中值粒径应小于2μm，所述有机功能组分为三乙醇胺、EDTA、壳聚糖其中的一种或多种组合。
2.如权利要求1所述的一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于：所述步骤1中吸附后得到的处理后水凝胶吸附饱和碳酸钠溶液的吸附倍率为50-100。
3.如权利要求1所述的一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中碱性废渣为钢渣与赤泥、电石渣、商混废浆其中一种的复合时，复合比例为4:1 。
4.如权利要求1所述的一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中湿磨采用氧化锆研磨球，球料比（2-5）:1。
5.如权利要求1所述的一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，湿磨具体要求为采用直径1.0-1.3mm：1.5-1.8mm：2.0-2.5mm的重量比为1:2:1的氧化锆研磨球，转速400-700r/min。
6.如权利要求1所述的一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于：所述步骤2中CO2通入压力为0.1-0.5 MPa，浓度为30%-70%，气速1.5-2.5份/h。
7.如权利要求1所述的一种内源碳化轻质板的制备方法，其特征在于：所述步骤3具体先加入计算好的水泥和处理后水凝胶，使干料混合均匀，再向其中加入称量好的浆料和水分，充分搅拌得到拌合物，所述拌合物入模后，经压力机加压10min，使其密实；采用80℃-100℃蒸压养护，养护CO2气压为0.1-1.0MPa，养护时间为24，蒸压养护后，将其取出并放入常温环境下继续养护7d。
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