CN115650609A - 一种碳固化胶凝材料、制备方法及应用 - Google Patents

一种碳固化胶凝材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

一种碳固化胶凝材料、制备方法及应用,涉及建筑材料技术领域。按以下步骤进行,1)、将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,其中,废旧混凝土微粉45~60wt%,电石渣55~40wt%,粉磨成生料粉,然后进行压片,得到生料片;2)、将步骤1)制得的所述生料片置于1150~1250℃温度下,煅烧时间1~2小时,得到块状胶凝材料;3)、将步骤2)制得的所述块状胶凝材料粉磨至比表面积为350~450m2/kg,得碳固化胶凝材料。本发明中的碳固化胶凝材料不能水化硬化,但能够通过短期的碳化养护获得优异的力学性能。早期强度高、后期强度持续增长,力学性能稍优于普通硅酸盐水泥后期继续水化可以有更高的强度。

Description

一种碳固化胶凝材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,尤其涉及以废旧混凝土微粉与电石渣为原料制备碳固化胶凝材料的方法及应用。
背景技术
由于建筑物的拆除或倒塌,将产生大量建筑垃圾。据统计,中国是世界上产生建筑垃圾最多的国家,每年建筑垃圾产生量近20亿吨,其中,废旧混凝土约占30%-40%,不仅占用耕地,污染环境,而且碱性的废旧混凝土会令大片土壤失去活性。此外,电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。处置方法有填海、填沟、堆放、自然沉降等。由于本身的强碱性,电石渣以上处理效果均不尽人意。
水泥是目前世界上使用量最大的建筑材料,但是,传统硅酸盐胶凝材料烧成温度较高,一般为1450℃。传统硅酸盐胶凝材料高能耗烧成的根本原因在于其高钙矿物的设计、石灰石的分解。此外,用石灰石煅烧高钙矿物导致了优质石灰石过多消耗,以及温室气体CO2和有害气体SO2、NOX等的大量排放,从而加剧了水泥工业的能源、资源消耗及环境负荷。
CO2矿化养护技术利用早期成型后的混凝土材料和CO2之间的碳酸化反应和产物沉积过程实现产品力学强度等特性的提升,主要关注的是预处理/早期水化成型后的混凝土中胶凝成分和CO2之间的矿化养护(即加速碳酸化),此过程中胶凝材料的水化过程不再是强度形成的主要反应。硅酸钙能和CO2快速反应并在短期内获得较高的强度,理论上,硅酸盐水泥与CO2完全反应后CO2消耗量可以达到水泥质量的50%左右,但常规养护方式下水泥与CO2反应的程度不超过15%,通过矿化养护能够快速缩短硬化周期,将碳化养护反应的程度提高至20%左右,但仍远低于理论固碳率。
利用废旧混凝土微粉和电石渣烧制胶凝材料,生产以低钙矿物为主要矿物的新型低钙胶凝材料不仅能解决工业固废难以处理的问题,而且不消耗石灰石。由于原料中只含少量的CaCO3,可以显著降低胶凝材料的烧成温度并且可以大大降低煅烧过程二氧化碳的排放量,具有多方面的意义,但是低钙硅酸盐矿物的水化活性较差,难以循环利用。因此,如何激发低钙硅酸盐矿物的活性使其能够进行循环利用,对本领域技术人员来说是一大挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳固化胶凝材料、制备方法及应用,能克服上述现有技术中废旧混凝土、电石渣堆存占用耕地,污染环境,对周围地下水体、土壤、空气和生态环境造成严重污染的问题,以及传统硅酸盐胶凝材料中的高钙矿物设计导致能源过度消耗、环境污染严重的问题;能够充分激发低钙硅酸盐矿物的活性,使其实现循环利用。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,粉磨成生料粉,压片制得生料片,高温下煅烧成块状胶凝材料,粉磨制得碳固化胶凝材料;
以质量百分比计,所述生料粉的组成为废旧混凝土微粉55~60%,电石渣45~55%。
进一步地,制得的碳固化胶凝材料由硅钙石、钙铝黄长石和硅灰石组成,以质量百分比计,硅钙石:45~60%,钙铝黄长石:35~45%,硅灰石:5~15%。
本发明碳固化胶凝材料的制备方法,按以下步骤进行,
1)、将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,
其中,废旧混凝土微粉45~60wt%,电石渣55~40wt%,粉磨成生料粉,然后进行压片,得到生料片;
2)、将步骤1)制得的所述生料片置于1150~1250℃温度下,煅烧时间1~2小时,得到块状胶凝材料;
3)、将步骤2)制得的所述块状胶凝材料粉磨至比表面积为350~450m2/kg,得碳固化胶凝材料。
进一步地,步骤1)中所述生料粉粉磨的细度≤75μm。
进一步地,步骤1)中所述废旧混凝土微粉和所述电石渣均包括以下组份:SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO和SO3
进一步地,所述废旧混凝土微粉中SiO2的含量为废旧混凝土微粉总量的30~45wt%;
所述废旧混凝土微粉中Al2O3的含量为废旧混凝土微粉总量的15~25wt%;
所述废旧混凝土微粉中CaO的含量为废旧混凝土微粉总量的15~30wt%。
进一步地,所述电石渣中CaO的含量为电石渣总量的65~80wt%。
本发明碳固化胶凝材料的应用,所述碳固化胶凝材料具有CO2活化特性,即在使用过程中通过与CO2反应形成硅胶,从而产生胶凝性。
本发明中碳固化胶凝材料是以废旧混凝土和电石渣作为原料,制作成生料片后进行煅烧,由于未使用以CaCO3为主的石灰石,所以其煅烧温度相比与普通硅酸盐水泥的煅烧温度降低了200~300℃,降低生产过程中的热耗,CO2和有害气体SO2、NOX等污染气体排放量均降低;该制备方法制备的胶凝材料中主要矿物为C3S2。制备出碳固化胶凝材料,该碳固化胶凝材料不能水化硬化,但水化产生的氢氧化钙能参与碳化反应生成碳酸钙,从而提高碳固化胶凝材料的强度,即能够通过短期的碳化养护获得优异的力学性能。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有如下优异效果:
(1)、本发明的胶凝材料采用废旧混凝土微粉与电石渣为原料,两种原材料均为固体废弃物,很大程度上提高了废旧混凝土和电石渣固体废弃物的利用率,而不使用天然石灰石和砂岩,减少了对环境的危害,节约了自然资源。
(2)、本发明的胶凝材料的烧成温度比传统硅酸盐胶凝材料的烧成温度降低了200~300℃,从而降低了水泥的生产成本,电耗降低40%。不与水反应,不需要防水储存;凝结硬化过程不消耗水,节约水资源,且生产过程中大大降低了CO2和有害气体SO2、NOX等污染气体的排放。使用过程中吸收CO2,每吨水泥能吸收0.1~0.2吨CO2,可实现温室气体的安全、永久封存。
(3)、本发明中的碳固化胶凝材料不能水化硬化,但能够通过短期的碳化养护获得优异的力学性能。早期强度高、后期强度持续增长,力学性能稍优于普通硅酸盐水泥后期继续水化可以有更高的强度。
附图说明
图1是本发明中电石渣的XRD图谱,
图2是本发明中废旧混凝土的XRD图谱。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供如下技术方案:将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,粉磨成生料粉,压片制得生料片,高温下煅烧成块状胶凝材料,粉磨制得碳固化胶凝材料;
以质量百分比计,生料粉的组成为废旧混凝土微粉55~60%,电石渣45~55%。
进一步地,制得的碳固化胶凝材料由硅钙石、钙铝黄长石和硅灰石组成,以质量百分比计,硅钙石:45~60%(比如45%、47%、49%、50%、51%、53%、55%、57%、59%、60%),钙铝黄长石:35~45%(比如35%、37%、39%、41%、43%、45%),硅灰石:5~15%(比如5%、7%、9%、10%、13%、15%)。其中,C3S2为二硅酸三钙(即硅钙石), 分子式为3CaO·2SiO2,在C3S2中CaO的含量为71.4wt%;C2AS为钙铝黄长石,分子式为3CaO·Al2O3·SiO2,在C2AS中CaO的含量为55.2wt%;CS为硅灰石,分子式为CaO·SiO2,在CS中CaO的含量为62.5wt%。
优选地,低钙碳固化胶凝材料包括以下质量百分比的矿物:C3S2:50~60%(比如50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%),C2AS:35~40%(比如35%、36%、37%、38%、39%、40%),CS:5~10%(比如5%、6%、7%、8%、9%、10%)。
为了进一步理解本发明中的碳固化胶凝材料,本发明还提供一种碳固化胶凝材料的制备方法,按以下步骤进行,
1)、将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,
其中,废旧混凝土微粉45~60wt%,电石渣55~40wt%,粉磨成生料粉,然后进行压片,得到生料片;步骤1)中压片的目的是使生料粉密切接触,促进熟料在煅烧过程中发生的固相反应,实际工业生产过程中使用回转窑煅烧,压片是混合均匀的生料粉在压力作用下压制成致密的生料片,然后在炉子里煅烧。
2)、将步骤1)制得的生料片置于1150~1250℃温度下,煅烧时间1~2小时,得到块状胶凝材料;该煅烧温度大大低于现有技术传统硅酸盐凝胶材料的烧成温度,具有烧结温度低、烧结时间短的特点,节约大量能耗。
3)、将步骤2)制得的块状胶凝材料粉磨至比表面积为350~450m2/kg,得碳固化胶凝材料。粉磨前,需进行快速冷却,快速冷却的速率大于100℃/ min。快速冷却具体为,采用冷空气与高温煅烧后的胶凝材料进行热交换,达到降低煅烧胶凝材料的温度,稳定高温晶型的目的。
进一步地,步骤1)中生料粉粉磨的细度≤75μm。
进一步地,步骤1)中废旧混凝土微粉和所述电石渣均包括以下组份:SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO和SO3
进一步地,废旧混凝土微粉中SiO2的含量为废旧混凝土微粉总量的30~45wt%;废旧混凝土微粉中Al2O3的含量为废旧混凝土微粉总量的15~25wt%;废旧混凝土微粉中CaO的含量为废旧混凝土微粉总量的15~30wt%。废旧混凝土微粉中Fe2O3的含量小于5wt%,废旧混凝土微粉中MgO的含量小于5wt%,废旧混凝土微粉中K2O和Na2O的总含量小于5wt%,废旧混凝土微粉中TiO2的含量小于5wt%。
进一步地,电石渣中CaO的含量为电石渣总量的65~80wt%。电石渣中Al2O3的含量小于5wt%,电石渣中Fe2O3的含量小于5wt%,电石渣中MgO的含量小于5wt%,电石渣中K2O和Na2O的总含量小于5wt%,电石渣中TiO2的含量小于5wt%。
前述对于废旧混凝土微粉以及电石渣相关化学成分的限定,是出于实现本发明目的而限定,防止有些生产厂家由于原料、工艺的不同或者多种废渣混合处置,会造成组分的偏离。
本发明碳固化胶凝材料的应用,碳固化胶凝材料具有CO2活化特性,即在使用过程中通过与CO2反应形成硅胶,从而产生胶凝性。利用碳固化胶凝材料制备建材制品(混凝土砌块、砖、构件等)坯体,将坯体置于CO2环境中养护2~10小时。
传统的胶凝材料以C3S和C2S为主,可以与水反应生成C-S-H凝胶,从而使建材制品具有一定力学强度。同时,胶凝材料中的硅酸钙矿物(C3S、C2S、C3S2、CS等)也可以与CO2发生反应,形成碳酸钙和硅胶,由此达到同样的硬化效果,而且由于硅酸钙矿相与CO2反应速率更快,所生成的硅胶具有很强的粘接性,所以碳化养护较短时间就可以达到甚至超过水化反应所获得的力学性能。前期研究结果表明,碳化养护4小时的混凝土砌块强度与20小时蒸汽养护后的混凝土砌块强度接近。
硅酸钙矿物与CO2反应的方程式为表示为
xCaO·SiO2+xCO2+μH2O→SiO2·μH2O+xCaCO3
各种硅酸钙矿物都具有与CO2反应的潜力,但是其碳化反应机制和固碳量有所不同。由下表可见,其中,C3S2、CS、C2S等低钙硅酸盐矿物在碳化过程中固化强度较高,且煅烧温度较低,综合碳减排效果显著。
Figure 921398DEST_PATH_IMAGE002
以下实施例和对照例中所用的原料中,废旧混凝土微粉取自河南焦作的河南焦作强耐有限集团公司,电石渣为河南济源联创化工半湿渣。原料的化学成分如下表1所示。
表1废旧混凝土和电石渣的化学成分
Figure DEST_PATH_IMAGE004
如图1、2所示,为以下各个实施例和对照例中所用的废旧混凝土的XRD图谱,从XRD物相分析结果表明,废旧混凝土的物相包括1-SiO2(石英)、2-CaCO3(方解石)、3-Fe2O3(赤铁矿)、4-Al2O3(铝土矿)。所用的电石渣的XRD图谱,从XRD物相分析结果表明,电石渣的物相包括1-Ca(OH)2(石英)、2-CaCO3(方解石)。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明,但不能理解为是对本发明保护范围的限制,该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
在本发明以下实施例中,若没有特殊说明,所用试剂皆可在市场上购买得到,若没有特殊说明,所涉及的方法皆为常规方法。
实施例1
本发明实施例提供一种低钙碳固化胶凝材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将57份的废旧混凝土微粉和43份的电石渣混合均匀,粉磨成细度为小于75μm的生料粉,然后进行压片,得到生料片;
步骤二、将步骤一中得到的生料片置于1200℃下煅烧2h,得到胶凝材料;
步骤三、将步骤二中得到的胶凝材料经过粉磨,制备出低钙碳固化胶凝材料。
矿物组成分析:采用XRD全谱拟合定量分析技术测定低钙碳固化胶凝材料的矿物组份。
本发明实施例中采用自粉化碳固化胶凝材料的制备方法所制备的自粉化碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:55.4%,C2AS:39.7%,CS:4.9%,如表2所示。
性能测试
对本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料进行比表面积测试,比表面积测试参照水泥勃氏比表面积测定法《水泥比表面积测定方法勃氏法GB/T8074-2008》,采用水泥勃氏比表面积仪测定。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为374m2/kg,如表2所示。
将本发明实施例中制备的自粉化碳固化胶凝材料与水(水灰比0.1)拌和后,压制成型,制作成20*20*20mm试块,即得水泥预制品,将试块放置在碳化反应釜中碳化(温度为20℃±2℃,碳化CO2压力为0.3MPa),碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为64.373MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为72.208MPa,如表2所示。
实施例2
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤二中将生料片置于1220℃下煅烧2h。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:53.2%,C2AS:42.9%,CS:3.9%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为367m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为59.767MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为69.637MPa,如表2所示。
实施例3
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤二中将生料片置于1200℃下煅烧1.5h。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:52.7%,C2AS:40.3%,CS:7%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为362m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为58.374MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为67.897MPa,如表2所示。
实施例4
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将58份废旧混凝土微粉和42份电石渣混合均匀;步骤二中煅烧的时间为2h。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:57.8%,C2AS:36.7%,CS:5.5%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为376m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为67.377MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为75.167MPa,如表2所示。
实施例5
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将60份废旧混凝土微粉和40份电石渣混合均匀。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:50.6%,C2AS:41.2%,CS:8.2%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为326m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为59.674MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为68.147MPa,如表2所示。
实施例6
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将58份废旧混凝土微粉和42份电石渣混合均匀,步骤二中将生料片置于1220℃下煅烧2h;其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:53.7%,C2AS:41.2%,CS:5.1%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为368m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为60.347MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为69.946MPa,如表2所示。
实施例7
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将58份废旧混凝土微粉和42份电石渣混合均匀。步骤二中将生料片置于1150℃下煅烧2h,其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:53.1%,C2AS:38.2%,CS:8.7%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为371m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为57.678MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为68.213MPa,如表2所示。
实施例8
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将60份废旧混凝土微粉和40份电石渣混合均匀,步骤二中将生料片置于1180℃下煅烧1.5h,其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:50.4%,C2AS:41.8%,CS:7.8%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为362m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为52.147MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为62.746MPa,如表2所示。
实施例9
本发明实施例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤二中将生料片置于1180℃下煅烧2h,其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对本发明实施例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本发明实施例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:57.3%,C2AS:39.3%,CS:3.4%,如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为378m2/kg,如表2所示。
本发明实施例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为64.358MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为73.579MPa,如表2所示。
对照例1
本对照例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将50份废旧混凝土微粉和50份电石渣混合均匀。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对对照例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:43.8%,C2AS:35.3%,C2S:24.4%,如表2所示。
本对照例中制备的低钙碳固化胶凝材料生成了新的矿物,粉磨后的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为347m2/kg,如表2所示。
本对照例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为54.641MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为69.664MPa,如表2所示。
生料粉中电石渣含量越低,煅烧体系会发生转变,胶凝材料中的会生成新的矿物C2S,由于含钙量高,烧成温度明显上升,热耗也随之上升,需要更多的燃料来提供烧成热耗。
对照例2
本对照例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤一中将63份废旧混凝土微粉和47份电石渣混合均匀,步骤二中将生料片置于1150℃下煅烧2h。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对对照例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:35.3%,C2AS:42.3%,CS:22.4%如表2所示。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为355m2/kg,如表2所示。
本对照例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为32.754MPa;碳化养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为76.382MPa,如表2所示。
由于废弃混凝土杂质离子含量高,随着废弃混凝土微粉掺量的增加,生料中的溶剂型矿物也逐渐增多,煅烧温度需要逐渐减小,煅烧温度会随着废弃混凝土微粉掺量的增加而降低,煅烧出来的胶凝材料中生成了更多的CS,而CS的碳化活性未有C3S2的碳化活性高,导致碳化后的试件强度降低。
对照例3
本对照例提供的低钙碳固化胶凝材料的制备方法中,步骤二中将生料片置于1250℃下煅烧2h。其他方法和步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
对对照例中所制备的低钙碳固化胶凝材料进行矿物组份分析、比表面积测试以及对碳化养护8h和24h后的低钙碳固化胶凝材料分别进行抗压强度测试,其中,矿物组份分析方法、比表面积测试标准和方法、碳化养护的方法以及抗压强度的测试标准和方法与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例中采用低钙碳固化胶凝材料的制备方法所制备的低钙碳固化胶凝材料,包括以下质量百分比的矿物:C3S2:36.7%,C2AS:41.2%,CS:5.3%,SiO2:16.8%,。
本对照例中制备的低钙碳固化胶凝材料有过烧现象,熟料质地坚硬,粉磨能耗高。
本发明实施例中制备的低钙碳固化胶凝材料的比表面积为324m2/kg,如表2所示。
本对照例中碳化养护8h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为10.687MPa,养护24h后的低钙碳固化胶凝材料的抗压强度为15.688MPa,如表2所示。
由于废弃混凝土杂质离子含量高,随着废弃混凝土微粉掺量的增加,生料中的溶剂型矿物也逐渐增多,煅烧温度需要逐渐减小,煅烧温度会随着废弃混凝土微粉掺量的增加而降低,若温度过高会导致烧融。但是温度越低,会产生更多的 CS矿物,CS的碳化活性未有C3S2的碳化活性高,导致碳化后的试件强度降低。
表2 低钙碳固化胶凝材料组分和性能
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综上所述,本发明中的胶凝材料主要采用废旧混凝土微粉和电石渣为原料,在原料上全部采用固废,在很大程度上提高了废旧混凝土微粉和电石渣固体废弃物的利用率,从而减少了对环境造成的污染,同时也减轻了建筑行业的废弃混凝土堆积问题;减轻了有机合成工业的电石渣减排压力,在胶凝材料的生产过程中,胶凝材料的烧成温度比传统硅酸盐胶凝材料的烧成温度降低了200~300℃,从而降低了水泥的生产成本,且大大降低了CO2和有害气体SO2、NOX等污染气体的排放量;最终所制备的低钙碳固化胶凝材料可以通过短期的CO2养护,早期达到一个高强度,本胶凝材料不存在水化成分,在贮存过程中不用做防水处理。
本发明并不局限于上述实施例,在本发明公开的技术方案的基础上,本领域的技术人员根据所公开的技术内容,不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形,这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种碳固化胶凝材料,其特征在于,将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,粉磨成生料粉,压片制得生料片,高温下煅烧成块状胶凝材料,粉磨制得碳固化胶凝材料;
以质量百分比计,所述生料粉的组成为废旧混凝土微粉55~60%,电石渣45~55%。
2.根据权利要求1所述的一种碳固化胶凝材料,其特征在于,制得的碳固化胶凝材料由硅钙石、钙铝黄长石和硅灰石组成,以质量百分比计,硅钙石:45~60%,钙铝黄长石:35~45%,硅灰石:5~15%。
3.一种权利要求1所述碳固化胶凝材料的制备方法,其特征在于,按以下步骤进行,
1)、将废旧混凝土微粉和电石渣混合均匀,
其中,废旧混凝土微粉45~60wt%,电石渣55~40wt%,粉磨成生料粉,然后进行压片,得到生料片;
2)、将步骤1)制得的所述生料片置于1150~1250℃温度下,煅烧时间1~2小时,得到块状胶凝材料;
3)、将步骤2)制得的所述块状胶凝材料粉磨至比表面积为350~450m2/kg,得碳固化胶凝材料。
4.根据权利要求3所述的一种碳固化胶凝材料制备方法,其特征在于,步骤1)中所述生料粉粉磨的细度≤75μm。
5.根据权利要求3所述的一种碳固化胶凝材料制备方法,其特征在于,步骤1)中所述废旧混凝土微粉和所述电石渣均包括以下组份:SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO和SO3
6.根据权利要求3所述的一种碳固化胶凝材料制备方法,其特征在于,
所述废旧混凝土微粉中SiO2的含量为废旧混凝土微粉总量的30~45wt%;
所述废旧混凝土微粉中Al2O3的含量为废旧混凝土微粉总量的15~25wt%;
所述废旧混凝土微粉中CaO的含量为废旧混凝土微粉总量的15~30wt%。
7.根据权利要求3所述的一种碳固化胶凝材料制备方法,其特征在于,
所述电石渣中CaO的含量为电石渣总量的65~80wt%。
8.权利要求1所述碳固化胶凝材料的应用,其特征在于,所述碳固化胶凝材料具有CO2活化特性,即在使用过程中通过与CO2反应形成硅胶,从而产生胶凝性。
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