CN115974469A - 一种固封co2的混凝土预制墙板及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土生产工艺技术领域，提供一种固封CO2的混凝土预制墙板及其生产工艺，本发明中通过多巴胺对二氧化钛进行改性，能够使二氧化钛具有更高的黏附力，从而使改性后的二氧化钛将抗菌组分和抗紫外组分中的分子紧紧附着在硅酸盐水泥的表面上，使改性硅酸盐水泥具有较好的抗菌性能和抗紫外性能，从而减缓改性硅酸盐水泥的老化速度并延长其使用寿命；其次，在制备固封CO2的混凝土的过程中通入液态CO2，能够使改性硅酸盐水泥中的C3S和β‑C2S分别与CO2发生矿化反应，从而使混凝土对CO2进行矿化封存，达到固封CO2的作用，如此操作，既能够通过固封CO2的方式来改善环境，减少环境中CO2的排放量，又能够通过矿化反应提高混凝土的强度。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土生产工艺技术领域，具体涉及一种固封CO2的混凝土预制墙板及其生产工艺。
背景技术
CO2排放是造成温室效应的最主要因素，全球CO2浓度从工业革命前的280ppm增加到目前的408ppm，导致全球平均气温自1800年以来到现在提高了1℃左右。按照目前的趋势预测，2100年全球CO2浓度将达到惊人的448ppm。全球CO2浓度升高不仅导致全球气温升高，而且使得海平面不断上升，因此有效捕获和封存CO2至关重要。
水泥行业CO2排放量约占全球排放量的5％-8％，而CO2养护混凝土技术，可有效固化CO2并改善混凝土力学性能和耐久性能，还可以大幅缩短混凝土养护时间，使其获得良好的力学性能、尺寸稳定性和耐久性。目前市面上能够固封CO2的混凝土制品较少，且混凝土制品的性能较为单一，很少能够具有抗菌性和抗紫外性，能够固封CO2的混凝土生产工艺需要较多改进；因此，如何设计一种新的混凝土预制墙板工艺使其更好的固封CO2，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种固封CO2的混凝土预制墙板及其生产工艺，旨在使其制备出的混凝土预制墙板能够对CO2进行固封，并且使墙板具有较强的抗菌性能和抗紫外性能。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种固封CO2的混凝土预制墙板，所述墙板按重量份计包括：300-350份改性硅酸盐水泥、0.5-0.6份氧化石墨烯、3-5份聚羧酸减水剂、690-700份机制砂、5-8份促凝剂、110-120份液态CO2、150-170份去离子水和320-330份建筑废料；
所述改性硅酸盐水泥以硅酸盐水泥为基料，以抗菌组分和抗紫外组分为辅料，加入去离子水混合制得。
更进一步地，所述抗菌组分的制备方法为：按1：1：2的重量比称取溴化钠、氧化锌和改性二氧化钛置于球磨机内进行研磨混合，所得即为抗菌组分。
更进一步地，所述改性二氧化钛的制备方法为：先按照1：25的质量比对氢氧化钠和去离子水进行混合搅拌，待氢氧化钠完全放热溶解后将溶液温度调至25-28℃；然后加入一定量的多巴胺，并以500r/min的转速搅拌10min，接着加入一定量的二氧化钛并继续搅拌，调节pH值至8.5后，在保持温度不变的条件下反应12h；最后将产物抽滤并使用去离子水洗涤多次，洗涤后放入60℃烘箱中进行干燥，干燥后进行研磨，所得即为改性二氧化钛；其中，多巴胺与二氧化钛的质量比为3：2，且多巴胺与二氧化钛的质量和占总体系的15-20％。
更进一步地，所述抗紫外组分的制备方法为：按等重量比称取对2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮进行混合，所得即为抗紫外组分。
更进一步地，所述硅酸盐水泥组分的制备方法为：称取6-7重量份Al2O3、4-5重量份MgO、1-2重量份K2O、3-4重量份Fe2O3和35-38重量份β-C2S置于1200-1300℃的条件下煅烧1-2h，冷却至室温后粉碎得熟料粉末，接着称取38-42重量份C3S粉末与熟料粉末进行混合，所得即为硅酸盐水泥组分。
更进一步地，所述C3S粉末为等质量比的石灰石和粘土在1450-1650℃下煅烧、冷却、磨细制得。
更进一步地，所述改性硅酸盐水泥的制备方法包括以下步骤：
步骤1、称取3-5重量份抗菌组分和2-3重量份抗紫外组分倒入50-52重量份的去离子水中进行搅拌，搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为5-8min，搅拌结束后进行超声分散，超声分散时间为15-20min，所得即为改性组分；
步骤2、称取88-92重量份的硅酸盐水泥和步骤1中的改性组分倒入搅拌机中进行搅拌混合，所得即为改性硅酸盐水泥。
更进一步地，所述步骤1中超声分散的功率为140W，且超声分散的频率为20kHz。
一种固封CO2的混凝土预制墙板的生产工艺，所述生产工艺包括以下步骤：
Step1、将上述重量份的建筑废料中的一半粉碎成5-25mm粒级的粗骨料，并将另一半粉碎成0.5-5mm粒级的细骨料，接着将粗骨料与细骨料搅拌混匀后制得回收骨料，将回收骨料用水浸泡后取出，在CO2存在的条件下进行强化；
Step2、按照0.49的水灰比将上述重量份的氧化石墨烯溶于计算量重的去离子水中，搅拌15min后加入上述重量份的聚羧酸减水剂，混合均匀后制得溶液组分；
Step3、将上述重量份的改性硅酸盐水泥、机制砂、液态CO2和剩余量的去离子水倒入搅拌容器内，并加入Step1中的回收骨料和Step2中的溶液组分，搅拌25-30min后制得固封CO2的混凝土；
Step4、将固封CO2的混凝土倒入指定模具中，密封24h后进行拆模，接着在常压环境中养护24-28h，所得即为固封CO2的混凝土预制墙板。
更进一步地，所述Step4中养护环境的温度为23-25℃，且相对湿度为95-97％。
有益效果
本发明提供了一种固封CO2的混凝土预制墙板及其生产工艺，与现有公知技术相比，本发明的具有如下有益效果：
本发明中通过多巴胺对二氧化钛进行改性，能够使二氧化钛具有更高的黏附力，从而使改性后的二氧化钛将抗菌组分和抗紫外组分中的分子紧紧附着在硅酸盐水泥的表面上，使改性硅酸盐水泥具有较好的抗菌性能和抗紫外性能，从而减缓改性硅酸盐水泥的老化速度并延长其使用寿命；其次，在制备固封CO2的混凝土的过程中通入液态CO2，能够使改性硅酸盐水泥中的C3S和β-C2S分别与CO2发生矿化反应，从而使混凝土对CO2进行矿化封存，达到固封CO2的作用，如此操作，既能够通过固封CO2的方式来改善环境，减少环境中CO2的排放量，又能够通过矿化反应提高混凝土的强度，具有较强的市场推广价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例的一种固封CO2的混凝土预制墙板，墙板按重量份计包括：300份改性硅酸盐水泥、0.5份氧化石墨烯、3份聚羧酸减水剂、690份机制砂、5份促凝剂、110份液态CO2、150份去离子水和320份建筑废料；
改性硅酸盐水泥以硅酸盐水泥为基料，以抗菌组分和抗紫外组分为辅料，加入去离子水混合制得。
抗菌组分的制备方法为：按1：1：2的重量比称取溴化钠、氧化锌和改性二氧化钛置于球磨机内进行研磨混合，所得即为抗菌组分。
改性二氧化钛的制备方法为：先按照1：25的质量比对氢氧化钠和去离子水进行混合搅拌，待氢氧化钠完全放热溶解后将溶液温度调至25℃；然后加入一定量的多巴胺，并以500r/min的转速搅拌10min，接着加入一定量的二氧化钛并继续搅拌，调节pH值至8.5后，在保持温度不变的条件下反应12h；最后将产物抽滤并使用去离子水洗涤多次，洗涤后放入60℃烘箱中进行干燥，干燥后进行研磨，所得即为改性二氧化钛；其中，多巴胺与二氧化钛的质量比为3：2，且多巴胺与二氧化钛的质量和占总体系的15％。
抗紫外组分的制备方法为：按等重量比称取对2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮进行混合，所得即为抗紫外组分。
硅酸盐水泥组分的制备方法为：称取6重量份Al2O3、4重量份MgO、1重量份K2O、3重量份Fe2O3和35重量份β-C2S置于1200℃的条件下煅烧1h，冷却至室温后粉碎得熟料粉末，接着称取38重量份C3S粉末与熟料粉末进行混合，所得即为硅酸盐水泥组分。
C3S粉末为等质量比的石灰石和粘土在1450℃下煅烧、冷却、磨细制得。
改性硅酸盐水泥的制备方法包括以下步骤：
步骤1、称取3重量份抗菌组分和2重量份抗紫外组分倒入50重量份的去离子水中进行搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌时间为5min，搅拌结束后进行超声分散，超声分散时间为15min，所得即为改性组分；
步骤2、称取88重量份的硅酸盐水泥和步骤1中的改性组分倒入搅拌机中进行搅拌混合，所得即为改性硅酸盐水泥。
步骤1中超声分散的功率为140W，且超声分散的频率为20kHz。
一种固封CO2的混凝土预制墙板的生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
Step1、将上述重量份的建筑废料中的一半粉碎成5mm粒级的粗骨料，并将另一半粉碎成0.5mm粒级的细骨料，接着将粗骨料与细骨料搅拌混匀后制得回收骨料，将回收骨料用水浸泡后取出，在CO2存在的条件下进行强化；
Step2、按照0.49的水灰比将上述重量份的氧化石墨烯溶于计算量重的去离子水中，搅拌15min后加入上述重量份的聚羧酸减水剂，混合均匀后制得溶液组分；
Step3、将上述重量份的改性硅酸盐水泥、机制砂、液态CO2和剩余量的去离子水倒入搅拌容器内，并加入Step1中的回收骨料和Step2中的溶液组分，搅拌25min后制得固封CO2的混凝土；
Step4、将固封CO2的混凝土倒入指定模具中，密封24h后进行拆模，接着在常压环境中养护24h，所得即为固封CO2的混凝土预制墙板。
Step4中养护环境的温度为23℃，且相对湿度为95％。
实施例2：
本实施例的一种固封CO2的混凝土预制墙板，墙板按重量份计包括：350份改性硅酸盐水泥、0.6份氧化石墨烯、5份聚羧酸减水剂、700份机制砂、8份促凝剂、120份液态CO2、170份去离子水和330份建筑废料；
改性硅酸盐水泥以硅酸盐水泥为基料，以抗菌组分和抗紫外组分为辅料，加入去离子水混合制得。
抗菌组分的制备方法为：按1：1：2的重量比称取溴化钠、氧化锌和改性二氧化钛置于球磨机内进行研磨混合，所得即为抗菌组分。
改性二氧化钛的制备方法为：先按照1：25的质量比对氢氧化钠和去离子水进行混合搅拌，待氢氧化钠完全放热溶解后将溶液温度调至28℃；然后加入一定量的多巴胺，并以500r/min的转速搅拌10min，接着加入一定量的二氧化钛并继续搅拌，调节pH值至8.5后，在保持温度不变的条件下反应12h；最后将产物抽滤并使用去离子水洗涤多次，洗涤后放入60℃烘箱中进行干燥，干燥后进行研磨，所得即为改性二氧化钛；其中，多巴胺与二氧化钛的质量比为3：2，且多巴胺与二氧化钛的质量和占总体系的20％。
抗紫外组分的制备方法为：按等重量比称取对2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮进行混合，所得即为抗紫外组分。
硅酸盐水泥组分的制备方法为：称取7重量份Al2O3、5重量份MgO、2重量份K2O、4重量份Fe2O3和38重量份β-C2S置于1300℃的条件下煅烧2h，冷却至室温后粉碎得熟料粉末，接着称取42重量份C3S粉末与熟料粉末进行混合，所得即为硅酸盐水泥组分。
C3S粉末为等质量比的石灰石和粘土在1650℃下煅烧、冷却、磨细制得。
改性硅酸盐水泥的制备方法包括以下步骤：
步骤1、称取5重量份抗菌组分和3重量份抗紫外组分倒入52重量份的去离子水中进行搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为8min，搅拌结束后进行超声分散，超声分散时间为20min，所得即为改性组分；
步骤2、称取92重量份的硅酸盐水泥和步骤1中的改性组分倒入搅拌机中进行搅拌混合，所得即为改性硅酸盐水泥。
步骤1中超声分散的功率为140W，且超声分散的频率为20kHz。
一种固封CO2的混凝土预制墙板的生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
Step1、将上述重量份的建筑废料中的一半粉碎成25mm粒级的粗骨料，并将另一半粉碎成5mm粒级的细骨料，接着将粗骨料与细骨料搅拌混匀后制得回收骨料，将回收骨料用水浸泡后取出，在CO2存在的条件下进行强化；
Step2、按照0.49的水灰比将上述重量份的氧化石墨烯溶于计算量重的去离子水中，搅拌15min后加入上述重量份的聚羧酸减水剂，混合均匀后制得溶液组分；
Step3、将上述重量份的改性硅酸盐水泥、机制砂、液态CO2和剩余量的去离子水倒入搅拌容器内，并加入Step1中的回收骨料和Step2中的溶液组分，搅拌30min后制得固封CO2的混凝土；
Step4、将固封CO2的混凝土倒入指定模具中，密封24h后进行拆模，接着在常压环境中养护28h，所得即为固封CO2的混凝土预制墙板。
Step4中养护环境的温度为25℃，且相对湿度为97％。
实施例3：
本实施例的一种固封CO2的混凝土预制墙板，墙板按重量份计包括：330份改性硅酸盐水泥、0.5份氧化石墨烯、4份聚羧酸减水剂、695份机制砂、7份促凝剂、115份液态CO2、160份去离子水和325份建筑废料；
改性硅酸盐水泥以硅酸盐水泥为基料，以抗菌组分和抗紫外组分为辅料，加入去离子水混合制得。
抗菌组分的制备方法为：按1：1：2的重量比称取溴化钠、氧化锌和改性二氧化钛置于球磨机内进行研磨混合，所得即为抗菌组分。
改性二氧化钛的制备方法为：先按照1：25的质量比对氢氧化钠和去离子水进行混合搅拌，待氢氧化钠完全放热溶解后将溶液温度调至26℃；然后加入一定量的多巴胺，并以500r/min的转速搅拌10min，接着加入一定量的二氧化钛并继续搅拌，调节pH值至8.5后，在保持温度不变的条件下反应12h；最后将产物抽滤并使用去离子水洗涤多次，洗涤后放入60℃烘箱中进行干燥，干燥后进行研磨，所得即为改性二氧化钛；其中，多巴胺与二氧化钛的质量比为3：2，且多巴胺与二氧化钛的质量和占总体系的18％。
抗紫外组分的制备方法为：按等重量比称取对2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮进行混合，所得即为抗紫外组分。
硅酸盐水泥组分的制备方法为：称取6重量份Al2O3、5重量份MgO、2重量份K2O、3重量份Fe2O3和37重量份β-C2S置于1300℃的条件下煅烧2h，冷却至室温后粉碎得熟料粉末，接着称取40重量份C3S粉末与熟料粉末进行混合，所得即为硅酸盐水泥组分。
C3S粉末为等质量比的石灰石和粘土在1550℃下煅烧、冷却、磨细制得。
改性硅酸盐水泥的制备方法包括以下步骤：
步骤1、称取4重量份抗菌组分和3重量份抗紫外组分倒入51重量份的去离子水中进行搅拌，搅拌速度为350r/min，搅拌时间为7min，搅拌结束后进行超声分散，超声分散时间为17min，所得即为改性组分；
步骤2、称取90重量份的硅酸盐水泥和步骤1中的改性组分倒入搅拌机中进行搅拌混合，所得即为改性硅酸盐水泥。
步骤1中超声分散的功率为140W，且超声分散的频率为20kHz。
一种固封CO2的混凝土预制墙板的生产工艺，生产工艺包括以下步骤：
Step1、将上述重量份的建筑废料中的一半粉碎成16mm粒级的粗骨料，并将另一半粉碎成3mm粒级的细骨料，接着将粗骨料与细骨料搅拌混匀后制得回收骨料，将回收骨料用水浸泡后取出，在CO2存在的条件下进行强化；
Step2、按照0.49的水灰比将上述重量份的氧化石墨烯溶于计算量重的去离子水中，搅拌15min后加入上述重量份的聚羧酸减水剂，混合均匀后制得溶液组分；
Step3、将上述重量份的改性硅酸盐水泥、机制砂、液态CO2和剩余量的去离子水倒入搅拌容器内，并加入Step1中的回收骨料和Step2中的溶液组分，搅拌28min后制得固封CO2的混凝土；
Step4、将固封CO2的混凝土倒入指定模具中，密封24h后进行拆模，接着在常压环境中养护26h，所得即为固封CO2的混凝土预制墙板。
Step4中养护环境的温度为24℃，且相对湿度为96％。
性能测试
将实施例1-3所制得的固封CO2的混凝土预制墙板标记为实施例1、实施例2、实施例3，分别对其多项性能进行检测，检测结果记录如下表：
其中，CO2封存率表示实际封存CO2重量与改性硅酸盐水泥用量之比，而且通过胺吸法能够对固封CO2的混凝土预制墙板养护过程中释放的CO2进行吸附和定量，将制备固封CO2的混凝土预制墙板过程中液态CO2的用量减去固封CO2的混凝土预制墙板养护过程中CO2的释放量，所得即为实际封存CO2重量。
通过上表的数据显示可知，本实施例1-3制得的固封CO2的混凝土预制墙板具有较好的抗菌性能，且抗折强度和抗压强度较强，还能够对CO2进行固封，性能较好，具有极佳的市场推广价值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述墙板按重量份计包括：300-350份改性硅酸盐水泥、0.5-0.6份氧化石墨烯、3-5份聚羧酸减水剂、690-700份机制砂、5-8份促凝剂、110-120份液态CO2、150-170份去离子水和320-330份建筑废料；
所述改性硅酸盐水泥以硅酸盐水泥为基料，以抗菌组分和抗紫外组分为辅料，加入去离子水混合制得。
2.根据权利要求1所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述抗菌组分的制备方法为：按1：1：2的重量比称取溴化钠、氧化锌和改性二氧化钛置于球磨机内进行研磨混合，所得即为抗菌组分。
3.根据权利要求2所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述改性二氧化钛的制备方法为：先按照1：25的质量比对氢氧化钠和去离子水进行混合搅拌，待氢氧化钠完全放热溶解后将溶液温度调至25-28℃；然后加入一定量的多巴胺，并以500r/min的转速搅拌10min，接着加入一定量的二氧化钛并继续搅拌，调节pH值至8.5后，在保持温度不变的条件下反应12h；最后将产物抽滤并使用去离子水洗涤多次，洗涤后放入60℃烘箱中进行干燥，干燥后进行研磨，所得即为改性二氧化钛；其中，多巴胺与二氧化钛的质量比为3：2，且多巴胺与二氧化钛的质量和占总体系的15-20％。
4.根据权利要求1所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述抗紫外组分的制备方法为：按等重量比称取对2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮进行混合，所得即为抗紫外组分。
5.根据权利要求1所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述硅酸盐水泥组分的制备方法为：称取6-7重量份Al2O3、4-5重量份MgO、1-2重量份K2O、3-4重量份Fe2O3和35-38重量份β-C2S置于1200-1300℃的条件下煅烧1-2h，冷却至室温后粉碎得熟料粉末，接着称取38-42重量份C3S粉末与熟料粉末进行混合，所得即为硅酸盐水泥组分。
6.根据权利要求5所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述C3S粉末为等质量比的石灰石和粘土在1450-1650℃下煅烧、冷却、磨细制得。
7.根据权利要求1所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述改性硅酸盐水泥的制备方法包括以下步骤：
步骤1、称取3-5重量份抗菌组分和2-3重量份抗紫外组分倒入50-52重量份的去离子水中进行搅拌，搅拌速度为300-400r/min，搅拌时间为5-8min，搅拌结束后进行超声分散，超声分散时间为15-20min，所得即为改性组分；
步骤2、称取88-92重量份的硅酸盐水泥和步骤1中的改性组分倒入搅拌机中进行搅拌混合，所得即为改性硅酸盐水泥。
8.根据权利要求7所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板，其特征在于，所述步骤1中超声分散的功率为140W，且超声分散的频率为20kHz。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括以下步骤：
Step1、将上述重量份的建筑废料中的一半粉碎成5-25mm粒级的粗骨料，并将另一半粉碎成0.5-5mm粒级的细骨料，接着将粗骨料与细骨料搅拌混匀后制得回收骨料，将回收骨料用水浸泡后取出，在CO2存在的条件下进行强化；
Step2、按照0.49的水灰比将上述重量份的氧化石墨烯溶于计算量重的去离子水中，搅拌15min后加入上述重量份的聚羧酸减水剂，混合均匀后制得溶液组分；
Step3、将上述重量份的改性硅酸盐水泥、机制砂、液态CO2和剩余量的去离子水倒入搅拌容器内，并加入Step1中的回收骨料和Step2中的溶液组分，搅拌25-30min后制得固封CO2的混凝土；
Step4、将固封CO2的混凝土倒入指定模具中，密封24h后进行拆模，接着在常压环境中养护24-28h，所得即为固封CO2的混凝土预制墙板。
10.根据权利要求9所述的一种固封CO2的混凝土预制墙板的生产工艺，其特征在于，所述Step4中养护环境的温度为23-25℃，且相对湿度为95-97％。
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