CN116023104A - 一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固废制备的高强度矿化加气砌块，矿化加气砌块采用包括钙质固废、硅铝质固废和发泡剂的基础材料，加水制成砌块；砌块与含二氧化碳气体接触发生矿化反应，通过砌块配方及矿化工艺的调整控制矿化反应产生的热量，使体系在无外加热源和水蒸气的情况下达到可使砌块内的水蒸发为水蒸气从而发生水热反应的温度，提高矿化加气砌块的强度。本发明采用钙质固废、硅铝质固废为主要原料，加水制成砌块，砌块在与二氧化碳接触发生矿化反应的过程中放出热量使体系温度升高，通过砌块配方及矿化工艺的调控使体系在无外加热源的情况下达到可使砌块内水分蒸发为水蒸气的温度，从而使砌块在无外加水蒸气的情况下发生水热反应，提升加气砌块强度矿化。

Description

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，涉及C04B28/00领域，具体涉及建筑材料类的组合物领域。

背景技术

在绿色建筑的推动下，环保节能型建材产品逐渐成为建筑行业的主流，加气砌块是利用工业废弃物作为原材料，具有回收环保的特点，是性能优异的绿色建筑材料，已经越来越多地应用于装配式建筑，绿色建筑中。目前加气砌块的加工工艺主要有传统的蒸汽养护以及自然养护，蒸汽养护能耗巨大工艺耗时长，水泥掺量高不利于低碳，自然养护则表现为养护龄期过长，生产效率较低，原材料损耗高。

中国发明专利CN202210408960.6公开了一种轻质保温的加气砌块及其制备方法，通过采用丙酮作为发泡剂与特殊的蒸养工艺结合，制得的加气砌块的气孔分布均匀，孔径均匀，从而提高砌块的抗压强度，但是需要的蒸养时间较长，需要较高的耗能，并且原料端加入了大量的水泥，不利于低碳环保。中国发明专利CN113698229A公开了一种蒸汽与二氧化碳耦合养护粉煤灰加气砌块的工艺，二氧化碳矿化养护通入的二氧化碳浓度在80％以上，压力为0.5MPa～2.0MPa，矿化2-4h；矿化养护后再进行蒸压养护，温度为170～200℃，压力为0.8MPa～1.6MPa，养护4-6h。这种养护方式需预先矿化，再进行蒸压养护，虽然在一定程度上缩短了养护时间但强度仍较低，矿化程度不高。

发明内容

为了提高加气砌块的强度，增加加气砌块的增重率和固碳率，降低加气砌块制备工程中的能源消耗，本申请的第一个方面提供了一种固废制备的高强度矿化加气砌块，所述矿化加气砌块采用包括钙质固废、硅铝质固废和发泡剂的基础材料，加水制成砌块；所述砌块与含二氧化碳气体接触发生矿化反应，通过砌块配方及矿化工艺的调整控制矿化反应产生的热量，使体系在无外加热源和水蒸气的情况下达到水热反应需要的环境和温度，提高矿化加气砌块的强度。

作为一种优选的实施方式，制备原料包括固体料、水和发泡剂，所述固体料以重量份计包括钙质固废15-80份、硅铝质固废40-110份、发热剂0-40份、硬化剂1-50份、减水剂0.1-5份。

作为一种优选的实施方式，所述固体料以重量份计包括钙质固废38-68份，硅铝质固废60-90份，发热剂20-40份，硬化剂30-50份，减水剂0.1-3份。

申请人在实验过程中发现钙质固废与硅铝质固废采用(20-35)：(30-45)的重量比，可以使制备的矿化加气砌块的增重率显著提升，同时具有优异的抗压强度，猜测可能的原因是：钙质固废与硅铝质固废在(20-35)：(30-45)的重量比范围内时，砌块与二氧化碳的接触几率增大，体系放热明显，砌块矿化效率高，增重率高，同时体系温度较优异使得体系发生大量水热反应，水热反应程度高，砌块强度高。但是当钙质固废的重量超出优选的重量范围，会使得初期反应剧烈，矿化反应发生在表面，加气砌块的外部孔隙封闭，二氧化碳无法进入内部，使得增重率下降。

作为一种优选的实施方式，所述制备原料中还包括水，发泡剂，所述水与固体料的水固比为(0.2-0.8)：1。

作为一种优选的实施方式，所述钙质固废中钙化合物的质量占比≥80％，所述钙质固废选自电石渣、废石灰、废水泥中的一种或几种的组合。

作为一种优选的实施方式，所述发泡剂选自铝粉、过氧化氢、动物蛋白中的一种或几种的组合。发泡剂可与水分发生反应或自身分解生成氢气等气体，使浆料体积膨胀，其可调控制品干密度及孔隙率。

作为一种优选的实施方式，所述硅铝质固废选自粉煤灰、再生骨料、建筑渣土、黄磷渣、粉煤灰、冶炼渣、赤泥中的一种或几种的组合。

作为一种优选的实施方式，所述发热剂选自石灰、废石灰中的一种或两种的组合。发热剂与体系内水分发生反应放出热量，为发泡及硬化阶段提供一定的温度条件。

作为一种优选的实施方式，所述硬化剂选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、脱硫石膏、无水石膏水泥、工业石膏、建筑石膏中的一种或几种的组合。硬化剂在体系内经水化后生成的晶体物质相互交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化，提供优异的初始强度确保试块脱模。

作为一种优选的实施方式，所述减水剂选自羧甲基纤维素、萘系减水剂、聚羧酸、三聚磷酸钠中的一种或几种的组合。减水剂使体系颗粒分散，改善和易性，提升浆料流动性，降低用水量，可以有效降低制备时所需水固比，缩短后续预养护时间。

作为一种优选的实施方式，所述发泡剂的加入重量份为1-5份，优选为1-3份。

本发明的第二个方面提供了一种固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钙质固废、硅铝质固废、发热剂、硬化剂混合得混合固体料，在部分水中加入减水剂溶解后加入混合固体料中，送入搅拌系统混合均匀，得到混合料一；

(2)将发泡剂与剩余的水混合搅拌，搅拌均匀后与混合料一搅拌均匀得混合料二；

(3)将混合料二注入模具中，将其放在密封的养护室中静置成型1-4h，得砌块；

(4)成型后的砌块脱模切割后，进行降水工艺处理，调控砌块内剩余的水固比；

(5)养护后的砌块经过翻转切割后送入反应釜中，关闭反应釜门，开启进气阀门通入含二氧化碳气体，至反应釜中的压力为设定值时停止通气，矿化反应一定时间，排气至常压，打开反应釜；

(6)反应釜降温至50℃后，出料即得。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(5)中反应釜的体积填充率为5-60％，优选的，所述步骤(5)中反应釜的体积填充率为25-55％。

申请人在实验过程中发现反应釜的体积填充率为25-55％时，加气砌块具有较高的增重率，抗压性能优异，猜测可能的原因是：反应釜的体积填充率较低时，矿化反应放热较少，反应釜温度较低，矿化程度较低，增重率较低，并且体系放热较少，体系温度不足以使砌块发生水热反应，抗压强度较低；当反应釜的体积填充率为25-55％时，体系可以放出较多的热，增加二氧化碳的扰动，使得砌块的矿化程度提高，制品增重率高，同时较高的温度使得体系发生水热反应，砌块的抗压强度高，固碳率高。但是反应釜的体积填充率超过25-55％时，体系温度上升较快，过早达到水热反应所需温度，使得水热反应程度较高，砌块强度提升，但水热反应的迅速增加导致可矿化物质迅速减少使得矿化反应程度下降，固碳率下降。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(4)中降水工艺可以是通过加热升高块体温度降低水分，也可以是通过增加空气对流降低水分。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(4)中降水工艺处理后砌块内剩余的水固比为(0.1-0.4):1。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(4)中降水工艺处理后砌块内剩余的水固比为(0.15-0.3):1。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(5)中二氧化碳气体的通气速率为40-100m³/min，二氧化碳绝压为0.1MPa。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(5)中二氧化碳气体的通气方式为：反应前30分钟通入反应釜体积三分之一的气体，反应中再继续通二氧化碳直至达到反应釜中的压力设定值。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(5)中矿化反应的压力为0.1-1.2MPa，矿化反应的时间为1-8小时。

申请人在实验过程中发现矿化压力为0.1-1.2MPa，体系温度为120-160℃时，加气砌块具有较高的增重率，抗压性能优异，猜测可能的原因是：体系低于优选的矿化压力时，砌块表面充分发生矿化反应，矿化产物阻塞表面孔径，二氧化碳无法进入砌块内部继续发生矿化反应，使得产品增重率较低，同时较低的温度使得产品强度也较低；当在优选的矿化压力范围内时，较高的压力使二氧化碳能进入砌块内部，矿化程度上升，体系温度上升，使得水热反应程度提高；但超过优选的矿化压力范围，过高的气体分压使得体系在较短时间内达到一定温度，较多含钙化合物发生水热反应，制品强度较高，但矿化反应被抑制，砌块增重率较低。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(4)中经过预养护后的水固比为0.1-0.3。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(4)中预养护的方法为预养护室中加通风系统，通过湿度的散失使试块水分蒸发，从而控制体系剩余水固比。

申请人在实验过程中发现在预养护后，使水与固体组分的质量比为0.05-0.35：1，加气砌块具有较高的增重率，抗压性能优异，猜测可能的原因是：低水固比时，砌块内部毛细通道较多，水分无法均匀分布于孔道中，二氧化碳在水分中的溶解量较少，使得矿化反应程度较低，使得产品的增重率较低且强度较低；当在优选的水固比下，砌块内部毛细通道分布较为均匀，二氧化碳进入砌块内部并充分发生矿化反应，使得砌块增重率高，同时体系温度提高，良好的温度条件使砌块发生水热反应，砌块强度进一步提升，砌块强度高。当超出优选的水固比后，砌块内部毛细通道较少，二氧化碳扩散的通道被堵塞，二氧化碳无法进入砌块内部，矿化程度较低，体系温度提升较缓，水热反应程度下降，砌块强度及固碳率较低。

作为一种优选的实施方式，所述步骤5中二氧化碳为化工废气，其中二氧化碳的体积分数为5％-95％，所述化工废气选自煤化工厂排放的烟气、燃煤电厂烟气、石灰窑烟气、钢铁厂烟气、化工厂烟气、水泥厂烟气、碳捕集解析后的气体中的一种或几种的组合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述固废制备的高强度矿化加气砌块，采用钙质固废、硅铝质固废作为主要原料，加水制成砌块，砌块在与含二氧化碳气体接触发生矿化反应的过程中放出的热量使体系温度升高，通过砌块配方及矿化工艺的调控使体系在无外加热源的情况下达到可使砌块内水分蒸发为水蒸气的温度，从而使砌块在无外加水蒸气的情况下发生水热反应，提升加气砌块强度，从而在尽量低的能源消耗下获得质量轻、强度高的矿化加气砌块。

(2)本发明所述固废制备的高强度矿化加气砌块，通过引入发泡剂和发热剂与钙质固废与硅铝质固废协同作用，调整控制体系温度，从而提升矿化效率，使体系温度迅速上升发生水热反应，提高制品强度，缩短了生产时间还提升了产品性能，进一步降低了原材料成本，降低工艺能耗。

(3)本发明所述固废制备的高强度矿化加气砌块，以大宗固废为原材料，利用含二氧化碳的混合废气直接进行矿化养护，减少高碳放原材料的使用，有效实现固废的高效资源化利用，解决了企业的固废处置及碳排放问题，对我国加气砌块制备的低矿化发展具有重要的推动作用。

具体实施方式

原材料组成：化工企业电石渣含水率为2％，通过XRF分析，其化学成分和其重量百分比见表1：

表1

元素组成	CaO	<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>]]>	<![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]>	<![CDATA[Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]>	<![CDATA[K<sub>2</sub>O]]>	<![CDATA[SO<sub>3</sub>]]>	<![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]>	LOSS
										含量/％	89.2	4.28	2.17	1.34	0.45	0.37	0.15	0.1	1.94

化工企业粉煤灰含水率为1.2％，通过XRF分析，其化学成分和其重量百分比见表2：

表2

建材厂生产的水泥，通过XRF分析，其化学成分和其重量百分比见表3：

表3

建材厂生产的生石灰，通过XRF分析，其化学成分和其重量百分比见表4：

表4

元素组成	CaO	<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]>	Fe2O3	MgO	<![CDATA[SO<sub>3</sub>]]>	LOSS
								含量/％	96.02	1.81	0.51	0.15	0.77	0.07	0.32

煤化工厂的尾气，其气体组成及其体积百分比见表5：

表5

气体组成	<![CDATA[CO<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[N<sub>2</sub>]]>	LOSS
				钢铁尾气	73.2％	26.1％	0.6％

实施例1

一种固废制备的高强度矿化加气砌块，制备原料至少包括固体料，所述固体料以重量份计包括钙质固废52.08份、硅铝质固废77.92份、发热剂30份、硬化剂40份、减水剂0.2份、发泡剂2份。

所述钙质固废为电石渣；所述硅铝质固废为粉煤灰；所述发热剂为石灰；所述硬化剂为水泥和石膏，重量比为3：1，所述减水剂为普通市售聚羧酸减水剂；所述发泡剂为铝粉。

一种固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钙质固废、硅铝质固废、发热剂、硬化剂混合得混合固体料，在三分之二的水中加入减水剂溶解后加入混合固体料中，送入搅拌系统混合均匀，得到混合料一；

(2)将发泡剂与剩余的水混合搅拌，搅拌均匀后与混合料一搅拌均匀得混合料二；

(3)将混合料二注入4.2m×1.2m×0.6m的模具中，将其放在密封的养护室中静置成型2h，得砌块；

(4)成型后的砌块脱模切割后，放在釜前静置，通过风扇增加空气的对流，调控砌块中剩余水固比为0.2:1；

(5)预养护后的砌块送入反应釜中，反应釜的体积填充率为5％，共填充5.36t砌块，关闭反应釜门，开启二氧化碳进气阀门，至反应釜中的压力为设定值时停止通气，矿化一定时间，排气至常压，打开反应釜；

(6)反应釜降温至50℃后，出料即得。

所述步骤(1)中水与固体料的水固比为0.5：1。

所述步骤(5)中二氧化碳气体的通气速率为60m³/min，二氧化碳绝压为0.1MPa；二氧化碳气体的通气方式为：反应前30分钟通入反应釜体积三分之一的气体，反应中再继续通二氧化碳直至达到反应釜中的压力设定值。

所述步骤(5)中矿化反应的压力为0.3MPa，矿化反应的时间为4小时。

所述步骤(5)中二氧化碳为化工废气，其中二氧化碳的体积分数为73.2％。

所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为64.88℃。

实施例2

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为15％，共填充16.09t砌块，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为105.48℃。

实施例3

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为25％，共填充26.81t砌块，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为120.8℃。

实施例4

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为35％，共填充37.54t砌块，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为128.35℃。

实施例5

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为45％，共填充48.26t砌块，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为137.72℃。

实施例6

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为48％，共填充51.48t砌块，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为140.72℃。

实施例7

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为54％，共填充57.92t砌块，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为151.46℃。

实施例8

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于反应釜的体积填充率为60％，共填充64.35t砌块，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为161.74℃。

实施例9

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于钙质固废24.80重量份、硅铝质固废105.2重量份，其余物质用量同实施例1，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为82.03℃。

实施例10

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于钙质固废34.72重量份、硅铝质固废95.28重量份，其余物质用量同实施例1，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为104.52℃。

实施例11

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于钙质固废42.16重量份、硅铝质固废87.84重量份，其余物质用量同实施例1，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为121.06℃。

实施例12

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于钙质固废60.76重量份、硅铝质固废69.24重量份，其余物质用量同实施例1，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为157.29℃。

实施例13

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于钙质固废79.36重量份，硅铝质固废50.64重量份，其余物质用量同实施例1，所述步骤(5)中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为199.97℃。

实施例14

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于所述步骤(5)中矿化反应的压力为0.2MPa，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为127.32℃。

实施例15

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于所述步骤(5)中矿化反应的压力为0.6MPa，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为156.49℃。

实施例16

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于所述步骤(4)调控砌块内剩余水固比为0.1：1，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为167.16℃。

实施例17

一种固废制备的高强度矿化加气砌块及其制备方法，具体步骤同实施例6，不同点在于所述步骤(4)，调控砌块内剩余水固比为0.35：1，所述步骤5中矿化反应的初始温度为室温25℃，反应后体系的温度为125.45℃。

性能测试

1.固碳率/增重率测试：

1)取实施例1-17中制备得到的成品砖体积的1/4，全部破碎成粉，进行试块固碳率测试；

2)利用破碎机对试块固碳率测试用的样品进行破碎，破碎后取50g的样品，在105℃烘箱中烘干12h，烘干时不抽真空，保持烘箱密闭，并在烘箱中放置NaOH颗粒；烘干后，取出5g样品，在研钵中磨细至没有颗粒感，装在小自封袋中；

3)将制备的样品放入样品仓内，设置实验氛围为N2，温度范围为室温至1000℃，升温速率10℃/min。采用美国(METTLER TOLEDO)公司制造的TGA2热重分析仪进行测试分析；

4)测试结束得到TG/DTG热重分析曲线注：本发明以CO₂的吸收率来评价样品的吸碳效果，其为固废吸收CO₂质量占试块质量的百分比例，固体废弃物吸收CO₂的含量是通过测试矿化产物的TG/DTG热重分析曲线所得，矿化制品吸收二氧化碳的含量为605-820℃的质量增加量，试块的质量为矿化产物在105℃的质量。增重率＝m_{(矿化反应后)}-m_{(矿化反应前)}/m_{(矿化反应前)}×100％。

2.抗压强度测试：按照GB/T 11969-2020《蒸压加气砌块试验方法》测得，测试试块自然气干24h后测定强度。

一、试验步骤

1.检查试块外观，测量每个试件连接面或受压面的长、宽尺寸各两个，分别取其平均值，精确至0.1mm，并计算受压面积A。

2.将试件放在材料试验机的下压板的中心位置,试件的受压方向应垂直于制品的发气方向。

3.开动试验机,当上压板与试件接近时,调整球座,使接触均衡。

4.(2.0±0.5)kN/s的速度连续而均匀地加荷，直至试件破坏,记录破坏荷载F。

二、试验结果计算

1.按照以下公式分别计算10块砖的抗压强度值，精确至0.1MPa。

f_cc＝F/A

式中f-_cc—抗压强度(MPa)；

F—最大破坏荷载(N)；

A—受压面(连接面)的长度(mm)；

计算三-五个试块抗压强度的平均值。如果所测得的几个值与它们平均值的差不大于15％，则用该平均值作为抗压强度；如果有某个值与平均值之差大于15％，应将此值舍去，以其余的值计算平均值。

3.干密度：测试砌块的干密度，干密度＝质量/体积。

测试结果见表1。

表1

从实施例1-8可知，当砌块配方相同，填充率不同时，所制备加气砌块的抗压强度和增重率均有所变化，其中，实施例1由于填充率仅为5％，增重率和抗压强度均较低，分别为4.75％和1.7MPa，随着填充率的增加，试块增重率先提升后下降，抗压强度逐渐提升。这是由于反应釜中的砌块填充率较低时，矿化反应放出的热量较少，反应釜温度较低，对含二氧化碳气体扰动效果不明显，矿化程度较低，增重率较低；另一方面，体系放热较少体系温度不足以使试块发生水热反应，因此抗压强度较低。随着填充率提高，当体系填充率达到一定程度时，体系放出较多的热，增加二氧化碳的扰动，使得试块的矿化程度提高，制品增重率高，同时较高的温度使得体系发生水热反应，试块的抗压强度高，固碳率高。随着填充率继续升高，过高的填充率使得体系温度上升较快，过早达到水热所需温度，使得水热反应程度较高，试块强度提升，而矿化反应程度下降，固碳率下降，试块强度高，固碳率低。

从实施例6和实施例9-13可以看出，适宜的钙含量有助于获得较高的抗压强度和增重率。试块增重率先提升后下降，抗压强度逐渐提升。实施例6，14，15随着气体分压的提高，试块增重率先上升后下降，抗压强度明显提升。实施例6，16，17随着养护后水固比的提高，试块增重率先上升后下降，抗压强度逐渐下降。其中实施例6、实施例11-12的增重率达到7.32-11.32％，抗压强度达到2.9-4.2MPa，固碳效果和砌块强度均较优。而当实施例9-10中钙质固废含量较低时，增重率仅为4.89-5.72％，抗压强度仅为1.9-2.0MPa；当实施例13中钙质固废含量较高时，虽然抗压强度达到5.0MPa，但增重率仅为3.87％，固碳效果明显下降。说明将钙质固废的含量控制在适当的范围内才能同时确保固碳效果和砌块强度。这是由于钙含量增加使得与二氧化碳的接触几率增大，进而增加了矿化反应程度，增重率上升，同时强度有一定提升；随着钙含量的提高，当钙含量达到一定值时，体系放热明显，试块矿化效率高，增重率高，同时体系温度较优异使得体系发生大量水热反应，水热反应程度高，试块强度高；当钙含量过高时初期反应剧烈，矿化反应发生在表面，使得制品的外部孔隙封闭，二氧化碳无法进入内部，使得增重率下降，温度上升到一定程度，水化产物较多，使得产品的强度提升。

从实施例6、实施例14-15可知，当实施例14在矿化反应过程中的压力下降至0.2MPa时，所制备加气砌块的抗压强度由实施例6的3.7MPa下降至2.9MPa，固碳率由实施例6的11.32％下降至7.83％，这是由于低矿化压力时，试块表面充分发生矿化反应，矿化产物阻塞表面孔径，即使压力上升后，二氧化碳也无法进入试块内部继续发生矿化反应，使得产品增重率较低，同时较低的温度使得产品强度也较低。而当实施例15在矿化反应过程中的压力上升至0.6MPa时，虽然所制备加气砌块的抗压强度由实施例6的3.7MPa上升至4.3MPa，但固碳率由实施例6的11.32％下降至7.62％。这是由于随着气体分压的提升，较大的压力使二氧化碳能进入试块内部，因此矿化程度上升，同时体系温度上升，使得水化程度提高；但过高的气体分压，使得体系在较短时间内达到一定温度，较多含钙化合物发生水化反应，制品强度较高，但矿化反应被抑制，试块增重率较低。

从实施例6、实施例16-17可知，当实施例16中预养护后的水固比为0.1：1时，所制备加气砌块的抗压强度由实施例6的3.7MPa下降至3.1MPa，增重率由实施例13的11.32％下降至5.30％，这是由于低水固比时，试块内部水分分布较少，二氧化碳溶解度较低，使得矿化反应程度较低，试块增重率较低，同时矿化程度较低使得体系温度不足以支持水热反应的充分进行，试块强度较低。当实施例17中预养护后的水固比为0.35：1时，所制备加气砌块的抗压强度由实施例13的3.7MPa下降至2.8MPa，增重率也由实施例13的11.32％下降至2.71％，这是由于较多的水分含量占据了砌块内部通道，使二氧化碳只能在表层发生矿化反应，矿化反应发生程度低，体系温度上升有限，水热反应程度低，从而使砌块的增重率和抗压强度均下降。

Claims (10)

1.一种固废制备的高强度矿化加气砌块，其特征在于，所述矿化加气砌块采用包括钙质固废、硅铝质固废和发泡剂作为基础材料，加水制成砌块；所述砌块与含二氧化碳气体接触发生矿化反应，通过砌块配方及矿化工艺的调整控制矿化反应产生的热量，使体系在无外加热源和水蒸气的情况下达到水热反应需要的环境和温度，提高矿化加气砌块的强度。

2.根据权利要求1所述固废制备的高强度矿化加气砌块，其特征在于，制备原料包括固体料、水和发泡剂，所述固体料以重量份计包括钙质固废15-80份、硅铝质固废40-110份、发热剂0-40份、硬化剂1-50份、减水剂0.1-5份；所述制备原料中水与固体料的水固比为(0.2-0.8)：1。

3.根据权利要求1所述固废制备的高强度矿化加气砌块，其特征在于，所述钙质固废中钙化合物的质量占比≥80％，所述钙质固废选自电石渣、废石灰、废水泥中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述固废制备的高强度矿化加气砌块，其特征在于，所述发泡剂选自铝粉、过氧化氢、动物蛋白中的一种或几种的组合。

5.一种根据权利要求2-4任一项所述固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将钙质固废、硅铝质固废、发热剂、硬化剂混合得混合固体料，在部分水中加入减水剂溶解后加入混合固体料中，送入搅拌系统混合均匀，得到混合料一；

(2)将发泡剂与剩余的水混合搅拌，搅拌均匀后与混合料一搅拌均匀得混合料二；

(3)将混合料二注入模具中，将其放在密封的养护室中静置成型1-4h，得砌块；

(4)成型后的砌块脱模切割后，进行降水工艺处理，调控砌块内剩余的水固比；

(5)预养护后的砌块经过翻转切割后送入反应釜中，关闭反应釜门，开启进气阀门通入含二氧化碳气体，至反应釜中的压力为设定值时停止通气，矿化反应一定时间，排气至常压，打开反应釜；

(6)反应釜降温至50℃后，出料即得。

6.根据权利要求5所述固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中反应釜的体积填充率为5-60％，优选的，所述步骤(5)中反应釜的体积填充率为25-55％。

7.根据权利要求5所述固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中含二氧化碳气体的通气速率为40-100m³/min；所述步骤(5)中含二氧化碳气体的通气方式为：反应前30分钟通入反应釜体积三分之一的气体，反应中再继续通二氧化碳直至达到反应釜中的压力设定值。

8.根据权利要求5所述固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中矿化反应的压力为0.1-1.2MPa，矿化反应的时间为1-8小时。

9.根据权利要求5所述固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中降水工艺处理后砌块内剩余的水固比为(0.1-0.4):1。

10.根据权利要求5所述固废制备的高强度矿化加气砌块的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中含二氧化碳气体为化工废气，其中二氧化碳的体积分数为5％-95％，所述化工废气选自煤化工厂排放的烟气、燃煤电厂烟气、石灰窑烟气、钢铁厂烟气、化工厂烟气、水泥厂烟气、碳捕集解析后的气体中的一种或几种的组合。