CN116283352A - 通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法及混凝土制品 - Google Patents

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Abstract

通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法及混凝土制品,制备方法如下:1)在加气混凝土原料中加入水和改性剂搅拌混合形成浆体;2)浆体引入二氧化碳作为发气气体,二氧化碳与浆体混合,预养护得到加气混凝土坯体;3)对加气混凝土坯体进行蒸压养护,得到蒸压加气混凝土。引入二氧化碳作为发气气体,使二氧化碳以孔的形式均布于浆体,全面、均匀的整体碳酸化养护加气混凝土浆体,提高浆体的碳酸化程度与坯体强度,缩短静停时间,二氧化碳养护降低蒸压养护压力,缩短恒压时间,达到相同强度坯体时极大提高生产效率、降低生产能耗。二氧化碳的低导热系数、负压或真空度及碳酸化产物的热稳定性,改善混凝土制品的保温隔热、耐高温性能。

Description

通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法及混凝土制品
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法及混凝土制品。
背景技术
加气混凝土以硅质材料(例如砂、硅尾矿)和钙质材料(石灰、水泥)等为原料,掺加发气剂,通过配料、搅拌、浇住、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成轻质多孔硅酸盐制品。轻质多孔硅酸盐制品作为建筑领域的材料,主要用于高层框架、抗震地区、严寒地区以及软质地基中。
当前,关于加气混凝土的研究主要集中于混凝土的原材料配方及工艺步骤中相关参数的设定。例如专利CN101139182A给出了碳化养护加气混凝土,采用以下方法制成:利用含有碳化成分的钢渣或水泥为原料,加入加气剂和水,混合均匀,压制成加气混凝土,加气混凝土在碳化气体的养护下,制成碳化养护加气混凝土;碳化成分占原料的重量百分比不少于20%;碳化气体为二氧化碳气体;养护条件:二氧化碳浓度大于wt15%,养护气体压力大于1bar,碳化养护温度30-200℃。该技术利用了工业废气,减少了二氧化碳温室气体的排放,制备了性能良好的加气混凝土制品,缩短了生产周期,利废、环保、节能、成本低。又如专利CN114075063A给出一种利用复合硅质料制备混凝土砌块的方法及其制备的蒸压加气混凝土砌块,S1混料:称取粉煤灰,加入添加料和复合硅质料,混合均匀,制得混合料;S2搅拌制浆:向混合料中加入水和中性纳米硅溶胶,搅拌,再加入铝粉,继续搅拌,制得混凝土浆;S3发泡静停:将混凝土浆注入模具中,发泡,静停,制得混凝土胚体;S4蒸汽养护:将混凝土胚体切割成混凝土块,将混凝土块转入蒸压釜中,水蒸汽养护,制得蒸压加气混凝土砌块。利用复合硅质料制备混凝土砌块的方法具有可提高产品抗压强度的优点。蒸压加气混凝土砌块具有抗压性能好的优点。但是,以上现有技术进行加气混凝土的制备时,加气混凝土在养护胚体时所需的养护压力与温度较高,蒸压的能耗大,且采用铝粉或铝膏通过化学反应生成氢气作为加气气体,制备的加气混凝土导热系数较高,保温隔热性能不佳。
继而,又出现针对养护环节改进的现有技术研究。如专利CN114426419A给出了一种无机固体废弃物陶粒矿化混凝土封存二氧化碳的方法,包括以下步骤,制备无机固体废弃物陶粒滤球;制备氨基化陶粒滤球;氨基化陶粒滤球充分吸收二氧化碳后获得吸附饱和二氧化碳滤球;将吸附饱和二氧化碳滤球与水泥砂浆混凝土混合搅拌均匀制成矿化轻质混凝土试件。该方案通过将无机固体废弃物陶粒滤球进行氨基酸盐溶液和/或胺基离子液体处理后引入至如工厂烟囱气等高浓度CO2环境中吸附饱和CO2后,再通过将其作为添加剂直接加入混凝土中,在水泥拌合水、水化热或者蒸养养护过程中,逸出的CO2快速矿化养护胶凝材料,转化为混凝土的主要成分碳酸钙,对CO2转化和封存。
如专利CN114573361A给出环保固碳加气砖的生产方法及系统,方法包括:在搅拌状态下,将粉煤灰与水按比例在粉煤灰料浆制备装置中混合,同时通过CO2气体输送装置通入CO2气体,得到粉煤灰料浆;将石灰、水泥、石膏和粉煤灰料浆经计量,一起加入混合搅拌装置中搅拌,得到混合料浆;将混合料浆中加入发气剂并搅拌,将混合料浆浇注在加气砖模框中,将模框及其内部的料浆送入静停发气装置进行静停初凝,得到坯体;将坯体脱模后送至蒸压装置,向蒸压装置中通入CO2气体和水蒸汽对坯体进行养护处理后,切割成所需尺寸砖块,即得环保固碳加气砖。提高了加气砖的抗压强度和抗冻性,实现了CO2气体的固定和减排,减少了水蒸汽的使用,降低了能耗。
但是,当前如以上专利等关于养护环节研究的方案仍存在制备得到的加气混凝土强度不够、保温隔热性能不足的缺陷。
因此,如何设计一种加气混凝土的制备工艺,降低制备过程中的蒸压能耗,以得到具备高强度、高保温隔热、高耐火性能的加气混凝土制品是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明提供了通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法及混凝土制品(例如,砌块或板材),结合组分配比、添加改性剂以及引入二氧化碳发气,给出了通过二氧化碳发气体制备加气混凝土的工艺,并制备得到加气混凝土制品。本发明解决了混凝土养护深度不足的问题,降低蒸压养护坯体时所需的养护压力和温度,降低蒸压能耗,得到的加气混凝土制品,实现了整体、均匀的养护,且具备高强度、高保温隔热以及高耐火性能。
第一方面,本发明提供一种通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,包括如下步骤:
1)在加气混凝土原料中加入水和改性剂搅拌混合形成浆体,其中,加气混凝土原料包括钙质材料和硅质材料,改性剂为含石膏的混合物,改性剂占浆体的质量分数为1%-15%;
2)向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,二氧化碳与浆体的体积比为(50:50)-(85:15),经预养护得到加气混凝土坯体;
3)对加气混凝土坯体进行蒸压养护,制备得到蒸压加气混凝土。
相比于现有技术在制成混凝土坯体后,再进行二氧化碳或者蒸汽的养护。本发明在制备加气混凝土坯体环节,加入二氧化碳,使得二氧化碳作为发气气体,发泡制备得到加气混凝土坯体。制得的加气混凝土坯体,二氧化碳均匀分布于坯体内部,同时使得基于二氧化碳的碳酸化养护作用得以在混凝土体系内全面展开。另外,在混凝土坯体制备阶段加入二氧化碳,也相较养护阶段的添加量更多,降低整个制备加气混凝土的二氧化碳排放量。
二氧化碳与浆体的体积比为(50:50)-(85:15),对应加气混凝土的密度为300-1100kg/m3左右。优选的,二氧化碳与浆体的体积比为(77:23)-(68:32),对应加气混凝土的密度为500-700kg/m3左右。二氧化碳的比值超过该数值范围,二氧化碳占据混凝土制品的空间越多,可能会造成塌模,二氧化碳的比值低于该数值范围,会使得到的混凝土制品密度过大。
本发明在通过加气混凝土原料制备浆体中加入了改性剂,调节料浆稠度,协调稠化速度和后续加气环节时二氧化碳释放速度,同时抑制二氧化碳发泡过程中的溶解,也能促进发泡后二氧化碳的碳酸化养护,提高加气混凝土材料的强度,提高二氧化碳的固化量。
改性剂组分过大会增大浆体稠度,减小浆体流动度,缩短凝结时间,增加制备的难度,同时也会增加成本;改性剂组分过小则可能导致加气混凝土浆体稳定性变差,出现塌模,导致无法成型,无法保证在浆体中存在稳定二氧化碳,使得坯体中二氧化碳的含量显著降低,同时无法将混凝土制品的密度控制在较小的范围。
进一步的,钙质材料为水泥、石灰、矿渣中的至少一种,硅质材料为砂、粉煤灰、尾矿中的至少一种,改性剂占浆体的质量分数为4%-8%。
进一步的,改性剂包括石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为(40-60):(1-10):(1-20):(20-30);
表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为(1-3):(3-5):(3-5);
纳米颗粒物包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为(3-5):(3-5):(1-3)。
进一步的,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25。
改性剂中的石膏可以调节浆体性能(如水化速度、硬化时间等),使最终得到的加气混凝土中二氧化碳的量、气孔的大小和结构等均达到预定数值。表面活性剂可以改善浆体表面张力,提高浆体表面膜的力学性能,确保二氧化碳气体保留在浆体内部。考虑到二氧化碳溶解于水中的特点,改性剂添加碳酸氢盐(如碳酸氢钠、碳酸氢钾等的至少一种),减少二氧化碳在水中的溶解度。浆体中加入纳米颗粒物,增大比表面积,可以调节浆体的稠度,减缓液膜排液、减少二氧化碳与液膜的接触面积稳定气泡,使得发泡后形成晶核,促进后续碳酸化养护。
进一步的,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
取浆体,浇注到密封反应器中;
对密封反应器抽真空,之后向密封反应器通入压缩二氧化碳气体,使压缩二氧化碳气体与浆体混合;
含二氧化碳气泡的浆体达到预定高度后,完成二氧化碳与浆体的混合。
压缩二氧化碳气体通入到密封反应器中,通过设定浆体在密封反应器中的高度来控制压缩二氧化碳的通入量,以此控制二氧化碳与浆体的体积比。
进一步的,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
将定量超临界二氧化碳或干冰加入到装有浆体的高温高压混合器中,混合搅拌,形成超临界二氧化碳或干冰加气混凝土浆料;
对超临界二氧化碳或干冰加气混凝土浆料泄压,控制泄压速度与泄压温度,超临界二氧化碳或干冰转换为气态二氧化碳进行发气,静停预养,完成二氧化碳与浆体混合。
进一步的,制备超临界二氧化碳,具体包括:
在预设压力和预设温度下,预先将气态二氧化碳转化为超临界二氧化碳,其中,预设压力≥7.5MPa,预设温度≥32℃;
进一步的,混合搅拌过程中,高温高压混合器的压力升至不低于7.5MPa,温度保持在32-70℃;
高温高压混合器泄压,泄压速度为0.2-2MPa/s。
进一步的,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
向浆体中加入铝盐和碳酸氢盐的混合物并搅拌,其中,浆体中加气混凝土原料与铝盐和碳酸氢盐的混合物的质量比为100:(0.1-10),铝盐、碳酸氢盐的质量比为(2-4):(4-5);铝盐可选的为硫酸铝,碳酸氢盐可选的为碳酸氢钠、碳酸钠。
进一步的,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
另取加气混凝土原料,分别加入聚氨酯黑料与聚氨酯白料,加入过程中搅拌,静置,得到聚氨酯骨料;
将聚氨酯骨料加入到步骤1)浆体中,随后依次加入稳泡剂与发泡剂,搅拌均匀;
其中,另取加气混凝土原料、聚氨酯黑料、聚氨酯白料、稳泡剂以及发泡剂的质量比为10:(1-2):(1-2):(0.1-0.2):(0.1-0.3),聚氨酯黑料为异氰酸酯半预聚体,聚氨酯白料为固化剂多元醇,稳泡剂为硬脂酸钙和/或羟丙基甲基纤维素,发泡剂为动植物蛋白或高分子复合发泡剂。
进一步的,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
配制发泡液,加入到二氧化碳发泡机中;
二氧化碳发泡机制备得到二氧化碳泡沫,将二氧化碳泡沫加入浆体内,搅拌,混合;
其中,配制发泡液是将水、纳米颗粒以及表面活性剂混合,水、纳米颗粒以及表面活性剂的质量比为40:(0.5-4):(1-2);
表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为(1-3):(3-5):(3-5);
纳米颗粒物包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为(3-5):(3-5):(1-3)。
二氧化碳作为发气气体,在定量的二氧化碳与浆体实现充分混合,并经后续的静停预养护后,最终制得高性能的加气混凝土坯体。
进一步的,静停预养护的温度为40-70℃,湿度≥70%,时间≥30min。
进一步的,蒸压养护的压力为0.8-1.5MPa,蒸压养护的时间为3-10h。
第二方面,本发明还提供了一种蒸压加气混凝土制品,采用如上述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法制得,包括:固相以及填充二氧化碳气体的孔隙,固相与孔隙的体积比为(15-50):(50-85)。
本发明提供的通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法以及蒸压加气混凝土制品,至少包括如下有益效果:
(1)结合配比、添加改性剂以及引入二氧化碳发气,给出了通过二氧化碳发体制备加气混凝土的工艺,解决了混凝土养护深度不足的问题,降低蒸压养护坯体时所需的养护压力和温度,降低蒸压能耗,得到的加气混凝土,实现了整体、均匀的养护,且具备高强度、高保温隔热以及高耐火性能。
(2)加入改性剂,调节料浆稠度,协调稠化速度和二氧化碳释放速度,同时抑制二氧化碳发泡过程中的溶解,也能促进发泡后二氧化碳的碳酸化养护,提高加气混凝土材料的强度,提高二氧化碳的固化量。
(3)在制备混凝土坯体环节引入二氧化碳作为发气气体,对混凝土进行早期养护,使制备得到的坯体强度得以提升,能改善后续蒸压养护条件,降低蒸压养护压力、养护温度,减少蒸压养护时间,降低蒸压养护过程中的能耗。
(4)加气混凝土体系中二氧化碳气体占比50%~85%,降低了混凝土材料的导热系数;同时,二氧化碳在封闭的孔隙中会与孔壁的含钙物质发生反应,导致孔中形成负压,负压的存在同样可以降低混凝土材料的导热系数,最终得到的加气混凝土具有高保温隔热的性能。
(5)浆体在二氧化碳氛围中的早期养护和蒸压养护,使得加气混凝土最终生成为托贝莫来石以及碳酸钙的产物,性能稳定,可使混凝土材料的体积稳定性和热稳定性均得到提升。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。显然,所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义,“多种”一般包含至少两种。
还需要说明的是,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商品或者装置不仅包括那些要素,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商品或者装置所固有的要素。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商品或者装置中还存在另外的相同要素。
传统蒸压加气混凝土使用的发泡剂为铝粉,当铝粉与水混合产生大量水汽,产生发泡的效果。产生的气体为氢气,氢气的导热系数较高。氢气导致加气混凝土体积膨胀,最终达到含有70%小孔的程度。
为制备更高强度、更高保温隔热性能和耐火性能的加气混凝土制品,本发明提供一种通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,包括如下步骤:
1)在加气混凝土原料中加入水和改性剂搅拌混合形成浆体,其中,加气混凝土原料包括钙质材料和硅质材料,改性剂为含石膏的混合物,改性剂占浆体的质量分数为1%-15%;
2)向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,二氧化碳与浆体的体积比为(50:50)-(85:15),经静停预养护得到加气混凝土坯体;
3)对加气混凝土坯体进行蒸压养护,制备得到蒸压加气混凝土。
相比于现有技术在制成混凝土坯体后,再进行二氧化碳或者氢气氛围下的养护。本发明在制备加气混凝土坯体环节,加入二氧化碳,使得二氧化碳作为发气气体,发泡制备得到加气混凝土坯体。制得的加气混凝土坯体,二氧化碳均匀分布于坯体内部,同时使得基于二氧化碳的碳酸化养护作用得以在混凝土体系内全面展开。
另外,在混凝土坯体制备阶段加入二氧化碳(二氧化碳的来源可以选择烟道尾气,利用其中的二氧化碳,使得能耗、成本更低),也相较养护阶段的添加量多,降低整个制备加气混凝土的二氧化碳排放量。二氧化碳气体的导热系数仅为氢气的8%左右,空气的57%左右,制备得到的蒸压加气混凝土制品具有更高保温隔热性能和耐火性能。
为适应二氧化碳作为发气气体的制备工艺,在制备浆体中加入改性剂,调节料浆稠度,协调稠化速度和二氧化碳释放速度,同时抑制二氧化碳发泡过程中的溶解,也能促进发泡后二氧化碳的碳酸化养护,提高加气混凝土材料的强度,提高二氧化碳的固化量。
钙质材料为水泥、石灰、矿渣中的至少一种,硅质材料为砂、粉煤灰、尾矿中的至少一种,更优选的,改性剂占浆体的质量分数为4%-8%。
改性剂包括石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为(40-60):(1-10):(1-20):(20-30);
表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为(1-3):(3-5):(3-5);
纳米颗粒物包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为(3-5):(3-5):(1-3)。
优选的,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25。
改性剂中的石膏可以调节浆体性能(如水化速度、硬化时间等),使最终得到的加气混凝土中二氧化碳的量、气孔的大小和结构等均达到预定数值。表面活性剂可以改善浆体表面张力,提高浆体表面膜的力学性能,确保二氧化碳气体保留在浆体内部。
考虑到二氧化碳溶解于水中的特点,改性剂添加碳酸氢盐(如碳酸氢钠、碳酸氢钾等的至少一种),减少二氧化碳在水中的溶解度。浆体中加入纳米颗粒物,增大比表面积,可以调节浆体的稠度,减缓液膜排液、减少二氧化碳与液膜的接触面积稳定气泡,使得发泡后形成晶核,促进后续碳酸化养护。
以二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,可以通过以下五种方法,具体包括:
第一种,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
取浆体,浇注到密封反应器中;
对密封反应器抽真空,之后向密封反应器通入压缩二氧化碳气体,使压缩二氧化碳气体与浆体混合;
含二氧化碳气泡的浆体达到预定高度后,完成二氧化碳与浆体的混合。
压缩二氧化碳气体通入到密封反应器中,通过设定浆体在密封反应器中的高度来控制压缩二氧化碳的通入量,以此控制二氧化碳与浆体的体积比。
第二种,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
将定量超临界二氧化碳或干冰加入到装有浆体的高温高压混合器中,混合搅拌,形成超临界二氧化碳或干冰加气混凝土浆料;
对超临界二氧化碳或干冰加气混凝土浆料泄压,控制泄压速度与泄压温度,超临界二氧化碳或干冰转换为气态二氧化碳进行发气,静停预养,完成二氧化碳与浆体混合。
进一步的,制备超临界二氧化碳,具体包括:
在预设压力和预设温度下,预先将气态二氧化碳转化为超临界二氧化碳,其中,预设压力≥7.5MPa,预设温度≥32℃;
进一步的,混合搅拌过程中,高温高压混合器的压力升至不低于7.5MPa,温度保持在32-70℃;
高温高压混合器泄压,泄压速度为0.2-2MPa/s。
第三种,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
向浆体中加入铝盐和碳酸氢盐的混合物并搅拌,其中,浆体中加气混凝土原料与铝盐和碳酸氢盐的混合物的质量比为100:(0.1-10),铝盐、碳酸氢盐的质量比为(2-4):(4-5);
铝盐可选的为硫酸铝,碳酸氢盐可选的为碳酸氢钠、碳酸钠。
第四种,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
另取加气混凝土原料,分别加入聚氨酯黑料与聚氨酯白料,加入过程中搅拌,静置,得到聚氨酯骨料;
将聚氨酯骨料加入到步骤1)浆体中,随后依次加入稳泡剂与发泡剂,搅拌均匀;
其中,另取加气混凝土原料、聚氨酯黑料、聚氨酯白料、稳泡剂以及发泡剂的质量比为10:(1-2):(1-2):(0.1-0.2):(0.1-0.3),聚氨酯黑料为异氰酸酯半预聚体,聚氨酯白料为固化剂多元醇,稳泡剂为硬脂酸钙和/或羟丙基甲基纤维素,发泡剂为动植物蛋白或高分子复合发泡剂。
第五种,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
配制发泡液,加入到二氧化碳发泡机中;
二氧化碳发泡机制备得到二氧化碳泡沫,将二氧化碳泡沫加入浆体内,搅拌,混合;
其中,配制发泡液是将水、纳米颗粒以及表面活性剂混合,水、纳米颗粒以及表面活性剂的质量比为40:(0.5-4):(1-2);
表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为(1-3):(3-5):(3-5);
纳米颗粒物包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为(3-5):(3-5):(1-3)。
以二氧化碳作为发气气体,通过以上五种加气方式,在定量的二氧化碳与浆体实现充分混合,并经后续的静停预养护后最终制得高性能的加气混凝土坯体。
静停预养护的温度为40-70℃,湿度≥70%,时间≥30min。
蒸压养护的压力为0.8-1.5MPa,蒸压养护的时间为3-10h。
实施例1:
改性剂的掺量为5%,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25,水灰比为0.45;
表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为30:40:30;纳米颗粒物为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为50:40:10。
使用第一种引入二氧化碳的方法,将二氧化碳与浆体混合,随后静停预氧化、蒸压氧化,制备加气混凝土。
向密封反应器通入压缩二氧化碳气体并与浆体混合,当浆体高度变为原来的4倍时,停止通气。经过静停预养护后最终制得加气混凝土坯体,静停预养护的温度为50℃,湿度70%,时间60min,蒸压养护的压力为0.8MPa,蒸压养护的时间为6h。
实施例1得到1#加气混凝土样品。
实施例2:
改性剂的掺量为5%,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量为50:10:15:25,水灰比为0.45;
表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为30:40:30;纳米颗粒物为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为50:40:10。
使用第二种引入二氧化碳的方法,将二氧化碳与浆体混合,随后静停预氧化、蒸压氧化,制备加气混凝土。
设定高温高压混合器温度35℃、压力7.5MPa,通入超临界二氧化碳并与加气混凝土搅拌均匀,控制泄压速度为0.5MPa/s。经过静停预养护后最终制得加气混凝土坯体,静停预养护的温度为50℃,湿度70%,时间60min,蒸压养护的压力为0.8MPa,蒸压养护的时间为6h。实施例2得到2#加气混凝土样品。
实施例3:
改性剂的掺量为5%,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25,水灰比为0.45;
表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为30:40:30;纳米颗粒物为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为50:40:10。
使用第三种引入二氧化碳的方法,将二氧化碳与浆体混合,随后静停预氧化、蒸压氧化,制备加气混凝土。
向浆体中加入铝盐与碳酸氢盐的混合物并搅拌,其中,加气混凝土原料与铝盐与碳酸氢盐的混合物的质量比为100:5,铝盐与碳酸氢盐的质量比为3:5,铝盐为硫酸铝,碳酸氢盐为碳酸氢钠。经过静停预养护后最终制得加气混凝土坯体,静停预养护的温度为50℃,湿度70%,时间60min,蒸压养护的压力为0.8MPa,蒸压养护的时间为6h。
实施例3得到3#加气混凝土样品。
实施例4:
改性剂的掺量为5%,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25,水灰比为0.45;
表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为30:40:30;纳米颗粒物为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为50:40:10。
使用第四种引入二氧化碳的方法,将二氧化碳与浆体混合,随后静停预氧化、蒸压氧化,制备加气混凝土。
另取原料,依次加入水、聚氨酯黑料和聚氨酯白料并搅拌,质量比为100:35:10:10,静置5分钟,待泡沫不再变化,即制得粒径为0.5mm~3mm的聚氨酯骨料。向加气混凝土浆体中加入制得的聚氨酯骨料,再加入稳泡剂与发泡剂混合均匀,质量比为100:20:1:1.5,稳泡剂为羟丙基甲基纤维素,发泡剂为动物蛋白发泡剂使用发泡机制得的泡沫。经过静停预养护后最终制得加气混凝土坯体,静停预养护的温度为50℃,湿度70%,时间60min,蒸压养护的压力为0.8MPa,蒸压养护的时间为6h。
实施例4得到4#加气混凝土样品。
实施例5:
改性剂的掺量为5%,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25,水灰比为0.45;
表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为30:40:30;纳米颗粒物为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为50:40:10。
使用第五种引入二氧化碳的方法,将二氧化碳与浆体混合,随后静停预氧化、蒸压氧化,制备加气混凝土。
配制发泡液,加入到二氧化碳发泡机中制备二氧化碳泡沫,将二氧化碳泡沫加入加气混凝土浆体内,搅拌,混合,发泡液为水与十二烷基硫酸钠与纳米二氧化硅,质量比为40:1:2,二氧化碳泡沫加入量与加气混凝土浆体中水的质量比为3:1。经过静停预养护后最终制得加气混凝土坯体,静停预养护的温度为50℃,湿度70%,时间60min,蒸压养护的压力为0.8MPa,蒸压养护的时间为6h。
实施例5得到5#加气混凝土样品。
对比例1:
本对比例1与实施例1的区别如下:
改性剂的掺量为0%。
对比例2:
本对比例2与实施例1的区别如下:
不使用方法一中压缩二氧化碳发气,改为使用铝粉作为发气剂产生H2进行发气,铝粉掺量为加气混凝土浆体中水的2‰。
对比例3:
本对比例3与实施例1的区别如下:
不使用方法一中压缩二氧化碳发气,改为使用铝粉作为发气剂产生H2进行发气,铝粉掺量为加气混凝土浆体中水的2‰,蒸压养护的压力为1.2MPa,养护时间为8h。
性能测试:
按照《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)标准,对实施例1-5和对比例1-3的加气混凝土样品进行检测,其检测结果如表1所示。
表1对实施例1-5和对比例1-3制成的加气混凝土样品进行检测后的结果汇总。
性能测试结果分析:
表1实施例1-5和对比例1-3的测试结果
Figure BDA0004166857020000151
由表1可知,使用二氧化碳气体制备加气混凝土可以提升坯体的抗压强度、降低坯体的导热系数[实施例1-5d的抗压强度均不小于5.5MPa,600℃剩余抗压强度均不小于4.7MPa,导热系数均不大于0.12W/(m·K),对比例1-3的抗压强度均不大于5.5MPa,600℃剩余抗压强度均不大于4.5,导热系数均不小于0.12W/(m·K),其中,对比例2-3的制备过程采用不同的蒸压养护条件],对坯体的耐高温性能也有较好的提升;改性剂的加入能够稳定坯体,提高坯体强度;二氧化碳制备加气混凝土可以减小蒸压养护压力,缩短养护时间,从而降低生产能耗与成本。
引入二氧化碳气体作为发气气体,可使二氧化碳气体以孔的形式均布于浆体,全面、均匀的整体碳酸化养护加气混凝土浆体。一方面提高浆体的碳酸化程度与坯体强度,缩短静停时间;另一方面在蒸压养护时,整体均匀的二氧化碳养护可降低蒸压养护压力与缩短恒压时间,在坯体达到相同强度时可极大提高生产效率、降低生产能耗。同时充分利用二氧化碳气体的低导热系数、形成负压或真空度及碳酸化产物的热稳定性,改善蒸压加气混凝土的保温隔热、耐高温性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)在加气混凝土原料中加入水和改性剂搅拌混合形成浆体,其中,加气混凝土原料包括钙质材料和硅质材料,改性剂为含石膏的混合物,改性剂占浆体的质量分数为1%-15%;
2)向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,二氧化碳与浆体的体积比为(50:50)-(85:15),经预养护得到加气混凝土坯体;
3)对加气混凝土坯体进行蒸压养护,制备得到蒸压加气混凝土。
2.如权利要求1所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,钙质材料为水泥、石灰、矿渣中的至少一种,硅质材料为砂、粉煤灰、尾矿中的至少一种,改性剂占浆体的质量分数为4%-8%。
3.如权利要求1所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,改性剂包括石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为(40-60):(1-10):(1-20):(20-30);
表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为(1-3):(3-5):(3-5);
纳米颗粒物包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为(3-5):(3-5):(1-3)。
4.如权利要求4所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,石膏、表面活性剂、纳米颗粒物及碳酸氢盐的质量比为50:10:15:25。
5.如权利要求1-4任一所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
取浆体,浇注到密封反应器中;
对密封反应器抽真空,之后向密封反应器通入压缩二氧化碳气体,使压缩二氧化碳气体与浆体混合;
含二氧化碳气泡的浆体达到预定高度后,完成二氧化碳与浆体的混合。
6.如权利要求1-4任一所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
将定量超临界二氧化碳或干冰加入到装有浆体的高温高压混合器中,混合搅拌,形成超临界二氧化碳或干冰加气混凝土浆料;
对超临界二氧化碳或干冰加气混凝土浆料泄压,控制泄压速度与泄压温度,超临界二氧化碳或干冰转换为气态二氧化碳进行发气,静停预养,完成二氧化碳与浆体混合。
7.如权利要求1-4任一所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
向浆体中加入铝盐和碳酸氢盐的混合物并搅拌,其中,浆体中加气混凝土原料与铝盐和碳酸氢盐的混合物的质量比为100:(0.1-10),铝盐、碳酸氢盐的质量比为(2-4):(4-5)。
8.如权利要求1-4任一所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
另取加气混凝土原料,分别加入聚氨酯黑料与聚氨酯白料,加入过程中搅拌,静置,得到聚氨酯骨料;
将聚氨酯骨料加入到步骤1)浆体中,随后依次加入稳泡剂与发泡剂,搅拌均匀;
其中,另取加气混凝土原料、聚氨酯黑料、聚氨酯白料、稳泡剂以及发泡剂的质量比为10:(1-2):(1-2):(0.1-0.2):(0.1-0.3),聚氨酯黑料为异氰酸酯半预聚体,聚氨酯白料为固化剂多元醇,稳泡剂为硬脂酸钙和/或羟丙基甲基纤维素,发泡剂为动植物蛋白或高分子复合发泡剂。
9.如权利要求1-4任一所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法,其特征在于,向浆体引入二氧化碳作为发气气体,将二氧化碳与浆体混合,具体包括如下步骤:
配制发泡液,加入到二氧化碳发泡机中;
二氧化碳发泡机制备得到二氧化碳泡沫,将二氧化碳泡沫加入浆体内,搅拌,混合;
其中,配制发泡液是将水、纳米颗粒以及表面活性剂混合,水、纳米颗粒以及表面活性剂的质量比为40:(0.5-4):(1-2);
表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和α-烯基磺酸钠,质量比为(1-3):(3-5):(3-5);
纳米颗粒物包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化铝,质量比为(3-5):(3-5):(1-3)。
10.一种蒸压加气混凝土制品,其特征在于,采用如权利要求1-9任一所述通过二氧化碳发气制备加气混凝土的方法制得,包括:固相以及填充二氧化碳气体的孔隙,固相与孔隙的体积比为(15-50):(50-85)。
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