CN116621529A - 一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用。所述碳化泡沫混凝土由包括如下质量份数的组分制备得到：固碳胶凝材料60～80份、水泥20～40份、沸石粉10～20份、减水剂1.5～2份、发泡剂0.1～0.4份、稳泡剂0.1～0.2份和水30~50份。本发明的制备方法简单、所需原料种类少、成本低、固化时间短、有效防止泡沫混凝土在固化过程中发生沉降现象；所得碳化泡沫混凝土力学性能优秀，干密度为600kg/m3的标准试块三天强度即可达到4.8MPa以上；保温隔热性能优秀，导热系数为0.09 W/m·k。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
固碳胶凝材料是指富含钙、镁等碱金属氧化物、氢氧化物以及硅酸盐矿物的熟料，通过与CO2气体发生反应并能将其他物料胶结为整体且具有一定机械强度的物质。用以替代水泥作为胶凝材料应用在建材领域，可以大大减少CO2排放；泡沫混凝土是一种轻质水泥基材料，具备保温、隔热、隔音等优点。通常以水泥构成基质，通过浆体与泡沫混合搅拌的方式引入气孔，制备具有大量气孔结构的泡沫混凝土。用泡沫混凝土作为建筑材料可以减少建筑自重，大大降低建筑服役过程中产生的能耗。利用固碳胶凝材料制备碳化泡沫混凝土不仅能达到节能减排的目的，泡沫混凝土的多孔结构也有利于CO2在基体中的扩散，使得试件的碳化程度提升，从而增强材料的力学性能。因此，国内外众多学者对此进行了大量研究。
然而胶凝材料水化活性差，浇铸成型的碳化泡沫混凝土将面对固化时间长，固化过程中浆体易沉降的问题。前者大大影响其在实际工程应用中的价值，后者则严重损害试件的力学性能。因此，如何提升碳化泡沫混凝土稳定性是目前研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，本发明的目的在于提出一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种碳化泡沫混凝土，由包括如下质量份数的组分制备得到：固碳胶凝材料60～80份、水泥20～40份、沸石粉10～20份、减水剂1.5～2份、发泡剂0.1～0.4份、稳泡剂0.1～0.2份和水30~50份。
优选的，所述固碳胶凝材料为γ型硅酸二钙、硅酸一钙、二硅酸三钙、钢渣和镁渣中的至少一种。更优选的，为钢渣或镁渣，选用的钢渣或镁渣为粒径分布在0.5~100µm，表观密度为2.9~3.2g/cm3。更进一步的，钢渣和镁渣分别为工业炼钢或工业炼镁的固体废弃物，收集后研磨成可过100目筛的钢渣粉末或镁渣粉末。
优选的，所述水泥为等级≥42.5级的普通硅酸盐水泥，且所述水泥的初凝时间≥45min，终凝时间≤10h，细度＜80μm。
优选的，所述沸石粉的目数为200目。
优选的，所述减水剂为固含量≥30%的聚羧酸系减水剂。本发明中，通过加入聚羧酸减水剂，能够使其吸附在颗粒表面，通过电荷互斥和空间位阻复合效应防止颗粒团聚，提高分散性能。进一步地，选用的聚羧酸减水剂的减水率为25~35%。
优选的，所述发泡剂为植物蛋白质型发泡剂、动物蛋白质型发泡剂和引气剂中的至少一种。更优选的，所述发泡剂为植物蛋白质型发泡剂。
优选的，所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素。更优选的，羟丙基甲基纤维素的粘度为100000Cst。
上述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：首先将固碳胶凝材料、水泥、沸石粉和减水剂拌合水混合，得到初始浆料；将发泡剂、稳泡剂与水混合，制备泡沫；然后将所述初始浆料与泡沫混合，得到目标浆料；最后将目标浆料依次进行浇筑、静养、脱模和碳化养护，得到碳化泡沫混凝土。
优选的，所述静养是在30~50℃的鼓风干燥箱中静置2天。通过少量水泥的水化活性形成基础强度，使脱模能够顺利进行。
优选的，所述稳泡剂与水按照1：40~60的质量比混合，制备泡沫。
优选的，所述固碳胶凝材料、水泥、沸石粉，减水剂和水在100～150r/min的搅拌速率下搅拌0.5~3min，得到初始浆料。
优选的，所述初始浆料与泡沫混合的方式为：在100～150r/min的搅拌速率下搅拌20~40s进行混合。在该条件下，能使固体颗粒充分分散，沸石粉在浆体中充分分散，作为填料起到提升稳定性的作用，泡沫与浆料混合均匀。
优选的，所述碳化养护的条件为：碳化温度为5~40℃，相对湿度10~60%，二氧化碳体积浓度70~99.8%，气压为0.2~0.4MPa，养护时间为6~12h。
上述一种碳化泡沫混凝土在制备建筑外墙材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明的制备方法简单、所需原料种类少、成本低、固化时间短，仅为水泥基泡沫混凝土的三到四分之一；力学性能优秀，干密度为600kg/m3的标准试块三天强度即可达到4.8MPa以上；制备过程中能够同时固化二氧化碳，每一方材料可吸收CO2达95kg（通过同一组的两个不同试块实验，一个直接烘绝干，另一个碳化后烘绝干，然后对比质量，换算得到）。符合绿色节能减排理念；同时保温隔热性能优秀，导热系数为0.09W/m·k，可以作为建筑外墙应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为避免赘述，本发明实施例和对比例中各原料均按重量份计。
钢渣和镁渣分别为工业炼钢或工业炼镁的固体废弃物，收集后研磨成可过100目筛的钢渣粉末或镁渣粉末。沸石粉的来源为河北石家庄灵寿县石峰矿业加工厂提供的200目沸石粉。植物蛋白质型发泡剂为山东优索化工科技有限公司生产的LG-2258型植物蛋白质类水泥发泡剂。水泥为标号P·O 52.5的普通硅酸盐水泥。减水剂为华新水泥股份有限公司提供的聚羧酸高效减水剂，固含量为40%。稳泡剂为羟丙基甲基纤维素（HPMC），粘度为100000Cst。
实施例1
固体组分为：钢渣 70份、水泥20份，沸石粉10份；
制备方法：
按照配比将称量好的钢渣 70份、水泥20份，沸石粉10份和20份水2份减水剂加入搅拌装置搅拌，形成预制浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1min；
由于少量泡沫不稳定，因此本发明实际配置过程中扩大泡沫的原料用量，再按比例取用；按照配比将称量好的植物蛋白质型发泡剂1份、HPMC 0.5份与50份水混合，用发泡机制备泡沫；
将所述制备泡沫15份（相当于实际添加了0.291份的发泡剂）加入预制浆料中，利用搅拌装置搅拌，形成目标浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为30s；
将目标浆料浇筑至100mm100mm/>100mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
静养后，将所得试块置于反应釜中在CO2氛围下养护，养护温度40℃，相对湿度50%，气压为0.2MPa，时间为12h；CO2气体来源为从工业废气中富集得到的高浓度CO2气体，CO2体积浓度99%；
养护结束后，得到碳化泡沫混凝土试块。得到的试块足尺寸，未发生任何沉降现象。对其进行力学性能测试以及导热系数测试。
按国标GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能测试方法》测定基体试块性能得到抗压强度为4.1MPa，干密度为600kg/m3, 导热系数为0.11W/m·k。
实施例2（镁渣作为主要胶材，掺入10%wt.沸石粉）
固体组分为：镁渣70份、水泥20份，沸石粉10份；
制备方法：
按照配比将称量好的镁渣70份、水泥20份，沸石粉10份和25份水2份减水剂加入搅拌装置搅拌，形成预制浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1min；
按照配比将称量好的植物蛋白质型发泡剂1份、HPMC 0.5份与50份水混合，用发泡机制备泡沫；
将所述制备泡沫16份加入预制浆料中，利用搅拌装置搅拌，形成目标浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为30s；
将目标浆料浇筑至100mm100mm/>100mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
静养后，将所得试块置于反应釜中在CO2氛围下养护，养护温度40℃，相对湿度50%，气压为0.2MPa，时间为12h；CO2气体来源为从工业废气中富集得到的高浓度CO2气体，CO2体积浓度99%；
养护结束后，得到碳化泡沫混凝土试块。所得试块足尺寸，未发生任何沉降现象。对其进行力学性能测试以及导热系数测试。
按国标GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能测试方法》测定基体试块性能得到抗压强度为4.8MPa，干密度为600kg/m3, 导热系数为0.09W/m·k。
对比例1（钢渣作为主要胶材，不掺入沸石粉）
固体组分为：钢渣78份、水泥22份；
制备方法：
按照配比将称量好的钢渣78份、水泥22份和18份水2份减水剂加入搅拌装置搅拌，形成预制浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1.5min；
按照配比将称量好的植物蛋白质型发泡剂1份、HPMC 0.5份与50份水混合，用发泡机制备泡沫；
将所述制备泡沫12份加入预制浆料中，利用搅拌装置搅拌，形成目标浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为30s；
将目标浆料浇筑至100 mm100 mm/>100 mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
静养后，将所得试块置于反应釜中在CO2氛围下养护，养护温度40℃，相对湿度50%，气压为0.2MPa，时间为12h；CO2气体来源为从工业废气中富集得到的高浓度CO2气体，CO2体积浓度99%；
养护结束后，得到碳化泡沫混凝土试块。对其进行力学性能测试以及导热系数测试。
试块在固化过程中发生沉降，试块的尺寸为85 mm100 mm/>100 mm，试块高度下降，在底层生成沉降层，测试力学性能时从沉降层断裂，大大影响碳化泡沫混凝土试块的性能。
按国标GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能测试方法》测定基体试块性能得到抗压强度为2.7MPa，干密度为600kg/m3, 导热系数为0.13W/m·k。
对比例2（钢渣作为主要胶材，掺入5%wt.沸石粉）
固体组分为：钢渣74份、水泥21份，沸石粉5份；
制备方法：
按照配比将称量好的钢渣74份、水泥21份，沸石粉5份和19份水2份减水剂加入搅拌装置搅拌，形成预制浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1.5min；
按照配比将称量好的植物蛋白质型发泡剂1份、HPMC0.5份与50份水混合，用发泡机制备泡沫；
将所述制备泡沫14份加入预制浆料中，利用搅拌装置搅拌，形成目标浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为30s；
将目标浆料浇筑至100 mm100 mm/>100 mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
静养后，将所得试块置于反应釜中在CO2氛围下养护，养护温度40℃，相对湿度50%，气压为0.2MPa，时间为12h；CO2气体来源为从工业废气中富集得到的高浓度CO2气体，CO2体积浓度99%；
养护结束后，得到碳化泡沫混凝土试块。对其进行力学性能测试以及导热系数测试。
试块在固化过程中发生微量沉降，试块的尺寸为97 mm100 mm/>100 mm，在底层生成沉降层，测试力学性能时从沉降层断裂，略微影响碳化泡沫混凝土试块的性能。
按国标GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能测试方法》测定基体试块性能得到抗压强度为3.3MPa，干密度为600kg/m3, 导热系数为0.12W/m·k。
对比例3(镁渣作为主要胶材，不掺入沸石粉)
固体组分为：镁渣78份，水泥22份；
制备方法：
按照配比将称量好的镁渣78份，水泥22份和22份水1份减水剂加入搅拌装置搅拌，形成预制浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1min；
按照配比将称量好的植物蛋白质型发泡剂1份、HPMC 0.5份与50份水混合，用发泡机制备泡沫；
将所述制备泡沫12份加入预制浆料中，利用搅拌装置搅拌，形成目标浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为30s；
将目标浆料浇筑至100 mm100 mm/>100 mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
静养后，将所得试块置于反应釜中在CO2氛围下养护，养护温度40℃，相对湿度50%，气压为0.2MPa，时间为12h；CO2气体来源为从工业废气中富集得到的高浓度CO2气体，CO2体积浓度99%；
养护结束后，得到碳化泡沫混凝土试块。对其进行力学性能测试以及导热系数测试。
试块在固化过程中发生沉降，试块的尺寸为78 mm100 mm/>100 mm，试块高度下降，在底层生成沉降层，测试力学性能时从沉降层断裂，大大影响碳化泡沫混凝土试块的性能。
按国标GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能测试方法》测定基体试块性能得到抗压强度为2.1MPa，干密度为600kg/m3, 导热系数为0.14W/m·k。
对比例4(镁渣作为主要胶材，掺入5%wt.沸石粉)
固体组分为：镁渣74份、水泥21份，沸石粉5份；
制备方法：
按照配比将称量好的镁渣74份、水泥21份，沸石粉5份和24份水1份减水剂加入搅拌装置搅拌，形成预制浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1min；
按照配比将称量好的植物蛋白质型发泡剂1份、HPMC 0.5份与50份水混合，用发泡机制备泡沫；
将所述制备泡沫15份加入预制浆料中，利用搅拌装置搅拌，形成目标浆料，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为30s；
将目标浆料浇筑至180mm180mm/>20mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
将目标浆料浇筑至100 mm100 mm/>100 mm的模具中，在温度为30℃养护室内静养12h；
静养后，将所得试块置于反应釜中在CO2氛围下养护，养护温度40℃，相对湿度50%，气压为0.2MPa，时间为12h；CO2气体来源为从工业废气中富集得到的高浓度CO2气体，CO2体积浓度99%；
养护结束后，得到碳化泡沫混凝土试块。对其进行力学性能测试以及导热系数测试。
试块在固化过程中发生微量沉降，试块的尺寸为95 mm100 mm/>100 mm，试块高度略微下降，在底层生成沉降层，测试力学性能时从沉降层断裂，影响碳化泡沫混凝土试块的性能。
按国标GB/T 11969-2020《蒸压加气混凝土性能测试方法》测定基体试块性能得到抗压强度为3.8MPa，干密度为600kg/m3, 导热系数为0.11W/m·k。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种碳化泡沫混凝土，其特征在于，由包括如下质量份数的组分制备得到：固碳胶凝材料60～80份、水泥20～40份、沸石粉10～20份、减水剂1.5～2份、发泡剂0.1～0.4份、稳泡剂0.1～0.2份和水30~50份。
2.根据权利要求1所述一种碳化泡沫混凝土，其特征在于，所述固碳胶凝材料为γ型硅酸二钙、硅酸一钙、二硅酸三钙、钢渣和镁渣中的至少一种；
所述水泥为等级≥42.5级的普通硅酸盐水泥；
所述减水剂为固含量≥30%的聚羧酸系减水剂。
3.根据权利要求1或2所述一种碳化泡沫混凝土，其特征在于，
所述发泡剂为植物蛋白质型发泡剂、动物蛋白质型发泡剂和引气剂中的至少一种；
所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素；所述沸石粉的目数为200目。
4.权利要求1~3任一项所述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先将固碳胶凝材料、水泥、沸石粉和减水剂拌合水混合，得到初始浆料；将发泡剂、稳泡剂与水混合，制备泡沫；然后将所述初始浆料与所述泡沫混合，得到目标浆料；最后将目标浆料依次进行浇筑、静养、脱模和碳化养护，得到碳化泡沫混凝土。
5.根据权利要求4所述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述静养是在30~50℃的鼓风干燥箱中静置2天。
6.根据权利要求4所述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述稳泡剂与水按照1：40~60的质量比混合，制备泡沫。
7.根据权利要求5或6所述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述固碳胶凝材料、水泥、沸石粉，减水剂和水在100～150r/min的搅拌速率下搅拌0.5~3min，得到初始浆料。
8.根据权利要求7所述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述初始浆料与泡沫混合的方式为：在100～150r/min的搅拌速率下搅拌20~40s进行混合。
9.根据权利要求5或6所述一种碳化泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述碳化养护的条件为：碳化温度为5~40℃，相对湿度10~60%，二氧化碳体积浓度70~99.8%，气压为0.2~0.4MPa，养护时间为6~12h。
10.权利要求1~3任一项所述一种碳化泡沫混凝土在制备建筑外墙材料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310563641.7A CN116621529A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310563641.7A CN116621529A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116621529A true CN116621529A (zh) | 2023-08-22 |
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ID=87641107
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| CN202310563641.7A Pending CN116621529A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种碳化泡沫混凝土及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116621529A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116969717A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-31 | 中国矿业大学(北京) | 一种固碳型复合多孔人工骨料及其制备方法 |
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2023
- 2023-05-18 CN CN202310563641.7A patent/CN116621529A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116969717A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-31 | 中国矿业大学(北京) | 一种固碳型复合多孔人工骨料及其制备方法 |
| CN116969717B (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-15 | 中国矿业大学(北京) | 一种固碳型复合多孔人工骨料 |
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