CN116789405A - 一种固碳型超高泵送混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法，包括以下步骤：首先，将水泥、矿粉、I型水泥废浆和聚羧酸系减水剂混合，通入CO2，反应得到固碳型胶凝材料浆料；将砂、碎石和II型水泥废浆混合，通入CO2，然后过滤、自然风干，反应得到固碳型骨料；其次，将聚羧酸系保坍剂、消泡剂和水混合，得到流变调节剂；再次，采用流化床‑化学气相沉积法，将雾化后的流变调节剂覆盖于硅灰和粉煤灰混合物的表面，得到流变调节掺合料；最后，按比例称取固碳型胶凝材料浆料、固碳型骨料、流变调节掺合料和引气剂，搅拌混合均匀，得到固碳型超高泵送混凝土。本发明制得的固碳型超高泵送混凝土兼具CO2固化和优异泵送性能双重优势，利于建材工业发展。
Description
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种固碳型超高泵送混凝土及其制备方法。
背景技术
CO2温室效应被认为是导致全球气候变暖的重要原因，碳减排及CO2回收再利用工作具有重要意义。
我国建材行业的体量巨大，CO2排放占比极高。从建筑物建材生产、运输、建造及拆除、运行等活动相关的CO2排放占比来看，建材生产阶段的碳排放超过了建筑运行阶段的碳排放。
发明专利CN201811297984.9公开了一种混凝土预制品固碳的加工方法，具体的实施步骤是：将制备好的混凝土预制品，浸泡于钙基碱性溶液中，浸泡一段时间后，取出碱浸后的混凝土预制品，置于碳化养护窑中，向碳化养护窑中通入含有CO2的废热烟气，混凝土预制品碳酸化养护一段时间后，从碳化养护窑中取出，完成混凝土预制品的固碳。
发明专利CN202111434838.8公开了一种全固废基碳酸化免烧轻骨料及其制备方法，将活性组分型固废(高炉渣、钢渣或炉渣)、轻质填充型固废(粉煤灰、河道淤泥或赤泥)和碱激发型固废(电石渣)研磨后混合，得到混合固废粉末；然后利用混合固废粉末与水进行造粒，得到颗粒物，将颗粒物预养护之后进行CO2矿化养护，得到全固废基碳酸化免烧轻骨料。
发明专利CN201610104078.7公开了一种制备高固碳量建筑材料制品的方法，方法为将含有硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙等组分的胶凝材料以一定水灰比与水混合后，在CO2气氛中按照一定程序混合搅拌吸收一定量CO2，制成建材制品毛坯，然后经碳化养护再次吸收CO2而生产建筑材料制品。
从上述国内记载专利可以看出，已有研究人员在建材制备阶段利用碳酸化反应固化CO2，以实现建材行业的碳减排。
超高泵送混凝土能够有效解决超高、超大建筑的混凝土施工问题，其垂直泵送高度一般大于200m，与普通混凝土相比能够加快施工速度，降低施工费用，在工程中有着显著的技术经济效益。为了满足长距离泵送的要求，超高泵送混凝土需具有良好的流变性能，以避免出现泵送阻力过高或堵塞管道等问题。然而，常规固化CO2生成的混凝土拌合物缺乏流变性能调控措施，存在黏度大、泵送性能差等问题，无法满足超高泵送混凝土的应用需求。
基于此，提供一种固碳型超高泵送混凝土及其制备方法，对拓宽固碳型建材应用场景，实现建材行业发展具有重要的意义，也是研究人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种兼具CO2固化和易于泵送优势的固碳型超高泵送混凝土的制备方法。
本发明的目的之二在于提供一种兼具CO2固化和易于泵送优势，并具有较高力学强度的固碳型超高泵送混凝土。
本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将P·O 52.5水泥、矿粉、I型水泥废浆和聚羧酸系减水剂混合搅拌，同时通入CO2，反应得到固碳型胶凝材料浆料；
S2、将砂、碎石和II型水泥废浆混合搅拌，同时通入CO2，然后过滤、自然风干，反应得到固碳型骨料；
S3、将聚羧酸系保坍剂、消泡剂和水混合，得到流变调节剂；
S4、采用流化床-化学气相沉积法，将雾化后的所述流变调节剂覆盖于硅灰和粉煤灰混合物的表面，得到流变调节掺合料；
S5、按重量份数计，称取582～607份固碳型胶凝材料浆料、1673～1742份固碳型骨料、102～115份流变调节掺合料和0.020～0.045份引气剂，搅拌混合均匀，得到固碳型超高泵送混凝土。
本发明提供的一种固碳型超高泵送混凝土的总体思路如下：首先，在通入CO2的条件下，分别将原料制备成固碳型胶凝材料浆料和固碳型骨料，该步骤能够消耗工业生产的废气和尾气中的CO2，起到减碳固碳的效果，固碳型胶凝材料浆料和固碳型骨料的制备过程中还能消耗一定量的水泥废浆，实现商混站水泥废浆的再利用；其次，将聚羧酸保坍剂、消泡剂与水混合制备的流变调节剂雾化，并覆盖于硅灰和粉煤灰混合物的表面，并以硅灰和粉煤灰为载体在混凝土中高效分散，能够提升聚羧酸系保坍剂和消泡剂的作用效果，同时，硅灰和粉煤灰的“滚珠效应”可以改善混凝土的流变性能，提高可泵性；最后，将固碳型胶凝材料浆料、固碳型骨料、流变调节掺合料和引气剂混合，通过优化用量比例，获得一种兼具CO2固化和易于泵送的优势的固碳型超高泵送混凝土。
进一步的，所述聚羧酸系减水剂的固含量为8～12％，所述聚羧酸保坍剂的固含量为8～12％。优选地，所述聚羧酸系减水剂与聚羧酸保坍剂与的固含量均为10％。
进一步的，所述I型水泥废浆和II型水泥废浆均为商混站搅拌设备和泵车清洗所产生的含水泥废水；优选地，所述I型水泥废浆的固含量为8％～12％，所述II型水泥废浆固含量为20％～30％。
进一步的，所述步骤S1中，P·O 52.5水泥、矿粉、I型水泥废浆和聚羧酸系减水剂的质量比为(56～60):(11.0～14.0):(26.0～28.0):(1.0～1.5)。
进一步的，所述步骤S1中，CO2纯度大于等于85％，CO2的压力为0.3～0.6MPa，CO2的通入时间为45～50min。
在本发明的步骤S1中，利用低固含量的水泥废浆与P·O 52.5水泥混合形成含大量Ca(OH)2的溶液，通入的CO2与Ca(OH)2反应实现固化，解决了CO2不易在粉状水泥表面发生碳酸化反应的问题，且能在固化CO2的同时实现商混站水泥废浆的再利用。此外，聚羧酸减水剂的掺入，降低了水泥水化速度，保证了通入CO2的45min～50min时间内水泥浆的稳定性，也提升了最终制得的混凝土材料的工作性能和泵送性能。
进一步的，所述步骤S2中，砂、碎石和II型水泥废浆的质量比为：(36～40):(50～54):(8～12)。
进一步的，所述步骤S2中，CO2的纯度大于等于85％，CO2的压力为0.3～0.6MPa，CO2的通入时间为10～18h。
在本发明的步骤S2中，将水泥废浆中的钙质氧化物及Ca(OH)2覆盖在砂石表面，然后与CO2反应生成碳酸钙等产物，将CO2固化于砂石颗粒表面，实现固碳型骨料的制备。
在本发明中，针对固碳型浆料和固碳骨料的差别，分别对CO2的通入时间进行设置：步骤S1中固碳型浆料的液相中含有较多的钙离子，易于发生碳化反应，而步骤S2中通入CO2的对象为骨料和废浆的混合物，废浆占比较低，通过延长CO2的通入时间，使其更充分的发生碳化反应，提高固碳效率，并确保产物的力学性能。
进一步的，所述步骤S3中，聚羧酸系保坍剂、消泡剂和水的质量比为(16～18)：(1～2)：(80～83)；优选地，聚羧酸系保坍剂、消泡剂和水的质量比为17:1:82。
进一步的，所述步骤S4中，流变调节剂与硅灰和粉煤灰的混合物的质量比为(1～2)：(8～9)，优选为1:9。所述混合物中，硅灰和粉煤灰的质量比为(40～45)：(55～60)，优选为45:55。
在本发明的步骤S3和S4中，将有益于混凝土工作性能的聚羧酸系保坍剂和消泡剂附着于硅灰和粉煤灰颗粒的表面，制备出流变调节矿物掺合料，进而对泵送混凝土的工作性能起到两方面的提升作用：一方面，聚羧酸系保坍剂和消泡剂以硅灰和粉煤灰为载体在混凝土中高效分散，能够提升聚羧酸系保坍剂和消泡剂的作用效果；另一方面，硅灰和粉煤灰的“滚珠效应”可以改善混凝土的流变性能，提高可泵性。此外，为使聚羧酸保坍剂和消泡剂更易发生气相沉积，使用水对两者进行了稀释，但此部分加入的水在矿物掺合料中会逐渐挥发，所以计算混凝土配比时可不考虑此步骤加入的水。
进一步的，所述步骤S5中，先将固碳型胶凝材料浆料、固碳型骨料、流变调节掺合料和水搅拌30～60s，然后再加入引气剂，继续搅拌60～90s，得到一种固碳型超高泵送混凝土。
通过采取上述技术方案，实现混凝土大气泡的消减，显著提高混凝土硬化后的致密性，确保混凝土具有较高的力学强度。同时，引气剂采用后掺入的方式，可以引入有益于工作性能的小气泡，提高混凝土的泵送性能。
本发明实现目的之二采用的技术方案是：提供一种根据本发明目的之一所述的制备方法制得的固碳型超高泵送混凝土。
所述固碳型超高泵送混凝土的初始扩展度为620～660mm，初始倒置坍落度筒排空时间为5～12s，1h扩展度为600～645mm，1h坍落度为6～14s，具有良好的流动性和易泵送性能，同时28d抗压强度为72.5～75.6MPa，力学性能优异，能够更好的满足建筑施工的需求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法，利用商混站水泥废浆，解决了CO2难以在粉体水泥和砂石表面发生碳酸化反应的问题，制备出固碳型胶凝材料浆料和固碳型骨料，在实现减碳固碳的同时，解决了商混站水泥废浆难以再利用的问题。
(2)本发明提供的一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法，以球型矿物掺合料为载体，携带聚羧酸系保坍剂和消泡剂进入混凝土，提高了两者在混凝土中的分散均匀性以及作用效果，加之矿物掺合料的“滚珠效应”，使混凝土具备泵送性能。
(3)本发明提供的一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法，利用胶凝材料和砂石固化CO2，利用流变调节矿物掺合料改善混凝土的工作性能，制得的固碳型超高泵送混凝土兼具CO2固化和优异泵送性能双重优势，且具有较高的力学强度，在超高、超大建筑物施工领域，具有推广及应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明各实施例中所用涉及的所有物质均为市售。本发明各实施例中所用到样品的规格如表1所示。
表1
| 原料名称 | 规格 | 厂家 |
| P·O 52.5水泥 | P·O 52.5 | 华新水泥股份有限公司 |
| 矿粉 | S95 | 武汉华神智能科技有限公司 |
| I型水泥废浆 | 固含8％～12％ | 商混站沉淀池 |
| 聚羧酸系减水剂 | 减水率32％(固含10％) | 西卡(中国)有限公司 |
| 砂 | 细度模数2.5 | 商混站 |
| 石 | 5～20mm连续级配 | 商混站 |
| II型水泥废浆 | 固含20％～30％ | 商混站沉淀池 |
| 聚羧酸系保坍剂 | 固含10％ | 西卡(中国)有限公司 |
| 消泡剂 | 有机硅消泡剂 | 美国道康宁 |
| 硅灰 | SF-93 | 武汉新必达 |
| 粉煤灰 | I级 | 武汉阳逻电厂 |
| 引气剂 | AE-2 | 克莱恩 |
本发明各实施例中的原料及用量如下表2所示。
表2
以上各实施例中的固碳型超高泵送混凝土的制备方法如下：
步骤1：按照表2所示的配比，将P·O 52.5水泥、矿粉、I型水泥废浆和聚羧酸系减水剂(10％固含量)混合搅拌，同时通入CO2，反应得到固碳型胶凝材料浆料；
步骤2：按照表2所示的配比，将砂、碎石和II型水泥废浆混合搅拌，同时通入CO2，然后过滤、自然风干，反应得到固碳型骨料；
步骤3：按照表2所示的配比，将聚羧酸系保坍剂(10％固含量)、消泡剂和水混合，得到流变调节剂；
步骤4：采用流化床-化学气相沉积法，将雾化后的所述流变调节剂覆盖于硅灰和粉煤灰混合物的表面，得到流变调节掺合料；
步骤5：按照表2所示的配比，称取固碳型胶凝材料浆料、固碳型骨料和流变调节掺合料，混合搅拌30s，然后按照表2所示配比加入份引气剂，搅拌60s，得到固碳型超高泵送混凝土。
性能测试
按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，对实施例1-4制备的固碳型超高泵送混凝土进行了扩展度测试和倒置坍落度筒排空测试，并在20±2℃，95％湿度条件下养护28d，根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试各试样的抗压强度，测试结果如下表3所示。
表3
| 性能测试结果 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 初始扩展度/mm | 650 | 635 | 620 | 660 |
| 初始倒筒时间/s | 7 | 9 | 12 | 5 |
| 1h扩展度/mm | 635 | 615 | 600 | 645 |
| 1h倒筒时间/s | 8 | 12 | 14 | 6 |
| 28d抗压强度/MPa | 73.2 | 74.8 | 72.5 | 75.6 |
由上表可知，
实施例1-4制备的固碳型超高泵送混凝土，28d抗压强度为72.5～75.6MPa，均能满足力学性能要求。所有组别混凝土的初始扩展度均大于600mm，流动性能满足泵送需求。其中，实施例3的倒置坍落度筒排空时间最长，在所有实施例中混凝土的黏度最大；实施例4的扩展度最大，且倒置坍落度筒排空时间最短，这表明实施例4制得的混凝土具有工作性能好且粘度低的优势，具备良好的泵送性能，能够满足超高泵送混凝土的施工需求，为所有实施例中的最佳。
此外，根据实施例1-3的对比结果可知，在制备固碳型胶凝材料浆料和固碳型骨料时，提高CO2纯度和压力并延长通CO2时间过长会导致混凝土的工作性能变差，这主要是因为生成了过多的碳酸钙，粒径小的碳酸钙晶体会增加浆液粘度导致流变性能变差。在本发明中，控制CO2的通入量和通入时间在合理范围，有助于提高浆料的流变性能。
进一步的，根据实施例1和4的对比结果可知，在制备固碳型胶凝材料浆料时，适当增加聚羧酸减水剂掺量，可增大混凝土的扩展度，这主要是因为聚羧酸减水剂一方面抑制了CO2固化过程中的水泥水化，另一方面在混凝土中起到了良好分散作用。
综上可知，本发明提供的固碳型超高泵送混凝土的制备方法，制得的固碳型超高泵送混凝土能够满足超高泵送混凝土工作性能和力学性能的要求，还兼具CO2固化和易于泵送的优点，在超高、超大建筑物建筑施工领域，具有广阔的推广及应用前景。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种固碳型超高泵送混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将P·O 52.5水泥、矿粉、I型水泥废浆和聚羧酸系减水剂混合搅拌，同时通入CO2，反应得到固碳型胶凝材料浆料；
S2、将砂、碎石和II型水泥废浆混合搅拌，同时通入CO2，然后过滤、自然风干，反应得到固碳型骨料；
S3、将聚羧酸系保坍剂、消泡剂和水混合，得到流变调节剂；
S4、采用流化床-化学气相沉积法，将雾化后的所述流变调节剂覆盖于硅灰和粉煤灰混合物的表面，得到流变调节掺合料；
S5、按重量份数计，称取582～607份固碳型胶凝材料浆料、1673～1742份固碳型骨料、101～103份流变调节掺合料和0.020～0.045份引气剂，搅拌混合均匀，得到固碳型超高泵送混凝土。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述I型水泥废浆和II型水泥废浆均为商混站搅拌设备和泵车清洗所产生的含水泥废水；所述I型水泥废浆的固含量为8％～12％，所述II型水泥废浆固含量为20％～30％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，P·O 52.5水泥、矿粉、I型水泥废浆和聚羧酸系减水剂的质量比为(56～60)∶(11～14)∶(26～28)∶(1～1.5)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，CO2纯度大于等于85％，CO2的压力为0.3～0.6MPa，CO2的通入时间为45～50min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，砂、碎石和II型水泥废浆的质量比为：(36～40)∶(50～54)∶(8～12)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，CO2的纯度大于等于85％，CO2的压力为0.3～0.6MPa，CO2的通入时间为10～18h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，聚羧酸系保坍剂、消泡剂和水的质量比为(16～18)∶(1～2)∶(80～83)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，流变调节剂与硅灰和粉煤灰混合物的质量比为(1～2)∶(8～9)；所述混合物中，硅灰和粉煤灰的质量比为(40～45)∶(55～60)。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，先将固碳型胶凝材料浆料、固碳型骨料、流变调节掺合料和水搅拌30～60s，然后再加入引气剂，继续搅拌60～90s，得到一种固碳型超高泵送混凝土。
10.一种固碳型超高泵送混凝土，其特征在于，根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得，其初始扩展度大于600mm，初始倒置坍落度筒排空时间小于等于12s，28d抗压强度为72.5～75.6MPa。
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|---|---|---|---|---|
| CN117756459A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-03-26 | 万特福建筑构件有限公司 | 一种绿色环保混凝土及其制备方法 |
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