CN116968176B - 水泥基材料碳化增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种水泥基材料碳化增强方法，通过使用缓凝剂和减水剂并通过调整搅拌工艺，改善了二氧化碳的作用方式，兼顾了强度的提升和二氧化碳的固化量。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种水泥基材料碳化增强方法。
背景技术
随着人类活动和工业发展，以二氧化碳为主的温室气体逐年积累，全球气候变暖。
使得自然界中各中极端气候日益加剧，人类的生存环境受到威胁。
水泥基材料作为应用最为广泛的建筑材料，每生产1吨普通硅酸盐水泥大约排放0.8-1吨CO2。
水泥行业的碳减排尤为重要，通过水泥基材料消耗自身产生的二氧化碳并产生有益作用成为众学者研究的内容。
众多学者发现利用二氧化碳与水泥基材料的反应能够改善其性能。
通过二氧化碳养护的方式，可以提高水泥基材料的性能，但碳化深度有限，只能在材料外侧形成一层保护膜，存在碳化不均匀的缺点。
预碳化发生在水泥基材料成型前，在水泥基材料搅拌过程中将二氧化碳以外加剂的方式加入，使其直接参与水泥水化，并封存在水泥基材料中。
专利CN114956735A公开了一种封存二氧化碳的机制砂泵送混凝土及其制备方法，该发明能够实现二氧化碳的封存，但强度提升不稳定且二氧化碳封存量较低。
专利CN113816767A公布了一种二氧化碳预拌水泥基复合材料的制备方法，该方法在水泥基材料预拌时泵入二氧化碳以实现二氧化碳的封存，但其同样存在强度提升不稳定，固碳量低等缺点。
Ming-Ju Lee采用加压的方式使新拌混凝土与二氧化碳充分反应，但会造成强度的损失。
Shuang Luo将二氧化碳气体注入粉煤灰掺和水泥中，能够实二氧化碳封存，但对于力学性能没有明显提升。
专利CN114988749B公开了一种捕集二氧化碳的资源化利用方法，通过吸收剂吸收二氧化碳，将其在拌和阶段加入水泥基材料中，能够实现对二氧化碳资源化利用，但因其使用胺类吸收剂致使成本较高。
现有技术中对水泥基材料进行碳化养护可吸收较大量的二氧化碳，然而，在浆料搅拌过程中提升强度的二氧化碳掺量普遍在胶凝材料质量的0.3%以下，超过0.3%不利于水泥基材料强度的发展，且对于强度的提升存在不稳定的缺点，尤其是对于后期强度的提升十分有限。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种水泥基材料碳化增强方法，本发明通过使用缓凝剂和减水剂并通过调整搅拌工艺，改善了二氧化碳的作用方式，兼顾了强度的提升和二氧化碳的固化量，在二氧化碳固化量接近2%时，仍可实现同龄期抗压强度增长。
具体的，本发明水泥基材料碳化增强方法，包括如下步骤：
1）按质量份将胶凝材料与骨料搅拌均匀，得到干混料，
2）将部分缓凝剂掺入拌合水中，加入干混料搅拌，
3）通入胶凝材料质量0.5-2%的二氧化碳，继续搅拌1-10min，完成一次拌合，
4）加入另一部分缓凝剂、减水剂，搅拌，完成二次拌合，
5）将混合料成型、养护。
优选的，步骤1）胶凝材料包括水泥、掺合料。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥的至少一种。
优选的，步骤1）骨料为粗骨料、细骨料的至少一种。
优选的，步骤2）所述缓凝剂为麦芽糖糊精、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、氨基三亚甲基膦酸、二甲基三胺五甲基膦酸和蔗糖中的至少一种。
优选的，步骤2）二氧化碳通入时间为30-120s。
优选的，步骤4）减水剂为聚羧酸减水剂。
优选的，步骤4）搅拌时间为1-5min。
优选的，缓凝剂总添加量为胶凝材料质量的0.05-0.2%，减水剂总添加量为胶凝材料质量的0.05-0.2%。
优选的，其特征在于，步骤5）养护为标准养护。
本发明研究表明，拌合时二氧化碳的介入会产生纳米级的碳酸钙，以其为成核质点会促进硅酸钙的水化，使其快速的水化生成颗粒状的C-S-H凝胶，并且这种凝胶的生成早于钙钒石的生成，造成一种水泥浆体快速凝结的现象，不利于后续强度的发展。
缓凝剂的加入改善了二氧化碳的这种作用方式，重新使钙钒石优先生成，并改善其生长，致使固碳量与性能得以兼备。
二氧化碳参与水化会消耗部分拌合水致使流动性下降和，二氧化碳直接参与水泥水化发生反应会加速水泥水化，使缓凝剂的缓凝作用效果大大减弱，所以部分缓凝剂要在二氧化碳与水泥的反应结束后加入，也就是在二氧化碳介入完成后加入。
聚羧酸类减水剂主要靠的极性基团吸附在水泥颗粒表面，减弱水泥颗粒与水的接触，释放游离水，这种“减水作用”会阻碍二氧化碳在水的介质下参与水泥水化，从而影响水泥基材料对二氧化碳的吸收。
本发明还涉及上述增强方法制备得到的水泥基材料。
采用本发明缓凝剂分步添加，搅拌分步进行的特殊方式制备得到的水泥基材料二氧化碳固定率高，整个过程在常温常压下进行，并且可以保证力学性能的正向增长。
具体实施方式
为表征本发明的技术效果，按本发明方法制备水泥基材料并进行固碳量和力学性能检测。
实施例1
水泥基材料碳化增强方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将0.45份葡萄糖酸钠掺入225份自来水中，加入干混料搅拌，3）在90s内通入90份的二氧化碳，继续搅拌6min，完成一次拌合，4）加入0.45份葡萄糖酸钠、0.9份聚羧酸减水剂，搅拌5min，完成二次拌合，5）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件固碳量为88.2份，3d抗压强度为38.7MPa，7d抗压强度为49.1MPa，28d抗压强度为62.5MPa，3d抗折强度为6.5MPa，7d抗折强度为7.8MPa，28d抗折强度为9.3MPa。
实施例2
水泥基材料碳化增强方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将0.45份葡萄糖酸钠掺入225份自来水中，加入干混料搅拌，3）在90s内通入22.5份的二氧化碳，继续搅拌6min，完成一次拌合，4）加入0.45份葡萄糖酸钠、0.9份聚羧酸减水剂，搅拌5min，完成二次拌合，5）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件固碳量为21.8份，3d抗压强度为37.7MPa，7d抗压强度为46.6MPa，28d抗压强度为60.2MPa，3d抗折强度为6.4MPa，7d抗折强度为7.6MPa，28d抗折强度为8.9MPa。
对比例1
水泥基材料制备方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将225份自来水加入干混料搅拌11min,3）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件3d抗压强度为28.9MPa，7d抗压强度为38.4MPa，28d抗压强度为50.3MPa，3d抗折强度为5.4MPa，7d抗折强度为7.0MPa，28d抗折强度为8.6MPa。
对比例2
水泥基材料制备方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将225份自来水加入干混料搅拌，3）在90s内通入90份的二氧化碳，继续搅拌6min，完成一次拌合，4）继续搅拌5min，完成二次拌合，5）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件固碳量为80.5份，3d抗压强度为20.5MPa，7d抗压强度为29.3MPa，28d抗压强度为37.6MPa，3d抗折强度为4.3MPa，7d抗折强度为5.8MPa，28d抗折强度为6.5MPa。
对比例3
水泥基材料制备方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将225份自来水加入干混料搅拌，3）在90s内通入22.5份的二氧化碳，继续搅拌6min，完成一次拌合，4）继续搅拌5min，完成二次拌合，5）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件固碳量为15.8份，3d抗压强度为25.4MPa，7d抗压强度为33.3MPa，28d抗压强度为46.6MPa，3d抗折强度为5.2MPa，7d抗折强度为6.8MPa，28d抗折强度为7.9MPa。
对比例4
水泥基材料制备方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将0.9份葡萄糖酸钠掺入225份自来水中，加入干混料搅拌，3）在90s内通入22.5份的二氧化碳，继续搅拌6min，完成一次拌合，4）加入0.9份聚羧酸减水剂，搅拌5min，完成二次拌合，5）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件固碳量为17.5份，3d抗压强度为28.5MPa，7d抗压强度为39.1MPa，28d抗压强度为52.5MPa，3d抗折强度为5.4MPa，7d抗折强度为6.7MPa，28d抗折强度为8.4MPa。
对比例5
水泥基材料制备方法，包括如下步骤：1）按质量份将450份P·O 42.5水泥与1350份标准砂搅拌均匀，得到干混料，2）将225份自来水，加入干混料搅拌，3）在90s内通入22.5份的二氧化碳，继续搅拌6min，完成一次拌合，4）加入0.9份葡萄糖酸钠、0.9份聚羧酸减水剂，搅拌5min，完成二次拌合，5）将混合料成型、标准养护。
经检测，试件固碳量为15.2份，3d抗压强度为26.2MPa，7d抗压强度为32.7MPa，28d抗压强度为45.6MPa，3d抗折强度为5.1MPa，7d抗折强度为6.2MPa，28d抗折强度为7.5MPa。
由对比例1-3不难发现，搅拌过程仅添加过量二氧化碳会损害试件力学性能。
由对比例4-5不难发现，缓凝剂的混合顺序对固碳量和水泥基材料力学性能影响明显。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式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方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按质量份将胶凝材料与骨料搅拌均匀，得到干混料，
2）将一半缓凝剂掺入拌合水中，加入干混料搅拌，
3）通入胶凝材料质量0.5-2%的二氧化碳，继续搅拌1-10min，完成一次拌合，
4）加入另一半缓凝剂、减水剂，搅拌，完成二次拌合，
5）将混合料成型、养护。
2.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤1）胶凝材料包括水泥、掺合料。
3.根据权利要求2所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥的至少一种。
4.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤1）骨料为粗骨料、细骨料的至少一种。
5.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤2）所述缓凝剂为麦芽糖糊精、柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、氨基三亚甲基膦酸、二甲基三胺五甲基膦酸和蔗糖中的至少一种。
6.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤3）二氧化碳通入时间为30-120s。
7.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤4）减水剂为聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤4）搅拌时间为1-5min。
9.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，缓凝剂总添加量为胶凝材料质量的0.05-0.2%，减水剂总添加量为胶凝材料质量的0.05-0.2%。
10.根据权利要求1所述水泥基材料碳化增强方法，其特征在于，步骤5）养护为标准养护。
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