一种空气碳化砂浆及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种空气碳化砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.与水泥基复合材料相比，石灰基复合材料在经过干燥进行初始硬化后，通过与大气co2的反应自然发生碳化，几乎可以完全在大气条件下凝固。尽管空气石灰砂浆的碳化是通过与大气co2的反应自然发生的，但这种化学反应非常缓慢，持续时间过长，整个过程可以持续多年，这阻碍了它们在当代建筑中的广泛应用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种空气碳化砂浆及其制备方法，提高石灰砂浆在大气中的碳化能力。
4.为达到上述技术目的，本发明的技术方案是：
5.按质量份数计，包括如下原料：
6.固废粉末15～30份、砂浆粘合剂100～150份、外掺料4～8份和水60～70份；
7.固废粉末为粉碎的采石场固体细料，砂浆粘合剂为细骨料、生石灰和钢渣粉末的混合物。
8.进一步地，固废粉末的粒径为10～30μm。
9.进一步地，采石场固体细料包括辉绿岩、橄榄石和玄武岩中的一种或者几种任意比例的混合物。
10.进一步地，细骨料的粒径在1～2mm；细骨料是质量比为(43～47)：(17～19)：(11～13)：(7～8)：(5～7)的方解石、钠长石、石英、钙长石和白云石的混合物。
11.进一步地，钢渣粉末粒径为30～60μm；钢渣粉末中含有质量分数0.1～1.5％的cao。
12.进一步地，钢渣粉末和生石灰重量比为1：(6～7)；砂浆粘合剂/细骨料重量比为(3～3.5)：1。
13.进一步地，外掺料包括减水剂3～5份和缓凝剂1～3份。
14.进一步地，减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂；缓凝剂为木质素磺酸盐。
15.本发明空气碳化砂浆的制备方法的技术方案是：包括以下步骤：先取所述固废粉末和砂浆粘合剂混合均匀，再加入外掺料和水混合均匀，得到空气碳化砂浆。
16.进一步地，固废粉末是采石场固体细料通过球磨法制得的，球磨时间为2～4h，水用量为采石场固体细料质量的10％～50％，转速为300～400rpm。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
18.本发明利用的采石场固体细料中含有丰富的钙、镁和铁硅酸盐矿物，用于二氧化碳的异地封存，可与co2反应形成稳定的碳酸盐矿物，有极高的固碳潜力；同时，采石场固体
细料经过粉碎处理，能够提高co2的扩散性和吸收率。通过采用钢渣粉末，能够与co2反应而被胶结。因此，本发明提供的空气碳化砂浆，在不改变传统砂浆生产技术的情况下，利用采石场固体细料对砂浆材料孔隙的调控和钢渣对co2的高吸收率，提高石灰砂浆在大气中的碳化能力，发挥固体废弃物重新利用的潜力，将环境保护和社会效益相统一。本发明砂浆在空气中养护28d后的各项机械强度均得到有效提升，各项性能达标且明显优于生石灰和细骨料按质量比1：3配制而成的空白组石灰砂浆，其中，本发明空气碳化砂浆的抗压强度相较于空白组提高2.57～3.03倍，抗压强度的有效提升，表明本发明砂浆在养护期内碳化反应充分，是集成co2捕获和废弃资源转化应用的有效方式，无需传统长达数年的碳化过程。
具体实施方式
19.下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
20.本发明公开的空气碳化砂浆的制备方法，包括以下步骤：
21.(1)将采石场固体细料，与水混合后分散均匀，用行星磨研磨得到粒径为10～30μm的固废粉末。
22.采石场固体细料粒径在400μm以下，优选250～400μm；采石场固体细料包括辉绿岩、橄榄石和玄武岩中的一种或者几种任意比例的混合物；研磨方法为行星磨湿法球磨，研磨时间为2～4h，水用量为采石场固体细料质量的10％～50％；研磨时保证研磨球质量大于粉料质量即可，优选球粉质量比为18～20:1～2，转速为300～400rpm。
23.(2)将细骨料、生石灰和钢渣粉末混合均匀，得到砂浆粘合剂；钢渣粉末和生石灰重量比为1/6～1/7；砂浆粘合剂/细骨料重量比为(3～3.5)：1。
24.细骨料的粒径在1～2mm；细骨料是质量比为(43～47)：(17～19)：(11～13)：(7～8)：(5～7)的方解石、钠长石、石英、钙长石和白云石的混合物。钢渣粉末粒径为30～60μm，钢渣粉末中含有质量分数0.1～1.5％的cao。
25.(3)将步骤(1)制备的固废粉末15～30份和步骤(2)制备的砂浆粘合剂100～150份混合均匀，再加入减水剂3～5份、缓凝剂1～3份和水60～70份强力搅拌均匀，得到空气碳化砂浆。
26.减水剂为聚羧酸高效减水剂或萘系高效减水剂；缓凝剂为木质素磺酸盐。
27.本发明制备的空气碳化砂浆将固废作为再生资源，利用采石场固体细料和钢渣粉末的碳化功能，实现了自然条件下co2的封存，对co2固化战略有重要意义。
28.其中，本发明的空气碳化砂浆可以包括的外掺料如减水剂、缓凝剂均按《混凝土外加剂规范》(bb807-2016)执行。
29.采石场固体细料包括采石场废粒和粉末，是一种固体废弃物，本发明将富含钙、镁和铁的固体废弃物用于二氧化碳的异地封存，是处理工业排放二氧化碳的一种有效方式。本发明将球磨工艺用于固体废弃物，制备了具有co2吸附能力的材料。同时，向石灰砂浆中引入磨细的钢渣和采石场固废，一方面有助于固体废弃物的再利用，另一方面借助固体废弃物超强的co2吸附能力，增强了石灰砂浆的短期强度，是一种经济和技术上可行的二氧化碳减排方式。
30.砂浆的孔隙结构和孔径分布是控制大气中co2通过其微观结构扩散的主要因素，随着碳化的进行，孔径分布不断变化，因此对孔隙结构的修改具有重要意义。
31.采石场固废中钙、镁和铁硅酸盐矿物含量高，可与co2反应形成稳定的碳酸盐矿物，有极高的固碳潜力，在向石灰砂浆中添加辉绿岩等采石场废料之前，通过球磨工艺将其粒度进一步减小有利于提高co2的扩散性和吸收率。
32.钢渣作为一种工业固体废弃物，存在产量大、利用率低的问题。钢渣中主要矿物相为硅酸钙，当钢渣中新固化的硅酸钙作为多物象存在时，能够与co2反应而被胶结，实现二次资源的有效利用。
33.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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.空白组
35.参照《广东省建筑与装饰工程综合定额》(8003041)，将生石灰和细骨料按质量比1：3配制而成石灰砂浆。细骨料来源和实施例1相同。
36.实施例1
37.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
38.(1)按质量比将20份粒径为250～300μm的采石场细集料、2份水和180份玛瑙研磨球置于行星磨研磨2h，转速为300rpm，烘干后即得10～15μm的固废粉末。
39.采石场固体细料采用辉绿岩、橄榄石和玄武岩质量比1：1：1的混合物。
40.(2)将10份粒径为30～35μm的钢渣粉末、60份生石灰和35份粒径为1～1.5mm的细骨料混合均匀，加入上述固废粉末15份、萘系高效减水剂3份、缓凝剂1份和水60份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
41.细骨料是质量比为45：18：12：7.5：6的方解石、钠长石、石英、钙长石和白云石的混合物。
42.钢渣粉末中含有质量分数1％的cao。
43.缓凝剂为木质素磺酸盐。
44.实施例2
45.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
46.(1)按质量比将20份粒径为350～400μm的采石场细集料、10份水和200份玛瑙研磨球置于行星磨研磨4h，转速为400rpm，烘干后即得10～30μm的固废粉末。
47.采石场固体细料采用辉绿岩、橄榄石和玄武岩质量比1：1：1的混合物。
48.(2)将10份粒径为50～60μm钢渣粉末、70份生石灰和40份粒径为1～1.5mm的细骨料混合均匀，加入上述固废粉末25份、聚羧酸高效减水剂5份、缓凝剂3份和水70份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
49.细骨料、钢渣粉末和缓凝剂同实施例1。
50.实施例3
51.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
52.(1)按质量比将20份粒径为350～400μm的采石场细集料、10份水和200份玛瑙研磨
球置于行星磨研磨4h，转速为400rpm，烘干后即得10～30μm的固废粉末。
53.采石场固体细料采用辉绿岩、橄榄石和玄武岩质量比1：1：1的混合物。
54.(2)将10份粒径为50～60μm钢渣粉末、70份生石灰和40份粒径为1mm的细骨料混合均匀，加入上述固废粉末25份、聚羧酸高效减水剂5份、缓凝剂3份和水70份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
55.细骨料、钢渣粉末和缓凝剂同实施例1。
56.实施例4
57.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
58.(1)按质量比将20份粒径为350～400μm的采石场细集料、10份水和200份玛瑙研磨球置于行星磨研磨4h，转速为400rpm，烘干后即得10～30μm的固废粉末。
59.采石场固体细料采用辉绿岩、橄榄石和玄武岩质量比1：1：1的混合物。
60.(2)将10份粒径为50～60μm钢渣粉末、70份生石灰和40份粒径为1mm的细骨料混合均匀，加入上述固废粉末15份、聚羧酸高效减水剂5份、缓凝剂3份和水70份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
61.细骨料、钢渣粉末和缓凝剂同实施例1。
62.实施例5
63.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
64.(1)按质量比将30份粒径为300～350μm的采石场细集料、5份水和300份玛瑙研磨球置于行星磨研磨3h，转速为300rpm，烘干后即得10～25μm的固废粉末。
65.采石场固体细料采用辉绿岩、橄榄石和玄武岩质量比1：2：2的混合物。
66.(2)将10份粒径为35～45μm钢渣粉末、65份生石灰和30份细骨料混合均匀，加入上述固废粉末25份、萘系高效减水剂4份、缓凝剂2份和水65份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
67.细骨料、钢渣粉末和缓凝剂同实施例1。
68.实施例6
69.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
70.(1)按质量比将20份粒径为260～300μm的采石场细集料、2份水和400份玛瑙研磨球置于行星磨研磨2.4h，转速为320rpm，烘干后即得10～20μm的固废粉末。
71.采石场固体细料采用辉绿岩和玄武岩质量比1：1的混合物。
72.(2)将10份粒径为40～50μm的钢渣粉末、70份生石灰和32份粒径为2mm的细骨料混合均匀，加入上述固废粉末15份、聚羧酸高效减水剂3份、缓凝剂2份和水70份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
73.细骨料是质量比为47：19：13：8：7的方解石、钠长石、石英、钙长石和白云石的混合物。
74.钢渣粉末中含有质量分数0.5％的cao。
75.缓凝剂为木质素磺酸盐。
76.实施例7
77.本发明实施例提出了一种空气碳化砂浆的生产方法，各组分配比和具体处理过程如下：
78.(1)按质量比将14份粒径为350～400μm的采石场细集料、10份水和200份玛瑙研磨球置于行星磨研磨4h，转速为300rpm，烘干后即得10～25μm的固废粉末。
79.采石场固体细料采用辉绿岩。
80.(2)将10份粒径为45～60μm钢渣粉末、60份生石灰和28份粒径为1mm的细骨料混合均匀，加入上述固废粉末25份、聚羧酸高效减水剂5份、缓凝剂2份和水60份混合强力搅拌均匀即得空气碳化砂浆。
81.细骨料是质量比为43：17：11：7：5的方解石、钠长石、石英、钙长石和白云石的混合物。
82.钢渣粉末中含有质量分数1.5％的cao。
83.缓凝剂为木质素磺酸盐。
84.以上实施例制品的相关性能对比如表1所示。
85.空气碳化砂浆的性能测试方法参照《建筑用砌筑和抹灰干混砂浆》(jg/t291-2011)，测试均为制品在空气条件下恒温养护28d时进行。
86.表1本发明空白组及实施例1-7制得的砂浆性能测试
[0087] 粘结强度(mpa)抗压强度(mpa)流动度(≥200mm)空白组0.451.8158实施例10.554.62212实施例20.665.21218实施例30.695.38223实施例40.594.93209实施例50.635.41221实施例60.675.46215实施例70.625.34223
[0088]
与空白组相比，本发明制备的空气碳化砂浆在空气养护28d后的各项机械强度均得到有效提升，粘结强度达到0.55～0.69mpa，抗压强度在4.62～5.46mpa，流动度在209～223mm，各项性能明显优于空白组；本发明制备的空气碳化砂浆抗压强度相较于空白组有效提升，表明本发明空气碳化砂浆在养护期内碳化反应充分，是集成co2捕获和废弃资源转化应用的有效方式。
[0089]
对比例1
[0090]
考察不同粒径的固废粉末对所得砂浆性能的影响。
[0091]
分别采用粒径小于10μm以及大于40μm的固废粉末替换实施例3中的固废粉末，其他条件与实施例3相同，分别对所得砂浆进行测试，结果如表2所示。
[0092]
表2本发明对比例1制得的砂浆性能测试
[0093][0094]
由表2可知，当固废粉末的粒径过大时，相对比表面积减小，砂浆体系的孔隙率降低，一定程度上会阻碍co2与有效成分的反应速率和扩散范围；当粒径过小时，表面碳化反应过快，内部有效成分被反应产物包裹，co2无法打破外部壁垒进行后续碳化反应，降低砂浆的反应效率，影响砂浆的机械性能，因此本发明固废粉末优选粒径范围在10～30μm。
[0095]
对比例2
[0096]
考察不同粒径的钢渣粉末对所得砂浆性能的影响。
[0097]
分别采用粒径小于30μm以及大于60μm的钢渣粉末替换实施例3中的钢渣粉末，其他条件与实施例3相同，分别对所得砂浆进行测试，结果和对比例1类似，即粒径过大或者过小，对于砂浆都会产生不利影响。
[0098]
对比例3
[0099]
考察不同用量的固废粉末对所得砂浆性能的影响。
[0100]
通过将固废粉末用量分别调整为0份、5份、30份和40份，其他条件与实施例3相同，分别对所得砂浆进行测试，结果如下表3所示：
[0101]
由结果可以看出，不掺加固废粉末或固废粉末用量过少，对砂浆机械性能提升较小；当固废粉末掺量为40份时，其机械性能略低于30份的掺量，且在超过20份之后抗压强度逐渐下降，因此本发明固废粉末优选掺量范围在15～30份。
[0102]
表3本发明对比例3制得的砂浆性能测试
[0103] 粘结强度(mpa)抗压强度(mpa)流动度(mm)实施例30.695.38223固废粉末0份0.453.82208固废粉末5份0.524.17211固废粉末30份0.625.03218固废粉末40份0.604.96215
[0104]
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做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。