一种碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法

本发明涉及一种水泥基材料的制备方法，具体涉及一种碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法。

背景技术：

1、在水泥基材料中添加多孔材料，可以提升水泥基材料对二氧化碳的吸收能力，是提高水泥基材料固碳水平的重要方法，对于水泥产业早日实现碳中和具有重要意义。水泥基材料中多孔材料的不同分布，使其传输结构具有差异性，导致了碳吸收效率的不同。而采用传统的原料混合法制备水泥基材料时，控制多孔材料位置分布还是一项技术难题，使水泥基材料碳吸收效率无法得到有效控制，限制了对高效固碳能力的科学设计与优化提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，该方法利用磁力控制含铁固体废弃物颗粒的位置分布，间接控制多孔材料在水泥基材料表面（上表面、侧表面）的分布，有效解决了控制水泥基材料中多孔材料分布这一技术难题，使科学设计高效固碳水泥基材料成为可能。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，包括如下步骤：

4、步骤（1）对含铁固体废弃物进行改性：将纳米多孔材料吸附在含铁固体废弃物表面，形成用于可优化水泥基材料碳传输效率的粉体材料a，其中：

5、所述含铁固体废弃物含铁量为11~14.5%，粒度为150~200μm，掺量为水泥质量的10~25%；

6、所述纳米多孔材料可以是纳米生物炭、纳米沸石等纳米多孔材料中的一种或几种，掺量为模具体积的5~12.5%；

7、所述纳米生物炭的粒径为105~220nm，孔容为0.04~0.08 cm3/g，掺量为模具体积的7.5~12.5%；

8、所述纳米沸石的粒径为101~210nm，孔容为0.65~0.85cm3/g，掺量为模具体积的5~8%；

9、所述改性方法为球磨法或静电吸附法，采用球磨法对含铁固体废弃物进行改性时，球磨球选用等粒直径5mm~10mm的氧化锆球，球磨时间30~60分钟，球磨罐公转速度为180~200转/分，自转速度为400~420转/分，球料体积比1.9：1.1，球料与球磨罐体积比为4：5；采用静电吸附法对含铁固体废弃物进行改性时，使用静电发生器产生静电，电压为5.5~6.2kv，增压为0.6kv，放电极性选用正负混合，放电模式为空气放电，放电方式为自动放电，间隔1s，总次数为6000~8000次；

10、步骤（2）用磁性材料控制粉体材料a分布形态，形成可优化水泥基材料碳传输效率的结构体，具体方法如下：在模具上顶面、左侧面和右侧面中至少一个面上设置磁性材料，使位于模具内壁上的磁性材料的极性均相同，在磁性材料的表面吸附步骤一获得的粉体材料a，采用手动或机器控制的方法控制粉体材料a在磁性材料表面的分布形态，使其在磁性材料表面规则排列，具有连通特征；

11、步骤（3）将水泥基浆体材料从模具下底面浇筑入口向上浇筑至模具顶部，硬化后脱模形成碳传输效率因结构优化而提升的水泥基材料，其中：

12、所述模具材料为聚甲基丙烯酸甲酯，颜色为透明；

13、所述水泥基浆体材料由普通硅酸盐水泥、水、减水剂、纳米氧化硅等组成，水泥细度为32~38μm、水灰比为0.28~0.18，减水剂为聚羧酸减水剂，掺量为水泥质量的0.5~2.5%，纳米氧化硅的掺量为水泥质量的0.8~1.2%；

14、所述水泥基浆体材料上升速度为1.5~2.5mm/s，脱模时间为50~80h。

15、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

16、（1）本发明通过控制水泥基材料中多孔材料的分布位置，对其多孔传输特征进行设计，使碳吸收效率可控可优化，达到在同一原料配合比情况下，提升碳吸收能力的效果。

17、（2）水泥基材料的表层结构，是最先接触并吸收二氧化碳的部分。本发明通过控制表层结构（上表层、侧面表层）中多孔材料的分布，实现了对碳吸收效率的精准优化。

18、（3）本发明能够精准提升水泥基材料碳吸收能力，适量使用多孔材料，限制了成本增加以及对水泥基材料力学性能的不利影响。

技术特征：

1.一种碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述含铁固体废弃物含铁量为11~14.5%，粒度为150~200μm。

3.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述纳米多孔材料为纳米生物炭、纳米沸石中的一种或两种。

4.根据权利要求3所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述纳米生物炭的粒径为105~220nm，孔容为0.04~0.08 cm3/g，掺量为模具体积的7.5~12.5%。

5.根据权利要求3所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述纳米沸石的粒径为101~210nm，孔容为0.65~0.85cm3/g，掺量为模具体积的5~8%。

6.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述步骤一中，对含铁固体废弃物进行改性的方法为球磨法，球磨球选用等粒直径5mm~10mm的氧化锆球，球磨时间30~60分钟，球磨罐公转速度为180~200转/分，自转速度为400~420转/分，球料体积比1.9：1.1，球料与球磨罐体积比为4：5。

7.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述步骤一中，对含铁固体废弃物进行改性的方法为静电吸附法，使用静电发生器产生静电，电压为5.5~6.2kv，增压为0.6kv，放电极性选用正负混合，放电模式为空气放电，放电方式为自动放电，间隔1s，总次数为6000~8000次。

8.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述模具的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。

9.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述水泥基浆体材料由普通硅酸盐水泥、水、减水剂、纳米氧化硅组成，水泥细度为32~38μm、水灰比为0.28~0.18，减水剂为聚羧酸减水剂，掺量为水泥质量的0.5~2.5%，纳米氧化硅的掺量为水泥质量的0.8~1.2%。

10.根据权利要求1所述的碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，其特征在于所述水泥基浆体材料上升速度为1.5~2.5mm/s，脱模时间为50~80h。

技术总结
本发明公开了一种碳吸收效率可优化的水泥基材料制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）将纳米多孔材料吸附在含铁固体废弃物表面，形成用于可优化水泥基材料碳传输效率的粉体材料A；（2）在模具上顶面、侧面中至少一个面上设置磁性材料，使位于模具内壁上的磁性材料的极性均相同，在磁性材料的表面吸附粉体材料A，控制粉体材料A在磁性材料表面的分布形态，使其在磁性材料表面规则排列，具有连通特征；（3）将水泥基浆体材料从模具下底面浇筑入口向上浇筑至模具顶部，硬化后脱模形成碳传输效率因结构优化而提升的水泥基材料。该方法有效解决了控制水泥基材料中多孔材料分布这一技术难题，使科学设计高效固碳水泥基材料成为可能。

技术研发人员：刘睿,肖会刚,杨文伟,王痛快,迪达尔·赛力克汗
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11