一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料及其使用方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料及其使用方法。

背景技术：

1、目前，co2捕集手段主要有燃烧前捕集、燃烧后捕集以及工业流程捕集等，同时，co2主要再利用手段包括矿物碳化、生物养殖以及海洋封存等，现有的co2捕集及再利用手段能够有效捕集消纳部分co2，但存在投资成本高、能耗大、生产线复杂等问题。

2、截至2020年，建材行业碳排放总量达到13.75亿吨，仅次于发电和钢铁行业，其中水泥行业碳排放就占建材行业碳排放的80％以上。由此可见，解决水泥行业碳排放的问题是解决建材行业碳排放的重中之重。

3、因此，实现co2捕集消纳与水泥行业节能减排的有机结合，可以实现co2低成本、大规模处理，对建材行业的绿色可持续发展及双碳战略的实施有重要意义。

4、相较于粉煤灰、矿渣等传统辅助胶凝材料，煅烧黏土具有原材料分布广泛、储量丰富以及制备流程简易、制备能耗低等优点。国内外研究人员认为采用煅烧黏土及石灰石粉部分替代水泥形成的石灰石-煅烧黏土-水泥三元胶凝材料体系具有良好的发展前景。在该三元胶凝材料体系中，水泥通过水化提供了碱性环境，石灰石提供了额外的碳酸盐，实现了体系中水化反应的耦合作用，促进力学性能及耐久性的发展。但该体系存在相应的问题，一方面，早期强度受煅烧黏土反应程度及惰性填料石灰石含量的影响明显，另一方面，由于水泥生产造成的碳排放未得到显著改善。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料及其使用方法，解决现有技术中无熟料胶凝材料体系早期强度不高以及需要采用水泥造成co2排放的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料：

3、原料包括煅烧黏土和氢氧化钙质组分，且煅烧黏土与氢氧化钙质组分的质量比为(7～5)：(3～5)。

4、进一步地，煅烧黏土是通过黏土原料煅烧制得的，所述黏土原料中高岭土含量在30％～100％。

5、进一步地，氢氧化钙质组分包括电石渣、造纸白泥或纯氢氧化钙。

6、进一步地，氢氧化钙质组分中ca(oh)2含量在60％～100％。

7、本发明的技术方案还提供一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，包括以下步骤：

8、(1)按比例取煅烧黏土及氢氧化钙质组分加入搅拌机中混合，得到胶凝组分；

9、(2)向胶凝组分中加入水和减水剂，混合后将搅拌机密封，在搅拌条件下向搅拌机中通入co2气体；混合均匀后停止搅拌，同时停止通入co2气体，得到拌合物；

10、(3)将拌合物浇筑成型，凝结后拆模养护即可得到固碳早强无熟料低碳胶凝材料试件。

11、进一步地，步骤(2)中加入水和减水剂混合3～15s；通入co2后搅拌2～5min；通入的co2气体浓度在50％～100％。

12、进一步地，步骤(2)中，水与胶凝组分质量比为(0.4～0.7)：1。

13、进一步地，步骤(2)中，减水剂与胶凝组分质量比为(0.02～0.03)：1。

14、进一步地，步骤(2)中，减水剂为聚羧酸减水剂，固含量≥60％，含气量≤4.0％，减水率≥35％。

15、进一步地，步骤(2)所述拌合物中，氢氧化钙质组分表面生成颗粒尺寸在10nm～100nm的碳酸钙颗粒。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

17、1.本发明提供的固碳早强无熟料低碳胶凝材料，原料中氢氧化钙质组分同煅烧黏土发生火山灰反应生成c-a-s-h凝胶等产物，能够为该低碳无熟料胶凝材料及相应制品持续提供强度来源。

18、2.本发明提供的固碳早强无熟料低碳胶凝材料使用时，采用了边搅拌边通入co2的拌合方式，搅拌过程中仅需保持搅拌器密闭，无需采用加压、加热或使用化学外加剂等物理化学手段促进co2气体的溶解和反应，具有易操作、低成本、低能耗的特点，有利于后续生产设施的构建。

19、3.本发明提供的固碳早强无熟料低碳胶凝材料使用时，co2气体通入搅拌机后与氢氧化钙质组分中的ca(oh)2反应形成碳酸盐(主要为碳酸钙)，反应过程稳定，co2吸收率较高。形成的碳酸钙同煅烧黏土中的活性铝相发生反应生成碳铝酸盐，对结构细化和密实有提升作用，有效实现了co2气体的循环利用。

20、4.同时，co2气体通入搅拌机后与胶凝组分中的氢氧化钙质组分反应，在氢氧化钙质组分表面形成具有纳米尺寸的颗粒状碳酸钙，为c-a-s-h凝胶的形成提供额外的成核位点，促进了水化反应早期体系中c-a-s-h凝胶的形成，实现了较为优异的早期强度发展。

技术特征：

1.一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料，其特征在于，原料包括煅烧黏土和氢氧化钙质组分，且煅烧黏土与氢氧化钙质组分的质量比为(7～5)：(3～5)。

2.根据权利要求1所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料，其特征在于，所述煅烧黏土是通过黏土原料煅烧制得的，所述黏土原料中高岭土含量在30％～100％。

3.根据权利要求1所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料，其特征在于，氢氧化钙质组分包括电石渣、造纸白泥或纯氢氧化钙。

4.根据权利要求1或3所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料，其特征在于，氢氧化钙质组分中ca(oh)2含量在60％～100％。

5.如权利要求1-3任一项所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，其特征在于，步骤(2)中加入水和减水剂混合3～15s；通入co2后搅拌2～5min；通入的co2气体浓度在50％～100％。

7.根据权利要求5所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，其特征在于，步骤(2)中，水与胶凝组分质量比为(0.4～0.7)：1。

8.根据权利要求5所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，其特征在于，步骤(2)中，减水剂与胶凝组分质量比为(0.02～0.03)：1。

9.根据权利要求5所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，其特征在于，步骤(2)中，减水剂为聚羧酸减水剂，固含量≥60％，含气量≤4.0％，减水率≥35％。

10.根据权利要求5所述的固碳早强无熟料低碳胶凝材料的使用方法，其特征在于，步骤(2)所述拌合物中，氢氧化钙质组分表面生成颗粒尺寸在10nm～100nm的碳酸钙颗粒。

技术总结
本发明涉及一种固碳早强无熟料低碳胶凝材料及其使用方法，原料包括煅烧黏土和氢氧化钙质组分，煅烧黏土与氢氧化钙质组分的质量比为(7～5)：(3～5)；使用时，按比例取煅烧黏土及氢氧化钙质组分加入搅拌机中混合，得到胶凝组分；向胶凝组分中加入水和减水剂，混合后将搅拌机密封，在搅拌条件下向搅拌机中通入CO<subgt;2</subgt;气体；混合均匀后停止搅拌，同时停止通入CO<subgt;2</subgt;气体，得到拌合物；将拌合物浇筑成型，凝结后拆模养护即可。本发明原料中氢氧化钙质组分同煅烧黏土发生火山灰反应生成C‑A‑S‑H凝胶等产物，能够为该低碳无熟料胶凝材料及相应制品持续提供强度来源；通过边搅拌边通入CO<subgt;2</subgt;的拌合方式，实现了较为优异的早期强度发展。

技术研发人员：胡传林,董烨民,钱雄,刘叶冬阳,沈坤杰
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13