一种可进行CO2捕捉的含SAP孔体系透气砂浆的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可用于空气中CO2捕捉的含高吸水性树脂(SAP)孔体系的透气砂浆的制备方法。该发明专利技术所用材料和设备包括水泥、细砂、聚羧酸减水剂、SAP颗粒、砂浆试模、砂浆搅拌机和养护箱。采用大掺量SAP以提高砂浆的透气性能。将完成养护的砂浆试块置于环境中，通过砂浆自身的碳化反应捕捉空气中的CO2。该方法简单有效，SAP孔的存在加速了CO2在砂浆内部的扩散。此外，该方法可根据碳化速率和砂浆材料特点对SAP孔体系特性进行调控，加之SAP孔中的SAP颗粒可在遇水时储存水分，从而为碳化反应提供适宜的湿度环境，故本发明专利技术所制备的透气砂浆具有优异的CO2捕捉效率。捕捉效率。捕捉效率。

【技术实现步骤摘要】
一种可进行CO2捕捉的含SAP孔体系透气砂浆的制备方法


[0001]本专利技术属于水泥混凝土领域，特别是采用SAP孔体系提高透气砂浆CO2捕捉能力的
；本专利技术还涉及一种可进行碳捕捉的透气砂浆材料的应用。

技术介绍

[0002]自然环境中水泥基材料会发生碳化反应，主要源于孔溶液中氢氧化钙和水泥基材料基体中水化硅酸钙可与CO2反应生成碳化钙。因此，水泥基材料具有CO2捕捉能力。水泥基材料的碳化过程受到CO2扩散过程的控制，通常情况下，只有表层水泥基材料(5～30mm)发生碳化反应。如果能够增加水泥基材料的碳化深度，将有助于提升水泥基材料的CO2捕捉能力。
[0003]SAP可在砂浆(水泥基材料的一种)拌合阶段吸水膨胀；当砂浆内部湿度降低时，SAP可释放水分并收缩，从而产生SAP孔。SAP 孔尺寸(0.2～10mm)较大，可促使空气中CO2通过大毛细孔和SAP 孔快速进入砂浆内部。此外，SAP孔的间距(0.5～2mm)较小，这降低了SAP孔间砂浆被完全碳化的难度。同时，砂浆的碳化离不开水，而SAP可在砂浆遇水时吸水膨胀，从而为砂浆碳化储存水分。通常情况下，水泥基材料中添加SAP旨在进行内养护，此时，SAP 的掺量通常不大于胶凝材料质量的0.6％，故SAP的加入对砂浆碳捕捉行为影响不大，实施例2的结果(表2)证实了此推论。本专利技术之所以能够起到碳捕捉效果，关键在于SAP的掺量大、砂浆水胶比高和选取细砂，从而在砂浆内部产生透气性良好的孔结构。
[0004]文献1(B.Park,Y.C.Choi,Investigation ofcarbon
‑
capture propertyof foam concrete using stainless steel AOD slag,Journal of CleanerProduction 288(2021):125621)公布了一种提高混凝土碳捕捉能力的方法。该方法是在混凝土中加入引气剂和钢渣，在混凝土中产生大量气孔，通过提升混凝土的孔隙率来增强混凝土的碳捕捉能力。
[0005]文献2(C.Moro,V.Francioso,M.Velay
‑
Lizancos,Modification ofCO
2 capture and pore structure of hardened cement paste made withnano
‑
TiO
2 addition:Influence of water
‑
to
‑
cement ratio and CO
2 exposure age,Construction and Building Materials 275(2021):122131.) 公布了一种提升硬化水泥浆体捕捉CO2能力的技术。该方法是利用 TiO2改变硬化水泥浆的孔隙率和基体中氢氧化钙的活性改变硬化水泥浆的CO2捕捉能力。
[0006]上述技术的不足在于：(1)在干燥环境，文献1和文献2中材料由于缺水而无法进行碳化反应。而本专利技术中SAP可在湿环境中吸水膨胀，从而使砂浆在干燥环境中保持高湿度并进行碳化反应。(2)文献1和文献2中材料的透气性不足，这会导致砂浆无法获得优异的 CO2捕捉效率。(3)文献1难以精准调控水泥基材料的孔结构。引气剂产生的气孔体系是不稳定的。小气泡的自由能较高，故小气泡倾向于合并而形成大气泡。由于气泡的密度小于混凝土，气泡有脱离混凝土的趋势。长时间拌合、泌水、高温和喷射工艺等都会促使气泡脱离混凝土，从而造成无法精准调控气孔体系的特性。这也导致无法进一步优化混凝土的碳捕捉
能力。(4)文献2中TiO2的掺量在一定范围时才能提升硬化水泥浆的CO2捕捉能力且其提高程度有限。这是因为TiO2既可以提高氢氧化钙的反应活性又可降低混凝土孔隙率，前者能够提升碳化效率，后者反而会抑制碳化反应。TiO2掺量过多或过少反而会导致硬化水泥浆的CO2捕捉能力减小。

技术实现思路

[0007]为弥补现有测试技术的不足，本专利技术提出了SAP孔体系的设计方法，通过设计SAP的掺入方式、SAP的掺量、选取细砂和提高砂浆水胶比，进而形成具有优异CO2捕捉能力透气砂浆的制备方法。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种可进行CO2捕捉的含SAP孔体系透气砂浆的制备方法，步骤如下：
[0010]1)将P
·
O 42.5水泥和干燥的丙烯酸交联丙烯酰胺SAP颗粒置于砂浆搅拌机中干拌至两者拌合均匀。
[0011]2)加入细砂继续干拌至材料均匀，随后加入溶有聚羧酸高性能减水剂的拌合水。按照GBT 8077
‑
2012标准拌制砂浆。
[0012]3)待SAP吸水膨胀且砂浆工作性稳定后，将含SAP的砂浆置于试模中成型。砂浆硬化后脱模并在养护箱(温度20
±
2℃，湿度>95 ％)中进行养护。养护过程中砂浆内部湿度的降低导致SAP颗粒收缩并产生SAP孔体系。
[0013]4)改变砂浆中SAP的掺量和吸水能力可获得不同特性的SAP孔体系。
[0014]5)将完成养护的砂浆试块置于环境中，SAP孔体系的存在降低了 CO2在砂浆中扩散的难度，从而提高砂浆的CO2捕捉效率。
[0015]上述方法中优选的方案如下：
[0016]步骤1)中SAP的加入方式为与水泥干拌，以避免加水拌合时SAP 颗粒的团聚。
[0017]步骤1)中SAP的掺量为水泥质量的2％～5％，大掺量SAP以提高砂浆的透气性。
[0018]步骤2)中细砂的粒径范围为0.5
‑
2mm，选择细砂以避免大颗粒骨料导致砂浆的透气性降低。
[0019]步骤2)中所制备砂浆的水胶比为0.5～0.8。较高的水胶比保障砂浆均匀良好的透气性。
[0020]步骤4)中SAP孔的尺寸范围为0.2～10mm。
[0021]步骤4)中SAP孔的间距为0.5～2mm。
[0022]本专利技术还涉及利用SAP孔体系进行CO2捕捉的应用。
[0023]提高砂浆CO2捕捉能力的关键是提升砂浆的透气性，进而降低 CO2在砂浆中的传输难度和促进砂浆的碳化反应。本研究利用SAP 的膨胀和收缩行为在混凝土中引入SAP孔体系。由于SAP与砂浆相容性好，SAP掺入方式为与水泥干拌均匀，随后加入细砂和拌合水制备砂浆。同时采用细颗粒河砂和提高砂浆的水胶比，以进一步增强砂浆的透气性。可见，本方法操作简单。SAP孔之间的间距和SAP孔的尺寸可通过改变干SAP颗粒的粒径、吸水能力和掺量进行调控，因此可对SAP孔体系的特性进行深度设计，从而为实现CO2的高效捕捉提供可行的技术。
[0024]本专利技术的特点及优良效果如下：
[0025](1)试验方法简单、易操作，SAP颗粒可与原材料直接拌合。
[0026](2)通过引入SAP孔、增加水胶比和采用细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可进行CO2捕捉的含SAP孔体系透气砂浆的制备方法，步骤如下：1)将水泥和干SAP颗粒置于砂浆搅拌机中干拌至两者拌合均匀；2)加入细砂继续干拌至原材料混合均匀，随后加入溶有减水剂的拌合水；3)待SAP吸水膨胀且砂浆工作性稳定后，将含SAP的砂浆置于试模中成型，砂浆硬化后脱模并在养护箱中进行养护，养护过程中砂浆内部湿度的降低导致SAP颗粒收缩并产生SAP孔体系；4)改变砂浆中SAP的掺量和吸水能力可获得不同特性的SAP孔体系；5)将完成养护的砂浆试块置于环境中，SAP孔体系的存在降低了CO2在砂浆中扩散的难度，从而提高CO2的捕捉效率。2.如权利要求1中所述的含SAP孔体系透气砂浆的制备方法，其特征是步骤1)中所选水泥为P
·
O 42.5水泥；所选SAP为颗粒状，其材质为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海涛，王伟，江梦莹，张广田，牛兆霞，高艳秋，孙鸿斌，孙式磊，袁维，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：