一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料及其制备方法技术

本发明专利技术属于绿色建材技术领域，提供了一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料及其制备方法。生物炭作为关键材料为CO2扩散传输提供通道并起到CO2临时“储罐”作用从内部供输CO2，在传统碳化工艺基础上，碳化效率最高可提升118％，在提升骨料强度的同时降低骨料自重。所述固废轻骨料成分为：钢渣粉、砖粉、水泥、生物炭、沸石粉、稻壳灰，外加剂。本发明专利技术具有制备效率高，骨料轻质、高强，无安定性问题等优点。应用到混凝土中可以有效满足各类密度等级轻骨料堆积密度要求并作为内养护剂减少混凝土内部的湿度损失，减少混凝土自收缩。减少混凝土自收缩。减少混凝土自收缩。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料及其制备方法


[0001]本专利技术属于工业废渣利用
，具体涉及一种碳化钢渣人工轻骨料及其制备方法。

技术介绍

[0002]轻骨料混凝土目前在建筑领域有非常广泛的应用。与普通混凝土相比，轻骨料混凝土在保持较高强度的基础上，可以有效的减轻自重。目前常用的人工轻骨料为烧结法制备的人工骨料。然而采用高温烧结的方法制备轻骨料所需的温度通常超过1000℃以上，会带来巨大的能源消耗，不符合目前的发展战略。因此，采用一种节能，经济的新型人工骨料制备方法至关重要。
[0003]加速碳化技术作为一种能耗低且环境友好的绿色技术，已经被逐渐应用到骨料的硬化过程。在高CO2浓度下，含钙矿物相可以吸收二氧化碳转化为强度较高的碳酸钙来加速骨料的强度发展。这个过程不仅可以消耗CO2并能将其固定为CaCO3永久封存。用来吸收CO2的矿物有天然矿物和工业副产品，研究发现钢渣在富CO2环境中具有较高的碳化反应活性，是良好的碳化原材料。
[0004]钢渣是炼钢过程中产生的工业副产品，目前我国钢渣累计堆存量超过11亿吨，但综合利用率不足20％，大量钢渣处于堆存或填埋状态，浪费土地资源。钢渣水化活性低和安定性不良的问题限制了钢渣在建筑材料中的大规模应用。然而，通过加速碳化的方式，钢渣可以将硅酸钙矿相和f
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CaO转化为碳酸钙，解决了安定性不良的问题。因此，越来越多的研究人员采用碳化的方式对钢渣人工骨料进行处理。公开号为CN112500011A专利申请公开了一种钢渣轻骨料及其制备方法，其利用钢渣、玻化微珠和生石灰配合，碳化养护24h后，最终得到具有胶凝活性的钢渣骨料。但该技术耗时长、效率低，固废利用率低，考虑骨料用量大，其经济性较差，难以大规模工业化。
[0005]目前阻碍碳化钢渣骨料发展的最大问题是碳化效率低。在常规碳化过程中，由于CO2只能够从骨料外部传输，碳化反应仅停留在骨料表面，只有表层的钢渣颗粒可以被完全碳化。因此在骨料外层形成致密的CaCO3层后，CO2很难进入骨料内部，而影响CO2向骨料内部的进一步扩散，这使得骨料内部的钢渣常常不能碳化完全，这是影响碳化钢渣骨料力学性能及安定性的重要问题。

技术实现思路

[0006]解决的技术问题：目前碳化钢渣骨料存在的最大问题是碳化效率低，由于CO2只能够从骨料外部传输，因此在骨料外层形成致密的CaCO3层后很难进入骨料内部。此外，骨料堆积密度大，较难应用于大型混凝土工程也是另一大亟需解决的问题。针对现有技术中存在的钢渣人工骨料制备效率低、堆积密度高、筒压强度低等问题，本专利技术提供了一种碳化钢渣轻骨料及其制备方法，利用生物炭作为关键材料，采用部分CO2吸附剂及碳化催化剂作为外加剂，一定碳化条件下加速CO2与骨料内外部钢渣中含钙、镁矿物相发生碳化反应，使骨
料结构更加致密，从而制备轻质高强的人工骨料，对于潜在的工业应用具有重要意义。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤一.钢渣粉的制备：将钢渣块放入破碎机破碎，将得到的碎钢渣放入球磨机中，得到比表面积为200
‑
400m2/kg的钢渣粉；
[0010]步骤二.人工骨料的成型：称取30
‑
100质量份的钢渣粉、1
‑
10质量份的硅酸盐水泥、1
‑
30质量份的砖粉，1
‑
15质量份生物炭，0
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15质量份沸石粉，0
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15质量份稻壳灰，按照水：灰料为0.18～0.21：1的比例喷水成型，得到粒径为5
‑
20mm的球状人工骨料；
[0011]步骤三.骨料预养护：将步骤二得到的球状人工骨料放置在相对湿度为40
‑
60％，温度为20
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60℃环境下养护3
‑
7d；
[0012]步骤四.人工骨料的碳化：将预养护后的人工骨料放入碳化釜中，通入CO2，控制碳化时间为4
‑
8h，得到碳化钢渣人工骨料。
[0013]上述方法中，所述步骤一中钢渣块为炼钢过程中的副产品钢渣。
[0014]上述方法中，步骤二中钢渣粉、硅酸盐水泥、砖粉、生物炭、沸石粉，稻壳灰的重量份数依次为30
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80份、1
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10份、1
‑
30份、1
‑
15份、0.01
‑
15、0.01
‑
15份。
[0015]上述方法中，所述步骤四中通入浓度为20
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99％的CO2，压力为0.1
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0.5MPa。
[0016]上述方法中，步骤二的水中添加质量浓度0.1
‑
0.5％乙二醇、二甘醇、甘露醇、三乙胺、甲基二乙醇胺中的至少一种。
[0017]上述方法中，所述步骤一中在水中加入0.1
‑
0.5份乙二醇，0.1
‑
0.5份二甘醇。
[0018]上述方法中，所述步骤一中在水中加入0.1
‑
0.5质量份三乙胺，0.1
‑
0.5质量份甲基二乙醇胺。
[0019]上述方法中，步骤二中钢渣粉、硅酸盐水泥、砖粉、生物炭的重量份数依次为30
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80份、1
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10份、10
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60份、1
‑
15份。
[0020]一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料，该轻骨料采用上述的方法制备得到。
[0021]有益效果：
[0022]1)人工骨料的堆积密度和筒压强度一直都是一对矛盾体，而本专利技术将生物炭作为碳化人工轻骨料的原材料，既保证了筒压强度又实现了轻质化。通过研究发现，这是由于生物炭自身具有高比表面积并对于CO2具有吸附及脱附作用。在钢渣人工骨料中掺入生物炭后，生物炭可以与CO2形成“锁链”，起到CO2临时“储罐”作用从骨料内部供输CO2，形成内碳化过程从而促进骨料内部钢渣颗粒的碳化。其外，由于生物炭的添加改变了骨料内部的堆积，因此允许更多的CO2通过生物炭颗粒内孔隙到达骨料内部，共同促进CO2在骨料内部的传输，从而提高碳化效率，提升骨料强度。另一方面，生物炭自身具有较低密度，可降低骨料堆积密度。
[0023]2)本专利技术解决了碳化钢渣骨料生产效率低的问题，碳化4h内可以制备堆积密度最低达510m2/kg，筒压强度最高可达8.9MPa的人工骨料，用其制备的混凝土28d强度可达39.8MPa，高于C30混凝土的强度要求，且满足不同密度等级骨料的需求。另外，在天然骨料资源短缺的大环境下，使用本专利技术可以减轻对天然石灰石骨料的依赖，有效缓解目前骨料行业所面临的压力，促进资源循环利用。
[0024]3)本专利技术属于轻骨料，可以有效降低混凝土的容重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一.钢渣粉的制备：将钢渣块放入破碎机破碎，将得到的碎钢渣放入球磨机中，得到比表面积为200
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400m2/kg的钢渣粉；步骤二.人工骨料的成型：称取30
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100质量份的钢渣粉、1
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10质量份的硅酸盐水泥、1
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30质量份的砖粉，1
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15质量份生物炭，0
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15质量份沸石粉，0
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15质量份稻壳灰，按照水：灰料为0.18～0.21：1的比例喷水成型，得到粒径为5
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20mm的球状人工骨料；步骤三.骨料预养护：将步骤二得到的球状人工骨料放置在相对湿度为40
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60％，温度为20
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60℃环境下养护3
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7d；步骤四.人工骨料的碳化：将预养护后的人工骨料放入碳化釜中，通入CO2，控制碳化时间为4
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8h，得到碳化钢渣人工骨料。2.根据权利要求1所述的碳化钢渣人工轻骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中钢渣块为炼钢过程中的副产品钢渣。3.根据权利要求1所述的碳化钢渣人工轻骨料的制备方法，其特征在于，步骤二中钢渣粉、硅酸盐水泥、砖粉、生物炭、沸石粉，稻壳灰的重量份数依次为30
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80份、1
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【专利技术属性】
技术研发人员：莫立武，徐茂淳，刘宗峰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：