一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，主要包括以下步骤：(1)将高贝利特硫铝酸盐水泥与水混合，并在搅拌过程中通入精确剂量的二氧化碳，所述高贝利特硫铝酸盐水泥的中值粒径≤18μm，硅酸二钙含量为35

【技术实现步骤摘要】
一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法


[0001]本专利技术属于利用二氧化碳制备水泥基复合材料的
，具体涉及一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法。

技术介绍

[0002]水泥作为世界上使用量最大的建筑材料之一，其生产向环境中排放了大量的二氧化碳，生产1吨水泥熟料可产生约0.98吨二氧化碳。然而，据估计，水泥生产过程中约43％的二氧化碳排放可以通过在整个生命周期中碳化进行抵消。因此，加速碳化养护水泥基材料成为了一种封存二氧化碳的有效途径，在碳化养护过程中，溶解在孔隙溶液中的二氧化碳可与水泥基材料中的水化硅酸钙凝胶(C
‑
S
‑
H)与氢氧化钙(CH)等反应生成碳酸钙(CaCO3)填充孔隙，或与铝相反应生成半碳铝酸盐(MC)以达到提高水泥基材料早期强度的效果。然而由于二氧化碳仅能与水泥基材料表面接触导致碳化程度低，而通过增加二氧化碳压力或增加碳化时间又会产生额外的耗能，且此种碳化养护方式需要大型养护设备，因此，只能运用在预制水泥基材料制品领域。
[0003]为了进一步扩大运用范围及增加碳化效率，有学者提出在搅拌水泥基材料的过程中注入一定量的二氧化碳，但存在以下几方面的问题：(1)仅能提升早期强度，后期强度提升不明显；(2)在密闭搅拌仪器中搅拌时，当注入超过1wt.％水泥基材料质量的二氧化碳时，工作性能显著降低，导致样品产生大量孔隙从而强度降低；(3)由于仅能在搅拌的短短几分钟内注入二氧化碳，导致水泥基材料的二氧化碳吸收效率低，通常水泥基材料制品28天二氧化碳吸收量为4
‑
5wt.％。目前公开的相关专利，如，CN114919068A公开了一种利用二氧化碳制备水泥基泡沫材料的方法，利用加有发泡剂的泡沫水加入水泥基干料中搅拌并持续喷射精确剂量的二氧化碳气体，使得28天抗压强度提高42％，为5.63MPa，虽然强度提升幅度大，但最终强度依旧较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种便捷，高效，易于规模生产的高二氧化碳吸收效率及全过程高强度的水泥基材料。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，将占总胶凝材料重量5
‑
50wt.％的高贝利特硫铝酸盐水泥与水置于搅拌容器中低速混合搅拌90
‑
120s，然后高速搅拌，并在搅拌过程中持续通入占总胶凝材料质量0.05
‑
6wt.％的二氧化碳气体，所述水与高贝利特硫铝酸盐水泥的重量比为0.2
‑
2，所述高贝利特硫铝酸盐水泥粒径D
10
为2.2
‑
3.0μm，中值粒径D
50
≤18μm，D
90
为68
‑
75μm，硅酸二钙含量35
‑
45wt.％，无水硫铝酸钙含量20
‑
40wt.％。
[0008]步骤二，向步骤一中搅拌完成的水泥浆体中加入占总胶凝材料重量50
‑
95wt.％的硅酸盐水泥及水后搅拌均匀，所述水与硅酸盐水泥的重量比为0.3
‑
0.8。
[0009]前述的一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，所述步骤一中的搅拌容器为密封搅拌器，所述低速搅拌速度为60
‑
90r/min，高速搅拌速度为320
‑
400r/min，高速搅拌过程中二氧化碳气体持续通入时间应等于总高速搅拌时间的3/5～4/5，所述二氧化碳气体浓度为10
‑
99.9％。
[0010]前述的一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，所述步骤二中的硅酸盐水泥中的化学成分氧化钙含量为68
‑
75wt.％。
[0011]前述的一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，所述步骤一和步骤二的累积用水量与总胶凝材料的水灰比为0.4
‑
0.6，当步骤一中的高贝利特硫铝酸盐水泥与步骤二中的硅酸盐水泥的质量比≥0.68，且步骤一中通入的二氧化碳气体质量≥3wt.％时，步骤一中水与高贝利特硫铝酸盐水泥的重量比应≥0.5。
[0012]前述的一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料制备完成后，置于相对湿度≥95％，温度为20
±
2℃环境标准养护。有益效果
[0013]与现有技术相比，本专利技术利用具有快速反应机制的高贝利特硫铝酸盐水泥先与水搅拌快速水化生产大量水化氢氧化铝凝胶(AH3)及钙矾石(Aft),由于水化产物Aft具有易被碳化的潜质，在搅拌过程中持续通入二氧化碳可有效的增加二氧化碳吸收效率，在搅拌的短短几分钟内，样品28天二氧化碳吸收量可达约7.3wt.％，相对于硅酸盐水泥样品28天的二氧化碳吸收量约4
‑
5wt.％，可提高约46
‑
82％的二氧化碳吸收量，大大的提升了二氧化碳吸收效率。此外，Aft与二氧化碳快速反应促进了水化及碳化反应，生成更多的AH3、碳酸钙(CaCO3)并可能额外产生部分Aft，可提升约37％的早期强度。
[0014]由于在搅拌高贝利特硫铝酸盐水泥过程中注入二氧化碳可有效的激发水泥中硅酸盐矿物的潜在活性，当加入硅酸盐水泥后，一方面强化了C
‑
S
‑
H凝胶，另一方面使得在养护后期生成了链长更长的C
‑
A
‑
S
‑
H凝胶，可使后期抗压强度提高约14MPa,提升约三个混凝土强度等级。同时，高贝利特硫铝酸盐水泥由于煅烧温度较硅酸盐水泥低从而成本低，此外，可减少约30
‑
50％的二氧化碳排放。若用于此方法制备水泥基材料(如，混凝土)，一方面由于其操作便捷，可规模化生产；另一方面，可间接减少水泥导致的二氧化碳的排放，同时由于强度等级的提高，在保持同一强度等级时，可大大减少水泥等胶凝材料的用量。
附图说明
[0015]图1为实施例1与实施例2热重分析图。
[0016]图2为实施例1与其对比例的傅立叶变换红外吸收光谱分析图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施案例对本专利技术做详细说明，但不作为对本专利技术限制的依据。
[0018]实施例1，一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，制备时，包括以下步骤：
[0019]步骤一，将占总胶凝材料重量10wt.％的高贝利特硫铝酸盐水泥与水以1:1的重量
比混合，并以90r/min低速搅拌90s，然后以400r/min高速搅拌150s，在高速搅拌的过程中持续通入占总胶凝材料重量3wt.％的二氧化碳气体。
[0020]步骤二，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，先将占总胶凝材料重量5
‑
50wt.％的高贝利特硫铝酸盐水泥与水置于搅拌容器中混合搅拌90
‑
120s，然后高速搅拌，并在搅拌过程中持续通入占总胶凝材料质量0.05
‑
6wt.％的二氧化碳气体，所述水与高贝利特硫铝酸盐水泥的重量比为0.2
‑
2，所述高贝利特硫铝酸盐水泥粒径D
10
为2.2
‑
3.0μm，中值粒径D
50
≤18μm，D
90
为68
‑
75μm，硅酸二钙含量35
‑
45wt.％，无水硫铝酸钙含量20
‑
40wt.％。步骤二，向步骤一中搅拌完成的水泥浆体中加入占总胶凝材料重量50
‑
95wt.％的硅酸盐水泥及水...

【专利技术属性】
技术研发人员：林忠财，罗双，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：