【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，属于绿色混凝土。
技术介绍
1、水泥有多种用途，其中最重要的是作为混凝土的胶凝材料。水泥约占混凝土重量的12％。全球水泥年消费量高达数十亿吨。在多种水泥类型中，硅酸盐水泥是最受欢迎的。然而，生产水泥是一种污染活动，在水泥生产过程中二氧化碳排放约占全球二氧化碳排放的5％。我国水泥的生产和消费量占全球的一半以上，水泥生产过程的二氧化碳排放占国家总排放量的比例高达12％。空气中的温室气体约77％来自二氧化碳，二氧化碳浓度增加是全球变暖的核心原因。全球变暖是一个影响地球社会生态环境的关键因素，已经引起海平面和温度上升、海洋酸化和全球冰层厚度减少等问题。
2、矿渣是一种产量大、价格低廉的工业固废，在生产过程中不会释放大量二氧化碳，用矿渣代替部分水泥是减少混凝土生产中碳排放的一种有效的方法。但在实际工程中出现了干缩大、早期强度低等问题。加入活化剂可以解决这些问题，氢氧化钠和硅酸钠是常用的矿渣活化剂，也是最有效的，但这两种活化剂都不是天然产生的，需要耗费大量的能源来生产。封存二氧化碳也是降低二氧化碳浓度的重要途径，二氧化碳通过碳酸化反应与矿物结合，实现永久封存，碳酸化产物可以在矿渣水化时起到活化作用。有希望将矿渣的碳化产物作为氢氧化钠、硅酸钠等非天然矿渣活化剂的替代品。目前矿渣封存二氧化碳存在二氧化碳封存量少的问题，并不能解决矿渣混凝土干缩大、早期强度低的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，包括如下步骤：
4、(1)称取一定质量的矿渣、硅铝化合物和蒸馏水，在搅拌机中预混后，投入以氧化铝做球磨介质的球磨罐中；
5、(2)使用充气泵向球磨罐中通入co2废气，当罐内气体压强达标时关闭充气泵；
6、(3)启动球磨机，以400～600rpm/min的速率研磨10～20min后，静置，重复步骤(2)后继续研磨，重复多次直至通入规定质量m的co2废气被矿渣混合物完全反应或吸附，当通入最后一次co2废气不足以使罐内气体压强达标时，采用氮气填充至罐内气体压强达标，全程使用工业空冷机控制球磨罐温度为20±2℃；
7、球磨罐的进料口设有进气阀，进气阀连接充气泵，出料口设有出气阀与压强计，使用进气阀与出气阀控制co2废气的通入与排出，通过压强计监测罐内压强来判断罐中co2是否充满与反应完全，通co2废气前，应通10分钟氮气以排尽罐内空气。
8、(4)采用激光粒度分析法测定矿渣和硅铝化合物的混合物的中值粒径，中值粒径不满足要求则需继续在氮气中继续球磨直至得到满足要求的矿渣和硅铝化合物混合物，矿渣和硅铝化合物混合物与水泥、粗细骨料共同制备矿渣混凝土；研磨过程中：co2一部分溶于水后与混合物中的钙、镁离子反应产生碳酸盐，另一部分被矿渣混合物物理吸附在孔隙间。硅铝化合物的加入增大了混合物的孔隙度，使能吸附更多co2；球磨机对矿渣混合物的机械作用，能促进矿渣吸附co2，增加所吸附的co2质量，提高矿渣的水化活性；
9、研磨过程中：co2一部分溶于水后与矿渣混合物中的钙、镁离子反应产生碳酸盐，另一部分被矿渣混合物物理吸附在孔隙间。硅铝化合物的加入增大了混合物的孔隙度，使能吸附更多co2；球磨机对矿渣混合物的机械作用，能促进矿渣吸附co2，增加所吸附的co2质量，提高矿渣的水化活性。
10、(5)将步骤(4)得到的矿渣和硅铝化合物的混合物与硅酸盐水泥混合，得到矿渣水泥混合物，按水与矿渣水泥混合物(0.35-0.41)：1的质量比加入水，与一定质量的粗细骨料搅拌制备矿渣混凝土；
11、粗骨料采用最大粒径为7-9mm的花岗岩，细骨料采用天然砂，粗细骨料混合后细度模数为4.0-4.5。矿渣混凝土水化过程中，步骤(3)中吸附的co2会发生有益的碳酸化反应，促进水化；硅铝化合物中的活性二氧化硅、氧化铝与水泥水化放出的氢氧化钙反应生成稳定的硅酸钙水化物(csh)胶凝及水化铝酸钙。由于消耗了氢氧化钙，又会促进水泥的水化反应。
12、(6)将步骤(5)得到的矿渣混凝土浇筑到模具中，振动3min密实，然后将模具密封在22±2℃温度、≥90％相对湿度下养护24h，脱模，标准环境养护至规定龄期。
13、本专利技术的原理为：
14、矿渣、水和硅铝化合物在co2废气中机械球磨，一部分co2溶于水和矿渣-硅铝混合物中的钙镁反应形成碳酸盐；一部分co2进入矿渣混合物孔隙中物理吸附在颗粒上，球磨过程开始会使矿渣混合物(即矿渣和硅铝化合物的混合物)粒径变小直至中值粒径达到要求，但随着进一步的球磨，输入的能量会变为机械作用来促进矿渣混合物吸附co2。
15、co2溶于水和矿渣混合物中的钙镁反应形成碳酸盐，碳酸盐可以起到良好的填充、成核作用，也可以作为矿渣混凝土水化时的活化剂。碳酸化反应大致如下：在co2废气环境中，常温高压状态下，矿渣中的活性碱土金属氧化物(cao、mgo)溶解，在水介质中发生水解，释放出氢氧根离子，使混合物ph值上升，混合物表现出强碱性从而有很强的捕捉、封存co2能力；co2溶于水生成碳酸，与混合物中氢氧根离子和钙、镁离子迅速反应，导致混合物ph值开始下降并生成碳酸盐，反应式如下：
16、cao+h2o＝ca(oh)2
17、ca(oh)2＝ca2++2oh-
18、
19、
20、
21、
22、ca2++hco3-＝caco3+h+
23、
24、mgo+h2o＝mg(oh)2
25、mg(oh)2＝mg2++2oh-
26、
27、
28、
29、
30、mg2++hco3-＝mgco3+h+
31、
32、在机械研磨的过程中，当co2与矿渣混合物中活性碱土金属氧化物(cao、mgo)反应完全后，混合物颗粒表面仍能吸附一部分co2，吸附的co2质量与混合物孔隙率有关。偏高岭土的颗粒大小在2μm到10μm之间，颗粒形状是弯曲细小的管状，因此比表面积相对较大，孔隙率与比表面积密切相关，孔隙率大有助于更好地吸附co2。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(1)中，当矿渣质量已知，球磨罐中掺入硅铝化合物的质量按下式计算：
3.根据权利要求2所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(1)中加入的蒸馏水的质量与矿渣硅和铝化合物总质量之比为0.1：1。
4.根据权利要求3所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，所述硅铝化合物为富含SiO2与Al2O3的建筑材料，包括但不限于偏高岭土、粉煤灰及两者的混合物。
5.根据权利要求3所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(2)中，当压强达到190～210KPa时，优选为200KPa，视为罐内气体压强达标。
6.根据权利要求5所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(3)中，球磨机的速率研磨优选为500rpm/min的15min后，静置10m
7.根据权利要求5所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(4)中，矿渣和硅铝化合物混合物的中值粒径为8.8-9.2微米为满足要求。
8.根据权利要求7所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，矿渣和硅铝化合物的混合物所需反应和吸附的CO2总质量为：
9.根据权利要求8所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(5)中，根据矿渣和硅铝化合物的混合物的质量确定硅酸盐水泥用量：
10.根据权利要求9所述的基于矿渣、硅铝化合物与CO2废气制备混凝土的方法，其特征在于，所述硅铝化合物为偏高岭土，矿渣、偏高岭土和蒸馏水的质量份分别为27份、3份、3份；球磨罐中氧化铝50份；
...【技术特征摘要】
1.一种基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(1)中，当矿渣质量已知，球磨罐中掺入硅铝化合物的质量按下式计算：
3.根据权利要求2所述的基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(1)中加入的蒸馏水的质量与矿渣硅和铝化合物总质量之比为0.1：1。
4.根据权利要求3所述的基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，其特征在于，所述硅铝化合物为富含sio2与al2o3的建筑材料，包括但不限于偏高岭土、粉煤灰及两者的混合物。
5.根据权利要求3所述的基于矿渣、硅铝化合物与co2废气制备混凝土的方法，其特征在于，步骤(2)中，当压强达到190～210kpa时，优选为200kpa，视为罐内气体压强达标。
6.根据权利要求5所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛智，宋郝蒙，房海波，魏成行，张洪智，杜志浩，万田涛，李景轩，姜松含，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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