【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低碳建筑材料，具体是一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法及制备方法。
技术介绍
1、在全球范围内，建筑行业是碳排放量较大的几个行业之一，其碳排放总量占全球碳排放的五分之一以上。在我国，建筑业是国民经济的支柱产业，其碳排放量亦不容忽视，成为亟待解决的重要环境问题。根据《2023中国建筑与城市基础设施碳排放研究报告》显示，2021年我国建材生产阶段二氧化碳排放总量为17.0亿吨，占全国能源相关碳排放的比重为16％。其中，水泥基材料碳排放为2.5亿吨占总量的15％。而在建筑隐含碳排放中，混凝土与水泥制品的碳排放比例更是将近50％。鉴于此，中央及各地方政府先后出台多项政策，推进建材节能降碳。特别是国务院印发的《2024—2025年节能降碳行动方案》中，明确提出了推进建材行业节能降碳改造。因此，混凝土等建筑材料的节能降碳工作显得尤为迫切。
2、当前，混凝土材料的减碳策略主要包括以下几个方面：采用低碳水泥，旨在减少水泥生产过程中的碳排放；增加固体废弃物的资源化利用，不仅有助于降低碳排放，还能减少对自然资源的消耗；应用碳封存技术，捕获二氧化碳并将其储存在混凝土中。在这些措施中，前两项已经被广泛应用。现有技术中，专利cn 118084406 a公开了一种低碳型混凝土及其制备方法，以粉煤灰，矿渣粉等固废作为前驱体，并使用含有电石渣碱激发粉料和水玻璃的混合物作为碱激发剂，制备低碳型混凝土。专利cn 118005358 a公开了一种煤矸石替代水泥调控强度的低碳混凝土及其制备方法，通过控制煤矸石的替代量，降低混凝土的碳排放。专利
3、对于二氧化碳捕集和封存技术，集中于对混凝土材料的碳化方面。专利cn117964270a公开了一种免烧超轻高强固碳型再生轻集料的制备方法及应用，使用再生轻集料浸泡ca(oh)2溶液后晾干，进一步与固废电渣粉、矿渣粉组成的碱性废渣搅拌制，经充分碳化之后，得到免烧固碳型的轻骨料。然而，该类方法存在碳化效率低和固碳量小的问题。此外，在碳化过程中，混凝土材料的碱度降低，将会削弱钢筋表面的钝化膜，促进钢筋锈蚀。因此，并未在实际工程中大规模推广应用。
4、综上所述，传统的混凝土设计未考虑碳管理，可能导致建筑项目的后期碳核算中存在潜在风险；此外，传统低碳混凝土制备着眼于水泥材料替换与碳化，视角有一定的局限。因此，迫切需要开发一种预先考虑碳排放量的，经济成本低的低碳混凝土设计方法及其制备方法，以推动建筑行业绿色低碳转型，实现行业可持续发展。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法及制备方法。本专利技术从广义的角度，将甘蔗渣生物炭中所含的碳定义为已捕集、矿化、封存的二氧化碳，赋予其负碳材料的特性。通过使用造壳包裹的方式，对甘蔗渣生物炭进行改性，以增强其力学性能，保证负碳轻骨料的强度满足要求。在配合比设计阶段，本专利技术以实现碳排放量降至零或更低为目标，对原材料进行调配，以达到碳排放量与强度兼顾的设计需求。此外，为进一步降低碳排放量并确保负碳目标，本专利技术在混凝土原料中使用再生砂，再生微粉，拜尔赤泥粉和矿渣等固体废弃物，降碳的同时也降低成本，为低碳混凝土材料提供一种可行的设计思路。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，包括如下步骤：
4、步骤a1：根据实际工程需求，确定混凝土强度等级，采用负碳轻骨料、再生砂、固废胶凝材料、碱激发剂、减水剂和水为原材料，确定初始配合比；
5、步骤a2：获取各原材料及其运输和制备过程的碳排放因子，计算初始配合比下混凝土的隐含碳排放量，并判断是否小于0；
6、步骤a3：调整初始配合比使碳排放量小于0，得到试验配合比；
7、步骤a4：按照试验配合比开展试验验证，检测混凝土的强度，并判断是否满足工程需求；
8、步骤a5：根据试验结果降低水灰比，以确保混凝土强度要求，最终得到负碳混凝土配合比。
9、进一步地，步骤a1中所述的负碳轻骨料为核壳型负碳轻骨料，是以甘蔗渣生物炭为核材料，使用壳材料封存生物炭中的碳，实现隐含碳排放量为负值；制备方法如下：
10、步骤b1：以质量份计，称取再生微粉20-50份，拜耳赤泥粉20-30份，矿渣25-50份，硅酸钠1-4份，置于混料机中，混合均匀得到壳材料；
11、步骤b2：以甘蔗渣生物炭为核材料，按质量份计，称取核材料10-20份，与步骤b1得到的壳材料置于造粒机中，匀速混合3min，得到混合料；
12、步骤b3：连续造粒15min，期间，向混合料中均匀喷洒质量份为20-30份的水，继续运行3min，使轻骨料更加密实；
13、步骤b4：将轻骨料球碳养护1天，所述碳养护条件为：控制温度为25±2℃，湿度50％±2％，co2浓度为20％±2％，随后放入水中养护至7-28天，得到负碳轻骨料成品；
14、步骤b5：根据材料、运输和制备工艺，确定负碳轻骨料的隐含碳排放量。
15、进一步地，步骤a2所述的计算初始配合比下混凝土的隐含碳排放量，通过下式计算：
16、totalc＝mc+tc+pc
17、其中，totalc为混凝土总隐含碳排放量；mc为原材料的碳排放量；tc为原材料运输过程的碳排放量；pc为各制备工艺的碳排放量；各自的计算方式如下：
18、
19、其中，cm,i为单位质量各原材料的碳排放因子；ct,i为运输工具的碳排放因子；cp,i为制备单位质量混凝土工艺的碳排放因子；mi为各原材料质量；li为运输距离；mt为各原材料的质量和。
20、进一步地，步骤a3所述的调整初始配合比，具体为：
21、若totalc小于或等于0，则不做调整；若totalc大于0，则增加负碳轻骨料，增加的质量按下式计算：
22、totalc＝(cm,la+ct,la)mla
23、其中cm,la为单位质量负碳轻骨料的碳排放因子；ct,la为运输单位质量负碳轻骨料的碳排放因子；mla为负碳轻骨料的质量。
24、更进一步地，所述甘蔗渣生物炭为制糖厂固体废弃物甘蔗渣经热解后制得，粒径范围为1.18-4.75mm。
25、更进一步地，所述甘蔗渣生物炭的隐含碳排放量为-2300kg co2-eq/m3。
26、本专利技术还提供一种负碳轻骨料混凝土的制备方法，采用所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法得到配合比，进行包括如下步骤的操作：
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【技术保护点】
1.一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤A1中所述的负碳轻骨料为核壳型负碳轻骨料，是以甘蔗渣生物炭为核材料，使用壳材料封存生物炭中的碳，实现隐含碳排放量为负值；制备方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤A2所述的计算初始配合比下混凝土的隐含碳排放量，通过下式计算：
4.根据权利要求1所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤A3所述的调整初始配合比，具体为：
5.根据权利要求2所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述甘蔗渣生物炭为制糖厂固体废弃物甘蔗渣经热解后制得，粒径范围为1.18-4.75mm。
6.根据权利要求2所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述甘蔗渣生物炭的隐含碳排放量为-2300kg CO2-eq/m3。
7.一种负碳轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的一种负碳
8.根据权利要求7所述的一种负碳轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤C3所述的再生微粉为废弃混凝土破碎、筛分与研磨后所得，参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2017)进行测试，抗压强度比大于0.65。
9.根据权利要求7所述的一种负碳轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，步骤C3中所述的再生砂为废弃混凝土中的砂浆块经过破碎、筛分与颗粒整形后所得，为Ⅱ类及以上。
10.权利要求7所述的制备方法制备得到的一种负碳轻骨料混凝土，其特征在于，所述混凝土的28天抗压强度为27-40MPa，隐含碳排放量小于0，适用于绿色低碳建筑中。
...【技术特征摘要】
1.一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤a1中所述的负碳轻骨料为核壳型负碳轻骨料，是以甘蔗渣生物炭为核材料，使用壳材料封存生物炭中的碳，实现隐含碳排放量为负值；制备方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤a2所述的计算初始配合比下混凝土的隐含碳排放量，通过下式计算：
4.根据权利要求1所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，步骤a3所述的调整初始配合比，具体为：
5.根据权利要求2所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述甘蔗渣生物炭为制糖厂固体废弃物甘蔗渣经热解后制得，粒径范围为1.18-4.75mm。
6.根据权利要求2所述的一种负碳轻骨料混凝土配合比设计方法，其特征在...
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