[发明专利]一种生物炭混凝土

说明书

技术领域

本发明属于环境生态工程领域，具体涉及一种生物炭混凝土的原料配方、原料性质和制作过程。

背景技术

生物炭是农林废弃物在氧气供应不充足条件下通过低温(<700℃)热裂解而形成的一类具有稳定结构、髙度芳香度的富碳固体化合物。生物炭的来源十分广泛，可以源自农林废弃物。农林废弃物除了极少一部分用于燃料、动物饲料、酿酒发酵的填料和田间肥料外，大部分直接废弃或者野外焚烧，对环境质量安全造成极大的危害。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由胶凝材料，骨料、水等按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。由于城市化、交通基础设施和水力基础设施的建设，混凝土已经是地球上人工建造的最大体量的建筑体。混凝土对社会经济发展具有重要的意义，其社会和经济意义不可替代。

然而，生产混凝土需要大量水泥，生产水泥需要释放大量的二氧化碳，导致温室效应加剧。而且生产混凝土伴随着多种环境问题，如热岛效应、水分渗透性下降、生物生活环境破坏、水土流失等。随着人民生活水平及社会环保意识的提高，开发绿色环保型混凝土具有重要的环境意义。

目前国内外应对温室效应采用的碳封存技术有：地质封存、海洋封存、矿石碳化、工业利用、生态封存等。地质封存利用类似自然界中地质封存天然气等气体的原理对碳进行封存，封存潜力大，被普遍认为是未来主流的方式，但此技术工程量比较大，技术要求高，后期维护具有一定风险性。海洋封存是通过海上管道或者轮船输送到封存地，然后经过高压注入到海洋中的一种封存技术，封存量大，但该技术涉及技术经济、环境影响等一系列复杂的问题有待解决，故目前尚处于探索阶段。矿石碳化是利用碳与金属氧化物发生反应生成稳定的碳酸盐，从而将碳永久性地固化起来，此技术要增加反应速率，非常耗能，因此该技术发展潜力并不乐观。工业利用是以碳作为填料形式生产各种含碳化学物的封存技术，但是其效率不高，而且其封存时间较短。生态封存是环境友好型封存，是重要的碳封存技术，包括造林绿化固定二氧化碳、农田施用生物炭改善土壤环境，同时也把炭封存在土壤中。碳的生态封存是一种方便操作的低成本的封存方式。但是，通过造林绿化的生态封存，周期长；生物炭施入农田，施用量过大会影响耕作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能改善混凝土性能，同时具有环保功能的混凝土建筑材料。

本发明的技术方案是：一种生物炭混凝土，所述的混凝土组成原料质量比为：水泥：砂：石料：水＝1：1.00-3.16：1.00-4.36：0.40-0.60，按照生物炭质量占水泥质量0.01％-30％水泥的质量。

所述的混凝土组成原料质量比为：水泥：砂：石料：水＝1：2.00-3.16：3.00-4.36：0.50-0.60，按照生物炭质量占水泥质量1％-30％代替水泥的质量。

所述的生物炭的基本性质如下表1：

所述的水泥的基本性质如下表2：

所述的砂和碎石的性质如下表3：

所述的水为饮用水。

一种生物炭混凝土的制备方法，利用水泥搅拌设备制作混凝土，将生物炭粉、砂、石料、水泥、和水同一时间充分混合，进行搅拌，其中搅拌时间要比普通混凝土搅拌时间长5-10％。

本发明的有益效果：所述生物炭混凝土就是针对社会经济发展中不可替代性和环保生态功能的重大需求的发明，一方面生物炭混凝土具有比普通混凝土更高的韧性和硬度，因为从结构化学理论可知，炭元素的不同排列能够改变和增强物质的强度和韧性，有如金刚石，生物炭的掺和改变了混泥土的微观结构，改变混泥土的强度和韧性；生物炭混凝土也具有更小的塌落度，因此可以提升普通混凝土的工程性能和施工性能，维持或提升混凝土的经济属性。另一方面，生物炭混凝土可封存碳，使生产水泥释放二氧化碳，通过生物炭永久封存在混凝土中，这具有很大的生态环保价值。生物炭混凝土封存碳属于生态封存的一种，与现有的的封存技术比，操作简单，成本低。由于混泥土一般风化完全需要500年以上，所以通过混泥土炭的封存时间可达500年。

另外，生物炭混凝土由于炭的掺入，使混凝土具有了生命特征，如更多的孔隙性、渗透性，生物附着能力提升，使混凝土具有呼吸；生物炭混凝土热容量增大，对减轻热岛效应具有一定作用。因此，生物炭混凝土具有绿色环保特性。

标准养护28t后，1％水平的生物炭替代水泥掺量对混凝土的强度的表达是有显著增强。