[发明专利]固碳型非活性掺合料的制备方法及预拌混凝土组合物

说明书

本申请公开了固碳型非活性掺合料的制备方法及预拌混凝土组合物。该制备方法，包括以下步骤：A、提供建筑垃圾微粉A，其粒径≦2mm；B、将商混站沉淀池内的水泥废浆B，与建筑垃圾微粉A充分混合，形成废浆固碳材料C；C、将废浆固碳材料C在通入二氧化碳气体的条件下进行湿磨固碳。使用本方法制备得到的固碳非活性掺和料，可以在脱钙反应中使C‑S‑H凝胶及至少部分含钙镁矿物相分解成细小微粒，发挥填充效应，纳米级的微颗粒能够作为水泥水化结晶阶段的成核位点，打破势能壁垒，加快水泥水化进程，用于混凝土的生产减少了水泥用量的同时，掺和料的碳化率为10％以上，碳封存效果提升，同时，不仅就地取材，而且混凝土的强度明显提升，可大范围推广。

技术领域

本申请涉及绿色混凝土和土木工程材料的技术领域，尤其涉及固碳型非活性掺合料的制备方法及预拌混凝土组合物。

背景技术

自08年以来我国建筑行业迅猛发展至今，全国建筑工地总规模不断扩张，于是建筑材料的需求也在不断提升，这导致了建筑大类的二氧化碳排放量也在逐年上涨，对于建筑的绿色化率要求也在不断提升，我国的粗钢产量已经占到了全世界的50％以上，而每生产一吨粗钢就会排放约两吨的二氧化碳，而另外一个二氧化碳排放源便是水泥，水泥作为建筑物的“肌肉”其用量巨大，水泥在生产过程中要历经“两磨一烧”的生产工艺，水泥厂每生产一吨水泥熟料便会排放约半吨二氧化碳，近年来水泥价格也在不断上涨，现在水泥的价格已经来到了620元/吨，当下找到一种方法除碳固碳的同时减少水泥用量便可以解决很多问题，水泥作为混凝土中的胶凝材料对于混凝土强度的形成起到关键作用，水泥水化生成水化产物黏合骨料使得混凝土能过够整体承载，如何对混凝土的水泥进行部分替代又不影响混凝土强度便成了问题的重点。

发明内容

有鉴于此，本申请提供固碳型非活性掺合料的制备方法及预拌混凝土组合物，在减少预拌混凝土中水泥用量的同时，获得较好的抗压强度。

基于前文所发现的技术难题，本发明人留意到，商混站会在混凝土罐车运送玩混凝土后清洗搅拌罐，于是大量的混凝土废浆留存于沉淀池之中，这些混凝土废浆浸泡于水中而且沉淀池中的水泥有新旧区别，难以区分利用，但是水泥的水化会产生氢氧化钙使得沉淀池整体呈碱性，这便为固碳反应提供了反应条件。

将商混站内大量的水泥废浆用于固碳便会得到大量的固碳产品，这些固碳产物的矿物组成除了水泥产生的水化产物之外还有碳酸盐，经过固碳过程的水泥废浆于水泥水化后的矿物组成一致，而且废浆中的杂质基本只有残留的细沙，这些也是混凝土中所含有的成分，所以这些固碳废浆可以作混凝土非活性掺和料。

本发明人意外发现上述固碳废浆具有非活性掺和料的可能性之后，并经过系统实验证实了非活性掺和料一般只能够做到不与胶凝材料发生反应，单位体积混凝土中胶凝材料的用量下降，便会使得混凝土的强度降低，所以可以使用废弃水泥的固碳产品作为混凝土的非活性掺和料，在商混站沉淀池中的混凝土废浆，历经长时间的碱性水体浸泡，有足够长的时间让水泥中含有的钙、镁离子溶出，使得沉淀池中的混凝土废浆水化产生大量的氢氧化钙，这为碳化反应提供了反应条件。

利用湿磨固碳对混凝土废浆进行处理时，搅拌轴能够将原本黏稠的混凝土废浆搅拌开，充分与高浓度二氧化碳接触，而且在研磨介质的撞击作用下，能够将结块的水泥击碎，使得水泥碎块不断暴露出新鲜表面与高浓度二氧化碳相接触，大大提升了废弃水泥的固碳效率，高转速的湿磨机还能够将废弃浆料中的细小颗粒研磨至更小的粒径，暴露出新鲜表面，从而再次提升总体固碳量，在此过程中，废水泥与建筑垃圾微粉中经充分水化后产生的C-S-H凝胶及含钙镁的矿物相，会与CO₂结合后发生脱钙反应，在固碳的同时完成脱钙分解，在浆料内部生成碳化产物的同时，还会生成大量纳米级微颗粒，将这种富含纳米级微颗粒的固碳浆料作为非活性掺和料用于混凝土的生产，在节约水泥降低成本的同时，这些在脱钙反应过程中生成的微颗粒不仅可以起到填充效应，密实混凝土结构，而且这些微颗粒中更细的、纳米级的微小颗粒可以作为成核位点，打破水泥诱导期的势能壁垒，加快水泥的水化进度，宏观的表征即是混凝土的早期强度及后期强度均有明显提升。