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CN110590260B - 一种利用二氧化碳改善再生混凝土性能的方法 - Google Patents

一种利用二氧化碳改善再生混凝土性能的方法 Download PDF

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CN110590260B CN201910968074.7A CN201910968074A CN110590260B CN 110590260 B CN110590260 B CN 110590260B CN 201910968074 A CN201910968074 A CN 201910968074A CN 110590260 B CN110590260 B CN 110590260B
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Abstract

本发明目的在于提供一种利用二氧化碳改善再生混凝土性能的方法。该方法是将富含钙的Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液。然后，往该溶液通入二氧化碳气体至溶液被完全碳化，之后加入水泥与第一步中生产的溶液混合搅拌60s，再加入再生粗骨料搅拌60s，最后倒入砂子和天然粗骨料，充分搅拌120s得到混凝土拌合物。由本发明方法制得的再生混凝土抗压与抗折强度都有一定提高，而且此方法能够固定大气中的二氧化碳。此方法为CO2及再生骨料的推广及应用提供方向，拓展了它们的应用范围，具有重要的理论价值和显著的经济、环保效益，对混凝土发展有较大意义。

Description

一种利用二氧化碳改善再生混凝土性能的方法
技术领域
本发明涉及资源回收利用及建材领域，具体涉及一种利用二氧化碳改善再生混凝土性能的方法。
背景技术
随着中国经济的快速发展，自然资源短缺和环境污染问题越来越严重。建筑业作为一个高消耗行业，每年都在消耗大量的自然资源。有资料显示，中国目前的砂石骨料年用量超过200亿吨，是目前开采量最大的矿产资源。同时，随着城市化进程的不断推进，新城市建筑量、老城区拆迁量以及城中村的改建量都在飞速增长，导致建筑废弃物越来越多。目前，我国每年大约产生20多亿吨建筑废弃物，约占城市垃圾总数量的30％～40％。废弃物破碎、筛分后回收做成再生骨料，部分或者全部代替天然骨料，不仅可以解决很多地区天然骨料缺乏问题，而且还可以减少环境污染，节省建筑废弃物的填埋用地，有利于建筑行业的可持续发展。然而，不同于天然骨料，再生混凝土骨料的表面存在旧的砂浆，并且在破碎的过程中，废弃混凝土受到碰撞、研磨，导致再生骨料里面产生很多微裂纹。再生骨料内部微裂纹和附着的旧水泥砂浆导致再生骨料的吸水率、孔隙率、和压碎值增大，从而使得再生混凝土性能明显比普通混凝土差，极大地局限再生混凝土的使用。因此，有必要研究提高再生混凝土性能方法。
另一方面随着社会的发展，人类生产生活过程中，产生了大量的二氧化碳，也间接导致了全球变暖，作为绿色建材的发展方向，此方法十分重要的一面是能够固定大气中的二氧化碳，通过理论计算，假设可以100％碳化，那么1吨的水泥可以吸收0.5吨的二氧化碳，形成1.5吨的固体碳酸钙和硅胶。目前9～20％的二氧化碳已被大量水泥吸收，二氧化碳养护技术有很大的潜力创造出高质量、耐久性好和可持续性的水泥制品。
目前通过二氧化碳改善混凝土性能的方法，主要是利用二氧化碳养护混凝土，二氧化碳进入混凝土可以与未水化的水泥颗粒(主要是硅酸三钙、硅酸二钙)和水泥水化产物(主要是水化硅酸钙、氢氧化钙)反应，生成碳酸钙和硅胶，填充混凝土孔隙，从而提升混凝土的性能。但是碳化速度仍然是这种技术的主要障碍。这是因为早期混凝土的碳化速率取决于二氧化碳向混凝土基质中的扩散，扩散速度非常缓慢的。此外，碳化产物CaCO3颗粒可以填充混凝土基质中的孔隙，使CO2的扩散更加困难。
发明内容
本发明直接将CO2通入浆料中，因此消除了二氧化碳养护混凝土技术中CO2通过混凝土基质的缓慢扩散过程。此工艺为CO2和再生骨料的推广及应用提供方向，拓展了再生混凝土的应用范围，具有重要的理论价值和显著的经济、环保效益，对混凝土发展有较大意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
步骤一，将富含钙的Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液。然后，往该溶液通入二氧化碳气体至溶液被完全碳化；
本发明直接将CO2直接通入浆料中，因此消除了二氧化碳养护混凝土技术中CO2通过混凝土基质的缓慢扩散过程。此工艺为CO2和再生骨料的推广及应用提供方向，拓展了再生混凝土的应用范围，具有重要的理论价值和显著的经济、环保效益，对混凝土发展有较大意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
步骤一，将富含钙的Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液。然后，往该溶液通入二氧化碳气体至溶液被完全碳化；
步骤二，加入水泥与第一步中生产的溶液混合搅拌60s；
步骤三，然后加入再生粗骨料搅拌60s，之后倒入砂子和天然粗骨料，充分搅拌120s得到混凝土拌合物；
第一步中，由于CO2在环境中处于气相，不能与其他成分混合。为此我们先用Ca(OH)2溶液吸收二氧化碳。通入的二氧化碳气体首先溶解于水形成碳酸，然后碳酸水解成H+和CO3 2-，其与从熟石灰中释放的Ca2+相遇以形成纳米至亚微米的碳酸钙沉淀物。继续通入二氧化碳，一些碳酸钙将溶解形成碳酸氢钙，碳酸氢钙在水中具有更高的溶解度。因此，通二氧化碳后的熟石灰溶液含有丰富的碳酸钙颗粒，Ca2+，HCO3 -和少量的CO3 2-。此溶液与硅酸盐水泥混合后，水泥水化产生的Ca(OH)2与HCO3 -反应生成碳酸钙沉淀。纳米至亚微米的碳酸钙沉淀物可以填充再生骨料的裂缝和孔隙，还可以填充混凝土基质中的孔隙，微观结构因此更加致密。此外，预碳化方法可以在样品中产生更多的钙矾石，导致水泥的水化产物体积更大。这可以使硬化水泥的微观结构致密化，因此有助于提高混凝土性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
实施例1
一种利用二氧化碳改善自密实再生混凝土性能的方法，具体包括以下步骤：首先将Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液。然后，将二氧化碳通入该溶液至完全碳化，通过PH计测试。第二步加入水泥与第一步中生产的溶液混合搅拌60s。然后加入再生粗骨料搅拌60s，之后倒入砂子和天然粗骨料，充分搅拌120s得到混凝土拌合物。
由本实施例制作的自密实混凝土28d抗压强度和抗折强度分别增13.4％和14.4％，吸水率和孔隙率减少15％和14％。
实施例2
一种利用二氧化碳改善混凝土性能的方法，具体包括以下步骤：首先将Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液，每升水中Ca(OH)2的用量为10.36g。然后，将二氧化碳以2L/min通入该溶液中，并使用磁力搅拌器以800rpm的速率搅拌浆料，约10分钟。然后，加入水泥、粗骨料、砂子，充分搅拌120s得到拌合物。
由本实施例制作的混凝土7d和28d抗压强度都增加16％，7d和28d抗折强度分别增加7％和5％。此方法对混凝土干缩率影响不大。
实施例3
一种利用二氧化碳改善混凝土性能的方法，具体包括以下步骤：首先将Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液，每升水中Ca(OH)2的用量为38.48g。然后，将二氧化碳以2L/min通入该溶液中，并使用磁力搅拌器以800rpm的速率搅拌浆料，约15分钟。然后，加入水泥、粗骨料、砂子，充分搅拌120s得到拌合物。
由本实施例制作的混凝土7d和28d抗压强度分别增加10％和13％，7d和28d抗折强度分别增加8％和5％。此方法对混凝土干缩率影响不大。

Claims (4)

1.一种利用二氧化碳改善再生混凝土性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将富含钙的Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液。然后，往该溶液通入二氧化碳气体至溶液被完全碳化；
由此制备的溶液中含有丰富的碳酸钙颗粒，Ca2+，HCO3 -和少量的CO3 2-；
步骤二，加入水泥与第一步中生产的溶液混合搅拌60 s；
步骤三，加入再生粗骨料搅拌60 s，之后倒入砂子和天然粗骨料，充分搅拌120 s得到混凝土拌合物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤一中所述，Ca(OH)2粉末与水混合成氢氧化钙溶液，其中每升水中Ca(OH)2的用量为10.36 g或者38.48 g。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤一中所述，二氧化碳的通入速度为2 L/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤一中所述，磁力搅拌器以800 rpm的速率搅拌溶液，并搅拌10分钟或者15分钟。
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