一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土，具体地指一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土及其制备方法。

背景技术：

1、随着混凝土技术的发展，矿物掺合料已成为混凝土中不可或缺的组分之一，近年来，大掺量矿物掺合料、少熟料混凝土已成为建材行业趋势，而随着工业技术的发展，针对常用的优质矿物掺合料如s95矿粉、i级、ii级粉煤灰进行精细化加工，提高其利用量及利用率已成为可能。

2、国内外已有众多少熟料、大掺量掺合料混凝土研究成果，当前普遍认为，一定掺量内的掺合料能够提升混凝土耐久性及后期强度，但掺合料用量过大后，混凝土早期强度显著下降。因此，为保持混凝土强度不至过低，受限于掺合料活性，无法进一步提升其用量，因此，为进一步提升混凝土中掺合料掺量，需通过物理化学方法提高掺合料活性。

3、另一方面，在混凝土中掺入较高掺量的掺合料，虽能够保持较高的混凝土强度，密实性及其他耐久性无显著劣化，但会导致混凝土抗碳化性能显著削弱，原因在于，大掺量高活性掺合料能够在混凝土中发生“火山灰反应”，消耗大量水泥水化产物氢氧化钙，体系中氢氧化钙含量的降低会进一步导致混凝土更易被碳化。而混凝土抗碳化性能差将导致内部钢筋锈蚀等问题。

4、若利用各类工业废渣作为掺合料，可提高固废利用率，减少固废处理危害，大掺量掺入时可大幅降低水泥用量从而减少混凝土生产碳排放，实现生态友好。因此，需要开发出一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土及其制备方法，用于提高固废利用率、减少混凝土中熟料用量、提升混凝土后期抗碳化性能。

技术实现思路

1、本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土及其制备方法，用于提高固废利用率、减少混凝土中熟料用量、提升混凝土后期抗碳化性能。

2、本发明的技术方案为：一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将高活性掺合料、低活性掺合料、无活性掺合料及激发剂混合后进行超细粉磨，磨至比表面积700～750m2/kg，得到超细掺合料；

4、s2、将超细掺合料、硅灰、水泥、促矿化剂共同形成胶凝材料，将胶凝材料、砂、石、水、减水剂共混形成混凝土，转移至模具中；

5、s3、振捣成型、抹面完成后，将混凝土带模置于矿化釜进行碳矿化养护，所述碳矿化养护具体包括，

6、a.先于温度40℃～60℃、相对湿度85％～95％下养护3h～4h；

7、b.再于温度40℃～60℃、相对湿度40％～60％下养护0.5h～1h；

8、c.将釜内空气抽至负压后通入co2至釜内co2浓度85％～95％、压力为0.4～0.5mpa，于温度40℃～60℃、相对湿度50％～60％下养护6～8h，碳矿化养护完成；

9、s4、出釜脱模，得到抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土。

10、以上方案碳矿化养护过程中，先采用步骤a加快混凝土初期水化速率，快速达到初凝状态，形成初始凝聚结构，使混凝土基体能够承受一定正、负压力；再采用步骤b加速蒸发混凝土表层水分，快速降低混凝土表层孔隙相对湿度，提升碳矿化速度；最后在加压、高二氧化碳浓度环境下快速碳矿化混凝土表层，形成厚度5～10mm致密层，能够阻止后续服役过程中二氧化碳在混凝土中的扩散，降低混凝土后续碳化速率。以上方案中二氧化碳为工业废气捕集所得，釜内co2浓度为体积浓度。

11、优选的，步骤s1中，所述超细掺合料中高活性掺合料、低活性掺合料、无活性掺合料、激发剂质量比＝40～50：35～40：10～15：4～6。

12、优选的，步骤s1中，高活性掺合料为矿渣、锰渣、锂渣中的一种或几种混合，低活性掺合料为粉煤灰、钢渣、火山灰、炉渣、煤渣中的一种或几种混合，无活性掺合料为石灰石、石英、花岗岩、大理石、玄武岩中的一种或几种混合，所述激发剂为天然硬石膏、氟石膏中的一种。

13、优选的，步骤s2中，促矿化剂为纳米碳酸钙，所述胶凝材料中各原料按质量百分数计为水泥20％～40％、超细掺合料50％～70％、硅灰5％～8％，促矿化剂1％～3％，以上原料质量百分数之和为100％。本方案中胶凝材料中超细掺合料高达50％～70％，大掺量超细掺合料能够与水泥颗粒组成悬浮-密实结构，使水泥颗粒“悬浮”于掺合料颗粒间，一方面形成密实结构，一方面其水化产物能够促进周边掺合料颗粒的火山灰反应；更细的硅灰颗粒填充于超细掺合料颗粒间，进一步提升密实性，且其活性更强，能够进一步提升体系水化强度。

14、优选的，步骤s2中，混凝土中按质量份数含有胶凝材料360～480份、砂788～826份、石990～1033份、水147～180份、减水剂3.8～7份。

15、优选的，步骤s2中，所述模具包括复合加工成整体的外层模板、中层模板、内层模板，外层模板为孔径40～70μm的烧结网片、中层模板为孔径5～10μm的烧结网片、内层模板为防水透气膜。以上方案中，外层模板为模具提供几何形状及一定刚度同时具备高透气性，支持模内混凝土的碳矿化过程；中层模板孔更小，进一步提升模板刚度，提供透气性；内层模板提供透气性，同时阻止混凝土中浆体渗出，以免堵塞外层模板、中层模板上的透气孔。

16、优选的，步骤s3中，所述碳矿化养护具体为，

17、a.先于温度50℃、相对湿度95％下养护4h；

18、b.再于温度50℃、相对湿度60％下养护0.5h；

19、c.将釜内空气抽至负压后通入co2至釜内co2浓度95％、压力为0.5mpa，于温度50℃、相对湿度60％下养护8h，碳矿化养护完成。

20、本发明还提供一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土，包括以下按质量份数计的原料：

21、

22、所述胶凝材料包括按质量百分数计的水泥20％～40％、超细掺合料50％～70％、硅灰5％～8％，促矿化剂1％～3％，以上原料质量百分数之和为100％；

23、所述超细掺合料包括混合粉磨至比表面积达到700～750m2/kg的高活性掺合料、低活性掺合料、无活性掺合料及激发剂，所述高活性掺合料、低活性掺合料、无活性掺合料、激发剂质量比＝40～50：35～40：10～15：4～6；

24、所述抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土经原料混合、入模、振捣、抹面、碳矿化养护、脱模得到。

25、优选的，所述碳矿化养护具体步骤包括，

26、a.先于温度40℃～60℃、相对湿度80％～95％下养护4h～6h；

27、b.再于温度40℃～60℃、相对湿度40％～60％下养护0.5h～1h；

28、c.将釜内空气抽至负压后通入co2至釜内co2浓度85％～95％、压力0.4～0.5mpa，于温度40℃～60℃、相对湿度50％～60％下养护6～8h，碳矿化养护完成。

29、优选的，所述高活性掺合料为矿渣、锰渣、锂渣中的一种或几种混合，所述低活性掺合料为粉煤灰、钢渣、火山灰、炉渣、煤渣中的一种或几种混合，所述无活性掺合料为石灰石、石英、花岗岩、大理石、玄武岩中的一种或几种混合，所述激发剂为天然硬石膏、氟石膏中的一种，所述促矿化剂为纳米碳酸钙，平均粒径40～100nm。

30、本发明的有益效果有：

31、1.超细粉磨可提高掺合料颗粒细度及活性，进一步提高了固废利用率，同时减少混凝土中水泥熟料用量，具有较高的降低碳排放及环保价值；另一方面，本发明还利用碳矿化过程形成密实的碳矿化表层，提升了混凝土后期抗碳化性能，还通过碳矿化过程，固化了co2废气。

32、2.超细掺合料中，高、低活性掺合料主要发挥活性效应，水化过程开始发生火山灰反应，提升混凝土强度；无活性填料能够发挥微集料效应，提升体系密实性；激发剂作用为激发矿物掺合料活性，提升其在水泥基材料中的反应速率，四者与硅灰、促矿化剂相互配合能够产生活性反应与颗粒级配的梯度效应。

33、3.胶凝材料中，超细掺合料掺量高达50％～70％、水泥仅为20％～40％，大掺量超细掺合料能够与水泥颗粒组成悬浮-密实结构，使水泥颗粒“悬浮”于掺合料颗粒间，一方面形成密实结构，一方面其水化产物能够促进周边掺合料颗粒的火山灰反应；更细的硅灰颗粒填充于超细掺合料颗粒间，进一步提升密实性，且其活性更强，更够提升体系水化强度。

34、4.促矿化剂(纳米碳酸钙)的促进原理为提供极细成核位点，为碳矿化产物碳酸钙提供富集点位，加快碳酸钙生成速率。在碳矿化养护的过程中，先于高温潮湿环境下可加快混凝土初期水化速率，快速达到初凝状态；再于高温干燥环境可加速蒸发混凝土表层水分，快速降低混凝土表层孔隙相对湿度，加快co2气体在试块中的扩散速率；最后在高压、高二氧化碳浓度环境下碳矿化，可快速在混凝土表层形成厚度5～10mm致密层，阻止后续服役过程中二氧化碳在混凝土中的扩散，降低混凝土后续碳化速率。

35、5.本发明中模具为特制而成，外层模板为中孔烧结网片，为模具提供几何形状同时具备高透气性，便于碳矿化过程中二氧化碳进入混凝土；中层模板孔更小，进一步提升模板刚度，并具有透气性；内层模板透气同时可阻止混凝土中浆体渗出，从而保持堵塞外层模板、中层模板上的透气孔通畅。

技术特征：

1.一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述超细掺合料中高活性掺合料、低活性掺合料、无活性掺合料、激发剂质量比＝40～50：35～40：10～15：4～6。

3.如权利要求1所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s1中，高活性掺合料为矿渣、锰渣、锂渣中的一种或几种混合，低活性掺合料为粉煤灰、钢渣、火山灰、炉渣、煤渣中的一种或几种混合，无活性掺合料为石灰石、石英、花岗岩、大理石、玄武岩中的一种或几种混合，所述激发剂为天然硬石膏、氟石膏中的一种。

4.如权利要求1所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s2中，促矿化剂为纳米碳酸钙，所述胶凝材料中各原料按质量百分数计为水泥20％～40％、超细掺合料50％～70％、硅灰5％～8％，促矿化剂1％～3％，以上原料质量百分数之和为100％。

5.如权利要求1所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s2中，混凝土中按质量份数含有胶凝材料360～480份、砂788～826份、石990～1033份、水147～180份、减水剂3.8～7份。

6.如权利要求1所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述模具包括复合加工成整体的外层模板、中层模板、内层模板，外层模板为孔径40～70μm的烧结网片、中层模板为孔径5～10μm的烧结网片、内层模板为防水透气膜。

7.如权利要求1所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述碳矿化养护具体为，

8.一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土，其特征在于，包括以下按质量份数计的原料：

9.如权利要求8所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土，其特征在于，所述碳矿化养护具体步骤包括，

10.如权利要求8所述的抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土，其特征在于，所述高活性掺合料为矿渣、锰渣、锂渣中的一种或几种混合，所述低活性掺合料为粉煤灰、钢渣、火山灰、炉渣、煤渣中的一种或几种混合，所述无活性掺合料为石灰石、石英、花岗岩、大理石、玄武岩中的一种或几种混合，所述激发剂为天然硬石膏、氟石膏中的一种，所述促矿化剂为纳米碳酸钙，平均粒径40～100nm。

技术总结
本发明公开了提供一种抗碳化型大掺量掺合料生态混凝土及其制备方法，制备方法包括：S1、将高活性掺合料、低活性掺合料、无活性掺合料及激发剂混合后进行超细粉磨，得到超细掺合料；S2、将超细掺合料、硅灰、水泥、促矿化剂共混形成胶凝材料，将胶凝材料、砂、石、水、减水剂共混形成混凝土，浇筑至模具中；S3、振捣成型、抹面完成后，将混凝土带模置于矿化釜碳矿化养护；S4、出釜脱模。本发明通过碳矿化养护，提升混凝土强度的同时，形成密实的碳矿化表层，阻止混凝土进一步碳化，制备成为生态型混凝土。超细掺合料大掺量使用提高了固废利用率，降低了混凝土中水泥用量，同时能够固化一定质量的CO<subgt;2</subgt;，大幅降低了混凝土生产碳排放。

技术研发人员：肖蓟,陈飞翔,冷勇,刘可心,张国志,明鑫,秦明强,金浪,魏凯,文青,王伟光,胡骏,刘旷怡,张文杰,王松林
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23