一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备的低碳高性能水泥砂浆及方法

本发明涉及低碳建筑材料制造，尤其涉及一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备的低碳高性能水泥砂浆及方法。

背景技术：

1、水泥生产过程伴随大量co2排放，是建筑材料行业碳排放的重要来源。水泥和混凝土生产造成的碳排放约占全球年排放总量的7%~8%，我国水泥产量占全球一半以上，水泥行业碳排放占全国碳排放总量比重超过10%，且已纳入全国碳排放权交易市场，低碳化转型势在必行。与此同时，高炉渣作为钢铁冶炼产生的大宗工业固废，堆存不仅占地，也存在环境隐患，能否让它在水泥基材料中被充分、大量用起来，直接关系到固废减量化与建材行业碳减排的实际效果。为此，现有技术主要有以下几条路线：一是用高炉矿渣、粉煤灰等固废替代部分水泥熟料，降低水泥用量；二是采用co2预碳化养护，使co2与浆体中含钙组分反应生成碳酸钙，把气态co2以矿物形式固定下来，同时提升早期强度；三是用碱激发剂等化学手段激发矿渣活性；四是部分研究尝试引入外加电场辅助离子迁移，但多用于渗透性评估或加速水化，尚未广泛用于预碳化固碳体系。

2、然而，现有技术仍有不足之处：其一，高炉渣活性激发不充分，高掺量替代水泥时早期强度往往不够，限制了这类固废的实际利用比例；其二，预碳化时间一旦过长，c-s-h凝胶容易过度脱钙，后期强度反而增长缓慢甚至回落，预碳化时长、固碳量与强度增益三者难以兼顾；其三，现有强碱性激发剂或部分有机改性剂在激发矿渣活性的同时，容易破坏预碳化所需的适宜ph环境，且易产生二次污染、成本偏高、能耗大，与绿色建材的方向并不契合。

3、因此，亟需一种能兼顾早期与后期强度、进一步提升高炉渣资源化利用水平、同时更加绿色低碳的水泥砂浆制备方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备的低碳高性能水泥砂浆及方法，以克服上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、本发明一方面提供一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，包括如下步骤：

4、（1）将阿魏酸加入适量拌合水中，搅拌至完全溶解，配制阿魏酸溶液；

5、（2）将高炉渣粉加入步骤（1）所得的阿魏酸溶液中，连续搅拌，制备均匀的矿渣浆体；

6、（3）向所述矿渣浆体持续通入二氧化碳进行预碳化反应，反应期间保持浆体连续搅拌，同时施加直流电场，使电化学作用与二氧化碳矿化反应同步进行；

7、（4）达到预设碳化反应时间后，停止通入二氧化碳和直流电场，并终止反应，获得预碳化高炉渣浆体；

8、（5）将所述预碳化高炉渣浆体与水泥混合，制备得到混合胶凝材料；

9、（6）向所述混合胶凝材料中加入标准砂，并加入拌合水，充分搅拌均匀，制备得到砂浆混合物；

10、（7）将所述砂浆混合物浇筑成模，置于标准养护条件下养护，得到所述水泥砂浆。

11、进一步地，步骤（1）中所述阿魏酸的纯度为97%，添加量为0.1~0.3 g；步骤（2）中所述高炉渣粉的添加量为210 g；步骤（6）中所述标准砂的添加量为1312.5 g；步骤（1）和步骤（6）中加入所述拌合水的总量为262.5 g。

12、进一步地，以质量份计，步骤（5）所述混合胶凝材料中水泥与预碳化高炉渣浆体的质量比为2：3。

13、进一步地，步骤（3）中所述施加直流电场的方式为：以碳棒作为阳极、钢筋作为阴极，连接可调式直流稳压电源。

14、进一步地，步骤（3）中持续通入二氧化碳的时间与施加直流电场的时间相同，且所述预设碳化反应时间为5~25 min。

15、进一步地，步骤（2）中所述高炉渣粉为s105级磨细高炉渣粉。

16、进一步地，步骤（6）中所述水泥为p·ⅰ42.5硅酸盐水泥。

17、进一步地，步骤（7）中所述浇筑试模分别为50 mm×50 mm×50 mm立方体试模与40mm×40 mm×160 mm棱柱试模，并采用振动台振实。

18、进一步地，步骤（7）中所述标准养护条件为温度(20±2)℃、相对湿度≥95%。

19、本发明另一方面还提供一种采用上述制备方法制得的低碳高性能水泥砂浆。

20、本发明的有益效果是：

21、（1）采用可从麦麸、玉米芯等农林废弃物中提取的天然绿色材料阿魏酸激发高炉渣活性，替代传统强碱性化学激发剂，避免二次污染。支持高炉渣在混凝土及水泥基材料中的大掺量应用，减少固废堆存占地与环境压力，提升工业固废资源化利用水平。

22、（2）施加外加电场加速孔隙溶液中ca2+、co32-等离子的定向迁移传质，提高co2溶解转化及碳化反应速率与深度，显著提升单位预碳化时长内的co2固定量，将气态co2以矿物形式矿化封存于水泥基体内，助力混凝土行业固碳减排。

23、（3）阿魏酸持续促进高炉渣钙质相溶解并补充c-s-h凝胶生成，与电场辅助碳化产物细晶化作用协同，实现固废、固碳与力学性能的同步提升。兼顾早期与后期强度发展，避免传统预碳化后期强度回落问题，为该技术推广应用于混凝土等大体积结构材料奠定基础。

1.一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2. 根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（1）中所述阿魏酸的纯度为97%，添加量为0.1~0.3 g；步骤（2）中所述高炉渣粉的添加量为210 g；步骤（6）中所述标准砂的添加量为1312.5 g；步骤（1）和步骤（6）中加入所述拌合水的总量为262.5 g。

3.根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，以质量份计，步骤（5）所述混合胶凝材料中水泥与预碳化高炉渣浆体的质量比为2：3。

4.根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（3）中所述施加直流电场的方式为：以碳棒作为阳极、钢筋作为阴极，连接可调式直流稳压电源。

5. 根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（3）中持续通入二氧化碳的时间与施加直流电场的时间相同，且所述预设碳化反应时间为5~25 min。

6.根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（2）中所述高炉渣粉为s105级磨细高炉矿渣粉。

7.根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（6）中所述水泥为p·ⅰ42.5硅酸盐水泥。

8. 根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（7）中所述浇筑试模分别为50 mm×50 mm×50 mm立方体试模与40 mm×40 mm×160 mm棱柱试模，并采用振动台振实。

9.根据权利要求1所述的一种阿魏酸-电化学协同辅助高炉渣预碳化制备低碳高性能水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤（7）中所述标准养护条件为温度(20±2)℃、相对湿度≥95%。

10.一种低碳高性能水泥砂浆，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制得。