一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.加气混凝土根据养护方式和强度形成机理，可分为蒸压加气混凝土和免蒸压加气混凝土。
3.蒸压加气混凝土是钙质材料(水泥和生石灰)和硅质材料(粉煤灰、磨细砂等)与水混合，再加入发气剂(铝粉或铝粉膏)，通过化学反应获得多孔结构，后经过饱和高温蒸汽(180～195℃)处理制成的多孔混凝土，强度来源主要为高温高压下形成的托贝莫来石。其主要生产工艺过程为：配料
→
搅拌
→
浇注
→
预养(发气)
→
切割
→
蒸压
→
养护
→
成品。
4.免蒸压加气混凝土以水泥、集料、掺合料、外加剂等为主要原料，采用物理或化学发泡工艺制成的多孔隙轻质混凝土，经浇模成型后切割，在自然条件下养护而成，称为免蒸压加气混凝土。免蒸压加气混凝土强度是通过水泥水化与活性混合材火山灰效应的生成c-s-h凝胶获得。免蒸压加气混凝土采用常温养护的方式，其制品水化产物结晶度低，从而使得免蒸压加气混凝土在性能上难以达到蒸压加气混凝土的性能要求。
5.发明专利cn107963903a公开了一种利用污泥、电石渣制备的蒸压加气混凝土砌块：电石渣25-45％、污泥25-35％、硅砂15-30％、水泥熟料6-12％、天然石膏3-6％，外加占以上混合干料总质量0.6-0.9％的减水剂，0.06％-0.12％的铝粉，和35％-45％的48-55℃温水。之后加入并搅拌35-45秒钟，得到加气混凝土混合料浆。将所述重量份原材料加入搅拌机里搅拌，制得混合物料浇筑成型；浇筑成型的物料在45-55℃下预养护3-4h，然后蒸压釜内进行蒸压养护，蒸压养护条件为压力1.1-1.5mpa，温度160-195℃，恒温(恒压)7-9h。
6.发明专利cn111943617a公开了一种蒸压加气混凝土砌块制作工艺：水泥 15-25％、生石灰15-25％、砂30-40％、粉煤灰10-20％，陶瓷颗粒10-20％、保水剂3-5％、减水剂3-5％、活性炭3-5％、发气剂3-5％。将所述重量份原材料加入搅拌机里搅拌，制得混合物料浇筑成型，送入蒸压釜进行蒸压养护。
7.发明专利cn112430050a公开了一种免蒸压加气混凝土及其制备方法：粉煤灰40-50份、石灰3-10份、石膏1-3份、硅酸盐水泥20-30份、矿物细掺料 8-10份和铝粉1-5份。其制备方法为：按配方量，首先以粉煤灰为原材料，加水进行搅拌，搅拌以后形成粉煤灰浆，在粉煤灰浆中加入硅酸盐水泥、石灰和石膏搅拌形成料浆，然后在料浆中加入铝粉并浇筑形成胚体，室温硬化后脱模成型。
8.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：
9.1、对于蒸压加气混凝土，其制备工艺都必须经过蒸压步骤，蒸压通常要在高温高压下进行，需要消耗大量的能源，制备过程中碳排放量较高，不符合建材行业绿色低碳化发展的理念。
10.2、蒸压加气混凝土由于需要经过压蒸步骤，通常存在压蒸后体积收缩带来开裂的
风险。
11.3、对于免蒸压加气混凝土，其强度是通过水泥水化与活性混合材火山灰效应的生成c-s-h凝胶获得。免蒸压加气混凝土通常采用常温的养护方式，其制品水化产物结晶度低，从而使得免蒸压加气混凝土的强度较低。
12.4、免蒸压加气混凝土的养护周期一般为7-14d，养护周期较长，实际生产效率较低。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于提供一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土及其制备方法，以解决现有技术中配制的加气混凝土强度低、干燥收缩率高，并且制备效率偏低的技术问题。
14.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
15.本发明提供的一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土，其制备包括以下重量份的原料：矿渣50～80份；水泥15～50份；石膏2～10份；纳米晶核剂 0.1～0.6份；铝粉膏0.1～0.3份；水玻璃0.1～0.3份；硫酸钠0.1～0.5份；氢氧化钠0.1～1份；油酸0.01～0.2份；三乙醇胺0.01～0.4份；减水剂0.1～0.5份；水 35～60份。
16.进一步的，各原料的重量份分别为：矿渣55～75份；水泥30～40份；石膏 2.5～9.2份；纳米晶核剂0.15～0.4份；铝粉膏0.15～0.2份；水玻璃0.15～0.2份；硫酸钠0.2～0.4份；氢氧化钠0.3～0.5份；油酸0.04～0.1份；三乙醇胺 0.015～0.15份；减水剂0.2～0.3份；水40～50份。
17.进一步的，各原料的重量份分别为：矿渣65份；水泥30份；石膏4.5份；纳米晶核剂0.3份；铝粉膏0.2份；水玻璃0.2份；硫酸钠0.25份；氢氧化钠 0.4份；油酸0.04份；三乙醇胺0.01份；减水剂0.3份；水40份。
18.进一步的，所述矿渣的氧化钙含量大于35％，且比表面积为 350～1000m2/kg。
19.进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或几种。
20.进一步的，所述石膏为脱硫石膏、磷石膏、钛石膏中的一种或几种，且比表面积为350-700m2/kg。
21.进一步的，所述纳米晶核剂主要成分为硅酸钠，晶核剂尺寸小于500nm。
22.进一步的，所述水玻璃的模数为2.2～2.5。
23.进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂和/或奈系减水剂。
24.本发明提供的一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土的制备方法，包括如下制备步骤：
25.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
26.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机混合均匀；
27.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水混合均匀后倒入搅拌机中搅拌3～8min，然后加入铝粉膏，搅拌 0.5～2min，得到混凝土浆体；
28.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至磨具中，将磨具置于温度45～60℃，湿度 80～
100％的养护箱中预养护1～4h，得到加气混凝土；
29.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 0.2～2mpa的碳化釜内碳化养护2～8h；
30.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护1～7d，即得成品。
31.基于上述技术方案，本发明至少可以产生如下技术效果：
32.(1)本发明提供的一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土不需要蒸压的步骤，加气混凝土制备过程低碳环保。
33.(2)本发明提供的一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土具有轻质高强的特点。
34.(3)本发明提供的一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土的制备方法，采用晶核效应-碱激发效应-矿化效应的协同作用，可以最大程度的发挥矿渣和水泥的水化及碳化活性，并将水化与碳化性能相匹配，提高矿渣基加气混凝土的固碳量和产品质量。
35.(4)本发明提供的一种矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土的制备过程中，需要利用二氧化碳进行养护，产品可以永久固定大量二氧化碳。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
37.原料说明：下述实施例中使用的纳米晶核剂采用的是巴斯夫股份公司生产的xseed纳米晶核剂。
38.一、制备实施例
39.实施例1：
40.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
41.1.1原料(各原料以重量份计)
42.包括以下重量份的原料：75份比表面积为1000m2/kg的矿渣、15份p
·
ⅱꢀ
52.5型的水泥、9.2份比表面积为350m2/kg的石膏、0.4份尺寸90nm的纳米晶核剂、0.3份铝粉膏、0.5份氢氧化钠、0.3份水玻璃、0.2份硫酸钠、0.05份油酸、0.015份三乙醇胺、0.5份聚羧酸减水剂、35份水。
43.1.2制备方法
44.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
45.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌1min，混合均匀；
46.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌4min，然后加入铝粉膏，快速搅拌 0.5min，得到混凝土浆体；
47.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度50℃，湿度98％的养护箱中预养护2h，得到加气混凝土；
48.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 0.2mpa的碳化釜内碳化养护3h；
49.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护7d，即得成品。
50.实施例2：
51.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
52.1.1原料(各原料以重量份计)
53.包括以下重量份的原料：65份比表面积为800m2/kg的矿渣、30份p
·ⅱ52.5型的水泥、4.5份比表面积为400m2/kg的石膏、0.3份尺寸120nm的纳米晶核剂、0.2份铝粉膏、0.4份氢氧化钠、0.2份水玻璃、0.25份硫酸钠、0.04 份油酸、0.01份三乙醇胺、0.3份聚羧酸减水剂、40份水。
54.1.2制备方法
55.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
56.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌2min，混合均匀；
57.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌5min，然后加入铝粉膏，快速搅拌 1min，得到混凝土浆体；
58.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度55℃，湿度95％的养护箱中预养护3h，得到加气混凝土；
59.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 0.4mpa的碳化釜内碳化养护4h；
60.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护3d，即得成品。
61.实施例3：
62.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
63.1.1原料(各原料以重量份计)
64.包括以下重量份的原料：55份比表面积为600m2/kg的矿渣、40份p
·
o 42.5型的水泥、2.5份比表面积为350m2/kg的石膏、0.2份尺寸150nm的纳米晶核剂、0.15份铝粉膏、0.3份氢氧化钠、0.15份水玻璃、0.3份硫酸钠、0.1 份油酸、0.15份三乙醇胺、0.2份聚羧酸减水剂、45份水。
65.1.2制备方法
66.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
67.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌1.5min，混合均匀；
68.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌3.5min，然后加入铝粉膏，快速搅拌 1.5min，得到混凝土浆体；
69.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度60℃，湿度100％的养护箱中预养护2h，得到加气混凝土；
70.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 0.8mpa的碳化釜内碳化养护6h；
71.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护3d，即得成品。
72.实施例4：
73.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
74.1.1原料(各原料以重量份计)
75.包括以下重量份的原料：50份比表面积为400m2/kg的矿渣、50份p
·
ⅱꢀ
42.5型的水泥、3.6份比表面积为350m2/kg的石膏、0.15份尺寸80nm的纳米晶核剂、0.15份铝粉膏、0.1份氢氧化钠、0.2份水玻璃、0.4份硫酸钠、0.1份油酸、0.1份三乙醇胺、0.1份聚羧酸减水剂、50份水。
76.1.2制备方法
77.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
78.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌2min，混合均匀；
79.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌4.5min，然后加入铝粉膏，快速搅拌 1min，得到混凝土浆体；
80.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度60℃，湿度100％的养护箱中预养护2h，得到加气混凝土；
81.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 2.0mpa的碳化釜内碳化养护3h；
82.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护5d，即得成品。
83.二、对比例
84.对比例1：
85.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
86.1.1原料(各原料以重量份计)
87.包括以下重量份的原料：70份比表面积为1000m2/kg的矿渣、15份p
·ⅱ52.5型的水泥、9.2份比表面积为350m2/kg的石膏、0.3份铝粉膏、0.5份氢氧化钠、0.3份水玻璃、0.2份硫酸钠、0.05份油酸、0.015份三乙醇胺、0.5份聚羧酸减水剂、35份水。
88.1.2制备方法
89.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
90.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌1min，混合均匀；
91.s3：按配比将氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌4min，然后加入铝粉膏，快速搅拌0.5min，得到混凝土浆体；
92.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度50℃，湿度98％的养护箱中预养护2h，得到加气混凝土；
93.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 0.2mpa的碳化釜内碳化养护3h；
94.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护7d，即得成品。
95.对比例2：
96.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
97.1.1原料(各原料以重量份计)
98.包括以下重量份的原料：65份比表面积为800m2/kg的矿渣、30份p
·
ⅱꢀ
52.5型的水泥、4.5份比表面积为400m2/kg的石膏、0.3份尺寸120nm的纳米晶核剂、0.2份铝粉膏、0.04份油酸、0.01份三乙醇胺、0.3份聚羧酸减水剂、 40份水。
99.1.2制备方法
100.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
101.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌2min，混合均匀；
102.s3：按配比将纳米晶核剂、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌5min，然后加入铝粉膏，快速搅拌1min，得到混凝土浆体；
103.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度55℃，湿度95％的养护箱中预养护3h，得到加气混凝土；
104.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 0.4mpa的碳化釜内碳化养护4h；
105.s6：将碳化后的加气混凝土常温养护3d，即得成品。
106.对比例3：
107.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
108.1.1原料(各原料以重量份计)
109.包括以下重量份的原料：55份比表面积为600m2/kg的矿渣、40份p
·
o 42.5型的水泥、2.5份比表面积为350m2/kg的石膏、0.2份尺寸150nm的纳米晶核剂、0.15份铝粉膏、0.3份氢氧化钠、0.15份水玻璃、0.3份硫酸钠、0.1 份油酸、0.15份三乙醇胺、0.2份聚羧酸减水剂、45份水。
110.1.2制备方法
111.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
112.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌1.5min，混合均匀；
113.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌3.5min，然后加入铝粉膏，快速搅拌 1.5min，得到混凝土浆体；
114.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度60℃，湿度100％的养护箱中预养护2h，得到加气混凝土；
115.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温下养护3d，即得成品。
116.对比例4：
117.制备矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土：
118.1.1原料(各原料以重量份计)
119.包括以下重量份的原料：50份比表面积为400m2/kg的矿渣、50份p
·ⅱ42.5型的水泥、3.6份比表面积为350m2/kg的石膏、0.15份尺寸80nm的纳米晶核剂、0.15份铝粉膏、0.1份氢氧化钠、0.2份水玻璃、0.4份硫酸钠、0.1份油酸、0.1份三乙醇胺、0.1份聚羧酸减水剂、50份水。
120.1.2制备方法
121.s1：将矿渣、石膏进行球磨至规定比表面积；
122.s2：按配比将矿渣、水泥、石膏放入搅拌机中搅拌2min，混合均匀；
123.s3：按配比将纳米晶核剂、氢氧化钠、水玻璃、硫酸钠、油酸、三乙醇胺、减水剂与水充分混合后倒入搅拌机中搅拌4.5min，然后加入铝粉膏，快速搅拌 1min，得到混凝土浆体；
124.s4：将步骤s3得到的浆体浇筑至100mmx100mmx100mm的磨具中，将磨具置于温度60℃，湿度100％的养护箱中预养护2h，得到加气混凝土；
125.s5：将预养护后的加气混凝土从磨具中取出，置于常温、二氧化碳分压为 2.0mpa
的碳化釜内碳化养护3h，即得成品。
126.三、实验例
127.对实施例1～实施例4和对比例1～对比例4中制备的加气混凝土进行干密度、抗压强度、固碳量及干燥收缩率性能测试。
128.1.测试方法
129.按照gb/t 11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》测定加气混凝土的干密度、抗压强度及干燥收缩率。将加气混凝泥土试块在55℃的烘箱中烘干至恒重，用振动磨粉磨后，在500℃的电炉中煅烧至恒重，然后再在900℃的电炉中煅烧至恒重，取前后两次质量差计算加气混凝泥土的固碳量。
130.2.测试结果，如表1所示：
131.表1性能测试结果
[0132][0133]
由表1可知：
[0134]
(1)对比测试了本发明制备实施例1与对比例1，发现加入纳米晶核剂后，矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土干密度下降了16kg/m3，抗压强度提高了 1.9mpa，固碳量提高了1.5wt.％，干缩率下降了0.14mm/m。
[0135]
(2)对比测试了本发明制备实施例2与对比例2，发现加入氢氧化钠、水玻璃和硫酸钠后，矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土干密度下降了40kg/m3，抗压强度提高了1.7mpa，固碳量提高了2.1wt.％，干缩率下降了0.08mm/m。
[0136]
(3)对比测试了本发明制备实施例3与对比例3，发现进行碳化养护后，矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土干密度下降了6kg/m3，抗压强度提高了 3.6mpa，固碳量提高了17.8wt.％，干缩率下降了0.36mm/m。
[0137]
(4)对比测试了本发明制备实施例4与对比例4，发现进行常温养护5d 后，矿渣基高固碳量免蒸压型加气混凝土干密度下降了12kg/m3，抗压强度提高了1.8mpa，固碳量提高了0.6wt.％，干缩率下降了0.07mm/m。
[0138]
需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说
明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本技术所必须的。
[0139]
上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。