鎂鈣碳酸鹽膠凝材料及其制備方法
【專利摘要】鎂鈣碳酸鹽膠凝材料及其制備方法，所述膠凝材料由工業(yè)堿性廢渣、活性氧化鎂和水泥經(jīng)CO2碳化制備而得，所述組分按質(zhì)量百分比計，60%≤工業(yè)堿性廢渣≤100%，0≤水泥≤20%，0≤活性氧化鎂≤20%。利用大量固體廢棄物、環(huán)保、成本低、產(chǎn)品抗折強度和抗壓強度優(yōu)異，資源化利用了溫室氣體CO2，促進建材行業(yè)的節(jié)能減排。
【專利說明】鎂鈣碳酸鹽膠凝材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鎂鈣碳酸鹽膠凝材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]減少CO2溫室氣體排放、遏制全球氣候變暖是當(dāng)今世界關(guān)注的焦點。水泥是配制傳統(tǒng)混凝土材料的主要膠凝成分，它的生產(chǎn)過程0)2排放量大，每生產(chǎn)It水泥熟料約排放
0.7-0.8tC02。水泥工業(yè)0)2排放量約占人類活動產(chǎn)生CO2總量的5%-7%。我國2013年水泥產(chǎn)量高達24億噸，已連續(xù)27年位居世界第一。顯然，我國水泥工業(yè)CCV咸排的形勢更嚴峻。隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，未來對水泥混凝土的需求將持續(xù)增加，如何減少水泥工業(yè)CO2排放已引起世界各國重視。開發(fā)應(yīng)用綠色、環(huán)保、節(jié)能型水泥，促進水泥混凝土建筑材料可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。開發(fā)新型水泥和其它低碳膠凝材料是水泥工業(yè)CO2減排的有效途徑。
[0003]實際上，水泥混凝土材料在長期服役過程中，能夠與空氣中的0)2發(fā)生碳化反應(yīng)，從而減少了在混凝土制備時的碳排放。但是在自然條件下0)2濃度極低(約為0.04% )，反應(yīng)較慢。也有利用高濃度CO2養(yǎng)護混凝土以形成碳酸鈣，不僅能夠快速提高強度，而且能夠吸收部分CO2，有利于減少CO2排放。甚至直接使用CO2碳化工業(yè)廢棄物可以制備出具有力學(xué)性能良好的建材制品。
[0004]中國發(fā)明CN101058213提出了含鈣固體廢棄碳酸化制備建筑材料，但限制了鈣成分含量低的廢棄物如粉煤灰的應(yīng)用。中國發(fā)明CN103771780采用固體廢棄物(鋼渣，礦渣，粉煤灰，煤矸石等)與堿性激發(fā)材料(電石渣，硅酸鹽水泥或廢水泥)混合，預(yù)先水化后再碳化制備建筑材料。中國發(fā)明CNlO 1423354采用造紙污泥、鋼渣、爐渣和廢棄混凝土作為主要材料，摻入2-10% NaHCO3、水玻璃等激發(fā)劑，加速碳化溫度為20-150°C，加速碳化時間為2-18h。英國劍橋大學(xué)研宄人員使用高活性氧化鎂或者活性氧化鎂和粉煤灰的混合物，在常溫條件下，CO2濃度為5 % -20 %條件下加速碳化活性氧化鎂水泥，制備出強度較高的建材制品，但所需要的時間為28d。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]解決的技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種鎂鈣碳酸鹽膠凝材料及其制備方法，資源化利用了溫室氣體CO2，且產(chǎn)品抗折強度和抗壓強度優(yōu)異。
[0006]技術(shù)方案:鎂鈣碳酸鹽膠凝材料，所述膠凝材料由工業(yè)堿性廢渣、活性氧化鎂和水泥經(jīng)CO2碳化制備而得，所述組分按質(zhì)量百分比計，工業(yè)堿性廢渣< 100%，0 <水泥^ 20%,O <活性氧化鎂< 20%。
[0007]所述工業(yè)堿性廢渣為磨細礦渣、電石渣、鋼渣、粉煤灰、鎂渣、水泥窯灰中的至少一種。
[0008]所述活性氧化鎂的比表面積不小于20m2/kg，活性指數(shù)不大于400s，顆粒粒徑小于80微米。
[0009]上述鎂鈣碳酸鹽膠凝材料的制備方法，工業(yè)堿性廢渣、活性氧化鎂和水泥經(jīng)0)2碳化，其中碳化時CO2濃度為15% -99.9%，壓力為0.1-3.0MPa，碳化溫度為20-60°C，CO 2養(yǎng)護的時間為3h-14d。
[0010]所述工業(yè)堿性廢渣為電石渣和鋼渣，以質(zhì)量百分比計，電石渣占10%、鋼渣占90%。
[0011]所述CO2濃度為99.9%，壓力為0.5MPa，碳化溫度為30°C，經(jīng)過24小時反應(yīng)。
[0012]技術(shù)原理:為結(jié)合更多的工業(yè)廢渣，更加快速的發(fā)展強度，本發(fā)明采用高濃度工業(yè)CO2并提高CO2壓力，加速CO2在試件中快速擴散，加速碳化并提高碳化程度。采用的技術(shù)方案是采用活性氧化鎂、堿性工業(yè)廢渣、水泥等作為原材料，采用壓力為0.1-3.0MPa、濃度為15% -99.9%的工業(yè)0)2進行養(yǎng)護，溫度為20-60°C，加速碳化，獲取以碳酸鈣、碳酸鎂鈣及系列碳酸鎂鹽作為主要膠結(jié)組分的新型膠凝材料。
[0013]將富含鎂鈣的堿性工業(yè)廢渣、活性氧化鎂、少量水泥與適量的水混合，制成一定形狀的制品，靜置1-3天，脫模，然后放入特制的碳化裝置中，通入CO2氣體進行養(yǎng)護，得到鎂鈣碳酸鹽膠凝材料制品。
[0014]本發(fā)明中所涉及的堿性工業(yè)廢渣主要包括磨細礦渣、電石渣、鋼渣、粉煤灰、鎂渣、水泥窯灰等中的至少一種。
[0015]本發(fā)明中形成鎂鈣碳酸鹽的化學(xué)反應(yīng)主要有:
[0016]C02(g)+H20(aq) — CO 廣(aq)+2H.(aq) Eq(I)
[0017]Ca2+(aq)+CO32 (aq) — CaCO3(S) Eq (2)
[0018]Ca2+(aq)+Mg2+(aq)+CO32-(aq) CaxMg(1_x)C03 (s) Eq (3)
[0019]Mg2+ (aq) +CO廣(aq) +xH20 (aq) 一 MgCO3.xH20 (s) Eq (4)
[0020]本發(fā)明的主要特點是，在碳酸鈣的形成過程中，形成碳酸鎂鈣，改變了晶體形貌和粘結(jié)，使微觀結(jié)構(gòu)更致密，膠凝材料力學(xué)強度更好。高壓CO2，使其擴散更快。同時吸收co2，制備出低碳的碳酸鹽凝膠材料。
[0021]有益效果:利用大量固體廢棄物、環(huán)保、成本低、產(chǎn)品抗折強度和抗壓強度優(yōu)異，資源化利用了溫室氣體CO2，促進建材行業(yè)的節(jié)能減排。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為具體示例碳酸鎂鈣產(chǎn)物的SEM圖。該圖為粉煤灰、活性氧化鎂及少量水泥制備的試件，經(jīng)99.9%濃度CO2碳化養(yǎng)護后，試件中形成碳酸鎂鈣產(chǎn)物的SEM形貌圖。由圖可見，形成了大量緊密連接的球狀碳酸鎂鈣產(chǎn)物，產(chǎn)物之間粘結(jié)緊密，有利于力學(xué)強度的提尚O
[0023]圖2為鎂鈣碳酸鹽產(chǎn)物背散射電子圖；(MC:碳酸鎂鈣、Fa:粉煤灰、Br:氫氧化儀)；
[0024]圖3為鎂鈣碳酸鹽產(chǎn)物背散射電子圖；(S:礦渣、MC:碳酸鎂鈣、N:三水碳酸鎂)；
[0025]圖2為活性氧化鎂、粉煤灰和少量水泥混合物，經(jīng)CO2碳化養(yǎng)護后，形成了大量的碳酸鎂鈣產(chǎn)物，將粉煤灰膠結(jié)在一起。圖3為活性氧化鎂、礦渣和少量水泥混合物，經(jīng)0)2碳化養(yǎng)護后，形成了大量的碳酸鎂鈣產(chǎn)物及三水碳酸鎂產(chǎn)物，與礦渣膠結(jié)形成緊密結(jié)構(gòu)。

【具體實施方式】
[0026]以下實施例進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0027]實施例1
[0028]選用粉煤灰、活性氧化鎂和水泥為主要原料。以質(zhì)量百分比計，粉煤灰占50%、活性氧化鎂占20%、水泥占30%。活性氧化鎂的活性指數(shù)是50s，比表面積是55m2/g。水泥為硅酸鹽水泥，比表面積為420m2/kg。粉煤灰取自南京某火力發(fā)電廠，CaO含量為4.8% (質(zhì)量比)。將上述三種原材料均勻混合，加水，攪拌制成均勻的漿料，澆筑成型40 X 40 X 40mm試件。采用CO2養(yǎng)護，CO2濃度為99.9%，壓力為1.5MPa，碳化溫度為40°C，經(jīng)過3小時反應(yīng)。經(jīng)碳化反應(yīng)后，重量增加(即吸收二氧化碳)約11%，試件抗折強度為4.9MPa，抗壓強度為45MPa。
[0029]實施例2
[0030]選用磨細礦渣、活性氧化鎂(同實施例1)和水泥(同實施例1)為主要原料。磨細礦渣比表面積為450m2/kg，Ca0含量為36%、Mg0含量為12% (質(zhì)量比)。以質(zhì)量百分比計，礦渣占60 %、活性氧化鎂占20 %、水泥占20 %。將上述三種原材料均勻混合，加水，攪拌制成均勻的漿料，澆筑成型40X40X40mm試件。采用CO2養(yǎng)護，CO 2濃度為99.9%，壓力為
1.0MPa,碳化溫度為40°C，經(jīng)過6小時反應(yīng)。
[0031]經(jīng)碳化反應(yīng)后，重量增加(即吸收二氧化碳)約13%，試件抗折強度為5.3MPa，抗壓強度為5 IMPa。
[0032]實施例3
[0033]選用鋼渣、活性氧化鎂(同實施例1)和水泥(同實施例1)為主要原料。鋼渣中CaO含量為42 %，MgO含量為11 %。以質(zhì)量百分比計，鋼渣占80 %、活性氧化鎂占10 %、水泥占10%。將上述三種原材料均勻混合，加水，攪拌制成均勻的漿料，澆筑成型40 X 40 X 40mm試件。采用CO2養(yǎng)護，CO 2濃度為99.9%，壓力為2.0MPa，碳化溫度為50°C，經(jīng)過3小時反應(yīng)。
[0034]經(jīng)碳化反應(yīng)后，重量增加(即吸收二氧化碳)約16%，試件抗折強度為5.9MPa，抗壓強度為57MPa。
[0035]實施例4
[0036]選用電石渣和鋼渣(同實施例3)為主要原料。電石渣中CaO含量為60% (質(zhì)量比)。以質(zhì)量百分比計，電石渣占10%、鋼渣占90%。將上述二種原材料均勻混合，加水，攪拌制成均勻的漿料，澆筑成型40X40X40mm試件。采用CO2養(yǎng)護，CO 2濃度為99.9%，壓力為0.5MPa，碳化溫度為30°C，經(jīng)過24小時反應(yīng)。經(jīng)碳化反應(yīng)后，重量增加(即吸收二氧化碳)約19%，試件抗折強度為6.7MPa，抗壓強度為65MPa。
[0037]實施例5
[0038]選用電石渣(同實施例4)、鎂渣和水泥窯灰為主要原料。鎂渣中CaO含量為43%，MgO含量為17% (質(zhì)量比)。水泥窯灰中CaO含量為45%，MgO含量為2% (質(zhì)量比)。以質(zhì)量百分比計，電石渣占20%、鎂渣占60%、水泥窯灰占20%。將上述三種原材料均勻混合，加水，攪拌制成均勻的漿料，澆筑成型40X40X40mm試件。采用CO2養(yǎng)護，CO 2濃度為20%，壓力為0.1MPa，碳化溫度為30°C，經(jīng)過24小時反應(yīng)。經(jīng)碳化反應(yīng)后，重量增加(即吸收二氧化碳)20%左右，試件抗折強度為6.3MPa，抗壓強度為60MPa。
【權(quán)利要求】
1.鎂鈣碳酸鹽膠凝材料，其特征在于所述膠凝材料由工業(yè)堿性廢渣、活性氧化鎂和水泥經(jīng)C02碳化制備而得，所述組分按質(zhì)量百分比計，60%彡工業(yè)堿性廢渣彡100%，0彡水泥(20%, 0 <活性氧化鎂< 20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鎂鈣碳酸鹽膠凝材料，其特征在于所述工業(yè)堿性廢渣為磨細礦渣、電石渣、鋼渣、粉煤灰、鎂渣、水泥窯灰中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鎂鈣碳酸鹽膠凝材料，其特征在于所述活性氧化鎂的比表面積不小于20m2/kg，活性指數(shù)不大于400 s，顆粒粒徑小于80微米。
4.權(quán)利要求1所述鎂鈣碳酸鹽膠凝材料的制備方法，其特征在于工業(yè)堿性廢渣、活性氧化鎂和水泥經(jīng)C02碳化，其中碳化時C02濃度為15%-99.9%，壓力為0.1-3.0MPa，碳化溫度為20-60°C，C02養(yǎng)護的時間為3h-14d。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鎂鈣碳酸鹽膠凝材料的制備方法，其特征在于工業(yè)堿性廢渣為電石渣和鋼渣，以質(zhì)量百分比計，電石渣占10%、鋼渣占90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述鎂鈣碳酸鹽膠凝材料的制備方法，其特征在于C02濃度為.99.9%，壓力為0.5 MPa,碳化溫度為30°C，經(jīng)過24小時反應(yīng)。
【文檔編號】C04B9/12GK104478256SQ201410660848
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】莫立武, 鄧敏, 張豐 申請人:南京工業(yè)大學(xué)