一种可进行CO2捕捉的含SAP孔体系透气砂浆的制备方法

一种可进行co2捕捉的含sap孔体系透气砂浆的制备方法
技术领域
1.本发明属于水泥混凝土领域，特别是采用sap孔体系提高透气砂浆co2捕捉能力的技术领域；本发明还涉及一种可进行碳捕捉的透气砂浆材料的应用。


背景技术：

2.自然环境中水泥基材料会发生碳化反应，主要源于孔溶液中氢氧化钙和水泥基材料基体中水化硅酸钙可与co2反应生成碳化钙。因此，水泥基材料具有co2捕捉能力。水泥基材料的碳化过程受到co2扩散过程的控制，通常情况下，只有表层水泥基材料(5～30mm)发生碳化反应。如果能够增加水泥基材料的碳化深度，将有助于提升水泥基材料的co2捕捉能力。
3.sap可在砂浆(水泥基材料的一种)拌合阶段吸水膨胀；当砂浆内部湿度降低时，sap可释放水分并收缩，从而产生sap孔。sap 孔尺寸(0.2～10mm)较大，可促使空气中co2通过大毛细孔和sap 孔快速进入砂浆内部。此外，sap孔的间距(0.5～2mm)较小，这降低了sap孔间砂浆被完全碳化的难度。同时，砂浆的碳化离不开水，而sap可在砂浆遇水时吸水膨胀，从而为砂浆碳化储存水分。通常情况下，水泥基材料中添加sap旨在进行内养护，此时，sap 的掺量通常不大于胶凝材料质量的0.6％，故sap的加入对砂浆碳捕捉行为影响不大，实施例2的结果(表2)证实了此推论。本发明之所以能够起到碳捕捉效果，关键在于sap的掺量大、砂浆水胶比高和选取细砂，从而在砂浆内部产生透气性良好的孔结构。
4.文献1(b.park,y.c.choi,investigation ofcarbon
‑
capture propertyof foam concrete using stainless steel aod slag,journal of cleanerproduction 288(2021):125621)公布了一种提高混凝土碳捕捉能力的方法。该方法是在混凝土中加入引气剂和钢渣，在混凝土中产生大量气孔，通过提升混凝土的孔隙率来增强混凝土的碳捕捉能力。
5.文献2(c.moro,v.francioso,m.velay
‑
lizancos,modification ofco
2 capture and pore structure of hardened cement paste made withnano
‑
tio
2 addition:influence of water
‑
to
‑
cement ratio and co
2 exposure age,construction and building materials 275(2021):122131.) 公布了一种提升硬化水泥浆体捕捉co2能力的技术。该方法是利用 tio2改变硬化水泥浆的孔隙率和基体中氢氧化钙的活性改变硬化水泥浆的co2捕捉能力。
6.上述技术的不足在于：(1)在干燥环境，文献1和文献2中材料由于缺水而无法进行碳化反应。而本发明中sap可在湿环境中吸水膨胀，从而使砂浆在干燥环境中保持高湿度并进行碳化反应。(2)文献1和文献2中材料的透气性不足，这会导致砂浆无法获得优异的 co2捕捉效率。(3)文献1难以精准调控水泥基材料的孔结构。引气剂产生的气孔体系是不稳定的。小气泡的自由能较高，故小气泡倾向于合并而形成大气泡。由于气泡的密度小于混凝土，气泡有脱离混凝土的趋势。长时间拌合、泌水、高温和喷射工艺等都会促使气泡脱离混凝土，从而造成无法精准调控气孔体系的特性。这也导致无法进一步优化混凝土的碳捕捉
能力。(4)文献2中tio2的掺量在一定范围时才能提升硬化水泥浆的co2捕捉能力且其提高程度有限。这是因为tio2既可以提高氢氧化钙的反应活性又可降低混凝土孔隙率，前者能够提升碳化效率，后者反而会抑制碳化反应。tio2掺量过多或过少反而会导致硬化水泥浆的co2捕捉能力减小。


技术实现要素：

7.为弥补现有测试技术的不足，本发明提出了sap孔体系的设计方法，通过设计sap的掺入方式、sap的掺量、选取细砂和提高砂浆水胶比，进而形成具有优异co2捕捉能力透气砂浆的制备方法。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种可进行co2捕捉的含sap孔体系透气砂浆的制备方法，步骤如下：
10.1)将p
·
o 42.5水泥和干燥的丙烯酸交联丙烯酰胺sap颗粒置于砂浆搅拌机中干拌至两者拌合均匀。
11.2)加入细砂继续干拌至材料均匀，随后加入溶有聚羧酸高性能减水剂的拌合水。按照gbt 8077
‑
2012标准拌制砂浆。
12.3)待sap吸水膨胀且砂浆工作性稳定后，将含sap的砂浆置于试模中成型。砂浆硬化后脱模并在养护箱(温度20
±
2℃，湿度>95 ％)中进行养护。养护过程中砂浆内部湿度的降低导致sap颗粒收缩并产生sap孔体系。
13.4)改变砂浆中sap的掺量和吸水能力可获得不同特性的sap孔体系。
14.5)将完成养护的砂浆试块置于环境中，sap孔体系的存在降低了 co2在砂浆中扩散的难度，从而提高砂浆的co2捕捉效率。
15.上述方法中优选的方案如下：
16.步骤1)中sap的加入方式为与水泥干拌，以避免加水拌合时sap 颗粒的团聚。
17.步骤1)中sap的掺量为水泥质量的2％～5％，大掺量sap以提高砂浆的透气性。
18.步骤2)中细砂的粒径范围为0.5
‑
2mm，选择细砂以避免大颗粒骨料导致砂浆的透气性降低。
19.步骤2)中所制备砂浆的水胶比为0.5～0.8。较高的水胶比保障砂浆均匀良好的透气性。
20.步骤4)中sap孔的尺寸范围为0.2～10mm。
21.步骤4)中sap孔的间距为0.5～2mm。
22.本发明还涉及利用sap孔体系进行co2捕捉的应用。
23.提高砂浆co2捕捉能力的关键是提升砂浆的透气性，进而降低 co2在砂浆中的传输难度和促进砂浆的碳化反应。本研究利用sap 的膨胀和收缩行为在混凝土中引入sap孔体系。由于sap与砂浆相容性好，sap掺入方式为与水泥干拌均匀，随后加入细砂和拌合水制备砂浆。同时采用细颗粒河砂和提高砂浆的水胶比，以进一步增强砂浆的透气性。可见，本方法操作简单。sap孔之间的间距和sap孔的尺寸可通过改变干sap颗粒的粒径、吸水能力和掺量进行调控，因此可对sap孔体系的特性进行深度设计，从而为实现co2的高效捕捉提供可行的技术。
24.本发明的特点及优良效果如下：
25.(1)试验方法简单、易操作，sap颗粒可与原材料直接拌合。
26.(2)通过引入sap孔、增加水胶比和采用细砂，可显著提升砂浆的透气性。
27.(3)sap孔体系的可设计性强，通过改变干sap颗粒的粒径、吸水能力和掺量可调控sap孔之间的间距和sap孔的尺寸。
28.(4)在干湿交替环境，sap孔中收缩的sap可在湿阶段吸水膨胀，并在干阶段为砂浆提供水分，从而使砂浆内部保持较高的湿度，进而提升干阶段砂浆的co2捕捉效率。
附图说明
29.图1a为硬化水泥浆中sap孔体系(深色为sap孔壁、浅色为砂浆基体)；
30.图1b为sap孔的三维图。
具体实施方式
31.实施例1.砂浆中sap孔体系的三维形貌，请参见图1a和图1b。
32.将水泥和sap颗粒置于砂浆搅拌机中干拌2分钟，随后加入细砂继续干拌2分钟，缓慢加入溶有减水剂的拌合水，持续搅拌至浆体均匀。砂浆的水胶比为0.6，sap的掺量为水泥质量的2％。将搅拌好的砂浆浇筑到试模中，然后在养护箱中养护至28天。借助x射线计算机断层扫描试验机对sap的孔体系的三维形貌进行测试，结果如图1所示。由图1可知，sap在砂浆中产生了sap孔体系。
33.实施例2.含sap孔体系透气砂浆的co2捕捉效率评价
34.按照实施例1制备不同sap含量(0％、0.3％、1％、2％、3％、 4％和5％)的砂浆，砂浆成型后在标准条件下养护28天。然后按照 gbt 50082
‑
2009(普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准)进行碳化实验，co2的浓度为20％。碳化28天后采用巴西劈裂法将试块分离成两部分，随后喷涂浓度为1％的酚酞酒精溶液，根据变色范围界限确定碳化深度。最终的碳化结果如下表所示。由表1可知，只有当sap的掺量达到2％时，碳化深度才会随sap掺量的增加而持续增加，而少量sap的加入对砂浆的碳捕捉行为影响不大。表1也说明引入大掺量sap孔体系可显著提高砂浆的co2捕捉效率，证实了本发明的有效性。
[0035][0036]
表1不同sap掺量砂浆的碳化深度(mm)
[0037]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。