一种免烧碳化水泥土砌块及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种免烧碳化水泥土砌块及其制备方法。


背景技术：

2.我国每年生产的建筑渣土量达数十亿立方之巨，相当多的渣土被当做固体废弃物随意堆放，对卫生、生态、资源都带来了极大的负面影响。水泥土是由渣土加水泥组成的一种建筑用固化材料，自1915年美国首次使用水泥土开始，由于其取材方便、成本低廉，在随后的一百多年间得到了广泛的应用，应用领域也从路基拓展到了建筑地基、围墙挡墙等领域，是解决建筑渣土问题的有效方法。
3.减少co2等温室气体的排放是遏制全球气候变暖的首要途径，而水泥混凝土产业的co2排放量在国民co2排放中占有很大的比重，如何减少co2的排放引起了建筑材料行业的重视。水泥材料会与空气中的co2发生碳化反应，原有的矿物成分会逐渐向方解石、文石等碳酸类矿物变化，碳化反应本质上是水泥混凝土制品自发的一种现象，但由于自然环境中的co2含量很低，导致碳化反应极其缓慢。在高浓度的co2环境中，水泥基材料的碳化速度明显上升，不仅可以提高水泥基材料的强度，也为co2的综合利用提供了一条重要的思路。
4.现有技术中的碳化水泥土砌块大都是固化处理矿渣、钢渣等工业固体废料，很少有涉及关于co2碳化加工渣土的研究。


技术实现要素：

5.针对现有技术中对co2碳化加工渣土的研究缺失，本发明提供了一种免烧碳化水泥土砌块，其以渣土为主要原料，辅以活性氧化钙和活性氧化镁碳化形成水泥-渣土-cao-mgo固化体系。
6.为解决上述问题，本发明提供一种免烧碳化水泥土砌块，其原料包括有渣土、水、凝胶材料、活性氧化钙和活性氧化镁，其中；所述渣土与所述凝胶材料的重量比为60-80：10-30；所述凝胶材料与所述活性氧化钙的重量比为100：5-10；所述凝胶材料与所述活性氧化镁的重量比为100：5-20；其中，所述凝胶材料包括有水泥。
7.与现有技术相比，本发明提供了一种免烧碳化水泥土砌块，其以渣土为主要原料，大量利用建筑固体废弃物的同时，解决co2的资源化利用问题，促进了建材行业的低碳环保。并且水泥土中加入活性氧化镁碳化过程中生成碳酸镁、碳酸镁钙等产物，碳化形成水泥-渣土-cao-mgo固化体系。氧化钙碳化过程中生成碳酸钙、碳酸镁钙等产物，水泥土中有大量的土体，收缩严重，这些产物填充到水泥土的微观孔隙中，减少水泥土的总孔隙率和有害孔的孔隙率，改变原有水泥土的微观结构。活性氧化钙的早期活性强于活性氧化镁，碳化完成后会有一部分活性氧化镁残留，随着水泥土砌块服役的过程，这些氧化镁在捕捉空气中co2的同时，还起到膨胀剂的作用，抑制水泥土收缩，活性氧化镁和活性氧化钙两者不同时期的活性特征保证砌块质量的长期稳定。
8.碳化过程中无需煅烧，减少能源消耗，促进建材行业的节能减排。碳化反应使水泥土砌块的表层致密，有害离子难以进入到砌块的内部，提高了砌块的耐久性。碳化增加水泥土的固化速度，可以加快产品的生产周期，为生产厂商带来更大的经济效益。
9.可选地，所述凝胶材料还包括碱基发材料；其中，所述碱基发材料包括硅灰、粉煤灰、矿渣粉、石膏粉中的至少一种。碱基发材料均属于工业废弃物，其添加能够提高砌块强度。
10.可选地，所述凝胶材料由水泥、矿渣粉和石膏粉组成。
11.可选地，所述凝胶材料由重量比为70:15-25:5-10的水泥、矿渣粉和石膏粉组成。
12.可选地，所述凝胶材料由水泥、矿渣粉和石膏粉组成，所述水泥、矿渣粉和石膏粉的重量比为70：25：8。
13.可选地，所述活性氧化钙的比表面积为100-220m2/kg，比表面积小于 100m2/kg时氧化钙活性低，不能抑制水泥土早期收缩，比表面积高于 220m2/kg时氧化钙活性过高，将水泥土中大量水化产生膨胀，影响水泥土的安定性。活性氧化钙中f-cao的含量大于60％，避免纯度影响活性氧化钙在水泥土中的水化。
14.可选地，所述活性氧化镁的比表面积为22-40m2/kg；当活性氧化镁的比表面积小于22m2/kg时，氧化镁活性低，会造成大量氧化钙反应后氧化镁才开始反应，不能产生协同效果；当活性氧化镁的比表面积大于40m2/kg 时，氧化镁活性过高，影响氧化钙早期的水化，而早期镁质会影响水泥土的强度。mgo的含量大于75％，避免纯度影响活性氧化镁在水泥土中的水化。
15.可选地，所述活性氧化钙与所述活性氧化镁的重量和与所述凝胶材料的重量比为10-20：100。
16.可选地，所述活性氧化钙与所述活性氧化镁的重量和与所述凝胶材料的重量比为15：100。
17.可选地，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
18.本发明要解决的技术问题之二是提供了一种免烧碳化水泥土砌块的制备方法，其在生产砌块的过程中无需煅烧，减少能源消耗，促进建材行业的节能减排。
19.一种如上述任一所述的免烧碳化水泥土砌块的制备方法，包括以下步骤：
20.s1、将水和渣土按照1：1-2的重量比混合，制得泥浆；
21.s2、将水和凝胶材料按照3-5：10的重量比混合，制得混合浆；
22.s3、向所述混合浆中添加活性氧化镁和活性氧化钙，混合制得水泥浆；
23.s4、将所述混合浆与所述水泥浆按照6-7：3-4的重量比混合形成水泥土，将水泥土放入模具内，定型形成水泥土砌块；
24.s5、将所述水泥土砌块放置在碳化养护装置中进行碳化处理，碳化处理后的水泥土砌块养护10-15d，制得成品。
25.可选地，所述碳化养护装置内碳化环境为：80-90vol％的co2，碳化时间为10-12h，压力为0.8-1mpa，温度为40-60℃。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实
施例做详细的说明。
27.以下实施例中的份数均为原料的重量份数。
28.实施例1
29.本实施例提供一种免烧碳化水泥土砌块，其原料包括有渣土、水、凝胶材料、活性氧化钙和活性氧化镁，其中；渣土与凝胶材料的重量比为 60-80：10-30；凝胶材料与活性氧化钙的重量比为100：5-10；凝胶材料与活性氧化镁的重量比为100：5-20；其中，凝胶材料包括有水泥。
30.具体的，凝胶材料还包括碱基发材料；其中，碱基发材料包括硅灰、粉煤灰、矿渣粉、石膏粉中的至少一种。
31.进一步的，碱基发材料均属于工业废弃物，其添加能够提高砌块强度。
32.具体的，水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
33.一种如上述任一的免烧碳化水泥土砌块的制备方法，包括以下步骤：
34.s1、将水和渣土按照1：1-2的重量比混合，制得泥浆；
35.s2、将水和凝胶材料按照3-5：10的重量比混合，制得混合浆；
36.s3、向混合浆中添加活性氧化镁和活性氧化钙，混合制得水泥浆；
37.s4、将混合浆与水泥浆按照6-7：3-4的重量比混合形成水泥土，将水泥土放入模具内，定型形成水泥土砌块；
38.s5、将水泥土砌块放置在碳化养护装置中进行碳化处理，碳化处理后的水泥土砌块养护10-15d，制得成品。
39.具体的，碳化养护装置内碳化环境为：80-90vol％的co2，碳化时间为 10-12h，压力为0.8-1mpa，温度为40-60℃。
40.进一步的，在本实施例中，采用以下内容制备免烧碳化水泥土砌块。
41.1、将渣土烘干后，使用搅拌机将等质量的水与渣土混合成泥浆，使用搅拌机将水和胶凝材料按1：2的比例混合成混合浆，胶凝材料由70份水泥和30份的矿渣粉组成；外掺10份的活性氧化镁；外掺5份的活性氧化钙。
42.2、向容器中加入75份的泥浆和25份的水泥浆，使用搅拌机搅拌至两者完全混合形成水泥土，将水泥土放入标准模具中，12h后拆模将水泥土取出。
43.3、将水泥土砌块放置在碳化养护箱中，设置co2的体积浓度90％，碳化时间为12h，压力为0.8mpa，温度为40℃。
44.4、待碳化完成后取出水泥土砌块，静置15d的强度为3.2mpa，安定性良好。
45.其中，在本实施例中的水泥为p.ⅱ52.5，矿粉等级为s95，活性氧化镁的比表面积为24m2/kg，mgo的含量为72.8％，活性指数为120s；活性氧化钙的比表面积140m2/kg，f-cao的含量为64.2％。
46.在另一实施例中，水泥可用p
·ⅰ52.5或p
·
o 52.5代替。
47.在另一实施例中，矿渣粉可用粉煤灰进行代替。
48.实施例2-4
49.本实施例与实施例1的制备步骤和材料类型相同，其不同之处在于，本实施例中的凝胶材料的组成不一样。详见下表所示：
[0050][0051][0052]
对比上述4个实施例后发现，实施例3和实施例4中掺入石膏粉和矿渣粉碳化水泥土砌块的强度相较于实施例1和实施例2显著提升。这是由于石膏粉与矿渣粉，除了会生成钙矾石和硅酸钙，还会生成水钠矾石和镁矾石，以此增强水泥土砌块的结构强度。在渣土中有一定比例的铝元素和钠元素，这些物质加快了钙矾石、水钠矾石的生成，在砌块中加入的活性氧化镁也会参与反应生成镁矾石。这些物质的密度都很小，反应后体积膨胀，将砌块中的孔隙进一步填充，砌块致密后强度显著提升。
[0053]
在实施例3和实施例4中，石膏粉可用硅灰进行代替。
[0054]
为了确定最佳的石膏粉和矿渣粉掺量，我们做了如下几个实施例。
[0055]
实施例5
[0056]
1、将渣土烘干后，使用搅拌机将等质量的水与渣土混合成泥浆，使用搅拌机将水和胶凝材料按1：2的比例混合成混合浆，胶凝材料由70份水泥、25份矿渣粉和3份石膏粉组成；外掺10份的活性氧化镁；外掺5份的活性氧化钙。
[0057]
2、向容器中加入70份的泥浆和30份的水泥浆，使用搅拌机搅拌至两者完全混合形
成水泥土，将水泥土放入标准模具中，12h后拆模将水泥土取出。
[0058]
3、将水泥土砌块放置在碳化养护箱中，设置co2的体积浓度80％，碳化时间为10h，压力为0.8mpa，温度为40℃。
[0059]
4、待碳化完成后取出水泥土砌块，静置14d的强度为7.1mpa，安定性良好。
[0060]
在本实施例中，水泥为p.ⅱ52.5，矿渣粉等级为s95，石膏粉为工业脱硫石膏粉；活性氧化镁的比表面积为22m2/kg，活性指数为130s，氧化镁的含量为76.1％；活性氧化钙的比表面积140m2/kg，f-cao的含量为60.2％。
[0061]
实施例6-7
[0062]
本实施例与实施例5的制备步骤和材料类型相同，其不同之处在于，本实施例中的凝胶材料的组成不一样。详见下表所示：
[0063][0064][0065]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。