一种全组分吸收二氧化碳低碳混凝土及制备方法与流程

本发明涉及混凝土领域，特别涉及一种全组分吸收二氧化碳低碳混凝土及制备方法。

背景技术：

1、温室气体排放对气候的影响是全球关注的问题，减少全球温室气体排放进而限制全球气温上升的呼声越来越大。全球变暖的主要原因之一是二氧化碳(co2)的排放，其中混凝土行业的碳排放量在全球总碳排放量中占据相当大的一部分。因此探索新型的捕集二氧化碳的低碳混凝土对降低混凝土行业碳排放至关重要。早期的研究许多技术利用二氧化碳对混凝土进行养护，提升了混凝土制品的固碳量，但由于混凝土较为密实，扩散速率低，其固碳能力有限。因此有必要探索新的低碳混凝土实现途径。

2、混凝土的原材料主要包括胶凝材料、骨料、砂、水、外加剂五大组分。各组分均存在一定的减碳潜力，例如胶凝材料中粉煤灰、矿渣粉、再生微粉等，骨料和砂中的粒化高炉渣、再生骨料等，均可以通过化学反应的手段固化二氧化碳。因此，针对性开发混凝土各组分碳封存技术，实现混凝土全组分固碳，对混凝土行业早日达成“双碳”目标具有重要的现实意义。然而，关于混凝土原料全级次固碳处理及相关低碳混凝土制备的相关研究仍属空白。因此，从混凝土的原材料端减碳出发，设计制备全组分吸收二氧化碳的低碳混凝土刻不容缓。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种全组分吸收二氧化碳低碳混凝土及制备方法，旨在实现混凝土各组分最大程度吸收二氧化碳，提升混凝土的固碳能力，达到混凝土碳中和甚至负碳的目的同时满足混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的要求。

2、为实现上述目的，采用技术方案如下：

3、一种全组分吸收二氧化碳低碳混凝土，其特征在于，按质量百分比计包括如下组分：

4、水泥：10-30％

5、回收骨料：15-45％

6、回收砂：15-45％

7、固碳掺合料：5-40％

8、空心玻璃微珠：0.1-10％

9、外加剂：0.01-0.1％

10、拌合水：5-27％。

11、上述各组分的重量百分比之和为100％。

12、按上述方案，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、低热水泥、石灰石煅烧粘土水泥中的一种或多种混合而成。所述水泥的作用是与水反应为混凝土提供胶凝作用，使混凝土具备强度、耐久性。

13、按上述方案，所述回收骨料来源于废弃建筑垃圾(废弃混凝土)，经破碎筛分后获得的再生骨料，粒径范围为4.75-31.5mm。所述回收骨料的作用是减少混凝土普通骨料的使用量，骨料表层包裹的废弃砂浆中含有等可碳化物质氢氧化钙(ch)，可吸收二氧化碳，降低生产混凝土的碳排放。同时，ch与二氧化碳反应可生成碳酸钙，填充在废弃砂浆孔隙中可明显降低孔隙率，提高混凝土的工作性能。

14、按上述方案，所述回收砂为再生砂和机制砂中的一种或多种混合，最大粒径为4.75mm。所述回收砂的作用是吸收二氧化碳。本发明采用的回收砂包裹的废弃砂浆中含有等可碳化物质ch，可大幅吸收二氧化碳，降低生产混凝土的碳排放。同时，ch与二氧化碳反应可生成碳酸钙，填充在废弃砂浆孔隙中可明显降低孔隙率，提高混凝土的工作性能。

15、按上述方案，所述固碳掺合料是再生微粉、粉煤灰、硅灰、矿粉、高炉矿渣粉的一种或多种混合而得。所述固碳掺合料的作用是吸收二氧化碳，消耗大量固废，减少水泥用量，降低碳排放。

16、本发明中固碳掺合料的作用是通过微粉中的ca(oh)2和cao等物质，与二氧化碳反应生成caco3，大幅吸收二氧化碳的同时，降低固碳掺合料的孔隙率，提高混凝土的工作性能、密实度、力学性能和耐久性能。

17、按上述方案，所述空心玻璃微珠内含co2气体，是一种固碳空心玻璃微珠。所述空心玻璃微珠是内部充满有二氧化碳，且密封性优异，二氧化碳无法从其中泄露；同时，空心玻璃微珠的滚珠轴承效应和填充效果可提高混凝土的工作性能和密实度。

18、按上述方案，所述外加剂为一种高相容性减水剂、固碳引气剂、早强剂的一种或几种的混合物。

19、进一步地，高相容性减水剂为淀粉基减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂、蒽系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族羟基磺酸盐系减水剂的一种或多种混合。高相容性减水剂的主要作用是：1)能够与碳化后的胶凝材料组分兼容使混凝土保持流动性，改善混凝土的拌合性能；2)独特的分子结构和官能团组成能吸收二氧化碳，从外加剂的角度降低碳排放。固碳引气剂为松香树脂类引气剂、脂肪醇磺酸盐类引气剂、烷基和烷基芳烃磺酸类引气剂的一种或多种混合。固碳引气剂的主要目的是：1)改善混凝土的和易性、工作性，提高混凝土抗冻、抗渗等耐久性能，延长混凝土的使用寿命；2)独特的分子结构和官能团可选择性捕集、吸收二氧化碳。吸碳型早强剂为氯化钙、氢氧化钙、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺的一种或多种混合。吸碳型早强剂的作用是：1)缩短混凝土的凝结硬化时间，提高混凝土的早期强度，保证特殊施工的要求；2)独特的组成可以吸收二氧化碳。

20、特别地，所述高相容性减水剂、固碳引气剂、固碳早强剂等具有二氧化碳吸附、反应的基团或结构，包括但不限于胺基、羧基、醇羟基、碱金属离子(钠、钾、钙、锂、镁)。

21、按上述方案，所述拌合水为蒸馏水、氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液及氢氧化钙溶液的一种或几种混合而成。所述拌合水的作用主要是形成水泥水化环境。此外，水中的金属离子还可与二氧化碳发生反应，在吸收二氧化碳的同时形成对应的碳酸盐。

22、进一步，所述拌合水中氢氧化钠的浓度为0％-52％，氢氧化锂的浓度为0％-12.7％，氢氧化钙的浓度为0％-0.17％。

23、上述碳捕集低碳混凝土的制备方法，包含以下步骤：

24、s1：可选地，将回收骨料放入高温高压反应釜，往反应釜中通入0.02％-100％浓度的二氧化碳，并在釜内搅拌，转速为0-30rpm，控制釜内温度为20-120℃，相对湿度为20％-90％，气压为0.1-5.0mpa，时间为2-100小时。碳化结束后将其降至室温后取出备用。

25、s2：可选地，将回收砂放入高温高压反应釜，往反应釜中通入0.02％-100％浓度的二氧化碳，并在釜内搅拌，转速为0-30rpm，控制釜内温度为20-120℃，相对湿度为20％-90％，气压为0.1-5.0mpa，时间为2-100小时。碳化结束后将其降至室温后取出备用。

26、s3：可选地，将固碳掺合料放入高温高压反应釜，往反应釜中通入0.02％-100％浓度的二氧化碳，并在釜内搅拌，转速为0-30rpm，控制釜内温度为20-120℃，相对湿度为20％-90％，气压为0.1-5.0mpa，时间为2-100小时。碳化结束后将其降至室温后取出备用。

27、s4：可选地，将拌合水放入高温高压反应釜，向装有拌合水的容器底部冲入浓度为0.02％-100％浓度的二氧化碳，并同时进行搅拌，转速为0-30rpm，控制釜内温度为20-80℃，时间为2-100小时。

28、s5：可选地，称取水泥、空心玻璃微珠、步骤(1)(2)(3)中制备的碳化后的回收骨料、回收砂和固碳掺合料，依次放入混凝土搅拌机中混合搅拌。然后，称取外加剂和步骤(4)中制备的吸收二氧化碳的拌合水，将拌合水和外加剂混匀后倒入搅拌机内，混合搅拌均匀。搅拌结束得到新拌的全组分吸收二氧化碳低碳混凝土，浇筑至模具内，振捣成型，养护，即得到全组分吸收二氧化碳低碳混凝土。

29、本发明具有以下有益效果：

30、(1)本发明提供了一种全组分吸收二氧化碳低碳混凝土，实现混凝土各组分均可捕集二氧化碳气体，使混凝土碳捕集量大幅提升，减少混凝土行业的碳排放，具有重要的环保意义。

31、(2)本发明提供的全组分吸收二氧化碳低碳混凝土，当回收骨料、回收砂、固碳掺合料经过高温加压碳化后即大幅增加了对二氧化碳气体的吸收，又改善了回收骨料、回收砂、固碳掺合料的性能，进而提升了混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能。

32、(3)本发明提供的全组分吸收二氧化碳低碳混凝土，利用空心玻璃微珠内部包裹二氧化碳气体，进一步增大碳捕集量。同时还能利用滚珠轴承效应，提升混凝土的工作性能。

33、(4)本发明提供的组分分别碳化后再制备混凝土方法，可以提高二氧化碳吸收量，且能够利用空心玻璃微珠和含二氧化碳水溶液的碳捕集效应，最大程度提高二氧化碳吸收量。

34、(5)本发明提供的全组分吸收二氧化碳低碳混凝土，回收骨料和回收砂不仅最大程度捕集二氧化碳，还可以消耗大量的废弃混凝土，减少碳排放的同时实现资源再利用，保护环境。