一种使用二氧化碳泡沫制备泡沫混凝土的方法

本发明涉及混凝土，具体涉及一种使用二氧化碳泡沫制备泡沫混凝土的方法。

背景技术：

1、水泥基材料的碳化养护技术可实现安全、永久的二氧化碳储存，养护后水泥制品的力学性能、物理性能可得到显著改善，具有重要应用前景。碳化养护效能的提升不仅可以增加固碳量，还可以提高材料的性能。目前，常用的提升方法有增加碳化养护室的真空度、提升二氧化碳养护浓度、增大二氧化碳养护压力值、调节材料的含水量等，但均需要较高的养护条件并额外消耗能量，反而对减碳不利。且碳化养护水泥基材料的特点使二氧化碳难以深入材料内部，导致其在提升一定程度后难以继续得到有效提升。

2、在水泥浆体中加入泡沫经搅拌养护等工艺可制成泡沫混凝土，若将泡沫中的空气替换为二氧化碳气体，使用二氧化碳制备泡沫混凝土将二氧化碳发泡与碳化养护结合，其养护方式与传统碳化养护水泥基材料将截然不同。传统的二氧化碳养护由制品外部向内局部养护，二氧化碳只能养护水泥基材料较浅的表层，难以深入材料内部；而利用二氧化碳制备泡沫混凝土，养护则由材料的内部实现整体、均匀养护，可充分利用二氧化碳气体，彻底解决碳酸化养护深度浅、程度低的问题，同时简化碳酸化养护工艺，提高实施可行性。

3、目前，有相关发明使用二氧化碳泡沫制备出泡沫混凝土，如专利cn115611589a给出一种基于碳化养护的水泥基泡沫轻质土制备方法，利用二氧化碳高压罐与发泡机制得二氧化碳泡沫并将其通入含水泥浆料的反应釜中搅拌均匀得到泡沫混凝土。又如专利cn113277787a给出一种基于碳化作用的轻质二氧化碳泡沫水泥基材料优化制备方法，选出4g/l的茶皂素为发泡剂、5g/l的十二烷基苯磺酸钠为稳泡剂，使用二氧化碳水基发泡机制备二氧化碳泡沫并与一定初始水灰比、泡浆比的水泥浆混合制成二氧化碳沫轻质泥浆。继而，又出现了以不同原料制备二氧化碳泡沫混凝土的方法，例如专利cn116396053a给出一种负碳泡沫混凝土及其制备方法，对湿磨后的钢渣浆体通入二氧化碳气体后与钢渣粉及二氧化碳泡沫搅拌均匀得到固碳掺合料，再将固碳掺合料与具备固碳潜力的工业固废混合均匀生产泡沫混凝土，经碳化养护后得到负碳泡沫混凝土。

4、但是，当前如以上专利等使用二氧化碳泡沫制备泡沫混凝土的方法，还存在着以下几点问题：1、由于二氧化碳在水中的溶解度远高于空气，二氧化碳更容易通过泡沫液膜，导致二氧化碳泡沫的稳定性极差，在正常情况下泡沫的半衰期(一定体积的泡沫衰减一半所需要的时间)仅为5min左右，无法满足基本的制备泡沫混凝土的要求。2、由于水泥浆体具有较高的碱性，泡沫中的二氧化碳将溶于水中并与水泥浆迅速反应，进一步降低浆体中二氧化碳的含气量，最终导致制备出泡沫混凝土的密度无法低于1200kg/m3以下。3、由于二氧化碳引入量的不足，使得碳化效能的提升不高，最终导致泡沫混凝土的固碳率、力学性能、保温性能提升较低，使二氧化碳泡沫应用于泡沫混凝土中没有发挥出真正的作用。因此，如何设计出一种二氧化碳泡沫制备泡沫混凝土的方法，不仅能够稳定二氧化碳泡沫，且泡沫中的二氧化碳不会立刻与水泥浆反应，制备出较低密度、高强度的泡沫混凝土是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种使用二氧化碳泡沫制备泡沫混凝土的方法，以实现低密度泡沫混凝土的的制造。

2、为实现上述目的，本发明提供的基础方案为：一种使用二氧化碳泡沫制备泡沫混凝土的方法，包括：

3、s1、制定超稳定二氧化碳泡沫；

4、s11、将纳米颗粒使用搅拌或超声均匀分散在水中，制成纳米颗粒悬浊液，

5、s12、在纳米颗粒悬浊液中加入表面活性剂并搅拌均匀，制得纳米颗粒发泡剂，

6、s13、使用与二氧化碳气瓶相连的发泡机吸入纳米颗粒发泡剂，增加二氧化碳气瓶出口压力，让二氧化碳与纳米颗粒发泡剂混合后形成连续的二氧化碳泡沫，二氧化碳泡沫的半衰期大于30分钟，

7、s2、制备二氧化碳泡沫混凝土；

8、s21、向水泥中加入水和减水剂搅拌均匀得到水泥浆体，

9、s22、向水泥浆体中通入二氧化碳气体，对水泥浆体进行完全碳化，

10、s23、向碳化水泥浆中加入稳泡剂和步骤s13中的二氧化碳泡沫并持续搅拌，直至二氧化碳泡沫全部进入水泥浆体中，得到二氧化碳泡沫混凝土浆料，

11、s24、对二氧化碳泡沫混凝土浆料进行养护得到二氧化碳泡沫混凝土。

12、本发明的工作原理及优点在于：在本方案中，制备泡沫混凝土分成两部分，先是制备超稳定的二氧化碳泡沫，让二氧化碳能够长时间在泡沫中保持稳定；

13、首先是将纳米颗粒制备成悬浊液，使得纳米颗粒形成在水中分散均匀，纳米颗粒最大程度与水混合，然后是加入表面活性剂，表面活性剂减缓纳米颗粒沉降，为后面形成纳米颗粒泡沫提供形变张力。

14、然后是纳米颗粒加入的发泡剂的方式制备二氧化碳泡沫，纳米颗粒会吸附于泡沫气液界面的液相，这会减小co2与泡沫膜的接触面积，从而降低co2溶解于膜内液体的速度；泡沫膜中分散的纳米颗粒会增大泡沫运动阻力，并阻碍co2通过泡沫膜，降低泡沫中的co2扩散到相邻泡沫或空气中的速率，阻止气泡合并；分散在泡沫膜中的纳米颗粒还会阻碍泡沫膜内部发泡液因重力等原因的流动，减少泡沫膜排液，使液膜表面张力维持在较低的水平，从而防止泡沫破裂。

15、将水泥单独进行碳化，让水泥先高度碳化后，使得二氧化碳泡沫不再与水泥发生反应，使得二氧化碳泡沫只作为填充材料，这样水泥浆料在和二氧化碳泡沫混合时候，二氧化碳泡沫中的二氧化碳不会与水泥浆体反应，避免了后面混合时，二氧化碳泡沫大量破裂，最终无法制备低密度二氧化碳泡沫混凝土。

16、另外在进行碳化过程中加入减水剂对水泥浆体的流动性降低，浆体流动度从275mm降至95mm；水泥浆料在二氧化碳泡沫表面流动性降低，会加强水泥浆体对二氧化碳泡沫的包裹能力，通过分步骤对二氧化碳泡沫和水泥浆体的制备，使得二氧化碳泡沫留存在水泥浆体中的含量大大提高，从而制备出低密度的泡沫混凝土，经过试验，制备的泡沫混凝土强度依然能够达到现有强度。

17、制备完成后通过还需要对泡沫混凝土进行碳化养护，碳化养护的条件为：温度20℃，湿度70％，co2浓度20％。本养护方式是从外向内局部养护变为从内部实现整体均匀的养护，同时简化碳化养护工艺，提高了实施可行性，由于较多二氧化碳泡沫留存在泡沫混凝土内部，提高了碳化程度与材料的性能。

18、进一步，在s11中，纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锆中的一种或几种，纳米颗粒的粒径在10-200nm之间，纳米颗粒与水的质量比为(0.1-10)：100。选择纳米颗粒的粒径在10-200nm之间，可以有效形成悬浊液，通过与水的质量形成合理比例，减少纳米颗粒结团的现象。

19、进一步，在s12中，表面活性剂为植物蛋白表面活性剂、动物蛋白表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或几种，表面活性剂与水的质量比为(1-10)：100。表面活性剂作为形成泡沫的有效添加剂，进一步对泡沫的形成和稳定提供必要条件。

20、进一步，在s12中，二氧化碳气瓶出口压力为0.1-0.6mpa，吸收纳米颗粒发泡剂的速率为1-5l/min。本方案使用在发泡机上添加同时吸入二氧化碳和发泡机的结构，并在发泡机中水泵出口添加发泡管，让发泡更加均匀。在使用过程中，首先打开发泡机中水泵使发泡机吸入发泡剂，打开co2气瓶并控制气阀流速，调整二氧化碳气瓶出口压力为0.1-0.6mpa，吸收纳米颗粒发泡剂的速率为1-5l/min。利用气瓶内部压力吹气提供动力，co2与发泡剂通过发泡管后混合为co2泡沫，由泡沫出口得到co2泡沫。

21、进一步，在s21中，水泥的类型为普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，减水剂的类型为聚羧酸减水剂或奈系减水剂，水的质量为水泥的质量的20-40％，减水剂的质量为水泥的质量的0.01-1％。

22、进一步，在s22中，每千克水泥制备成的水泥浆体所需二氧化碳的通气时间为3-30min，二氧化碳的气流量为0.1-2.0l/min。

23、进一步，在s23中，稳泡剂为羟丙基甲基纤维素、碳酸氢钠、阿拉伯胶、聚丙烯酰胺中的一种或几种，稳泡剂的质量为水泥的质量的0.01-5％。

24、进一步，在s23中，每千克水泥添加二氧化碳泡沫的量为1-6l。