一种提高低碳熟料碳化性能的方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种提高低碳熟料碳化性能的方法。

背景技术：

1、水泥制造是最大的二氧化碳排放源之一，低碳熟料可直接利用水泥工业中现有的原料和设备进行生产，其主要矿物组成为低钙矿物c3s2、cs、β-c2s、γ-c2s，相对于以c3s矿物为主的硅酸盐水泥熟料而言，配料中需要的石灰石少，煅烧温度低，既降低了水泥工业的碳排放，又可以吸收大量的co2气体从而制备出物理性能优异的建筑材料，成为近年来的研究热点。

2、低钙矿物c3s2、cs、β-c2s、γ-c2s的碳化性能不同，且在低钙硅比条件下煅烧低碳熟料不可避免会出现不同含量的c2as、c2ms2；低碳熟料通常由其中的一种或多种矿物以不同含量、不同活性、不同密度、不同细度的形式组成，导致低碳熟料的种类繁多，性能不稳定，每种低碳熟料需要在其特定的成型条件和碳化条件下才能充分发挥碳化性能。

3、在低碳熟料领域，如何将复杂的低碳熟料进行优化设计并利于应用仍处于空白。能否提供一种低碳熟料的高效应用方法，采用简单、量化的设计充分发挥出低碳熟料的碳化性能，使低碳熟料在碳化后达到高碳化强度和高固碳率，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种能充分发挥碳化性能的低碳熟料设计方法，通过优化低碳熟料的成型用量有效提高低碳熟料在碳化后的碳化强度和固碳率；且涉及的优化方法简单、易操作，具有显著的经济和环境效益，可为不同种类低碳熟料的高效利用提供一条新思路。

2、为实现上述目的，采用的技术方案如下：

3、一种提高低碳熟料碳化性能方法，包括如下步骤：

4、1)配料调控低碳熟料原料的化学成分中总cao与sio2质量比为1.4-1.9；然后进行煅烧，得低碳熟料；

5、2)采用压制成型方法确定低碳熟料的最佳水灰比w/c和对应的成型用量c；

6、3)计算低碳熟料成型用量的表观密度ρc表观，确定其是否满足目标表观密度ρ目标；

7、若计算得到的ρc表观满足目标表观密度，进行后续步骤；；

8、若计算得到的ρc表观不满足目标表观密度，调整低碳熟料原料的配比和/或煅烧条件，并重复步骤1)～3)至满足目标表观密度，再进行后续步骤；

9、4)根据确定的最佳水灰比及成型用量，将所述低碳熟料进行压制成型，得成型坯体；

10、5)将所得成型坯体干燥至不同含水率条件，然后分别在相同的碳化条件下进行碳化养护，并测定不同碳化产物的抗压强度和固碳率；确定具有高抗压强度和固碳率的碳化制品。

11、上述方案中，所述低碳熟料的主要化学成分及所占质量百分比包括：cao 51～59％，sio230～38％，al2o3 1～4％，fe2o3 1～4％，mgo 0～4％。

12、上述方案中，所述煅烧采用新型干法窑烧制低碳熟料，控制煅烧温度为1200～1300℃；进一步的，总cao与sio2质量比为1.4～1.7(不包含1.7)时，控制温度为1200～1250℃；总cao与sio2质量比为1.7～1.9时控制温度为1250～1300℃。

13、上述方案中，所述最佳水灰比w/c和成型用量c的确定方法包括：采用压制成型方法，将低碳熟料以不同水灰比在相同成型压力条件下压制成相同规格的成型试样；选择不会被压出水时的最大水灰比为最佳水灰比，此时试样中所包含的低碳熟料质量即为该低碳熟料的成型用量。

14、进一步地，所述成型压力可选用5～20mpa，保压时间为30～60s。

15、上述方案中，所述成型试样具有规则形貌，可以准确测量和计算其表观体积v表观。

16、进一步地，所述成型试样优选为圆柱型试样，其直径为1～10cm，高度为1～10cm，尺寸误差不超过1％。

17、进一步地，针对圆柱形成型试块的表观体积v表观＝π*r2*h；其中，r为圆柱试样的半径，h为圆柱试样的高度，单位均为cm。

18、进一步地，步骤3)中所述低碳熟料成型用量的表观密度ρc表观＝c/v表观；其中，c为成型用量，单位g；v表观为成型试块的表观体积，单位cm3。

19、上述方案中，所述目标表观密度ρ目标为1.75～1.91g/cm3。

20、进一步地，步骤4)中所述压制成型过程，采用与步骤2)所述压制成型方法所述成型试样相同的规格(形状和尺寸)和工艺条件(压力和时间)。

21、上述方案中，步骤5)中所述含水率控制为0～20％，每两个相邻的含水率之间间隔0-3％(不包含0％)。

22、上述方案中，所述碳化养护采用的co2浓度为15～100％、温度为20～70℃、湿度为50～90％、气压为0.1～0.6mpa，碳化时间为8～72h。

23、进一步地，所述低碳熟料原料的化学成分中总cao与sio2质量比不满足1.4～1.9，或煅烧条件无法满足上述调控要求，或满足配料和煅烧条件但由于具有助熔作用的各类金属和非金属元素含量波动的影响导致表观密度仍无法满足要求时，将所述低碳熟料与其他种类或批次的低碳熟料复配，至满足目标表观密度要求，再进行步骤4)～5)所述步骤。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、(1)本发明针对现有低碳熟料种类繁多、性能不稳定，且不同低碳熟料对应的优化成型条件和碳化条件差异大等问题和不足，提供了一种简单、量化、易操作的低碳熟料碳化性能优化设计方法，首次提出通过优化相同成型体积下低碳熟料的成型用量并调控表观密度ρc表观等手段，有效促进提升低碳熟料在碳化后的碳化强度和固碳率，有助于不同种类低碳熟料的高效应用；

26、(2)本发明首次提出基于压制成型方法的最佳水灰比确定方法，该方法可在同等成型压力下有效提高低碳熟料的成型密实度，有效促进提升后续的碳化性能，在此基础上进行设计是找出低碳熟料合适成型用量的前提；

27、(3)本发明针对成型致密度较差或部分烧成范围窄、配料和煅烧温度不能较好地稳定在所需范围内或满足配料和煅烧条件但由于具有助熔作用的各类金属和非金属元素含量波动的影响导致表观密度仍无法满足要求的低碳熟料，进一步提出复配方法，可显著拓宽不同种类低碳熟料的应用范围，具有较好的经济和环境效益。

技术特征：

1.一种提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低碳熟料的主要化学成分及所占质量百分比包括：cao 51～59％，sio2 30～38％，al2o3 1～4％，fe2o3 1～4％，mgo 0～4％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煅烧步骤采用的温度为1200～1300℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最佳水灰比w/c和成型用量c的确定方法包括：采用压制成型方法，将低碳熟料以不同水灰比在相同成型压力条件下压制成相同规格的成型试样；选择不会被压出水时的最大水灰比为最佳水灰比，此时试样中所包含的低碳熟料质量即为该低碳熟料的成型用量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述低碳熟料成型用量的表观密度ρc表观＝c/v表观；其中，c为成型用量，单位g；v表观为成型试块的表观体积，单位cm3。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标表观密度ρ目标为1.75～1.91g/cm3。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述含水率控制为0～20％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化养护采用的co2浓度为15～100％、温度为20～70℃、湿度为50～90％、气压为0.1～0.6mpa，碳化时间为8～72h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低碳熟料原料的化学成分中总cao与sio2质量比不满足1.4～1.9，或煅烧条件无法满足调控要求，或满足配料和煅烧条件但由于具有助熔作用的各类金属和非金属元素含量波动的影响导致表观密度仍无法满足要求时，将所述低碳熟料与其他种类或批次的低碳熟料复配，至满足目标表观密度要求，再进行步骤4)～5)所述步骤。

技术总结本发明公开了一种提高低碳熟料碳化性能的方法，包括如下步骤：1)调控低碳熟料原料中总CaO与SiO2质量比，然后进行煅烧；2)采用压制成型方法确定低碳熟料的最佳水灰比w/c和对应的成型用量c；3)计算低碳熟料成型用量的表观密度ρc表观，并控制满足目标表观密度ρ目标要求；4)根据确定的最佳水灰比及成型用量对低碳熟料进行压制成型；5)将所得成型坯体干燥至不同含水率条件，然后进行碳化养护，确定具有高抗压强度和固碳率的碳化制品。本发明通过优化低碳熟料的成型用量等手段有效提高低碳熟料的碳化强度和固碳率；且涉及的优化方法简单、易操作，具有显著的经济和环境效益，可为不同种类低碳熟料的高效利用提供一条新思路。技术研发人员：李叶青,孙航,张克昌,余松柏,胡东甫受保护的技术使用者：华新水泥股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5