一种碳矿化再生微粉的制备方法、基于其的一种碳矿化增强的固废基低碳混凝土及制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种碳矿化再生微粉的制备方法、基于其的一种碳矿化增强的固废基低碳混凝土及制备方法。

背景技术：

1、二氧化碳捕集、封存和利用技术(ccus)可实现co2的资源化利用，发展势头较猛，对解决水泥工业的达到“双碳”目标具有重要意义。

2、我国的快速城市化和基础设施建设加快带动水泥消费量巨增。水泥工业在促进经济发展的同时也消耗了大量的资源和能源。水泥工业的主要碳排放是在水泥生产过程中产生的，其中40％的碳排放是因为能源消耗，60％的碳排放是因为水泥原料中碳酸钙的分解。为降低水泥行业的碳排放，可采取以下方法：(1)改善水泥生产过程中能源利用效率；(2)使用清洁能源生产水泥；(3)使用辅助胶凝材料取代水泥，降低水泥熟料的用量。目前粉煤灰、磨细矿渣等辅助胶凝材料已经被广泛运用于水泥与混凝土行业。但是随着水泥与混凝土行业不断发展，粉煤灰、磨细矿渣等常用的辅助胶凝材料存在地域分布不均、品质差异大、质量难以控制等缺点，且在大掺量下会影响水泥基材料早期强度的发展，制约了其在水泥混凝土中更广泛的应用。因此，寻找材料性能可控、且具有与普通硅酸盐水泥强度发展特征相当的低碳复合胶凝材料是水泥工业降低co2排放的有效途径。

3、与此同时，随着基础设施建设的快速增长，混凝土的需求量仍处于较高点，不断消耗天然砂石资源。因此，建材行业迫切需要为河砂寻找合适的替代资源。

4、综上所述，面对建筑行业中废弃混凝土资源化利用和低碳胶凝材料开发的迫切需求，寻找一种妥善的处理方式，同时消耗水泥工业乃至其它行业生产中排放的富含co2尾气，具有重要的环境效益，有助于推动我国“双碳”目标的早日实现。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种碳矿化再生微粉的制备方法及一种碳矿化增强的固废基低碳混凝土及制备方法。本发明所述固废基低碳混凝土以废弃混凝土再生微粉为对象，通过二氧化碳矿化得到强化产物，与煅烧粘土、水泥熟料、石膏复配制备低碳复合胶凝材料，再利用再生粗骨料和细骨料替代部分天然砂石，在二氧化碳养护下制备低碳混凝土，本发明在解决建筑固体废弃物高效资源化利用的同时，实现化学固化二氧化碳，为水泥工业的低碳发展提供了一种新的协同技术路线。

2、本发明提供了一种碳矿化再生微粉的制备方法，包括：

3、(1)将再生微粉和溶液ⅰ混合，得到第一混合物；

4、所述再生微粉与溶液ⅰ的质量之比为1：(5～50)；

5、其中，所述再生微粉以废旧建筑拆除过程中和商品混凝土搅拌站生产过程中产生的废弃混凝土、废弃砂浆为原料，经过破碎、粉磨和筛分后获得的粒径小于0.075mm粉末；

6、所述溶液ⅰ为表面活性剂、钙离子络合剂及碳酸钙晶种的混合水溶液；

7、所述表面活性剂选自可溶性磷酸盐和可溶性铝盐中的任意一种以上混合，所述表面活性剂在溶液ⅰ中的摩尔浓度为0.01mol/l～10mol/l；

8、所述钙离子络合剂选自乙二胺四乙酸钠、聚乙烯醇和三乙醇胺中的任意一种以上混合，所述钙离子络合剂在溶液ⅰ中的质量分数为0.01％～2％；

9、所述碳酸钙晶种有利于加快碳矿化反应及沉积，纯度大于70％，粒径为0.5～1.5mm，长度为20～40mm，所述碳酸钙晶种为再生微粉质量的0.01％～0.5％；

10、(2)在步骤(1)所述第一混合物中通入二氧化碳气体，并加热进行碳化反应，得到第二混合物；

11、步骤(2)中二氧化碳浓度不低于5％，所述碳化反应温度为40～120℃，反应时间为0.5～24h；

12、(3)将步骤(2)所述第二混合物与可溶性碱溶液混合一段时间后，固液分离后得到固体产物和副产物溶液，之后进一步对固体产物进行真空干燥处理，得到本发明所述碳矿化再生微粉；

13、所述可溶性碱可提高生成的碳酸钙纯度，并将碳矿化反应产物中的硅胶和铝胶转换为可溶性硅酸盐、铝酸盐或硅铝酸盐，在与煅烧粘土复合的体系中，较高的碳酸钙含量有利于水泥基材料的强度发展；

14、所述可溶性碱的摩尔浓度为0.5mol/l～10mol/l，与第二混合物的质量比为5：1～20：1；步骤(3)所述混合温度为20～100℃，混合时间为0.5～24h。

15、具体地，步骤(1)中，废弃混凝土、废弃砂浆以石灰石为主要成分，同时含有少量水化产物csh、ch、aft以及未水化矿物c2s、c3s和c4af。

16、具体地，所述步骤(2)中，二氧化碳气体为浓度不低于5％的工业尾气或商业气体，工业尾气来源于钢铁工业、水泥工业、电力工业、化工等行业或任意组合的尾气。

17、具体地，所述步骤(3)中，可溶性碱选自koh、lioh、naoh中的任意一种以上混合；所述步骤(3)中得到的副产物溶液为硅、铝酸盐或硅铝酸盐溶液。

18、具体地，所述步骤(3)中，真空干燥温度为45±5℃，干燥时间为24～48h。

19、本发明还提供了一种包含上述方法制得的碳矿化再生微粉的碳矿化增强的固废基低碳混凝土，由低碳复合胶凝材料与粗骨料、细骨料、水、外加剂按照以下配合比混合得到，各组分重量份数如下：

20、

21、

22、所述低碳复合胶凝材料由上述碳矿化再生微粉和煅烧粘土、水泥熟料和石膏混合均匀得到；

23、其中碳矿化再生微粉与煅烧粘土的质量比为(1～2.5)：1，具体根据其中的caco3和al2o3含量进行调整；所述水泥熟料质量占低碳复合胶凝材料质量的25％～60％；所述石膏质量占低碳复合胶凝材料质量的0％～5％，石膏比例根据采用的水泥里石膏含量以及煅烧粘土的al2o3含量进行调整，会存在不需要额外添加的情况。

24、具体地，所述粗骨料为石子，包括来源于天然矿山、河道开采的天然粗骨料以及废弃混凝土破碎筛分后得到的再生粗骨料，其中再生粗骨料占全部粗骨料的质量比例的20％～60％；

25、所述细骨料为砂子，包括来源于天然矿山、河道开采的天然细骨料以及废弃混凝土破碎筛分后得到的再生细骨料，其中再生细骨料占全部细骨料质量的10％～40％。

26、具体地，所述外加剂选自调节新拌混凝土工作性能的高性能减水剂、引气剂、消泡剂中的任意一种或多种。

27、具体地，所述煅烧粘土由主要成分为高岭土或偏高岭土的粘土经过600～950℃下煅烧、且经过粉磨和筛分后获得；所述粘土煅烧温度为600～950℃，粘土结构水不断失去，实现脱羟基作用，晶格结构受到破坏，生成大量活性al2o3和sio2。

28、具体地，所述石膏优选为二水石膏，水泥熟料选自硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的任意一种。

29、本发明还提供了上述碳矿化增强的固废基低碳混凝土的制备方法，包括：

30、(1)将上述碳矿化再生微粉和煅烧粘土、水泥熟料和石膏以按比例混合均匀，得到低碳复合胶凝材料；

31、(2)将步骤(1)所述低碳复合胶凝材料与砂、石骨料、水、外加剂按照配合比进行成型，连同模具一起置于碳化反应釜中进行二氧化碳预养护，得到本发明所述固废基低碳混凝土。

32、具体地，所述步骤(2)中二氧化碳养护条件为：碳化反应釜为高压碳化釜，二氧化碳浓度不低于10％，养护温度为40～100℃，养护相对湿度为70％～95％，养护压力≥0.1mpa，养护时间为10～48h。

33、本发明通过对再生微粉进行碳化反应得到碳矿化再生微粉，采用该碳矿化再生微粉制得的一种碳矿化增强的固废基低碳混凝土，不仅实现废弃混凝土或废弃砂浆的全组分利用，还提供了低碳复合胶凝材料和混凝土ccus技术。一方面利用再生微粉中水化产物csh、ch、aft及未水化矿物c2s、c3s和c4af具有较高的碳化活性，实现二氧化碳的捕捉和矿化，再生微粉中原有的caco3在碳矿化过程中可以作用模板促进反应物转化为结晶型caco3；另一方面，碳矿化生成的caco3产物和再生微粉本身主要成分caco3进一步与煅烧粘土中的活性al2o3反应生成水化碳铝酸钙，可获得与普通硅酸盐水泥水化产物相当的性能，大幅度降低水泥熟料的用量；同时为了最大限度地利用废弃混凝土或废弃砂浆，将其制备的再生粗骨料和再生细骨料用于制备再生混凝土，并采用二氧化碳湿法养护技术，通过改善再生骨料界面密实度提高混凝土的整体力学性能。本发明提供的技术方案可大幅降低混凝土全生命周期内的碳排放，实现固废和气废的高效协同利用，具有重要的社会和环境意义。