本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用無熟料鋼渣膠凝材料結(jié)合多重CO₂吸收技術(shù)制備建筑材料制品的方法。

背景技術(shù)：

因溫室氣體排放引起的極端氣候問題越來越嚴重，各個領(lǐng)域都在利用各種技術(shù)達到節(jié)能減排的目的，以降低溫室氣體的排放。建筑材料領(lǐng)域因大量消耗化石能源，因此排放的CO₂等溫室氣體較多。據(jù)估算，水泥工業(yè)的CO₂排放量占全球碳排放的5％。因此在建筑材料領(lǐng)域，應(yīng)用低碳技術(shù)，降低這一領(lǐng)域的CO₂排放迫在眉睫。

鋼渣是三大主要工業(yè)廢渣之一，其化學(xué)組成及礦物組成與硅酸鹽水泥熟料很接近，因而將其利用在混凝土中的潛力很高。然而，鋼渣化學(xué)成分及礦物組成波動大、水化過程難以控制、早期強度低、穩(wěn)定性差、易磨性不高，且原料的預(yù)處理較困難，使得采用一般的提高混凝土摻合料活性的加工制備工藝遠不能適應(yīng)對鋼渣的使用要求，極大地限制了鋼渣在水泥混凝土行業(yè)的利用，使得鋼渣成為中國固渣利用率最低的材料之一。

為了開辟鋼渣生產(chǎn)綠色制品的新途徑，通過分析鋼渣中的礦物成分可以發(fā)現(xiàn)，利用早期CO₂吸收可以激發(fā)鋼渣的活性的原理，而為了增加固碳量可以在攪拌和養(yǎng)護階段雙重吸收CO₂。

固碳量(材料吸收固定CO₂的質(zhì)量占原材料質(zhì)量的百分比)是衡量材料吸收CO₂的重要指標(biāo)。固碳量越大，材料吸收的CO₂量越大，材料的綠色度越高。提高材料的固碳量，可以更有效的降低CO₂排放。本發(fā)明將利用以下計算式進行固碳量的計算：

利用碳化處理技術(shù)，將鋼渣作為一種新型無熟料鋼渣膠凝材料生產(chǎn)綠色建筑材料制品，既可以吸收穩(wěn)定CO₂又可以資源化利用鋼渣，具有重要的綠色發(fā)展意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明將鋼渣粉作為無熟料鋼渣膠凝材料，利用多重碳化處理技術(shù)生產(chǎn)建筑材料制品，具體技術(shù)方案如下：

一種利用無熟料鋼渣膠凝材料結(jié)合多重CO₂吸收技術(shù)制備建筑材料制品的方法,將無熟料鋼渣膠凝材料與水混合，經(jīng)設(shè)定的攪拌、成型、養(yǎng)護工藝，在大量吸收CO₂后制備出綠色建筑材料制品，其具體步驟如下：

(1)將無熟料鋼渣與水按照水固比為0.1的比例在在二氧化碳氣氛中充分攪拌240s后二次補水，繼續(xù)在空氣中攪拌120s，然后在5-12MPa壓力下成型，得到毛坯；所述二次補水的補水量為無熟料鋼渣質(zhì)量的5％

(2)將上步所得毛坯在二氧化碳氣氛中、溫度為15-25℃、養(yǎng)護壓力2bar的條件下碳化養(yǎng)護2-8h小時，即得。

作為優(yōu)選項：所述無熟料鋼渣膠凝材料為磨細的平爐渣、轉(zhuǎn)爐渣和電爐渣的一種或兩種以上的混合物。

作為優(yōu)選項：所述二氧化碳氣氛為濃度大于10％的工業(yè)廢氣。

作為優(yōu)選項：所述無熟料鋼渣膠凝材料的比表面積在300-400m²/kg之間。

本發(fā)明中鋼渣含有C₂S、C₃S等礦物相，能表現(xiàn)出與水泥等含熟料膠凝材料類似的CO₂激發(fā)活性。此外引起鋼渣穩(wěn)定性不良的CaO和MgO可以在碳化處理過程中吸收CO₂生成穩(wěn)定的碳酸鹽，同時與C₂S、C₃S發(fā)生碳化水化作用：

C₂S+(2-x)CO₂+yH₂O→C_xSH_y+(2-x)CaCO₃

C₃S+(3-x)CO₂+yH₂O→C_xSH_y+(3-x)CaCO₃

CaO+H₂O→Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃

MgO+H₂O→Mg(OH)₂

Mg(OH)₂+CO₂→MgCO₃

本發(fā)明有益技術(shù)效果：在攪拌過程中的碳化處理與養(yǎng)護階段的碳化處理產(chǎn)生疊加作用，提高了材料吸收CO₂的量。使產(chǎn)品的綠色度提高。另為碳化養(yǎng)護能快速提高鋼渣制品的強度，提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明可以全部利用鋼渣作為膠凝材料，多重碳化可以比單純碳化養(yǎng)護樣品的固碳量增加18％-20％，多重碳化(攪拌階段、養(yǎng)護階段均進行碳化)輔以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護可以大幅提高試樣的強度。

附圖說明

圖1轉(zhuǎn)爐鋼渣、碳化養(yǎng)護2h和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護2h樣品的XRD圖譜；

圖2轉(zhuǎn)爐鋼渣和碳化攪拌后的拌合物XRD圖譜。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案的有效方式做進一步說明：

實施例1

選取某企業(yè)生產(chǎn)的比表面積在300-400m²/kg之間的轉(zhuǎn)爐鋼渣粉，加入適量水(水固比為0.15)，采用常規(guī)攪拌方法攪拌240s，用5MPa壓力成型2組(每組6塊)尺寸為40mm×40mm×20mm的試塊，一組置入壓力容器中并注入CO₂氣體，使CO₂氣壓達到2bar，進行碳化養(yǎng)護，2h后強度達到15.5MPa，固碳量達到了12.9％。而另外一組進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，2h后強度為0，且固碳量為0。

轉(zhuǎn)爐鋼渣、碳化養(yǎng)護2h與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護2h的樣品XRD圖譜如圖1所示。從圖1中可以看出，經(jīng)過兩小時的碳化養(yǎng)護，原鋼渣中的Ca(OH)₂衍射峰消失，CaCO₃的衍射峰強度明顯增強，說明Ca(OH)₂經(jīng)碳化養(yǎng)護過程變?yōu)镃aCO₃，這一過程穩(wěn)定吸收了CO₂，同時，C₂S、C₃S的衍射峰強度減弱。而經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的樣品未見明顯的CaCO₃衍射峰。這一試驗結(jié)果證明了早期碳化養(yǎng)護的增強效應(yīng)。

實施例2

選取某企業(yè)生產(chǎn)的比表面積在300-400m²/kg之間的轉(zhuǎn)爐鋼渣粉，加入適量的水(水固比為0.1)，在CO₂氣氛中碳化攪拌240s，之后再加入鋼渣質(zhì)量5％的水繼續(xù)在空氣氣氛中常規(guī)攪拌120s。用8MPa壓力成型為40mm×40mm×20mm的試塊6塊。將該組試樣放在壓力容器中，注入CO₂氣體，使CO₂氣壓達到2bar，溫度為15-25℃條件下進行碳化養(yǎng)護，2-8h后強度最高達到10.5MPa，固碳量最大達到了15.2％。

轉(zhuǎn)爐鋼渣和碳化攪拌后鋼渣拌合物樣品的XRD圖譜如圖2所示。從圖2中可以看出，經(jīng)過碳化攪拌，鋼渣XRD圖譜中的Ca(OH)₂的衍射峰明顯減弱，CaCO₃的衍射峰強度明顯增強。說明碳化攪拌這一攪拌方式也能吸收固定CO₂。碳化攪拌和碳化養(yǎng)護這兩種碳化處理的疊加作用提高了鋼渣制品的固碳量，相比僅僅進行碳化養(yǎng)護的樣品固碳量提高了約18％。

實施例3

選取某企業(yè)生產(chǎn)的比表面積在300-400m²/kg之間的電爐鋼渣粉，加入適量的水(水固比為0.1)，在CO₂氣氛中碳化攪拌240s，之后加入鋼渣質(zhì)量5％的水繼續(xù)在空氣氣氛中常規(guī)攪拌120s。用8MPa壓力成型為40mm×40mm×20mm的試塊6塊，將該組試塊放在壓力容器中，注入CO₂氣體，使CO₂氣壓達到2bar，溫度為15-25℃條件下進行碳化養(yǎng)護，2-8h強度達到6.8MPa，固碳量達到了10.2％。相較轉(zhuǎn)爐鋼渣而言，固碳量較低。

實施例4

選取某企業(yè)生產(chǎn)的比表面積在300-400m²/kg之間的轉(zhuǎn)爐鋼渣粉，加入適量的水(水固比為0.1)在CO₂氣氛中碳化攪拌240s，之后加入鋼渣質(zhì)量5％的水分繼續(xù)在空氣氣氛中常規(guī)攪拌120s。用12MPa壓力成型為40mm×40mm×20mm的試塊6塊，將該組試塊放在壓力容器中注入CO₂氣體，使CO₂氣壓達到2bar，溫度為15-25℃條件下進行碳化養(yǎng)護，2h后強度達到18.3MPa，固碳量達到了13.2％。與實施例2相比，固碳量進一步增加，增加幅度為20％。

實施例5

選取某企業(yè)生產(chǎn)的比表面積在300-400m²/kg之間的轉(zhuǎn)爐鋼渣粉，加入適量的水(水固比為0.1)，在CO₂氣氛中碳化攪拌240s，之后加入鋼渣質(zhì)量5％的水分繼續(xù)在空氣氣氛中常規(guī)攪拌120s。用12MPa壓力成型為40mm×40mm×20mm的試塊18塊。將3組試塊放入壓力容器中注入CO₂氣體，使CO₂氣壓達到2bar，溫度為15-25℃條件下碳化養(yǎng)護2h后再在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護3d，強度達到24.2MP轉(zhuǎn)a，固碳量達到了16.1％；碳化養(yǎng)護2h后繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7d，強度達到31.1MPa，固碳量達到了16.4％?？梢?，碳化攪拌、伴隨碳化養(yǎng)護加標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的多重碳化過程，不僅可以提高鋼渣膠凝材料的固碳量，而且可以同時提高強度。

上述實施例中二氧化碳氣體為濃度大于10％的工業(yè)廢氣。

上述實施例1、2、4、5中的轉(zhuǎn)爐渣和實施例3中的電爐渣均可置換為平爐渣、轉(zhuǎn)爐渣和電爐渣的一種或兩種以上的混合物，不影響其效果。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。