一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥砖及其水化/碳化协同养护工艺

背景技术

材料领域内，矿化固定CO

针对钢渣、普硅水泥和低碳水泥等具备的水化和碳化双重反应特性，目前已有一些利用钢渣、低碳水泥、硅酸盐水泥等为主要原料进行碳化和水化协同养护制备建材制品的报道，利用碳化反应速率快的优势，可一定程度缩短养护周期等，如：专利CN109437828A公开了一种钢渣碳化水化协同养护工艺，利用钢渣既有碳化活性又有水化活性的化学特性，引入碳化养护和预湿陶砂内养护协同机制(先碳化再标准养护)，提高钢渣的整体反应程度；专利CN113956000A公开了一种水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法，将碳化水泥、硅酸盐水泥及混凝土骨料尾矿粉等原材料干混湿拌后轻压成型，再经碳化养护及自然放置养护制得碳化建筑预制品(先碳化再标准养护)；专利CN114538849A公开了一种水化-碳化耦合制度养护的钢渣基透水砖的制备工艺及钢渣基碳化透水砖，将混合均匀的钢渣、水泥及石子等原材料预养护后脱模进行低温水化养护，再置于碳化环境中养护一段时间制得钢渣基透水砖产品。然而，上述基于水化和碳化协同养护技术的技术方案通常对碳化养护阶段的CO

因此，进一步探索简便、高效的建材制品制备工艺，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有以钢渣为主的碳化技术中存在的问题和不足，提供一种水泥砖及其水化碳化协同养护工艺；充分利用水泥厂现有原料和设备条件并采用较为简单的生产工艺，制备水化碳化协同养护的建材制品，可高效处置多种水泥工业废弃物，打破了现有以钢渣为主的碳化制砖技术的局限性，同时可有效缩短水泥砖的生产周期，并兼顾所得砖制品良好的综合使用性能，具有重要的经济和环境效益，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水泥砖，各原料及其所占重量份数包括：低碳水泥熟料17～25份，氢氧化镁0.7～1.4份，筛下料26～54份，压滤土35～66份。

上述方案中，低碳水泥熟料的粒径为5～50mm，各矿物组成及其所占质量百分比包括：CS 0～50％，C

上述方案中，所述筛下料为骨料制备过程中矿石经破碎、筛分后形成的主要由石粉和黏土细颗粒物料组成的混合物；其粒径为5～10mm，含水率为3～8％。

上述方案中，所述压滤土为骨料水洗后的废弃物经压滤机压制得到的直径10cm以内的泥块；泥块的主要化学组成包括：方解石50～60％，石英10～20％，黏土矿物5～25％，含水率为18～20％。

上述方案中，所述黏土矿物包括绿泥石、伊利石、高岭石、云母等中的一种或几种。

上述方案中，所述水泥砖的原料中，首先将低碳水泥熟料和氢氧化镁进行混合、粉磨制备改性低碳水泥。

上述一种水泥砖的制备方法，具体包括如下步骤：

1)原料的称取：各原料及其所占重量份数包括：低碳水泥熟料17～25份，氢氧化镁0.7～1.4份，筛下料26～54份，压滤土35～66份；

2)改性低碳水泥的制备：将称取的低碳水泥熟料与氢氧化镁混合，粉磨，得改性低碳水泥；

3)混合料的制备：将改性低碳水泥与筛下料、压滤土按配比混合均匀，制得混合料；

4)砖坯成型：将所得混合料压制成型，制得砖坯；

5)砖坯预养护：将砖坯进行烘干预养护处理；

6)砖坯碳化养护：将所得预养护砖坯进行碳化养护，即得最终的水泥砖制品。

上述方案中，步骤2)所述粉磨时间为30～60min，所得改性低碳水泥的勃氏比表面积为290～400m

上述方案中，步骤3)所述混合步骤采用强制搅拌机搅拌，搅拌时间40～60s，搅拌速率为300-1350r/min；所得混合料的粒径小于10mm，含水率为8～13％。

上述方案中，步骤4)所述砖坯成型步骤采用的成型压力为3～5MPa，时间为3～10s。

上述方案中，步骤5)所述烘干预养护，优选以水泥窑尾余热作为热源，控制养护温度为90～130℃，时间为0.5～7h；所得预养护砖坯的含水率为3～8％。

进一步地，步骤5)所述烘干预养护步骤采用的养护时间优选为0.5～2h。

上述方案中，步骤6)所述水化/碳化养护步骤采用的工艺参数包括：CO

上述方案中，水化/碳化养护步骤中，优选引入提纯后的水泥窑尾烟气作为碳源(CO

进一步地，所述水泥窑尾烟气，提纯前的温度为90～130℃，CO

本发明的原理为：

本发明以粉磨后的改性低碳水泥为主要胶凝材料，在低碳水泥熟料的传统粉磨过程中，掺入少量增强剂氢氧化镁，促进氢氧化镁与低碳水泥熟料的有效复合，保证氢氧化镁的改性效果，制得改性低碳水泥，然后将其与大掺量引入的筛下料和压滤土等水泥工业废弃物混合并结合水化/碳化养护等工艺制备具有良好综合使用性能的水泥砖：混合料制备过程中，压滤土首先经搅拌机的外力打散，叠加筛下料混合时的冲刷作用，形成小尺寸的泥土；筛下料、泥土、改性低碳水泥(低碳熟料+氢氧化镁+粉磨工艺)经充分搅拌混合均匀；压制成型阶段，筛下料构成砖坯的骨架发挥支撑效果，压滤土、改性低碳水泥一起填充到骨架之间，使坯体密实稳固；烘干预养护处理过程中，砖坯中由压滤土和筛下料引入的部分水分被烘干排出，为下阶段碳化留出气体扩散通道，并且水泥中的水硬性成分快速水化生成水化硅酸钙提供一定的早期强度，同时生成氢氧化钙；砖坯水化碳化协同养护阶段，改性低碳水泥中气硬性矿物和预养护阶段产生的少量氢氧化钙快速碳酸化产生强度，提供中后期强度，此外引入的氢氧化镁一方面使体系碱度增加，有利于碳化反应产物碳酸盐的稳定存在，促进碳化反应正向进行；另一方面，镁离子可增加碳化沉淀结晶过程中的成核位点，抑制碳酸盐晶体的长大(相对)，使得晶粒细化，增加所得碳化反应产物的比表面积，从而进一步促进提高碳化反应效率和碳化程度，有效兼顾所得水泥砖制品的力学性能、软化系数和冻融循环性能等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明以筛下料和压滤土为主要原料，可大量处置骨料生产过程中的筛下料和压滤土两种工业废渣，并充分利用这两种原材料的物理特性，进一步提升水泥砖制品的性能；

2)本发明涉及的胶凝材料用量少，而现有钢渣或钢渣搭配水泥的碳化技术中，钢渣等胶凝材料的用量通常达40％以上；引入的Mg(OH)

3)本发明烘干预养护和水化碳化协同养护工艺步骤中，可进一步充分利用水泥窑尾气的余热，并可有效固化其中的CO

4)碳化养护工艺条件简单，可显著缩短生产周期，工业化生产易于实现；

5)水化碳化协同养护的标砖制品性能优异，满足MU15的混凝土砖的标准要求。

具体实施方式

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以下实施例中，采用的三种低碳水泥熟料(1#、2#、3#)由华新金龙水泥(郧县)有限公司提供，其中，1#低碳水泥熟料中主要矿物组成及其所占质量百分比为：C

表1低碳水泥熟料化学组成(wt％)

采用1#、2#、3#低碳水泥与氢氧化镁粉磨对应所得1#、2#、3#改性低碳水泥参数如表2所示。

表2改性低碳水泥参数

采用的压滤土和筛下料由华新水泥阳新骨料工厂提供，其中，筛下料粒径为5～10mm，含水率为3％；压滤土含水率为18％，水洗细度为80um筛余20％，其主要矿物组成及所占质量百分比为：石英14.5％，斜绿泥石5.9％，伊利石1.6％，白云母14.5％，白云石9.3％，方解石54.2％。

采用的氢氧化镁为市售产品，纯度为80～98％。

采用的华新水泥(阳新)工厂降温窑尾烟气，除水后的烟气中CO

实施例1

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将23份(重量份，下同)1#低碳水泥熟料和0.8份氢氧化镁混合、粉磨40min，得1#改性低碳水泥，再将23.8份所得1#改性低碳水泥与41份筛下料、45份压滤土置于强制搅拌机中以1000r/min转速搅拌40s，混合均匀制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.3％；

2)砖坯成型：将所得混合料置于静压砖机中以5MPa的成型压力压制4s成砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯预养护：采用水泥窑尾气余热对砖坯进行烘干预养护；其中采用的预养护温度120℃，时间为0.5h；所得预养护后砖坯的含水率为7％；

4)砖坯碳化养护：将预养护所得砖坯置于碳化釜，升温至70℃，通入二氧化碳，控制CO

实施例2

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将20份3#低碳水泥熟料和0.7份氢氧化镁混合，粉磨50min得3#改性低碳水泥，再将20.7份所得3#改性低碳水泥与41份筛下料、48份压滤土置于强制搅拌机中搅拌以1200r/min转速60s，混均制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.9％；

2)砖坯成型：将所得混合料置于静压砖机中以3MPa的成型压力压制6s成砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯预养护：采用水泥窑尾气余热对砖坯进行烘干预养护；其中采用的预养护温度130℃，养护2h；所得预养护后砖坯的含水率3％；

4)砖坯碳化养护：将预养护所得砖坯置于碳化釜，升温至50℃，通入二氧化碳，控制CO

实施例3

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将22份2#低碳水泥熟料和1.4份氢氧化镁混合，粉磨30min得2#改性低碳水泥，再将23.4份所得2#改性低碳水泥与42份筛下料、44份压滤土置于强制搅拌机中以800r/min转速搅拌45s，混合均匀制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.2％；

2)砖坯成型：将所得混合料置于静压砖机中以4MPa的成型压力压制8s成砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯预养护：采用水泥窑尾气余热对砖坯进行烘干预养护；其中采用的预养护温度110℃，时间为1h；所得预养护后砖坯的含水率7％；

4)砖坯碳化养护：水泥窑尾烟气提纯至50vol％CO

对比例1

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将20份3#低碳水泥熟料和0.7份氢氧化镁混合，粉磨50min得3#改性低碳水泥，再将20.7份所得3#改性低碳水泥与41份筛下料、48份压滤土置于强制搅拌机中以1200r/min转速搅拌60s，混均制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.9％；

2)砖坯成型：将所得混合料置于静压砖机中以3MPa的成型压力压制6s成砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯碳化养护：将预养护所得砖坯置于碳化釜，升温至50℃，通入二氧化碳，控制CO

对比例2

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将20份3#低碳水泥熟料和0.7份氢氧化镁混合，粉磨50min得3#改性低碳水泥，再将20.7份所得3#改性低碳水泥与份41份筛下料、48份压滤土置于强制搅拌机中以1200r/min转速搅拌60s，混均制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.9％；

2)砖坯成型：将所得合料置于静压砖机以3MPa的成型压力压制6s制备砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯预养护：采用水泥窑尾气余热对砖坯进行烘干预养护；其中采用的预养护温度130℃，时间为2h；所得预养护后砖坯的含水率为3％；

4)砖坯常规水化养护：将预养护所得砖坯置于碳化箱内，升温至50℃，不通入CO

对比例3

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将1#低碳水泥熟料粉磨40min得4#低碳水泥，再将23.8份4#低碳水泥与41份筛下料、45份压滤土置于强制搅拌机中以1000r/min转速搅拌40s，混合均匀制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.3％；

2)砖坯成型：将所得混合料置于静压砖机中以5MPa的成型压力压制4s成砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯预养护：采用水泥窑尾气余热对砖坯进行烘干预养护；其中采用的预养护温度120℃，养护0.5h；所得预养护后砖坯的含水率7％；

4)砖坯碳化养护：将预养护所得砖坯置于碳化釜，升温至70℃，通入二氧化碳，控制CO

对比例4

一种水泥砖及水化碳化协同养护工艺，包括如下步骤：

1)混合料制备：将1#低碳水泥熟料粉磨40min得4#低碳水泥，再将23份4#低碳水泥与0.8份氢氧化镁、41份筛下料、45份压滤土置于强制搅拌机中以1000r/min转速搅拌40s，混合均匀制得粒径小于10mm的混合料，其含水率为9.3％；

2)砖坯成型：将所得混合料置于静压砖机中以5MPa的成型压力压制4s成砖坯，其尺寸为240×115×53mm；

3)砖坯预养护：采用水泥窑尾气余热对砖坯进行烘干预养护；其中采用的预养护温度120℃，时间为0.5h；所得预养护后砖坯的含水率7％；

4)砖坯碳化养护：将预养护所得砖坯置于碳化釜，升温至70℃，通入二氧化碳，控制CO

将实施例1～3和对比例所得水泥砖进行力学性能、软化系数、冻融循环等性能测试，结果见表3。

表3实施例1～3和对比例1～4所得水泥砖的性能测试结果

其中：固碳量＝每块砖的吸碳量/每块砖的体积；

碳化增重率＝每块砖的吸碳量/每块砖水泥的质量。

上述结果表明：本发明所得水泥砖可表现出较优的力学性能、软化系数和冻融循环性能等，具有较优的固碳效果，并可有效缩短水泥砖的制备周期，具有显著的经济和环境效益。

显然，上述优选实施例仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。