CO2矿化养护混凝土的影响机制研究

摘要

CO2矿化养护混凝土是一种极有潜力的CO2利用技术,能够在矿化固定CO2的同时促进混凝土的快速养护成型.矿化养护中CO2代替水成为材料胶合剂,碳酸化产物的聚合形成了材料强度.混凝土中的胶凝材料,如波特兰水泥(OPC)等由于富含钙、镁碱金属成分,其完全碳酸化可实现水泥质量50％以上的CO2矿化量.然而混凝土在完全水化成型后,在自然条件下的碳酸化过程极其缓慢.因此,需要在胶凝材料水化早期,对其进行可控的加速碳酸化转化.要实现矿化养护过程中CO2矿化量的最大化,一方面,需要对反应工况和制备条件进行优化,考察反应过程中材料内传质、传热特性;另一方面,可以充分利用矿化养护不同于传统水化养护的技术特点,利用硅酸一钙(CaSiO3/CS)等水化惰性材料作为替代性胶凝材料,减少水泥的使用,实现节能减排.本研究主要利用OPC和CS-OPC两种胶凝材料制备2×2 ×2cm固体样品,并控制前期水化和矿化养护前的水灰比(0.12-0.3).利用矿化养护平台进行反应平衡实验,研究不同因素(CS/OPC比例、CO2压力、温度、水灰比等)对反应速率和CO2矿化量的影响机制,并考察反应前后材料结构的变化.根据实验表明,平衡状态下CO2矿化量超过20％的材料质量,达到理论转化率的40％以上.最后,利用1％酚酞溶液测定不同反应阶段的碳化面,并采用SEM、XRD等分析手段对OPC和CS-OPC碳酸化反应的微观孔隙结构、成分变化进行深入研究.