CN114835440B - 固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料及其制备方法和应用。所述墙体材料，由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：39.5‑53.4％，粉煤灰：2.6‑3.6％，超细微粉：1.8‑2.4％，膨胀剂：0.4‑0.59％，纤维：0.12‑0.47％，保湿剂：0.007‑0.009％，激发剂：20.4‑28.3％，减水剂：0.22‑0.3％，聚合物乳液：0.44‑0.47％，防水剂：0.4‑0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7‑17.4％，水：10.4‑14.2％。本发明在提高低能耗墙体材料性能的同时，大量消纳捕捉的CO2，用矿渣替代水泥胶凝材料的使用从而减少碳排放。

Description

固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料及其制备方法和应用。
背景技术
2018年，我国二氧化碳排放量约100亿t，饮料、食品保鲜、焊接、化肥、驱油等行业年利用二氧化碳10亿t，利用率10％。可见，实现“双碳”目标任务十分艰巨，碳资源利用科技创新，刻不容缓。CO2对硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、氧化钙、氧化镁等有碳化作用，能提高碳化物的强度、耐久性，增强碳化物尺寸稳定性，而且CO2气体比氧气、氢气、空气导热系数要小得多，用CO2气体作为泡沫混凝土的泡沫气体，可大大降低泡沫混凝土制品的导热系数，提高制品保温隔热性能。
CO2是酸性气体，易溶于水，在20℃下1体积水可溶解近1体积CO2气体，在常温状态下，其压强小于标准大气压，以CO2为发泡气体物理发泡法制备的泡沫混凝土制品易塌模，甚至不成型，更谈不上力学性能了。目前，市场上的轻质混凝土制品无论是物理方法还是化学方法产生的泡沫气体，皆以氢气、氧气或空气为气体介质。尽管有的理论研究在实验中制得了以CO2为发泡气体的泡沫混凝土，但采用的是化学自产泡方法制得的，此制备方法，虽然制得了泡沫混凝土并通过CO2碳化提高了泡沫混凝土的性能，但不能消纳捕捉的CO2，不能为节能减排，为“双碳”目标的实现做贡献。且制品成本也相当高，推广应用难度大。
水泥生产属于高耗能高污染行业，水泥的大量利用必将对节能减排、环境保护以及“双碳”目标的实现带来极大的压力。
粒化高炉矿渣是炼铁时产生的废渣，每年我国矿渣的年产量达2亿t以上。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，大量的废渣不加以处理，就会占有大量耕地，产生扬尘，污染大气和地下水。
随着建筑节能技术的推广应用，有机保温隔热材料得到大量采用，但因其燃烧性能差，使用有机保温材料的建筑存在火灾安全隐患。无机泡沫混凝土保温隔热材料，因其导热系数大，强度低，后期易粉化，耐久性差，推广利用受到限制。
在国家和地方各级政府的支持下，装配式建筑得到快速发展，装配式建筑主体结构技术已日趋成熟和完善，但墙体围护***技术相对滞后，制约装配式建筑的发展。蒸压加气混凝土墙板或泡沫混凝土墙板皆以氢气或氧气或空气为发泡气体，因导热系数大，靠自身单一材料在设计的墙体厚度内不能满足建筑热工要求。为了满足建筑节能要求，保证建筑使用面积不减少，围护墙板必须采用内、外叶蒸养混凝土板中间夹芯有机保温隔热材料，或蒸压加气混凝土板复合有机保温隔热材料等结构形式，墙板生产环节多，工艺复杂，成本高，耗能大，碳排放量大，大量采用有机保温材料，使建筑存在火灾安全隐患。
通用轻质混凝土砌块由于导热系数大，靠自身单一材料热工性能在建筑设计墙体厚度内不能满足建筑节能要求，不得不再做外墙外保温***，增加成本，延长工期，且外保温***寿命仅有20年。为了满足建筑节能75％的要求，保证建筑使用面积不减少的情况下，目前，自保温砌块皆采用混凝土或蒸压加气混凝土砌块复合有机保温材料制作而成。但因有机保温材料易燃，建筑存在火灾安全隐患。再者，蒸压加气混凝土砌块采用石灰、水泥为原料以及高温蒸压生产工艺，耗能高，产生碳排放，其生产工艺已不符合可持续发展要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，在提高低能耗墙体材料性能的同时，大量消纳捕捉的CO2，用矿渣替代水泥胶凝材料的使用从而减少碳排放，为实现国家“双碳”目标做贡献；本发明还提供其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：39.5-53.4％，粉煤灰：2.6-3.6％，超细微粉：1.8-2.4％，膨胀剂：0.4-0.59％，纤维：0.12-0.47％，保湿剂：0.007-0.009％，激发剂：20.4-28.3％，减水剂：0.22-0.3％，聚合物乳液：0.44-0.47％，防水剂：0.4-0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7-17.4％，水：10.4-14.2％。
优选方案1，所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：39.5-42.2％，粉煤灰：2.6-2.8％，超细微粉：1.8-1.89％，膨胀剂：0.4-0.56％，纤维：0.44-0.47％，保湿剂：0.007-0.0072％，激发剂：26.3-28.3％，减水剂：0.22-0.24％，聚合物乳液：0.44-0.47％，防水剂：0.4-0.56％，CO2起泡稳泡剂：11.2-17.4％，水：10.4-11.4％。该配方适用于制备固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板。
优选方案2，所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：52.5-53.4％，粉煤灰：3.5-3.6％，超细微粉：2.3-2.4％，膨胀剂：0.58-0.59％，纤维：0.12％，保湿剂：0.009％，激发剂：20.4-20.8％，减水剂：0.29-0.3％，聚合物乳液：0.47％，防水剂：0.58-0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7-5.3％，水：13.9-14.2％。该配方适用于制备固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板的固碳矿渣泡沫混凝土基料或固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块。
所述的固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板是由固碳矿渣泡沫混凝土板内平行设置两层加强筋和板两表面各敷一层增强材料制作而成。固碳矿渣泡沫混凝土板由固碳矿渣泡沫混凝土基料制成。所述的加强筋为防锈钢筋网片。所述防锈钢筋网片为两层，内置于泡沫混凝土板，位置分别距两板表面20mm±5处。所述的增强材料为纤维网格布。所述纤维网格布为耐碱玻璃纤维网格布或玄武岩纤维网格布中的一种。
所述的CO2起泡稳泡剂与CO2气体在泡沫发泡机中采用压缩气体法制得CO2泡沫。
所述的CO2起泡稳泡剂为由表面活性剂、稳泡剂、增稠成膜剂和水混合而成的溶液，其各组分的材料所占质量百分比为：表面活性剂3.5-8.5％，稳泡剂0.5-4.5％，增稠成膜剂0.1-0.6％，水86.4-95.9％。
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠和氟碳表面活性剂的混合物，十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠与氟碳表面活性剂的质量比为7:3:1，表面活性剂溶液的配制用0.1mol/L浓度的盐酸溶液试剂调配至pH值4-5。
所述的稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液MPS，山东大迈新材料科技有限公司生产。
所述的增稠成膜剂为黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素和苯甲醇的混合物，黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素与苯甲醇的质量比为3:1:1:1。所述增稠成膜剂溶液为无絮凝状的溶液。
所述的矿渣粉为粒化高炉矿渣粉，活性指数为S105或S95中的一种，其比表面积为400-650m2/kg。
所述的粉煤灰为1级灰，其比表面积为400-650m2/kg。
所述的超细微粉为硅灰微粉或偏高岭土微粉，其比表面积为大于等于20000m2/kg。
所述的膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙膨胀剂。
所述的纤维为聚丙烯纤维或玄武岩纤维中的一种，长度为9-12mm。
所述的保湿剂为聚丙烯酰胺保湿剂。
所述的激发剂为钠水玻璃和氢氧化钠调制而成的碱性溶液，模数为1.2-1.5，波美度为40。
所述的减水剂为聚羧酸减水剂，含固量为40％，减水率为25-35％。
所述的聚合物乳液为硅丙乳液、纯丙乳液或苯丙乳液中的一种，固含量为48-52％，pH值为7-8。
所述的防水剂为甲基硅醇钾、甲基硅醇钠或硬脂酸铵乳液中的一种。
本发明所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料计量：依据配方对采用的原料计量；
(2)浆料制备：将矿渣粉、粉煤灰、超细微粉、膨胀剂、保湿剂和纤维混合搅拌成均匀粉料；将激发剂、减水剂、聚合物乳液、防水剂和水混合搅拌成均匀溶液；将均匀溶液加入到均匀粉料中，搅拌成均匀浆料；
(3)CO2泡沫制备：将CO2起泡稳泡剂和计量好的CO2气体通过各自管道同时进入泡沫发泡机，经压缩气体方法，制得CO2泡沫；
(4)CO2泡沫浆料的制备：浆料搅拌180-240s，将CO2泡沫输入制得的均匀浆料中，搅拌240-300s，得均匀CO2泡沫浆料；
(5)注入模具：将均匀CO2泡沫浆料注入模具，养护，得固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料。
优选地，本发明所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)原料计量：依据配方对采用的原料计量；
(2)浆料制备：
①将矿渣粉、粉煤灰、超细微粉、膨胀剂、保湿剂和纤维输入搅拌罐混合搅拌至均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率180-240r/min；
②将激发剂、减水剂、聚合物乳液、防水剂和水输入液体搅拌罐搅拌成均匀溶液；
③将步骤②制备的均匀溶液输入步骤①制备的均匀粉料中搅拌成均匀浆料，搅拌180-240s，搅拌速率180-300r/min；
(3)浆料制备：
CO2起泡稳泡剂及CO2泡沫制备：
①原料计量：
CO2起泡稳泡剂最佳优选方案(以下皆按此方案配比)各原料所占质量百分比为：十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，改性硅树脂聚醚乳液稳泡剂：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％；
②将计量好的起泡稳泡剂组分的表面活性剂(十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂)和水搅拌均匀成溶液A，并用0.1mol/L浓度的盐酸试剂溶液调制至pH值4-5；将称取的增稠成膜剂(黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇)和水混合搅拌成无絮状的溶液B；将溶液B加入溶液A搅拌，并将称取的稳泡剂(改性硅树脂聚醚乳液稳泡剂)加入A、B混合溶液中继续搅拌至均匀溶液，便得到CO2起泡稳泡剂溶液；
③将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过各自管道同时进入泡沫发泡机，采用压缩气体法制得CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料的制备：
浆料和CO2泡沫是同时制备的，浆料搅拌180-240s，将制得的CO2泡沫输入制备好的均匀浆料中搅拌成均匀CO2泡沫浆料，搅拌240-300s，搅拌速率60-80r/min。
(5)注入模具：
将制备的均匀CO2泡沫浆料注入模具中，在自然条件下静置24h或微波养护2h，标准养护28d，得到固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料。
所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，可以是固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板，也可以是固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块或固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板。
制备固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板时，步骤(1)中原料计量采用的配方为优选方案1的配方。
制备的固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板，依据发泡混凝土保温板外墙外保温***应用技术规程DBJ/T14-085-2012，经测试，绝干密度在152-197kg/m3，28d抗压强度：0.62-0.97MPa，抗折强度：0.22-0.24MPa，抗拉强度：0.17-0.19MPa，导热系数：0.032-0.037w/(m·k)，吸水率：4-7％，干缩值：0.7-0.8mm/m，冻融循环25次：质量损失1.9-2.7％、强度损失5.7-6.1％，软化系数：0.82-0.86，燃烧性能：A1级。由此可见，固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板强度、耐久性、防火性能、材料成本等方面优于有机保温材料，保温隔热性能可比肩有机保温材料，大大优于以氧气、氢气或空气为发泡气体的泡沫混凝土保温材料的保温性能，是一种可大规模推广应用的低碳节能环保材料。
制备固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板时，步骤(1)中原料计量采用的配方为优选方案2的配方。步骤(2)-步骤(4)同上述制备方法。注入模具之前，在模具内铺敷和置放墙板增强材料：先将一层纤维网格布敷在模具底面，然后将两层防锈钢筋网片分别按距板面20mm±5位置要求放置。注入模具时，将制备的均匀CO2泡沫浆料注入模具中，用刮杆刮平，并在上面铺敷一层纤维网格布抹平。在自然条件下静置24h，或红外线加热养护2h，标准养护28d，便可得到固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板。固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板的截面结构示意图和示意图见图1和图2。
根据上述方案制备的固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板，依据泡沫混凝土墙板、屋面板标准JC/T2475-2018，保温绝热材料导热系数测定标准GB/T10294-2008，经测试，其技术性能为绝干密度在517-629kg/m3，28d抗压强度：4.3-5.9MPa，抗冲击：15次板面无裂纹，导热系数：0.078-0.087w/(m·k)，吸水率：4-7％，干缩值：0.47-0.54mm/m，冻融循环35次：质量损失1.3-1.7％、强度损失4.1-5.9％，软化系数0.86-0.89，隔声量(板厚90-150mm)：40.6-47dB，吊挂力：单点吊挂1200N、24h无裂纹，放射性：0.47≤ⅠRa≤0.52、0.59≤Ⅰr≤0.64，燃烧性能A1级。由此可见，固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板在强度、耐久性、防火性能、材料成本、生产工艺等方面优于内、外叶蒸养混凝土板夹芯有机保温材料和蒸压加气混凝土板复合有机保温材料墙板，与上述有机保温材料复合墙板相比，在相同厚度情况下，单一材料即可满足建筑节能要求，大大降低了建筑火灾安全隐患；若与使用泡沫混凝土墙板或蒸压加气混凝土墙板作为单一材料的墙体相比，按建筑节能要求，可减少墙体厚度70-80mm，节约材料，增加建筑使用面积，是一种可大规模推广应用的低碳节能环保墙体材料。
制备固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块时，步骤(1)中原料计量采用的配方为优选方案2的配方。制备方法同固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板的制备方法。
制备的固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块，依据泡沫混凝土自保温砌块标准JC/T2550-2019，保温绝热材料导热系数测定标准GB/T10294-2008测试，绝干密度在506-615kg/m3，28d抗压强度：4.2-5.7MPa，导热系数：0.077-0.086w/(m·k)，吸水率：5-7％，干缩值：0.48-0.57mm/m，冻融循环35次：质量损失1.3-1.7％、强度损失2.1-2.9％，软化系数：0.86-0.89，碳化系数：0.91-0.93；放射性0.46≤IRa≤0.51、0.57≤Ir≤0.62，燃烧性能A1级。由此可见，固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块在强度、耐久性、防火性能、材料成本、生产工艺等方面优于目前的混凝土或蒸压加气混凝土与有机保温材料复合而成的自保温砌块，是一种可大规模推广应用的低碳节能环保墙体材料。
本发明中，采用矿渣为胶凝材料，以钠水玻璃和氢氧化钠为激发剂，可在浆体内部形成适宜的碱环境，并使矿渣中的A1-O，Si-O键迅速断裂，与浆体中Ca2+结合形成C-S-H、C-A-S-H等具有胶凝性质的水化产物，使泡沫混凝土墙体材料具有很好早期强度；掺入膨胀剂使泡沫混凝土制品起到微膨胀、微集料和支撑骨架作用，产生补偿收缩效果，防止后期泡沫墙体材料开裂；CO2起泡稳泡剂采用多种表面活性剂、增稠成膜剂和稳泡剂复配，大大降低了CO2气体的溶解度，阻止了泡沫并泡、破泡现象，提高了CO2泡沫稳定性，解决了以CO2为发泡气体的物理发泡法不能制备泡沫混凝土制品的难题，泡沫混凝土墙体材料经CO2碳化，制品强度高，尺寸稳定性好，吸水率低，耐久，制品内部形成一定的真空，降低了导热系数，使泡沫混凝土墙体材料热工性能可比肩有机保温材料，同时，为捕捉的CO2消纳找到了一条路径，其推广应用，必将为“双碳”目标的实现，起到积极的推动作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明将矿粉完全取代水泥或水泥熟料等胶凝材料，矿渣粉与水泥相比，其生产工艺由“两磨一烧”简化为“一磨”，大大减少了能源消耗和碳排放，并可大量利用工业废弃物，节约能源，减少资源开采，低碳节能环保。
(2)本发明以CO2为泡沫气体，既可通过对泡沫混凝土制品碳化，提高制品密实度、强度、耐久性及热工性能，又可大量消纳捕捉的CO2，对CO2的固化和利用探究了一条新路经，对实现党和国家提出的“双碳”目标，将做出积极贡献。
(3)以CO2为发泡气体的物理发泡法制备的泡沫混凝土墙体材料，其热工性能可比肩有机保温材料，强度、耐久、防火性能等大大优于有机保温材料的墙体材料，在大量利用有机保温材料的建筑节能领域，可大显身手，大大降低了建筑火灾隐患，使建筑更安全。同时，克服了以前泡沫混凝土保温材料导热系数大、强度相对低、耐久性能差等弊端，开辟了泡沫混凝土保温材料规模应用的新纪元。
(4)本发明的生产工艺简单，能耗低，同蒸压加气混凝土生产工艺相比，可节约大量能源，减少碳排放。
附图说明
图1是固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板截面结构示意图；
图2是固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板示意图；
图中，1、墙板；2、防锈钢筋网片；3、纤维网格布。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步说明。应当理解，此处所描述过的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
所述的固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)原料计量。准确称取固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板各原料，计量误差小于0.5％。各原料所占质量百分比为比表面积650m2/kg的矿渣粉：39.5％，比表面积650m2/kg的粉煤灰：2.6％，比表面积20000m2/kg的硅灰微粉：1.8％，硫铝酸钙-氧化钙：0.4％，长9mm玄武岩纤维：0.44％，聚丙烯酰胺：0.007％，波美度40、模数1.2的水玻璃：26.293％，减水率35％的聚羧酸减水剂：0.22％，固含量48％、pH值8的硅丙乳液：0.44％，甲基硅醇钾：0.4％，CO2发泡稳泡剂：17.4％，水：10.5％。
(2)料浆制备。
①称取好的矿粉、粉煤灰、硅灰微粉、硫铝酸钙-氧化钙、玄武岩纤维、聚丙烯酰胺在搅拌机中混合搅拌成均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率240r/min；
②将称取好的模数1.2、波美度40的水玻璃、聚羧酸减水剂、硅丙乳液、甲基硅醇钾和水在搅拌桶中搅拌成均匀混合液；
③将②搅拌均匀的混合液输入①搅拌均匀的粉料中搅拌成均匀的浆料，搅拌180s，搅拌速率180r/min。
(3)CO2起泡稳泡剂及CO2泡沫制备。
①称取原料。CO2发泡稳泡剂各原料所占质量百分比为十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，改性硅树脂聚醚乳液MPS：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％。
②将称好的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂和水混合搅拌成溶液A，用0.1mol/L浓度的盐酸试剂溶液对其进行调配，将溶液调制成pH值4.5；将称取好的黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇和水混合搅拌成溶液B；将溶液B加入溶液A中搅拌，然后将称取好的改性硅树脂聚醚乳液加入溶液A、B混合溶液中继续搅拌，直至溶液均匀，由此便得CO2起泡稳泡剂溶液。
③将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过液、气管道同时进入泡沫发泡机，经压缩气体方法得到CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料制备。
浆料和CO2泡沫是同时制备的。将制得的CO2泡沫快速输入搅拌好的均匀浆料中进行搅拌混合，搅拌240s，搅拌速率60r/min。
(5)注入模具。
将制备好的均匀的CO2泡沫浆料注入模具中，自然条件下养护24h，脱模，标准养护28d，便得到固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板。
防火保温板依据发泡混凝土保温板外墙外保温***应用技术规程DBJ/T14-085-2012测试，其技术性能见表1。
表1固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板技术性能
Figure GDA0003668821540000081
实施例2
所述的固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)原料计量。准确称取固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板各原料，计量误差小于0.5％。各原料所占质量百分比为比表面积650m2/kg的矿渣粉：42.2％，比表面积650m2/kg的粉煤灰：2.8％，比表面积20000m2/kg的偏高岭土微粉：1.89％，硫铝酸钙-氧化钙：0.56％，长12mm聚丙烯纤维：0.47％，聚丙烯酰胺：0.0072％，波美度40模数1.5的水玻璃：28.3％，减水率35％的聚羧酸减水剂：0.24％，固含量50％、pH值8的苯丙乳液：0.47％，甲基硅醇钠：0.56％，CO2起泡稳泡剂：11.2％，水：11.3028％。
(2)料浆制备。
①将称取好的矿粉、粉煤灰、偏高岭土微粉、硫铝酸钙-氧化钙、聚丙烯纤维、保湿剂在搅拌机中混合搅拌成均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率240r/min；
②将称取好的模数1.5波美度40的水玻璃、聚羧酸减水剂、苯丙乳液、甲基硅醇钠和水在搅拌桶中搅拌成均匀混合液；
③将②搅拌均匀的混合液输入①搅拌均匀的粉料中搅拌成均匀的浆料，搅拌180s，搅拌速率180r/min。
(4)起CO2泡稳泡剂及CO2泡沫制备。
①称取原料。CO2起泡稳泡剂各原料所占质量百分比为十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，稳泡剂：改性硅树脂聚醚乳液MPS：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％。
②将称好的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂和水混合搅拌成溶液A，用0.1mol/L浓度的盐酸试剂溶液对其进行调配，将溶液调制成PH值4；将称取好的黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇和水混合搅拌成溶液B；将溶液B加入溶液A中搅拌，然后将称取好的改性硅树脂聚醚乳液加入溶液A、溶液B混合溶液中继续搅拌，直至溶液均匀，由此便得CO2起泡稳泡剂溶液。
④将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过液、气管道同时进入泡沫发泡机，经压气体方法得到CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料制备。
浆料和CO2泡沫是同时制备的。将制得的CO2泡沫快速输入搅拌好的均匀浆料中进行搅拌混合，搅拌240s，搅拌速率80r/min。
(5)注入模具。
将制备好的均匀的CO2泡沫浆料注入模具中，微波养护2h，脱模，标准养护28d，便得到固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板。
防火保温板依据发泡混凝土保温板外墙外保温***应用技术规程DBJ/T14-085-2012测试，其技术性能见表2。
表2固碳矿渣泡沫混凝土防火保温板技术性能
Figure GDA0003668821540000101
实施例3
所述的固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)原料计量。准确称取固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板泡沫混凝土基材各原料，计量误差小于0.5％。各原料所占质量百分比为比表面积500m2/kg的矿渣粉：52.5％，比表面积500m2/kg的粉煤灰：3.5％，比表面积20000m2/kg的硅灰微粉：2.3％，硫铝酸钙-氧化钙：0.58％，长12mm玄武岩纤维：0.12％，聚丙烯酰胺：0.009％，波美度40、模数1.2的水玻璃：20.451％，减水率35％的聚羧酸减水剂：0.29％，固含量50％、pH值8的硅丙乳液：0.47％，甲基硅醇钾：0.58％，CO2发泡稳泡剂：5.3％，水：13.9％。
(2)料浆制备。
①称取好的矿粉、粉煤灰、硅灰微粉、硫铝酸钙-氧化钙、玄武岩纤维、聚丙烯酰胺在搅拌机中混合搅拌成均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率240r/min；
②将称取好的模数1.2、波美度40的水玻璃、聚羧酸减水剂、硅丙乳液、甲基硅醇钾和水在搅拌桶中搅拌成均匀混合液；
③将②搅拌均匀的混合液输入①搅拌均匀的粉料中搅拌成均匀的浆料，搅拌180s，搅拌速率180r/min。
(3)CO2起泡稳泡剂及CO2泡沫制备。
①称取原料。CO2起泡稳泡剂各原料所占质量百分比为十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，稳泡剂：改性硅树脂聚醚乳液MPS：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％。
②将称好的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂和水混合搅拌成溶液A，用0.1mol/L浓度的盐酸溶液试剂对其进行调配，将溶液调制成pH值4.5；将称取好的黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇和水混合搅拌成溶液B；将溶液B加入溶液A中搅拌，然后将称取好的改性硅树脂聚醚乳液加入溶液A、B混合溶液中继续搅拌，直至溶液均匀，由此便得CO2起泡稳泡剂溶液。
③将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过液、气管道同时进入泡沫发泡机，经压缩气体方法得到CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料制备。
浆料和CO2泡沫是同时制备的。将制得的CO2泡沫快速输入搅拌好的均匀浆料中进行搅拌混合，搅拌240s，搅拌速率60r/min。
(5)在模具内铺敷和置放墙板增强材料。
先在模具内底面铺敷一层耐碱玻璃纤维网格布，然后，按距板两表面20mm±5处分别放置防锈钢筋网片。
(6)注入模具。
将制备好的均匀的CO2泡沫浆料注入模具中，用刮杆刮平，在上面铺敷一层耐碱玻璃纤维网格布，抹平，自然条件下静置24h，脱模，标准养护28d，便得到固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板(如图2)。装配式墙板依据泡沫混凝土墙板、屋面板标准JC/T2475-2018，保温绝热材料导热系数测定标准GB/T20194，经测试，其技术性能见表3。
表3固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板技术性能
Figure GDA0003668821540000111
Figure GDA0003668821540000121
实施例4
所述的固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)原料计量。准确称取固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板泡沫混凝土基材各原料，计量误差小于0.5％。各原料所占质量百分比为比表面积500m2/kg的矿渣粉：53.4％，比表面积500m2/kg的粉煤灰：3.6％，比表面积20000m2/kg的偏高岭土微粉：2.4％，硫铝酸钙-氧化钙：0.59％，长9mm的聚丙烯纤维：0.12％，聚丙烯酰胺：0.009％，波美度40模数1.5的水玻璃：20.621％，减水率35％的聚羧酸减水剂：0.3％，固含量50％、pH值8的苯丙乳液：0.47％，甲基硅醇钠：0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7％，水：14.2％。
(2)料浆制备。
①称取好的矿粉、粉煤灰、偏高岭土微粉、硫铝酸钙-氧化钙、聚丙烯纤维、聚丙烯酰胺在搅拌机中混合搅拌成均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率240r/min；
②将称取好的模数1.5波美度40的水玻璃、聚羧酸减水剂、苯丙乳液、甲基硅醇钠和水在搅拌桶中搅拌成均匀混合液；
③将②搅拌均匀的混合液输入①搅拌均匀的粉料中搅拌成均匀的浆料，搅拌180s,搅拌速率180r/min。
(4)CO2起泡稳泡剂及CO2泡沫制备。
①称取原料。CO2发泡稳泡剂各原料所占质量百分比为十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，稳泡剂：改性硅树脂聚醚乳液MPS：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％。
③称好的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂和水混合搅拌成溶液A，用0.1mol/L浓度的盐酸溶液试剂对其进行调配，将溶液调制成PH值4；将称取好的黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇和水混合搅拌成溶液B；将溶液B加入溶液A中搅拌，然后将称取好的改性硅树脂聚醚乳液加入溶液A、溶液B混合溶液中继续搅拌，直至溶液均匀，由此便得CO2发泡稳泡剂溶液。
④将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过液、气管道同时进入泡沫发泡机，经压气体方法得到CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料制备。
浆料和CO2泡沫是同时制备的。将制得的CO2泡沫快速输入搅拌好的均匀浆料中进行搅拌混合，搅拌240s，搅拌速率80r/min。
(5)在模具内铺敷和置放墙板增强材料。
先在模具内底面铺敷一层玄武岩纤维网格布，然后，将防锈钢筋网片分别放置在距板两表面20mm±处。
(6)注入模具。
将制备好的均匀的CO2泡沫浆料注入模具中，用刮杆刮平，在上面铺敷一层玄武岩纤维网格布，抹平，红外线加热养护2h，脱模，标准养护28d，便得到固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板(如图2)。
装配式墙板依据泡沫混凝土墙板、屋面板标准JC/T2475-2018，经测试，其技术性能如表4。
表4固碳矿渣泡沫混凝土装配式墙板技术性能
Figure GDA0003668821540000131
实施例5
所述的固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块的制备方法，按以下步骤进行：
(1)原料计量。准确称取固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块各原料，计量误差小于0.5％。各原料所占质量百分比为比表面积500m2/kg的矿渣粉：52.5％，比表面积500m2/kg的粉煤灰：3.5％，比表面积20000m2/kg的硅灰微粉：2.3％，硫铝酸钙-氧化钙：0.58％，长12mm的玄武岩纤维：0.12％，聚丙烯酰胺：0.009％，波美度40模数1.2的水玻璃：20.451％，减水率35％的聚羧酸减水剂：0.29％，固含量50％、pH值8的硅丙乳液：0.47％，甲基硅醇钾：0.58％，CO2发泡稳泡剂：5.3％，水：13.9％。
(2)料浆制备。
①将称取好的矿粉、粉煤灰、硅灰微粉、硫铝酸钙-氧化钙、玄武岩纤维、羧甲基纤维素醚在搅拌机中混合搅拌成均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率240r/min；
②将称取好的模数1.2、波美度40的水玻璃、聚羧酸减水剂、硅丙乳液、甲基硅醇钾和水在搅拌桶中搅拌成均匀混合液；
③将②搅拌均匀的混合液输入①搅拌均匀的粉料中搅拌成均匀的浆料，搅拌180s，搅拌速率180r/min。
(3)CO2起泡稳泡剂及CO2泡沫制备。
①称取原料。CO2起泡稳泡剂各原料所占质量百分比为十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，改性硅树脂聚醚乳液MPS：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％。
②将称好的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂和水混合搅拌成溶液A，用0.1mol/L浓度的盐酸试剂溶液对其进行调配，将溶液调成pH值4.5；将称取好的黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇和水混合搅拌成溶液B；将溶液B加入溶液A中搅拌，然后将称取好的改性硅树脂聚醚乳液加入溶液A、B混合溶液中继续搅拌，直至溶液均匀，由此便得CO2起泡稳泡剂溶液。
④将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过液、气管道同时进入泡沫发泡机，经压缩气体方法得到CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料制备。
浆料和CO2泡沫是同时制备的。将制得的CO2泡沫快速输入搅拌好的均匀浆料中进行搅拌混合，搅拌240s，搅拌速率60r/min。
(5)注入模具。
将制备好的均匀的CO2泡沫浆料注入模具中，自然条件下静置24h，脱模，标准养护28d，便得到所需要的固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块。
依据泡沫混凝土自保温砌块标准JC/T2550-2019，保温绝热材料导热系数测试标准GB/T10294-2008，测试其技术性能见表5。
表5固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块技术性能
Figure GDA0003668821540000141
Figure GDA0003668821540000151
实施例6
所述的固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块的制备方法，按以下步骤进行：
(1)原料计量。准确称取固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块各原料，计量误差小于0.5％。各原料所占质量百分比为比表面积500m2/kg的矿渣粉：53.4％，比表面积500m2/kg的粉煤灰：3.6％，比表面积20000m2/kg的偏高岭土微粉：2.4％，硫铝酸钙-氧化钙：0.59％，长12mm的聚丙烯纤维：0.12％，聚丙烯酰胺：0.009％，波美度40模数1.5的水玻璃：20.621％，减水率35％的聚羧酸减水剂：0.3％，固含量50％、pH值8的苯丙乳液：0.47％，甲基硅醇钠：0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7％，水：14.2％。
(2)料浆制备。
①将称取好的矿粉、粉煤灰、偏高岭土微粉、硫铝酸钙-氧化钙、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素醚在搅拌机中混合搅拌成均匀粉料，搅拌180s，搅拌速率240r/min；
②将称取好的模数1.5波美度40的水玻璃、聚羧酸减水剂、苯丙乳液、甲基硅醇钠和水在搅拌桶中搅拌成均匀混合液；
③将②搅拌均匀的混合液输入①搅拌均匀的粉料中搅拌成均匀的浆料，搅拌180s，搅拌速率180r/min。
(4)CO2起泡稳泡剂及CO2泡沫制备。
①称取原料。CO2起泡稳泡剂各原料所占质量百分比为十二烷基硫酸钠：3.5％，十二烷基醇醚硫酸钠：1.5％，氟碳表面活性剂：0.5％，改性硅树脂聚醚乳液MPS：2.5％，黄原胶：0.15％，魔芋微粉：0.05％，羟丙甲基纤维素：0.05％，苯甲醇：0.05％，水：91.7％。
②将称好的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠、氟碳表面活性剂和水混合搅拌成溶液A，用0.1mol/L浓度的盐酸试剂溶液对其进行调配，将溶液调制成pH值4；将称取好的黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素、苯甲醇和水混合搅拌成溶液B；将溶液B加入溶液A中搅拌，然后将称取好的改性硅树脂聚醚乳液加入溶液A、B混合溶液中继续搅拌，直至溶液均匀，由此便得CO2起泡稳泡剂溶液。
③将计量好的CO2起泡稳泡剂溶液和计量的CO2气体通过液、气管道同时进入泡沫发泡机，经压缩气体方法得到CO2泡沫。
(4)CO2泡沫浆料制备。
浆料和CO2泡沫是同时制备的。将制得的CO2泡沫快速输入搅拌好的均匀浆料中进行搅拌混合，搅拌240s，搅拌速率80r/min。
(5)注入模具。
将制备好的均匀的CO2泡沫浆料注入模具中，微波养护2h，脱模，标准养护28d，便得到固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块。
依据泡沫混凝土自保温砌块标准JC/T2550-2019，保温绝热材料导热系数测试标准GB/T10294-2008，测试其技术性能如表6。
表6固碳矿渣泡沫混凝土自保温砌块技术性能
Figure GDA0003668821540000161
本发明并不限于上述描述的实施方式。上述的具体的实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，本领域的技术人员在本发明的启示下还可以做出许多形式的变换，这些属于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，其特征在于：由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：39.5-53.4％，粉煤灰：2.6-3.6％，超细微粉：1.8-2.4％，膨胀剂：0.4-0.59％，纤维：0.12-0.47％，保湿剂：0.007-0.009％，激发剂：20.4-28.3％，减水剂：0.22-0.3％，聚合物乳液：0.44-0.47％，防水剂：0.4-0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7-17.4％，水：10.4-14.2％；
CO2起泡稳泡剂为由表面活性剂、稳泡剂、增稠成膜剂和水混合而成的溶液，其各组分的材料所占质量百分比为：表面活性剂3.5-8.5％，稳泡剂0.5-4.5％，增稠成膜剂0.1-0.6％，水86.4-95.9％；表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠和氟碳表面活性剂的混合物，十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠与氟碳表面活性剂的质量比为7:3:1，表面活性剂溶液的配制用0.1mol/L浓度的盐酸溶液试剂调配至pH值4-5；稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液；增稠成膜剂为黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素和苯甲醇的混合物，黄原胶、魔芋微粉、羟丙甲基纤维素与苯甲醇的质量比为3:1:1:1；
膨胀剂为硫铝酸钙-氧化钙膨胀剂；纤维为聚丙烯纤维或玄武岩纤维中的一种，长度为9-12mm；保湿剂为聚丙烯酰胺保湿剂；激发剂为钠水玻璃和氢氧化钠调制而成的碱性溶液，模数为1.2-1.5，波美度为40；减水剂为聚羧酸减水剂，含固量为40％，减水率为25-35％；聚合物乳液为硅丙乳液、纯丙乳液或苯丙乳液中的一种，固含量为48-52％，pH值为7-8；防水剂为甲基硅醇钾、甲基硅醇钠或硬脂酸铵乳液中的一种。
2.根据权利要求1所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，其特征在于：由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：39.5-42.2％，粉煤灰：2.6-2.8％，超细微粉：1.8-1.89％，膨胀剂：0.4-0.56％，纤维：0.44-0.47％，保湿剂：0.007-0.0072％，激发剂：26.3-28.3％，减水剂：0.22-0.24％，聚合物乳液：0.44-0.47％，防水剂：0.4-0.56％，CO2起泡稳泡剂：11.2-17.4％，水：10.4-11.4％。
3.根据权利要求1所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，其特征在于：由如下质量百分比的原料制成：矿渣粉：52.5-53.4％，粉煤灰：3.5-3.6％，超细微粉：2.3-2.4％，膨胀剂：0.58-0.59％，纤维：0.12％，保湿剂：0.009％，激发剂：20.4-20.8％，减水剂：0.29-0.3％，聚合物乳液：0.47％，防水剂：0.58-0.59％，CO2起泡稳泡剂：3.7-5.3％，水：13.9-14.2％。
4.根据权利要求1所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，其特征在于：CO2起泡稳泡剂与CO2气体在泡沫发泡机中采用压缩气体法制得CO2泡沫。
5.根据权利要求1所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料，其特征在于：矿渣粉为粒化高炉矿渣粉，活性指数为S105或S95中的一种，其比表面积为400-650m2/kg；粉煤灰为1级灰，其比表面积为400-650m2/kg；超细微粉为硅灰微粉或偏高岭土微粉，其比表面积为大于等于20000m2/kg。
6.一种权利要求1-5任一所述的固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)原料计量：依据配方对采用的原料计量；
(2)浆料制备：将矿渣粉、粉煤灰、超细微粉、膨胀剂、保湿剂和纤维混合搅拌成均匀粉料；将激发剂、减水剂、聚合物乳液、防水剂和水混合搅拌成均匀溶液；将均匀溶液加入到均匀粉料中，搅拌成均匀浆料；
(3)CO2泡沫制备：将CO2起泡稳泡剂和计量好的CO2气体通过各自管道同时进入泡沫发泡机，经压缩气体方法，制得CO2泡沫；
(4)CO2泡沫浆料的制备：浆料搅拌180-240s，将CO2泡沫输入制得的均匀浆料中，搅拌240-300s，得均匀CO2泡沫浆料；
(5)注入模具：将均匀CO2泡沫浆料注入模具，养护，得固碳矿渣泡沫混凝土墙体材料。
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