CN116409971A - 一种主动固碳混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种主动固碳混凝土及其制备方法，按质量份计，主动固碳混凝土的原料包括以下组分：水泥1～1.2份、水0.4～0.5份、细骨料1.5～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份；人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。本发明中垃圾焚烧底灰呈碱性可以吸收CO2，混凝土废粉和工业残渣中的氧化钙含量较高，可以水化产生更多的氢氧化钙与CO2反应，且活化后的混凝土废粉具有较高的火山灰活性与焚烧底灰结合，将人造粗骨料与水泥、水、细骨料、人造粗骨料共同作为主动固碳混凝土的原料，使主动固碳混凝土可以在自然条件下有效吸收CO2，并且在碳化后可生成固体碳酸钙实现CO2的永久封存。

Description

一种主动固碳混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种主动固碳混凝土及其制备方法。
背景技术
由于城市和经济的快速发展，温室效应越来越严重，因为CO2在大气中的含量较高且具有良好的保温和吸热作用，CO2成为了最主要的温室气体之一。在目前的研究中CO2捕捉、吸附和储存(CCUS)被认为是最有效的减少CO2的技术。
但由于传统的非原位CO2捕捉、吸附和储存技术需要收集并封藏工厂产出的废气，并且需要运输成本，导致从大气中每去除一吨CO2需要花费600-1800元，需要收集废气的原因是传统吸碳混凝土需要在高浓度的CO2环境下进行吸碳养护，为此急需一种可以在自然状态下低成本加速吸收CO2的混凝土。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主动固碳混凝土及其制备方法，旨在解决现有混凝土需要在高浓度的CO2环境下进行吸碳的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种主动固碳混凝土，其中，按质量份计，所述主动固碳混凝土的原料包括以下组分：
水泥1～1.2份、水0.4～0.5份、细骨料1.5～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份；
所述人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：
垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。
可选地，所述天然粗骨料包括天然碎石、天然卵石、火山渣中的至少一种。
可选地，所述细骨料包括天然河砂、天然风化砂、天然湖砂中的至少一种。
可选地，所述工业残渣包括钢渣、矿渣、粉煤灰中的至少一种。
本发明的第二方面，提供一种本发明如上所述的主动固碳混凝土的制备方法，其中，包括步骤：
按质量份计，将水泥1～1.2份、水0.4～0.5份、细骨料1.4～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份进行混合，得到混凝土浆料；
将所述混凝土浆料进行浇筑、养护后，得到所述主动固碳混凝土；
其中，所述人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：
垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。
可选地，将所述混凝土浆料进行浇筑，在温度为20±2℃、湿度为95％的条件下养护至少28天，得到所述主动固碳混凝土。
可选地，所述人造粗骨料的制备方法包括步骤：
按质量份计，将垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份进行混合，得到混合料；
将所述混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料胚体；
将所述人造粗骨料胚体进行水浴养护后，得到所述人造粗骨料。
可选地，所述垃圾焚烧底灰的粒径小于2mm。
可选地，将所述人造粗骨料坯体进行水浴养护至少28天。
可选地，所述人造粗骨料的粒径为2.36～26.5mm。
有益效果：本发明利用垃圾焚烧底灰、混凝土废粉、工业残渣作为人造粗骨料的原料，其中，垃圾焚烧底灰呈碱性可以吸收CO2，混凝土废粉和工业残渣中的氧化钙含量较高，可以水化产生更多的氢氧化钙与CO2反应，且活化后的混凝土废粉具有较高的火山灰活性与垃圾焚烧底灰结合，并且工业残渣本身的硬度较高，因此所述人造粗骨料具有超强固碳能力的同时具有较高的硬度。将其与水泥、水、细骨料、人造粗骨料共同作为主动固碳混凝土的原料，水泥可水化产生大量的氢氧化钙，与人造粗骨料中混凝土废粉和钢渣的水化产物共同作用，提升主动固碳混凝土的吸碳能力，使主动固碳混凝土可以在自然条件下有效吸收CO2，并且在碳化后可生成固体碳酸钙实现CO2的永久封存。同时，随着主动固碳混凝土对CO2的吸收量的增加，主动固碳混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度都会增加，使得主动固碳混凝土的力学性能得到提升，使得所述主动固碳混凝土可以应用于更多复杂的场合。
附图说明
图1为本发明实施例3中高浓度CO2条件下主动固碳混凝土的碳化深度截面图。
图2为本发明对比例3中高浓度CO2条件下混凝土的碳化深度截面图。
图3为本发明对比例6中高浓度CO2条件下混凝土的碳化深度截面图。
图4为本发明对比例7中高浓度CO2条件下混凝土的碳化深度截面图
图5为本发明实施例1-3、对比例1-7中混凝土的碳化深度图。
图6为本发明实施例1-3、对比例1-7中混凝土的抗压强度图。
具体实施方式
本发明提供一种主动固碳混凝土及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例提供一种主动固碳混凝土，其中，按质量份计，所述主动固碳混凝土的原料包括以下组分：
水泥1～1.2份、水0.45～0.5份、细骨料1.5～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份；
所述人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：
垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。
现有人造粗骨料的制备过程中水泥是必备的原料，因此，在本发明开始的研究中，利用水泥作为人造粗骨料的原料之一与垃圾焚烧底灰和混凝土废粉配合或与垃圾焚烧底灰和工业残渣配合，且在主动固碳混凝土的制备过程中加入大量的水泥，然而发明人发现水泥在生产过程中会产生大量的CO2，不易于温室效应有效控制。因此，本发明在制备人造粗骨料的过程中不使用水泥，进而减少了主动固碳混凝土中水泥的使用，减少了水泥生产过程中向大气中排放的CO2。具体地，本发明利用垃圾焚烧底灰、混凝土废粉、工业残渣作为人造粗骨料的原料，其中，垃圾焚烧底灰呈碱性可以吸收CO2，混凝土废粉和工业残渣中的氧化钙含量较高，可以水化产生更多的氢氧化钙与CO2反应，且活化后的混凝土废粉具有较高的火山灰活性与焚烧底灰结合，并且工业残渣本身的硬度较高，因此所述人造粗骨料具有超强固碳能力的同时具有较高的硬度。将其与水泥、水、细骨料、人造粗骨料共同作为主动固碳混凝土的原料，水泥可水化产生大量的氢氧化钙，与人造粗骨料中混凝土废粉和钢渣的水化产物共同作用，提升主动固碳混凝土的吸碳能力，使主动固碳混凝土可以在自然条件下有效吸收CO2，并且在碳化后可生成固体碳酸钙实现CO2的永久封存。同时，随着主动固碳混凝土对CO2的吸收量的增加，主动固碳混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度都会增加，使得主动固碳混凝土的力学性能得到提升，使得所述主动固碳混凝土可以应用于更多复杂的场合。
此外，本发明以焚烧垃圾底灰、工业残渣为原料，有效处理了焚烧垃圾底灰、工业残渣，防止城市生活垃圾焚烧后残余的灰渣、工业残渣造成的二次填埋。利用垃圾焚烧底灰、工业残渣作为人造粗骨料的原料，一方面可以带来经济效益，另一方面避免了天然骨料开采对自然环境带来的破坏。
因此，本发明实施例提供了一种可以在自然状态下进行主动碳捕捉的混凝土，且经济效益良好、性能优良、质量稳定。
在一种实施方式中，所述天然粗骨料包括天然石料、天然卵石、火山渣中的至少一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述细骨料包括天然河砂、天然风化砂、天然湖砂中的至少一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述工业残渣包括钢渣、矿渣、粉煤灰中的至少一种，但不限于此。
本发明的第二方面，提供一种本发明实施例如上所述的主动固碳混凝土的制备方法，其中，包括步骤：
S1、按质量份计，将水泥1～1.2份、水0.4～0.5份、细骨料1.5～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份进行混合，得到混凝土浆料；
S2、将所述混凝土浆料进行浇筑、养护后，得到所述主动固碳混凝土；
其中，所述人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：
垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。
本发明利用垃圾焚烧底灰、混凝土废粉、工业残渣作为人造粗骨料的原料，其中，垃圾焚烧底灰呈碱性可以吸收CO2，混凝土废粉和工业残渣中的氧化钙含量较高，可以水化产生更多的氢氧化钙与CO2反应，且活化后的混凝土废粉具有较高的火山灰活性与垃圾焚烧底灰结合，并且工业残渣本身的硬度较高，因此所述人造粗骨料具有超强固碳能力的同时具有较高的硬度。将其与水泥、水、细骨料、人造粗骨料共同作为主动固碳混凝土的原料，水泥可水化产生大量的氢氧化钙，与人造粗骨料中混凝土废粉和钢渣的水化产物共同作用，提升主动固碳混凝土的吸碳能力，使主动固碳混凝土可以在自然条件下有效吸收CO2，并且在碳化后可生成固体碳酸钙实现CO2的永久封存。同时，随着主动固碳混凝土对CO2的吸收量的增加，主动固碳混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度都会增加，也可提升主动固碳混凝土的力学性能，使得所述主动固碳混凝土可以应用于更多复杂的场合。
步骤S1中，在一些实施方式中，所述人造粗骨料的制备方法包括步骤：
S11、将垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份进行混合，得到混合料；
S12、将所述混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料胚体；
S13、将所述人造粗骨料胚体进行水浴养护后，得到所述人造粗骨料。
目前关于使用天然骨料的混凝土固碳的研究发现，0.454kg的CO2可被一块重15kg含有13％水泥的混凝土所封存。不过由于混凝土自身的低孔隙连通性，混凝土被碳化的部分常常只位于表面的几毫米范围内，严重影响混凝土整体的固碳能力。本实施方式中，使用圆盘造粒法(即冷粘接造粒技术)制备的人造粗骨料是由许多小颗粒粘结而成，在制备过程中内部会保存大量连通的孔隙(所述的人造粗骨料自身的孔隙率远大于天然粗骨料)，可以提高混凝土中的孔隙连通性，使得混凝土具有足够的通道保证CO2能顺利进入内部，使其在自然条件下有效吸收CO2，提高混凝土的吸碳能力，降低空气中CO2浓度的作用，同时降低了碳封存的成本。
此外，本实施例中采用冷粘接造粒技术将工业残渣有效地聚集起来，能固化垃圾焚烧底灰中的有害物质和重金属。
步骤S11中，在一些实施方式中，将所述垃圾焚烧底灰经自然风化和风干、破碎、筛选后，得到粒径小于2mm的垃圾焚烧底灰，使其适用于冷粘结技术。
在一些实施方式中，将所述人造粗骨料坯体进行水浴养护至少28天。
在一些实施方式中，所述人造粗骨料的粒径为2.36～26.5mm。
步骤S2中，在一些实施方式中，将所述混凝土浆料进行浇筑，在温度为20±2℃、湿度为95％的条件下养护至少28天，得到所述主动固碳混凝土。
下面通过具体的实施例进行详细说明。
以下实施例及对比例中原料的来源及相关参数如下：
垃圾焚烧底灰购于中国东莞市麻涌环保热电厂；
钢渣购于中国深圳市安托山混凝土有限公司；
混凝土废粉购于中国深圳市安托山混凝土有限公司)；
水泥(海螺牌商品P·O 42.5普通硅酸盐水泥，符合GB 175-2007)；
天然细骨料(河砂，广东省东莞市产出的天然河砂，属于中砂，细度模数2.56)；
天然粗骨料(破碎石，粒径为4.75mm-9.50mm，堆积密度为1306kg/m3，表观密度为2543kg/m3，吸水率为0.9％)
各原料的化学组成如下表1所示：
表1.原材料化合物组成
Figure BDA0004171003010000071
实施例1
垃圾焚烧底灰的制备：
从中国东莞市麻涌环保热电厂购买的垃圾焚烧底灰进行湿润冷却处理，再将其放在自然条件下风化1个自然月并风干，然后进行筛分处理，选取2mm以下的垃圾焚烧底灰；
按质量份计，将垃圾焚烧底灰7份、混凝土废粉1.5份、钢渣1.5份进行混合，得到混合料；然后将混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；
将上述人造粗骨料胚体放置在温度20±2℃，相对湿度为95％的环境中养护28天，得到粒径为2.36～26.5mm的人造粗骨料。
主动固碳混凝土的制备：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料268.3份、破碎石803.1份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；其中加入顺序为破碎石、人造粗骨料、水泥、河砂、水，边加水边搅拌，其中，水在开始搅拌的前15s内需全部加入搅拌筒中；
将得到的混凝土浆料分两次加入边长为100mm的立方体混凝土模具中，每次添加结束后使用振动棒振动使混凝土浆料密实；
使用保鲜膜覆盖在混凝土模具混凝土浆料露出的一面，放置于20±5℃的房间中24小时后拆掉保鲜膜，然后放入温度为20±2℃，湿度为95％的标准养护室中养护时间28天(养护标准符合《GB/T50081-2019》4.4节)，得到主动固碳混凝土。
测试：
将上述主动固碳混凝土浆体按照GB/T50080-2016规范要求，测定主动固碳混凝土的坍落度和坍落流动度，其中坍落度筒的顶部内径为100mm，底部内径为200mm，高度为300mm。坍落度筒被抬起后用标尺测量新鲜混凝土的形状变化，记录下降高度为坍落度，记录水平面上两个垂直方向上流动的最大直径，用平均值表示为坍落度流动。
将主动固碳混凝土放入碳化箱(高浓度CO2环境，CO2的浓度为20±2％，温度为20±5℃，湿度为70±5％)中，在主动固碳混凝土固化28天后进行碳化测试。其中，每7天通过测一次混凝土的质量变化来测量7天内混凝土对CO2的吸收量。
将主动固碳混凝土进行自然条件下(低浓度CO2环境，CO2的浓度为0.04％，室内温度20±2℃，湿度为50±5％)的碳化深度测试。
经测试，实施例1中，主动固碳混凝土的坍落度为60mm，坍落流动度为220mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为8.23g，14天吸收CO2量为10.05g，21天吸收CO2量为13.7g，28天吸收CO2量为14.15g，碳化深度为4.34mm，碳化后抗压强度为42.7MPa，劈裂抗拉强度为4.0MPa；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.72mm，180天碳化深度为2.66mm。
实施例2
与实施例1的区别仅在于：
将水泥410份、水184.5份、河砂617.7，人造粗骨料536.5，破碎石458.9份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料。
测试方法同实施例1，经测试，实施例2中，主动固碳混凝土的坍落度为110mm，坍落流动度为400mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为7.66g，14天吸收CO2量为10.71g，21天吸收CO2量为15.09g，28天吸收CO2量为16.12g，碳化深度为5.21mm，碳化后抗压强度为37.1MPa，劈裂抗拉强度为3.4MPa；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.79mm，180天碳化深度为3.34mm。
实施例3
与实施例1的区别仅在于，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7，人造粗骨料894.2份，破碎石0份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料。
测试方法同实施例1，经测试，实施例3中，主动固碳混凝土的坍落度为150mm，坍落流动度为450mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为9.74g，14天吸收CO2量为13.04g，21天吸收CO2量为17.24g，28天吸收CO2量为18.4g，碳化深度为6.71mm，碳化后抗压强度为33.5MPa，劈裂抗拉强度为3.0MPa，其碳化深度界面图如图1所示；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.98mm，180天碳化深度为3.47mm。
对比例1
垃圾焚烧底灰的制备方法同实施例1。
人造粗骨料的制备：
按质量份计，将垃圾焚烧底灰7份、普通硅酸盐水泥1份、混凝土废粉2份进行混合，得到混合料；然后将混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；
将上述人造粗骨料胚体放置在温度20±2℃，相对湿度为95％的环境中养护28天，得到粒径为2.36～26.5mm的人造粗骨料。
混凝土的制备：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料274.9份、破碎石803.1份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；其中加入顺序为破碎石、人造粗骨料、水泥、河砂、水，边加水边搅拌，其中，水在开始搅拌的前15s内需全部加入搅拌筒中；
将得到的混凝土浆料分两次加入边长为100mm的立方体混凝土模具中，每次添加结束后使用振动棒振动使混凝土浆料密实；
使用保鲜膜覆盖在混凝土模具混凝土浆料露出的一面，放置于20±5℃的房间中24小时后拆掉保鲜膜，然后放入温度为20±2℃，湿度为95％的标准养护室中养护时间28天，得到混凝土。
测试方法同实施例1，经测试，对比例1中，混凝土的坍落度为30mm，坍落流动度为210mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为7.9g，14天吸收CO2量为10.43g，21天吸收CO2量为13.72g，28天吸收CO2量为14.18g，碳化深度为4.46mm，碳化后抗压强度为37.9MPa，劈裂抗拉强度为4.1MPa；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.68mm，180天碳化深度为2.83mm。
对比例2
与对比例1的区别仅在于：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料549.8份、破碎石458.9份放入搅拌机进行混合混合搅拌，得到混凝土浆料。
测试方法同实施例1，经测试，对比例2中混凝土的坍落度为160mm，坍落流动度为300mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为7.40g，14天吸收CO2量为11.68g，21天吸收CO2量为14.60g，28天吸收CO2量为16.56g，碳化深度为5.49mm，碳化后抗压强度为34.6MPa，劈裂抗拉强度为3.4MPa；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.87mm，180天碳化深度为3.42mm。
对比例3
与对比例1的区别仅在于：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料916.3份、破碎石0份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料。
测试方法同实施例1，经测试，对比例3中，混凝土的坍落度为170mm，坍落流动度为300mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为10.72g，14天吸收CO2量为14.47g，21天吸收CO2量为16.72g，28天吸收CO2量为18.28g，碳化深度为6.60mm，碳化后抗压强度为29.8MPa，劈裂抗拉强度为2.6MPa，其碳化深度截面图如图2所示；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为2.05mm，180天碳化深度为3.75mm。
对比例4
垃圾焚烧底灰的制备方法同实施例1。
人造粗骨料的制备：
按质量份计，将垃圾焚烧底灰7份、普通硅酸盐水泥1份、钢渣2份进行混合，得到混合料；然后将混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；
将上述人造粗骨料胚体放置在温度20±2℃，相对湿度为95％的环境中养护28天，得到粒径为2.36～26.5mm的人造粗骨料。
混凝土的制备：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料287.2份、破碎石803.1份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；其中加入顺序为破碎石、人造粗骨料、水泥、河砂、水，边加水边搅拌，其中，水在开始搅拌的前15s内需全部加入搅拌筒中；
将得到的混凝土浆料分两次加入边长为100mm的立方体混凝土模具中，每次添加结束后使用振动棒振动使混凝土浆料密实；
使用保鲜膜覆盖在混凝土模具混凝土浆料露出的一面，放置于20±5℃的房间中24小时后拆掉保鲜膜，然后放入温度为20±2℃，湿度为95％的标准养护室中养护时间28天，得到混凝土。
测试方法同实施例1，经测试，对比例4中，混凝土的坍落度为20mm，坍落流动度为200mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为6.48g，14天吸收CO2量为9.32g，21天吸收CO2量为10.55g，28天吸收CO2量为13.53g，碳化深度为4.41mm，碳化后抗压强度为44.2MPa，劈裂抗拉强度为3.7MPa；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.39mm，180天碳化深度为2.36mm。
对比例5
与对比例4的区别仅在于：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料574.5份、破碎石458.9份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；
测试方法同实施例1，经测试，对比例5中，混凝土的坍落度为30mm，坍落流动度为210mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为7.96g，14天吸收CO2量为11.48g，21天吸收CO2量为11.93g，28天吸收CO2量为14.3g，碳化深度为4.68mm，碳化后抗压强度为39.2MPa，劈裂抗拉强度为3.3MPa；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.63mm，180天碳化深度为2.43mm。
对比例6
与对比例4的区别仅在于：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料957.5份、破碎石0份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；
测试方法同实施例1，经测试，对比例6中，混凝土的坍落度为100mm，坍落流动度为300mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为9.04g，14天吸收CO2量为13.68g，21天吸收CO2量为14.65g，28天吸收CO2量为16.47g，碳化深度为5.81mm，碳化后抗压强度为34.7MPa，劈裂抗拉强度为2.9MPa，其碳化深度截面图如图3所示；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.83mm，180天碳化深度为3.25mm。
对比例7
与实施例1的区别仅在于：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料0份、破碎石1147.2份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；
测试方法同实施例1，经测试，对比例7中，混凝土的坍落度为30mm，坍落流动度为200mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为5.65g，14天吸收CO2量为7.71g，21天吸收CO2量为10.33g，28天吸收CO2量为11.34g，碳化深度为2.95mm，碳化后抗压强度为43.4MPa，劈裂抗拉强度为3.9MPa，其碳化深度截面图如图4所示；低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.68mm，180天碳化深度为2.43mm。
对比例8
人造粗骨料的制备：
按质量份计，将垃圾焚烧底灰70份、普通硅酸盐水泥15份、粉煤灰10份、矿渣5份进行混合，得到混合料；然后将混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；
将上述人造粗骨料胚体放置在温度20±2℃，相对湿度为95％的环境中养护28天，得到人造粗骨料。
混凝土的制备：
按质量份计，将水泥410份、水184.5份、河砂617.7份、人造粗骨料274.9份、破碎石803.1份放入搅拌机进行混合搅拌，得到混凝土浆料；其中加入顺序为破碎石，人造粗骨料、水泥、河砂、水，边加水边搅拌，其中，水在开始搅拌的前15s内需全部加入搅拌筒中；
将得到的混凝土浆料分两次加入边长为100mm的立方体混凝土模具中，每次添加结束后使用振动棒振动使混凝土浆料密实；
使用保鲜膜覆盖在混凝土模具混凝土浆料露出的一面，放置于20±5℃的房间中24小时后拆掉保鲜膜，然后放入温度为20±2℃，湿度为95％的标准养护室中养护时间28天，得到混凝土。
测试方法同实施例1，经测试，对比例8中混凝土的坍落度为30mm，坍落流动度为200mm；高浓度CO2环境下，7天吸收CO2量为6.35g，14天吸收CO2量为9.88g，21天吸收CO2量为11.59g，28天吸收CO2量为13.25g，碳化深度为4.16mm，碳化后抗压强度为38.59MPa，劈裂抗拉强度为3.8MPa；
低浓度CO2环境下，90天碳化深度为1.63mm，180天碳化深度为2.04mm。
上述实施例1-3、对比例1-7的混凝土在高浓度CO2环境下碳化深度对比图如图5所示，抗压强度对比如图6所示。
实施例1-3与对比例7的混凝土相比，具有更优秀的吸碳能力，即本发明提供的主动固碳混凝土比使用天然骨料制备的混凝土具有更优秀的吸碳能力，本发明提供的主动固碳混凝土比使用天然骨料制备的混凝土具有更快的吸碳速度、且主动固碳混凝土被碳化的深度更深。此外，本发明与使用天然骨料制备的混凝土相比具有更优秀的吸碳能力，说明人造粗骨料的加入可以与混凝土中的其他成分共同作用，提升混凝土孔隙连通性，并与CO2充分反应，提升混凝土的吸碳能力，使得其能够在自然条下有效吸收CO2，同时保证混凝土具有足够的强度，说明人造粗骨料可替代天然粗骨料进行使用以制备混凝土，避免了天然骨料开采对自然环境带来的破坏，有效解决了天然石料的短缺和粗骨料开采过程中可能由山体***造成的能源消耗和环境污染等问题，具有重大经济与社会效益。
实施例1与对比例8的混凝土相比，具有更优秀的吸碳能力和强度，此外，实施例1中的混凝土废粉和钢渣的价格较之于对比例8中的粉煤灰和矿渣会更便宜，因此更具经济性。
水泥是现有人造粗骨料生产的必备原料，然而水泥生产过程中会产生大量的CO2，所以应尽量避免使用或减少使用量，由上述实施例1-3和对比例1-6、对比例8可知，本发明制备人造粗骨料时不使用水泥(实施例1-3)，减少了CO2的排放，同时在未使用水泥时，仍然具有较好的效果(混凝土具有较好的固碳效果和较高的强度，如图5和6所示)。
综上所述，本发明提供一种主动固碳混凝土及其制备方法，本发明利用垃圾焚烧底灰、混凝土废粉、工业残渣作为人造粗骨料的原料，其中，垃圾焚烧底灰呈碱性可以吸收CO2，混凝土废粉和工业残渣中的氧化钙含量较高，可以水化产生更多的氢氧化钙与CO2反应，且活化后的混凝土废粉具有较高的火山灰活性与焚烧底灰结合，并且工业残渣本身的硬度较高，因此所述人造粗骨料具有超强固碳能力的同时具有较高的硬度。将其与水泥、水、细骨料、人造粗骨料共同作为主动固碳混凝土的原料，水泥可水化产生大量的氢氧化钙，与人造粗骨料中混凝土废粉和钢渣的水化产物共同作用，提升主动固碳混凝土的吸碳能力，使主动固碳混凝土可以在自然条件下有效吸收CO2，并且在碳化后可生成固体碳酸钙实现CO2的永久封存。同时，随着主动固碳混凝土对CO2的吸收量的增加，主动固碳混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度都会增加，也可提升主动固碳混凝土的力学性能，使得所述主动固碳混凝土可以应用于更多复杂的场合。此外，本发明以焚烧垃圾底灰、工业残渣为原料，有效处理了焚烧垃圾底灰、工业残渣，防止城市生活垃圾焚烧后残余的灰渣、工业残渣造成的二次填埋。利用垃圾焚烧底灰、工业残渣作为人造粗粗骨料的原料，一方面可以带来经济效益，另一方面避免了天然骨料开采对自然环境带来的破坏。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动固碳混凝土，其特征在于，按质量份计，所述主动固碳混凝土的原料包括以下组分：
水泥1～1.2份、水0.4～0.5份、细骨料1.5～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份；
所述人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：
垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。
2.根据权利要求1所述的主动固碳混凝土，其特征在于，所述天然粗骨料包括天然石料、天然卵石、火山渣中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的主动固碳混凝土，其特征在于，所述细骨料包括天然河砂、天然风化砂、天然湖砂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的主动固碳混凝土，其特征在于，所述工业残渣包括钢渣、矿渣、粉煤灰中的至少一种。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的主动固碳混凝土的制备方法，其特征在于，包括步骤：
按质量份计，将水泥1～1.2份、水0.4～0.5份、细骨料1.5～1.6份、天然粗骨料0～1.96份、人造粗骨料0.6～2.8份进行混合，得到混凝土浆料；
将所述混凝土浆料进行浇筑、养护后，得到所述主动固碳混凝土；
其中，所述人造粗骨料的原料包括以下质量份的组分：
垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述混凝土浆料进行浇筑，在温度为20±2℃、湿度为95％的条件下养护至少28天，得到所述主动固碳混凝土。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述人造粗骨料的制备方法包括步骤：
按质量份计，将垃圾焚烧底灰7～7.5份、混凝土废粉1～2份、工业残渣1～2份进行混合，得到混合料；
将所述混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料胚体；
将所述人造粗骨料胚体进行水浴养护后，得到所述人造粗骨料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述垃圾焚烧底灰的粒径小于2mm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将所述人造粗骨料坯体进行水浴养护至少28天。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述人造粗骨料的粒径为2.36～26.5mm。
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