一种低碳植生混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于生态混凝土技术领域，具体涉及一种低碳植生混凝土及其制备方法。

背景技术：

2.植物生长混凝土是一种具有一定孔隙大小和孔隙率的多孔混凝土材料，混凝土孔隙填充满足植物生长营养质，植物生长在混凝土表面，根系穿透混凝土内部孔隙，形成植物-骨架-土壤有机结合体。植生混凝土具有透水混凝土结构功能性的特点，同时又具备植生物生长性能的特点，在大力倡导“海绵城市”建设的过程中，成为目前混凝土研究的热点，被应用于湿地绿化、河堤护堤、小区绿化、停车坪等园林景观项目。
3.目前，国内研究主要集中在降低植生混凝土内部碱度来满足植物正常生长(ph≤9.5)的课题。常规的降碱措施主要有在混凝土中掺入矿物掺合料和碱性中和剂、选用中性胶凝材料、表面处理和碳化降碱等手段。然而，现有降碱技术通常会对混凝土的强度和耐久性产生不利影响，从而降低植生的使用寿命。文献“植生混凝土的降碱技术及种植效果研究”提出了采用加速碳化植生混凝土降低碱度，得到的植生混凝土表层ph＜8.2，强度与未碳化的植生混凝土相当。但该文提出的碳化降碱法选用普通硅酸盐水泥，碳化反应程度有限，需要长时间加速碳化(≥30d)来中和碱性水化产物ca(oh)2，增加了施工难度和养护成本。此外，普通硅酸盐水泥的碳化养护只能降低混凝土表层ph，co2难以渗透到混凝土内部，导致混凝土内部碱度仍然较高，且水泥后期继续水化仍然会导致碱度增加。
4.全球气候变暖已成为人类面临的重大问题，co2温室效应是导致全球环境问题的重要原因。在双碳政策的时代背景下，水泥行业作为碳排放量高的产业，必须进行减碳转型。因此，急需开发一系列新型绿低碳建筑材料，在满足建材制品性能要求的基础上，降低材料碳排放足迹，促进水泥建材行业可持续发展。

技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种低碳植生混凝土，可有效兼顾碱度低、强度高、耐久性好等性能；既能为植物生长提供合适的低碱性环境，又能有效延长混凝土结构使用寿命；同时，利用碳化养护吸收co2，降低植生混凝土的碳足迹；且涉及的制备方法较简单，适合推广应用。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种低碳植生混凝土，各组分及其所占重量份数包括：低钙碳化水泥15～30份，石灰石粉2～6份，粗骨料90～160份，外加剂0.1～0.8份，水4～10份。
8.优选的，所述低碳植生混凝土，各组分及其所占重量份数包括：低钙碳化水泥20～30份，石灰石粉3～6份，粗骨料110～150份，外加剂0.2～0.7份，水5～9份。
9.上述方案中，所述低钙碳化水泥中的化学组成及其所占质量百分比包括：c3s
2 45～80％，cs 15～55％，固溶相0～5％；比表面积450～600kg/cm2。
10.优选的，所述低钙碳化水泥中的化学组成及其所占质量百分比包括：c3s
2 55～
70％，cs30～45％，固溶相0～3％。
11.上述方案中，所述石灰石粉中的碳酸钙含量≥60％，比表面积≥300kg/cm2。
12.上述方案中，所述粗骨料为9.5～31.5mm的碎石。
13.上述方案中，采用的外加剂为减水剂，其减水率为10～25％。
14.进一步地，所述减水剂可选用聚羧酸减水剂等。
15.上述一种低碳植生混凝土的制备方法，包括以下步骤：
16.1)植生混凝土的配制
17.将低钙碳化水泥、石灰石粉、水和1/2～3/4用量的外加剂搅拌均匀得到浆料；然后加入粗骨料和剩余的外加剂，继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
18.2)植生混凝土成型
19.将所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入1/3～1/2用量的拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化箱中带模碳化养护，脱模后得到植生混凝土制品；
20.3)植生混凝土碳化反应
21.将所得植生混凝土制品置于碳化反应釜中进行碳化反应，即得所述低碳植生混凝土。
22.上述方案中，步骤2)所述带模养护制度为：碳化时间1～6h，碳化温度为20～30℃，co2浓度为20～30vol％，压强为常压。
23.上述方案中，步骤3)所述碳化反应制度为：碳化时间6～18h，碳化温度为50～80℃，co2浓度为50～100vol％，压强为0.5～1.5mpa。
24.根据上述方案制备的低碳植生混凝土，碳化后的ph值≤9.0，28d的ph值≤8.5，抗压强度≥18mpa，抗折强度≥1.8mpa，孔隙率≥24％，单方植生混凝土co2吸收量≥50kg；所得混凝土具有较优的力学性能，并可显著降低其碱度，同时可有效保持后续碱度稳定。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.1)本发明以低钙碳化水泥、石灰石粉为主要原料制备低碳植生混凝土，利用低钙碳化水泥的c3s2、cs等主要碳化活性相并结合石灰石粉诱导碳化反应产物碳酸钙成核的作用(为碳化反应主要产物碳酸钙提供了晶体生长的“矿床”，加速碳化反应进程)，可有效固化混凝土内部碱组分和矿物相，在获得力学性能的同时显著降低碳化后混凝土的ph值，并可保持后期稳定的低ph值状态，实现力学性能和降碱效果的协同改进，为植物生长提供适宜的低碱性环境。
27.2)本发明以无水化活性的低钙碳化水泥为主要胶凝材料，进一步结合分步碳化工艺，首先通过带模碳化养护手段，吸收二氧化碳快速提升强度并显著缩短混凝土的脱模周期，提高生产效率。同时，带模养护过程中，采用的低压低浓度的二氧化碳持续渗透到植生混凝土制品中心，与钙离子和水反应，生成碳化产物碳酸钙和硅胶，并逐步打开内部孔隙，有利于二氧化碳的扩散与溶解，进一步促进后续高压高浓度二氧化碳的碳化反应，提升混凝土二次碳化的反应程度。进而得到兼具碱度低、强度高、耐久性好等优点的低碳植生混凝土。
28.3)本发明采用的低钙碳化水泥的熟料系数和煅烧温度低，能大幅降低co2排放和能源消耗，制备成混凝土制品进行碳化养护能进一步吸收co2，实现“双重减碳”，具有良好
的低碳效益和经济效益。
29.4)本发明所述植生混凝土涉及的制备工艺简单高效，生产成本低；制品进行分步碳化养护后，可快速获得强度并降低混凝土的碱度，大幅提高护坡、绿化等施工效率。
具体实施方式
30.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。
31.以下实施例中，采用的低钙碳化水泥以高纯度石灰石(caco3含量≥95wt％)和石英粉(sio2含量≥95wt％)为原料，按设计的ca/si比例进行混合、均化、压制、煅烧(温度1280～1400℃，时间3～6h)、粉磨后制备的产品，比表面积均控制为520kg/cm2；采用的石灰石粉中caco3含量为70wt％，比表面积为350kg/cm2；粗骨料为粒径10～25mm的玄武岩碎石；减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率为20％。
32.实施例1
33.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
34.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥18份，石灰石粉4份，粗骨料105份，减水剂0.4份，水8.7份；其中，低钙碳化水泥组分为：c3s
2 45％，cs 50％，固溶相5％；
35.2)植生混凝土拌合物的配制
36.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
37.3)植生混凝土成型
38.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化养护箱中，在20℃、co2浓度20vol％和常压条件下带模碳化养护3h，脱模后得到植生混凝土制品；
39.4)植生混凝土碳化养护
40.放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为50℃，co2浓度60vol％，压强0.5mpa，碳化时间为8h；即得所述低碳植生混凝土。
41.实施例2
42.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
43.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥21份，石灰石粉6份，粗骨料140份，减水剂0.4份，水7.5份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s
2 50％，cs 47％，固溶相3％；
44.2)植生混凝土拌合物的配制
45.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
46.3)植生混凝土成型
47.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化养护箱中，
在30℃、co2浓度20vol％和常压条件下带模碳化养护4h，脱模后得到植生混凝土制品；
48.4)植生混凝土碳化养护
49.将所得植生混凝土制品放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为控制碳化温度为50℃，co2浓度80vol％，压强0.8mpa，碳化时间12h；即得所述低碳植生混凝土。
50.实施例3
51.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
52.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥23份，石灰石粉4份，粗骨料145份，减水剂0.4份水6份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s
2 63％，cs 35％，固溶相2％；
53.2)植生混凝土拌合物的配制
54.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
55.3)植生混凝土成型
56.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化养护箱中，在20℃、co2浓度25vol％和常压条件下带模碳化养护4h，脱模后得到植生混凝土制品；
57.4)植生混凝土碳化养护
58.将所得植生混凝土制品放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为70℃，co2浓度100vol％，压强1.3mpa，碳化时间16h；即得所述低碳植生混凝土。
59.实施例4
60.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥20份，石灰石粉4份，粗骨料130份，减水剂0.4份，水5份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s
2 63％，cs 35％，固溶相2％；
61.2)植生混凝土拌合物的配制
62.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
63.3)植生混凝土成型
64.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实。移入碳化养护箱中，在25℃、co2浓度30vol％和常压条件下带模碳化养护4h，脱模后得到植生混凝土制品；
65.4)植生混凝土碳化养护
66.将所得植生混凝土制品放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为70℃，co2浓度95vol％，压强1.0mpa，碳化时间12h；即得所述低碳植生混凝土。
67.实施例5
68.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
69.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥28份，石灰石粉3份，粗骨料145份，减水剂0.5份，水7.5份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s
2 63％，cs 35％，固溶相2％；
70.2)植生混凝土拌合物的配制
71.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
72.3)植生混凝土成型
73.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化养护箱中，在30℃、co2浓度30vol％和常压条件下带模碳化养护4h，脱模后得到植生混凝土制品；
74.4)植生混凝土碳化养护
75.将所得植生混凝土制品放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为80℃，co2浓度99％，压强1.4mpa，碳化时间为14h，即得所述低碳植生混凝土。
76.对比例1
77.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
78.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥28份，石灰石粉3份，粗骨料145份，减水剂0.5份，水7.5份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s
2 30％，cs 65％，固溶相5％；
79.2)植生混凝土配制、成型和碳化养护与实施例5完全相同，在此不再重复描述。
80.对比例2
81.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
82.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥25份，po42.5水泥3份，石灰石粉2份，粗骨料155份，减水剂0.5份，水7.5份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s263％，cs 35％，固溶相2％；
83.2)植生混凝土拌合物的配制
84.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
85.3)植生混凝土成型
86.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，24h后脱模移入碳化反应釜中碳化；
87.4)植生混凝土碳化养护
88.将所得植生混凝土制品放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为80℃，co2浓度99％，压强1.4mpa，碳化时间为14h，即得所述低碳植生混凝土。
89.对比例3
90.一种植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
91.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：po42.5水泥28份，石灰石粉3份，粗骨料145份，减水剂0.5份，水7.5份；
92.2)植生混凝土配制、成型和碳化养护与对比例2完全相同，在此不再重复描述。
93.对比例4
94.一种低碳植生混凝土，其制备方法包括如下步骤：
95.1)原料称取；各原料及其所占重量份数为：低钙碳化水泥28份，石灰石粉3份，粗骨料145份，减水剂0.5份，水7.5份；其中，低钙碳化水泥组分包括：c3s
2 63％，cs 35％，固溶相
2％；
96.2)植生混凝土拌合物的配制
97.将称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和3/4用量的减水剂均匀搅拌得到浆料，加入粗骨料和剩余用量的减水剂继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；
98.3)植生混凝土成型
99.将步骤2)所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入一半拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化养护箱中，在30℃、co2浓度30vol％和常压条件下带模碳化养护10h，脱模后得到植生混凝土制品；
100.4)植生混凝土碳化养护
101.将所得植生混凝土制品放入碳化反应釜中进行碳化，其中控制碳化温度为80℃，co2浓度99％，压强1.4mpa，碳化时间为14h，即得所述低碳植生混凝土。
102.将实施例1～5和对比例1～4所得植生混凝土分别进行力学性能、碱度、孔隙率等性能测试，结果分别见表1。
103.表1实施例1～5和对比例1～4所得低碳植生混凝土的性能测试结果
[0104][0105]
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。

技术特征：

1.一种低碳植生混凝土，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：低钙碳化水泥15～30份，石灰石粉2～6份，粗骨料90～160份，外加剂0.1～0.8份，水4～10份。2.根据权利要求1所述的低碳植生混凝土，其特征在于，所述低钙碳化水泥中的化学组成及其所占质量百分比包括：c3s
2 45～80％，cs 15～55％，固溶相0～5％；比表面积450～600kg/cm2。3.根据权利要求1所述的低碳植生混凝土，其特征在于，所述石灰石粉中的碳酸钙含量≥60％，比表面积≥300kg/cm2。4.根据权利要求1所述的低碳植生混凝土，其特征在于，所述粗骨料为9.5～31.5mm的碎石。5.根据权利要求1所述的低碳植生混凝土，其特征在于，所述外加剂为减水剂，其减水率为10～25％。6.权利要求1～5任一项所述低碳植生混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)植生混凝土的配制将按配比称取的低钙碳化水泥、石灰石粉、水和部分用量的外加剂搅拌均匀得到浆料；然后加入粗骨料和剩余用量的外加剂，继续搅拌均匀，得新拌植生混凝土拌合物；2)植生混凝土成型将所得新拌植生混凝土拌合物分两次注入模具，第一次注入部分用量的拌合物，均匀捣实后进行压实；第二次注入剩余用量的拌合物，均匀捣实后进行压实，移入碳化箱中进行带模碳化养护，脱模后得到植生混凝土制品；3)植生混凝土碳化养护将所得植生混凝土制品置于碳化反应釜中进行碳化反应，即得所述低碳植生混凝土。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)采用的带模碳化养护制度为：碳化时间1～6h，碳化温度为20～30℃，co2浓度为20～30vol％，压强为常压。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)采用的碳化反应制度为：碳化时间6～18h，碳化温度为50～80℃，co2浓度为50～100vol％，压强为0.5～1.5mpa。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中加入1/2～3/4用量的外加剂。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中加入1/3～1/2用量的拌合物。

技术总结

本发明公开了一种低碳植生混凝土，各组分及其所占重量份数包括：低钙碳化水泥15～30份，石灰石粉2～6份，粗骨料90～160份，外加剂0.1～0.8份，水4～10份；通过将各原料按要求拌合并进行碳化反应得到。本发明所述低碳植生混凝土可有效兼顾碱度低、强度高、耐久性好等优势；可为植物生长提供合适的低碱性环境，并能有效延长混凝土结构的使用寿命；同时，利用碳化养护吸收CO2，降低植生混凝土的碳足迹；且涉及的制备方法较简单，成本和环境效益显著，适合推广应用。合推广应用。