CO2矿化养护全固废碱激发胶凝材料固碳特性及性能强化

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22084

摘要/Abstract

摘要：

采用全固废碱激发胶凝材料固定CO₂不仅可以实现CO₂矿化封存，还能缩短碱激发胶凝材料养护周期，并同时提升其抗压强度，是一种极具发展和工业化应用前景的CO₂捕集与利用方式。以全固废碱激发胶凝材料为对象，研究了碱激发胶凝材料配比、矿化养护压力和矿化养护时间对其CO₂矿化养护过程的固碳率和抗压强度的影响。结果表明，电石渣作碱激发剂更适用于矿化养护，且在相同的养护工况下，钙硅比最高试件具有最佳的固碳能力，提高CO₂矿化养护压力和增加养护时长均能改善试样的性能。理化表征测试结果表明，与自然养护相比，矿化养护样品的微观结构更为致密，且养护过程中生成的大量方解石型碳酸钙有助于提高碱激发材料的抗压强度。研究结果为全固废碱激发胶凝材料CO₂矿化养护技术发展提供了基础数据和参考。

关键词: 碳捕集、利用、封存(CCUS), 碱激发胶凝材料, 矿化养护, 电石渣, CO₂封存

Abstract:

CO₂ mineralized all-solid waste alkali-activated cementitious materials can not only realize the storage of CO₂ mineralized, but also shorten the curing cycle of alkali-activated cementitious materials and improve their compressive strength. It is a promising way of CO₂ capture and utilization. The effects of the ratio of alkali-activated cementitious materials, mineralized curing pressure and mineralized curing time on the carbon fixation rate and compressive strength of CO₂ mineralized cementitious materials were studied. The results show that the calcium carbide slag as alkali activator is more suitable for mineralization curing, and the sample with the highest Ca/Si ratio has the best carbon fixation ability under the same curing condition. Increasing the curing pressure and curing time of CO₂ can improve the properties of the samples. Physical and chemical characterization test results show that, the microstructure of the mineralized samples is more compact than that of the natural curing samples, and the calcite-type calcium carbonate produced in the curing process is helpful to increase the compressive strength of the material. The research results provide basic data and reference for the development of CO₂ mineralization curing technology of all-solid waste alkali-activated cementitious materials.

Key words: carbon capture, utilization and storage (CCUS), alkali-activated cementitious materials, mineralization curing, carbide slag, CO₂ storage

中图分类号:

TK 09

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图/表 12

表1 原料主要化学成分

Tab.1 Chemical composition of raw materials

样品名称	各成分质量分数/%
样品名称	CaO	SO₃	MgO	P₂O₅	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	LOI	其他
脱硫渣	73.28	5.00	2.38	0.013	0.74	0.80	0.27	19.05	7.54
电石渣	70.58	—	0.98	—	—	2.45	—	23.37	2.05
矿渣	39.53	0.05	10.42	—	0.01	30.41	15.06	0.01	4.50
粉煤灰	6.23	1.38	—	—	11.60	45.87	22.97	5.78	6.71
钢渣	33.68	—	5.85	1.540	30.09	14.41	3.71	2.59	4.83

表2 碱激发胶凝材料配比

Tab. 2 Ingredients for alkali-activated cementitious materials

试块	激发剂种类	碱激发剂质量/kg	矿渣质量/kg	粉煤灰质量/kg	河砂质量/kg	钢渣质量/kg	水胶比	钙硅比
DS-1	脱硫渣	3.6	3	0.6	1.2	3.6	0.50	2.28
CS-1	电石渣	3.2	3	0.6	1.2	4.0	0.50	2.08
CS-2	电石渣	3.6	3	0.6	1.2	3.6	0.50	2.18
CS-3	电石渣	4.2	3	0.6	1.2	3.0	0.50	2.35

图1 试块的制备流程

Fig. 1 Preparation process of test specimen

图2 矿化反应实验系统

Fig. 2 Experimental setup of mineralization reaction

图3 碱激发胶凝材料XRD分析

Fig. 3 XRD analysis of alkali-activated cementitious materials

图4 碱激发胶凝材料试件的电镜图像

Fig. 4 Electron microscope images of alkali-activated cementitious material specimen

图5 不同配比下养护后的固碳率

Fig. 5 Carbon sequestration rate after curing under different ratios

图6 不同压力下矿化养护的固碳率

Fig. 6 Carbon fixation rate of mineralized curing under different pressures

图7 不同矿化养护时长下试件的固碳率

Fig. 7 Carbon fixation rate of specimens under different mineralized curing times

图8 不同配比的试件在自然、矿化养护下的抗压强度

Fig. 8 Compressive strength of natural curing and mineralized curing with different ratios

图9 不同矿化养护压力对抗压强度的影响

Fig. 9 Effect of different mineralized curing pressures on compressive strength

图10 不同矿化养护时间对抗压强度的影响

Fig. 10 Effect of different mineralized curing times on compressive strength

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CO₂矿化养护全固废碱激发胶凝材料固碳特性及性能强化

Carbon Fixation Characteristics and Performance Enhancement of CO₂ Mineralized All-solid Waste Alkali-activated Cementitious Materials

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