[发明专利]一种全龄期负碳混凝土预制桩及其制备方法

说明书

本发明提供了一种全龄期负碳混凝土预制桩，由钢筋笼和负碳混凝土制成，负碳混凝土为胶凝材料、骨料、水和外加剂的混合物，且胶凝材料由如下质量分数计的原料制成：γ‑C₂S：65‑74％，水泥：15‑25％，辅助胶凝材料：1‑20％，本发明还提供了一种全龄期负碳混凝土预制桩的制备方法，与现有技术相比，本发明具有如下优点：其一、通过使用γ‑C₂S等低碳胶凝材料，做到混凝土预制桩在服役的全龄期内吸收的CO₂多于预制桩在制备、运输和使用过程中的CO₂总排放量；其二、通过材料和工艺上的改进，在不改变原有生产流程的情况下，所制得的负碳混凝土预制桩力学性能和耐久性能良好，具有极好的社会效益和环境效益。

技术领域

本发明涉及预制桩技术领域，具体而言，涉及一种全龄期负碳混凝土预制桩及其制备方法。

背景技术

我国是世界上最大的预制桩生产国，2020年生产量已达到4.5亿米，累计使用混凝土方量达到0.7亿平方米，现有的水泥生产工艺，生产一吨水泥就要排放0.7-0.8吨CO₂，意味着预制桩行业每年直接和间接排放的CO₂数以亿计。大量CO₂的排放为社会和自然带来了极大的负面影响，在国家大力倡导“双碳”政策的前提下，预制桩行业如何做到低碳甚至负碳至关重要。

混凝土在服役的过程中水泥会与空气中的CO₂发生碳化反应生成碳酸盐类的产物，这些生成的方解石、文石或是球霰石使得原有的水泥石结构更为致密，提高了混凝土的力学性能和耐久性能，这本质上是混凝土“碳中和”的一种表现，但在自然环境中CO₂含量很低，导致碳化反应极其缓慢。这就导致在工业应用上，存在混凝土生产过程中排放的CO₂量大、但碳中和过程所能提供的CO₂少的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种全龄期负碳混凝土预制桩，通过使用γ-C₂S等低碳胶凝材料，做到混凝土预制桩在服役的全龄期内吸收的CO₂多于预制桩在制备、运输和使用过程中的CO₂总排放量，达到负碳的效果。

为解决上述问题，本发明提供一种全龄期负碳混凝土预制桩，由钢筋笼和负碳混凝土制成，所述负碳混凝土为胶凝材料、骨料、水和外加剂的混合物，且所述胶凝材料由如下质量分数计的原料制成：γ-C₂S：65-74％，水泥：15-25％，辅助胶凝材料：1-20％。

本发明采用γ-C₂S作为胶凝材料的主要组成，主要原因是γ-C₂S水化活性较弱，但具有优异的碳化活性，在高浓度CO₂环境中1d的碳化深度可以达到40mm，接近于一般混凝土预制桩的壁厚，γ-C₂S在自然环境中的碳化速度也远超一般材料，并能够长期吸碳，制备1吨γ-C₂S的CO₂排放量约为0.18-0.22吨，而1吨γ-C₂S在服役期间总共可以吸收0.51吨CO₂，其反应式如下：

γ-Ca₂SiO₂+2CO₂→2CaCO₃+SiO₂

因此每使用1吨γ-C₂S可以净吸收CO₂0.29-0.33吨，是真正意义上的负碳混凝土材料。主材γ-C₂S经过碳化后生成CaCO₃和SiO₂，这些产物逐步填充至原有混凝土结构的孔隙中，减少了混凝土结构的总孔隙率，使碳化的混凝土结构致密，力学性能和耐久性能提升明显，有害元素难以进入到碳化致密混凝土层中去。