[发明专利]一种水泥基材料固碳强化方法及装置

说明书

本发明属于水泥基材料碳化设备技术领域，具体涉及一种水泥基材料固碳强化装置及方法。所述装置包括容器、压力调节装置、输气装置、温度调节装置和装载系统；所述压力调节装置用于调节容器内的压力；所述输气装置用于向容器内输送二氧化碳；所述温度调节装置用于调节容器内温度；所述装载系统用于装载试样和碳化反应产生的水。本发明装置通过压力装置和输气装置实现了容器内部气压的调节控制，通过外部加温和热传导实现了容器内部温度的调节控制，通过装载系统进一步避免了碳化反应产生的水对后续碳化反应的影响。本发明的装置结构简单，造价便宜，且操作方法简便，适用领域广泛，应用前景十分广阔。

技术领域

本发明属于水泥基材料碳化设备技术领域，具体涉及一种水泥基材料固碳强化方法及装置，所述装置及方法能调节碳化温度、碳化压力且具有排水功能，适用于水泥基材料块体、粉体等的固碳强化。

背景技术

大气中二氧化碳(CO₂)浓度逐年攀升，温室效应愈发明显，对人类赖以生存的环境造成诸如气候变暖、海洋酸化、冰川融化等的恶劣影响。就此，我国明确提出“双碳”目标“2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和”(2020年)。水泥工业是我国工业全面实现“双碳”目标的关键产业，一方面水泥混凝土作为基础设施主体材料，需求量巨大，据统计2020年我国混凝土产量超100亿吨，约占全球60％；同时，水泥生产过程中产生大量CO₂，占我国碳排放总量高达9％，是制造业中主要碳排放源。显而易见，我国基础设施建设中水泥混凝土需求量巨大，现阶段CO₂排放在水泥生产中难以避免，因此进行碳回收再利用是降低水泥工业碳排放的迫切需求。

水泥基材料是典型的多孔碱性材料，能与CO₂反应，发挥其固碳效能，同时反应产物填充材料孔隙起到增强的效果。在上世纪70年代，研究者提出采用水泥熟料和水化产物的碳化加强混凝土性能的方法。然而，由于当时技术限制，高浓度二氧化碳的制备成本较高，水泥基材料的固碳强化未能得到重视和推广。进入本世纪以来，随着大气中二氧化碳浓度不断提高和温室效应的加剧，水泥基材料的固碳强化得到了普遍关注。不同于成熟混凝土在自然条件下的缓慢碳化，固碳强化涉及的碳化反应迅速，涉及CO₂与水泥水化产物(主要是CH、C-S-H和AFm)发生化学反应，密实材料孔隙结构，进而提升其力学强度；也涉及CO₂与水泥熟料成分(主要是C₃S和C₂S)发生化学反应而引起材料硬化及其强度快速发展(碳化养护)，二者均有一定固碳效能。目前，固碳强化可以有效提高水泥混凝土性能并加速其强度发展。而固碳参数对水泥基材料的固碳效率和固碳效果有较大影响，根据相关研究，固碳参数中的碳化温度和碳化压力适当增大对提升水泥基材料固碳后性能的影响较大。

目前，混凝土等水泥基材料的碳化设备(混凝土碳化试验箱)功能较为单一，无法实现对碳化温度和碳化压力的调节。因此研发一种能调节碳化温度和压力的水泥基材料的固碳设备和固碳方法十分必要，对于固碳领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种水泥基材料固碳强化装置及方法，该装置可调节的碳化参数包括固碳温度和压力，并且该装置能及时排出水泥基材料碳化反应产生的水分，解决了现有技术中水泥基材料在碳化养护过程中的密封性、生成水的堆积以及碳化温度、压力难以调节等的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的目的之一是提供一种水泥基材料固碳强化装置，所述装置包括用于进行固碳强化的容器，还包括压力调节装置、输气装置、温度调节装置和至少一个装载系统，其中：

所述容器上设置有进气口和出气口；

所述压力调节装置包括用于密封容器的刚性密封装置，设置于进气口处的用于调节容器内压力的气压调节器，设置于容器上部用于显示容器内压力的压力表；