[发明专利]一种碳化强化纳米氧化硅掺杂碱式硫酸镁水泥及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化强化纳米氧化硅掺杂碱式硫酸镁水泥及制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明将纳米二氧化硅加入到碱式硫酸镁水泥浆体中，搅拌均匀后浇筑到模具中，在空气中养护不同龄期得到纳米氧化硅掺杂的碱式硫酸镁水泥，之后连续进行不同时间的碳化养护，得到碳化强化的纳米氧化硅掺杂碱式硫酸镁水泥。该方法使碱式硫酸镁水泥的水化产物5·1·7相晶体生长达到最佳后开始碳化养护，使体系中未反应完全的氧化镁与二氧化碳发生碳酸化反应，生成碱式碳酸镁纳米颗粒。同时，纳米二氧化硅作为纳米材料可以加快早期水化进程，两者协同改善水泥的微观结构，提升力学性能。选择最佳的空气和碳化养护时间使得强度最高可达87.1MPa。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种碳化强化纳米氧化硅掺杂碱式硫酸镁水泥及制备方法。

背景技术

随着工业经济的发展，二氧化碳的排放浓度日益增加，引起了全球的关注。中国也一直在倡导绿色、环保、低碳的生活方式，为推进“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标而奋斗。近年来，利用水泥基材料实现对二氧化碳的封存受到了极大的关注。而碱式硫酸镁水泥是一种改性硫氧镁水泥，由针杆状碱式硫酸镁晶体(5Mg(OH)₂·MgSO₄·7H₂O，简称5·1·7相)相互交错构成，具有质轻高强、防火耐磨、绿色环保等优点。通过碳化养护，不仅可提高碱式硫酸镁水泥的力学性能，还可实现二氧化碳矿化固定。

目前，水泥材料的碳化固定主要集中在硅酸盐水泥，其可以生成碳酸钙实现对二氧化碳的固定。专利CN114538806A公开了一种基于钢渣的水化碳化复合硬化性胶凝材料及制备方法，利用水泥熟料、电石渣、石膏、膨润土、水化碳化促进剂和钢渣制备硬化体，在碳化过程中生成碳酸钙有效实现对二氧化碳的封存，在二氧化碳浓度不低于20％的气氛中养护3天抗压强度＞32.5MPa。专利CN114873979A公开了一种低碳混凝土及其制备方法，将由低钙水泥、骨料、纤维等搅拌得到的混凝土拌合物在拆模后置于碳化反应釜中24h以内即可达到普通混凝土养护28d时的力学性能。专利CN114538867A公布了一种利用碳化钢渣浆体制备水泥基材料的方法，该方法首先选择在钢渣和水溶液中通入二氧化碳制备碳化钢渣浆体，之后再用碳化钢渣浆体制备水泥基材料，28天强度可提升15％。专利CN1139560040A公开了一种水泥窑尾气碳化建筑预制品及其制备方法，该方法将碳化水泥、硅酸盐水泥以及骨料等混合压制成型后在充满水泥窑尾气的碳化养护室(二氧化碳浓度为30％)中养护24小时，再自然空气养护3天后压强可达40MPa。目前的专利发明多集中于掺料选择对胶凝材料碳化效果的影响，碳化方式多为直接在制浆过程中通入二氧化碳或者将定形后的试块在封闭条件下碳化养护一定时间，尚未见到采用空气-碳化连续养护强化协同纳米掺杂制备高性能碱式硫酸镁水泥的相关报道。探究碱式硫酸镁水泥的碳化养护，对于提升镁水泥的经济效益和环保效益方面都具有现实意义。

发明内容

针对目前的专利发明多集中于掺料选择对胶凝材料碳化效果的影响，碳化方式多为直接在制浆过程中通入二氧化碳或者将定形后的试块在封闭条件下碳化养护一定时间，尚未见到采用空气-碳化连续养护强化协同纳米掺杂制备高性能碱式硫酸镁水泥的相关报道的问题，本发明提供了一种碳化强化纳米氧化硅掺杂碱式硫酸镁水泥及制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种碳化强化纳米氧化硅掺杂碱式硫酸镁水泥的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将七水硫酸镁和外加剂加入水中，配制成含有外加剂的硫酸镁溶液；

步骤2，将氧化镁和纳米二氧化硅充分混匀后，加入到步骤1得到的含有外加剂的硫酸镁溶液中，高速搅拌得到碱式硫酸镁水泥浆体；

步骤3，将步骤2得到的水泥浆体浇筑到常规模具中，盖上保鲜膜，室温下在空气中养护后脱模，并继续在空气中养护至不同龄期，得到纳米氧化硅掺杂的碱式硫酸镁水泥；