超临界CO2发泡混凝土的制备及固碳性能研究
他旭鹏1
张源2
万志军2
曹钊1
李建伟1
李绪萍1
陈景序1
张靖1
1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古包头 014010;内蒙古自治区矿业工程重点实验室,内蒙古包头 014010;内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心,内蒙古包头 014010;内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心,内蒙古包头 0140102.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116
摘要：实现绿色低碳是推动煤炭产业高质量发展的必然选择.为了实现这一目标,提出一种采用超临界CO2 相变发泡技术制备泡沫混凝土的方法,制备了一种兼具高孔隙结构和固碳能力的硅酸盐水泥基超临界CO2 发泡混凝土.研究了超临界CO2 对材料干密度、孔隙结构和固碳能力的影响规律及作用机制.结果表明:超临界CO2 相变发泡混凝土制备过程是考虑硅酸盐水泥特性及其与CO2 矿化反应特性的温压动态协调过程.利用超临界CO2 相变发泡技术制备硅酸盐水泥基泡沫混凝土机理可分为CO2-水泥浆液共存、CO2-水泥浆液共溶、超临界CO2-水泥浆液共溶、卸压发泡4个阶段.提高实验压力可以增大超临界CO2-混凝土体系中的CO2 质量分数,降低超临界CO2 发泡混凝土的干密度,超临界 CO2 发泡混凝土干密度为 787.14～993.52 kg/m3,变化范围为8.28%～19.20%.超临界CO2 发泡混凝土孔隙率的发展受CO2 在超临界CO2-混凝土体系中的扩散—溶解—反应行为影响,其孔隙率为 47.87%～89.79%,增大实验压力,优化保压时间是制备高孔隙率超临界CO2 发泡混凝土的发展方向.超临界CO2 发泡混凝土泡孔总体呈均匀、规则、独立的圆孔,其孔径大致相同,约为 0.2 mm.增大实验压力可以促进CO2 矿化反应程度,有效优化泡孔结构及分布密度.每吨超临界CO2 发泡混凝土骨架固碳率为6.32%～10.36%,泡孔储碳量为0.98～2.27 kg,具有明显的固碳潜力,但其制备工艺及参数仍需进一步改善.超临界CO2 发泡混凝土有望发展为一种近零碳矿用功能性材料,对实现煤电一体化基地源头减碳意义重大.
关键词：绿色低碳超临界二氧化碳矿化封存泡沫混凝土矿用材料
分类号：TD82(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52074266)
论文发表日期：2024-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 4222-4234 )
英文信息