摘 要

随着我国经济的飞速发展，节能减排已经成为水泥混凝土行业今后发展的方向。相较于普通硅酸盐水泥，低钙硅比硅酸盐矿物的烧成温度较低，通过碳化反应生成的碳化产物的胶结来提供强度，能够达到节能减排的目的。本文研究了α-CS和γ-C2S的碳化机理，以及不同碳化条件对其碳化程度和抗压强度的影响。

α-CS和γ-C2S的碳化产物为碳酸钙沉淀和二氧化硅胶体，二氧化硅胶体附着在颗粒表面，碳酸钙填充于孔隙之中，这种结构是其强度发展的主要来源。压制成型压力、水灰比和碳化时间对α-CS和γ-C2S试块的抗压强度都有很大的影响，影响机理不尽相同，但最终都是通过改变试块碳化后的致密度来改变抗压强度。

成型压力对α-CS碳化程度的影响较小，通过改变α-CS试块碳化前的表观密度来改变其碳化后的致密度，抗压强度随成型压力的增加而增大，在成型压力达到15MPa后增长缓慢；碳化时间通过改变α-CS试块的碳化程度来改变其碳化后的致密度，抗压强度随碳化时间的增加而增大，在碳化时间达到6h后增长趋缓；水灰比通过改变α-CS试块的碳化程度和孔隙率来改变其碳化后的致密度，抗压强度随着水灰比的增加先增大后减小，水灰比为0.12时达到最大值。

在一定水灰比范围内，随着成型压力的增加，γ-C2S试块的抗压强度增加。成型压力一定时，γ-C2S试块的抗压强度随着水灰比的增加而增加，在水灰比为0.15时，达到最大值。

关键词 ：低钙硅比；α-CS；γ-C2S；碳化程度；

Abstract

With the rapid development of China's economy, energy-saving and emission reduction has become the direction of cement and concrete industry’s development in the future.The sintering temperature of silicate mineral with low Ca/Si ratio are low. The strength of silicate mineral with low Ca/Si ratio are provided by the cementation of carbonated products. The purpose of energy saving are achieved by using this silicate mineral. In this paper, the carbonization mechanism of α-CS and γ-C2S and the influence of different carbonization conditions on carbonization degree and compressive strength were studied.

The carbide products of α-CS and γ-C2S are precipitated of calcium carbonate and silica colloid. Silica colloid is attached to the surface of the particles and calcium carbonate is filled in the pores. This structure is the main source of its strength development. Pressing pressure, water cement ratio and carbonization time have great effect on the compressive strength of α-CS and γ-C2S test block, the influence mechanism is not the same, but in the end is by changing the density of specimen after carbonization to change the compressive strength.

The molding pressure had little influence on the carbonation degree of α-CS, by changing the α-CS block before the carbonation of apparent density to change its carbonized density, compressive strength increased with the molding pressure increases, the slow growth in molding pressure reaches 15MPa；The carbonization time changed the carbonization density by changing the degree of carbonization of the α-CS test block, and the compressive strength increased with the increase of carbonization time. After the carbonization time reached 6h, the growth rate slowed down; The ratio of water to cement changes the carbonization density by changing the degree of carbonation and porosity of α-CS test block. The compressive strength increases first and then decreases with the increase of water cement ratio, and reaches the maximum when the water cement ratio is 0.12.

Within a certain range of water cement ratio, the compressive strength of the γ-C2S test block increases with the increase of molding pressure. When the molding pressure is constant, the compressive strength of the γ-C2S test block increases with the increase of the water cement ratio, and reaches the maximum at the water cement ratio of 0.15.

Key words ：Low calcium to silica ratio；α-CS；γ-C2S；Carbonization degree；

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1水泥行业CO₂的减排 1

1.1.2 矿物储碳 2

1.2 建筑材料储碳 3

1.2.1 混凝土储碳 3

1.2.2 碳化硬化胶凝材料储碳 4

1.3 α-CS及γ-C2S和二氧化碳的作用机理 4

1.4 研究目的及研究内容 5

1.4.1 研究目的 5

1.4.2 研究内容 5

第2章 实验原材料及测试方法 6

2.1 实验原料及实验器材 6

2.1.1 实验原料 6

2.1.2 实验器材 6

2.2 测试分析方法 6

2.2.1 SEM-EDS 6

2.2.2 MTS陶瓷试验系统 6

2.2.3 烧失量测试 6

第3章α-CS碳化硬化胶凝材料 7

3.1 α-CS试块的碳化机理 7

3.2 水灰比对α-CS碳化行为的影响 9

3.3 成型压力对α-CS碳化行为的影响 11

3.4 碳化时间对α-CS碳化行为的影响 12

3.5 小结 13

第4章 γ-C2S碳化硬化胶凝材料 14

4.1 γ-C2S试块的碳化机理 14

4.2 水灰比对γ-C2S碳化行为的影响 15

4.3 成型压力对γ-C2S碳化行为的影响 17

4.4 小结 18

第5章 结论与展望 19

5.1 结论 19

5.2 展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

控制温室气体的排放是当今世界面临的最重要的环境问题之一^[1]。自从1850年的工业革命开始，大气的平均CO₂浓度已经从280ppm增加到了370ppm，这就造成了在这段时间里全球的平均气温至少增加了0.6℃^[2]。国际气候变化委员会（IPCC)预测到在2100年底的时候，大气中的CO₂浓度将会增加到570ppm，这就会造成全球的平均气温增加大约1.9℃^[3]。如果不加以控制，这样的温度上升就会导致海平面的大幅上升，甚至会造成物种的灭绝。

据英国《自然·通讯》杂志近日发表的一项气候科学研究提出，有增无减的化石燃料使用，可能导致二氧化碳排放量在本世纪末达到 5000 万年以来未见的水平。照此发展下去，数百年后，地球气候可能会出现至少4亿多年来未见的状态^[4]。水泥是建筑工程中最基本、最广泛使用的建筑材料，由于城市化进程的加快，水泥的产量也不断增加，水泥工业不论是在中国还是世界范围内都是CO₂排放量最大的产业之一。水泥行业不仅消耗了大量的能源资源，而且排放大量的CO₂。在当今世界，节能环保是永恒的主题，如何改善水泥行业的节能减排一直都是热点话题，因此实现水泥混凝土行业的节能减排是水泥行业发展的必然趋势。

1.1.1水泥行业的减排

为了控制水泥行业的CO2排放，减少水泥行业的生产压力，水泥制造业也在不断探寻CO2减排的各种方法。目前主要有以下几种方法：