砂浆及竹炭粉的制备方法

1.本发明涉及建筑领域，具体地，涉及水泥砂浆技术领域，更进一步地，涉及砂浆及竹炭粉的制备方法。

背景技术：

2.近年来，温室气体排放引起全球气候变暖问题日益凸显。传统的水泥砂浆主要由水泥、水、砂三种原材料制备而成，在其生产过程中会排放大量co2。我国水泥行业co2年排放量约为12.3亿吨，占全国总排放量的9％，故发展具有生态效益的低碳砂浆迫在眉睫。
3.因此，目前的砂浆以及竹炭粉的制备方法仍有待改进。

技术实现要素：

4.本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。
5.本发明是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：
6.全球大约三分之一的温室气体来自农业生产，焚烧农作物秸秆是农业领域主要的温室气体排放来源。
7.发明人发现，我国竹材资源丰富，将其制成竹炭用于混凝土行业，从而部分替代砂浆中的水泥成分，既能将碳长期封存在建筑材料中，减少砂浆生产过程中的碳排放，改善建筑行业高污染的现状，又可以提高砂浆的力学与工作性能。
8.在本发明的一个方面，本发明提出了一种砂浆，包括：309～363质量份的胶凝材料， 1350～1500质量份的骨料以及260～270质量份的水，其中，所述胶凝材料包括水泥和竹炭粉。由此，可以降低砂浆的生产成本，提高砂浆的力学性能。
9.根据本发明的实施例，所述胶凝材料包括309～336质量份的所述水泥和0～27质量份的所述竹炭粉。由此，可以进一步降低砂浆的生产成本。
10.根据本发明的实施例，所述竹炭粉的粒径为0.045～0.075mm。由此，可以进一步提高砂浆的力学性能。
11.根据本发明的实施例，所述竹炭粉中的碳元素含量不小于50wt％。由此，可以进一步降低砂浆生产过程中的碳排放。
12.根据本发明的实施例，所述竹炭粉包括无定形硅，所述无定形硅包括二氧化硅，所述竹炭粉中的所述二氧化硅的质量分数不小于40wt％。由此，可以提高砂浆耐久性。
13.根据本发明的实施例，所述水泥包括矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥中的至少之一。由此，可以提高砂浆的力学性能。
14.根据本发明的实施例，所述骨料包括河砂，所述河砂为0.5～5mm的连续级配。由此，可以提高砂浆的力学性能。
15.根据本发明的实施例，所述砂浆的强度等级为m15。由此，砂浆具有较好的力学性能。
16.根据本发明的实施例，所述砂浆的凝结时间为210～240min。由此，该砂浆便于使
用。
17.在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备前述的竹炭粉的方法，对竹制品进行高温热解处理，所述高温热解处理气氛中氧气的体积分数不大于8％，所述高温热解处理的温度为500～750℃。由此，可以通过较为简便的方法获得具有较好生态效益的竹炭粉。
附图说明
18.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1显示了实施例1-实施例4以及对照组的砂浆的抗压强度-龄期的柱状图；
20.图2显示了实施例1-实施例4以及对照组的砂浆的抗压强度-竹炭粉掺杂量的折线图；
21.图3显示了实施例1的砂浆的抗压强度-龄期的点图及增长曲线方程；
22.图4显示了实施例2的砂浆的抗压强度-龄期的点图及增长曲线方程；
23.图5显示了实施例3的砂浆的抗压强度-龄期的点图及增长曲线方程；
24.图6显示了实施例4的砂浆的抗压强度-龄期的点图及增长曲线方程；
25.图7显示了对照组的砂浆的抗压强度-龄期的点图及增长曲线方程。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的一个方面，本发明提出了一种砂浆，包括：309～363质量份的胶凝材料， 1350～1500质量份的骨料以及260～270质量份的水，其中，胶凝材料包括水泥和竹炭粉。本发明提供了一种具有生态效益且可以提高工作性能的砂浆，通过掺加竹炭粉来部分替代砂浆中的水泥，不仅可以降低砂浆中的水泥用量，改善砂浆的稠度和凝结时间，提高砂浆耐久性，降低砂浆的生产成本，还可降低水泥的水化热，提高水泥砂浆的抗压性能，实现碳封存，减少碳排放。
28.为了便于理解，下面对本技术中的砂浆具有上述有益效果的原理进行简单说明：
29.竹炭粉的生物炭碱性较高，比表面积大，孔隙结构致密，官能团丰富在不同制备温度下理化特性不同，可综合利用于各个领域。在本技术中，发明人发现，竹炭粉具有疏松多孔、吸水性良好的特点，将竹炭粉掺入砂浆中，生物炭在吸收水分后，水分不会迅速流失，储水过程产生类似胶水的物质，进而能进一步提高形成的混凝土的坚固程度。当上述砂浆应用在潮湿多雨地区时，可以显著降低室内的含水量，提高潮湿地区的建筑材料耐用性，延长维修周期。进一步地，发明人还发现，竹炭是一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质。它能锁定生物质中的碳元素而避免其进入大气，对减少砂浆生产过程中的co2排放具有积极作用。
30.在本技术中，发明人通过将竹制品，如废弃竹制品经高温热解、研磨后获得竹炭粉，具有原材料价格低廉，资源丰富，制备简单的特点，逐步减轻农林废弃物分解对环境带来的影响，提高农林废弃物利用率和生态效益。进而通过将竹炭粉与水泥混合组成胶凝材
料，能够有效减缓水泥砂浆制造过程中对石灰石原材料的过快消耗，降低砂浆拌制过程中的水泥用量，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
31.根据本发明的一些实施例，砂浆中各组成的具体用量不受特别限制，例如，砂浆中的胶凝材料可以包括309～336质量份的水泥和0～27质量份的竹炭粉，具体地，每立方砂浆可以包括：309～363kg的胶凝材料，1350～1500kg的骨料以及260～270kg的水，其中胶凝材料可以包括309～336kg的水泥和0～27kg的竹炭粉。
32.根据本发明的一些实施例，竹炭粉的粒径不受特别限制，例如，竹炭粉的粒径范围可以为0.045～0.075mm。当竹炭粉的粒径位于上述范围内时，竹炭粉的孔隙率范围为50-60％，高温热解得到的竹炭粉比表面积较大，内部孔道较多，吸附能力较强，在砂浆中的分散均一性也较好。
33.根据本发明的一些实施例，竹炭粉中的碳元素含量不受特别限制，例如，竹炭粉中的碳元素含量可以不小于50wt％。具体地，竹炭粉可以包括：53.4wt％的碳、1.91wt％的氢、 0.76wt％的氮以及0.1wt％的硫。由此，可以进一步降低砂浆生产过程中的碳排放，将碳长期封存在建筑材料中，减少砂浆生产过程中的碳排放，改善建筑行业高污染的现状
34.根据本发明的一些实施例，竹炭粉的化学组成不受特别限制，例如，竹炭粉可以包括无定形硅，无定形硅包括二氧化硅。将竹炭粉掺入胶凝材料后，砂浆各组分混合时，大量的无定形硅在水化过程会互相激发而产生复合胶凝效应，进而可有效的提高砂浆各项性能，可降低砂浆中水泥水化温峰，进而减小由水化反应带来的温度应力，提高砂浆耐久性和硬化后的砂浆结构密实程度。
35.根据本发明的一些实施例，竹炭粉的化学组成不受特别限制，例如，竹炭粉中的二氧化硅的质量分数可以不小于40wt％。具体地，竹炭粉可以包括：44.20wt％的sio2、15.04wt％的al2o3、12.8wt％的k2o、9.6wt％的cao、9.29wt％的fe2o3、2.73wt％的mgo、1.7wt％的p2o5、1.59wt％的so3、1.03wt％的tio2以及0.7wt％的na2o。
36.根据本发明的一些实施例，水泥的种类不受特别限制，例如，水泥可以包括矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥中的至少之一，具体地，水泥的可以为32.5度等级的硅酸盐水泥，进一步地，水泥的化学组成不受特别限制，例如，水泥可以包括：28.31wt％的sio2、13.27wt％的al2o3、1.47wt％的k2o、46.23wt％的cao、3.70wt％的fe2o3、2.03wt％的mgo、3.45wt％的so3、0.65wt％的tio2以及0.3wt％的na2o。
37.根据本发明的一些实施例，砂浆中骨料的种类不受特别限制，例如，骨料可以包括河砂，其中河砂可以为天然河砂，河砂可以为0.5～5mm的连续级配。
38.根据本发明的一些实施例，本技术中的砂浆的强度等级为m15。测试方法参见 jgj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中的立方体抗压强度试验。
39.根据本发明的一些实施例，砂浆的凝结时间不受特别限制，例如，砂浆的凝结时间可以为210～240min。测试方法参见jgj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中的凝结时间试验。
40.在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备前述的竹炭粉的方法，对竹制品进行高温热解处理，高温热解处理气氛中氧气的体积分数不大于8％，高温热解处理的温度为 500℃～750℃。由此，该竹炭粉具有前述的竹炭粉的全部特征以及优点，在此不再赘述。
41.下面通过具体的实施例对本技术的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例
仅用于说明本技术，而不应视为限定本技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
42.砂浆原材料：水泥为32.5强度等级的普通硅酸盐水泥，竹炭粉由竹子在限氧、热解温度为600℃的条件下制作并研磨成粉而制成，竹炭粉的粒径为0.045～0.075mm，骨料为颗粒级配良好的自然河砂，级配为0.5～5mm连续级配。下述组成以每立方砂浆所包含的各原料含量计：
43.实施例1：
44.各原料质量百分比如下：胶凝材料包括：99％的普通硅酸盐水泥(332.64kg/m3)和1％的竹炭粉(3.36kg/m3)；骨料为1500kg/m3；水268.8kg/m3。
45.制备方法：按比例称量：水泥，竹炭粉，放入混合机中，经机械搅拌混合均匀，制得胶凝材料；再按比例称量：胶凝材料，骨料和水，根据普通水泥砂浆的制备方法进行搅拌即可获得砂浆。
46.实施例2：
47.实施例2与实施例1保持一致，所不同的是，各原料质量百分比如下：胶凝材料包括： 97.5％的普通硅酸盐水泥(327.6kg/m3)和2.5％的竹炭粉(8.4kg/m3)；骨料为1500kg/m3；水268.8kg/m3。
48.实施例3：
49.实施例3与实施例1保持一致，所不同的是，各原料质量百分比如下：胶凝材料包括： 95％的普通硅酸盐水泥(319.2kg/m3)和5％的竹炭粉(16.8kg/m3)；骨料为1500kg/m3；水 268.8kg/m3。
50.实施例4：
51.实施例4与实施例1保持一致，所不同的是，各原料质量百分比如下：胶凝材料包括： 92％的普通硅酸盐水泥(309.12kg/m3)和8％的竹炭粉(26.88kg/m3)；骨料为1500kg/m3；水268.8kg/m3。
52.对照组：
53.对照组与实施例1保持一致，所不同的是，各原料质量百分比如下：胶凝材料仅包括普通硅酸盐水泥(336kg/m3)；骨料为1500kg/m3；水268.8kg/m3。
54.本发明实施例1-4和对照组分别按照jgj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行各组砂浆的稠度，凝结时间和抗压强度试验。测试结果参见图1和图2，汇总为表1：
55.表1
56.57.本发明实施例1-4和对照组的砂浆对应的抗压强度增长曲线方程参见图3-图7，汇总为表2：
58.表2
[0059][0060]
由表1和表2可以看出，本技术中在胶凝材料中掺入竹炭粉的砂浆的工作性能和抗压强度均明显优于胶凝材料仅包括水泥的常规砂浆，其中，实施例1中的砂浆配方具有最佳的工作性能和抗压强度。
[0061]
除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。在本发明中，无论是否使用“大约”或“约”等字眼，所有在此公开了的数字均为近似值。每一个数字的数值有可能会出现10％以下的差异或者本领域人员认为的合理的差异(如测试设备精度、系统误差等)，如1％、2％、3％、4％或5％的差异。
[0062]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
[0063]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种砂浆，其特征在于，包括：309～363质量份的胶凝材料，1350～1500质量份的骨料以及260～270质量份的水，其中，所述胶凝材料包括水泥和竹炭粉。2.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述胶凝材料包括309～336质量份的所述水泥和0～27质量份的所述竹炭粉。3.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述竹炭粉的粒径为0.045～0.075mm。4.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述竹炭粉中的碳元素含量不小于50wt％。5.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述竹炭粉包括无定形硅，所述无定形硅包括二氧化硅，所述竹炭粉中的所述二氧化硅的质量分数不小于40wt％。6.根据权利要求2所述的砂浆，其特征在于，所述水泥包括矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥中的至少之一。7.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述骨料包括河砂，所述河砂为0.5～5mm的连续级配。8.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述砂浆的强度等级为m15。9.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述砂浆的凝结时间为210～240min。10.一种制备权利要求1-5任一项所述的竹炭粉的方法，其特征在于，对竹制品进行高温热解处理，所述高温热解处理气氛中氧气的体积分数不大于8％，所述高温热解处理的温度为500～750℃。

技术总结

本发明公开了砂浆及竹炭粉的制备方法，砂浆包括：309～363质量份的胶凝材料，1350～1500质量份的骨料以及260～270质量份的水，其中，所述胶凝材料包括水泥和竹炭粉。由此，可以降低砂浆的生产成本，提高砂浆的力学性能。提高砂浆的力学性能。

技术研发人员：

刘问 李康宁 侯椿莹 刘承阳

受保护的技术使用者：

北京林业大学

技术研发日：

2022.03.18

技术公布日：

2022/11/1