Carbon Research | 沸石和竹生物炭作为混凝土中CO₂吸收剂的效果

图文摘要

亮点

• 沸石和竹生物炭混合的混凝土可用于降低大气中的 CO₂ 含量。由于沸石具有较大的孔隙率和特殊的比表面积，因此能够吸收更多的 CO₂ 。
• 增加沸石的用量可提高混凝土的强度和 CO₂ 吸收量；竹生物炭的用量增加超过1%时，混凝土强度会降低但 CO₂ 吸收量会增加。
• 含50%沸石和1%竹生物炭的混凝土在碳化深度、抗压强度、抗拉强度和抗冲击强度方面均优于常规混凝土，其在7天内具有最高的 CO₂ 吸收量（ 1.2g/天 ），碳化深度为15mm。
• 加入 竹生物炭、沸石粉和人造沸石颗粒的混凝土表现出更高的强度和增加的 CO₂ 吸收能力。沸石是一种重要的辅助材料，可提高机械强度并有助于 CO₂ 的吸收。
• 沸石和竹生物炭混合的混凝土提供了碳中和的建筑环境，有助于实现可持续发展目标。

要点图例

图1 沸石颗粒（1-2 mm）、沸石颗粒（3-5 mm）、沸石粉和竹生物炭

图2 滴定法工艺流程图

图3 (a)沸石颗粒（1-2mm）、(b)沸石 颗粒 （3-5mm）和(c)竹生物炭的扫描电镜和能量色散X射线光谱分析

图4 抗压强度试验结果

结论

本研究讨论了在混凝土中加入不同比例的沸石和竹生物炭对提高其强度和改善富碳环境中的 CO₂ 吸收的适用性，考察了沸石和竹生物炭混合的混凝土的力学性能和 CO₂ 吸收能力。研究表明，沸石和竹生物炭混合的混凝土提高了混凝土的强度和 CO₂ 吸收能力。在沸石和竹生物炭混合的混凝土中，细骨料被部分替换为25%和50%的沸石珠和沸石粉，水泥被部分替换为0.5%、1%和1.5%的竹生物炭。结果发现，当竹生物炭替代水泥的比例超过1%时，抗压强度会下降，因为竹生物炭含量的增加会提高混凝土的脆性；而沸石添加量的增加会导致抗压强度的增加，因为沸石中铝和硅的含量较高。通过扫描电镜分析可以很好地看到沸石的微孔结构，这种多孔结构有助于提高 CO₂ 的吸收。在 ZB 1 、 ZB 2 和 ZB 3 中， ZB 2 的抗压强度最高，为37.84MPa。在 ZB 4 、 ZB 5 和 ZB 6 中， ZB 5 的抗压强度最大，为38.49MPa，比 常规 混凝土高7.48%，这证明竹生物炭的最优比例为1%。 ZB 5 的劈裂抗拉强度为4.39MPa，高于其他所有沸石和竹生物炭配比形成的混凝土，比 常规 混凝土高15%。不同沸石和竹生物炭的混合比例下形成的混凝土的吸水率都在限制范围内。其中， ZB 5 的吸水率为5.2%，低于允许限值。 ZB 5 的冲击强度为30J，比对照混凝土高10%，证明其比常规混凝土具有更高的韧性。尽管 ZB 6 的碳化深度最大(16mm)，但碳化深度为15mm的 ZB 5 可能更可取，因为它的抗压强度和劈裂抗拉强度测试结果最高，适合用于以强度为主要参数的结构中。最后，研究结果表明，推荐使用50%沸石部分替代细骨料和1%竹生物炭部分替代水泥混合的 ZB 5 ，该配比在强度和 CO₂ 吸收方面是最佳 的 。因为它具有更高的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗冲击强度和吸水率，并且在7天内具有 最高 的 CO₂ 吸收量（ 1 .2g/天 ），碳化深度为15mm 。