CN108726910A - 一种利用co2强化再生混凝土粗骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，包括以下步骤：(1)将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到再生粗骨料备用；(2)将准备好的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；(3)将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中对其强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；(4)将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。本发明得到的经CO2强化处理的再生混凝土粗骨料，与未经处理的相比，吸水率降低18.98％～34.17％，压碎指标降低13.79％～31.03％，空隙率降低3.85％～13.47％，表观密度增加1.13％～4.55％。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，属于建筑废弃物再生应用技术领域。
背景技术
再生混凝土骨料(简称再生骨料)指由废弃混凝土经破碎、分级、筛分等程序处理后得到的骨料，可将其部分或全部替代天然骨料配制混凝土。再生骨料的应用一方面可以解决废弃建筑物的任意堆放占用土地资源问题；另一方面，可解决天然砂石资源的无限制开采使用造成的环境破坏问题。再生骨料由原始骨料和表面附着旧砂浆组成，与天然骨料相比，再生骨料呈现吸水率高、压碎指标高、表观密度低、堆积密度低特征，利用再生骨料制备的混凝土(再生混凝土)，其力学性能和耐久性较普通混凝土均有所降低。基于再生骨料上述缺陷，导致再生混凝土的应用受限于低强度混凝土而不能得到广泛应用。因此，需要对再生骨料进行强化处理，以消除再生骨料缺陷，从而提高再生骨料品质，改善再生混凝土性能，实现废弃资源的再生循环应用。
当前，现有的再生骨料强化技术主要包括以下几种：1)机械研磨法，指通过再生骨料与外界或自身间相互撞击、磨削等作用去除骨料表面附着旧砂浆，甚至改善骨料粒形，从而达到强化骨料目的。然而该方法存在骨料旧砂浆去除率低、对骨料造成二次损伤的缺点；2)酸洗法，该方法基于中和反应进行，通过对再生骨料浸渍、淋洗、干燥处理，使附着旧砂浆可溶成分溶解于酸液中。然而该方法存在污染环境、向骨料引入酸根侵蚀离子等缺陷；3)聚合物浸渍法，基于聚合物分子能够在填充骨料裂缝和微细孔的同时在再生骨料表面形成一层致密的不透水薄膜，从而改善骨料品质。然而该方法存在经济性较差的缺陷；4)火山灰质材料浸泡法，该方法基于火山灰质材料的火山灰效应和微集料填充效应，从而提高再生骨料质量。然而该方法存在山灰反应受孔隙溶液中钙离子浓度、溶液碱度及火山灰材料的反应活性等条件限制。此外，目前已有利用二氧化碳强化再生骨料的专利技术，但这些公开专利技术存在设备复杂，强化效果不佳等不足之处。由此可见，目前对再生混凝土骨料的强化技术均存在一定局限性和缺陷。
鉴于废弃建筑物再生利用的重要意义以及再生资源利用的时代趋势，故开发一种利用CO2强化再生混凝土骨料的方法十分有必要，在强化再生骨料的同时，有效减少了温室气体CO2。
发明内容
本发明目的是为了克服现有强化再生混凝土骨料技术的不完善之处，提供一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，能够有效降低再生骨料吸水率、压碎指标以及孔隙率等，提高再生骨料品质。
为解决上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，包括以下步骤：
(5)再生混凝土骨料制备：将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到再生粗骨料备用；
(6)再生粗骨料预处理：将准备好的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；
(7)CO2强化再生混凝土骨料：将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中对其强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；
(8)再生混凝土制备：将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。
进一步地，步骤(1)中，再生粗骨料粒径为4.75mm～25mm。
进一步地，步骤(2)中，纳米SiO2浆液是为了填充再生骨料中较大的孔隙和裂缝。
进一步地，步骤(2)中，纳米SiO2浆液浓度为0.1％～0.4％。
进一步地，步骤(3)中，所述自制碳化装置由二氧化碳储存罐1、气压调节阀 2、气体输送管 3、表盘 4和密闭容器5组成。
进一步地，步骤(3)中，所述再生粗骨料放置于密闭容器5中；
进一步地，步骤(3)中，所述CO2气体存贮于二氧化碳储存罐中1；
进一步地，步骤(3)中，所述密闭容器5与二氧化碳储存罐1由气体输送管3连接；
进一步地，步骤(3)中，所述气体输送管3上设置有气压调节阀2；
进一步地，步骤(3)中，所述碳化压力由气压调节阀2控制，碳化压力为10KPa～150KPa；
进一步地，步骤(3)中，所述表盘4控制碳化持续时间，具体地，所述碳化持续时间为10min～90min。
进一步地，步骤(3)中，再生粗骨料碳化效果的检验方式为：将酚酞试剂喷洒在平铺的再生粗骨料表面，若再生骨料完全碳化，骨料表面不变色；若再生骨料部分碳化，骨料表面变红。
本发明一种CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其原理如下：纳米SiO2浆液预处理是为了填充再生骨料存在的较大孔隙和裂缝。CO2气体可与再生骨料附着旧砂浆中的CH和C-S-H反应生成碳酸钙和硅胶，反应后固相体积增加，故能提高附着旧砂浆密实度，减小再生骨料孔隙率，改善其品质，该反应化学式见式1和式2。另外，若再生骨料附着旧砂浆中含未水化水泥颗粒，其中所含矿物成分会与CO2发生反应生成碳酸钙和硅胶，填充再生骨料微裂缝和孔隙，提高再生骨料品质，该反应化学式见式3和式4。
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O (1)
C-S-H+CO2→CaCO3+SiO2+nH2O (2)
2CaO·SiO2+2CO2+μH2O→2CaCO3+SiO2·μH2O (3)
3CaO·SiO2+3CO2+μH2O→3CaCO3+SiO2·μH2O (4)
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)碳化设备和操作步骤简单有效；2)骨料强化技术成本低廉、经济性好；3)骨料强化效果显著，再生粗骨料经CO2强化处理后，吸水率降低了18.98％～34.17％，压碎指标降低了13.79％～31.03％，空隙率降低了3.85％～13.47％，表观密度增加了1.13％～4.55％。；4)该技术方法可有效利用温室气体CO2，减轻其对环境不利影响。
附图说明
图1为本发明一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的装置。
图中，1-二氧化碳储存罐；2-气压调节阀；3-气体输送管；4-表盘；5-密闭容器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。应该说明的是，不得将下述实施例作为对本发明内容的限制。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
(1)再生混凝土骨料制备：将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到粒径为4.75mm～25mm的再生粗骨料备用；
(2)再生粗骨料预处理：将准备好的浓度为0.1％的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；
(3)CO2强化再生混凝土骨料：将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中，通过控制气压调节阀，控制CO2气体的碳化压力为75KPa，碳化持续时间为30min，对再生混凝土骨料强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；
(4)再生混凝土制备：将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
(1)再生混凝土骨料制备：将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到粒径为4.75mm～25mm的再生粗骨料备用；
(2)再生粗骨料预处理：将准备好的浓度为0.2％的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；
(3)CO2强化再生混凝土骨料：将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中，通过控制气压调节阀，控制CO2气体的碳化压力为75KPa，碳化持续时间为90min，对再生混凝土骨料强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；
(4)再生混凝土制备：将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
(1)再生混凝土骨料制备：将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到粒径为4.75mm～25mm的再生粗骨料备用；
(2)再生粗骨料预处理：将准备好的浓度为0.3％的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；
(3)CO2强化再生混凝土骨料：将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中，通过控制气压调节阀，控制CO2气体的碳化压力为150KPa，碳化持续时间为30min，对再生混凝土骨料强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；
(4)再生混凝土制备：将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
(1)再生混凝土骨料制备：将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到粒径为4.75mm～25mm的再生粗骨料备用；
(2)再生粗骨料预处理：将准备好的浓度为0.4％的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；
(3)CO2强化再生混凝土骨料：将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中，通过控制气压调节阀，控制CO2气体的碳化压力为150KPa，碳化持续时间为90min，对再生混凝土骨料强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；
(4)再生混凝土制备：将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。
依据GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》规定，对本发明CO2强化处理的再生混凝土粗骨料基本性能进行检测，结果见表1。由表1可知，CO2强化处理后，再生粗骨料吸水率降低了18.98％～34.17％，压碎指标降低了13.79％～31.03％，空隙率降低了3.85％～13.47％，表观密度增加了1.13％～4.55％。另外，碳化压力越大，再生骨料强化效果反而不佳，故碳化压力为75KPa为宜，碳化持续时间越长，再生骨料强化效果越好，故实施例2的再生粗骨料表现出最佳性能。
表1 再生混凝土骨料强化处理前后基本性能检测结果
依据GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定，对本发明CO2强化处理的再生粗骨料混凝土坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量进行检测，结果见表2。
表2 再生混凝土性能检测结果
由表2可知，再生骨料碳化强化处理后，再生混凝土性能较普通混凝土明显提升。与普通混凝土相比，强化后的再生骨料混凝土坍落度提升了35.71％～57.12％，抗压强度提升了4.81％～19.77％，抗折强度提升了11.11％～27.38％，弹性模量提升了2.83％～12.1％。另外，碳化压力越大，再生混凝土性能反而有所降低，故碳化压力为75KPa为宜，碳化持续时间越长，再生混凝土性能越好，故实施例2的再生粗骨料表现出最佳性能。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，包括以下步骤：
(1)再生混凝土骨料制备：将废弃混凝土经人工初次破碎，然后采用颚式破碎机二次破碎，筛分得到再生粗骨料备用；
(2)再生粗骨料预处理：将准备好的纳米SiO2浆液淋渍于步骤(1)准备的再生粗骨料上，平铺晾干以备用；
(3)CO2强化再生混凝土骨料：将步骤(2)准备的再生粗骨料放入自制碳化装置中对其强化处理，以获得高品质的再生混凝土骨料；
(4)再生混凝土制备：将步骤(3)CO2强化处理后的再生粗骨料100％替代天然骨料，制备再生混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，再生粗骨料粒径为4.75mm～25mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，纳米SiO2浆液浓度为0.1％～0.4％，其目的是为了填充再生骨料中较大的孔隙和裂缝。
4.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述自制碳化装置由二氧化碳储存罐1、气压调节阀2、气体输送管3、表盘4和密闭容器5组成。
5.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述再生粗骨料放置于密闭容器5中。
6.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述CO2气体存贮于二氧化碳储存罐中1。
7.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述密闭容器5与二氧化碳储存罐1由气体输送管3连接。
8.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述气体输送管3上设置有气压调节阀2。
9.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述碳化压力由气压调节阀2控制，碳化压力为10KPa～150KPa。
10.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述表盘4控制碳化持续时间，具体地，所述碳化持续时间为10min～90min。
11.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，将酚酞试剂喷洒在平铺的再生粗骨料表面，若再生骨料完全碳化，骨料表面不变色；若再生骨料部分碳化，骨料表面变红。
12.根据权利要求1所述的一种利用CO2强化再生混凝土粗骨料的方法，其特征在于，强化处理后再生粗骨料吸水率降低了18.98％～34.17％，压碎指标降低了13.79％～31.03％，空隙率降低了3.85％～13.47％，表观密度增加了1.13％～4.55％。
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