CN109336156B - 一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的装置与方法，包括第一仓室、第二仓室、第三仓室、旋转装置和鼓风干燥装置，所述第一仓室、第二仓室和第三仓室均为密封腔室；所述第三仓室的内部设置有装载箱体，所述装载箱体的壁四周均为镂空设置，镂空的孔径小于再生集料的粒径，装载箱体的两端可旋转地固定于第三仓室的相对的侧壁上，装载箱体的底部与第三仓室的底部之间留有一定间隙，第三仓室的底部设置有至少一个排液口；所述旋转装置包括至少一个电机，电机安装在第三仓室的侧面，并通过连接轴与所述装载箱体连接，电机动作，带动装载箱体旋转；所述鼓风干燥装置与所述第三仓室的下端连接。

Description

一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的装置与方法

技术领域

本发明涉及混凝土集料再生技术领域，尤其涉及一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的装置与方法。

背景技术

近年来，随着城镇化进程的加快及城市建设的发展，拆除和改造了大量的老龄化建筑、水泥混凝土路面，产生了越来越多的废弃混凝土。据统计，欧盟每年产生废弃混凝土约2亿吨，美国产生约1.4亿吨，我国每年产生的废弃混凝土也早已达到1亿吨，而且每年以8％左右的速度增加。废弃混凝土大部分弃置于垃圾填埋场，不仅长期占用土地资源，且造成环境污染。另一方面，伴随着建筑业的蓬勃发展，混凝土的需求量也日益增长。混凝土生产需要大量骨料，砂石等天然骨料的过度开采会造成生态平衡的破坏、资源枯竭以及建筑成本的增加。因此开展废弃混凝土的再生利用对于混凝土行业的可持续发展具有重要意义，将废弃混凝土块中的大量砂石骨料就地回收，经过破碎、清洗、分级后作为骨料再利用，生产再生混凝土用于新建建筑物，不仅可以缓解骨料的供求矛盾，同时可以实现变废为宝、节能减排的综合社会效益。

资源的再利用是世界各国共同关注的课题，国内外科学工作者对再生集料进行了大量的科学研究。前苏联学者早在20世纪初就研究了废弃混凝土制作集料的可能性；自1977年起，日本政府就制定了很多法律法规，并建立处理建筑垃圾的工厂，用以确保建筑垃圾的回收利用；美国等发达国家相继制定了法律规定为再生混凝土的发展提供保障。我国对再生集料及再生混凝土的研究起步较晚，但也取得了一定的成就，自2010年实施的GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》和GB/T25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》以及自2011年实施的JGJ240-2011《再生骨料应用技术规程》，为我国再生骨料及再生混凝土的应用提供了技术支持，国内很多专家学者也做了许多研究以改善再生混凝土的物理性能、力学性能、结构性能。

目前，国内研究大多集中在强化再生混凝土相关性能的方面，对强化再生骨料性能的研究较少。再生集料作为再生混凝土的骨架，因其是废弃混凝土破碎后产生，故表面多有水泥包裹，同时经过多层处理工序后造成了累积损伤，集料内部产生了大量微裂缝，这使得再生集料具有孔隙率大、吸水率大、强度低等特点，在很大程度上影响了混凝土的工作性能、力学性能以及其耐久性，导致再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的物理化学特性相差较大，也导致再生混凝土在实际应用过程中存在问题。

针对再生集料孔隙率大、吸水率大以及强度低的问题，本发明提供一种新型的基于原位生成碳酸钙的再生集料强化工艺与装置。处理过程中由于二氧化碳气体分子的不规则运动，使得二氧化碳气体能够轻易进入再生集料的孔隙，在孔隙内部与氢氧化钙溶液形成难溶性盐碳酸钙，填充集料内部孔隙，修补微裂缝，同时封闭集料表面孔隙，从而提高再生集料的密实度，降低再生集料吸水率，提高再生集料强度，进一步改善再生混凝土的力学性能及耐久性。

发明内容

针对再生集料差异大、强度较低以及吸水率大的问题，本发明提供一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的装置与方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的装置，包括第一仓室、第二仓室、第三仓室、旋转装置和鼓风干燥装置，所述第一仓室、第二仓室和第三仓室均为密封腔室；

所述第三仓室的内部设置有装载箱体，所述装载箱体的壁四周均为镂空设置，镂空的孔径小于再生集料的粒径，装载箱体的两端可旋转地固定于第三仓室的相对的侧壁上，装载箱体的底部与第三仓室的底部之间留有一定间隙，第三仓室的底部设置有排液口；

所述旋转装置包括至少一个电机，电机安装在第三仓室的侧面，并通过连接轴与所述装载箱体连接，电机动作，带动装载箱体旋转；

所述鼓风干燥装置与所述第三仓室的下端连接，第三仓室的上端设置有盖体。

第一仓室中用于盛装过饱和的氢氧化钙溶液，第二仓室中用于盛装二氧化碳气体，第三仓室中设置装载箱体，装载箱体中用于盛装待处理再生集料。过饱和氢氧化钙溶液用泵泵入第三仓室顶部的喷淋结构进行喷淋，对待处理再生集料进行喷淋浸泡处理后，将氢氧化钙溶液回收至第一仓室中，然后将二氧化碳气体通入第三仓室中对再生集料进一步处理。装载箱体的壁镂空，一方面方便喷淋液对待再生集料喷淋浸泡，另一方面，浸泡完成后，使装载箱体内的溶液容易排放干净。装载箱体的底部与第三仓室的底部之间留有一定间隙，便于将装载箱体内的液体完全放出，此时再开启鼓风干燥装置对再生集料进行干燥时，容易提高干燥的程度。装载箱体可以旋转，是为了使再生骨料能够翻转，以保证再生集料的每个面均反应充分并且不会发生摩擦破坏。同时可以起到一定的搅拌作用，使氢氧化钙溶液保持浑浊状态，使得溶液能够携带更多的氢氧化钙颗粒进入再生集料内部，提高再生集料的强化效果。

优选的，所述再生集料强化装置还包括第四仓室，第三仓室的顶部设置有喷淋结构，第四仓室通过泵与所述喷淋结构连接。第四仓室内用于盛装水泥浆，通过喷淋装置将水泥浆均匀喷洒在待处理的再生集料的表面，实现再生集料的再次强化。

进一步优选的，所述喷淋结构上设置有若干个喷淋头，喷淋头的喷淋区域均匀覆盖装载箱体的横截面。

优选的，所述鼓风干燥装置与第三仓室之间设置有两个气体分布器，两个气体分布器对称设置于第三仓室的两侧。鼓风干燥装置对称地向第三仓室中通入干燥风，更有利于实现再生集料的均匀干燥。

优选的，所述再生集料强化装置还包括真空负压装置，真空负压装置与所述第三仓室连通。

进一步优选的，所述第三仓室与真空负压装置之间设置有两个连接点，两个连接点相对于第三仓室对称设置。连接点的对称布置可以使第三仓室更容易实现真空负压状态，加速溶液渗透至再生集料内部，提高再生集料的强化效果，缩短再生集料的处理时间。

优选的，所述排液口与所述第一仓室连接，排液口与第一仓室之间设置有泵。用于将喷淋浸泡后的溶液进行回收再利用。

优选的，所述再生集料强化装置还包括二氧化碳监控装置，其包括二氧化碳传感器和控制器，控制器与二氧化碳传感器连接，第二仓室与第三仓室之间设置阀门，控制器与所述阀门连接。

优选的，所述再生集料强化装置还包括第五仓室，第五仓室设置于第一仓室的上端，且与第一仓室连接，第一仓室与第五仓室的连接管道上设置有阀门。

第五仓室用于盛放氧化钙粉末，设置的阀门可以调节开启的程度，以调节氧化钙粉末进入第一仓室的速度，还可以调节阀门的启闭，以控制氧化钙粉末的加入或停止加入，来保证过饱和氢氧化钙溶液的配制。

一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的方法，包括如下步骤：

1)对再生集料进行筛分，剔除再生集料中的废弃颗粒物，并清除再生集料表面的污泥和剥落不完全的砂浆；

2)将清理后的再生集料装于装载箱体中，并将装载箱体放置于第三仓室中；

3)开启鼓风干燥装置，将第三仓室中的再生集料烘干后关闭鼓风干燥装置，然后开启真空负压装置，将第三仓室抽真空；

4)将第一仓室中的过饱和的氢氧化钙溶液输送至第三仓室，对再生集料进行喷淋、浸泡，浸泡期间，旋转装置带动装载箱体旋转，设定时间后，将溶液排出，并开启鼓风干燥装置，将再生集料烘干。

5)将第二仓室中的二氧化碳输送至第三仓室，通过二氧化碳监控装置控制第三仓室内二氧化碳浓度达到95-100％，并维持设定时间后，开启鼓风干燥装置，将再生集料烘干；

6)将第四仓室中的水泥浆输送至喷淋装置，并通过喷淋装置在再生集料的表面均匀喷洒砂浆。

优选的，步骤4)中，所述过饱和的氢氧化钙溶液的制备方法，包括如下步骤：

向第一仓室内通入干净的水，将第四仓室的阀门打开使氧化钙粉末缓慢进入第一仓室中与水反应，并不断的搅拌，直至溶液浑浊并有沉淀产生时，再过量加入一部分氧化钙粉末即可。

进一步优选的，再生集料在过饱和氢氧化钙溶液中浸泡的时间为1.5-3h，具体的为2h。

进一步优选的，浸泡时，过饱和氢氧化钙溶液的液面超过再生集料的表面至少5cm。

本发明的有益效果为：

利用氢氧化钙与二氧化碳的反应机制及再生集料孔隙率较大的特性，将再生集料在饱和氢氧化钙溶液中浸泡后，通入高浓度的二氧化碳气体，二氧化碳通过孔隙进入孔隙溶液中与氢氧化钙反应生成难溶性钙盐碳酸钙，增加固相体积，填充孔隙，然后在表面喷洒砂浆填补较大孔隙。从而达到提高再生集料密实度，减小吸水率，增大强度的目的。

装载箱体的壁镂空，一方面方便喷淋液对待再生集料喷淋浸泡，另一方面，浸泡完成后，使装载箱体内的溶液容易排放干净。装载箱体的底部与第三仓室的底部之间留有一定间隙，便于将装载箱体内的液体完全放出，此时再开启鼓风干燥装置对集料进行干燥时，容易提高干燥的程度。装载箱体可以旋转，是为了使再生骨料能够翻转，以保证再生集料的每个面均反映充分并且不会发生摩擦破坏。同时可以起到一定的搅拌作用，使氢氧化钙溶液保持浑浊状态，使得溶液能够携带更多的氢氧化钙颗粒进入再生集料内部，提高再生集料的强化效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的再生集料强化装置的结构示意图；

图2为本发明处理后的再生集料的照片；

图3为再生集料的压碎值试验；

图4为再生集料的吸水率图表；

图5为再生集料的压碎值图表；

图6为再生集料压碎后照片。

其中，1、真空负压装置，2、阀门A，3、第三仓室，4、装载箱，5、二氧化碳监控装置，6、阀门B，7、第四仓室，8、第二仓室，9、阀门C，10、旋转装置，11、鼓风干燥装置，12、阀门D，13、第一仓室，14、第五仓室。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例具备工厂化基于原位生成碳酸钙大批量强化再生集料，如图1所示，本发明能够集再生集料的清洗、再生集料的浸泡、二氧化碳气体的连通以及再生集料的干燥等多种功能于一体，再生集料经过处理后便可以使用并且可以长时间保持强度以及吸水率稳定。再生集料处理装置主要由第一仓室11、第二仓室8、第三仓室3、第四仓室7、真空负压装置1、二氧化碳监控装置5、再生集料装载箱4以及鼓风干燥装置11组成。

其中第一仓室11、第二仓室6、第三仓室3之间相互连通，各管道连通处设有如图1所示的多个阀门，包括阀门A2、阀门B6、阀门C9和阀门D12，每个仓室的尺寸及体积均不受限制，但均需满足具有很高的密封性能，可以用来储藏溶液。第一仓室13为氢氧化钙溶液储藏室，与第三仓室3连接，连通管道上设有阀门A2与阀门D12，可以将氢氧化钙溶液运送至第三仓室3，也可以将在第三仓室3中的溶液回收进行循环利用，第一仓室11也可以实现氢氧化钙溶液的配制或者更换；第二仓室8为二氧化碳气体储存罐，与第三仓室3连接，连通管道上设有阀门C9，可以将二氧化碳运送至第三仓室3中，第二仓室7也可以实现二氧化碳气体的添加。第三仓室3是再生集料的主要强化处理场所，再生集料在第三仓室3内完成氢氧化钙溶液的浸泡、二氧化碳气体的通入以及烘干。第四仓室7用于盛装水泥浆，第三仓室3的顶部设置有喷淋装置，第四仓室7与喷淋装置之间连接有阀门B6。第五仓室14为氧化钙粉末的储存室，可以使氧化钙粉末保持干燥，并且可以通过控制阀门实现氧化钙粉末的添加。

真空负压装置1：与第三仓室3内连通，可对称布置使第三仓室3更容易实现真空负压状态，加速溶液渗透至再生集料内部，提高再生集料的强化效果，缩减再生集料的处理时间。

二氧化碳浓监控装置5：包括二氧化碳传感器和控制器，控制器与二氧化碳传感器和阀门B8连接，该传感器设置在第三仓室3的顶部，可以实时监测第三仓室3内的二氧化碳浓度，将二氧化碳的浓度信号传递给控制器，控制器控制阀门C9的开度或启闭，实现对第三仓室3中的二氧化碳浓度的调整，保证试验过程中二氧化碳浓度条件。

再生集料装载箱4：具有可以盛装再生集料的功能，优选采用筒形或罐体结构，且再生集料装载箱4的轴线沿水平方向设置，四周均采用镂空的设计，但镂空的尺寸要小于再生集料的粒径。再生集料装载箱4底部略高于第三仓室3底面，保证溶液喷洒使再生集料得到充分浸泡后多余的溶液可以完全从再生集料装载箱4中流出并汇集在再生集料装载箱4的下方，通过阀门C10流回第一仓室13，为了保证溶液回流的成功，在阀门D12与第一仓室13之间设置泵，由泵将第三仓室3中汇集的溶液泵回至第一仓室13中。

旋转装置10：包括一个或两个电机，设置在第三仓室3两侧，分别通过连接轴与再生集料装载箱4的两端固定连接，电机启动，带动连接轴旋转，进而带动再生集料装载箱4转动，使再生骨料能够翻转以保证每个面均反应充分并且不会发生摩擦破坏。同时，搅拌氢氧化钙溶液使其保持浑浊状态，使得溶液能够携带更多的氢氧化钙颗粒进入再生集料内部，提高再生集料的强化效果。

鼓风干燥装置11：与第二仓室8的下部位置处连接，优选地，连接点为两个，相对于第三仓室3对称布置，可以根据需要将第三仓室3内的再生集料烘干。

使用时，具体的步骤是：

1)筛分再生集料：

将已经由机器破碎后的再生集料用不同粒径的方孔筛进行筛分实验，剔除再生集料中混有的其他建筑垃圾，选取9.5mm-13.2mm集料进行后续实验。

2)清洗集料：

将1)中筛分后的再生集料用干净的水进行清洗处理，除去集料表面附着的污泥或者剥落不完全的砂浆，清洗结束后将其装入再生集料装载箱4中，然后将再生集料装载箱4放入第三仓室3中，关闭所有阀门。

3)打开第三仓室3的鼓风干燥装置11，将再生集料装载箱4中的再生集料烘干。

4)关闭鼓风干燥装置11，保证第三仓室3密封，打开真空负压装置1，将第三仓室3处理为真空负压状态后关闭该装置。

5)配制过饱和氢氧化钙溶液：

向第一仓室13内通入适量干净的水，将第五仓室14的阀门打开使氧化钙粉末缓慢的进入第一仓室13与水反应，并不断的搅拌，直至溶液浑浊并有沉淀产生时，再过量加入一部分氧化钙粉末即可。

6)打开阀门A2，将第一仓室13中的氢氧化钙溶液输送至第三仓室3中，连续浸泡2h，并开启旋转装置10使氢氧化钙溶液保持浑浊状态，让集料经过充分吸收后，多余的氢氧化钙溶液汇聚在第三仓室3底部。

7)氢氧化钙浑浊溶液浸泡结束后，打开阀门D12，让剩余氢氧化钙溶液流回第一仓室1,3继续循环再利用，然后关闭阀门D12。

8)打开第三仓室3中的鼓风干燥装置11，使再生集料达到表面干燥状态，关闭鼓风干燥装置9。

9)打开阀门C9，将第二仓室8中的二氧化碳气体输送至第三仓室3中，观察二氧化碳监控装置5，使第三仓室3内二氧化碳浓度达到95-100％，并维持2h。

10)处理时间达到后，关闭阀门C9。打开第三仓室3中的鼓风干燥装置11，将第三仓室3中的再生集料烘干，烘干的温度为100℃。

11)根据需求可以重复上述6)-10)试验步骤。此后可按照《公路工程集料试验规程JTG E42-2005》中粗集料的试验规程测试集料的压碎值以及吸水率等。

12)打开阀门B6，将第四仓室7中的水泥浆输送至第三仓室顶部的喷淋装置中，通过喷淋装置将水泥浆均匀喷洒覆盖在再生集料的表面。

13)将第三仓室3中的经过处理过的再生集料运出。

按照《公路工程集料试验规程JTG E42-2005》中试验规程测试集料的吸水率。

重复上述该处应为6)-10)试验步骤3次后，发现集料的吸水率变化很小，按照《公路工程集料试验规程JTG E42-2005》中粗集料的试验规程测试集料的压碎值。

本实验处理过后的再生集料的照片见图2、压碎值试验见图3、吸水率及压碎值试验结

果分别见图4及图5、集料压碎后照片见图6。

以上的数据及照片表明，本发明提供的基于原位生成碳酸钙的装置及相应的处理方法对于降低再生集料的孔隙率及提高再生集料的强度有着显著效果。由图4可知，随着处理次数的增加，再生集料的吸水率逐渐降低，由17.2％下降至11.1％，较原始再生骨料降低了35％。由图5可知，经过多次处理后，再生集料的压碎值由41.3％下降到34.2％，较原始再生集料压碎值降低了17％。

由上述结果可知，本发明提供的新型基于原位生成碳酸钙的再生集料强化方法可以通过简单有效的步骤，使反应生成物碳酸钙填充再生集料的孔隙及微裂缝，实现提高再生集料密实度，减小吸水率，增大强度的目的，并且通过在表面喷洒少量水泥浆进一步巩固这种效果，进而改善再生混凝土的力学性能及耐久性，扩大再生混凝土的应用范围，实现显著的社会效益、经济效益和环境效益。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于原位生成碳酸钙的再生集料强化装置，其特征在于：包括第一仓室、第二仓室、第三仓室、旋转装置和鼓风干燥装置，所述第一仓室、第二仓室和第三仓室均为密封腔室；

所述第三仓室的顶部设置有喷淋结构，内部设置有装载箱体，所述装载箱体的壁四周均为镂空设置，镂空的孔径小于再生集料的粒径，装载箱体的两端可旋转地固定于第三仓室的相对的侧壁上，装载箱体的底部与第三仓室的底部之间留有一定间隙，第三仓室的底部设置有排液口；

所述旋转装置包括至少一个电机，电机安装在第三仓室的侧面，并通过连接轴与所述装载箱体连接，电机动作，带动装载箱体旋转；

所述鼓风干燥装置与所述第三仓室的下端连接，第三仓室的上端设置有盖体。

2.根据权利要求1所述的再生集料强化装置，其特征在于：所述再生集料强化装置还包括第四仓室，第四仓室通过泵与所述喷淋结构连接。

3.根据权利要求1所述的再生集料强化装置，其特征在于：所述鼓风干燥装置与第三仓室之间设置有两个气体分布器，两个气体分布器对称设置于第三仓室的两侧。

4.根据权利要求1所述的再生集料强化装置，其特征在于：所述再生集料强化装置还包括真空负压装置，真空负压装置与所述第三仓室连通。

5.根据权利要求4所述的再生集料强化装置，其特征在于：所述第三仓室与真空负压装置之间设置有两个连接点，两个连接点相对于第三仓室对称设置。

6.根据权利要求1所述的再生集料强化装置，其特征在于：还包括二氧化碳监控装置，其包括二氧化碳传感器和控制器，控制器与二氧化碳传感器连接，第二仓室与第三仓室之间设置阀门，控制器与所述阀门连接。

7.根据权利要求1所述的再生集料强化装置，其特征在于：还包括第五仓室，第五仓室设置于第一仓室的上端，且与第一仓室连接，第一仓室与第五仓室的连接管道上设置有阀门。

8.一种基于原位生成碳酸钙强化再生集料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)对再生集料进行筛分，剔除再生集料中的废弃颗粒物，并清除再生集料表面的污泥和剥落不完全的砂浆；

2)将清理后的再生集料装于装载箱体中，并将装载箱体放置于第三仓室中；

3)开启鼓风干燥装置，将第三仓室中的再生集料烘干后关闭鼓风干燥装置，然后开启真空负压装置，将第三仓室抽真空；

4)将第一仓室中的过饱和的氢氧化钙溶液输送至第三仓室，对再生集料进行喷淋、浸泡，浸泡期间，旋转装置带动装载箱体旋转，设定时间后，将溶液排出，并开启鼓风干燥装置，将再生集料烘干；

5)将第二仓室中的二氧化碳输送至第三仓室，通过二氧化碳监控装置控制第三仓室内二氧化碳浓度达到95-100％，并维持设定时间后，开启鼓风干燥装置，将再生集料烘干；

6)将第四仓室中的水泥浆输送至喷淋装置，并通过喷淋装置在再生集料的表面均匀喷洒砂浆，即得强化后的再生集料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤4)中，所述过饱和的氢氧化钙溶液的制备方法，包括如下步骤：

向第一仓室内通入水，将第四仓室的阀门打开使氧化钙粉末缓慢进入第一仓室中与水反应，并不断的搅拌，直至溶液浑浊并有沉淀产生时，再过量加入一部分氧化钙粉末即可。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：浸泡时，过饱和氢氧化钙溶液的液面超过再生集料的表面至少5cm。