CN113685717B - 一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩 - Google Patents

一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩，通过预应力混凝土管桩的管桩桩内管道作为高压密封储存空间以储存二氧化碳，管桩桩内管道的两端通过混凝土进行封闭，并在其中一端预先埋设单向阀，通过单向阀便可以向管桩桩内管道中充入液态二氧化碳，以将二氧化碳封存在管桩中，而管桩后续可以进行完全封闭和建筑工程的二次使用，从而通过预应力混凝土管桩完成碳封存工作，可以将建筑工程中使用的大量的预制空心管桩提供的超大容量的空腔体积进行利用，相较于传统的深海存储和地质存储，其技术难度更低，发生地质运动等意外时，一般只有个别管桩会发生泄漏，不会导致所有管桩泄漏，使用的安全风险更小。

Description

一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及混凝土管桩技术领域，尤其涉及一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩。
背景技术
预应力混凝土管桩是重要的桩基材料，管桩行业主要运用于水利、市政、工业与民用建筑、港口、铁路、公路、桥梁等领域，大体量的预制空心管桩的使用，提供了超大容量的空腔体积，空腔体积的存在可为其他行业提供存储空间，而近年来随着全球气候环境的恶化，人类开始为防止气候变暖而努力进行节能减排工作和研究,特别是关注减少二氧化碳的排放。减排路径有许多,但对于以燃煤为主要能源的国家,减少燃煤使用代价高昂,因此碳捕捉和存储技术成为了重要替代选择,因此对那些不愿改变能源消费结构的国家来说,这有极大吸引力，目前针对碳存储技术，科学界主要的思路是将碳存储在地下，即深海存储和地质存储。
本申请人发现目前的存储技术均存在着局限和隐患，深海存储和地质存储技术耗资巨大，技术要求较高，需要大量的人力和物力输出；对于深海存储是将二氧化碳用高压打入海底，但是海底地震的频繁发生，大量二氧化碳发生泄漏后果较为严重；地质存储是将二氧化碳打入地下上千米深度处，虽不易发生泄漏，但是对地质条件、岩层连续性分布要求较高，不易大量找寻存储地质；因此，如何找到但是如何能找到一种较为廉价和简易的碳存储技术与方法，又能保证存储质量与安全，是目前科学界亟待解决的关键问题。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩，以解决目前的碳存储技术与方法耗资巨大，并且储存的要求较为苛刻，安全性也较低的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法，包括以下步骤：
桩体预制：制作高强预应力混凝土中空桩体；
桩端处理并嵌埋单向阀：将中空桩体的两端通过膨胀填芯砂浆进行封闭，其中一端通过膨胀填芯砂浆进行封闭时预先嵌埋单向阀，单向阀周边保持为凹槽状以构成充填凹槽；
桩套箍连接：在中空桩体的两端安装桩套箍；
桩体无单向阀端焊接封闭端板：在中空桩体的未安装单向阀的一端将封闭端板与桩套箍密贴焊接；
通过单向阀充填液态二氧化碳：通过单向阀向中空桩体的管桩桩内管道内充填液态二氧化碳；
密填充填凹槽：将填充完毕液态二氧化碳后的中空桩体的充填凹槽用封闭砂浆封闭并与桩头齐平；
桩体单向阀端焊接封闭端板：完成封闭充填凹槽后，将此端通过封闭端板与桩套箍密贴焊接进行封闭；
成形：完成最终封闭处理并形成存储了二氧化碳的高强预应力混凝土管桩。
一种管桩，适用于利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法，其特征在于，包括中空桩体，所述中空桩体为中空管道结构，所述中空桩体的内部设置有前后连通的管桩桩内管道，所述管桩桩内管道的前后两端均通过膨胀填芯砂浆进行封闭，其中一端设置有充填凹槽，所述充填凹槽的中间设置有单向阀。
在一些可选实施例中，所述中空桩体的前后两端均设置有桩套箍，所述单向阀的外端高度低于所述桩套箍的外端面高度。
在一些可选实施例中，所述桩套箍的外侧贴附设置有封闭端板，所述封闭端板为实心圆板结构，所述封闭端板与所述桩套箍之间密贴满焊固定连接。
在一些可选实施例中，所述充填凹槽的内侧填充设置有封闭砂浆，所述封闭砂浆的外侧与所述中空桩体的桩头齐平。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩，通过预应力混凝土管桩的管桩桩内管道作为高压密封储存空间以储存二氧化碳，管桩桩内管道的两端通过混凝土进行封闭，并在其中一端预先埋设单向阀，从而使管桩整体构成了一个可承受高压的密封容器，通过单向阀便可以向管桩桩内管道中充入液态二氧化碳，以将二氧化碳封存在管桩中，而管桩后续可以进行完全封闭和建筑工程的二次使用，从而通过预应力混凝土管桩完成碳封存工作，可以将建筑工程中使用的大量的预制空心管桩提供的超大容量的空腔体积进行利用，相较于传统的深海存储和地质存储，其技术难度更低，发生地质运动等意外时，一般只有个别管桩会发生泄漏，不会导致所有管桩泄漏，使用的安全风险更小。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例实施例的方法流程示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例实施例的管桩的纵向截面结构示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例实施例的管桩的正面结构示意图；
图4为本说明书一个或多个实施例实施例的管桩的填装封存二氧化碳前的结构示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例实施例的管桩的填装封存二氧化碳后端面结构示意图。
具体实施方式
为使本说明书一个或多个实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本说明书一个或多个实施例进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本说明书一个或多个实施例所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
近年来随着全球气候环境的恶化，人类开始为防止气候变暖而努力进行节能减排工作和研究,特别是关注减少二氧化碳的排放。减排路径有许多,但对于以燃煤为主要能源的国家,减少燃煤使用代价高昂,因此碳捕捉和存储技术成为了重要替代选择,因此对那些不愿改变能源消费结构的国家来说,这有极大吸引力，目前针对碳存储技术，科学界主要的思路是将碳存储在地下，即深海存储和地质存储。
而目前的存储技术均存在着局限和隐患，深海存储和地质存储技术耗资巨大，技术要求较高，需要大量的人力和物力输出；对于深海存储是将二氧化碳用高压打入海底，但是海底地震的频繁发生，大量二氧化碳发生泄漏后果较为严重；地质存储是将二氧化碳打入地下上千米深度处，虽不易发生泄漏，但是对地质条件、岩层连续性分布要求较高，不易大量找寻存储地质；因此，如何找到但是如何能找到一种较为廉价和简易的碳存储技术与方法，又能保证存储质量与安全，是目前科学界亟待解决的关键问题。
对此本说明书实施例提供一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101桩体预制：制作高强预应力混凝土中空桩体；
S102桩端处理并嵌埋单向阀：将中空桩体的两端通过膨胀填芯砂浆进行封闭，其中一端通过膨胀填芯砂浆进行封闭时预先嵌埋单向阀，单向阀周边保持为凹槽状以构成充填凹槽；
S103桩套箍连接：在中空桩体的两端安装桩套箍；
S104桩体无单向阀端焊接封闭端板：在中空桩体的未安装单向阀的一端将封闭端板与桩套箍密贴焊接；
S105通过单向阀充填液态二氧化碳：通过单向阀向中空桩体的管桩桩内管道内充填液态二氧化碳；
S106密填充填凹槽：将填充完毕液态二氧化碳后的中空桩体的充填凹槽用封闭砂浆封闭并与桩头齐平；
S107桩体单向阀端焊接封闭端板：完成封闭充填凹槽后，将此端通过封闭端板与桩套箍密贴焊接进行封闭；
S108成形：完成最终封闭处理并形成存储了二氧化碳的高强预应力混凝土管桩。
请参阅图2至图5，作为本发明的一个实施例，一种管桩，用于一种用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法，包括中空桩体1，中空桩体1为中空管道结构的预应力混凝土管桩，其内部设置有前后连通的管桩桩内管道2，而管桩桩内管道2的前后两端均通过膨胀填芯砂浆7进行封闭，从而管桩桩内管道2的周围通过中空桩体1的管壁构成，而前后两端则通过膨胀填芯砂浆7保持封闭，进而使中空桩体1内部的管桩桩内管道2构成一个封闭的密闭容器结构，而管桩桩内管道2其中一端的膨胀填芯砂浆7中间设置有充填凹槽3，充填凹槽3为锥形结构，并且充填凹槽3的中间设置有单向阀4，通过单向阀4可以连通管桩桩内管道2内部的封闭空间与外部空间，单向阀4的通过方向为由管桩桩内管道2外侧至其内侧，从而通过单向阀4便可以向管桩桩内管道2内部充填液态二氧化碳，以通过中空桩体1内部空间储存一定量的二氧化碳，以对二氧化碳进行封存，而中空桩体1本身在填装封存二氧化碳后，仍然可以作为建材进行使用，埋设于地下作为对应建筑的支撑结构，从而即利用了工程建设中使用的大量预制空心管桩的提供的超大容量的空腔体积，又完成了对二氧化碳的封存，相较于深海存储和地质存储的碳封存方式，无需寻找合适的地址环境，适用性更宽，并且技术难度更低，同时发生地质运动等意外时，只有个别管桩会损坏发生泄漏，不会导致所有管桩泄漏，使用封存的安全风险更小。
请参阅图2至图5，可选的，管桩的中空桩体1的前后两端均设置有桩套箍5，通过设置的桩套箍5可以提高中空桩体1两端的结构强度，避免在运输，锤击时发生损坏变形，并且单向阀4的外端高度低于桩套箍5的外端面高度，便单向阀4突出容易碰撞损坏，也便于后续对其进行填封，而充填凹槽3的内侧填充设置有封闭砂浆8，在单向阀4完成液态二氧化碳的填充后，需要封闭砂浆8对单向阀4周围的充填凹槽3进行填充，以将单向阀4封填在内，避免后续封存过程中单向阀4损坏二氧化碳发生泄漏，有利于提高整体封存的安全性。
请参阅图2至图5，可选的，管桩的桩套箍5的外侧贴附设置有封闭端板6，封闭端板6为实心圆板结构，封闭端板6与桩套箍5之间密贴满焊固定连接，并且封闭砂浆8的外侧与中空桩体1的桩头齐平，便于封闭端板6进行焊接固定，通过贴附焊接固定的封闭端板6，可以完全封闭管桩的两端，以完成最终的封闭处理，进一步提高管桩整体储存后的封闭性，避免发生泄漏，提高储存安全性。
使用时，首先对管桩整体结构强度和尺寸进行检测，确定管桩完成养护其强度满足二氧化碳的储存需求，并将无单向阀4一端的封闭端板6焊接固定，然后可以通过单向阀4向中空桩体1的管桩桩内管道2内部填充液态二氧化碳，完成填装后，先通过封闭砂浆8封填充填凹槽3和其中的单向阀4，以避免后续单向阀4老化损坏泄漏，然后将此端的封闭端板6与桩套箍5之间密贴满焊固定连接，便形成存储了二氧化碳的高强预应力混凝土管桩，以完成对二氧化碳的封存工作，而由于液态二氧化碳的临界温度约为为31℃，在此温度下其临界压力约为73个大气压，所以通过管桩储存液态二氧化碳时，需要保证管桩的抗拉强度大于液态二氧化碳的围压值，同时二氧化碳在注入后储存以及运输过程中须确保环境温度低于31℃，而管桩在后续工程使用压入土层的施工过程中周边环境温度也应低于31℃，并使桩体埋入深度一般宜大于10米，确保桩体不受外界环境温度波动变化的影响，避免温度产生变化导致内部压力产生变化，降低管桩因压力变化损坏泄漏的风险，同时管桩在埋入地下施工后一般位于常温层与变温层，变温层位于地表下约0至15米之间，而常温层约为15至200米之间，所以管桩在位于常温层时一般能确保环境温度低于23度，可以使管桩内部压力降低一定值，进而可以进一步提高管桩尺寸二氧化碳的稳定性和可靠性。
本发明提供的利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法及管桩，通过预应力混凝土管桩的管桩桩内管道作为高压密封储存空间以储存二氧化碳，管桩桩内管道2的两端通过混凝土进行封闭，并在其中一端预先埋设单向阀4，从而使管桩整体构成了一个可承受高压的密封容器，通过单向阀4便可以向管桩桩内管道2中充入液态二氧化碳，以将二氧化碳封存在管桩中，而管桩后续可以进行完全封闭和建筑工程的二次使用，从而通过预应力混凝土管桩完成碳封存工作，可以将建筑工程中使用的大量的预制空心管桩提供的超大容量的空腔体积进行利用，相较于传统的深海存储和地质存储，其技术难度更低，发生地质运动等意外时，一般只有个别管桩会发生泄漏，不会导致所有管桩泄漏，使用的安全风险更小。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本说明书一个或多个实施例实施例的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本说明书一个或多个实施例实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
尽管已经结合了本说明书一个或多个实施例的具体实施例对本说明书一个或多个实施例进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
本说明书一个或多个实施例实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法，其特征在于，包括以下步骤：
桩体预制：制作高强预应力混凝土中空桩体；
桩端处理并嵌埋单向阀：将中空桩体的两端通过膨胀填芯砂浆进行封闭，其中一端通过膨胀填芯砂浆进行封闭时预先嵌埋单向阀，单向阀周边保持为凹槽状以构成充填凹槽；
桩套箍连接：在中空桩体的两端安装桩套箍；
桩体无单向阀端焊接封闭端板：在中空桩体的未安装单向阀的一端将封闭端板与桩套箍密贴焊接；
通过单向阀充填液态二氧化碳：通过单向阀向中空桩体的管桩桩内管道内充填液态二氧化碳；
密填充填凹槽：将填充完毕液态二氧化碳后的中空桩体的充填凹槽用封闭砂浆封闭并与桩头齐平；
桩体单向阀端焊接封闭端板：完成封闭充填凹槽后，将此端通过封闭端板与桩套箍密贴焊接进行封闭；
成形：完成最终封闭处理并形成存储了二氧化碳的高强预应力混凝土管桩。
2.一种管桩，适用于权利要求1所述的利用高强预应力混凝土管桩进行碳存储的方法，其特征在于，包括中空桩体，所述中空桩体为中空管道结构，所述中空桩体的内部设置有前后连通的管桩桩内管道，所述管桩桩内管道的前后两端均通过膨胀填芯砂浆进行封闭，其中一端设置有充填凹槽，所述充填凹槽的中间设置有单向阀。
3.根据权利要求2所述的管桩，其特征在于，所述中空桩体的前后两端均设置有桩套箍，所述单向阀的外端高度低于所述桩套箍的外端面高度。
4.根据权利要求3所述的管桩，其特征在于，所述桩套箍的外侧贴附设置有封闭端板，所述封闭端板为实心圆板结构，所述封闭端板与所述桩套箍之间密贴满焊固定连接。
5.根据权利要求2所述的管桩，其特征在于，所述充填凹槽的内侧填充设置有封闭砂浆，所述封闭砂浆的外侧与所述中空桩体的桩头齐平。
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