CN114179223B - 一种利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置，包括搅拌机构和养护装置，搅拌机构包括长方体壳体、显示屏、马达、控制系统、可伸缩式三段搅拌杆、搅拌头、传动齿轮、丝杆马达、丝杆；养护装置包括固定盘、固定卡扣和养护筒体；固定盘通过左右两侧安装的固定卡扣固定于养护筒体上方，使养护筒体密闭性良好。二氧化碳从混合、搅拌至养护结束，全程参与矿化反应，使二氧化碳封存吸收效率最大化，料浆水化程度最高；设置的可伸缩式三段搅拌杆，既能保证充分搅拌料浆，又能在搅拌结束时收缩不影响养护，同时提出在搅拌结束时不关闭可伸缩式三段搅拌杆，使残留在搅拌头上的浆液在离心力的作用下充分甩出，保持搅拌头干净无残留。
Description
技术领域
本发明属于矿山功能材料制备与养护领域，具体涉及一种利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置及其使用方法。
背景技术
当前全球每年超过350亿吨二氧化碳气体排放进入大气，所导致的温室效应带来的全球气候变化和诸多环境问题已不容忽视。为了减缓气候变暖，控制二氧化碳排放成为了关键，二氧化碳捕获、储存和利用技术(CCUS)将发挥关键作用。二氧化碳的吸收固定/利用过程是将二氧化碳与矿物中的碱金属成分反应，且热反应方程式的吉布斯能小于零，可实现反应自发进行，水泥基材料矿化反应过程会吸收大量二氧化碳，一方面实现了二氧化碳的永久封存，另一方面矿化反应可使料浆制备过程中的凝结产物结构更加密实，强度得以提升。
当前利用水泥基材料封存二氧化碳的常规方法是将水泥基材料搅拌制模成型后放入二氧化碳气体养护箱中，此时养护试块表面已经开始闭合，二氧化碳只能在养护试块表面发生反应，少量渗透或者无法渗透至养护试块内部，因此对试块内部结构未起到明显作用，忽略了制备过程二氧化碳参与的影响。现有技术中也有采用搅拌装置搅拌封存材料进行二氧化碳封存，但是搅拌装置的搅拌性能一般，养护性能不佳，整个搅拌养护过程封存的量不足。
需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置，所述搅拌养护一体装置包括搅拌机构和养护装置，所述搅拌机构包括长方体壳体、显示屏、马达、控制系统、电源、可伸缩式三段搅拌杆、搅拌头、传动齿轮和第二齿轮、丝杆马达、丝杆；所述养护装置包括固定盘、固定卡扣和养护筒体；所述固定盘通过其上的固定卡扣固定于养护筒体上方；所述搅拌机构的长方体壳体固定于所述固定盘上方，所述显示屏位于长方体壳体的顶面，下方安装有控制系统，所述马达与所述电源位于长方体壳体内部，所述控制系统与所述马达电性连接，所述电源与所述马达电性连接，所述马达的输出端固定有竖直设置的传动齿轮，所述可伸缩式三段搅拌杆顶部穿过固定盘和长方体壳体底面并通过其顶部水平设置的第二齿轮与传动齿轮传动连接；所述可伸缩式三段搅拌杆下部位于所述养护筒体中，可伸缩式三段搅拌杆自上而下为中空且相互嵌套的第一段搅拌杆、第二段搅拌杆和第三段搅拌杆，其中第三段搅拌杆底端设置有端头，端头周侧固定有搅拌头；所述丝杆垂直设置，顶端与固定在长方体壳体内的丝杆马达传动连接，上部穿过第二齿轮中心的通孔，下部位于可伸缩式三段搅拌杆内部，底端与端头上部转动连接；
所述养护装置还包括二氧化碳气源、气源压力表、第一开关、输气管，安全阀、排气管、第二开关、筒内气体压力表、尾气处理装置、进水管、流量计和防尘密封挡片；所述二氧化碳气源置于所述养护筒体的一侧，通过输气管与所述养护筒体内部连通，所述气源压力表和第一开关位于所述输气管上；所述固定盘上还设置有安全阀和排气管，排气管上设置有筒内气体压力表和第二开关，排气管的尾端连接有尾气处理装置。
优选的，在长方体壳体顶面设置有供丝杆穿出的孔洞。
优选的，所述尾气处理装置内装有氢氧化钠溶液。
优选的，养护筒体材质为强化PVC材料，其内部表面光滑不与水泥基材料粘连。
优选的，所述显示屏上设置有控制可伸缩式三段搅拌杆正转、反转的按键，开关键、一键急停键，控制可伸缩式三段搅拌杆升、降的按键和控制可伸缩式三段搅拌杆一至六档位转速按键。进一步的，第一段搅拌杆、第二段搅拌杆、第三段搅拌杆，分别占养护筒体自上而下的0％-30％、30％-60％、60％-90％深度范围。
上述利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置的使用方法如下：
S1，将水泥基材料水泥、矸石和粉煤灰按照设定比例倒入养护筒体中，关闭固定盘同时按下固定卡扣使养护筒体密闭；
S2，由进水管向养护筒体内注水，利用流量计控制注水量，水流推开防尘密封挡片进入养护筒体内，注入完成后防尘密封挡片依靠自重关闭，此时水与水泥基材料混合；
优选的，与水混合后的水泥基材料不可超过养护筒体深度的50％。
S3，开启第一开关，二氧化碳气体从二氧化碳气源中释放，通过输气管进入养护筒体，观察筒内气体压力表，当压力达到设定值时，关闭第一开关；
S4，开启电源，马达转动带动传动齿轮旋转，进而使得可伸缩式三段搅拌杆带动搅拌头旋转，将可伸缩式三段搅拌杆伸长至最大程度(搅拌头下降至最低行程)进行混合搅拌；
S5，搅拌结束后，将可伸缩式三段搅拌杆缩回至最大程度(搅拌头上升至最高行程)并完全脱离混合浆料；使可伸缩式三段搅拌杆继续转动，以将残留在搅拌头和可伸缩式三段搅拌杆上的浆液在离心力的作用下充分甩出；待甩净后，关闭电源使得可伸缩式三段搅拌杆停止转动；
S6，再次开启第一开关补充消耗的二氧化碳，二氧化碳气体从二氧化碳气源中释放，通过输气管进入养护筒体，观察筒内气体压力表，当压力达到设定值时，关闭第一开关，进行养护；
S7，养护结束后取出养护块体，根据需求切割成模。
优选的，二氧化碳气体从二氧化碳气源通过输气管进入所述养护筒体中，安全阀控制养护筒体内部整体压力，当气压增加过快时，安全阀开启；当养护筒体内气压超过预定值，但增加速度较慢，根据养护筒内气体压力表数据开启第二开关，将二氧化碳气体流入尾气处理装置。
有益效果：二氧化碳从混合(直接在养护筒体内混合)、搅拌至养护结束，全程参与了矿化反应，使二氧化碳封存吸收效率最大化，料浆水化程度最高；且整个过程不与空气接触，只需控制二氧化碳气体压力。进一步的，本发明的搅拌养护一体装置设置有可伸缩式三段搅拌杆，既能保证充分搅拌料浆，又能在搅拌结束时收缩不影响养护，同时提出在搅拌结束时不关闭可伸缩式三段搅拌杆，使残留在搅拌头上的浆液在离心力的作用下充分甩出，保持搅拌头干净无残留。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所述搅拌养护一体装置工作状态下的轴测图；
图2是本发明所述搅拌养护一体装置的剖视图；
图3是本发明所述搅拌养护一体装置显示屏的示意图。
附图标记说明如下：
1、搅拌养护一体装置；2、搅拌机构；201、显示屏；202、马达；203、控制系统；204、电源；205、可伸缩式三段搅拌杆；206、搅拌头；207、传动齿轮；208、丝杆马达；209、丝杆；3、养护机构；301、二氧化碳气源；302、气源压力表；303、第一开关；304、输气管；305、安全阀；306、排气管；307、第二开关；308、筒内气体压力表；309、固定盘；310、固定卡扣；311、尾气处理装置；312、养护筒体；313、进水管；314、流量计；315、防尘密封挡片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例
请参阅图1-图3，本发明提供一种利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置，所述搅拌养护一体装置1包括搅拌机构2和养护装置3，所述搅拌机构2包括长方体壳体、显示屏201、马达202、控制系统203、电源204、可伸缩式三段搅拌杆205、搅拌头206、传动齿轮207和第二齿轮、丝杆马达208、丝杆209；所述养护装置3包括固定盘309、固定卡扣310和养护筒体312；所述固定盘309通过左右两侧安装的固定卡扣310固定于养护筒体312上方，使养护筒体312密闭性良好；所述搅拌机构2的长方体壳体固定于所述固定盘309上方，所述显示屏201位于长方体壳体的顶面，下方安装有控制系统203，所述马达202与所述电源204位于长方体壳体内部，所述控制系统203与所述马达202通过电线连接，所述电源204与所述马达202通过电线连接，所述马达202的输出端固定有竖直设置的传动齿轮207，所述可伸缩式三段搅拌杆205顶部穿过固定盘309和长方体壳体底面并通过其顶部水平设置的第二齿轮与传动齿轮207传动连接，所述马达202带动所述可伸缩式三段搅拌杆205转动，实现搅拌功能；所述可伸缩式三段搅拌杆205下部位于所述养护筒体312中，可伸缩式三段搅拌杆205自上而下为中空且相互嵌套的第一段搅拌杆、第二段搅拌杆和第三段搅拌杆，其中第三段搅拌杆底端设置有端头，端头周侧固定有搅拌头206；所述丝杆209垂直设置，顶端与固定在长方体壳体内的丝杆马达208传动连接，上部穿过第二齿轮中心的通孔，下部位于可伸缩式三段搅拌杆205内部，底端与端头上部通过轴承转动连接；
所述养护装置3还包括二氧化碳气源301、气源压力表302、第一开关303、输气管304、安全阀305、排气管306、第二开关307、筒内气体压力表308、尾气处理装置311、进水管313、流量计314、防尘密封挡片315；所述二氧化碳气源301置于所述养护筒体312的外侧，通过所述输气管304向所述养护筒体312内部注入二氧化碳，所述气源压力表302和第一开关303位于所述输气管304上，分别用于检验所述二氧化碳气源301的气体压力、控制所述二氧化碳气体注入的通断；所述固定盘309上还设置有安全阀305和排气管306，排气管306上设置有筒内气体压力表308和第二开关307，排气管306的尾端连接有尾气处理装置311。整个养护过程位于所述养护筒体312内，所述养护筒体312内部光滑不粘连，养护结束后方便脱模。
在上述实施例的基础上，所述显示屏上设置有控制可伸缩式三段搅拌杆正转、反转的按键，开关键、一键急停，控制可伸缩式三段搅拌杆升、降的按键和控制可伸缩式三段搅拌杆一至六档位转速按键。通过按下显示屏201上的升、降按键，控制系统203控制丝杆马达208正反旋转，带动可伸缩式三段搅拌杆205内部的丝杆209正反转动，从而使可伸缩式三段搅拌杆205持续上升或下降；松开升、降按键，丝杆停止旋转，可伸缩式三段搅拌杆205停留在当前状态。
第一段、第二段、第三段搅拌杆分别占养护筒体自上而下的0％-30％、30％-60％、60％-90％深度范围，即第三段搅拌杆的搅拌范围为养护筒体312自底至顶的10％-40％，水泥基材料不可超过养护筒体312深度的50％。
优选的，在长方体壳体顶面设置有供丝杆209穿出的孔洞。
养护筒体312材质为强化PVC材料，其内部表面光滑不与水泥基材料粘连。
所述尾气处理装置311内的成分为30％氢氧化钠溶液。
当可伸缩式三段搅拌杆205搅拌完毕后，可伸缩式三段搅拌205缩为一段，即第三段搅拌杆缩入第二段搅拌杆内，第二段搅拌杆缩入第一段搅拌杆内，位于养护筒体312上方0-30％深度范围，不与搅拌物料接触。二氧化碳气体从二氧化碳气源301通过输气管304进入所述养护筒体312中，安全阀305控制养护筒体312内部整体压力，当气压增加过快时，安全阀305开启，减小养护筒体312内部压力；当养护筒体312内气压超过预定值，但增加速度较慢，根据养护筒内气体压力表308数据开启第二开关307，将二氧化碳气体流入尾气处理装置311，实现尾气快速吸收；即通过筒内气体压力表308可保持养护筒体312内部二氧化碳压力不变，使养护条件恒定。水流由进水管313在流量计314的控制下流入养护筒体312，注水时防尘密封挡片315开启，注水完成后防尘密封挡片315关闭。
上述利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置的使用方法如下：
S1，将水泥基材料水泥、矸石和粉煤灰按照设定比例倒入养护筒体312中，关闭固定盘309同时按下固定卡扣310使养护筒体312密闭；
S2，通过外接水龙头由进水管313向养护筒体312内注水，利用流量计314控制注水量，水流推开防尘密封挡片315进入养护筒体312内，注入完成后防尘密封挡片315依靠自重关闭，此时水与水泥基材料混合；
S3，开启第一开关303，二氧化碳气体从二氧化碳气源301中释放，通过输气管304进入养护筒体312，观察筒内气体压力表308，当压力达到设定值时，关闭第一开关303，此时二氧化碳、水、水泥基材料处于同一体系；
S4，按下显示屏201右侧开关开启电源204，马达202转动带动传动齿轮207旋转，进而使得可伸缩式三段搅拌杆205带动搅拌头206旋转，根据需求选择合适转速，按下显示屏201右侧升降开关，使可伸缩式三段搅拌杆205下降至最大程度进行混合搅拌；
S5，搅拌结束后，按下显示屏201右侧升降开关，使可伸缩式三段搅拌杆205上升至最大程度并完全脱离混合浆料，不关闭可伸缩式三段搅拌杆205，使残留在搅拌头206和可伸缩式三段搅拌杆205上的浆液在离心力的作用下充分甩出，保持搅拌头206和可伸缩式三段搅拌杆205干净无残留；待搅拌头206和可伸缩式三段搅拌杆205上的混合浆料甩净后，按下显示屏201右侧开关，可伸缩式三段搅拌杆205停止旋转；
S6，再次开启第一开关303补充所消耗的二氧化碳，二氧化碳气体从二氧化碳气源301中释放，通过输气管304进入养护筒体312，观察筒内气体压力表308，当压力达到设定值时，关闭第一开关303；此时混合料浆进入二氧化碳养护阶段；
S7，养护结束后取出养护块体，根据需求切割成模即可测试试块力学参数。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种利用水泥基材料封存二氧化碳的搅拌养护一体装置，所述搅拌养护一体装置包括搅拌机构和养护装置，其特征在于，所述搅拌机构包括长方体壳体、显示屏、马达、丝杆马达、丝杆、控制系统、电源、可伸缩式三段搅拌杆、搅拌头、传动齿轮和第二齿轮；所述养护装置包括固定盘、固定卡扣和养护筒体；所述固定盘通过其上的固定卡扣固定于养护筒体上方；所述搅拌机构的长方体壳体固定于所述固定盘上方，所述显示屏位于长方体壳体的顶面，下方安装有控制系统，所述马达与所述电源位于长方体壳体内部，所述控制系统与所述马达电性连接，所述电源与所述马达电性连接，所述马达的输出端固定有竖直设置的传动齿轮，所述可伸缩式三段搅拌杆顶部穿过固定盘和长方体壳体底面并通过其顶部水平设置的第二齿轮与传动齿轮传动连接；所述可伸缩式三段搅拌杆下部位于所述养护筒体中，可伸缩式三段搅拌杆自上而下为中空且相互嵌套的第一段搅拌杆、第二段搅拌杆和第三段搅拌杆，其中第三段搅拌杆底端设置有端头，端头周侧固定有搅拌头；所述丝杆垂直设置，顶端与固定在长方体壳体内的丝杆马达传动连接，上部穿过第二齿轮中心的通孔，下部位于可伸缩式三段搅拌杆内部，底端与端头上部转动连接；
所述养护装置还包括二氧化碳气源、气源压力表、第一开关、输气管，安全阀、排气管、第二开关、筒内气体压力表、尾气处理装置、进水管、流量计和防尘密封挡片；所述二氧化碳气源置于所述养护筒体的一侧，通过输气管与所述养护筒体内部连通，所述气源压力表和第一开关位于所述输气管上；所述固定盘上还设置有安全阀和排气管，排气管上设置有筒内气体压力表和第二开关，排气管的尾端连接有尾气处理装置。
2.根据权利要求1所述的搅拌养护一体装置，其特征在于，所述尾气处理装置内装有氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的搅拌养护一体装置，其特征在于，养护筒体材质为强化PVC材料，其内部表面光滑不与水泥基材料粘连。
4.根据权利要求1所述的搅拌养护一体装置，其特征在于，所述显示屏上设置有控制可伸缩式三段搅拌杆正转、反转的按键，开关键、一键急停键，控制可伸缩式三段搅拌杆升、降的按键和控制可伸缩式三段搅拌杆一至六档位转速按键。
5.根据权利要求1所述的搅拌养护一体装置，其特征在于，第一段搅拌杆、第二段搅拌杆、第三段搅拌杆，分别占养护筒体自上而下的0％-30％、30％-60％、60％-90％深度范围。
6.一种利用水泥基材料封存二氧化碳的方法，采用权利要求1-5任意一项所述的搅拌养护一体装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将水泥基材料水泥、矸石和粉煤灰按照设定比例倒入养护筒体中，关闭固定盘同时按下固定卡扣使养护筒体密闭；
S2，由进水管向养护筒体内注水，利用流量计控制注水量，水流推开防尘密封挡片进入养护筒体内，注入完成后防尘密封挡片依靠自重关闭，此时水与水泥基材料混合；
S3，开启第一开关，二氧化碳气体从二氧化碳气源中释放，通过输气管进入养护筒体，观察筒内气体压力表，当压力达到设定值时，关闭第一开关；
S4，开启电源，马达转动带动传动齿轮旋转，进而使得可伸缩式三段搅拌杆带动搅拌头旋转，将可伸缩式三段搅拌杆伸长至最大程度进行混合搅拌；
S5，搅拌结束后，将可伸缩式三段搅拌杆缩回至最大程度并完全脱离混合浆料；使可伸缩式三段搅拌杆继续转动，以将残留在搅拌头和可伸缩式三段搅拌杆上的浆液在离心力的作用下充分甩出；待甩净后，关闭电源使得可伸缩式三段搅拌杆停止转动；
S6，再次开启第一开关补充消耗的二氧化碳，二氧化碳气体从二氧化碳气源中释放，通过输气管进入养护筒体，观察筒内气体压力表，当压力达到设定值时，关闭第一开关，进行养护；
S7，养护结束后取出养护块体，根据需求切割成模。
7.根据权利要求6所述的利用水泥基材料封存二氧化碳的方法，其特征在于，与水混合后的水泥基材料不可超过养护筒体深度的50％。
8.根据权利要求6所述的利用水泥基材料封存二氧化碳的方法，其特征在于，二氧化碳气体从二氧化碳气源通过输气管进入所述养护筒体中，安全阀控制养护筒体内部整体压力，当气压增加过快时，安全阀开启；当养护筒体内气压超过预定值，但增加速度较慢，根据养护筒内气体压力表数据开启第二开关，将二氧化碳气体流入尾气处理装置。
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