CN115259719B - 利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统和方法、以及混凝土混合掺料 - Google Patents

利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统和方法、以及混凝土混合掺料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统和方法、以及混凝土混合掺料，属于工业废弃物处理领域，所述方法包括以下步骤：S1、余浆回收：回收管桩余浆至存储装置中；S2、碳化：将所述存储装置中的管桩余浆转入碳化装置，搅拌状态下向管桩余浆中通入二氧化碳进行碳化；S3、烘干：将碳化后的管桩余浆转入容器内静置分层，除去上清液后烘干，得到余浆块；S4、粉碎研磨：将烘干的余浆块磨成粉末，即制得余浆掺料。本发明利用管桩余浆制备混凝土掺料，减少物料浪费和垃圾处理成本，缓解环境污染的压力，在余浆碳化过程中消耗大量的二氧化碳，减少二氧化碳排放。

Description

利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统和方法、以及混凝土混 合掺料
技术领域
本发明涉及工业废弃物处理领域，具体而言，涉及一种利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统和方法、以及混凝土混合掺料。
背景技术
随着城市化进程的加快，管桩以施工速度快、预制成型质量好、造价低作为一种典型的离心混凝土制品在建筑业的使用越来越多。管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。在管桩生产的离心过程中，会产生大量的废液，即管桩余浆，这是由于在离心的过程中，水泥、骨料等组分在离心力的作用下沿径向管桩外壁运动，由于各组分密度、粒径的不同，由水泥、细砂、水和少量泥土组成的余浆逐渐在管桩内部集中，离心成型后需要倒出处理。管桩余浆含有水泥和减水剂等碱性物质，若随意排放会对水土造成污染。
目前管桩生产企业通常会将余浆倒入余浆沉降池中，通常采用干法和湿法两种处理方式，干法处理为待余浆存储至一定量后进行烘干处理，等水分烘干后破碎，装车运走；湿法则直接使用抽滤泵抽取，运输至垃圾场填埋处理，余浆在运输的过程中会逐渐凝固，造成卸货不便。无论是那种处理方式都将余浆当作废弃物处理，浪费了大量人力物力同时，还污染环境。
管桩余浆中含有一定比例的水泥和矿物掺料，通常占管桩胶凝材料总量的2％-10％。通常生产一万米管桩就要产生50-70m3的余浆，而我国每年预制桩的米数数以亿计，管桩余浆来源于混凝土，如果能够将管桩余浆作为混凝土或混凝土掺料进行回收利用，将极大地降低管桩余浆的处理成本和混凝土的生产成本，同时减轻管桩余浆对环境造成的水土污染。进而产生极大的环境效益和经济效益。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何对管桩余浆进行回收利用，减少其对环境的影响同时降低管桩余浆的处理成本。
为解决上述问题，本发明第一方面提供一种管桩余浆制备混凝土掺料的方法，包括以下步骤：
S1、余浆回收：回收管桩余浆至存储装置中；
S2、碳化：将所述存储装置中的管桩余浆转入碳化装置，搅拌状态下向管桩余浆中通入二氧化碳进行碳化；
S3、烘干：将碳化后的管桩余浆转入容器内静置分层，除去上清液后烘干，得到余浆块；
S4、粉碎研磨：将烘干的余浆块磨成粉末，即制得余浆掺料。
本发明利用管桩余浆制备混凝土掺料，制备方法分为余浆回收、碳化、烘干和磨粉步骤，通过该方法可以将管桩余浆有效回收利用，减少物料浪费和垃圾处理成本，缓解环境污染的压力，在余浆碳化过程中消耗大量的二氧化碳，减少二氧化碳排放，利用管桩余浆制成的混凝土掺料活性优异，掺入到混凝土之后可以改善混凝土的力学性能。
进一步地，所述步骤S2中，所述碳化装置中每分钟通入的二氧化碳体积为管桩余浆体积的1％-3％，碳化时长为3-12h。余浆中大比例的水使其具有较强的碳化潜力，可以消耗大量二氧化碳。
进一步地，所述步骤S2中，碳化温度为50-80℃，优选地，每分钟二氧化碳的通入量约为碳化罐中管桩余浆总量的3％，碳化时长为5h，碳化过程可以提高混凝土掺料的活性，最终有助于提高混凝土的结构强度。
进一步地，所述步骤S3中，静置分层时间为2-4h。控制静置时间，保证余浆与水分层，分层后将上层的清液抽出，抽出的清液可作为管桩生产过程中的水源循环使用。
进一步地，所述步骤S3中，烘干温度为105-140℃，烘干时间为6-12h，确保余浆中的水分被完全去除。
进一步地，所述步骤S4具体包括：先将余浆块切割成适合粉碎研磨装置尺寸的原料块，再用粉碎研磨装置将原料块磨成粒径小于5mm的粉末，为确保碳化余浆粉碎研磨后粉体的活性，粉碎研磨过程将粉体的粒径尽可能小。
本发明第二方面提供一种利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统，包括：
余浆沉降池；
存储装置，用于存放管桩余浆，所述余浆沉降池和所述存储装置通过输送装置连接；
碳化装置，用于管桩余浆碳化，所述碳化装置包括进浆口和出浆口，所述存储装置与所述进浆口通过输送装置连接；
烘干装置，用于烘干碳化的管桩余浆；
粉碎研磨装置，用于将余浆块磨成粉末。
本发明将多个设备组成制备混凝土掺料的系统，余浆回收、碳化、烘干、粉碎研磨四个阶段可以在一套系统内完成，操作方便，生产效率高，实现管桩余浆的高效回收利用。
进一步地，碳化装置包括具有进气通道的搅拌器，所述进气通道与二氧化碳气源连接。由此搅拌器可以实现搅拌和通入二氧化碳气体的双重功能，有利于实现余浆高效碳化。
进一步地，余浆沉降池和存储装置内设有搅拌叶片，避免管桩余浆沉降凝固。
进一步地，所述粉碎研磨装置选自破碎机、粉碎机、球磨机、振动磨机中的至少任意一种，所述粉碎研磨装置可以将余浆块粉碎研磨成粒径很小的粉体，确保掺料的活性。
本发明第三方面提供一种混凝土混合掺料，包括硅灰、石膏和由上述方法制得的余浆掺料，所述硅灰、所述石膏和所述余浆掺料的质量比为20-40:5-20:40-70。余浆掺料可以单独使用，也可以与硅灰、石膏混合使用，在上述质量比例范围内，混合掺料的效果最好。
本发明具备的有益效果：
本发明提供以温室气体二氧化碳和工业废料管桩余浆为原料，经余浆回收、碳化、烘干、粉碎研磨步骤后制得工业混凝土掺料，实现了管桩余浆有效回收利用，大幅降低了工业废料的处理成本，缓解了环境污染压力；同时在余浆碳化过程中，消耗了大量的二氧化碳，也为二氧化碳的减排提供一种新的思路；利用管桩余浆制得的掺料可以有效改善混凝土的力学性能，做到了变废为宝，具有很高的经济价值。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中利用管桩余浆制备混凝土掺料时的物料流向图。
图2为本发明具体实施方式中管桩余浆制备混凝土掺料的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明的具体实施方式提供一种利用管桩余浆制备混凝土掺料的方法，结合图1和图2所示，该方法包括如下步骤：
S1、余浆回收：将余浆沉降池中的管桩余浆回收至存储装置中，回收过程可以通过抽滤机器进行输送。
S2、碳化：将存储装置中的管桩余浆转入碳化装置，搅拌状态下向管桩余浆中通入二氧化碳进行碳化。碳化过程中，二氧化碳的通气量为管桩余浆的1％-3％，碳化时长为3-12h，碳化装置内的温度控制在50-80℃。碳化过程可以提高混凝土掺料的活性，最终有助于提高混凝土的结构强度，并且可以消耗大量二氧化碳，减少温室气体排放。
S3、烘干：将碳化后的管桩余浆转入容器内静置分层，除去上清液后烘干，得到余浆块。静置分层时间为2-4h，分层后将上层的清液抽出，抽出的清液可作为管桩生产过程中的水源循环使用；烘干温度为105-140℃，烘干时间为6-12h，确保余浆中的水分被完全去除。
S4、粉碎研磨：将烘干的余浆块磨成粉末，即制得余浆掺料。具体过程是先将余浆块切割成适合粉碎研磨装置尺寸的原料块，再用粉碎研磨装置将原料块磨成粒径小于5mm的粉末，为确保碳化余浆粉碎研磨后粉体的活性，粉碎研磨过程将粉体的粒径尽可能小。
上述制备方法分为余浆回收、碳化、烘干和磨粉步骤，通过该方法可以将管桩余浆有效回收利用，减少物料浪费和垃圾处理成本。
由上述方法制得的余浆掺料可以单独使用，其活性优异，掺入到混凝土之后可以改善混凝土的力学性能。余浆掺料单独使用时，掺入混凝土的量为5-20wt％。
余浆掺料还可以与硅灰、石膏混合制成混凝土混合掺料，混合掺料中硅灰、石膏和余浆掺料的质量比为20-40:5-20:40-70。
为完成上述方法，本发明的具体实施方式还提供一种利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统，包括余浆沉降池、存储装置、碳化装置、烘干装置和粉碎研磨装置。其中存储装置用于存放管桩余浆，其与余浆沉降池和通过输送装置连接；碳化装置包括进浆口和出浆口，存储装置与进浆口通过输送装置连接；烘干装置用于烘干碳化的管桩余浆，烘干装置可以选择烘干器、干燥箱、烘干室等；粉碎研磨装置用于将余浆块磨成粉末，粉碎研磨设备可以选择破碎机、粉碎机、球磨机、振动磨机等。
由于管桩余浆中含有水泥等胶凝剂，在管桩余浆的前期处理过程中，应不断搅拌以使管桩余浆呈液态。因此在本系统中，余浆沉降池、存储装置、碳化装置中均设有搅拌器。其中余浆沉降池、存储装置的搅拌叶片位于装置底部；碳化装置的搅拌叶片贯穿装置中心，同时碳化装置的搅拌器还具有与外部二氧化碳气源相连的进气通道，搅拌器具有搅拌和通入二氧化碳气体的双重功能，实现管桩余浆的高效碳化。
上述系统将多个设备有机结合，使余浆回收、碳化、烘干、粉碎研磨四个阶段可以在一套系统内完成，操作方便，生产效率高，从而实现了管桩余浆的高效回收利用。
下面结合具体的实施例对发明进行清楚、完整的描述，以下实施例中记载的混凝土都采用C80的级配，只在掺料上作调整。
实施例1
本实施例利用管桩余浆制备混凝土掺料，先将余浆沉降池中的管桩余浆回收至装有搅拌叶片的存储装置中；再将存储装置中的管桩余浆转入碳化装置进行碳化，碳化过程中不停搅拌，搅拌速率为60rpm，碳化温度控制在55±3℃，每分钟通入的二氧化碳体积约为碳化装置中管桩余浆体积的 1.5％，碳化时长为4h；碳化后管桩余浆转移至铁质容器中，静置分层2h，除去上清液，管桩余浆烘干得到余浆块；余浆块切割后投入立式球磨机进行研磨，球磨时长为200min，即制得余浆掺料。经测试，本实施例制得的余浆掺料比表面积为570-620m2/kg。
实施例2
本实施例利用管桩余浆制备混凝土掺料，先将余浆沉降池中的管桩余浆回收至装有搅拌叶片的存储装置中；再将存储装置中的管桩余浆转入碳化装置进行碳化，碳化过程中不停搅拌，搅拌速率为60rpm，碳化温度控制在55±3℃，每分钟通入的二氧化碳体积约为碳化装置中管桩余浆体积的 3％，碳化时长为6h；碳化后管桩余浆转移至铁质容器中，静置分层2h，除去上清液，管桩余浆烘干得到余浆块；余浆块切割后投入立式球磨机进行研磨，球磨时长为130min，即制得余浆掺料。经测试，本实施例制得的余浆掺料比表面积为440-490m2/kg。
实施例3
本实施例利用管桩余浆制备混凝土掺料，先将余浆沉降池中的管桩余浆回收至装有搅拌叶片的存储装置中；再将存储装置中的管桩余浆转入碳化装置进行碳化，碳化过程中不停搅拌，搅拌速率为90rpm，碳化温度控制在55±3℃，每分钟通入的二氧化碳体积约为碳化装置中管桩余浆体积的 3％，碳化时长为12h；碳化后管桩余浆转移至铁质容器中，静置分层2h，除去上清液，管桩余浆烘干得到余浆块；余浆块切割后投入立式球磨机进行研磨，球磨时长为220min，即制得余浆掺料。经测试，本实施例制得的余浆掺料比表面积为580-640m2/kg。
实施例4
将实施例1制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为5wt％，得到混凝土。
实施例5
将实施例1制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为10wt％，得到混凝土。
实施例6
将实施例1制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为15wt％，得到混凝土。
实施例7
将实施例1制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例8
将实施例2制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为5wt％，得到混凝土。
实施例9
将实施例2制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为10wt％，得到混凝土。
实施例10
将实施例2制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为15wt％，得到混凝土。
实施例11
将实施例2制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例12
将实施例3制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为5wt％，得到混凝土。
实施例13
将实施例3制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为10wt％，得到混凝土。
实施例14
将实施例3制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为15wt％，得到混凝土。
实施例15
将实施例3制得的余浆掺料掺入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例16
将70份实施例1制得的余浆掺料与20份硅灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例17
将65份实施例1制得的余浆掺料与30份硅灰、5份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例18
将60份实施例1制得的余浆掺料与30份硅灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例19
将55份实施例1制得的余浆掺料与30份硅灰、15份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例20
将50份实施例1制得的余浆掺料与40份硅灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例21
将50份实施例1制得的余浆掺料与30份硅灰、20份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20％，得到混凝土。
实施例22
将55份实施例2制得的余浆掺料与40份粉煤灰、5份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例23
将50份实施例2制得的余浆掺料与40份粉煤灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例24
将45份实施例2制得的余浆掺料与40份粉煤灰、15份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例25
将40份实施例2制得的余浆掺料与40份粉煤灰、20份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例26
将40份实施例2制得的余浆掺料与50份粉煤灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例27
将30份实施例2制得的余浆掺料与60份粉煤灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例28
将70份实施例3制得的余浆掺料与20份硅灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例29
将65份实施例3制得的余浆掺料与30份硅灰、5份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例30
将60份实施例3制得的余浆掺料与30份硅灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例31
将55份实施例3制得的余浆掺料与30份硅灰、15份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例32
将50份实施例3制得的余浆掺料与40份硅灰、10份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
实施例33
将50份实施例3制得的余浆掺料与30份硅灰、20份石膏混合得到混合掺料，将混合掺料加入混凝土体系中，掺入量为20wt％，得到混凝土。
测试实施例4-33的28d强度，结果如下表所示。
Figure SMS_1
分析对比实施例4-实施例33，可以看出，碳化时间、球磨时间越长，余浆掺料性能越好，单掺余浆掺料的混凝土性能已经能够达到C80混凝土的级配要求，但混合掺料的效果较单掺余浆掺料的效果更好，在混凝土中固定掺入20wt％的混合掺料，管桩余浆掺料：硅灰：石膏的用量比例为 60:30:10时，混合掺料效果最好。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用管桩余浆制备混凝土掺料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、余浆回收：回收管桩余浆至存储装置中；
S2、碳化：将所述存储装置中的管桩余浆转入碳化装置，搅拌状态下向管桩余浆中通入二氧化碳进行碳化，碳化装置中每分钟通入的二氧化碳体积为管桩余浆体积的1%-3%，碳化时长为3-12h，碳化温度为50-80℃；
S3、烘干：将碳化后的管桩余浆转入容器内静置分层，除去上清液后烘干，得到余浆块；
S4、粉碎研磨：将烘干的余浆块磨成粉末，即制得余浆掺料。
2.如权利要求1所述的利用管桩余浆制备混凝土掺料的方法，其特征在于，所述步骤S3中，静置分层时间为2-4h。
3.如权利要求2所述的利用管桩余浆制备混凝土掺料的方法，其特征在于，所述步骤S3中，烘干温度为105-140℃，烘干时间为6-12h。
4.如权利要求2所述的利用管桩余浆制备混凝土掺料的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括先将余浆块切割成适合粉碎研磨装置尺寸的原料块，再用粉碎研磨装置将原料块磨成粒径小于5mm的粉末。
5.一种利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统，其特征在于，包括：
余浆沉降池；
存储装置，用于存放管桩余浆，所述余浆沉降池和所述存储装置通过输送装置连接；
碳化装置，用于管桩余浆碳化，所述碳化装置包括进浆口和出浆口，所述存储装置与所述进浆口通过输送装置连接，所述碳化装置包括具有进气通道的搅拌器，进气通道与二氧化碳气源连接，余浆沉降池和存储装置内设有搅拌叶片；
烘干装置，用于烘干碳化的管桩余浆；
粉碎研磨装置，用于将余浆块磨成粉末。
6.如权利要求5所述的利用管桩余浆制备混凝土掺料的系统，其特征在于，所述粉碎研磨装置选自破碎机、粉碎机、球磨机、振动磨机中的任意一种。
7.一种混凝土混合掺料，其特征在于，包括硅灰、石膏和如权利要求1-4任一方法制得的余浆掺料，所述硅灰、所述石膏和所述余浆掺料的质量比为20-40:5-20:40-70。
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