CN116003161A - 一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了退回流态混凝土资源化利用领域的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土。所述制备方法包括如下步骤：(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比，并与三乙胺混合均匀；(2)向步骤(1)浆体中通入CO2气体；(3)将石灰石粉和煅烧黏土加入步骤(2)的碳化退回混凝土中，充分搅拌。(4)将前述混合碳化退回混凝土静置一定时间后，等体积取代新拌混凝土，并搅拌均匀，制得低碳混凝土。本发明专利提出利用三乙胺作为纳米碳化产物诱导剂，加速与煅烧黏土中氧化铝反应，形成更多的碳铝酸盐水合物，提高低碳混凝土的力学性能，制成低碳混凝土，环境和经济效益显著，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于搅拌站退回混凝土资源化利用领域，具体涉及一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土。
背景技术
全球气候变暖正在给人类的生存和发展带来严峻挑战，因气候变暖而引发的气候变化、生物多样性丧失、食物危机、荒漠化加剧、极端气候事件频发等问题受到全球高度关注。据统计，2020年我国CO2排放量达到91.3亿吨，占全球CO2排放量的31％，如何捕集、固化和封存CO2是学界与工业界努力探究的热点方向。
混凝土材料为典型富钙和富碱材料，使用量巨大，吸收CO2最具潜力的材料之一。在混凝土材料使用过程中，泵送混凝土是混凝土的主要利用方式，其将混凝土在搅拌站拌好，通过调控外加剂制得一定时间后凝结的流态混凝土，然后运输到施工现场使用。然而，因质量问题、时间延误等问题，实际工程中常产生较多量废弃新拌混凝土需要退回搅拌站，该部分混凝土称之为退回混凝土。当前，退回混凝土已成为搅拌站的重要废弃物来源，对搅拌站可持续发展造成了重要的影响，如何循环利用退回混凝土成为企业关心的重要内容。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，利用三乙胺调控碳酸钙自组装形成微纳米活性碳酸钙，与煅烧黏土形成复合低碳混凝土，实现高附加值利用退回混凝土，并吸碳降碳。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供一种退回混凝土循环利用方法，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至特定数值。
(2)将三乙胺与步骤(1)调节后的退回混凝土混合并搅拌均匀。
(3)向步骤(2)含有三乙胺的退回混凝土中通入CO2气体一定时间。
(4)将石灰石粉和煅烧黏土加入步骤(3)的碳化退回混凝土中，充分搅拌，备用。
进一步地，步骤(1)中，所述的使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.5～0.8。在该步骤中，退回混凝土水胶比需要调高，主要作用是为步骤(4)提供充足的拌合水。
进一步地，步骤(2)中，三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.02:100～0.3:100；优选地，三乙胺为工业纯或分析纯液体。在该步骤中，三乙胺的主要作用是调控水泥碳化产物颗粒尺寸，由于三乙胺是小分子表面活性剂，可大幅降低碳化产物的表面自由能，促使形成纳米碳化产物，包括纳米碳酸钙和纳米氧化硅凝胶。其中，所形成的纳米碳酸钙可与煅烧黏土中氧化铝反应，加速碳铝酸盐水合物的形成，提高低碳混凝土的胶结能力。
进一步地，步骤(3)中，所述通入CO2气体时间为30分钟至4小时，优选地，通气时间为2小时。
进一步地，步骤(4)中，所述石灰石粉和煅烧黏土掺量，以重量份计组成为：碳化退回混凝土200份，石灰石粉15～35份，煅烧黏土15～35份。
进一步地，步骤(4)中，所述石灰石粉主要成分为碳酸钙，颗粒尺度小于150μm。
进一步地，步骤(4)中，所述煅烧黏土为高岭土经过500至900℃煅烧后粘土粉体，优选地，颗粒尺度小于150μm。
第二方面，一种低碳混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将前述混合碳化退回混凝土静置一定时间。
(2)将步骤(1)静置后的混合碳化退回混凝土等体积取代新拌混凝土，并搅拌均匀，制得低碳混凝土。
进一步地，步骤(1)中，所述静置一定时间为20～60分钟，优选地，静置时间为30分钟。将混合碳化后退回混凝土静置一定时间的主要作用是，碳化后的退回混凝土在三乙胺的诱导下，形成大量纳米碳酸钙颗粒，将其静置一定时间，有利于退回混凝土中的未水泥颗粒的进一步水化，形成更多水泥成核种源，降低退回混凝土对所制备的低碳混凝土新拌性能的不利影响。
进一步地，步骤(2)中，所述使用碳化退回混凝土等体积取代新拌混凝土的体积取代比例为10％～30％。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的退回混凝土碳化复用方法，可减少因处置退回混凝土而产生的设备、场地、环保、安全等问题，实现资源循环利用，生态和经济效益显著。
2、本发明利用退回混凝土作为富钙富碱材料吸收CO2，利用三乙胺诱导碳化产物形成纳米碳化产物，形成水泥成核位点，促进水泥水化。同时利用所诱导形成的纳米碳酸钙，加速与煅烧黏土中氧化铝反应，形成更多的碳铝酸盐水合物，提高低碳混凝土的力学性能。
3、本发明提出利用三乙胺晶型诱导作用形成纳米晶核的方法，具有直接推广到新拌混凝土的制备中，原位形成大量纳米碳酸钙，激发水泥水化潜力，实现降低碳排放和提高混凝土性能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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为实施例1中的低碳混凝土3天龄期时扫描电镜图。
图2为实施例2中的低碳混凝土3天龄期时扫描电镜图。
图3为实施例3中的低碳混凝土3天龄期时扫描电镜图。
图4为实施例4中的低碳混凝土3天龄期时扫描电镜图。
图5为实施例5中的低碳混凝土3天龄期时扫描电镜图。
图6为实施例6中的低碳混凝土3天龄期时扫描电镜图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1、一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.7，备用。
(2)按照所述三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.05:100，将两者混合并搅拌均匀。之后通入CO2气体1小时。
(3)按照所述的质量份碳化混凝土120份，石灰石粉25份，煅烧黏土15份混合均匀。
2、一种低碳混凝土，包括如下步骤：
(Ⅰ)将混合碳化退回混凝土静置30分钟，之后等体积20％新拌混凝土C30混凝土，制得低碳混凝土。
(II)将上述原料混合后搅拌均匀，即得低碳混凝土。将所述低碳混凝土浇筑在150mm×150mm×150mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。然后将得到的混凝土试块拆模，并分别自然养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期的低碳混凝土试块的抗压强度，结果如表1所示。
实施例2
1、一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.6，备用。
(2)按照所述三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.03:100，将两者混合并搅拌均匀。之后通入CO2气体1.5小时。
(3)按照所述的质量份碳化混凝土200份，石灰石粉25份，煅烧黏土15份混合均匀。
2、一种低碳混凝土，包括如下步骤：
(Ⅰ)将混合碳化退回混凝土静置30分钟，之后等体积取代15％新拌混凝土C30混凝土，制得低碳混凝土。
(II)将所述低碳混凝土浇筑在150mm×150mm×150mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。然后将得到的混凝土试块拆模，并分别自然养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期的低碳混凝土试块的抗压强度，结果如表1所示。
实施例3
1、一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.7，备用。
(2)按照所述的质量份退回混凝土120份，石灰石粉25份，煅烧黏土15份混合均匀。
2、一种低碳混凝土，包括如下步骤：
(Ⅰ)将混合退回混凝土静置30分钟，之后等体积取代20％新拌混凝土C30混凝土，制得低碳混凝土。
(II)将所述低碳混凝土浇筑在150mm×150mm×150mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。然后将得到的混凝土试块拆模，并分别自然养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期的低碳混凝土试块的抗压强度，结果如表1所示。
实施例4
1、一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.7，备用。
(2)按照所述三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.05:100，将两者混合并搅拌均匀。之后通入CO2气体1小时。
(3)按照所述的质量份碳化混凝土120份，煅烧黏土40份混合均匀。
2、一种低碳混凝土，包括如下步骤：
(Ⅰ)将混合碳化退回混凝土静置30分钟，之后等体积取代新拌混凝土C30混凝土，制得低碳混凝土。
(II)将上述原料混合后搅拌均匀，即得低碳混凝土。将所述低碳混凝土浇筑在150mm×150mm×150mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。然后将得到的混凝土试块拆模，并分别自然养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期的低碳混凝土试块的抗压强度，结果如表1所示。
实施例5
1、一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.7，备用。
(2)按照所述三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.05:100，将两者混合并搅拌均匀。之后通入CO2气体1小时。
(3)按照所述的质量份碳化混凝土120份，石灰石粉40份混合均匀。
2、一种低碳混凝土，包括如下步骤：
(Ⅰ)将混合碳化退回混凝土静置30分钟，之后等体积取代新拌混凝土C30混凝土，制得低碳混凝土。
(II)将上述原料混合后搅拌均匀，即得低碳混凝土。将所述低碳混凝土浇筑在150mm×150mm×150mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。然后将得到的混凝土试块拆模，并分别自然养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期的低碳混凝土试块的抗压强度，结果如表1所示。
实施例6
1、一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.7，备用。
(2)按照所述三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.05:100，将两者混合并搅拌均匀。之后通入CO2气体1小时。
(3)按照所述的质量份碳化混凝土120份，石灰石粉25份，煅烧黏土15份混合均匀。
2、一种低碳混凝土，包括如下步骤：
(Ⅰ)将混合碳化退回混凝土等体积取代20％新拌混凝土C30混凝土，制得低碳混凝土。
(II)将上述原料混合后搅拌均匀，即得低碳混凝土。将所述低碳混凝土浇筑在150mm×150mm×150mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。然后将得到的混凝土试块拆模，并分别自然养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期的低碳混凝土试块的抗压强度，结果如表1所示。
性能测试和结构表征
1、对上述实施例1～6制备养护龄期为3天的低碳混凝土试块，使用FlexSEM1000扫描电镜分析试块微观结构，结果分别如说明书附图1～6所示。从图1～2可以看出，低碳混凝土微结构中出现大量纳米颗粒，广泛分布在混凝土微结构中，这对提升混凝土微结构密实性具有重要的作用和意义，这充分说明利用三乙胺可诱导纳米颗粒碳化产物形成。这些诱导形成的碳化产物进一步与煅烧黏土发生反应，产生更多的分散性较好的纳米级碳铝酸盐水合物。而从图3～6可以看出，混凝土微结构未出现类似纳米颗粒产物，这说明实施例3～6未能通过形成纳米碳化产物或纳米碳化产物与煅烧黏土反应形成纳米级碳铝酸盐水合物。
2、使用压力机对上述各实施例养护至不同龄期(3天、7天、28天)的低碳混凝土试块的抗压强度测试结果如表1所示。可以看出，实施例1制备的低碳混凝土的抗压强度明显高于实施例3～6，这种强度增长现象主要是由于三乙胺诱导形成了纳米碳化碳酸钙，形成水泥成核位点，促进水泥水化，且与石灰石粉和煅烧黏土复合形成了胶结作用，加速碳铝酸盐水合物的形成，提高低碳混凝土的胶结能力，从而对混凝土强度的提升起到显著的促进作用。
表1
Claims (10)
1.一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，包括如下步骤：
(1)使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至特定数值。
(2)将三乙胺与步骤(1)调节后的退回混凝土混合并搅拌均匀。
(3)向步骤(2)含有三乙胺的退回混凝土中通入CO2气体一定时间。
(4)将石灰石粉和煅烧黏土加入步骤(3)的碳化退回混凝土中，充分搅拌，备用。
(5)将前述混合碳化退回混凝土静置一定时间。
(6)将步骤(5)静置后的混合碳化退回混凝土等体积取代新拌混凝土，并搅拌均匀，制得低碳混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(1)中，所述的使用水调节退回混凝土泥浆水胶比至0.5～0.8。
3.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(2)中，三乙胺与退回混凝土的质量比例为0.02:100～0.3:100。
4.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(2)中，三乙胺为工业纯或分析纯液体。
5.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(3)中，所述通入CO2气体时间为30分钟至4小时，优选地，通气时间为2小时。
6.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(4)中，所述石灰石粉和煅烧黏土掺量，以重量份计组成为：碳化退回混凝土200份，石灰石粉15～35份，煅烧黏土15～35份。
7.根据权利要求5所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，所述石灰石粉主要成分为碳酸钙，颗粒尺度小于150μm。
8.根据权利要求5所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，所述煅烧黏土为高岭土经过500至900℃煅烧后粘土粉体，优选地，颗粒尺度小于150μm。
9.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(5)中，所述静置一定时间为20～60分钟，优选地，静置时间为30分钟。
10.根据权利要求1所述的一种退回混凝土循环利用方法及其制备的低碳混凝土，其特征在于，步骤(6)中，所述使用碳化退回混凝土等体积取代新拌混凝土的体积取代比例为10％～30％。
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|---|---|---|---|---|
| US20140261089A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | ADA-ES, Inc. | Methods for solidification and stabilization of industrial byproducts |
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| CN113603402A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-05 | 武汉工程大学 | 一种利用搅拌站废浆制备抗碳化型混凝土的方法 |
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-
2022
- 2022-09-26 CN CN202211173681.2A patent/CN116003161A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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