CN116283089A - 一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法：取废弃的混凝土梁经破碎、分离得到的再生混凝土骨料，将骨料、高固含的商混废浆、湿磨球、晶型调控剂、水混合后湿磨并通入CO2，通过水冷装置控制温度，得到固碳强化再生骨料浆料。将称好的400‑750份浆料、130‑225份水泥、185‑295份粉煤灰、20‑30份水，放入搅拌机中搅拌4min，将搅匀后的原料压制成型，在标准养护室中养护，得到固碳强化再生骨料砂浆。本发明成本低廉、能耗低，为商混废浆与再生骨料提供了一种新型高效的CO2矿化利用方法。
Description
技术领域
本发明涉及工业固废固碳综合利用技术领域，尤其涉及一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，建筑业也蓬勃发展。每年因建设和拆除产生的废弃混凝土数量巨大。建筑垃圾堆积是目前亟待解决的环境问题之一，利用建筑垃圾制备再生粗骨料(RCA)，并将其应用于混凝土中是解决该问题的重要措施之一，并且可以有效解决天然骨料短缺的问题。然而，RCA吸水率高、压碎值大、界面过渡带弱的特点限制了RCA在实际工程中的大规模应用。要想使再生骨料配制的混凝土达到普通混凝土的标准，必须对再生骨料进行强化处理。
搅拌站数量日益增加，对搅拌站绿色生产的要求也越来越高，生产混凝土过程中产生的废浆污染问题亟待解决。混凝土生产过程、混凝土运输车辆、场地清洗过程会产生较多的废水废浆及固体废弃物，这些含有碱性物质的废浆及大量的固体废弃物直接排放，会严重污染周围水资源、土壤资源，甚至堵塞附近市政管网，对居民正常生活产生一定程度影响。因此，搅拌站废浆和固体废弃物资源化回收再利用得到了前所未有的重视。同时我国于2020年9月提出“双碳”目标——碳排放总量力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。建筑行业作为经济社会发展的基础性行业，与减碳、控碳有密切关系，应积极全方位服务于“双碳”目标实现。
申请号为CN202110418634.9的中国发明专利申请公开了一种再生骨料的强化处理方法、采用再生骨料的低自收缩砂浆及其制备方法，主要特点是使用稀硫酸和稀醋酸对再生骨料进行浸泡对再生骨料进行强化，虽然优化了再生骨料的物理性能，但制备过程中向其中添加的强酸与弱酸成本较高，且处理过后的酸性物质难以回收，留存在骨料中的强酸与弱酸会对水泥水化造成影响，使砂浆的强度产生损失。
申请号为CN201610833615.1的中国发明专利申请公开了一种强化再生骨料的制备方法及强化再生骨料混凝土，主要特点是将再生骨料浸泡在水玻璃与甲基硅酸钾溶液中进行强化改性。尽管利用水玻璃与甲基硅酸钾溶液特有的化学性质对再生骨料进行改性，通过改性处理制备出强化的再生骨料，但该骨料的固碳率不高，早期强度不理想，无法做到二氧化碳减排最大化。
发明内容
为了积极服务于“双碳”目标的实现，同时解决再生骨料吸水率高、孔隙率高、早期强度不理想，以及混凝土废浆等固废的排放污染的问题，本发明提供了一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法。该方法一方面将废浆与骨料混合在湿磨固碳过程中有效提高CO2转化率，另一方面通过混合碳化削弱了再生骨料表面的水泥浆体的碱性，同时在再生骨料表面附着上新的纳米碳酸钙层在界面过渡区与旧水泥能够很好的填充与包裹，解决了其高吸水、高孔隙与再生骨料自身强度低的问题，制备出新型固碳强化骨料。
本发明的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将废弃的混凝土梁经破碎、分离得到再生混凝土骨料。
步骤2、以重量份计，取步骤1中400-500份再生混凝土骨料、80-100份高固含的商混废浆与240-300份湿磨球、20-30份晶型调控剂、180-220份水混合后湿磨。湿磨过程中向立式搅拌磨中通入浓度为40±5％、气速2.5-3.6kg/h的CO2进行碳化反应。通过水冷装置控制反应温度，直至浆体pH＝7.3～7.6时，停止通入CO2，继续湿磨0.5h，去除湿磨球，得到所需浆料。
步骤3、取步骤2中400-750份浆料、130-225份水泥、185-295份粉煤灰、20-30份水放入搅拌机中低速搅拌2～4min，高速搅拌2～4min；然后浇筑成试块，得到混合砂浆。优选地，低速搅拌2min，高速搅拌2min。
步骤4、将步骤3中得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，得到固碳强化再生骨料砂浆。
优选的，所述再生混凝土骨料的粒径小于2.5mm。
优选的，所述商混废浆固水重量比为0.6～0.7，废浆中钙质量值占30-40％。优选地，所述商混废浆固水重量比为0.6。
优选的，所述步骤2中湿磨球为氧化锆研磨体，氧化锆研磨体的直径特征：0.8mm：0.5mm：0.2mm的质量比为2：4：4。
优选的，所述步骤2中所述pH＝7.3～7.6时化学作用反应方程式Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O，若pH＜7时，稳定的CaCO3将会与CO2和H2O继续反应，生成可溶性Ca(HCO3)2。
优选的，所述步骤2中继续湿磨0.5h的目的是抑制再生骨料与商混废浆混合碳酸化反应后碳酸钙体积变大问题，控制生成的纳米碳酸钙颗粒粒径范围，同时保证强化再生骨料粒径为0.08-5mm。
优选的，所述步骤2中的晶型调控剂为浓度为5％～10％的磷酸二氢钾。
优选的，所述步骤2中的水冷装置为水循环装置，水冷控制碳化温度在20±2℃。
优选的，所述步骤4中养护温度为20±2℃，湿度为90％。
本发明方法机理如下：
将废弃骨料与废浆混合后进行湿磨研磨与碳酸化处理，可以分离废弃骨料表面附着的水泥浆体，同时碳化后的废浆与残留的水泥浆体会在骨料表面形成一个致密的碳酸盐包裹层，进而优化再生骨料的吸水率与孔隙率，使再生骨料的物理性能得到强化。
废浆与水泥浆体中含有碱性离子。湿法研磨过程中，能够使混合浆体与CO2接触面积增大，提升碱性离子活性，进而提高其溶出率。湿法研磨过程中的剧烈机械作用力有效超细化碳酸盐颗粒，使其在骨料表面形成致密的包裹层。0.6～0.7固水重量比的商混废浆属于高固含废浆，高固含的废浆中含有更多碱金属离子，在湿磨碳化反应后，有更高的固碳效率，并有利于强化再生骨料。
氧化锆研磨体在湿磨过程中不会参与反应也不会被消耗，起到研磨的作用。相关直径为试验所得最佳配比，其研磨效率最好。
在晶型调控剂与控制温度作用下，增大CO2溶解效率，利用磷酸二氢钾制备出高纯度的方解石型碳酸钙。制备再生骨料砂浆过程中，形成的微尺寸碳酸盐微晶加速水泥水化速率，并填补其中的裂缝，进而提高砂浆抗弯与抗压强度。
碳化会消除新水泥与废弃骨料表面附着的水泥之间不兼容的性质，消除其对再生骨料工作性能的负面影响，使再生骨料的性能强化的目的得以实现。
本发明具有如下优点：
利用湿法研磨工艺将碳酸钙颗粒始终保持至纳米粒径，同时降低再生骨料粒径，制备工艺简单、操作方便以及颗粒范围可控，适合工业化大规模生产；
湿法研磨产生的机械作用力会分散纳米碳酸钙颗粒，使得纳米碳酸钙颗粒分散均匀，使CO2充分与溶液中的钙离子反应，提高固碳效率；
在湿法研磨过程中加入少量磷酸二氢钾试剂即可控制碳酸钙颗粒晶型，晶型调控手段操作简单，且晶型可控。
本发明解决了强化再生骨料高吸水率、高空隙率的惯有难题，强化再生骨料的性能优异，可大规模生产。
制备的强化骨料砂浆早期性能优异，耐久性好，为商业混凝土搅拌站废浆以及废弃混凝土的CO2矿化提供了很好的应用途径。
具体实施方式
实施例1
(1)取分离得到的400份再生混凝土骨料与80份0.6水固比的商混废浆、180份水混合，加入20份浓度为5％的磷酸二氢钾，240份直径为0.8mm：0.5mm：0.2mm，质量比为2：4：4氧化锆研磨体混合置于立式搅拌磨中以转速700r/min，水冷控制温度在20℃，研磨2h；湿磨的过程中向立式搅拌磨中通入浓度为35％，气速为2.5kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体pH＝7.3时，停止通入CO2，继续湿磨0.5h，去除湿磨球，得到浆料。吸水率、表观密度见表1。
(2)取步骤1中480份浆料、135份水泥、185份粉煤灰、20份水放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。
(3)将步骤2中得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，得到固碳强化再生骨料砂浆。1d抗压强度、砂浆吸水率、氯离子迁移系数见表1。
实施例2
(1)取分离得到的450份再生混凝土骨料与90份0.6水固比的商混废浆、200份水混合，加入25份浓度为5％的磷酸二氢钾，270份直径为0.8mm：0.5mm：0.2mm，质量比为2：4：4氧化锆研磨体混合置于立式搅拌磨中以转速700r/min，水冷控制温度在20℃，研磨2h；湿磨的过程中向立式搅拌磨中通入浓度为40％，气速为2.5kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体pH＝7.3时，停止通入CO2，继续湿磨0.5h，去除湿磨球，得到浆料。吸水率、表观密度见表1。
(2)取步骤1中600份浆料、175份水泥、235份粉煤灰、24份水放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。
(3)将步骤2中得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，得到固碳强化再生骨料砂浆。1d抗压强度、砂浆吸水率、氯离子迁移系数见表1。
实施例3
(1)取分离得到的500份再生混凝土骨料与100份0.6水固比的商混废浆、220份水混合，加入30份浓度为5％的磷酸二氢钾，300份直径为0.8mm：0.5mm：0.2mm，质量比为2：4：4氧化锆研磨体混合置于立式搅拌磨中以转速700r/min，水冷控制温度在20℃，研磨2h；湿磨的过程中向立式搅拌磨中通入浓度为45％，气速为3.6kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体pH＝7.3时，停止通入CO2，继续湿磨0.5h，去除湿磨球，得到浆料。吸水率、表观密度见表1。
(2)取步骤1中750份浆料、225份水泥、295份粉煤灰、30份水放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。
(3)将步骤2中得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，得到固碳强化再生骨料砂浆。1d抗压强度、砂浆吸水率、氯离子迁移系数见表1。
对比例1
将400份再生混凝土骨料，均匀铺开，通入35％浓度，气速为2.5kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。喷1％浓度的酒精酚酞溶液指示剂，完全碳化的样品不变红，未完全碳化样品变红色，目测碳化样品变红的区域小于5％，得到强化再生骨料，取所得270份骨料、135份水泥、50份粉煤灰、90份水放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。将得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，养护时间为3d，得到砂浆试块。吸水率、表观密度、1d抗压强度、砂浆吸水率、氯离子迁移系数见表1。
对比例2
将500份再生混凝土骨料，均匀铺开，通入45％浓度，气速为3.6kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。喷1％浓度的酒精酚酞溶液指示剂，完全碳化的样品不变红，未完全碳化样品变红色，目测碳化样品变红的区域小于5％，得到强化再生骨料，取所得475份骨料、225份水泥、100份粉煤灰、165份水放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。将得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，养护时间为3d，得到砂浆试块。吸水率、表观密度、1d抗压强度、砂浆吸水率、氯离子迁移系数见表1。
表1 吸水率、表观密度、1d抗压强度、砂浆吸水率、氯离子迁移系数
| 名称 | 吸水率 | 表观密度 | 1d抗压强度 | 砂浆吸水率 | 氯离子迁移系数 |
| 实施例1 | 4.35％ | 2.80kg/m3 | 9.3MPa | 12.3％ | 0.9×10-12m2/s |
| 实施例2 | 4.12％ | 2.84kg/m3 | 9.5MPa | 11.8％ | 0.8×10-12m2/s |
| 实施例3 | 3.84％ | 2.92kg/m3 | 10.2MPa | 10.5％ | 0.6×10-12m2/s |
| 对比例1 | 7.84％ | 2.34kg/m3 | 5.8MPa | 15.5％ | 3.5×10-12m2/s |
| 对比例2 | 7.72％ | 2.37kg/m3 | 6.2MPa | 14.9％ | 3.8×10-12m2/s |
从表1可知，将废弃混凝土与商混废浆混合运用了湿法研磨工艺进行碳化处理得到的强化再生骨料能有效改善再生骨料表面附着水泥浆体的性质，使再生骨料的物理性能得到强化。经过本发明工艺处理的再生骨料，与普通碳化处理的再生骨料相比，吸水率明显减小，表观密度明显增大。湿磨碳化处理工艺中生成的微型方解石加速了水泥水化，并填充了附着水泥浆体的毛细孔，使附着水泥浆体的结构更致密，减小了强化再生砂浆的吸水率，有效增大了强化再生砂浆的抗压强度，提高了强化再生骨料的品质。碳化处理的商混废浆在骨料表面形成的致密的碳酸盐层消除了新旧水泥不兼容的性质，使界面过渡区得到改善，从而显著减小了氯离子迁移系数。
本发明对混凝土废浆的处置与再生骨料的强化提供了新思路，在处置与强化过程中有效吸收CO2，达到永久性固碳的效果，绿色环保，对矿化产物提供了很好的应用场景。具有广泛的应用前景。
Claims (10)
1.一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将废弃的混凝土梁经破碎、分离得到再生混凝土骨料；
步骤2、以重量份计，取步骤1中400-500份再生混凝土骨料、80-100份高固含的商混废浆与240-300份湿磨球、20-30份晶型调控剂、180-220份水混合后湿磨，湿磨过程中向立式搅拌磨中通入浓度为40±5％、气速2.5-3.6kg/h的CO2进行碳化反应，通过水冷装置控制反应温度，直至浆体pH＝7.3～7.6时，停止通入CO2，继续湿磨0.5h，去除湿磨球，得到所需浆料；
步骤3、取步骤2中400-750份浆料、130-225份水泥、185-295份粉煤灰、20-30份水放入搅拌机中低速搅拌2～4min，高速搅拌2～4min；然后浇筑成试块，得到混合砂浆；
步骤4、将步骤3中得到的混合砂浆放在恒温恒湿的标准养护室中养护，得到固碳强化再生骨料砂浆。
2.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述再生混凝土骨料的粒径小于2.5mm。
3.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述商混废浆固水重量比为0.6～0.7，废浆中钙质量值占30-40％。
4.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述湿磨球为氧化锆研磨体，氧化锆研磨体的直径特征：0.8mm：0.5mm：0.2mm的质量比为2：4：4。
5.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述pH＝7.3～7.6时化学作用反应方程式Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O，若pH＜7时，稳定的CaCO3会与CO2和H2O继续反应，生成可溶性Ca(HCO3)2。
6.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的水冷装置为水循环装置，水冷控制碳化温度在20±2℃。
7.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的晶型调控剂为浓度为5％～10％的磷酸二氢钾。
8.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中继续湿磨0.5h以保证强化再生骨料粒径为0.08-5mm。
9.如权利要求书1所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中养护温度为20±2℃，湿度为90％。
10.如权利要求书3所述的一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法，其特征在于：所述商混废浆固水重量比为0.6。
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| CN202310194058.3A CN116283089A (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 一种商混站固碳强化再生骨料的制备方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116969717A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-31 | 中国矿业大学(北京) | 一种固碳型复合多孔人工骨料及其制备方法 |
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2023
- 2023-03-03 CN CN202310194058.3A patent/CN116283089A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| CN116969717B (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-15 | 中国矿业大学(北京) | 一种固碳型复合多孔人工骨料 |
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