CN210711305U - 一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置 - Google Patents

一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，包括反应器、真空抽吸装置、抽湿装置、检测装置和控制装置，反应器包括密闭反应器一和反应器二，反应器一一侧设置有进气管，进气管上设置有阀门一，真空抽吸装置包括真空泵，真空泵分别与反应器一和反应器二连接，抽湿装置包括气体循环泵和干燥装置，气体循环泵一端分别与反应器一和反应器二连接，且另一端与干燥装置连接，干燥装置分别与反应器一和反应器二连接，检测装置包括检测探头，反应器一和反应器二内均设置有检测探头。本实用新型设备简单易操作，能够连续进行骨料碳化，有效解决了碳化效率低、二氧化碳利用率低和骨料强化效果不佳的问题。

Description

一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置
技术领域
本实用新型属于骨料再生装置技术领域，具体涉及到一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置。
背景技术
建筑行业的快速发展，消耗大量的混凝土材料，砂石骨料的过度开采必然会对生态环境造成严重破坏。另一方面，大量的建筑垃圾随着大规模新混凝土构筑物的建造和废旧构筑物的拆除而产生，造成环境污染或破坏，合理利用建筑垃圾已势在必行。目前，利用分拣、破碎和筛分后的建筑垃圾生产再生骨料，并部分或全部替代天然骨料，用于水泥混凝土生产，不仅可以缓解建筑垃圾的处置问题，还能够减少对天然骨料的利用。
但与天然骨料相比，再生骨料表面附着的硬化水泥浆导致骨料的吸水率高、强度低，性能并不理想。采用机械强化法、酸液清洗法、聚合物处理法等物化法强化处理再生骨料，提高其物理力学性能，已被广泛研究，对建筑废弃混凝土的循环利用和环境的可持续发展具有重要意义。但机械强化法所需的成本较高，并会对骨料造成损伤；酸液清洗法的作用极为有限且会引入酸根离子，影响附着砂浆的pH值；聚合物处理法能有效减小再生混凝土骨料的吸水率，但对强度的提高有限。裹浆法是利用水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰等单一或多种材料形成的浆体包裹再生骨料，其工艺简单、经济性好，但改善效果有限。碳化法能够有效改善混凝土结构，提高其抗压强度、降低含水率等各项性能。但目前利用二氧化碳强化再生骨料的碳化装置，存在设备复杂，大多为一次碳化，且并不能连续进行，碳化效率低，二氧化碳利用效率低，骨料的性能改善并不明显，强化效果不佳等问题。
实用新型内容
针对上述不足，本实用新型提供一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，设备简单易操作，能够连续进行骨料碳化，有效解决了碳化效率低、二氧化碳利用率低和骨料强化效果不佳的问题。
为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，包括反应器、真空抽吸装置、抽湿装置、检测装置和控制装置，真空抽吸装置设置在反应器上方，检测装置设置在反应器内，真空抽吸装置、抽湿装置和检测装置均与控制连接；
反应器包括密闭反应器一和反应器二，反应器一和反应器二底部均设置有筛孔隔板，且反应器一一侧还设置有进气管，进气管上设置有阀门一，真空抽吸装置包括真空泵，真空泵分别通过阀门六和阀门七与反应器一和反应器二连接，抽湿装置包括气体循环泵和干燥装置，气体循环泵一端分别通过阀门四和阀门五分别与反应器一和反应器二连接，且气体循环泵另一端与干燥装置连接，干燥装置分别通过阀门二和阀门三与反应器一和反应器二连接，检测装置包括检测探头，反应器一和反应器二内均设置有检测探头，控制装置为PLC控制器。
进一步，干燥装置内填充有若干吸水硅胶。
进一步，检测探头上设置有温度传感器、湿度传感器、压力传感器和二氧化碳浓度传感器。
进一步，阀门一、阀门二、阀门三、阀门四、阀门五、阀门六和阀门七均为电磁阀，且均与控制装置连接。
进一步，筛孔隔板设置在反应器底部上方2～3cm处。
进一步，反应器材质为不锈钢。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
1、在使用时，在反应器一中通过进气管通入二氧化碳后，二氧化碳便可以在反应器一和反应器二中循环利用，可以有效提高二氧化碳的利用率，也可以降低骨料再生的成本；二氧化碳在其中一个反应器进行碳化的同时，取出另一个反应器中的骨料用生石灰进行浸泡，然后放入反应器中再次碳化，取碳化完成的另一部分骨料进行浸泡，反应器一和反应器二中的骨料交替进行碳化和浸泡，可以充分的利用装置的特点，进行骨料再生，有效提高了碳化效率，且经过多次的碳化和浸泡，可以显著改善骨料的性能，强化效果较好，对建筑废弃混凝土的循环利用和环境的可持续发展具有重要意义。
2、装置通过吸水硅胶对气体进行干燥，干燥效果较好，且可以循环使用，降低成本；检测探头上的多个传感器则可以完成连续碳化过程中对温度、湿度、气压和二氧化碳浓度等指标的监测，便于实时观测调整；各个阀门均是电磁阀，便于控制装置进行自动控制，装置各处也是通过控制装置控制，可以提高装置整体的自动化程度；筛孔隔板则用于承托骨料，防止骨料堵塞气管，同时将骨料悬空，也可以使得骨料与二氧化碳气体充分接触，防止底部的骨料与二氧化碳接触不充分影响碳化的有序进行。
3、骨料利用氢氧化钙浸泡并通过二氧化碳碳化，减小孔隙率，提高强度。反应器一和反应器二交替进行碳化程序，实现再生骨料连续碳化，提高碳化效率，减少二氧化碳的排放，碳化过程中消耗的二氧化碳可以通过气体瓶和进气管进行补充。
附图说明
图1为本实用新型的示意图；
图2为连续碳化装置运行流程图；
其中，1、反应器一；2、反应器二；3、进气管；4、阀门一；5、阀门六；6、真空泵；7、阀门七；8、检测探头；9、阀门二；10、干燥装置；11、阀门三；12、阀门四；13、气体循环泵；14、阀门五；15、筛孔隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型的一个实施例中，如图1～2所示，提供了一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，包括反应器、真空抽吸装置、抽湿装置、检测装置和控制装置，真空抽吸装置设置在反应器上方，检测装置设置在反应器内，真空抽吸装置、抽湿装置和检测装置均与控制连接；
反应器包括密闭不锈钢反应器一1和反应器二2，反应器一1和反应器二2底部上方2～3cm处均设置有筛孔隔板15，且反应器一1一侧还设置有进气管3，进气管3上设置有阀门一4，真空抽吸装置包括真空泵6，真空泵6分别通过阀门六5和阀门七7与反应器一1和反应器二2连接，抽湿装置包括气体循环泵13和干燥装置10，气体循环泵13一端分别通过阀门四12和阀门五14分别与反应器一1和反应器二2连接，且气体循环泵13另一端与干燥装置10连接，干燥装置10内填充有若干吸水硅胶，干燥装置10分别通过阀门二9和阀门三11与反应器一1和反应器二2连接，检测装置包括检测探头8，反应器一1和反应器二2内均设置有检测探头8，检测探头8上设置有PT100型温度传感器、HTM2500型湿度传感器、ASDX-DO型压力传感器和COZIR-LP型二氧化碳浓度传感器，控制装置为欧姆龙CP1H～X40DT～D型PLC控制器。
碳化开始前，反应器密封完好，阀门六5和真空泵6打开，反应器中的空气以及骨料空隙中的气体通过真空泵6抽吸并排除，为保证抽吸效果，反应器中的压力达到-10～-20kPa。
抽吸完成后，阀门六5和真空泵6关闭。阀门一4打开，二氧化碳从气瓶中通过进气管3直接进入反应器一1。检测探头8监测反应器中的压力，当压力达到碳化所需压力(5kPa～100kPa)后，关闭阀门一4，反应器一1进入碳化程序。
碳化过程中，检测探头8实施监测反应器中的湿度和温度等参数，记录仪记录并显示检测探头8所测数据。当湿度超过设定值时，阀门二9、阀门四12及气体循环泵13打开，气体通过吸水硅胶干燥后，经过气体循环泵13及阀门四12进入反应器，以控制反应器中的环境湿度。
反应器一1碳化过程中，反应器二2完成骨料装填、密闭、抽真空等操作。反应器一1碳化完成后，阀门四12关闭，阀门二9、空气循环泵及阀门五14打开，二氧化碳由反应器一1进入反应器二2中。反应器一1中的压力降为0后，关闭阀门二9，打开阀门三11，反应器二2进入碳化程序。
打开反应器一1，取出碳化后的骨料，将骨料放入饱和石灰水中浸泡后，平铺晾干。
将晾干后的骨料放入反应器一1中，密闭反应器，打开真空泵6及阀门一4，将反应器一1中的空气抽出直到压力降至-10～-20kPa，关闭阀门一4及真空泵6。
反应器二2碳化结束后，关闭阀门五14，打开阀门四12和阀门三11，二氧化碳通过气体干燥装置10进入反应器一1，直到反应器二2中的压力降为0，关闭阀门三11，反应器一1再次进入碳化程序。
本装置的碳化原理为：
二氧化碳与再生混凝土骨料表面附着的硬化水泥浆体中的氢氧化钙和水化硅酸钙(C-S-H)发生反应，生成碳酸钙和硅胶，反应方程式为：
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
C-S-H+CO2→CaCO3+SiO2·nH2O
装置通过吸水硅胶对气体进行干燥，干燥效果较好，且可以循环使用，降低成本；检测探头8上的多个传感器则可以完成连续碳化过程中对温度、湿度、气压和二氧化碳浓度等指标的监测，便于实时观测调整；各个阀门均是电磁阀，便于控制装置进行自动控制，装置各处也是通过控制装置控制，可以提高装置整体的自动化程度；筛孔隔板15则用于承托骨料，防止骨料堵塞气管，同时将骨料悬空，也可以使得骨料与二氧化碳气体充分接触，防止底部的骨料与二氧化碳接触不充分影响碳化的有序进行。
本实用新型提供的连续碳化装置，其使用方法包括以下步骤：
1、将废弃混凝土类建筑垃圾经粗分、分选除杂、破碎筛分等过程，得到粒径5～25mm的建筑垃圾再生粗骨料，并自然风干后备用；
2、将步骤1中所得的粗骨料置入反应器一1中，反应器一1由真空泵6抽真空后，真空压力为-10～-20kPa，由进气管3通入二氧化碳进行碳化30～120分钟，二氧化碳浓度为10～100％，压力为5～100kPa，碳化过程中由检测探头8测试并记录反应器一1内的湿度、温度、二氧化碳浓度等参数。湿度超过50％时，控制装置启动气体循环泵13抽吸反应器一1中的空气经吸水硅胶干燥后回到反应器一1中，保持反应器一1内的环境湿度在一定范围。
3、碳化完成后，将反应器一1中的气体利用气体循环泵13泵入反应器二2中，碳化已置入反应器二2中的骨料；将反应器一1中碳化后的骨料取出，并于饱和石灰水中浸泡2小时后晾干。
4、浸泡的骨料晾干后再次置入反应器一1中，并由反应器二2将二氧化碳泵入反应器一1中，继续进行步骤2的碳化程序和步骤3的浸泡晾干处理程序，其间反应器一1和反应器二2交替进行碳化程序，直到骨料强度完全碳化为止。
虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，其特征在于，包括反应器、真空抽吸装置、抽湿装置、检测装置和控制装置，所述真空抽吸装置设置在所述反应器上方，所述检测装置设置在所述反应器内，所述真空抽吸装置、所述抽湿装置和所述检测装置均与所述控制连接；
所述反应器包括密闭反应器一(1)和反应器二(2)，所述反应器一(1)和所述反应器二(2)底部均设置有筛孔隔板(15)，且所述反应器一(1)一侧还设置有进气管(3)，所述进气管(3)上设置有阀门一(4)，所述真空抽吸装置包括真空泵(6)，所述真空泵(6)分别通过阀门六(5)和阀门七(7)与所述反应器一(1)和所述反应器二(2)连接，所述抽湿装置包括气体循环泵(13)和干燥装置(10)，所述气体循环泵(13)一端分别通过阀门四(12)和阀门五(14)分别与所述反应器一(1)和所述反应器二(2)连接，且所述气体循环泵(13)另一端与所述干燥装置(10)连接，所述干燥装置(10)分别通过阀门二(9)和阀门三(11)与所述反应器一(1)和所述反应器二(2)连接，所述检测装置包括检测探头(8)，所述反应器一(1)和所述反应器二(2)内均设置有所述检测探头(8)，所述控制装置为PLC控制器。
2.如权利要求1所述的强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，其特征在于，所述干燥装置(10)内填充有若干吸水硅胶。
3.如权利要求1所述的强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，其特征在于，所述检测探头(8)上设置有温度传感器、湿度传感器、压力传感器和二氧化碳浓度传感器。
4.如权利要求1所述的强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，其特征在于，所述阀门一(4)、所述阀门二(9)、所述阀门三(11)、所述阀门四(12)、所述阀门五(14)、所述阀门六(5)和所述阀门七(7)均为电磁阀，且均与所述控制装置连接。
5.如权利要求1所述的强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，其特征在于，所述筛孔隔板(15)设置在所述反应器底部上方2～3cm处。
6.如权利要求1所述的强化再生混凝土骨料的连续碳化装置，其特征在于，所述反应器材质为不锈钢。
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CN114180990A (zh) * 2021-12-16 2022-03-15 武汉理工大学 一种含硅酸钙矿物预制件的碳化方法和碳化装置
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