一种混凝土再生粉体碳化砖及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种混凝土再生粉体碳化砖及其制备方法，属于混凝土材料领域，包括：将组集A加入贮液池；将组集B通入贮液池中与固废溶液反应生成碳酸氢钙溶液；将再生粉体填入成型模具中，碳酸氢钙溶液受热分解，生成的二氧化碳与再生粉体中C

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土再生粉体碳化砖及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种混凝土再生粉体碳化砖及其制备方法，属于混凝土材料


技术介绍

[0002]伴随我国城镇化建设进程的加快，不可避免地对原有建筑物进行拆除、改造和重建，随着建筑施工项目数量越来越多，产生的废弃混凝土数量也在不断增加，其垃圾资源化的方式主要为粉碎再利用。目前，废弃混凝土经过科学的技术处理而产生的再生粗、细骨料制备的再生混凝土及砂浆等材料，在力学性能上可以达到普通混凝土的要求并应用到建筑、道路、桥梁工程中。然而，针对废弃混凝土经逐级破碎、粉磨后产生的一定细度的再生粉体的回收研究并不充分，直接丢弃会造成资源浪费，另外，由于其粒径较小(一般定义为<0.16mm)且容易漂浮于空气中，会造成大气污染，危及人类健康。因此，提高废弃混凝土再生粉体的利用效率，对降低二次环境污染和资源浪费有重要意义。
[0003]目前，全球范围内空气中的二氧化碳浓度日益升高，造成严重气候变化。为实现“碳中和”目标，有效缓解全球变暖，在大力开展新能源研发、应用的同时，还需要安全、有效、经济的实现二氧化碳捕捉、封存。在传统的烧结砖生产工艺中，人工干燥及焙烧环节所排放大气污染物总量较高，随着时间的推移，国家关于砖瓦工业大气污染物的排放标准日益严格，大气污染防治工作已成为制约砖瓦行业可持续、高质量发展的主要因素。“碳化砖”是一种非烧结砖，砖坯中的氢氧化钙在富含二氧化碳的环境中，发生碳化反应生成碳酸钙，从而获得强度。碳化砖的生产可有效实现对工业废渣和废气的循环利用，且产品强度高、无需煅烧、绿色环保。然而，现有的碳化砖制备方法通常采用碳化养护技术，二氧化碳气体扩散至混凝土基体的速率较慢，且二氧化碳封存率不高，造成了废弃资源再生利用率不足、生产时间较长等问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种混凝土再生粉体碳化砖及其制备方法，以工业固体废弃物提供钙源，基于液相碳酸化技术原理，使含二氧化碳的工业废气溶于水产生的碳酸根离子与工业固体废弃物中溶出的钙离子反应制成碳酸氢钙溶液，并通入含再生粉体的成型模具生成碳化砖，二氧化碳封存率较高，制得的碳化砖具有经济性好，生产效率高，无需煅烧、压制，绿色环保的特点。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种混凝土再生粉体碳化砖的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)称取一定质量组集A，并加入带有去离子水的贮液池中作为钙离子源，其中，组集A为工业固废材料；
[0008](2)将组集B中一种或多种气体通入贮液池中，控制气体流速0.30～0.60L/min，优选为0.30L/min，开启搅拌装置，设置有搅拌棒，搅拌速率为700～1000r/min，优选为700r/
min，与固废溶液反应生成碳酸氢钙溶液，贮液池温度保持在4～8℃，优选为4℃，在该温度下，钙离子溶解度高且利于方解石形成，当贮液池内pH值降低至6.0～6.3并保持不变时，贮液池中固废材料水解基本完成，封存二氧化碳已到达饱和状态，可暂时停止气体通入，更换贮液池中新的组集A，其中，组集B即碳酸氢根源，为空气或含有二氧化碳的工业废气等；
[0009](3)称取组集C，即再生粉体，填入成型模具中，成型模具与贮液池通过管道连接，管道上设置有水泵，该水泵将贮液池中的碳酸氢钙溶液循环泵入成型模具中，溶液流速为1.0m/s～3.0m/s，适宜的流速可以保证通入成型模具的碳酸氢钙溶液充分受热分解，并进行后续沉淀结晶反应，溶液流速过快可能造成部分碳酸氢钙溶液未发生分解或沉淀便流出成型模具，降低转化效率；流速过慢可能导致生产时间过长，降低碳化砖制备效率；
[0010]控制成型模具温度为45～55℃，优选为50℃，碳酸氢钙溶液受热分解，生成的二氧化碳与再生粉体中C
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S
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H凝胶浸出的钙离子发生反应，生成碳酸钙，并与碳酸氢钙溶液分解产生的碳酸钙一起在模具中沉淀、结晶和胶结再生粉体产生强度；
[0011](4)当溶液流入成型模具处的压强达到1.5～3MPa时，优选为1.5MPa，表示成型模具中再生粉体已胶结成型并产生强度，此时关闭水泵，停止输送碳酸氢钙溶液；
[0012]由实例可判断该碳化砖最终抗压强度约15MPa左右，即拟定当压强为碳化砖抗压强度的1/10到1/5时，方解石已胶结再生粉体并搭建起网状结构，产生强度，通入的碳酸氢钙溶液量已足够，此时可以停止通入溶液；
[0013](5)由于再生粉体与方解石颗粒均紧密堆积，方解石颗粒间存在牢固的机械咬合作用，可使成型模具中组集C材料迅速胶结，无需压制成型。停止碳酸氢钠溶液通入后,等待约30min后即可脱模，无需进行养护，在自然条件下晾干即可投入使用。
[0014]上述采用废弃混凝土再生粉体制备碳化砖的方法中，由组集A固废材料矿化封存二氧化碳至碳化砖成型投入使用，历时约3～5小时，可有效节约生产时间。
[0015]本专利技术的原理为：
[0016]碳酸化反应原理涉及一系列物理吸附和扩散过程，基于气
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液
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固相反应理论，该过程可大致分为四个阶段：首先在常温常压状态下，工业固体废弃物中的钙基活性物质溶解，在水介质中发生水解，释放出氢氧根离子，使浆液pH值上升，浆液表现出强碱性从而有很强的捕捉、封存二氧化碳能力；二氧化碳溶于水生成碳酸，与浆液中氢氧根离子和钙离子迅速反应，导致浆液pH值开始下降并生成碳酸钙沉淀；之后固废材料水解产生氢氧根离子的速率基本与碳酸氢根电离出氢离子的速率持平，浆液pH值保持相对稳定；随着矿化反应不断进行，水解产生氢氧根离子的速率逐渐低于二氧化碳通入产生氢离子的速率，浆液pH值逐渐下降至保持不变时，碳酸化反应基本完成。
[0017]随着二氧化碳过量通入，浆液呈弱酸性，碳酸钙沉淀逐渐消失，转化为碳酸氢钙，即下式反应：
[0018]CaO+H2O＝Ca(OH)2[0019]Ca(OH)2＝Ca
2+
+2OH
‑
[0020][0021][0022][0023][0024]Ca
2+
+HCO3‑
＝CaCO3+H
+
[0025][0026][0027]碳酸氢钙溶液在成型模具50℃左右温度条件下，发生分解，产生二氧化碳与碳酸钙沉淀。在pH＝5～8条件下，再生粉体中C
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S
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H凝胶结构不稳定导致钙元素浸出，并与碳酸氢钙分解产生的二氧化碳发生反应，生成碳酸钙沉淀。沉淀下来的碳酸钙在温湿条件下形成结晶体(方解石)。该结晶体与再生粉体混合后，在间隙中生长发育从而填充孔隙，胶结再生粉体并互相搭建形成网状结构，最终形成强度，再生粉体基于紧密堆积原理确定颗粒级配，可有效提高浆体密实度。
[0028]优选的，所述组集A包括电石渣、粉煤灰、钢渣、脱硫石膏、粒化高炉矿渣、尾矿、煤矸石等含钙工业固废材料中的任意一种或多种组合。
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土再生粉体碳化砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取一定质量组集A，并加入带有去离子水的贮液池中作为钙离子源，其中，组集A为工业固废材料；(2)将组集B气体通入贮液池中，控制气体流速0.30～0.60L/min，开启搅拌装置，与固废溶液反应生成碳酸氢钙溶液，贮液池温度保持在4～8℃，在该温度下，钙离子溶解度高且利于方解石形成，当贮液池内pH值降低至6.0～6.3并保持不变时，贮液池中固废材料水解完成，封存二氧化碳已到达饱和状态，暂时停止气体通入，更换贮液池中新的组集A，其中，组集B为空气或含有二氧化碳的工业废气；(3)称取组集C，即再生粉体，填入成型模具中，成型模具与贮液池通过管道连接，管道上设置有水泵，该水泵将贮液池中的碳酸氢钙溶液循环泵入成型模具中，溶液流速为1.0m/s～3.0m/s，控制成型模具温度为45～55℃，碳酸氢钙溶液受热分解，生成的二氧化碳与再生粉体中C
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S
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H凝胶浸出的钙离子发生反应，生成碳酸钙，并与碳酸氢钙溶液分解产生的碳酸钙一起在模具中沉淀、结晶和胶结再生粉体产生强度；(4)当溶液流入成型模具处的压强达到1.5～3MPa时，表示成型模具中再生粉体已胶结成型并产生强度，此时关闭水泵，停止输送碳酸氢钙溶液；(5)等待30min后即可脱模，在自然条件下晾干即可投入使用。2.根据权利要求1所述的混凝土再生粉体碳化砖的制备方法，其特征在于，所述组集A包括电石渣、粉煤灰、钢渣、脱硫石膏、粒化高炉矿渣、尾矿、煤矸石中的任意一种或多种组合。3.根据权利要求2所述的混凝土再生粉体碳化砖的制备方法，其特征在于，所述再生粉体包括二氧化硅、氢氧化钙、硅铝酸钙和钙矾石；优选的，充分水化后的再生粉体中C
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S
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H凝胶占总体积70％，氢氧化钙占总体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪智，邵滢璇，李志杰，凌一峰，刘志强，陈晨，葛智，孙仁娟，管延华，
申请(专利权)人：山东高速集团有限公司，
类型：发明
国别省市：