CN108340480A - 一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，包括：确定养护釜依次进行N次增压养护以及N次减压，3≤N≤8；第n次减压后的压力不大于第N+1‑n次增压养护的压力，n≤N；根据N次增压养护，将养护釜分成N+1组；N+1组养护釜按顺序依次进入增压养护，当上一组养护釜进入下一次增压养护时，下一组养护釜才进入上一次增压养护；当养护釜进入第n次减压时，将减压排出的二氧化碳通入正处于第N‑n次增压养护的养护釜，并配合外部气源使其达到第N+1‑n次增压养护。该方法提高了现有矿化强化养护工艺中CO2气体的利用率。

Description

一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法
技术领域
本发明属于混凝土养护工艺领域，具体涉及一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法。
背景技术
随着建材市场的发展，混凝土预制件已广泛应用于建筑施工中，它们为降低施工成本、缩短施工工期提供了极大的便利，现阶段国家也十分重视装配式建筑的发展。
CO2矿化强化混凝土技术是近年来快速发展的新型混凝土养护技术，与传统的蒸压养护相比，CO2矿化强化混凝土技术所需的养护温度显著低于蒸压养护，在室温或者略高于室温的环境温度下即可进行养护，且养护时间短，能够实现CO2的利用与长期封存，同时促进建材的加速养护成型。另外，蒸压养护对于蒸汽的温度与压力具有严格的要求，稍有误差就会直接影响产品的性能，故无法直接重复利用养护后的乏汽，造成了原料与能源的大量浪费。
而与之相比，矿化养护对原料气体CO2的温度压力的敏感性较低，为重复利用二氧化碳，提高气体整体利用率提供了可能。中国发明(CN 104290183A)公开了一种利用二氧化碳养护多孔混凝土砌块的方法，该方法相比于蒸压养护，大大缩短砌块的养护时间，有效提高混凝土吸收二氧化碳气体的能力以及混凝土制品的质量；并能够有效减少温室气体排放量，能保护环境、扼制温室效应的发生。但是该发明只能进行间歇式的生产过程，完成一次完整的生产流程需要耗费较多的时间，无法实现工业上连续生产的要求，相邻养护过程的切换间隔较长。另外，养护过后的二氧化碳气体仍旧具有较高的压力，在该发明中采取了直接排放的方法，并未阐述进一步利用方法，降低了原料气体的整体转化率与利用率。
另一方面根据已有研究发现，传统混凝土的加速碳化过程是一个由动力学因素决定的渐进式扩散控制的反应过程，随着反应的进行，混凝土样品的渗透率逐渐降低，含压气体原料向混凝土样品内部的扩散速率就越低。在传统工艺的养护阶段养护釜内一直维持在一个较高的气体压力，造成了在养护后期效率的降低。由于现有的二氧化碳矿化养护工艺的原料利用率低，无法实现连续生产，个别预制件质量较低，存在较长的低效的反应沉默时间等一系列问题，所以始终未见大规模生产应用。
矿化强化养护要实现高效经济的工业化生产，首先要解决CO2气体的整体利用率较低，以及养护过程中养护环境条件存在剧烈变化等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，提高现有矿化强化养护工艺中CO2气体的利用率。
本发明所提供的技术方案为：
一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，包括：
确定养护釜依次进行N次增压养护以及N次减压，3≤N≤8；第n次减压后的压力不大于第N+1-n次增压养护的压力，n≤N；
根据N次增压养护，将养护釜分成N+1组；
N+1组养护釜按顺序依次进入增压养护，当上一组养护釜进入下一次增压养护时，下一组养护釜才进入上一次增压养护；
当养护釜进入第n次减压时，将减压排出的二氧化碳通入正处于第N-n次增压养护的养护釜，并配合外部气源使其达到第N+1-n次增压养护。
上述技术方案中，通过合理的设置使得养护釜能够连续进行增压养护和减压，实现养护的连续性；此外，将减压后的二氧化碳再次用于增压养护，提高了二氧化碳气体的利用率，增强反应过程中气相环境的稳定性，降低生产能耗，减少生产成本。
养护釜进行养护时会经历N次增压养护，压力逐次增加，例如第1次增压养护，第2次增压养护，…，第N次增压养护；相应的养护釜会经历N次减压，压力逐次减小，例如第1次减压，第2次减压，…，第N次减压。此外，当第1次减压后的压力会介于第N-1次增压养护和第N次增压养护的压力之间，其他次减压后的压力也符合这个规则。因此，“第1次减压，第2次减压，…，第N次减压”后的压力状态可以分别命名为“次N级增养护压力，…，次2级增压养护压力，次1级增压养护压力”。
同一组的养护釜数量可以根据具体工况选择，每一组的养护釜数量也可以不一样。
作为优选，所述养护釜依次进行N次增压养护以及N次减压，3≤N≤4。
作为优选，所述养护釜减压时，将养护釜连通然后通过压力差将二氧化碳通入到对应的养护釜。
作为优选，所述养护釜处于最后一次减压时，将二氧化碳乏气储存于对应的气体缓冲分流装置。进一步优选，所述气体缓冲分流装置为缓冲分气罐。
作为优选，所述气体缓冲分流装置内的二氧化碳乏气用于混凝土砌块制备成型期间。在预制件制备成型期间，预先鼓入部分低压二氧化碳气体，气体来源为气体缓冲分流装置回收的二氧化碳乏气。由于反应的动力学因素限制，预制件的中心位置的养护效果远低于表层的养护效果，预先鼓入部分二氧化碳气体，在预制件制备过程中其内部可以形成多点碳酸钙微晶，不仅能够增加其早期强度，促进其早期成型，也能够改善产品的内部结构，减少产品内部脆性界面的面积，强化产品性能。
作为优选，所述N次增压养护相邻次的养护压力差为0.1-1MPa。
作为优选，针对实心混凝土砌块，所述N次增压养护后，养护压力达到1.5-2.5MPa；针对多孔混凝土砌块，所述N次增压养护后，养护压力达到1-1.5MPa。
作为优选，所述N次增压养护的每次增压养护的时间为0.1-1h。
作为优选，增压养护过程中最低温度不低于20℃，最高温度不高于60℃，整个养护过程中温度范围为20℃-60℃。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：根据反应的动力学特征，采用气体梯级分压循环设计，通过特定的气体补充与循环策略，有效增强二氧化碳原料气体的利用率，有效的降低反应的沉默时间，主要缩短了在反应过程中的工况切换时间。另一方面，通过气体梯级分压循环设计，可以使多组养护釜共用一组气源与气体增压装置，减少了生产成本。
附图说明
图1为实施例中利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的工艺图；
图2为应用例中不同工况下样品固碳率随时间变化趋势图；
图3为应用例中不同工况下样品的抗压强度对比图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例
如图1所示，养护釜包括4组，每组一个，分别为B1级养护釜、B2级养护釜、B3级养护釜和B4级养护釜。
每个养护釜依次进行三次增压养护以及三次减压，三次增压养护的压力分别为一级养护压力、二级养护压力与三级养护压力；三次减压后的压力分别为次三级养护压力，次二级养护压力与次一级养护压力。
具体包括如下步骤：
(1)B1级强化釜首先通入外部二氧化碳气源，使釜内气压达到一级养护压力0.5MPa，保持外部气源供气，在该气体压力下养护0.5h；
(2)继续使用外部气源补充气体至B1级强化釜，使釜内压力达到二级养护压力1MPa，维持此压力状态下继续养护0.5h；
与此同时，B2级强化釜接通外部气源，维持压力在一级养护压力0.5MPa，开始养护0.5h；
(3)继续使用外部气源补充气体至B1级强化釜，使釜内压力达到三级养护压力1.5MPa，在此压力状态下继续养护0.5h；
与此同时，使用外部气源补充至B2级强化釜，使釜内压力达到二级养护压力1Mpa，继续养护0.5h；
与此同时，B3级强化釜接通外部气源至压力达到一级养护压力0.5MPa，开始养护0.5h；
(4)B1强化釜进入减压阶段，利用压力差将B1强化釜中的二氧化碳通入到B2级强化釜，使得B1强化釜和B2级强化釜的压力达到次三级养护压力，B2级强化釜继续使用外部气源补充至三级养护压力1.5MPa，继续养护0.5h；
(5)继续利用压力差将B1强化釜中的二氧化碳通入到B3级强化釜，使得B1强化釜和B3级强化釜的压力达到次二级养护压力，B3级强化釜继续使用外部气源补充至二级养护压力1MPa，继续养护0.5h；
(6)继续利用压力差将B1强化釜中的二氧化碳通入到B4级强化釜，使得B1强化釜和B4级强化釜的压力达到次一级养护压力，B4级强化釜继续使用外部气源补充至一级养护压力0.5MPa，继续养护0.5h；
(7)B1级强化釜将剩余的二氧化碳乏气通入缓冲分气罐内储存，在预制件制备成型期间，将二氧化碳乏气预先鼓入，使其内部可以形成多点碳酸钙微晶；同时，取出B1级强化釜中砌块并装入新一批未强化砌块；
(8)B2级强化釜开始进入新一轮的减压阶段，重复步骤4)-7)，其中含压二氧化碳气体依照二氧化碳浓度梯级通入B3级强化釜，B4级强化釜，B1级强化釜以及缓冲分气罐中，上述的过程根据工况可以不断的循环进行。
应用例
以OPC净浆制备的2cm*2cm*2cm砌块为样品，分别在三种养护工况下进行矿化养护。
养护工况1：采用恒压养护，养护压力2.5Mpa，养护温度40℃，养护时间2h。
养护工况2：采用实施例中的梯级矿化养护，养护温度40℃，0.5MPa下养护0.5h，1.5MPa下养护1h，2.5MPa下养护0.5h。
养护工况3：采用恒压养护，养护压力0.5Mpa，养护温度40℃，养护时间2h。
针对上述三种工况的养护结果进行比较，如图2所示，在不同工况下随着养护地进行，工况1样品在养护初期固碳率迅速升高，但是当固碳率到达一定程度时，反应速率出现大幅下降，在养护中后期固碳率基本维持不变。工况2样品在养护初期固碳率增长较慢，其固碳速率与工况3相当，随着梯级养护的进行，其固碳速率呈现一个逐步增长的状态，最后固碳率能够达到与工况1相当的程度，其2h固碳率大大高于工况3下养护样品的固碳率。结合图3可知，固碳率与样品最后的力学性能呈现一个正相关关系，工况2下养护样品的力学性能明显高于工况3下养护样品。

Claims (7)

1.一种利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，包括：
确定养护釜依次进行N次增压养护以及N次减压，3≤N≤8；第n次减压后的压力不大于第N+1-n次增压养护的压力，n≤N；
根据N次增压养护，将养护釜分成N+1组；
N+1组养护釜按顺序依次进入增压养护，当上一组养护釜进入下一次增压养护时，下一组养护釜才进入上一次增压养护；
当养护釜进入第n次减压时，将减压排出的二氧化碳通入正处于第N-n次增压养护的养护釜，并配合外部气源使其达到第N+1-n次增压养护。
2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，所述养护釜依次进行N次增压养护以及N次减压，3≤N≤4。
3.根据权利要求1所述的利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，所述养护釜减压时，将养护釜连通然后通过压力差将二氧化碳通入到对应的养护釜。
4.根据权利要求1所述的利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，所述养护釜处于最后一次减压时，将二氧化碳乏气储存于对应的气体缓冲分流装置。
5.根据权利要求4所述的利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，所述气体缓冲分流装置内的二氧化碳乏气用于混凝土砌块制备成型期间。
6.根据权利要求1所述的利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，所述N次增压养护相邻次的养护压力差为0.1-1MPa。
7.根据权利要求1所述的利用二氧化碳梯级矿化养护混凝土砌块的方法，其特征在于，所述N次增压养护的每次增压养护的时间为0.1-1h。
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