CN115180854A - 一种固碳型商品混凝土废浆料的制备及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固碳型商品混凝土废浆料的制备及其应用方法,提供收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;在浓缩罐中加入0.1%‑1%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀1‑2h,得到浓缩废浆B;取150‑200份浓缩废浆B,与300‑400份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨10min‑30min,研磨过程中通入CO2,研磨结束后得到中值粒径为3μm‑9μm的固碳型商品混凝土废浆料。将固碳型商品混凝土废浆料掺入预拌混凝土中,替代5%‑15%水泥用量。本发明实现了商品混凝土废浆固废资源化利用和二氧化碳高附加值利用,制备工艺简单、成本低廉,固碳率高。
Description
技术领域
本发明属于固碳技术领域,具体涉及一种固碳型商品混凝土废浆料的制备及其应用方法。
背景技术
随着我国基础建设的快速发展,建筑原材料商品混凝土使用量也随着增大,而混凝土拌和站在混凝土生产中清洗搅拌机、场地以及混凝土罐车等会排放大量的废浆,此外,商品混凝土拌合站因各种原因产生大量的废弃塑性混凝土经砂石分离处理后也产生大量的废浆。自2018年以来,我国混凝土年产量已超过了23.32亿m3,而每生产1m3混凝土平均产生废浆40kg,这意味着我国的商品混凝土搅拌站每年要产生约0.9亿吨废浆。目前,商品混凝土拌合站对于商品混凝土废浆料的处置是部分替代水泥加入中低标号的预拌混凝土中。大量专家学者也就预拌混凝土中掺入商品混凝土废浆料进行研究,结论表明:商混废浆料的掺入并不会明显影响混凝土的力学性能、抗冻性能及腐蚀性能,并且在抗碳化性能上还有所提升。但由于商混废浆料在沉淀过程中所发生的机械互锁反应与其高碱度性质(pH>12)给预拌混凝土的和易性、外加剂的用量带来不容忽视的影响。
因此,本发明将依赖本课题组液相研磨工艺与碳矿化技术相结合,提供一种固碳型商品混凝土废浆料的制备及其应用方法,利用液相研磨剧烈的机械力与二氧化碳有效控制商品混凝土的颗粒粒径范围,将其溶液pH值降低至中性,改善其掺入预拌混凝土中的和易性与外加剂用量。实现商品混凝土废浆固废资源化利用、二氧化碳高附加值利用一体化工艺流程,可缓解我国巨大的二氧化碳碳排放压力,促进建筑材料低碳化。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下:
一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;
步骤2、在浓缩罐中加入0.1%-1%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀1-2h,得到浓缩废浆B;
步骤3、取重量份计步骤2中浓缩罐中150-200份浓缩废浆B,与300-400 份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨10min-30min,研磨过程中通入浓度为80%-100%、气速6-8份/h的CO2,研磨结束后得到中值粒径为3μm-9μm 的固碳型商品混凝土废浆料。
所述步骤1中浆料A是清洗场地、清理搅拌车、清洗搅拌仪器、砂石分离等得到的废弃浆料。
所述步骤1中浆料A由未水化的水泥浆、矿粉、粉煤灰、少量细砂等矿物相组成。
所述步骤1中浆料A固含为10%-20%,pH值>12。
所述浓缩罐密闭封存的目的是为了防止浆料碳化。
所述步骤2中沉淀剂为聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中一种或两者混合的化学沉淀剂。
所述步骤2中浓缩废浆B由水化水泥、矿粉、粉煤灰、少量细砂机械互锁而成,固含30%-45%;
所述步骤3中氧化锆研磨球级配:1.5-1.2mm:1.2-0.8mm:0.8-0.6mm=1:2: 2-2:1:1,湿磨机转速400r/min-800r-min,直至浆料pH=7.2-7.8,停止通入CO2;
所述一种固碳型商品混凝土废浆料的应用方法为,将固碳型商品混凝土废浆料掺入预拌混凝土中,替代5%-15%水泥用量。
本发明的机理如下:
商品混凝土废浆料中富含Ca、Na、Mg等金属阳离子,与溶液中的碳酸根发生碳矿化反应。利用湿法研磨过程中的剧烈机械作用力控制商混混凝土废浆料颗粒粒径范围、增大颗粒表面接触面积,加速离子溶出。由于CO3 2-离子的不断补入与商品混凝土废浆料中的Ca、Na、Mg等金属阳离子反应充分,从而提升固碳率。同时,商品混凝土废浆料快速进行碳矿化反应易形成亚稳态球霰石晶型的碳酸钙,球霰石由于其本身不稳定状在水泥水化过程中其促进作用,因而保证预拌混凝土力学性能降低不明显。
本发明具有如下优点:
(1)利用湿法研磨工艺控制商品混凝土废浆料颗粒粒径,制备工艺简单、操作方便以及颗粒范围可控,成本低廉,固碳率高,适合工业化大规模生产。
(2)利用商品混凝土废浆料中Ca、Na、Mg等金属阳离子,与溶液中的碳酸根发生碳矿化反应。大幅度提高固废浆料的碳化效率,为固废材料在固碳领域中提供了一条可行的应用途径,以达到双碳目标与资源化利用的双赢。
(3)利用湿法研磨工艺与碳矿化技术使商品混凝土废浆料溶液pH值降低至7,固碳型商品混凝土废浆料替代水泥加入混凝土中,减少外加剂的用量。利用快速碳矿化反应形成的亚稳态球霰石晶型的碳酸钙促进水泥水化。在实现商品混凝土废浆料二氧化碳高附加值利用的基础上改善了商品混凝土废浆料对混凝土和易性的影响、外加剂的用量。提升了商品混凝土废浆料应用的整体经济效益。
具体实施方式
下面通过实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:
收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;在浓缩管中加入0.1%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀1h;取150份浓缩罐中浓缩废浆料B,300份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨10min,湿磨机转速400r/min,,氧化锆球级配:1.5:1.2:0.8=1:2:2。研磨过程中通入浓度为80%、气速6份/h的CO2,研磨结束后得到固碳型商品混凝土废浆料C;将固碳型商品混凝土废浆料C替代5%水泥掺入C30预拌混凝土中。浆料A固含,浆料B固含,浆料C颗粒粒径、浆料固碳率如表1,混凝土坍落度、外加剂用量如表2,混凝土抗压强度如表2。
实施例2:
收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;在浓缩管中加入0.5%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀1.5h;取225份浓缩罐中浓缩废浆料B,300份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨20min,湿磨机转速600r/min,,氧化锆球级配:1.5:1.2:0.8=1:2:2。研磨过程中通入浓度为90%、气速7份/h的CO2,研磨结束后得到固碳型商品混凝土废浆料C;将固碳型商品混凝土废浆料C替代10%水泥掺入C30预拌混凝土中。浆料A固含,浆料B固含,浆料C颗粒粒径、浆料固碳率如表1,混凝土坍落度、外加剂用量如表2,混凝土抗压强度如表2。
实施例3:
收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;在浓缩管中加入1%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀2h;取 300份浓缩罐中浓缩废浆料B,300份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨30min,湿磨机转速800r/min,,氧化锆球级配:1.5:1.2:0.8=1:2:2。研磨过程中通入浓度为100%、气速8份/h的CO2,研磨结束后得到固碳型商品混凝土废浆料C;将固碳型商品混凝土废浆料C替代15%水泥掺入C30预拌混凝土中。浆料A固含,浆料B固含,浆料C颗粒粒径、浆料固碳率如表1,混凝土坍落度、外加剂用量如表2,混凝土抗压强度如表2。
实施例4:
收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;在浓缩管中加入0.5%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀2h;取225份浓缩罐中浓缩废浆料B,400份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨30min,湿磨机转速800r/min,,氧化锆球级配:1.5:1.2:0.8=2:1:1。研磨过程中通入浓度为100%、气速8份/h的CO2,研磨结束后得到固碳型商品混凝土废浆料C;将固碳型商品混凝土废浆料C替代10%水泥掺入C30预拌混凝土中。浆料A固含,浆料B固含,浆料C颗粒粒径、浆料固碳率如表1,混凝土坍落度、外加剂用量如表2,混凝土抗压强度如表2。
对比例1:
收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;在浓缩管中加入0.5%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀1.5h;取225份浓缩罐中浓缩废浆料B;将浓缩商混废浆料B替代10%水泥掺入C30 预拌混凝土中,浆料A固含,浆料B固含如表1,混凝土坍落度、外加剂用量如表2,混凝土抗压强度如表2。
空白组:C30标号混凝土。
表1浆料相关数据
表2混凝土相关数据
从表1浆料相关数据中得知,随着化学沉淀剂的增加,浓缩废浆料固含从11%提升至45%;随着立式搅拌球磨机的时间增加,浓缩废浆料的粒径也随之降低,从最开始的18μm降低至3μm。相较于对比例1,实施例利用湿法研磨工艺剧烈的机械力超细化商品混凝土废浆料颗粒,使其大幅度降低颗粒粒径、增大颗粒表面与二氧化碳接触面积,进而提升固碳率,将原本自然碳矿化3%的固碳率提升至15%,提升了500%。
从表2可知,空白组C30预拌混凝土外加剂添加量为6.3份。尽管废浆料B 替代水泥有助于降低水泥使用,进而降低碳排放,但由于商品混凝土废浆料高碱度,其替代水泥掺入混凝土中对混凝土和易性造成负面影响,外加剂的用量也随之增加,从6.3份增长至9份外加剂。本发明利用湿法研磨对商品混凝土废浆料进行超细化的同时,通入二氧化碳气体,中和废浆料溶液环境pH值。改善商混废浆料替代水泥加入混凝土和易性、降低外加剂的用量。同时,商混废浆快速碳矿化反应形成大量亚稳态球霰石晶型的碳酸钙,球霰石在水泥水化过程中起促进作用,确保商混废浆替代水泥掺入预拌混凝土力学性能降低不明显。本发明不仅可进行大规模工业化生产,并且在商品混凝土废浆料现有应用基础上对其外加剂用量进行改进,具有广泛的应用前景。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例,显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内,则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (8)
1.一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、收集商品混凝土搅拌站废浆料A汇集于沉淀池中,由泥浆泵泵送入浓缩罐中;
步骤2、在浓缩罐中加入0.1%-1%化学沉淀剂使浓缩罐中的商品混凝土废浆料沉淀1-2h,得到浓缩废浆B;
步骤3、取重量份计步骤2中浓缩罐中150-200份浓缩废浆B,与300-400份氧化锆球混合,置于立式搅拌球磨机中研磨10min-30min,研磨过程中通入浓度为80%-100%、气速6-8份/h的CO2,研磨结束后得到中值粒径为3μm-9μm的固碳型商品混凝土废浆料。
2.如权利要求1所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤1中浆料A是清洗场地、清理搅拌车、清洗搅拌仪器、砂石分离得到的废弃浆料。
3.如权利要求1所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤1中浆料A包括未水化的水泥浆、矿粉、粉煤灰和细砂矿。
4.如权利要求1所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤1中浆料A固含为10%-20%,pH值>12。
5.如权利要求1所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤2中沉淀剂为聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中一种或两者混合的化学沉淀剂。
6.如权利要求1所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤2中浓缩废浆B由水化水泥、矿粉、粉煤灰、少量细砂机械互锁而成,固含30%-45%。
7.如权利要求1所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的制备方法,其特征在于:所述步骤3中氧化锆研磨球级配:1.5-1.2mm:1.2-0.8mm:0.8-0.6mm=1:2:2-2:1:1,湿磨机转速400r/min-800r-min,直至浆料pH=7.2-7.8,停止通入CO2。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种固碳型商品混凝土废浆料的应用方法为:将固碳型商品混凝土废浆料掺入预拌混凝土中,替代5%-15%水泥用量。
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