一种提升新拌混凝土吸收二氧化碳效率的方法与流程

本发明涉及一种提升新拌混凝土吸收co2效率的方法，属于co2的封存固化领域。

背景技术：

工业革命爆发至今，工业化和城市化的进程迅速加快，全球经济得到了迅速的发展。但是传统的发展模式是以消耗巨大能源资源为代价的粗放型经济发展模式，这给全球生态环境带来了巨大的压力，生态环境的破坏使人类的生存空间面临着日益严峻的威胁。众多生态环境问题中，气候变暖已成为全球十大环境问题之首。随着地球温度的不断升高，两极和高寒地带冰川会逐渐融化,导致海平面上升,使沿海的地区被海水淹没。冰川的融化还会破坏生态环境，众多濒危的动植物将失去赖以生存的空间，面临灭绝的危险。气候变暖主要由过度排放二氧化碳所引起的温室效应带来，减少二氧化碳的排放，降低温室效应已成为世界各国的共识。

目前，世界各国都在努力寻找减少排放co2的最快、最有效的方法。虽然各方都积极响应，努力寻求措施，但由于化石燃料仍然是人类生产活动中不可缺少的资源，传统的以煤，石油，天然气等化石能源为动力的生产方式在短时间内改变，co2的排放量在未来一段时间里还将不断增长。封存和固化co2是减少co2排放的一种常用方法，如矿石碳化和海洋封存。但是，矿石碳化由于自然反应过程比较缓慢，需要对矿物作增强性预处理，此过程非常耗能，矿石碳化封存co2的潜力并不乐观。海洋封存会使海水表面二氧化碳浓度增大，改变海洋的化学特征，带来表层海水酸化等一系列问题。因此寻求一种封存和固化co2的新方法已成燃眉之急。

利用co2易与碱性物质在溶液中反应生成稳定碳酸盐的性质可以实现co2的封存和固化。水泥在水化过程中会生成大量ca(oh)2，在有水的环境下，ca(oh)2将与co2反应生成caco3，如果在拌制混凝土时通入co2废气，利用水泥水化产物与co2发生的碳化反应便可以实现co2的吸收固化。目前，国内外已有研究人员对此展开相关研究，拌制混凝土时在搅拌机中注入co2废气，并将搅拌机做成密封容器使其密封，防止co2废气泄露，是一种新型、环保、彻底的固碳方式。

但是，co2与水泥水化产物发生反应后生成大量不溶于水的纳米碳酸钙颗粒物，颗粒物在水泥颗粒表面不断沉积。而且，随水泥颗粒不断水化，水化产物也将在水泥颗粒表面沉积。二者都使co2与水泥颗粒的接触面积逐渐减小，降低反应速度，不仅使co2的吸收速度不断降低。此外，当纳米碳酸钙颗粒物和水泥水化产物对水泥颗粒的包裹达到一定程度时，混凝土浆体的co2吸收量将达到上限，至此对co2的吸收量很低（尚不到水泥用量的2%），极大限制了混凝土吸收co2的潜力。因此急需找到一种能够提升新拌混凝土浆体吸收co2效率的方法，解决混凝土浆体吸收co2速度慢且吸收量较低的难题。

技术实现要素：

本发明的发明目的是，为了弥补新拌混凝土吸收co2速度慢、效率低的问题，提出一种提升新拌混凝土吸收co2效率的方法，用于新拌混凝土吸收co2。

本发明是通过如下技术方案实现的，一种提升新拌混凝土吸收二氧化碳效率的方法，其特征在于：在混凝土的搅拌工艺中引入搅拌磨装置，搅拌磨装置用于对水泥浆体进行研磨，并通入co2气体，实现水泥浆体对co2的封存和固化；通过将水泥浆体中的水泥颗粒表面生成并沉积的纳米碳酸钙颗粒及时剥离，使水泥颗粒不断暴露出新鲜表面；且研磨作用能将水泥颗粒团聚物以及纳米碳酸钙颗粒与水泥颗粒的团聚物及时打碎。

作为本发明所述的一种提升新拌混凝土吸收二氧化碳效率的方法的一种优化方案：

所述搅拌磨装置，包括壳体，其壳体一端为敞口，另一端为出料口，且安装有将壳体内部分为搅拌仓和储料仓的隔板；位于所述隔板上部的壳体上设有进气口，所述进气口上设有单向阀；所述搅拌仓内放置有若干个钢珠；

所述隔板上设有若干个孔隙，且孔隙直径小于搅拌仓内钢珠的直径，以防止钢珠漏入储料仓内；

还包括用于封闭壳体敞口的顶盖，所述顶盖上设有与壳体内部连通的进水口和水泥进料口，以及用于检测壳体内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度计；所述顶盖上安装有搅拌电机，以及安装在电机上的螺旋叶片。

作为本发明所述的一种提升新拌混凝土吸收二氧化碳效率的方法的一种优化方案：所述钢珠为大小不等直径的钢珠，且所述隔板上孔隙直径小于搅拌仓内最小钢珠的直径。

作为本发明所述的一种提升新拌混凝土吸收二氧化碳效率的方法的一种优化方案：在混凝土搅拌工艺中引入搅拌磨装置，是指通过搅拌磨装置按照水泥和水的配比制备水泥浆体，并向水泥浆体中充入co2气体，水泥浆体对co2封存和固化后，流入混泥土搅拌机中和骨料以及矿物掺和料拌制混凝土；具体步骤如下：

1）计算性能参数：根据混泥土搅拌机性能参数确定搅拌机的单锅搅拌量和搅拌时间t，再由单锅搅拌量根据混凝土配比确定每锅水泥用量m，以及每锅浆体的co2吸收量m，再由水泥浆体吸收co2的速度v，计算搅拌磨装置制备水泥浆体的研磨时间t，其中：

；

2）进料：通过搅拌磨装置的水泥进料口加入质量m的水泥，按比例从进水口加入水，同时启动搅拌电机，拌制水泥浆体；

3）通气：在开始搅拌的同时将预先储存的co2气体通过进气口通入搅拌仓内，利用二氧化碳浓度计记录搅拌仓内的co2气体浓度，并维持co2气体浓度；

4）搅拌：持续搅拌，吸收过co2气体的水泥浆体通过隔板流入储料仓，搅拌过程中，每隔研磨时间t补充一次质量m的水泥，并按比例加入水，补充搅拌仓内的水泥浆体；

5）出料：每隔时间t打开储料仓出料口，将水泥浆体放入混凝土搅拌机中，从而与进料同步，循环生产；

6）拌制混凝土：利用混泥土搅拌机，再按比例加入骨料以及其它混泥土用料拌制混凝土。

本发明具有以下有益效果：

搅拌仓内的钢珠在搅拌过程中被螺旋叶片拨动翻起，能将水泥颗粒表面沉积的纳米caco3颗粒及水泥水化产物及时剥离，增加co2与水泥水化产物的接触面积，大幅提高co2的吸收速度；相同情况下，用该方法拌制混凝土可使co2的吸收速度提高5倍以上。

本发明方法引入研磨工艺后，水泥颗粒表面沉积的纳米caco3颗粒及水泥水化产物被及时剥离，水泥浆体吸收co2的能力不再受限制，相同情况下，可使混凝土的co2吸收量提高3-5倍。

研磨工艺的引入极大加快了水泥浆体吸收co2的速度，在制备混凝土时，可以大幅减少水泥浆体在搅拌仓内的停留时间，减少出料间隔，使混凝土生产效率提高50%-100%。

附图说明

图1是混凝土搅拌生产工艺图；

图2是搅拌磨装置结构示意图；

图3是隔板结构示意图；

图中：10-壳体；11-隔板；12-搅拌仓；13-储料仓；14-钢珠；15-进气口；16-单向阀；17-进水口；18-水泥进料口；19-二氧化碳浓度计；20-顶盖；30-出料口；40-搅拌电机；41-螺旋叶片；100-搅拌磨装置；101-水泥罐；102-储水罐；200-矿物掺和料罐；300-骨料罐；400-混泥土搅拌机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

混凝土原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为p.o42.5硅酸盐水泥（掺量488kg/m³）；细骨料为砂子（掺量767kg/m³）；粗骨料为5~20mm的级配石子（掺量1051kg/m³）；水（掺量244kg/m³）；co2吸收量为水泥质量的2%。

如图1所示，本在混凝土搅拌工艺中加入搅拌磨装置100，具体为：搅拌磨装置100，矿物掺和料罐200，骨料罐300分别与混泥土搅拌机400连通；另外，拌磨装置100还与水泥罐101和储水罐102连通。

在混凝土搅拌工艺中引入搅拌磨装置，是指通过搅拌磨装置按照水泥和水的配比制备水泥浆体，并向水泥浆体中充入co2气体，水泥浆体对co2封存和固化后，流入混泥土搅拌机中和骨料以及矿物掺和料等拌制混凝土；具体步骤如下：

1）计算性能参数：根据混泥土搅拌机性能参数确定搅拌机的单锅搅拌量和搅拌时间t=1min，再由单锅搅拌量根据混凝土配比确定每锅水泥用量m=488kg，以及每锅浆体的co2吸收量m=9.76kg，再由水泥浆体吸收co2的速度v约为1.95kg/min，计算搅拌磨装置制备水泥浆体的研磨时间t=5min。

2）进料：通过搅拌磨装置的水泥进料口加入质量m=488kg的水泥，按比例从进水口加入水244kg，同时启动搅拌电机，拌制水泥浆体；

3）通气：在开始搅拌的同时将预先储存的co2气体通过进气口通入搅拌仓内，利用二氧化碳浓度计记录搅拌仓内的co2气体浓度，并维持co2气体浓度；

4）搅拌：持续搅拌，吸收过co2气体的水泥浆体通过隔板流入储料仓，搅拌过程中，每隔研磨时间t=5min补充一次488kg的水泥和244kg的水，搅拌仓内的水泥浆体；

5）出料：每隔时间t=1min打开储料仓出料口，将水泥浆体放入混凝土搅拌机中，从而与进料同步，循环生产；

6）拌制混凝土：利用混泥土搅拌机，再按比例加入767kg砂子和1051kg石子拌制混凝土。

经过试验测定，未引入搅拌磨装置时，混凝土吸收co2的速度v仅约为0.39（kg/min），吸收量仅能达到水泥质量的0.5%，引入搅拌磨装置使co2的吸收速度提高约5倍，吸收量提高约4倍。

实施例2

如图2所示，所述搅拌磨装置，包括壳体10，其壳体10一端为敞口，另一端为出料口30，且安装有将壳体10内部分为搅拌仓12和储料仓13的隔板11；位于所述隔板11上部的壳体10上设有进气口15，所述进气口15上设有单向阀16；所述搅拌仓12内放置有若干个钢珠14；

如图3所示，所述隔板11上设有若干个孔隙，且孔隙直径小于搅拌仓12内钢珠14的直径，以防止钢珠14漏入储料仓13内；

还包括用于封闭壳体10敞口的顶盖20，所述顶盖20上设有与壳体10内部连通的进水口17和水泥进料口18，以及用于检测壳体10内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度计19；所述顶盖20上安装有搅拌电机40，以及安装在电机40上的螺旋叶片41。

具体的，关闭壳体10的出料口30，通过进水口17和水泥进料口18按比例制备水泥浆体，启动搅拌电机40，在螺旋叶片41的转动下，钢珠14与水泥浆体充分接触和研磨，co2气体通过位于所述隔板11上部的壳体10上设有进气口15进入搅拌仓12，完成水泥浆体对co2的封存和固化。