CN113414862A - 一种制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，涉及建筑材料技术领域，该制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置包括：控制柜以及多个并联设置的碳化桶，多个所述碳化桶均分别连接所述控制柜以及CO2储气罐；所述碳化桶与控制柜的连接线路上设置有压力变送器以及温度变送器，所述压力变送器和温度变送器分别直接连接碳化桶内部的压力传感器和温度传感器。本发明实施例所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置相较于现有技术，显著提升了水泥基材料对CO2封存速度和封存量，同时提升水泥基材料早期力学性能，通过调节温度定向控制水泥基材料碳化程度，克服了常规碳化养护设备关键参数不可控的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种制备低碳型水泥基材料的新 型碳化养护装置。
背景技术
采用早期碳化养护的低碳技术将经过处理的固体废弃物制备成为水泥基材 料组成之一，同时通过碳化反应提升该水泥基材料早期力学性能，提高固碳量 并且能促进浆体微结构的密实性发展，为混凝土建筑物长期服役寿命提供有力 保障，是生态型建筑材料发展的重要方向。早期碳化养护是指将待养护试块放 入特定的碳化养护箱，通过一定的压力和养护时间，环境中CO2会不断扩散并进 入试块内部，与浆体发生碳化反应。因此，碳化养护装置为早期碳化养护方法 和生态型建筑材料的制备提供基础支撑。
中国专利《CN201180060429.4碳化养护设备、碳化混凝土制造方法及二氧 化碳固化方法》通过利用火力发电厂作为二氧化碳供应源，对容纳于碳化养护 槽内的隔离空间中的被养护体进行碳化养护，而将所述火力发电厂排出的废气 供应到所述碳化养护槽内的废气供应装置，在碳化养护的气体利用方面提供了 新方法。中国专利《CN201920165883.X一种混凝土养护结构及使用其的养护产 品》通过添加低密度多孔保温材料维持碳化养护温度，并且设计了隔水层与保 湿层，使用该养护产品的混凝土表面强度在保温和保湿的双重作用下发展较优， 回弹强度较高，同时可大幅降低混凝土的早期碳化，大幅提高混凝土的性能。 这些专利通过设计和方法改进，在固碳和提升碳化养护混凝土性能等方面起到了一定的提升作用。
然而，利用早期碳化养护的装置与方法固碳和提升水泥基材料早期力学性 能仍存在以下问题尚待解决：(1)大量实验结果表明常规碳化养护装置和方法 下的碳化反应大都发生于水泥基材料表层和次表层，以往通过增加碳化压力可 一定范围内上改善上述问题，但高压养护设备会很大程度上限制碳化养护的应 用场所。而通过升温可有效加速CO2扩散并进入浆体深部位置，但相关温度可调 的碳化养护装置与方法欠缺；(2)水泥基材料体系早期碳化过程中碳化参数(如 碳化压力，温度和时间)的变化会一定程度上影响碳化效果，碳化参数不可实 时显示的养护设备和方法会限制低碳技术应用于日益复杂的水泥基材料，因此 针对碳化过程中碳化参数变化实时显示的碳化装置和方法也急需拓展。
发明内容
为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种制备低碳型水泥基 材料的新型碳化养护装置，解决了上述背景技术中水泥基材料早期碳化养护温 度不可调和碳化养护过程中温度与压力无法动态监测等技术缺点，也合理保证 了相同龄期的不同水泥基材料体系可以同步碳化养护。该碳化养护新装置可以 通过在室温-90℃任意设置养护温度并设定养护压力，不仅加速了CO2的封存 速度和封存量，也定向控制了CO2在浆体内部的作用程度；通过控制柜的控制面 板触屏式调节养护压力、温度与时长等参数，避免了以往常规碳化养护装置中 手动调节阀门的精确度低问题；通过控制面板实时显示养护箱内部温度、压力 和时间等参数变化，准确调控水泥基材料固碳过程，为实现低碳型建筑材料制备与应用提供了技术支撑。
本发明提供了一种制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，包括：控 制柜以及多个并联设置的碳化桶，多个所述碳化桶均分别连接所述控制柜以及 CO2储气罐；所述碳化桶与控制柜的连接线路上设置有压力变送器以及温度变送 器，所述压力变送器和温度变送器分别直接连接碳化桶内部的压力传感器和温 度传感器。
在本发明的某些实施方式中，所述碳化桶内设置有放置待碳化养护试件的 载物台，所述碳化桶的底部设置有与控制柜连接的加热板。
在本发明的某些实施方式中，所述载物台包括多个支撑杆以及多个台面， 多个所述台面由上至下平行设置，且所述台面之间通过所述支撑杆固定。
在本发明的某些实施方式中，所述台面为多孔镂空不锈钢板。
在本发明的某些实施方式中，多个所述碳化桶相互之间结构相同、尺寸不 同。
在本发明的某些实施方式中，所述碳化桶与CO2储气罐的连接线路上设置有 控制CO2进气量的进气阀。
在本发明的某些实施方式中，所述碳化桶上还分别设置有安全阀和排气阀。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
本发明实施例所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置相较于现有 技术，显著提升了水泥基材料对CO2封存速度和封存量，同时提升水泥基材料早 期力学性能，通过调节温度定向控制水泥基材料碳化程度，克服了常规碳化养 护设备关键参数不可控的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一 些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置的原理结构 示意图；
图2为本发明所述碳化桶的结构示意图。
附图标记说明：
1、碳化桶；2、控制柜；3、CO2储气罐；4、压力变送器；5、温度变送器； 6、进气阀；7、待碳化养护试件；11、载物台；12、加热板；13、支撑杆；14、 台面。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施 例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出 了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文 所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的 理解更加透彻全面。
参阅图1所示，所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置包括控制 柜2以及多个并联设置的碳化桶1，多个所述碳化桶1均分别连接所述控制柜2 以及CO2储气罐3；所述碳化桶1与控制柜2的连接线路上设置有压力变送器4 以及温度变送器5，所述压力变送器4和温度变送器5分别直接连接碳化桶1 内部的压力传感器和温度传感器。
参阅图2所示，所述碳化桶1内设置有放置待碳化养护试件7的载物台11， 所述碳化桶1的底部设置有与控制柜2连接的加热板12。所述加热板12采用 PID温控，温度控制范围为室温-90℃。
所述载物台11包括多个支撑杆13以及多个台面14，多个所述台面14由 上至下平行设置，且所述台面14之间通过所述支撑杆13固定，待碳化养护试 件7放置在所述台面14上。在本实用新型实施例中，所述台面14为多孔镂空 不锈钢板。
在本发明实施例中，所述碳化桶1与CO2储气罐3的连接线路上设置有控制 CO2进气量的进气阀6。
在本发明实施例中，多个所述碳化桶1相互之间结构相同、尺寸不同，可 以根据实际的试验需求分别选用不同规格的多个碳化桶1。例如，在本实施例 中，所述碳化桶1可以为两个规格分别为10L(外径、高度和筒壁厚度为219mm、 315mm、6.0mm和底厚8.0mm)和30L(外径、高度和筒壁厚度为325mm、 415mm、6.0mm，底厚8.0)的碳化桶1，两者并联后连接到控制柜2，通过 PLC电控实现控制。具体来说，将尺寸为40mm*40mm*160mm的待碳化养护试 件7分别放入10L/30L单一碳化桶1或者放入两个并联使用碳化桶1中，盖 上桶盖并拧紧螺丝。通过控制面板分别设定试验的CO2压力值为0.1-1MPa，养 护温度范围为室温-90℃，并通过手动操作向碳化桶1内连续通CO2以排除桶 内空气，然后执行试验操作。
在本发明的其他实施方式中后，所述碳化桶1上还分别设置有安全阀和排 气阀，控制柜2通过PLC电控与碳化桶1相互作用，当压力超过安全阈值即自 动打开安全阀排气，当工作时间超过试验时间即可通过控制柜2面板电控打开 排气阀排气。
本发明实施例所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置的工作原理 具体如下：
将待碳化养护试件7按照尺寸适应性和试件数量分别放入多个(如10L/30 L)单一碳化桶1或者放入多个并联使用碳化桶1中，盖上桶盖并拧紧螺丝；通 过控制柜2分别设定试验的CO2压力值与养护温度，并通过手动操作向碳化桶1 内连续通CO2以排除桶内空气；点击并开始试验，试验开始后控制柜2的控制面 板可实时显示并记录存储CO2压力值、温度与试验时长的动态数据；CO2气流通 过多层载物台11可充分与待碳化养护试件7表面接触并向内部扩散，载物台 11多孔镂空底板可保证待碳化养护试件7底部也能充分与CO2气体接触并扩散； 通过改变碳化桶1内部温度和压力，对CO2在待碳化养护试件7内部的扩散与反应速率进行定向调节，从而实现了对碳化反应过程的调控。
其中，CO2在碳化养护过程中发生的碳化反应如下：
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O (1)
3CaO·SiO2+yH2O+(3-x)CO2→CaO·SiO2·yH2O+(3-x)CaCO3 (2)
2CaO·SiO2+yH2O+(2-x)CO2→CaO·SiO2·yH2O+(2-x)CaCO2 (3)
实施例1：
选取P.II 52.5水泥，掺入高效减水剂1％(质量分数)，水胶比设定为0.2， 浇筑成型尺寸为40mm*40mm*160mm的净浆试块(待碳化养护试件7)。将该净 浆批试块放入所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置中，设定CO2压力 值为0.2MPa，碳化温度为25℃，碳化时间为12h，即得。相比未碳化的净 浆试块其1天抗压强度提高了19.9％。
实施例2：
选取P.II 52.5水泥，掺入高效减水剂1％(质量分数)和聚丙烯纤维2％ (体积分数)，水胶比设定为0.3，浇筑成型尺寸为40mm*40mm*160mm的净浆 试块(待碳化养护试件7)。将该批试块放入所述制备低碳型水泥基材料的新 型碳化养护装置中，设定CO2压力值为0.2MPa，碳化温度为25℃，碳化时间 为12h，即得。相比未碳化的净浆试块其1天抗压强度提高了12.4％。
实施例3：
选取P.II 52.5水泥，掺入高效减水剂1％(质量分数)和聚丙烯纤维2％ (体积分数)，水胶比设定为0.2，浇筑成型尺寸为40mm*40mm*160mm的净浆 试块(待碳化养护试件7)。将该批试块放入所述制备低碳型水泥基材料的新 型碳化养护装置中，设定CO2压力值为0.2MPa，碳化温度为25℃，碳化时间 为12h，即得。相比未碳化的净浆试块其1天抗压强度提高了18.5％。
本发明实施例所述制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置相较于现有 技术，显著提升了水泥基材料对CO2封存速度和封存量，同时提升水泥基材料早 期力学性能，通过调节温度定向控制水泥基材料碳化程度，克服了常规碳化养 护设备关键参数不可控的缺点。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技 术。以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述 实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可 以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特 征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或 间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于，包括：控制柜以及多个并联设置的碳化桶，多个所述碳化桶均分别连接所述控制柜以及CO2储气罐；所述碳化桶与控制柜的连接线路上设置有压力变送器以及温度变送器，所述压力变送器和温度变送器分别直接连接碳化桶内部的压力传感器和温度传感器。
2.根据权利要求1所述的制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于：所述碳化桶内设置有放置待碳化养护试件的载物台，所述碳化桶的底部设置有与控制柜连接的加热板。
3.根据权利要求2所述的制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于：所述载物台包括多个支撑杆以及多个台面，多个所述台面由上至下平行设置，且所述台面之间通过所述支撑杆固定。
4.根据权利要求3所述的制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于：所述台面为多孔镂空不锈钢板。
5.根据权利要求1所述的制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于：多个所述碳化桶相互之间结构相同、尺寸不同。
6.根据权利要求1所述的制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于：所述碳化桶与CO2储气罐的连接线路上设置有控制CO2进气量的进气阀。
7.根据权利要求1所述的制备低碳型水泥基材料的新型碳化养护装置，其特征在于：所述碳化桶上还分别设置有安全阀和排气阀。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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