一種二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法

2023-06-08 06:45:06

一種二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法
【專利摘要】一種二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，包括以下步驟：（1）將水泥基材料混合後成型；（2）將混合成型的水泥基材料靜置至可搬運；（3）將水泥基材料置於微波設備中進行微波乾燥快速預養護處理，預養護處理時間不大於1h。本發明採用微波乾燥，可及時有效均勻地脫除水分，極大的縮短預養護時間，解決水泥基材料成型時水灰比過小的問題；利用微波法加熱，可提高產品周期率，提高製品的質量和生產效率，實現節能降耗的目的；微波具有體積加熱的特點，可直接穿透物料內部，使得物料內部和表面的水分同時被加熱，有效改善水分脫除的動力學條件，使得製品內外失水均勻，有效縮短預養護時間，提高熱效率；通過額定微波功率，可在較低溫度下快速進行乾燥，提高幹燥速率。
【專利說明】一種二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水泥基材料co2養護的預養護方法，尤其是涉及一種用於水泥混 凝土抹面、板材、砌塊及預製品等二氧化碳養護前的預養護方法。

【背景技術】
[0002] 由於大量的建築廢料難以合理利用，處理這些建築廢料已經變成嚴重的社會和環 境問題，能源供應緊張、環境汙染和氣候變化對人類的生活造成了極大的不便。隨著經濟社 會的發展，人類的進步，如何開發回收利用建築廢料，製備環保節能的新型建築材料變的越 來越重要。
[0003] 其次，水泥基材料，尤其是混凝土砌塊，當前主要採用常壓蒸汽養護，使產品具有 一定的初始強度來保證後續生產工藝的完成。由於常壓蒸汽養護的能耗高，養護過程中產 生二氧化碳廢氣，使得混凝土製品尺寸不穩定，微裂縫多。也有研究者開始嘗試採用新的養 護方法替代蒸汽養護，co2養護加氣混凝土砌塊是其中的典型之一。但是，由於加氣混凝土 砌塊的預養護多是在常溫下靜置一段時間進行自然預養護，養護不合理，製品外表面過於 乾燥，製品內部多餘水分難以蒸發，而且預養護多在:Tl6h，預養護周期長，C02養護效果得 不到保證，容易導致產品無強度，co2吸收量低等問題，極大的制約了二氧化碳養護技術的 發展。
[0004] 另外，隨著二氧化碳養護排放引起的全球溫室效應已經成為嚴重的世界難題。如 何減緩二氧化碳的排放已經引起了全世界的極大關注。中國作為發展中國家，減排壓力巨 大，如何充分發揮科技進步在國家可持續發展中的作用，以高新技術為突破口控制二氧化 碳的排放，是當前很重要的一個問題。如果在水泥基材料，尤其是水泥混凝土砌塊或預製品 製備過程中能夠減少二氧化碳氣體排放，縮短製品生產時間，提高經濟附加值將會取得多 項重大突破。
[0005] 水灰比是影響混凝土試件二氧化碳養護程度至關重要的因素，過多的水分會充滿 試件的孔隙並阻礙co2氣體的滲透和擴散，水分過少則不利於碳化反應的進行。未進行預 養護的混凝土試件的二氧化碳養護程度很低。同樣，將混凝土試件放入水中進行預養護，隨 著預養護的時間延長，Ca(0H)2的含量越多，試件的二氧化碳吸收能力越低。早期的研究採 用較低的水灰比，如0. 06、. 20，這種低水灰比因混凝土試件難以成型，阻礙了混凝土砌塊 的工業生成應用和推廣。八十年代初，有研究者在二氧化碳養護前對密封的養護容器進行 抽真空，這對含有較多的多餘水分或者水灰比較高的試樣來說，對提高二氧化碳氣體的擴 散速率起到了積極作用。隨著養護室內真空度的降低，試件的二氧化碳養護程度值逐漸升 高，因為隨著真空度越低，試件的空氣殘餘量越少，二氧化碳進入試件更容易，從而提高養 護程度。2008年，史才軍等提出將成型的混凝土試件放入20±2°C，相對溼度65±5%的環 境中進行預養護，並通過電風扇增加空氣的流通。預養護一定時間後，二氧化碳養護程度 顯著增加。二氧化碳養護混凝土吸收的C02氣體約是蒸汽養護釋放的C02氣體的3倍。但 是，採用這種乾燥環境預養護處理方法存在極大的缺陷：（1)首先，這種乾燥環境預養護處 理方法雖可以顯著提高二氧化碳養護程度，但是由於生坯試件尺寸、壁厚的不同，內部的水 分並不容易排出，因此容易造成生坯表面過於乾燥，內部過於潮溼，二氧化碳養護程度不均 勻；（2)有人嘗試通過降低電風扇風速、增加室內溫度、延長預養護時間的方式，提高生坯 失水的均勻性，這不僅增加了預養護時間，且乾燥環境預養護的時間較長，一般為fl2h，制 品周轉率較低，增加了成本；（3)有人嘗試採用加熱乾燥的預養護方法，由於受到水泥基材 料加熱溫升梯度的影響，製品容易產生一些微裂縫，不利於強度的發展。
[0006] 由此可知，現有的水泥基材料二氧化碳養護技術受到預養護的制約，發展較為緩 慢，不利於推廣應用。
[0007] 早在1947年由美國人馬文·貝克根據微波的加熱效應製成了世界上第一臺用於 食品加熱的微波爐。經過十多年的發展，1965年美國CryodeyComporatio公司成功地研製 出世界上第一臺915MHz/50Kw隧道式微波加熱設備。我國從20世紀70年代開始研製、推廣 微波技術與設備，近年來，微波技術在食品工業、化工及農產品加工等方面發展極為迅速。 微波加熱技術與設備發展迅速，功率從幾千瓦到幾百千瓦的各種用途、規格的微波加熱設 備層出不窮，隨著微波乾燥設備的推廣應用，特別是加熱均勻性、低溫加熱等要求越來越嚴 格。目前，微波技術在乾燥領域出現了諸如真空微波乾燥設備、低溫乾燥設備、高溫乾燥設 備等滿足不同物料溫度要求的微波乾燥設備，根據應用領域的不同開發出了實驗室微波幹 燥設備和工業微波乾燥設備等。由於二氧化碳養護水泥基材料的機理尚不明確，諸多工藝 參數的控制還在試驗室進行小規模的探索和研究。目前在二氧化碳養護水泥基材料領域， 採用微波法進行快速預養護處理仍屬空白，這一預養護處理技術的推廣將推動二氧化碳養 護技術在水泥混凝土製品工業養護中的應用。


【發明內容】

[0008] 本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種預養護時間短的二 氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法。
[0009] 本發明解決其技術問題採用的技術方案是，一種二氧化碳養護水泥基材料的快速 預養護方法，特別是以一定的水灰比機械壓製成型的水泥混凝土砌塊或預製品為乾燥對 象，採用微波乾燥設備，通過相對固定微波功率，實現水泥基材料在幾分鐘內失去一定量的 水分，達到預定的剩餘水灰比。微波法處理可實現水泥基材料快速預養護，預養護時間從現 有的乾燥環境預養護的幾小時縮短到幾分鐘，剩餘水灰比控制好，波動小，不影響後期二氧 化碳養護；品種均勻。
[0010] 本發明具體包括以下步驟： (1)將水泥基材料混合後成型； 所述水泥基材料採用水泥、骨料以及粉煤灰或礦渣粉等摻合料及適量外加劑通過攪拌 機攪拌再機械壓製成型； 所述水泥基材料所用的骨料為卵石、碎石、再生骨料等中的至少一種；其所用的水泥為 娃酸鹽水泥、普通娃酸鹽水泥、白水泥和特種水泥等水泥中的一種； 微波預養護處理對新拌水泥基材料的水灰比無特殊要求，但需滿足成型工藝和孔隙率 要求； (2)將混合成型的水泥基材料靜置至可搬運(優選靜置時間大於5分鐘，更優選大於30 分鐘）; (3)將水泥基材料置於微波設備中進行微波乾燥快速預養護處理，預養護處理時間不 大於lh (優選3?20min)。
[0011] 根據試件的尺寸和數量，選定相應功率和空間的微波乾燥設備，微波能量是足 以使水泥基材料的溫度升高到能幹燥去水的溫度的微波輻射量。將試件放入微波設備 中去水，使得水泥基材料達到預定的剩餘水灰比或最佳剩餘水灰比，剩餘水灰比一般為 0. 10?0· 30 (優選 0. 15?0. 25)。
[0012] 所述微波的功率彡200kW，頻率彡ΙΟΜΗζο
[0013] 進一步，所述微波的功率為30kW - 60kW，頻率為20 MHz?5000MHz。
[0014] 微波預養護處理後，再將微波預養護處理的試件放入二氧化碳養護容器中進行二 氧化碳養護（參見ZL201010300955.0第〔0009〕段）。
[0015] 微波預養護處理是利用微波在快速變化的高頻電磁場中與物質分子相互作用，被 吸收而產生熱效應，水泥基材料內部產生熱量，加熱乾燥迅速。
[0016] 為了克服現有的二氧化碳養護前預養護的缺陷，本發明採用微波預養護處理，可 以極大的縮短預養護的時間，解決水泥基材料成型時水灰比過小的問題，降低單位製品能 耗，提高產品周期率，使產品具有較高的強度，吸收較多的co2氣體，並且產品經二氧化碳養 護後不容易產生收縮開裂，能提高產品的質量和生產效率。
[0017] 本發明採用微波乾燥，不需要由表及裡的熱傳導，而是通過微波在物料內部水分 的能量消耗來直接進行乾燥，可及時有效地脫除水分；利用微波選擇性加熱，無需對整個水 泥基生坯進行加熱，僅對水泥基材料中的水分進行加熱，從而實現節能降耗的目的；微波具 有體積加熱的特點，可直接穿透物料內部，使得物料內部和表面的水分同時被加熱，有效改 善水分脫除的動力學條件，提高熱效率；通過額定微波功率，可在較低溫度下快速進行幹 燥，提高幹燥速率。
[0018] 本發明具有如下優點： (1)在微波法預養護條件下對水泥基材料進行處理後再進行C02養護，可以極大的縮短 預養護的時間，幾分鐘內即可完成水泥基材料的預養護； (2)可以根據需要採用不同的水灰比成型水泥基材料，解決水泥基材料成型時水灰比 過小的問題； (3)微波法預養護處理後，水泥基材料內部失水均勻，剩餘水灰比容易控制，波動小；可 解決自然環境乾燥養護存在的水泥基材料內外失水不均勻，剩餘水灰比難以控制，波動大 的難題； (4)節能環保，可縮短水泥基製品的生產周期，提高產品周期率，提高生產效率，降低單 位製品的能耗； (5)使產品具有較高的強度； (6)可使得二氧化碳養護時，水泥基材料能吸收較多的C02氣體； (7)提聞廣品的質量和生廣效率； (8)微波法預養護工藝簡單；

【具體實施方式】
[0019] 以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明並不僅限於此等實施 例。
[0020] 實施例1 本實施例包括以下步驟： (1)將水泥：砂：石按質量比為1:3:2. 5的比例幹拌混合，按水灰比0. 35加入水並拌 合，經機械壓製成型為Φ lOmmX 10mm的水泥混凝土試件； (2)將混合成型的水泥基材料靜置30分鐘； (3)採用微波輸入功率為lkW、微波頻率為2450MHz的微波乾燥設備對水泥混凝土試件 進行乾燥，經乾燥一定時間後，達到預定的剩餘水灰比； 微波預養護處理後，再將微波預養護處理的試件立即進行二氧化碳養護（參見 ZL201010300955. 0)。
[0021] 不同乾燥時間段所得水泥混凝土試件的處理參數及具體結果見表1。經過1飛分 鐘的微波快速預養護處理，水泥基材料lh、3h的最大二氧化碳養護程度分別是未進行微波 預養護的1. 6倍和1. 9倍(預養護時間為0即使未進行微波預養護的數據)。

【權利要求】
1. 一種二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1)將水泥基材料混合後成型； (2)將混合成型的水泥基材料靜置至可搬運； (3)將水泥基材料置於微波設備中進行微波乾燥快速預養護處理，預養護處理時間不 大於lh。
2.根據權利要求1所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在於， 步驟（2)中，所述水泥基材料靜置時間大於5分鐘。
3.根據權利要求2所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在於， 所述水泥基材料靜置時間大於30分鐘。
4.根據權利要求1或2所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在 於，步驟（3)中，所述預養護處理時間為3?20min。
5.根據權利要求1或2所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在 於，驟（3)中，預養護處理至剩餘水灰比為0. 1(Γθ. 30。
6.根據權利要求5所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在於， 預養護處理至剩餘水灰比為0. 15^0. 25。
7.根據權利要求1或2所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在 於，步驟（3)中，所述微波的功率彡200kW。
8.根據權利要求1或2所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在 於，步驟（3)中，所述微波的頻率彡10MHz。
9.根據權利要求7所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在於， 所述微波的功率為30kW - 60kW。
10.根據權利要求8所述的二氧化碳養護水泥基材料的快速預養護方法，其特徵在於， 所述微波的頻率為20 MHz - 5000MHz。
【文檔編號】B28B11/24GK104044204SQ201410237147
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】史才軍, 塗貞軍, 何平平, 種霖霖, 胡翔 申請人:湖南大學