CO2养护砌块及其梯级控温制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及固体废弃物资源化利用领域，公开了一种CO2养护砌块及其梯级控温制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：将水化惰性胶凝材料、矿化结构支撑材料、水化活性胶凝材料与水混合，得到的混合物经过消解和轮碾预处理得到固废基填料，再经过压制成型处理，得到矿化砌块；将所述矿化砌块进行预养护处理，得到预养护处理的矿化砌块；将所述预养护处理的矿化砌块在矿化养护乏气存在下，在第一稳定压力和第一级梯级温度下接触蒸汽，再在第二稳定压力和第二级梯级温度下接触CO2气体，最后在第三稳定压力和第三级梯级温度下进行矿化养护，得到砌块。采用所述制备方法得到的砌块能够满足在潮湿浸泡环境下的适用性。够满足在潮湿浸泡环境下的适用性。够满足在潮湿浸泡环境下的适用性。

【技术实现步骤摘要】
CO2养护砌块及其梯级控温制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种CO2养护砌块及其梯级控温制备方法和应用。

技术介绍

[0002]我国属于能源消费大国，同时能源结构处于“富煤缺油少气”的状态，2020年煤炭消费在我国能源消费中占比达到58％，因此我国煤矿开采量巨大。
[0003]在煤矿开采过程中，针对煤矿采空区回填处理，存在采空区顶板支撑技术。该技术在煤矿开采工作面两侧预留宽十余米的煤柱起支撑顶板作用，煤柱长度与开采工作面推进距离一致，煤柱两侧留出巷道，称为沿空留巷，留巷内使用柔模浇筑混凝土墙或烧制砖砌墙，筑成宽度一米，长度数百米的混凝土支撑砼墙，支撑留巷顶部位置的顶板，同时采用补强支护作为沿空留巷区域砼墙的补强措施。工作面开采结束后，会对对预留煤柱进行回采，回采结束后施工队拆除支护，砼墙自行倒塌，顶板垮落至下一层，至此该层工作面开采工作结束，开始下一层工作面开采。
[0004]现有煤矿采空区顶板支撑技术中，支撑砼墙采用混凝土浇筑或烧制砖砌筑方式筑成，由于煤矿井下环境潮湿，砼墙底部长期处于浸泡状态，对于砼墙砌筑采用的砌块，要求其浸泡耐久性良好，在长期浸泡的条件下不易产生强度损失。传统烧制砖砌块由于粘土材质，孔隙结构发达，吸水性强，长期处于浸泡环境会导致内部结构蜂窝化，强度会明显下降，使砼墙的支撑能力减弱。同时传统烧制砖制备过程中使用煤炭，燃煤燃烧过程会造成严重环境污染和碳排放。
[0005]二氧化碳捕集、利用和封存(CO
2 Capture,Utilization and Storage,CCUS)是一项具有大规模二氧化碳减排潜力的新技术，被认为是针对全球气候变暖问题最具发展前景的解决方案之一。其中二氧化碳矿化利用技术是在建材领域，利用建材原料中的可碳酸化组分，在建材成型前后吸收CO2进行碳酸化反应，在为建材提供强度的同时，还能减少碳排放，可替代传统烧制砖、蒸压砖、商品混凝土，建材预制件等技术。
[0006]CN113561303A公开了一种CO2矿化养护混凝土砌块的养护装置及方法，包括：气体储罐；进口与所述气体储罐出口连通的气体混配器。通过气体混配器将CO2气体与空气混合并加热增压，加速釜内气体流动，增加碳酸化反应程度，增加CO2利用效率。
[0007]CN113336514A公开了一种成型前添加吸收液并注入CO2气体的低压下的砌块矿化养护工艺，养护压力可低至0.1MPa。以上内容均涉及了矿化养护砌块的养护工艺流程，但未见原料配方与砌块在潮湿浸泡环境下的适用性，且以上及目前矿化养护以及采空区回填专利中未见满足采空区顶板支撑砌筑的CO2矿化养护砌块技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的用于井下采空区的砌块在潮湿浸泡环境下适用性的问题，提供了一种CO2养护砌块及其梯级控温制备方法和应用。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种CO2养护砌块的梯级控温制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将水化惰性胶凝材料、矿化结构支撑材料、水化活性胶凝材料与水混合，得到的混合物经过消解和轮碾预处理得到固废基填料，再经过压制成型处理，得到矿化砌块；
[0011](2)将所述矿化砌块进行预养护处理，得到预养护处理的矿化砌块；
[0012](3)将所述预养护处理的矿化砌块在矿化养护乏气存在下，在第一稳定压力和第一级梯级温度下接触蒸汽，再在第二稳定压力和第二级梯级温度下接触CO2气体，最后在第三稳定压力和第三级梯级温度下进行矿化养护，得到砌块。
[0013]本专利技术第二方面提供了一种CO2养护砌块，其中，所述CO2养护砌块由第一方面所述的方法制得。
[0014]本专利技术第三方面提供了第二方面所述的CO2养护砌块作为煤矿采空区顶板支撑砌筑的应用。
[0015]通过上述技术方案，本专利技术提供的CO2养护砌块的梯级控温制备方法，其有益效果体现在：
[0016](1)本专利技术以来自燃煤电厂的粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏以及来自化工废渣的电石渣等工业固废为原料，配合水泥制成矿化养护砌块，进行低成本的资源化利用；
[0017](2)本专利技术生产的砌块适用于煤矿采空区顶板支撑砌筑，具有很好的耐久性能，能适应煤矿井下长期潮湿浸泡的环境，长期浸泡不出现强度损失现象；
[0018](3)本专利技术采用CO2矿化养护方式对砌块进行养护，在梯级升温过程中CO2的利用率为95％以上，同时降低养护过程中蒸汽的使用量，减少了砌块养护过程中的碳排放。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提供的CO2养护砌块的梯级控温制备方法的工艺流程图
[0020]图2是本专利技术实施例1
‑
3和对比例1中制得砌块在浸泡性能测试中28d龄期内抗压强度变化条形图
[0021]附图标记说明
[0022]1、消解仓
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2、轮碾机
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3、成型设备
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4、预养护室
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5、养护釜
具体实施方式
[0023]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0024]本专利技术第一方面提供了一种CO2养护砌块的梯级控温制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0025](1)将水化惰性胶凝材料、矿化结构支撑材料、水化活性胶凝材料与水混合，得到的混合物经过消解和轮碾预处理得到固废基填料，再经过压制成型处理，得到矿化砌块；
[0026](2)将所述矿化砌块进行预养护处理，得到预养护处理的矿化砌块；
[0027](3)将所述预养护处理的矿化砌块在矿化养护乏气存在下，在第一稳定压力和第
一级梯级温度下接触蒸汽，再在第二稳定压力和第二级梯级温度下接触CO2气体，最后在第三稳定压力和第三级梯级温度下进行矿化养护，得到砌块。
[0028]在本专利技术中，图1为所述CO2养护砌块的梯级控温制备方法的工艺流程图。从图1可以看出，所述工艺流程为：将原料按配比称重得到混合物，送入消解仓1进行消解处理，随后送入轮碾机2内破碎得到固废基填料，再送入成型设备3中成型，得到矿化砌块，将矿化砌块送入预养护室4内进行预养护处理，将得到的预养护处理的矿化砌块转移至养护釜5内，进行梯级控温的CO2矿化养护处理，得到砌块。
[0029]在本专利技术中，所述水化惰性胶凝材料为参与矿化反应的原料，在常温矿化养护下不具有水化活性，在高温矿化养护与碱性条件下因碱激发效应参与水化反应，生成水合硅酸钙，为试件提供强度；优选地，步骤(1)中，所述水化惰性胶凝材料为粉煤灰、电石渣、生石灰中的两种或两种以上的混合物。
[0030]在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2养护砌块的梯级控温制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将水化惰性胶凝材料、矿化结构支撑材料、水化活性胶凝材料与水混合，得到的混合物经过消解和轮碾预处理得到固废基填料，再经过压制成型处理，得到矿化砌块；(2)将所述矿化砌块进行预养护处理，得到预养护处理的矿化砌块；(3)将所述预养护处理的矿化砌块在矿化养护乏气存在下，在第一稳定压力和第一级梯级温度下接触蒸汽，再在第二稳定压力和第二级梯级温度下接触CO2气体，最后在第三稳定压力和第三级梯级温度下进行矿化养护，得到砌块。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述水化惰性胶凝材料为粉煤灰、电石渣、生石灰中的两种或两种以上的混合物；优选地，所述粉煤灰、电石渣、生石灰的粒径小于5mm；优选地，所述矿化结构支撑材料选自米石、炉底渣、钢渣、尾矿渣中的至少一种；优选地，所述米石、炉底渣、钢渣、尾矿渣的粒径为5mm
‑
10mm；优选地，所述水化活性胶凝材料选自水泥、硅酸二钙、硅酸三钙中的至少一种；优选地，所述水泥、硅酸二钙、硅酸三钙的粒径不大于200μm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述水化惰性胶凝材料、矿化结构支撑材料和水化活性胶凝材料的质量比为400
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500：400
‑
500：50
‑
150。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述混合物的含水率以质量计为17
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18％；优选地，所述矿化砌块的总体钙硅质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：田景奇，王涛，顾永正，王天堃，方梦祥，杨沛羲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：