[实用新型]一种土壤碳化固化的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，是一种用于固化土体的绿色、低碳的土壤碳化固化的装置。

背景技术

固化是加固、改善土体性质的常用方法，它是用各种方法将固化剂与土体搅拌、混合，通过固化剂的固化作用(如水泥的水化作用)来改善土体的物理、力学性质(含水量、渗透性、强度、模量等)，从而满足土木工程需要。目前，常规的土体固化剂主要为水泥和生石灰。生石灰(GaO)是早期主要的土体固化剂，生石灰会与土中水分的快速发生水化反应生成氢氧化钙(Ga(OH)₂)，该反应会降低土体中的含水量，并改善土体的性质，同时生成的氢氧化钙具有胶凝作用，从而提高固化土的强度，但是由于氢氧化钙本身的强度较低(相对水泥来说)，它形成的固化土强度不高，对软土地基处理的效果不好。所以现在工程中(主要是搅拌桩工程)使用的固化剂为水泥，因为水泥土的强度相对较高，性质稳定。但是水泥在生产过程需要高温煅烧，煅烧温度约为1450度，同时在水泥生产过程中需要释放大量的二氧化碳，研究表明生产1吨水泥需要向大气排放0.85吨二氧化碳，水泥工业排放的二氧化碳占世界上人为排放二氧化碳的10％左右。中国作为京都协议的签约国，承担着很重的二氧化碳减排责任，而土木建筑领域是二氧化碳排放的主要重要领域之一。出于环境保护的要求，一些高二氧化碳排放的工业中采用二氧化碳捕捉技术，即利用相应的技术手段将部分排放的二氧化碳收集起来，如何处理这些收集的二氧化碳是当前环境工程研究的一个重点问题。目前主要的方法是将其压缩为液体后注入油井等深部地壳中，然后进行密封。但是该方法的长期稳定性还没有经过检验，存在潜在的泄露危险，而且成本非常高。

本实用新型主要针对上述问题，研发一种用于土壤碳化固化的装置。

碳化固化使用的固化剂主要成分是活性氧化镁(Reactive MgO)，活性氧化镁生产过程的煅烧温度约为750度，远低于水泥(1450度)，故又叫轻烧镁或者轻烧粉，在此温度下生成的氧化镁与水反应较快，水化生成氢氧化镁(Mg(OH)₂)，故称为活性氧化镁，其价格等于或稍高于水泥。当煅烧温度过高，超过1500度后，生成的氧化镁失去活性，称为死烧氧化镁或者过烧氧化镁。活性氧化镁固化土体的强度较低，远小于相同条件下水泥固化土的强度。但是，实用新型作者通过大量的试验发现，活性氧化镁固化土很容易与二氧化碳反应(碳化)，特别是在高溶度、高压力的二氧化碳环境下，其碳化过程会在几小时甚至几十分钟内完成，生成镁的碳酸化合物。发明人的试验研究结果还表明，活性氧化镁固化土经过碳化后强度会大大提高，接近甚至超过相同条件下水泥土的强度。碳化反应过程会消耗大量的二氧化碳，理论上完全碳化时能吸收1.1倍活性氧化镁重量的二氧化碳，从而产生显著的环境效应，同时在非常短的时间内完成固化土强度的增长，这个特性对抢险、救灾等特殊工程具有非常重要的意义。生石灰能发生和活性氧化镁相似的水化和碳化反应，同样能产生显著的环境效应，但是实用新型人通过试验发现生石灰固化土碳化后的强度提高非常有限，远达不到水泥固化土的程度，不过生石灰的价格远低于活性氧化镁，其水化过程能快速降低土体的含水量，增大土体的短期渗透性，这对于固化土的碳化非常重要。所以，可以将生石灰与活性氧化镁混合使用，生石灰和活性氧化镁共同起到快速降低土体的含水量，增大土体的短期渗透性的作用，为碳化反应创造条件，并共同通过碳化反应实现吸收二氧化碳的环境效应，而活性氧化镁经过水化作用和碳化作用对土体强度增长起主要作用。

综上所述，尽管活性氧化镁和生石灰生产过程中同水泥一样会排放大量的二氧化碳，但是在固化土碳化过程中会大量吸收二氧化碳，故从产品的生产、使用全过程来看，其二氧化碳排放量远低于水泥。

实用新型内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种用于土木工程的低碳、环保型的土壤碳化固化装置，采用本实用新型的碳化固化工程能够在达到与现有水泥固化土相近的固化强度和工程造价的情况下，降低相应土木工程中的能耗和二氧化碳排放，产生显著的环境效应，同时在非常短的时间内完成固化土的强度增长，满足抢险、救灾等特殊工程中对工程时间的要求。

技术方案：