再生骨料顆粒整形與強化處理技術(shù)

再生骨料顆粒整形與強化處理技術(shù)

0廢棄混凝土的再生利用利用破碎和分類收集的混凝土骨料，稱為再生混凝土骨料（以下簡稱再生骨料）。將再生骨作為一系列或全部骨料制備的混凝土稱為再生骨料混凝土（以下簡稱簡稱再生混凝土）。再生混凝土的開發(fā)和應用,一方面可大量利用廢棄的混凝土,減少建筑業(yè)對天然骨料的消耗;另一方面,還可以減輕混凝土廢棄物造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題,保證了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。國家對廢棄混凝土的再生利用的研究十分重視,已將其列入國家“十五”科技攻關(guān)項目。通常,再生骨料顆粒棱角多,表面粗糙,組分中還含有硬化水泥砂漿,因此它的吸水率高、壓碎指標高、堆積密度小,導致再生混凝土的性能有所下降?？梢酝ㄟ^物理和化學方法對其進行處理,其中物理方法較為有效。我們對再生骨料的物理強化方法進行了研究,并取得了很好的效果,使得再生骨料的性能已經(jīng)基本接近天然骨料。1國外再生骨料生產(chǎn)工藝流程目前再生骨料的加工方法主要是將切割破碎設備、傳送機械、篩分設備和清除雜質(zhì)的設備有機地組合在一起,共同完成破碎、篩分和除去雜質(zhì)等工序,最后得到符合質(zhì)量要求的再生細骨料和再生粗骨料。國外具有代表性的再生骨料生產(chǎn)工藝流程如圖1所示,大體可分為以下三個階段:(1)預處理破碎階段:除去廢棄混凝土中的其他雜質(zhì),用破碎機將混凝土塊破碎成約40mm粒徑的顆粒,再用鄂式破碎機破碎成顆粒更小的骨料。(2)強化處理階段:混凝土塊在強化處理設備內(nèi)高速飛轉(zhuǎn),使其相互碰撞、摩擦,除去附著于骨料表面的水泥漿和砂漿,改善骨料的表面狀況。(3)篩分階段:最終的材料經(jīng)過過篩,除去水泥和砂漿等細小顆粒,最后得到再生骨料。國內(nèi)對再生骨料研究起步較晚,尚未形成工業(yè)化生產(chǎn),通常只由破碎和篩分兩部分組成。2再生混凝土的性能再生骨料顆粒棱角多,表面粗糙,組分中還含有硬化水泥砂漿,再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋,導致再生骨料的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、壓碎指標高。與普通骨料相比,再生骨料制備的再生混凝土用水量較大、硬化后的強度低、彈性模量低。此外,再生混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化能力、收縮、徐變和抗氯離子滲透性等耐久性能也均低于普通混凝土。為了提高再生混凝土的性能,須對簡單破碎獲得的低品質(zhì)再生骨料進行強化處理。強化處理的目的主要是改善骨料粒形并除去再生骨料表面所附著的硬化水泥石,從而提高骨料的性能。3國外一些一般的改進方法國外常用的再生骨料強化方法主要有立式偏心輪高速研磨法、臥式強制研磨法、加熱研磨法以及磨內(nèi)研磨法等幾種方法3.1立式偏心研磨法立式偏心裝置研磨法所用設備如圖2所示。該設備主要由外部筒壁、內(nèi)部的高速旋轉(zhuǎn)的偏心輪和驅(qū)動裝置所組成。設備構(gòu)造有點類似于錐式破碎機,不同點是轉(zhuǎn)動部分為柱狀結(jié)構(gòu),而且轉(zhuǎn)速快。由日本竹中工務店研制開發(fā)的立式偏心研磨裝置的外筒內(nèi)直徑為72mm,內(nèi)部的高速旋轉(zhuǎn)的偏心輪的直徑為66mm。預破碎好的物料進入到內(nèi)外裝置間的空腔后,受到高速旋轉(zhuǎn)的偏心輪的研磨作用,使得粘附在骨料表面的水泥漿體被磨掉。由于顆粒間的相互作用,骨料上較為突出的棱角也會被磨掉。從而使再生骨料的性能得以提高。3.2螺旋設備研磨法由日本水泥株式會社研制開發(fā)的臥式強制研磨設備外形如圖3,其內(nèi)部構(gòu)造如圖4。該設備十分類似于傾斜布置的螺旋輸送機,只是將螺旋葉片改造成帶有研磨塊的螺旋帶,在機殼內(nèi)壁上也布置著大量的耐磨襯板,并且在螺旋帶的頂端裝有與螺旋帶相反轉(zhuǎn)向的錐形體,以增加對物料的研磨作用。進入設備內(nèi)部的預破碎物料,由于受到研磨塊、襯板以及物料之間的相互作用而被強化。3.3再生粗骨料的回收日本三菱公司研制開發(fā)的加熱研磨法的工作原理如圖5。初步破碎后的混凝土塊經(jīng)過300℃~400℃加熱處理,使水泥石脫水、脆化,而后在磨機內(nèi)對其進行沖擊和研磨處理,實現(xiàn)有效除去再生骨料中的水泥石殘余物。加熱研磨處理工藝,不但可以回收高品質(zhì)的再生粗骨料,還可以回收高品質(zhì)再生細骨料和微集料(粉料)。加熱溫度越高,研磨處理越容易;但是當加熱溫度超過500℃時,不僅使骨料性能產(chǎn)生劣化,而且加熱與研磨的總能量消耗會顯著提高加熱研磨法工藝流程如圖6。經(jīng)過初步破碎成50mm以下的混凝土塊,投入到充填型加熱裝置內(nèi),經(jīng)300℃的熱風加熱使水泥石進行脫水、脆化,物料在雙重圓筒型磨機內(nèi),受到鋼球研磨體的沖擊與研磨作用后,粗骨料由內(nèi)筒排出,水泥砂漿部分將從外筒排出。一次研磨處理后的物料(粗骨料和水泥砂漿)一同進入到二次研磨裝置中。二次研磨裝置是以回收的粗骨料作研磨體對水泥砂漿部分進行再次研磨。最后,通過振動篩和風選工藝,對粗骨料、細骨料以及副產(chǎn)品(微粉)進行分級處理。3.4前種及后種形式磨內(nèi)研磨法主要在前蘇聯(lián)有所研究。分為有研磨體和無研磨體(主要依靠物料相互間的研磨作用)兩種基本形式。前種形式主要利用球磨機或棒球磨進行強化,后種形式可以理解為無介質(zhì)磨。磨內(nèi)研磨法的動力消耗大,效率低,設備和研磨體磨損嚴重。4國內(nèi)混凝土固存機技術(shù)4.1利用水泥添加劑對再生骨料進行整理所謂化學強化,是指采用不同性質(zhì)的材料(如聚合物、有機硅防水劑、純水泥漿、水泥外摻Kim粉、水泥外摻1級粉煤灰等)對再生骨料進行浸漬、淋洗、干燥等處理,使再生骨料得到強化的方法。研究結(jié)果表明,化學強化對再生骨料本身的強度有一定程度的提高,但其對再生骨料混凝土的強度提高效果并不明顯,沒有推廣應用價值4.2骨料顆粒整形法我們在借鑒了國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,找到了一種實用且有效的處理方法-再生骨料顆粒整形法。所謂顆粒整形強化法,就是通過“再生骨料高速自擊與摩擦”來擊掉骨料表面附著的砂漿或水泥石,并除掉骨料顆粒上較為突出的棱角,使其成為較為干凈、較為圓滑的再生骨料,從而實現(xiàn)對再生骨料的強化。4.2.1葉輪及撒料盤我們所用的破碎整形設備是磨料行業(yè)中使用的一種整形設備,其外形如圖7,結(jié)構(gòu)和工作原理如圖8。該破碎整形機由主機系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和壓力密封系統(tǒng)組成。主機系統(tǒng)內(nèi)裝有一個立軸式旋轉(zhuǎn)葉輪(撒料盤)。工作時,物料由上端進料口加入機內(nèi),被分成兩股料流。其中,一部分物料經(jīng)葉輪頂部進入葉輪內(nèi)腔,由于受離心作用而加速,并被高速拋射出(最大時速可達100m/s);另一部分物料由主機內(nèi)分料系統(tǒng)沿葉輪四周落下,并與葉輪拋射出的物料相碰撞。高速旋轉(zhuǎn)飛盤拋出的物料在離心力的作用下填充死角,形成永久性物料曲面。該曲面不僅保護腔體免受磨損,而且還會增加物料間的高速摩擦和碰撞。碰撞后的物料沿曲面下返,與飛盤拋出的物料形成再次碰撞,直至最后沿下腔體流出。物料經(jīng)過多次碰撞摩擦而得到粉碎和整形。在工作過程中,高速物料很少與機體接觸,從而提高了設備的使用壽命。4.2.2堆積密度2.2(1)被粉碎物料的顆粒表面較為光滑,粒形好(無針狀和片狀顆粒),從而提高了物料的堆積密度。(2)主要是利用物料之間的碰撞實現(xiàn)整形,沒有其它介質(zhì)摻入,純度高。(3)配有袋式除塵器,使工作環(huán)境無粉塵污染。(5)壓力密封系統(tǒng)保證了主機工作的正常和穩(wěn)定,延長了軸承的使用壽命。(6)設備體積小、操作簡便,安裝和維修方便,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪音低。4.2.3顆粒整形與強化我們針對顆粒整形對再生混凝土骨料的性能影響進行了深入地研究,結(jié)果如表1和表2。結(jié)果表明:通過顆粒整形與強化,再生骨料的性能顯著提高,高品質(zhì)的再生粗骨料的性能可以與天然碎石相媲美,再生細骨料的性能也有大幅度地改善。由此可見,顆粒整形設備體積小,工藝簡單,設備使用壽命長,生產(chǎn)成本較低,在我國可以推廣應用。5再生粗骨料的應用前景(1)與天然碎石骨料相比,簡單破碎再生骨料性能較差,對其進行整形與強化處理十分必要。(2)再生骨料通過顆粒整形與強化,性能顯著提高,高品質(zhì)的再生粗骨料的性能可以與天然碎石相媲美,再生細骨料的性能也有大幅度地改善。(3)國外的再生骨料顆粒整形