CN102010144A - 一种利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域，涉及以废弃混凝土为原料制备再生细骨料的方法。其包括如下步骤：收集废弃混凝土，利用破碎设备经过单级破碎或多级破碎将混凝土破碎加工成最大粒径不超过5mm～10mm限值的骨料颗粒；利用强化设备，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化处理，在强化处理过程中进行除尘；将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品。本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，适用性强，利废率高，为各种废弃混凝土的回收利用提供了一条可行的新途径，对于环境、资源保护乃至社会的可持续发展都具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种以废弃混凝土为原料制备再生细骨料的方法。
背景技术
目前，全世界每年混凝土的使用量超过40亿立方米，如果混凝土建筑物的寿命按50年左右考虑，那么20世纪60年代开始大量兴建的混凝土建筑物在不远的将来会逐渐被拆除。加之城区改造等工程，每年拆除的废旧混凝土量十分巨大，并呈逐年增多的趋势。据不完全统计，我国现有建筑总面积400多亿平方米，到2020年还将增加建筑面积约300亿平方米，据此推算至少可以提供20亿吨含大量废弃混凝土的建筑废料。目前，废弃混凝土的主要处理方法是运往郊外堆放或填埋，这不仅占用大量的土地，而且造成环境污染。如何有效地实现废弃混凝土的再利用近年来成为科技工作者的研究热点。
现有应用技术主要是将建(构)筑废物中的混凝土、砂浆等加工成用于配制混凝土的颗粒，称为再生骨料。使用再生骨料制备再生混凝土，不但可以解决混凝土废弃物对环境的污染问题，还可以节省天然砂石资源，符合可持续发展的国策。但是，目前再生骨料的制备工艺是将废弃混凝土进行破碎、筛分后得到再生粗骨料、再生细骨料和再生粉体。废弃混凝土中约含有25％的水泥石，制备出的再生粗骨料中水泥石含量较低，再生细骨料中水泥石含量高达约30％。水泥石具有较高的吸水率，以砂浆块和水泥石块的形态存在于再生细骨料中，导致再生细骨料胶砂需水量比高、坚固性差、压碎指标值高，严重影响所配制再生混凝土和再生砂浆的性能。此外，还存在某些建筑物使用年限太长造成内部粗骨料性能弱化，拆除的废弃混凝土已不再适合生产再生粗骨料；建筑物本身由于粗骨料的质量问题导致建筑物不能继续使用，无法使用拆除混凝土制备再生粗骨料等情况，阻碍了废弃混凝土的再生利用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种适用性更强的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法。
本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法包括如下步骤：
(1)收集废弃混凝土，除去其中的杂物，利用破碎设备经过单级破碎或多级破碎将混凝土破碎加工成最大粒径不超过特定上限值的骨料颗粒，特定上限值的尺寸范围为5mm～10mm；
(2)利用物理强化设备，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，同时消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化处理，在强化处理过程中进行除尘；
(3)将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品的再生细骨料，剩余粒径大于5mm的骨料颗粒重新进行强化处理，直至粒径满足不超过5mm的要求。
在实际应用中，废弃混凝土的破碎设备可以采用颚式破碎机、锤式破碎机等各种破碎设备。由于破碎设备的性能有差别，有时仅经过单级破碎无法实现将废弃混凝土破碎至完全满足骨料颗粒的特定上限值要求，因此在本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法中，必要时还可以采用多级破碎的方式，即将经过破碎设备加工后的物料进行筛分，所得粒径不超过特定上限值的物料颗粒作为骨料颗粒进行强化处理，对粒径大于特定上限值的物料颗粒进行重新破碎，然后再次进行筛分，可以不至一次地重复上述过程，直至所得物料颗粒的粒径全部满足特定上限值要求。
作为本发明方法的一种特例，当破碎过程的特定上限值设定为5mm时，强化处理后的骨料颗粒一定会满足再生细骨料的粒径要求，因此，如果强化处理过程中的除尘工序能够满足我们对于收集水泥石粉尘，降低水泥石含量的要求，则可以省略后续的筛分除尘环节，直接将强化处理后的骨料颗料作为成品再生细骨料，这样有利于简化工序过程，降低生产成本。
本发明中所采用的废弃混凝土原料，以混凝土块为主，允许含有较多的毛石、砂浆、玻璃、陶瓷和少量的砖瓦材料。为了保证产品质量，所收集的废弃混凝土中，砖瓦材料的质量不应超过废弃混凝土总质量的15％。废弃混凝土破碎前，利用人工挑选的方法去除废弃混凝土中含有的木材、或/和塑料、或/和纤维织物、或/和防水材料，破碎后再利用磁选的方法去除废弃混凝土中的钢筋等钢铁材料。这样即可以达到回收钢铁材料的目的，又能防止废钢筋等金属物损坏再生细骨料生产设备。此外，也可以在废弃混凝土破碎后，利用风选法去除废弃混凝土颗粒中的木材、或/和塑料、或/和纤维织物、或/和防水材料，再利用磁选的方法去除废弃混凝土颗粒中的钢铁材料，也可以实现除杂的目的。
由于对骨料颗粒实施了强化处理，通过骨料颗粒彼此之间的撞击与摩擦，优化了骨料颗粒粒形，去除了骨料颗粒表面粘附的水泥石，使骨料颗粒的性能得到强化，骨料颗粒粒径进一步减小，从而使骨料颗粒级配也实现优化。强化环节以及强化后的筛分环节会产生大量粉体，其质量约占原料质量的10％～20％，由于粉体中含有较多的水泥石，为提高产品性能和保护环境，应考虑除尘。值得一提的是，除尘所得的再生粉体具有一定的活性，可以作为矿物掺合料用于制备混凝土、砂浆，也可以用于生产蒸压、蒸养砖和加气混凝土，从而实现废弃混凝土的完全利用，使本发明的利废率和经济效益得到了进一步提高。强化过程可以采用的具体形式多种多样，可以利用物理强化设备使骨料颗粒高速抛射，在此过程中骨料颗粒彼此相互碰撞摩擦，并与设备腔室侧壁发生碰撞摩擦，从而实现对骨料颗粒的强化；也可以利用物理强化设备研磨骨料颗粒，研磨过程中骨料颗粒彼此相互碰撞摩擦，实现对骨料颗粒的强化。由于本发明中对骨料颗粒采用的强化处理方式是物理强化的方式，相比现有技术中采用的化学强化方式，具有污染小、成本低等优点，更加经济环保。
骨料颗粒的强化处理环节之前，还可以对骨料颗粒预先进行加热处理，其目的在于使骨料颗粒表面附着的水泥石脱水脆化，既可以增强后期骨料颗粒强化处理效果，又可以提高再生粉体的活性。考虑到当加热温度达到300℃时，就可以使水泥石发生脱水脆化，并且当加热温度超过500℃时，会影响骨料性能，且增加能源消耗，因此宜将骨料颗粒的预加热温度控制在300℃～500℃之间。
本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，将废弃混凝土全部加工成再生细骨料，通过将废弃混凝土中的天然石子破碎，使之成为再生细骨料的重要成分，同时又通过除尘等工艺，使再生细骨料中水泥石的含量从30％降至10％左右，大大降低了再生细骨料的吸水率，降低了再生细骨料胶砂需水量比，改善了再生细骨料坚固性、压碎指标值，使所配制混凝土和砂浆的工作性、强度、耐久性大幅提高。由于本发明方法将废弃混凝土全部加工成为再生细骨料，其适用性更强，对实现不同年限建筑废弃混凝土的全面综合利用具有重要意义。
本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，适用性强，利废率高，为各种废弃混凝土的回收利用提供了一条切实可行的新途径，其对于资源保护、环境保护乃至人类社会的可持续发展都具有重要意义。
附图说明
图1为本发明方法制备再生细骨料的流程图之一。
图2为本发明方法制备再生细骨料的流程图之二。
图3为本发明方法制备再生细骨料的流程图之三。
具体实施方式
实施例一
所用原料为从某拆除现场收集的龄期为6年，强度等级为C30的废弃的混凝土，原石子为最大粒径31.5mm的花岗岩颗粒。
根据图1所示制备流程，按照本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法进行生产，包括如下具体步骤：
(1)收集废弃混凝土，利用锤式破碎机将混凝土块加工成粒径在10mm以下颗粒作为骨料颗粒，在破碎前后分别利用人工挑选和磁选的方法除去废弃混凝土中的木料、塑料、金属材料等杂物，本例中，根据所使用破碎设备的破碎能力，特定上限值设定为10mm，经破碎后粒径超过特定上限值的物料颗粒筛出后重新进行破碎，直至满足特定上限值要求；
(2)采用物理强化设备对破碎得到的骨料颗粒进行强化处理，使骨料颗粒高速抛射，通过骨料颗粒间的相互碰撞摩擦以及骨料颗粒与设备腔室侧壁发生碰撞摩擦，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，同时消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化，在强化处理过程中进行除尘；
(3)将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品的再生细骨料，剩余粒径大于5mm的骨料颗粒重新进行强化处理，直至粒径满足不超过5mm的要求。
按上述方法制备出的再生细骨料的主要性能指标详见表1。由表1可知，利用本发明方法制得的再生细骨料产品的性能达到了《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T25176-2010)中II类再生细骨料的要求，而相同废弃混凝土原料采用常规方法制备的再生细骨料只能达到III类再生细骨料的要求，具体指标值详见表1。
表1：产品性能参数表
除锤式破碎机外，本发明破碎过程中也可以采用颚式破碎机等其他破碎设备，根据所采用破碎设备的不同，破碎过程可以采用单级破碎或多级破碎的方式，采用多级破碎时，将经过破碎设备加工后的物料进行筛分，所得粒径不超过特定上限值的物料颗粒作为骨料颗粒进行强化处理，对粒径大于特定上限值的物料颗粒进行重新破碎，然后再次进行筛分，可以不至一次地重复上述过程，直至所得物料颗粒的粒径全部满足特定上限值要求。当单级破碎所得骨料颗粒就可以满足特定上限值要求时时，可以省略筛分过程，将所得骨料颗粒直接投入下工序使用，在此特别说明，不再另设实施例进行说明。
此外，本例中，根据所使用破碎设备的破碎能力，将特定上限值设定为10mm，实际应用中，可以根据所使用破碎设备不同，以及所采集废弃混凝土的各组分含量不同等因素，设定不同的特定上限值，一般来说，特定上限值应设定在5mm～10mm范围内，特定上限值过大或过小，会影响再生细骨料颗粒级配的优化，或者会增加工序次数，从而对产品性能或成本造成不利影响。需要指出的是，本例仅以特定上限值设定为10mm为例进行说明，依据本例所述的方法，将特定上限值设定为5mm～10mm范围的任意值，所制备出的再生细骨料均能至少满足II类再生细骨料的要求。
本发明方法，摒弃了现有技术中同时制备再生粗骨料的作法，除加工过程中除尘所得再生粉体作为矿物掺和料单独使用外，将废弃混凝土全部加工成再生细骨料，有效降低了再生细骨料中水泥石的含量，因此大大降低了再生细骨料的吸水率，降低了再生细骨料胶砂需水量比，改善了再生细骨料坚固性、压碎指标值，提高了产品的品质，使所配制混凝土和砂浆的工作性、强度、耐久性大幅提高。根据上述原理可知，废弃混凝土原料中含有的石子成份质量百分比越高，依据本发明方法制成的再生细骨料品质越好，因此废弃混凝土原料中可以允许含有较多的毛石、陶瓷、玻璃等成分。本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，利废率高，可以适用于各种龄期的废弃混凝土，适用性和经济性俱佳，具有极高的市场推广价值。
实施例二
所用原料为从某拆除现场收集的龄期为12年，强度等级为C30的废弃的混凝土，原石子为最大粒径26.5mm的花岗岩颗粒。
根据图1所示制备流程，按照本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法进行生产，包括如下具体步骤：
(1)收集废弃混凝土，利用锤式破碎机将混凝土块加工成粒径在8mm以下颗粒作为骨料颗粒，并利用风选法配合磁选法除去废弃混凝土中的木料、塑料、钢铁材料等杂物，本例中，特定上限值设定为8mm，经破碎后粒径超过特定上限值的物料颗粒筛出后重新进行破碎，直至满足特定上限值要求；
(2)采用物理强化设备对破碎得到的骨料颗粒进行强化处理，使骨料颗粒高速抛射，通过骨料颗粒间的相互碰撞摩擦，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，同时消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化及粒形的优化，在强化处理过程中进行除尘；
(3)将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品的再生细骨料，剩余粒径大于5mm的骨料颗粒重新进行强化处理，直至粒径满足不超过5mm的要求。
所得再生细骨料主要性能参数见表2。由表2可知，与实施例一相比，实施例二所用废弃混凝土原石子粒径较小，得到的再生细骨料细度模数较低，产品达到了《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T25176-2010)中II类再生细骨料的要求，但比实施例一制备的细骨料性能略低，而采用常规方法制备的再生细骨料无法满足使用要求，为不合格产品。
表2：产品性能参数表
由此可以看出，本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法与传统处理废弃混凝土的技术相比，具有更好的适用性。
此外，本发明方法中的强化处理方式优选物理强化方式，强化过程可以采用的具体形式多种多样，除了本例所述利用物理强化设备使骨料颗粒被高速抛射，在此过程中骨料颗粒彼此相互碰撞摩擦，并与设备腔室侧壁发生碰撞摩擦，从而实现对骨料颗粒强化处理外，也可以利用物理强化设备研磨骨料颗粒，研磨过程中骨料颗粒彼此相互碰撞摩擦，实现对骨料颗粒的强化，也可以取得同样的效果。需要指出的是，本发明方法并不排斥化学强化，但从经济和环保等方面综合考量，应优先选择物理强化的方式。
实施例三
所用原料为从某拆除现场收集的龄期为16年，强度等级为C20的废弃的混凝土，原石子为最大粒径31.5mm的花岗岩颗粒。根据图1所示制备流程，按照本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法进行生产，包括如下具体步骤：
(1)收集废弃混凝土，人工除去废弃混凝土中的木料、塑料等杂物，利用鄂式破碎机将混凝土块加工成粒径在5mm以下颗粒作为骨料颗粒，并利用磁选法去除钢筋等杂质，本例中，特定上限值设定为5mm。破碎过程采用多级破碎的方式，将经过破碎设备加工后的物料进行筛分，所得粒径不超过5mm的物料颗粒作为骨料颗粒进行强化处理，对粒径大于5mm的物料颗粒进行重新破碎，然后再次进行筛分，可以不至一次地重复上述过程，直至所得物料颗粒的粒径全部满足不超过5mm的使用要求；
(2)采用物理强化设备对破碎得到的骨料颗粒进行强化处理，使骨料颗粒高速抛射，通过骨料颗粒间的相互碰撞摩擦，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，同时消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化及粒形的优化，在强化处理过程中进行除尘；
(3)将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品的再生细骨料。
所得再生细骨料主要性能参数见表3。
由表3可知，与实施例一相比，实施例三所用废弃混凝土强度较低，但采用本发明方法生产后，所得再生细骨料主要由碎石颗粒组成，因此并未过多降低产品性能，该产品同样达到了《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T25176-2010)中对II类再生细骨料的要求，与实施例一制备的细骨料性能相近。采用常规方法制备的再生细骨料只能达到III类再生细骨料的要求。
本例作为一个特例，由于在破碎过程中已经将颗粒粒径控制在不超过5mm，因此强化后骨料颗粒的粒径完全可以满足不超过5mm的再生细骨料的粒径要求，但为了减少再生细骨料中的水泥石含量，仍设置了筛分和除尘环节以达到去除粉尘形式的水泥石，提高产品品质的目的。当然，如果强化处理过程中的除尘工序能够满足收集水泥石粉尘，降低水泥石含量的目标，则可以省略后续的筛分除尘环节，直接将强化处理后的骨料颗料作为成品再生细骨料，此时利用本发明方法制备再生细骨料的流程如图2所示，其工序得到了简化，有利于提高生产效率和降低生产成本，在此特别指出，不再另设实施例给予说明。
表3：产品性能参数表
实施例四
所用原料与实施例三相同，为从某拆除现场收集的龄期为16年，强度等级为C20的废弃的混凝土，原石子为最大粒径31.5mm的花岗岩颗粒。
根据图3所示制备流程，按照本发明利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法进行生产，包括如下具体步骤：
(1)收集废弃混凝土，除去废弃混凝土中的木料、塑料、金属材料等杂物，利用锤式破碎机将混凝土块加工成粒径在10mm以下颗粒作为骨料颗粒，本例中，特定上限值设定为10mm，经破碎后粒径超过特定上限值的物料颗粒筛出后重新进行破碎，直至满足特定上限值要求；
(2)将所得骨料颗粒预先进行加热，加热温度为300℃；
(3)利用物理强化设备对加热后的骨料颗粒进行强化处理，使骨料颗粒高速抛射，通过骨料颗粒间的相互碰撞摩擦以及骨料颗粒与设备腔室侧壁发生碰撞摩擦，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，同时消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化，在强化处理过程中进行除尘；
(4)将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品的再生细骨料，剩余粒径大于5mm的骨料颗粒重新进行强化处理，直至粒径满足不超过5mm的要求。
所得再生细骨料主要性能参数见表4。
表4：产品性能参数表
由表4可知，与实施例三相比，实施例四在强化处理前增加了加热环节，加热后的骨料颗粒在强化过程中，砂浆和水泥石更易于与骨料颗粒剥离，因此所得到的再生细骨料性能大幅提高，达到了《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T25176-2010)中I类再生细骨料的要求。
研究表明，当加热温度达到300℃时，就可以使水泥石脱水脆化，但当加热温度超过500℃时，会影响骨料性能，且增加能源消耗，因此将加热温度控制在300℃～500℃之间是适宜的。表4中同时列出了将骨料颗粒预先加热至500℃后再进行强化处理所得再生细骨料的性能参数，可以看出，所得再生细骨料同样达到了I类再生骨料的要求，而且性能略有提高。
以上实施例所制备的再生细骨料均具有良好的性能，能够用于制备结构混凝土、砂浆。经试验表明，所制备混凝土、砂浆的工作性、强度和耐久性均能满足一般工业、民用建筑的要求。需要指出的是，本发明方法除应用于废弃混凝土加工再生细骨料外，也可以用于天然石材等原料直接加工细骨料的一般用途，同样可以制备出高品质的细骨料，其适用性极强，具有极高的市场推广价值。
Claims (10)
1.一种利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)收集废弃混凝土，除去其中的杂物，利用破碎设备经过单级破碎或多级破碎将混凝土破碎加工成最大粒径不超过特定上限值的骨料颗粒，特定上限值的尺寸范围为5mm～10mm；
(2)利用物理强化设备，去除骨料颗粒表面附着的砂浆和水泥石，同时消除骨料颗粒突出的棱角，使骨料颗粒外形趋于圆滑，实现对骨料颗粒的强化处理，在强化处理过程中进行除尘；
(3)将强化处理后的骨料颗粒进行筛分，并在筛分过程中实施除尘，得到粒径不超过5mm的颗粒即为成品的再生细骨料，剩余粒径大于5mm的骨料颗粒重新进行强化处理，直至粒径满足不超过5mm的要求。
2.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于将经过破碎设备加工后的物料进行筛分，所得粒径不超过特定上限值的物料颗粒作为骨料颗粒进行强化处理，对粒径大于特定上限值的物料颗粒进行重新破碎，然后再次进行筛分，重复上述过程，直至所得物料颗粒的粒径全部满足特定上限值要求。
3.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于特定上限值设定为5mm时，强化处理后的骨料颗粒即为成品的再生细骨料。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于骨料颗料在强化处理之前，预先进行加热处理。
5.根据权利要求4所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于加热处理的温度为300℃～500℃。
6.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于所收集的废弃混凝土中，砖瓦材料的质量不超过废弃混凝土总质量的15％。
7.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于废弃混 凝土破碎前，利用人工挑选的方法去除废弃混凝土中的木材、或/和塑料、或/和纤维织物、或/和防水材料，破碎后再利用磁选的方法去除废弃混凝土中的钢铁材料。
8.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于废弃混凝土破碎后，利用风选法去除废弃混凝土颗粒中的木材、或/和塑料、或/和纤维织物、或/和防水材料，再利用磁选的方法去除废弃混凝土颗粒中的钢铁材料。
9.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于物理强化设备使骨料颗粒高速抛射，在此过程中骨料颗粒彼此相互碰撞摩擦，并与设备腔室侧壁发生碰撞摩擦，实现对骨料颗粒的强化。
10.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备高品质再生细骨料的方法，其特征在于利用物理强化设备研磨骨料颗粒，使骨料颗粒彼此相互碰撞摩擦，实现对骨料颗粒的强化。
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