CN105084794B - 一种球磨机磨球及一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球磨机磨球及一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，所述球磨机磨球表面沿圆周方向上设有若干排凹坑，所述凹坑为球冠形凹坑；所述方法先对建筑垃圾混凝土块进行颚破一级处理，得到再生混凝土骨料，再将颚破处理后的再生混凝土骨料与磨球混合，进行球磨二级处理1‑5 min，最后对球磨后的再生混凝土骨料进行筛分，得到符合颗粒级配规定的再生混凝土骨料；本发明能减少破碎处理对再生混凝土骨料表面和内部留下的裂纹损伤，同时利用带凹坑的磨球将骨料表面的薄弱组分挤搓掉，使骨料趋于球形，实现颗粒整形，进一步提高建筑垃圾再生混凝土骨料的物理性能，尤其提高其压碎性能和降低吸水率，促进建筑垃圾资源化再生利用。

Description

一种球磨机磨球及一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的 方法

技术领域

本发明属于建筑垃圾资源化利用技术领域，具体涉及一种球磨机磨球及一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法。

背景技术

近年来，随着我国城镇化进程不断加快，城市规模随之扩张，与此同时需要拆除的老、旧、危建筑物也越来越多，导致了建筑垃圾产生量逐年增加。大量建筑垃圾不仅占用大量土地，同时也带来了严重的环境问题。

建筑垃圾中的废弃混凝土块和废砖可作为建材再生原料或生产再生建材产品，是天然砂、石材料的重要替代产物。建筑垃圾的资源化利用不仅可以缓解目前建筑垃圾所带来的一系列社会、环境问题，而且可以节约大量的天然资源，为社会、经济、环境的可持续发展做出贡献。

建筑垃圾主要产生于建筑物拆除和建设过程，其成分较为复杂，包括混凝土、砖瓦、钢筋、木材等可资源化利用的材料。混凝土、砖瓦等是建筑垃圾的主体成分，占总量的80％以上，可资源化利用，加工成各级配再生骨料。如果再生混凝土骨料各项指标都能近似地满足天然集料的要求，则可以部分甚至全部代替天然集料；如果对再生混凝土骨料辅以表面处理或采用其他强化工艺，其性能可以达到天然集料的要求，则可替代天然集料。开展建筑垃圾再生骨料相关技术研发，可为提升我国建筑垃圾资源化利用技术与装备水平、建立循环经济社会提供技术支撑。

再生混凝土骨料分为再生粗骨料和再生细骨料：①再生粗骨料：废弃混凝土破碎以后形成的粒径在4.75-50mm之间的颗粒，采用连续级配，级配良好。②再生细骨料：废弃混凝土破碎以后形成的粒径在0.075-4.75mm之间的颗粒，采用连续级配，级配良好。再生混凝土骨料的基本性能特别是物理性能直接影响再生混凝土的性能。因此，提高再生混凝土骨料的物理性能对提高再生混凝土的性能非常重要。建筑垃圾再生混凝土骨料的物理性能指标主要有压碎指标值、表观密度、松散堆积密度、含泥量、吸水率等。

现有技术中再生骨料的物理性能方面通常有一些不足之处。首先，再生粗骨料由于含有30％左右的硬化水泥砂浆(水泥砂浆包裹在天然骨料表面或以碎屑形式存在)，同天然砂石粗骨料相比，其吸水性、表观密度等各项物理性能与天然骨料不同；其次，再生骨料的质量与粒径与原混凝土的强度有关，再生骨料的质量一般随原混凝土强度的增大而提高；再次，再生粗骨料表面粗糙、棱角较多，骨料表面含有大量未曾脱落且孔隙率比较大的水泥砂浆，此外再生粗骨料本身带有大量的破碎时形成的微裂纹，这都会提高再生粗骨料的吸水率，影响其物理性能和使用性能。

目前，传统的建筑垃圾混凝土块破碎处理技术，如颚破、锤破、反击破、双转子卧破等，是基于对材料的高频、高速冲击实现的，处理后产生的再生骨料棱角较多，且存在较多片状和针状骨料颗粒(针状颗粒是指混凝土再生粗骨料的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍的颗粒；片状颗粒是指厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒)，在获得颗粒骨料的同时，给骨料表面和内部留下了大量的裂纹损伤，严重影响到再生骨料的物理性能和使用性能。有鉴于此，如何更好地处理建筑垃圾混凝土块，减少破碎处理给再生混凝土骨料表面和内部留下的裂纹，进一步提高建筑垃圾再生混凝土骨料的物理性能和使用性能，仍然是本领域技术人员努力研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种球磨机磨球，使所述磨球能与再生骨料良好接触的同时，减小对再生骨料的有效碰撞压强，避免对骨料造成过多的表面和内部裂纹损伤。

本发明所要解决的技术问题还有：怎样提供一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，用以减少破碎处理给再生混凝土骨料表面和内部留下的裂纹损伤，提高建筑垃圾再生混凝土骨料的物理性能和使用性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种球磨机磨球，所述球磨机磨球表面沿圆周方向上设有若干排凹坑，所述凹坑为球冠形凹坑。

这样，对传统球磨机磨球进行改造设计，将传统圆滑表面的磨球改造设计为表面带有球冠形凹坑的磨球；这些带有球冠形凹坑的磨球与再生骨料能够良好接触，增加与再生骨料的接触面积，便于利用挤压、搓揉、碾磨、剪切等作用，增加有效摩擦力，减小有效碰撞压强(压强P＝F/S，F一定，增大接触面积S，相应减小压强)，避免了传统磨球在进行球磨破碎整形处理时，磨球与再生骨料在球磨机滚筒内的直接接触碰撞强度较大，增加了骨料表面和内部裂纹损伤，而且会增加再生细骨料(粒径<4.75mm)占比，严重影响再生骨料物理性能和使用性能的问题。

进一步，同排的凹坑之间以及相邻的两排凹坑之间等间距分布，且相邻的两排凹坑位置相错；这样，增强磨球的力学稳定性和抗损耗性能。

又进一步，所述球磨机磨球的直径为30-50mm，所述凹坑的球冠直径为4.0-8.3mm；这种凹坑球冠直径的取值可减少直径过大带来的磨球损耗以及直径过小带来的效果不明显的问题。

更进一步，所述凹坑的深度为0.13-0.34mm；这种深度范围的取值可减少深度过大带来的磨球损耗以及深度过小带来的效果不明显的问题。

再进一步，所述凹坑的总表面积为所述球磨机磨球表面积的80％-93％；这样，磨球上尽可能多密布的球冠形凹坑能最大限度的将骨料表面的薄弱组分挤搓掉，使骨料趋于球形，实现颗粒整形，更进一步提高建筑垃圾再生混凝土骨料的物理性能，尤其提高其压碎性能和降低吸水率。

一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，先对建筑垃圾混凝土块进行颚破一级处理，得到再生混凝土骨料；再将颚破处理后的再生混凝土骨料与上述球磨机磨球混合，在球磨机中进行球磨二级处理1-5min；最后对球磨后的再生混凝土骨料进行筛分，得到符合颗粒级配规定的再生混凝土骨料。

采用颚破机颚破处理和球磨机球磨处理的两级破碎处理建筑垃圾混凝土块的方法，能够达到微损破碎的效果。针对建筑垃圾混凝土块颚破处理后产生的再生骨料棱角较多，且存在较多片状和针状骨料颗粒(针状颗粒是指混凝土再生粗骨料的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍的颗粒；片状颗粒是指厚度小于平均粒径0.4倍的颗粒)，从而降低再生骨料压碎性能现状的问题，对颚破破碎处理后的再生骨料进行球磨整形处理，减少片状和针状再生骨料所占比例，使骨料饱满圆润，从而提高建筑垃圾再生骨料压碎性能，满足再生骨料的使用性能。使用表面带有凹坑的磨球有利于减少由于过度机械碰撞造成的骨料表面和内部裂纹损伤；且表面带有凹坑的磨球同时将颗粒表面的水泥砂浆等薄弱组分挤搓掉，这样反复的搓揉作用使骨料趋于球形，实现颗粒整形，从而提高再生骨料的物理性能和使用性能，尤其提高其压碎性能和降低吸水率。

作为优化，进行颚破一级处理时，设置颚破机出料口的出料直径为20-25mm；这样，产生的再生混凝土粗骨料的颗粒级配最优符合《混凝土用再生粗骨料(GB/T25177-2010)》连续粒径5-25mm骨料颗粒级配规定。

作为又一优化，进行球磨二级处理时，选择直径分别为30mm、40mm和50mm的所述球磨机磨球组成的混合磨球；其中，直径分别为30mm、40mm和50mm的球磨机磨球的体积比为3:4:3。在磨球装载量一定时，小磨球比大磨球的总表面积大，与物料接触的机会多，增加摩擦面积；而单个大磨球比单个小磨球的能量大，对骨料的冲击也会大，但利于对针状和片状骨料破碎整形处理；按此体积比混合使用的磨球能最优的增加磨球与骨料间的摩擦，使骨料饱满圆润，从而提高其压碎性能。

作为进一步优化，进行球磨二级处理时，所述磨球的填充率为12％-14％；这样，能有效保证磨球在球磨机滚筒内的运动以及与再生骨料的摩擦；减缓数量过多的磨球对再生骨料的冲击造成骨料表面和内部裂纹损伤，从而降低吸水率和压碎指标的问题。

作为再一步优化，进行球磨二级处理时，所述颚破处理后的再生混凝土骨料与所述球磨机磨球的体积比为2:3～7:8；选择这样的体积比，能有效提高再生骨料和磨球间的挤压、搓揉、碾磨、剪切等作用。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明球磨机磨球表面带有球冠形凹坑，能与再生骨料良好接触，增加与再生骨料的接触面积，便于利用挤压、搓揉、碾磨、剪切等作用，增加有效摩擦力，减小有效碰撞压强，避免了传统磨球在进行球磨破碎整形处理时，磨球与再生骨料在球磨机滚筒内的直接接触碰撞强度较大，导致骨料表面和内部裂纹损伤，增加再生细骨料(粒径<4.75mm)占比，严重影响再生骨料物理性能和使用性能的问题。

2、本发明提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，能够达到微损破碎的效果，对颚破破碎处理后的再生骨料进行球磨整形处理，减少片状和针状再生骨料所占比例，使骨料饱满圆润，减少由于过度机械碰撞造成的骨料表面和内部裂纹损伤，从而提高建筑垃圾再生骨料压碎性能，满足再生骨料的使用性能；且采用表面带有凹坑的磨球能够将颗粒表面的水泥砂浆等薄弱组分挤搓掉，这样反复的搓揉作用使骨料趋于球形，实现颗粒整形，从而提高再生骨料的物理性能和使用性能，尤其提高其压碎性能和降低吸水率。

3、对采用本发明方法处理后的骨料进行性能测试，结果显示采用本发明方法处理后的再生混凝土骨料吸水率为2.98％-4.00％，符合Ⅱ类吸水率(<5％)指标要求，甚至达到Ⅰ类吸水率(<3％)指标要求；再生混凝土粗骨料压碎指标由一级颚破处理粗骨料的15.64％提高到12.56％，由原来的满足Ⅱ类(<20％)要求提高到接近Ⅰ类(<12％)要求；再生混凝土细骨料压碎指标由一级颚破处理细骨料的47.16％提高到24.28％，由原来的不满足Ⅲ类(<30％)提高到Ⅱ类(<25％)水平；上述结果表明采用本发明方法能够显著提高建筑垃圾再生混凝土骨料的性能。

4、采用本发明方法提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能，使处理后的骨料能够达到接近天然集料的要求，实现对天然砂、石的替代，缓解目前建筑垃圾所带来的一系列社会、环境、经济问题，同时节约大量的天然资源，促进建筑垃圾资源化、产业化发展，带来巨大的社会、经济效益。

附图说明

图1为本发明球磨机磨球的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程，来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。

实施例1

一、球磨机磨球：

本实施例使用的球磨机磨球结构示意图如图1所示，所述球磨机磨球表面沿圆周方向上设有球冠形凹坑，同排的凹坑之间以及相邻的两排凹坑之间相切，相邻的两排凹坑位置相错；所述球磨机磨球的直径分别为30mm、40mm和50mm，所述凹坑的球冠直径分别对应为4.0mm、5.3mm和6.5mm，对应深度分别为0.13mm、0.18mm和0.21mm，所述凹坑的总表面积为磨球表面积的80％-90％。

二、一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法：

本实施例中，处理所述建筑垃圾混凝土块时，先对混凝土块进行颚破一级处理，调整颚破机颚破出料口径为20-25mm，产生再生混凝土骨料；再将颚破处理后的再生混凝土骨料与球磨机磨球混合，在球磨机中进行球磨二级处理1-5min；其中，使用的磨球为本实施例中上述直径分别为30mm、40mm和50mm的所述球磨机磨球组成的混合磨球，直径分别为30mm、40mm和50mm的磨球的体积比为3:4:3；在进行球磨二级处理时，磨球的填充率为12％，料球体积比(鄂破处理后的再生混凝土骨料：磨球)为7:8。

将上述球磨机球磨微破碎整形处理后的再生混凝土骨料依次通过31.5mm、25.6mm、19mm、16mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm的孔筛筛分，得到的再生混凝土骨料级配符合《混凝土用再生粗骨料(GB/T 25177-2010)》再生粗骨料的颗粒级配规定。

三、性能测试：

1、吸水率测试

对采用上述方法处理后的再生混凝土骨料进行吸水率测试；按照GB/T 17431.2中规定的吸水率试验方法测再生骨料吸水率指标，试验测得各实验组再生混凝土骨料吸水率如表1所示，其中：

吸水率(％)＝[24h饱和面干质量(g)—烘干质量(g)]/[烘干质量(g)]

表1磨球填充率12％、料球体积比7:8、球磨1-5min再生骨料吸水率

从该实验组可以看出再生混凝土骨料吸水率为3.44％-4.00％，符合Ⅱ类吸水率(<5％)指标要求，其中2-4min效果较佳，4min效果最佳。

2、压碎指标测试

对采用上述方法处理后的再生混凝土骨料进行压碎指标测试；分别按照GB/T14685-2011和GB/T 14684-2011中规定的压碎指标试验方法测再生粗骨料和再生细骨料压碎指标。以球磨时间4min为例；作为对比效果，取空白试验：测仅进行一级颚破处理得到的再生骨料的压碎指标。试验数据如表2：

表2磨球填充率12％、料球体积比7:8、球磨4min再生骨料压碎指标

结果表明：采用两级处理粗骨料得到的再生混凝土粗骨料压碎指标由一级颚破处理粗骨料的15.64％提高到12.56％，由原来的满足Ⅱ类(<20％)要求提高到接近Ⅰ类(<12％)要求；采用两级处理细骨料得到的再生混凝土细骨料压碎指标由一级颚破处理细骨料的47.16％提高到24.28％，由原来的不满足Ⅲ类(<30％)提高到Ⅱ类(<25％)水平，表明本发明方法能够显著提高建筑垃圾再生混凝土骨料的性能。

实施例2

一、球磨机磨球：

本实施例使用的球磨机磨球表面沿圆周方向上设有球冠形凹坑，同排的凹坑之间以及相邻的两排凹坑之间等间距分布，相邻的两排凹坑位置相错；所述球磨机磨球的直径分别为30mm、40mm和50mm，所述凹坑的球冠直径分别对应为5.0mm、6.6mm和8.3mm，对应深度分别为0.21mm、0.27mm和0.34mm，所述凹坑的总表面积为磨球表面积的83％-93％。

二、一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法：

本实施例中，处理所述建筑垃圾混凝土块时，先对混凝土块进行颚破一级处理，调整颚破机颚破出料口径为20-25mm，产生再生混凝土骨料；再将颚破处理后的再生混凝土骨料与球磨机磨球混合，在球磨机中进行球磨二级处理1-5min；其中，使用的磨球为本实施例中上述直径分别为30mm、40mm和50mm的磨球组成的混合磨球；其中，直径分别为30mm、40mm和50mm的磨球的体积比为3:4:3；在进行球磨二级处理时，磨球的填充率为14％，料球体积比(鄂破处理后的再生混凝土骨料：磨球)为2:3。

将上述球磨机球磨微破碎整形处理后的再生混凝土骨料依次通过31.5mm、25.6mm、19mm、16mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm的孔筛筛分，得到的再生混凝土骨料级配符合《混凝土用再生粗骨料(GB/T 25177-2010)》再生粗骨料的颗粒级配规定。

三、性能测试：

1、吸水率测试

对采用上述方法处理后的再生混凝土骨料进行吸水率测试；按照GB/T 17431.2中规定的吸水率试验方法测再生骨料吸水率指标，试验测得各实验组再生混凝土骨料吸水率如表3所示，其中：

吸水率(％)＝[24h饱和面干质量(g)—烘干质量(g)]/[烘干质量(g)]

表3磨球填充率14％、料球体积比2:3、球磨1-5min再生骨料吸水率

从该实验组可以看出再生混凝土骨料吸水率为2.98％-3.50％，符合Ⅱ类吸水率(<5％)指标要求，甚至达到Ⅰ类吸水率(<3％)指标要求，其中2-4min效果较佳，3min效果最佳。

2、压碎指标测试

对采用上述方法处理后的再生混凝土骨料进行压碎指标测试；分别按照GB/T14685-2011和GB/T 14684-2011中规定的压碎指标试验方法测再生粗骨料和再生细骨料压碎指标。以球磨时间3min为例；作为对比效果，取空白试验：测仅进行一级颚破处理得到的再生骨料的压碎指标。试验数据如表4：

表4磨球填充率14％、料球体积比2:3、球磨3min再生骨料压碎指标

结果表明：采用两级处理粗骨料得到的再生混凝土粗骨料压碎指标由一级颚破处理粗骨料的15.64％提高到12.91％，由原来的满足Ⅱ类(<20％)要求提高到接近Ⅰ类(<12％)要求；采用两级处理细骨料得到的再生混凝土细骨料压碎指标由一级颚破处理细骨料的47.16％提高到24.92％，由原来的不满足Ⅲ类(<30％)提高到Ⅱ类(<25％)水平，表明本发明方法能够明显提高建筑垃圾再生混凝土骨料的性能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1. 一种球磨机磨球，其特征在于，所述球磨机磨球表面沿圆周方向上设有若干排凹坑，所述凹坑为球冠形凹坑，同排的凹坑之间以及相邻的两排凹坑之间等间距分布，且相邻的两排凹坑位置相错，所述球磨机磨球的直径为30-50 mm；所述凹坑的球冠直径为4.0-8.3mm。

2. 根据权利要求1所述球磨机磨球，其特征在于，所述凹坑的深度为0.13-0.34 mm。

3.根据权利要求1所述球磨机磨球，其特征在于，所述凹坑的总表面积为所述球磨机磨球表面积的80%-93%。

4. 一种提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，其特征在于，先对建筑垃圾混凝土块进行颚破一级处理，得到再生混凝土骨料；再将颚破处理后的再生混凝土骨料与权利要求1-3任一所述球磨机磨球混合，在球磨机中进行球磨二级处理1-5 min；最后对球磨后的再生混凝土骨料进行筛分，得到符合颗粒级配规定的再生混凝土骨料。

5. 根据权利要求4所述提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，其特征在于，进行颚破一级处理时，设置颚破机出料口的出料直径为20-25 mm。

6. 根据权利要求4所述提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，其特征在于，进行球磨二级处理时，选择直径分别为30 mm、40 mm和50 mm的所述球磨机磨球组成的混合磨球；其中，直径分别为30 mm、40 mm和50 mm的球磨机磨球的体积比为3:4:3。

7.根据权利要求4所述提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，其特征在于，进行球磨二级处理时，所述磨球的填充率为12%-14%。

8.根据权利要求4所述提高建筑垃圾再生混凝土骨料性能的方法，其特征在于，进行球磨二级处理时，所述颚破处理后的再生混凝土骨料与所述球磨机磨球的体积比为2:3~7:8。