CN108358488A - 将uhpfrc破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法，包括如下步骤：预处理步骤，将UHPFRC结构破坏成相对小块，再对UHPFRC进行浸润处理；液氮降温步骤：对浸润处理后的UHPFRC通过液氮进行降温，使UHPFRC温度降到0摄氏度以下；高温加热处理步骤：将降温处理后的UHPFRC进行高温加热处理，使UHPFRC发生高温爆裂，使UHPFRC和纤维连接面发生破坏；破碎步骤：对破裂后的混凝土进行破碎处理，形成破碎的UHPFRC；筛分处理步骤：对破碎处理后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分。本发明是一种降低能耗、提高钢纤维回收率的将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法。

Description

将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土制造技术领域，尤其涉及一种将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法。

背景技术

混凝土是土木工程中应用最广泛，最成熟的基本材料之一。传统混凝土是指由水泥作为胶凝材料，将石子、砂子分别作为粗细骨料，同时与水按照一定的比例配制，经充分搅拌后得到的可承载结构的材料。随着科技的发展，高效减水剂、矿物超细粉料及纤维材料的发明和应用，混凝土材料向以超高强度和超高耐久性能为主要特征的超高性能混凝土方向发展。以强度为标志，混凝土的发展经历了普通强度混凝土(NSC)，高强度混凝土(HSC)，超高强度混凝土(UHPFRC)的发展历程。超高性能混凝土强度达到150Mpa以上，拉伸强度大于5Mpa，弹性模量大于40GMPa，且具有良好延性和耐久性的混凝土。为保证超高性能混凝土具有良好的延性和耐久性，需要掺入纤维以加强混凝土的抗裂性能。与普通混凝土相比，超高性能混凝土具有超高强度、高耐久性、高韧性、低孔隙率及良好的体积稳定性等多项优异性能，可应用于超高层建筑、大跨度桥梁、超薄壁及复杂形状的建筑结构工程中。如今，UHPFRC是国际公认的下一代混凝土材料，应用于各种施工过程。数据表明，截至2016年3月，全球共建88座UHPFRC桥(70座道桥和18座人行桥)，另外还有30座UHPFRC新桥正在建设中。相信，在科研工作者力图实现耐久性和降低成本等性能改善的各种研发工作的支持下，UHPFRC应用于实际工程会越来越广泛。

混凝土回收利用为再生混凝土骨料是目前绿色建筑的重点课题之一。所谓再生骨料混凝土指的是将废弃混凝土破碎成一定粒径的颗粒，完全替代或者部分替代充当新浇筑混凝土的粗(或细)骨料。再生骨料混凝土的开发和应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态混凝土日益恶化等问题；另一方面，用建筑垃圾循环再生骨料以替代天然骨料，可以减少建筑业对天然骨料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，从根本上解决了天然骨料的日益匮乏和对生态环境的破坏，符合建筑业绿色发展可持续发展的要求。然而，普通废弃混凝土在破碎成颗粒过程中，由于破碎及研磨机械使废弃混凝土受到挤压、冲撞、研磨等物理因素，某些磨碎过程可能还有加速锈蚀的化学因素，所得颗粒骨料内部存在大量的微裂纹，不仅使骨料强度较低，且使得骨料和水泥浆体的原始界面受到影响，导致其相对于天然骨料吸水率高，吸水速度大，表观密度、堆积密度小，压碎指标大(易压碎)。因此，利用普通混凝土再生骨料混凝土主要用于低强度混凝土中。

随着纤维增强超高性能混凝土在实际工程的广泛应用，新建建筑产生的废弃超高性能混凝土、混凝土工厂或者预制装配式建筑构件工厂产生和拆除的废弃建筑物产生的废弃超高性能混凝土也会大量产生。对废弃超高性能混凝土的回收利用也势在必行。超高性能混凝土强度高、延性好、孔隙率低，且渗透率也低，因此将其破碎便变得艰难。从UHPFRC回收得到颗粒作为再生骨料比普通混凝土再生骨料性能要优越，且超高性能混凝土中含有的大量钢纤维，也是回收目标之一。

1.目前的再生混凝土制备工艺所得再生混凝土骨料带有大量微裂缝，用其作为骨料浇筑的新混凝土将带有不能忽视的初始缺陷。

2.目前的再生混凝土制备工艺不足以破碎超高性能混凝土或者能破碎但机械磨损率高能耗大。

3.目前的再生混凝土制备工艺不能回收纤维增强超高性能混凝土中的纤维，特别是钢纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种将超高性能纤维增强混凝土破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法，该方法具有以下特点：(1)可将内置纤维增强的强度达到150Mpa以上的超高性能混凝土破碎成碎块；(2)可将超高性能混凝土里面的纤维，特别是钢纤维分离出来以回收利用；(3)所得再生混凝土骨料粒径可控，表面裂缝少，低渗透率，压碎指标小，可用于充当高强度混凝土骨料。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法，包括如下步骤：

预处理步骤，将UHPFRC结构破坏成相对小块，再对UHPFRC进行浸润处理；

液氮降温步骤：对浸润处理后的UHPFRC通过液氮进行降温，使UHPFRC温度降到0摄氏度以下，使UHPFRC中自由水凝结成冰，体积膨胀，同时，加速降温可使混凝土内部产生较大的温度应力，破坏混凝土物质紧密结构；

高温加热处理步骤：将液氮降温处理后的UHPFRC进行迅速高温加热处理至UHPFRC发生高温爆裂，使UHPFRC和钢纤维连接面发生破坏；

破碎步骤：对高温加热处理步骤破裂后的UHPFRC进行破碎处理，形成破碎的UHPFRC骨料，破碎处理方式可为颚式破碎、反击式破碎、研磨破碎、锤式破碎或者其中二者结合使用；

去毛刺步骤：对破碎步骤后的UHPFRC骨料进行去毛刺处理；

筛分处理步骤：对去毛刺步骤后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分。

所述去毛刺步骤中，将所述破碎步骤后的UHPFRC蘸一层硅酸盐水泥，通过硅酸盐水泥将UHPFRC上的毛刺包覆而不外露于外表面，再回转高温烧结成表面平整的UHPFRC颗粒。

所述预处理步骤中，所述将UHPFRC结构破坏成相对小块，是通过大型机械振荡或者高压水枪切割将UHPFRC结构进行破坏成相对小块。

所述预处理步骤中，所述对UHPFRC进行浸润处理，是通过自来水对UHPFRC进行浸润处理，以提高UHPFRC的含湿量，以使在高温加热处理步骤中得到更高的内部蒸汽压。

所述预处理步骤中，所述对UHPFRC进行浸润处理之前，还包括通过空心针对UHPFRC进行穿刺，所述空心针可引入能够对UHPFRC进行腐蚀的化学制剂，对UHPFRC一边进行腐蚀一边进行穿刺，使UHPFRC形成由表面贯穿内部的多孔结构，使孔洞中充满水。

所述液氮降温步骤中，是对所述对浸润处理后的UHPFRC进行液氮降温，包括使用高压液氮喷射到UHPFRC的表面及所述多孔结构内部。

所述筛分处理步骤中，所述对破碎处理后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分，能够得到粒径分别为小于5mm，5-20mm，20-40mm的再生混凝土骨料颗粒，对粒径过大不能作为再生骨料的混凝土块再次进入所述破碎步骤。

所述筛分处理步骤之前，还包括钢纤维磁选步骤，所述钢纤维磁选步骤通过磁选机进行磁选，可将混合在破碎步骤后的钢纤维选择出来。

所述预处理步骤中，还包括：去除废混合在UHPFRC中的异物，初步回收混合在UHPFRC中的钢纤维。

本发明提出一种将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法。该制备方法可将内置纤维加强的强度达到150MPa以上的(超)高性能混凝土破碎成碎块；(2)可将(超)高性能混凝土里面的纤维，特别是钢纤维分离出来以回收利用；(3)所得再生混凝土骨料粒径可控，表面裂缝少，低渗透率，压碎指标小，可用于充当高强度混凝土骨料。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1所示为本发明将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法的流程框图。

图2所示为实现本发明将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法的机械设备示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1所示，本发明提供的将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法，其中，UHPFRC：Ultra high performance fibre reinforced concrete的缩写，其中文名称是：超高性能纤维增强混凝土，UHPFRC,抗压强度大于150MPa，包括如下步骤：

S1预处理步骤，将UHPFRC结构破坏成相对小块，再对UHPFRC进行浸润处理；利用大型机械进行机械振荡，将超高强混凝土结构破坏成相对小块，去除UHPFRC中的杂质，分捡钢纤维。

S2液氮降温步骤：对浸润处理后的UHPFRC通过液氮进行降温，将液氮喷射在浸润处理的UHPFRC表面，使UHPFRC温度降到0摄氏度以下，使UHPFRC中自由水凝结成冰，体积膨胀，同时，加速降温可使混凝土内部产生较大的温度应力，破坏混凝土物质紧密结构；

S3高温加热处理步骤：将液氮降温处理后的UHPFRC进行迅速高温加热处理，使UHPFRC发生高温爆裂，使UHPFRC和钢纤维连接面发生破坏，；将液氮降温处理后的UHPFRC送进高温加热炉进行高温加热处理，使UHPFRC发生高温爆裂，混凝土和钢纤维连接面发生破坏，破坏其细观结构，使其性能大大降低。需要说明的是，UHPFRC较普通混凝土的抗火灾高温性能要差得多，在高温状态(比如400℃以上)时，在UHPFRC内部的温差热应力和内部蒸汽压力作用下，易发生高温爆裂。其残余抗压强度和残余劈裂抗拉强度约为常温强度的30％和15.1％(随增强纤维种类不同而略有差异)。并且，UHPFRC的初始含湿量越高，加热速率越大，UHPFRC越容易发生高温爆裂，因此，需要尽可能地给UHPFRC提高初始含湿量，以期能够提高加热速率，使其越容易发生高温爆裂。钢纤维和UHPFRC的线胀系数存在差异。例如，钢纤维的线胀系数约为1.2*10^-5，UHPFRC的线胀系数约为1.0*10^-5，这种差异在常温下(温度变化小)表现并不明显，但随着温度不断升高，其影响结果愈加显著。800摄氏度时，二者的应变差异约为1.6*10^-3，此差异足以破坏钢纤维和混凝土之间的粘结力，使二者失去协同性。

S4破碎步骤：对高温加热处理步骤破裂后的UHPFRC进行破碎处理，形成破碎的UHPFRC，破碎处理方式可为颚式破碎、反击式破碎、研磨破碎、锤式破碎或者其中二者结合使用；

S5去毛刺步骤：对破碎步骤后的UHPFRC进行去毛刺处理；由于UHPFRC内部可能包含有乱向纤维，当UHPFRC经过破碎步骤之后，纤维会外露在UHPFRC骨料外壁处，因此需要对UHPFRC进行去毛刺处理。

S6筛分处理步骤：对去毛刺步骤后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分。

一个实施例中，所述去毛刺步骤中，将所述破碎步骤后的UHPFRC蘸一层硅酸盐水泥浆，通过硅酸盐水泥浆将UHPFRC上的毛刺包覆而不外露于外表面，再回转高温烧结成表面平整的UHPFRC颗粒。此步骤中，通过回转高温烧结炉将硅酸盐水泥快速烧结固化，实际上此时形成的UHPFRC颗粒是属于近似圆形的UHPFRC颗粒骨料结构。

一个实施例中，所述预处理步骤中，所述将UHPFRC结构破坏成相对小块，是通过大型机械振荡或者高压水枪切割将UHPFRC结构进行破坏成相对小块。

一个实施例中，所述预处理步骤中，所述对UHPFRC进行浸润处理，是通过自来水对UHPFRC进行浸润处理，以提高UHPFRC的含湿量，以使在高温加热处理步骤中得到更高的内部蒸汽压。

一个实施例中，所述预处理步骤中，所述对UHPFRC进行浸润处理之前，还包括通过空心针对UHPFRC进行穿刺，所述空心针可引入能够对UHPFRC进行腐蚀的化学制剂，对UHPFRC一边进行腐蚀一边进行穿刺，使UHPFRC形成由表面贯穿内部的多孔结构。

一个实施例中，所述液氮降温步骤中，是对所述对浸润处理后的UHPFRC进行液氮降温，包括使用高压液氮喷射到UHPFRC的表面及所述多孔结构内部。

一个实施例中，所述筛分处理步骤中，所述对破碎处理后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分，能够得到粒径分别为小于5mm，5-20mm，20-40mm的再生混凝土骨料颗粒，对粒径过大不能作为再生骨料的混凝土块再次进入所述破碎步骤。

一个实施例中，如图2所示，所述筛分处理步骤之前，还包括钢纤维磁选步骤，所述钢纤维磁选步骤通过磁选机6进行磁选，可将混合在破碎步骤后的钢纤维选择出来。一个实施例中，所述预处理步骤中，还包括：去除混合在UHPFRC中的异物，初步回收混合在UHPFRC中的钢纤维。

如图2所示的实施例中，废弃UHPFRC在外部被大型机械分割成小块后(粒径小于500mm)，从振动喂料机1的受料斗进入传送带1.2，在传送带左端设有大功率风力选别机1.1，可初步将UHPFRC中的轻质垃圾(塑料、木材等)吹出去，在传送带1.2中部的上方处设置有一高压水枪打孔装置1.5，高压水枪打孔装置设有若干竖直向下的喷射口，从喷射口出来的高压水柱能够将传送带上的UHPFRC多处打穿，形成多孔结构，并且从喷射口出来的高压水柱能够通过水池1.3进行回收，传送带右半部分下为水池1.3，水池内中有喷水嘴1.4，可将水池中的水喷向传送带上面的UHPFRC，提高UHPFRC的含湿量，由于UHPFRC多处被打穿，则能够从UHPFRC的外表及内部极大地提高UHPFRC的含湿量，同时，在浸湿阶段可采取人工分选，进一步将UHPFRC中的重质垃圾或可回收钢纤维分选出来，传送带的右端连接液氮降温室2的另一传送带2.3，液氮储存罐2.1中的液氮经过液氮喷口2.2喷射在传送带上的UHPFRC表面及从多孔结构进入UHPFRC内部，由于UHPFRC具有多孔结构，因此使得液氮与UHPFRC的表面尽可能地充分接触，使UHPFRC的温度降到0摄氏度以下，使UHPFRC中自由水凝结成冰，体积膨胀，同时，加速降温可使UHPFRC内部产生较大的温度应力，破坏UHPFRC物质紧密结构。传送带右端连接高温加热箱3的进料口，高温加热箱带有快速加热热源3.1，可对置于其中的UHPFRC实施快速加热(可达800摄氏度)，由于多孔结构的存在，使得UHPFRC的加热速率极大地提高，进而能使其发生高温爆裂，使得UHPFRC内部的混凝土和纤维连接面发生破坏，破坏其细观结构，使其性能大大降低，极大地减低了破碎处理步骤的难度，和极大地降低了破碎处理步骤所需要消耗的能量，高温加热箱的物料出口连接颚式破碎机4的进料口，颚式破碎机可对发生高温爆裂的废弃混凝土进行初级破碎，并将纤维和混凝土初级分离，颚式破碎机最大进料粒度为500mm，偏心轴转速为275r/min，出料粒径为65-160mm。颚式破碎机的出料口连接研磨破碎机5的进料口，研磨破碎机可对UHPFRC碎块进行二级破碎，可将混凝土和钢纤维最终分离，使其成为粒径符合要求的UHPFRC骨料，研磨破碎机的最大进料粒度为185mm，出料粒径为4-41mm，转子转速为500-1000r.min。研磨破碎机的出料口连接磁选机6的进料口，磁选机左侧设有磁力发生装置7或永久式磁石，磁选机可将破碎物中的钢纤维分离出来，磁选机中的混凝土骨料进入回转烧结炉8的进料口，在回转烧结炉中，将所述破碎步骤后的UHPFRC蘸一层硅酸盐水泥浆，并在回转高温烧结炉里烧结成近似球体的UHPFRC颗粒骨料，回转烧结炉的出口连接三层三质振动筛分机9，三层三质振动筛分机中设有带有三层不同大小网格的筛网，筛网的振动幅度为6-7mm，振动方向角为45-60，振动频率为16Hz，可将的UHPFRC颗粒骨料分为粒径分别为小于5mm，5-20mm，20-40mm的再生混凝土骨料颗粒和粒径过大的不合格可混凝土块，合格的骨料颗粒从各自物料出口出产，不合格的混凝土块可视情况将其返还到振动喂料机1，颚式破碎机4，或研磨破碎机5中，重新破碎。

以上废弃超高性能混凝土破碎过程所用机器或机器部件可整合为一个机器，使个阶段进料口和出料口形成无缝连接，整个过程均在一个密闭空间进行，尾气可通入水池(2)中吸收处理，整个过程绿色环保，不会产生扬尘。

如图2所示的实施例中，高压水枪打孔装置1.5还可以通过空心针替换，所述空心针可引入能够对UHPFRC进行腐蚀的化学制剂，对UHPFRC一边进行腐蚀一边进行穿刺，使UHPFRC形成由表面贯穿内部的多孔结构。需要说明的是，为了避免造成环境污染问题，如果引入了化学制剂，则需要注意对水池1.3内的水进行污水处理，方可进行排放。

本发明制备方法：(1)可将内置纤维加强的强度达到150Mpa以上的(超)高性能钢纤维增强混凝土破碎成碎块；(2)可将(超)高性能混凝土里面的纤维，特别是钢纤维分离出来以回收利用；(3)所得再生混凝土骨料粒径可控，表面裂缝少，低渗透率，压碎指标小，可用于充当高强度混凝土骨料。(4)由于破碎步骤需要巨大的能耗，而由于预处理步骤中，将UHPFRC形成多孔结构，增加了液氮的附着面积，以极大地提高了液氮降温步骤的速率和高温加热处理步骤的速率，因此，不但液氮降温步骤和高温加热处理步骤的时间得到极大的缩短，而且大大降低了UHPFRC在进入破碎步骤的硬度，进而大大降低破碎步骤的能耗和机械的损耗，如此还能够大大节约成本。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种将UHPFRC破碎回收为再生混凝土骨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

预处理步骤，将UHPFRC结构破坏成相对小块，再对UHPFRC进行浸润处理；

液氮降温步骤：对浸润处理后的UHPFRC通过液氮进行降温，使UHPFRC温度降到0摄氏度以下；

高温加热处理步骤：将液氮降温处理后的UHPFRC进行迅速高温加热至UHPFRC发生高温爆裂，使UHPFRC和钢纤维连接面发生破坏；

破碎步骤：对高温加热处理步骤破裂后的UHPFRC进行破碎处理，形成破碎的UHPFRC；

去毛刺步骤：对破碎步骤后的UHPFRC进行去毛刺处理；

筛分处理步骤：对去毛刺步骤后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去毛刺步骤中，将所述破碎步骤后的UHPFRC蘸一层硅酸盐水泥，通过硅酸盐水泥将UHPFRC上的毛刺包覆而不外露于外表面，再回转高温烧结成表面平整的UHPFRC颗粒。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中，所述将UHPFRC结构破坏成相对小块，是通过大型机械振荡或者高压水枪切割将UHPFRC结构进行破坏成相对小块。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中，所述对UHPFRC进行浸润处理，是通过自来水对UHPFRC进行浸润处理，以提高UHPFRC的含湿量，以使在高温加热处理步骤中得到更高的内部蒸汽压。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中，所述对UHPFRC进行浸润处理之前，还包括通过空心针对UHPFRC进行穿刺，所述空心针可引入能够对UHPFRC进行腐蚀的化学制剂，对UHPFRC一边进行腐蚀一边进行穿刺，使UHPFRC形成由表面贯穿内部的多孔结构。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述液氮降温步骤中，是对所述对浸润处理后的UHPFRC进行液氮降温，包括使用高压液氮喷射到UHPFRC的表面及所述多孔结构内部。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述筛分处理步骤中，所述对破碎处理后的UHPFRC按照粒径大小进行筛分，能够得到粒径分别为小于5mm，5-20mm，20-40mm的再生混凝土骨料颗粒，对粒径过大不能作为再生骨料的混凝土块再次进入所述破碎步骤。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述筛分处理步骤之前，还包括钢纤维磁选步骤，所述钢纤维磁选步骤通过磁选机进行磁选，可将混合在破碎步骤后的钢纤维选择出来。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中，还包括：去除废混合在UHPFRC中的异物，初步回收混合在UHPFRC中的钢纤维。