CN113461370B - 一种砖混建筑垃圾的处理方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种砖混建筑垃圾的处理方法及其应用，以砖块和/或混凝土块建筑垃圾为原料，将原料破碎后，得到再生骨料和再生砂粉，将再生骨料置于壳聚糖溶液中浸泡，使壳聚糖包裹再生骨料，得到改性再生骨料。本发明制备出了一种综合性能良好且具有可持续吸附功能的透水混凝土，打破了传统透水混凝土制备思路，实现了对砖混建筑垃圾的资源化利用，同时也为“海绵城市”的建设及地下水净化提供了一种关键材料。

Description

一种砖混建筑垃圾的处理方法及应用

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种砖混建筑垃圾的处理方法及应用。

背景技术

我国现阶段绝大部分拆除建筑为上世纪九十年代以前的砖混结构建筑。这些建筑拆除后产生的砖混建筑垃圾成分复杂，含有大量旧砖块、废混凝土、玻璃、木片等杂质，这种砖混建筑垃圾很难直接用作砂石骨料重新拌合混凝土。

将砖混建筑垃圾回收后经人工或机器裂解破碎、冲洗、筛分、除杂后即能得到一种砖混再生骨料，根据破碎粒径尺寸大小的不同，将粒径大于4.75mm的称为砖混再生骨料，粒径小于4.75mm的称为砖混再生砂粉，而砖混再生砂粉进一步破碎磨细后得到的粒径小于75μm的细粉，称为砖混再生微粉。

我国每年都有大量的建筑垃圾产生，而来自砖混结构的砖混建筑垃圾在其中占有很大一部分比例，因此如何对砖混建筑垃圾资源化、合理化利用，是目前建材行业亟待解决的问题。相较于其他再生骨料，这些砖混建筑垃圾经处理后得到的砖混再生骨料成分比较复杂，且不同组分性能差异较大，因此，若能大量利用砖混建筑垃圾制成骨料与微粉替代天然材料，将很好地缓解砂石短缺问题，并有效解决大量建筑垃圾难以处置回收利用的难题。

另一方面，“海绵城市”的建设需要透水混凝土这一关键材料。透水混凝土拥有良好的渗透性能，其内部的孔隙有助于储存雨水，能以科学的方式减少径流数量。此外，由透水混凝土内部孔隙所形成的巨大吸附面对水中的重金属离子、富营养物质等具有很好的吸附效果，是一种优良的雨水净化体。由此可见，透水混凝土在城市道路中的使用对于雨水径流进入地下水而引发的污染问题是一种切实有效的解决方式。

传统的透水混凝土，其力学性能与透水性能通常无法较好的匹配，对污染物质的实际吸附效果不佳。而地聚合物作为一种具有类沸石状三维网络结构的新型无机硅铝胶凝材料，拥有一定吸附污染物质的能力，利用其作为胶凝材料制备而成的透水混凝土力学性能与透水性能将得到良好的适应，并且吸附能力得到增强，符合更多场合的应用需求。

砖混再生骨料表面粗糙有棱角、疏松多孔、具有强吸附特性，但是自身强度低，直接应用于透水混凝土当中势必导致强度大幅降低，如若对砖混再生骨料进行特殊处理，使得在保持强吸附特性的同时自身得到强化，那么其利用价值将得到大大提高。砖混再生微粉硅铝质化合物含量高、吸附性强，如若作为硅铝质原料，不仅使得制备出的地聚合物浆体吸附能力得到提升，也实现了对砖混再生微粉的有效利用。

发明内容

鉴于上述存在的现有技术问题以及目前行业发展的现状，本发明的目的在于提供一种砖混建筑垃圾的处理方式及其在具有可持续吸附功能的透水混凝土中的应用。

本发明提供了一种砖混建筑垃圾的处理方法，以砖块和/或混凝土块建筑垃圾为原料，将原料破碎后，得到再生骨料和再生砂粉，将再生骨料置于壳聚糖溶液中浸泡，使壳聚糖包裹再生骨料，得到改性再生骨料。

优选地，壳聚糖溶液的浓度为20-80g/L，优选为40-60g/L。

优选地，再生骨料在壳聚糖溶液中的浸泡时间为6-40h。

优选地，将破碎后的原料按粒径进行分级，得到不同粒径范围的再生骨料。

优选地，将再生砂粉磨细，得到再生微粉。

优选地，所述再生砂粉的粒径小于4.75mm。

优选地，所述再生微粉的粒径小于75μm。

本发明还提供上述处理方法获得的改性再生骨料在制备透水混凝土中的应用。

优选地，所述透水混凝土的原料包括胶凝材料、骨料和水；所述骨料为上述任一项处理方法获得的改性再生骨料。

优选地，所述胶凝材料包括再生微粉、矿粉和碱激发剂，所述再生微粉由上述任一项的处理方法得到。

优选地，所述再生骨料占透水混凝土质量的60-80％；所述再生微粉占透水混凝土质量的8-13％；所述矿粉占透水混凝土质量的8-13％。

本发明首先对砖混建筑材料进行处理，将破碎后得到的再生骨料(砖混再生骨料)浸泡在溶解后的壳聚糖溶液当中，使壳聚糖包裹砖混再生骨料形成一种核壳结构，然后将处理后的砖混再生骨料(改性再生骨料)应用于透水混凝土中；另外，为提高透水混凝土的吸附性能，本发明还使用砖混再生微粉、矿粉和激发剂相互配合作为胶凝材料，代替水泥，制备出一种综合性能良好且具有可持续吸附功能的透水混凝土。

上述方案中，优选地，先将壳聚糖粉末溶解于40℃～80℃的水中，搅拌均匀使壳聚糖充分溶解，然后将砖混骨料浸泡在溶解后的壳聚糖当中，浸泡时间优选为10～30h，使壳聚糖充分包裹再生骨料形成一种核壳结构。

胶凝材料由砖混再生微粉、矿粉、碱激发剂配制而成，具有类沸石状三维网络结构，存在许多粒径分布范围很广的空腔，能够容纳其他外来离子，其中砖混再生微粉所占质量百分比为100～30％，矿粉所占质量百分比为0～70％，拥有较强的吸附污染物质能力。可以作为作透水混凝土的“吸附”端。

壳聚糖是一种环境友好型的天然链状有机高分子聚合物，其分子骨架上含有大量的-NH2和-OH官能团，能与大部分的重金属离子发生螯合作用，具有很强的吸附性。所述壳聚糖，可以为羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖或N,O-羧甲基壳聚糖中的一种、两种或两种以上任意比例混合。通过包裹砖混骨料形成核壳结构，强化了砖混骨料的同时，凭借其强吸附特性进一步吸收被地聚合物浆体吸附的污染物质，进而实现污染物质由浆体向内部骨料迁移。壳聚糖可以作为作透水混凝土的“传输”端。

砖混再生骨料，来自于砖混建筑垃圾经除杂、破碎和筛分等工艺处置获得的具有固定或连续级配的混合料，优选地，其粒径范围可以在1.18mm～16mm之间，为1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～16mm中的一种、两种或两种以上的任意组合。处理前表面粗糙有棱角、疏松多孔、吸水率高，处理后各方面性能得到优化，配合所述砖混再生微粉基地聚合物的吸附作用和所述壳聚糖的传输效果，可以实现污染物质在透水混凝土内部的转移，并有效存储污染物质。砖混再生骨料可以作为透水混凝土“存储”端，

砖混再生微粉，来自于经无害化处理而回收的砖混结构建筑垃圾再生砂粉深加工生产而成的粒径小于75μm的粉料，主要成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁及其他氧化物等，其硅铝质化合物含量高、吸附性强，作硅铝质原料可进一步提高地聚合物的吸附性。

矿粉由粒化高炉矿渣磨细而成，其等级为S75、S95、S105当中的任意一种，粒径小于75μm。

碱激发剂主要包括硅酸钠与硅酸钾、氢氧化钠与氢氧化钾两者当中的任意组合，和水混合以一定的比例配制而成。

再生砂粉，来自于砖混建筑垃圾经除杂、破碎和筛分等工艺处置获得的细骨料和微粉的混合料，粒径不大于4.75mm(其中小于75μm的微粉占10％～30％)。

本发明将所述“吸附”端的砖混再生微粉与所述“传输”端的壳聚糖和“存储”端的砖混再生骨料混合，充分搅拌后装入模具，手动或机械振动成型，并在40～90℃下养护6～12h、常温下养护18～12h后脱模，制得所述透水混凝土。

本发明有如下的有益效果：

本发明利用壳聚糖对砖混再生骨料进行了处理，形成一种核壳结构，一方面使得砖混骨料疏松多孔的结构得到改善，另一方面使得砖混骨料保持强吸附特性的同时自身强度得到提升，可以用于制备混凝土，特别是透水混凝土。

本发明利用砖混再生微粉作胶凝材料，配合这种具有核壳结构的砖混骨料，构建起针对污染物质的“吸附-传输-存储”通道，制备出了一种综合性能良好且具有可持续吸附功能的透水混凝土，打破了传统透水混凝土制备思路，实现了对砖混建筑垃圾的资源化利用，实现了建筑垃圾全粒径段的充分利用，同时也为“海绵城市”的建设及地下水净化提供了一种关键材料。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明作进一步的说明。

本发明各实施例和对比例所选用的原料为砖混建筑垃圾(北京地区砖混结构建筑拆除后堆积产生)；壳聚糖(山东东陆海蓝圣生物科技股份有限公司生产的由几丁质经过脱乙酰得到的食品级壳聚糖粉末，其化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖)；矿粉(武钢华新水泥有限公司生产的S95级矿粉)；碱激发剂采用NaOH(分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司)与水玻璃(模数为3.32，含水量为64.7％，购自郑州市中原茂源泡花碱厂)调配而成；水泥(华新普通硅酸盐水泥P·O 42.5)；实验用水为去离子水。本实施例和对比例中的各组分中，每份的重量为1g。

实施例1

本实施例提供一种砖混建筑垃圾制备再生骨料的处理方法，首先将砖混建筑垃圾破碎，分级得到粒径范围为1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～16mm四种粒度的再生骨料。然后先将壳聚糖粉末溶解于60℃的水中，搅拌均匀使壳聚糖充分溶解，壳聚糖溶液浓度为50g/L；再将称量好的用于制备透水混凝土的砖混骨料浸泡在溶解后的壳聚糖当中，浸泡时间为24h，保证壳聚糖充分包裹砖混再生骨料形成一种核壳结构；最后取出浸泡后的砖混骨料，放入烘箱中，设置温度60℃，时间24h进行烘干，得到改性再生骨料。

实施例2

本实施例的具有可持续吸附功能的透水混凝土，主要由如下质量百分比的原料制成：砖混再生微粉240.79份(10.06％)，矿粉240.79份(10.06％)，氢氧化钠46.35份(1.94％)，水玻璃232.94份(9.73％)，水123.79份(5.17％)，4.75mm-9.5mm砖混再生骨料1509.20份(63.04％)。

制备本实施例的具有可持续吸附功能的透水混凝土的具体步骤如下：

步骤一 提前准备好的模具擦拭干净，在模具内壁涂刷机油并装配紧密。

步骤二 提前将氢氧化钠、水玻璃和水混合，配制成碱激发剂。

步骤三 一只手固定好铁锅，另一只手向搅拌锅中均匀加入经处理后的4.75mm-9.5mm砖混再生骨料。

步骤四 依次加入砖混再生微粉与矿粉，搅拌使砖混再生骨料混合并拌匀，约60s后，加入碱激发剂，充分搅拌约180s。

步骤五 搅拌完成后出料，分层装料并插捣成型，用保鲜膜将模具表面包裹密实，40℃下养护6h、常温下养护18h后脱模，再放入到养护室养护28d，进行相关性能测试。

本实施例的具有可持续吸附功能的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为23.6MPa，弯拉强度为3.0MPa，透水系数为1.41mm/s，重金属离子去除率为98.2％。

实施例3

本实施例其他步骤与上述实施例2相同，其中不同之处在于，砖混再生骨料粒径及其重量百分比为1.18～2.36mm砖混再生骨料348.31份(14.55％)，4.75mm～9.5mm砖混再生骨料1160.89份(48.49％)。

本实施例的具有可持续吸附功能的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为29.3MPa，弯拉强度为3.6MPa，透水系数为0.64mm/s，重金属离子去除率为97.1％。

实施例4

本实施例其他步骤与上述实施例2相同，其中不同之处在于，砖混再生骨料粒径及其重量百分比为2.36mm～4.75mm砖混再生骨料301.87份(12.61％)，9.5～16mm砖混再生骨料1207.33份(50.43％)。

本实施例的具有可持续吸附功能的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为27.2MPa，弯拉强度为3.3MPa，透水系数为0.98mm/s，重金属离子去除率为98.8％。

对比例1

本对比例的具有吸附功能的透水混凝土，其他步骤与上述实施例2相同，其中不同之处在于，砖混再生骨料未经任何强化处理。

制备本对比例的具有吸附功能的透水混凝土的具体步骤与实施例2相同。

本对比例的具有吸附功能的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为18.4MPa，弯拉强度为2.6MPa，透水系数为1.93mm/s，重金属离子去除率为88.3％。

对比例2

本对比例其他步骤与上述实施例3相同，其中不同之处在于，砖混再生骨料未经任何强化处理。

本对比例的具有吸附功能的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为23.1MPa，弯拉强度为2.9MPa，透水系数为1.02mm/s，重金属离子去除率为86.5％。

对比例3

本对比例其他步骤与上述实施例4相同，其中不同之处在于，砖混再生骨料未经任何强化处理。

本对比例的具有吸附功能的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为20.5MPa，弯拉强度为2.8MPa，透水系数为1.39mm/s，重金属离子去除率为89.6％。

对比例4

本对比例的透水混凝土，其他步骤与上述实施例2相同，其中不同之处在于，以水泥作胶凝材料。

本对比例的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为22.8MPa，弯拉强度为2.8MPa，透水系数为1.56mm/s，重金属离子去除率为56.9％。

对比例5

本对比例其他步骤与上述实施例3相同，其中不同之处在于，以水泥作胶凝材料。

本对比例的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为27.7MPa，弯拉强度为3.4MPa，透水系数为0.96mm/s，重金属离子去除率为54.7％。

对比例6

本对比例其他步骤与上述实施例4相同，其中不同之处在于，以水泥作胶凝材料。

本对比例的透水混凝土试样的尺寸为100mm×100mm×100mm，抗压强度为25.9MPa，弯拉强度为3.1MPa，透水系数为1.21mm/s，重金属离子去除率为57.8％。

表1实施例和对比例的实验结果

本发明各实施例和对比例的实验测试数据汇总如表1所示，其中实施例2、3、4的具有可持续吸附功能的透水混凝土，首先以砖混建筑垃圾当中的砖混再生微粉为原材料，制备出一种具有高吸附性的砖混再生微粉基地聚合物替代传统硅酸盐水泥作胶凝材料，再配合处理后的具有核壳结构的砖混再生骨料，成型并采用特定的养护方式制备而成，实施例2、3、4的区别在于分别采用单一级配(4.75～9.5mm)、间断级配I(1.18～2.36mm、4.75～9.5mm)和间断级配II(2.36～4.75mm、9.5～16mm)三种不同级配类型的砖混再生骨料；对比例1、2、3的具有吸附功能的透水混凝土，其他步骤与实施例2、3、4相同，其中不同之处在于，砖混再生骨料未经任何强化处理；对比例4、5、6的透水混凝土，其他步骤与实施例2、3、4相同，其中不同之处在于，以水泥作胶凝材料。

分析表中数据可知，本发明各实施例和对比例样品当中，实施例的强度数据均高于对比例，重金属离子去除率均优于对比例，透水系数仍满足JC/T 2558-2020《透水混凝土》中的要求(≥0.5mm/s)。同一实施例或对比例，使用的骨料级配范围不同，且强度数据间断级配I＞间断级配II＞单一级配，透水系数单一级配＞间断级配II＞间断级配I，重金属离子去除率间断级配II＞单一级配＞间断级配I，说明不同级配范围骨料用于制备透水混凝土对透水混凝土各方面性能影响也会不同。实施例2、3、4分别和对比例1、2、3相比，对比例1、2、3中利用未经处理的砖混骨料制备的透水混凝土虽然具有一定吸附功能，但对重金属离子的去除能力有限，而实施例2、3、4将实施例1中处理后的砖混骨料用于透水混凝土当中，可以提高透水混凝土的强度，而且透水混凝土对重金属离子的吸附效果得到了显著提升，说明壳聚糖和砖混骨料形成的核壳结构(“传输-存储”端)有助于可持续吸附功能的实现。实施例2、3、4分别和对比例4、5、6相比，对比例4、5、6以水泥作胶凝材料制备的透水混凝土强度分别略低于实施例2、3、4，而对比例4、5、6对重金属离子的去除效果远低于实施例2、3、4，说明以砖混再生微粉基地聚合物作胶凝材料替代水泥有助于可持续吸附功能透水混凝土“吸附”端功能的实现。这与本发明提出的以砖混再生微粉基地聚合物为原材料，配合处理后的具有核壳结构的砖混再生骨料，构建起针对污染物质的“吸附-传输-存储”通道，制备一种综合性能良好且具有可持续吸附功能的透水混凝土相对应。

Claims (5)

1.一种砖混建筑垃圾的处理方法在制备透水混凝土中的应用，其特征在于，以砖块和混凝土块建筑垃圾为原料，将原料破碎后，得到再生骨料和再生砂粉，将再生骨料置于壳聚糖溶液中浸泡，使壳聚糖包裹再生骨料，得到改性再生骨料；将再生砂粉磨细，得到再生微粉；

所述透水混凝土的原料包括胶凝材料、骨料和水，所述骨料为所述改性再生骨料；所述胶凝材料由所述再生微粉、矿粉和碱激发剂组成；所述再生骨料占透水混凝土质量的60-80％；所述再生微粉占透水混凝土质量的8-13％；所述矿粉占透水混凝土质量的8-13％。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，再生骨料在壳聚糖溶液中的浸泡时间为6-40h。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述壳聚糖溶液的浓度为20-80g/L。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述再生砂粉的粒径小于4.75mm；所述再生微粉的粒径小于75μm。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将破碎后的原料按粒径进行分级，得到不同粒径范围的再生骨料。