CN115893891B - 一种强化再生骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化再生骨料的方法，具体包括以下步骤：第一步，将再生骨料放入酸溶液中浸泡7天，取出后用清水冲洗，清除部分粘附在骨料表面的旧砂浆；第二步，将第一步处理得到的再生骨料放入蒸压釜中，在200℃，2MPa压力下蒸压8h时，第三步，将蒸压后的再生骨料放入滚筒式球磨机中研磨4min，球磨机内不放置钢球。该方法为三处理法，采用酸浸泡，高温蒸压和球磨混合处理，可以有效去除再生骨料表面附着的旧砂浆，显著提高再生骨料物理性能，有利于再生骨料替代天然骨料在实际混凝土工程中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及再生骨料应用于混凝土中，具体涉及一种强化再生骨料物理性能的方法。
背景技术
再生骨料作为一种城市建筑垃圾，是可循环利用的宝贵资源，它是由老旧建筑拆除后得到的废弃混凝土块经过破碎筛选得到的。但由于原生混凝土来源不同，其强度等级也各不相同，经破碎得到的再生骨料表面成分复杂，附着着大量旧砂浆和繁杂的界面过渡区，导致再生骨料吸水率和压碎值增高，造成其物理性能的劣化，从而阻碍了再生骨料在混凝土中的应用。
国内外研究再生骨料强化方法主要体现在两个方面，一种是单处理法，主要包括机械处理，高温处理和酸处理，用以清除再生骨料表面附着的旧砂浆。另一种是双处理法，主要包括酸浸泡+机械处理和高温+机械处理等，该方法主要通过一系列物理方法或化学反应，使再生骨料整体强度提高。现有的这些技术采用的是单处理法和双处理法，无法有效清除骨料表面的水泥旧砂浆。例如，李秋义等人在发表的文献《再生混凝土骨料强化技术研究》和武丽霞等人在发表的文献《再生粗集料砂浆附着率测试方法对比试验研究》中都采用单处理法中的机械处理，虽然能够大批量强制处理再生骨料，但其表面附着的旧砂浆清除率低，对混凝土性能劣化影响较大，无法满足制备混凝土的需求。Kim Y等人在发表的文献《Properties enhancement of recycled aggregate concrete through pretreatmentof coarse aggregates – Comparative assessment of assorted techniques》和 KazmiS等人在发表的文献《Influence of different treatment methods on the mechanicalbehavior of recycled aggregate concrete: A comparative study》中都采用双处理法中的酸浸泡+机械处理，虽然能够有效提高再生骨料表面旧砂浆的清除率，但未能完全清理干净，还会使水泥旧砂浆孔隙中残留这些酸溶液，若浇筑混凝土，不仅会造成混凝土内部钢筋加速锈蚀，还会对混凝土本身耐久性造成影响。因此，需要采用新的工艺方法强化再生骨料，使其更好地应用于实际工程中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的再生骨料强化方法，可以有效清除再生骨料表面附着的旧砂浆，降低再生骨料吸水率和压碎值，提高再生骨料密度及强度，使得再生骨料能够应用于混凝土中。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高效再生骨料强化方法，此工艺方法是一系列骨料强化处理方法，务必按照先后顺序进行，采用先酸浸泡化学处理，再蒸压处理，最后球磨机械处理的三处理方法，处理后的再生骨料表面旧砂浆清除率高。具体包括以下步骤：
第一步，对废弃原生混凝土块进行破碎筛选预处理，保留颗粒粒径为5-30mm的再生骨料，将其冲洗干净并自然干燥至恒重；
第二步，酸处理：配制浓度为2mol/L的稀盐酸溶液，将第一步得到的再生骨料放入稀盐酸溶液中浸泡7天，取出后冲洗干净；
第三步，蒸压处理：将第二步得到的再生骨料放入蒸压釜中，在200℃，2MPa压强下蒸压8h。
第四步，机械处理：将第三步得到的再生骨料放入无钢球的球磨机中，在30r/min下球磨4min，并过5mm筛，保留颗粒粒径5-30mm的再生粗骨料。
进一步的，第一步中破碎处理采用颚式破碎机和反击式破碎机二次加工破碎，将废弃混凝土块破碎成再生骨料。
需要说明的，第二步中酸溶液类型包含稀盐酸但不限于这一种酸性溶液，还可以配制浓度为2mol/L的稀硫酸，浓度为10%（质量分数）的草酸、醋酸、硝酸或磷酸溶液，将再生骨料放至在以上任意一种酸溶液中浸泡7d，取出后清洗干净并自然干燥至恒重。再生骨料表面附着的旧砂浆都会与其浸泡的酸溶液发生化学反应，起到清除旧砂浆的作用。本发明第二步酸浸泡处理过程以浓度为2mol/L的稀盐酸为例，同时保护上述其它不同浓度的酸溶液与之相应的处理过程。稀盐酸与水泥旧砂浆发生化学反应CaO+2HCl→CaCl2·H2O；Fe2O3+6HCl→2FeCl3·3H2O；Al2O3+6HCl→2AlCl3·3H2O。
第三步蒸压处理是将酸浸泡后的再生骨料放置于200℃，2MPa的高温高压环境下蒸压8h，因为骨料与水泥砂浆的线膨胀系数不同，在200℃下水泥砂浆膨胀产生裂缝，会弱化其与骨料之间的粘结强度，且酸浸泡清洗后的再生骨料表面还残留着大量旧砂浆以及水泥砂浆孔隙中还残留着未完全反应的稀盐酸，在2MPa高压环境下残留在孔隙中的稀盐酸可与骨料表面附着的水泥旧砂浆完全反应，弱化水泥旧砂浆强度，弱化其与骨料的粘结强度。
第四步球磨机械处理是最后一个处理步骤，采用滚筒式球磨机，取出内部钢球，在30r/min转速下球磨4min。通过骨料与桶壁、骨料与骨料之间的摩擦碰撞，将残留在骨料表面水泥旧砂浆完全清除，并且整形骨料，剔除强度较低的骨料。
本方法包括至少以上三种技术进行依次处理方法，在此基础上增加的其它类似处理方法也包含在内。在后文中，本方法也可称为“三处理法”。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过本发明提供的一系列连续的骨料处理工艺，采用三处理法（先后采用酸处理，蒸压处理和机械处理进行处理），不仅能完全清除骨料表面附着的水泥旧砂浆，还能将孔隙中残留的酸溶液完全反应，浇筑后不影响混凝土耐久性，不会加速钢筋的锈蚀。
在工艺流程中创新地采用蒸压处理的方法，因为骨料与水泥砂浆的线膨胀系数不同，在200℃下水泥砂浆膨胀产生裂缝，会弱化其与骨料之间的粘结强度，且酸浸泡清洗后的再生骨料表面还残留着大量旧砂浆以及水泥砂浆孔隙中还残留着未完全反应的稀盐酸，在2MPa高压环境下残留在孔隙中的稀盐酸可与骨料表面附着的水泥旧砂浆完全反应，弱化水泥旧砂浆强度，弱化其与骨料的粘结强度，在后续的步骤中可将水泥旧砂浆完全清除。
本发明显著提高再生骨料的物理性能和自身强度。该方法与其他方法相比，清除旧砂浆效果较更显著，且操作便捷，可控性高，可批量进行骨料处理。
附图说明
图1为用不同方法处理再生骨料后表面附着旧砂浆清除率。
具体实施方式
下面对本发明进一步详细说明。
本发明方法为三处理法，提供了一种强化再生骨料物理性能和强度的处理方法，下面通过具体实施例和处理方法对本发明做进一步阐述，应该说明的是，不得将以下实施例和处理方法解释为对本发明内容的限制。本实施例中的未处理的再生骨料的主要物理特性为：吸水率3.60 %，压碎值10.13 %，表观密度2510.3 kg/m3。该再生骨料的主要物理特性与天然骨料（吸水率1.06 %，压碎值7.45 %，表观密度2730 kg/m3）相差较大。采用本发明方法及现有技术分析进行处理：
实施例1
1.采用本发明方法，即三处理法（盐酸+蒸压+机械处理）的处理具体步骤如下：
（1）在建筑固废堆场取回废弃混凝土，先对其进行初步筛选，剔除钢筋，木材，碎玻璃等杂质，只保留原生混凝土块。
（2）将步骤（1）所得到的原生混凝土块经过颚式破碎机和反击式破碎机二次加工破碎后得到的再生骨料进行筛分，保留颗粒粒径5-30mm的再生粗骨料，将其冲洗干净待其自然干燥至恒重，得到未处理的再生骨料。
（3）将步骤（2）得到的再生粗骨料预先进行酸处理，配制2mol/L浓度的稀盐酸，用于浸泡再生粗骨料，浸泡7d。再生粗骨料表面附着的水泥旧砂浆与稀盐酸产生如下反应：CaO+2HCl→CaCl2·H2O；Fe2O3+6HCl→2FeCl3·3H2O；Al2O3+6HCl→2AlCl3·3H2O。此步骤将会使部分较薄弱的水泥旧砂浆从骨料表面剥离，并弱化其与再生粗骨料整体的粘结强度。
（4）将步骤（3）浸泡后的再生粗骨料冲洗干净，并放入蒸压釜中，在200℃，2MPa环境下蒸压8h。此步骤采用蒸压的方式处理再生骨料，在高温环境中，因原生骨料与其表面附着的水泥旧砂浆线膨胀系数不同，使其界面过渡区产生裂缝，进一步弱化旧砂浆的粘结强度。在高压环境下，会加速再生骨料表面残余稀盐酸与水泥旧砂浆的反应，使其化学反应更完全，更彻底。
（5）将步骤（4）得到的再生粗骨料放入滚筒式球磨机中进行机械处理，在30r/min下球磨4min，球磨机内不放置钢球，完全通过骨料与桶壁、骨料与骨料之间的摩擦碰撞，进一步整形强化再生骨料，此步骤可将再生骨料表面附着的水泥旧砂浆完全清除，并脆化强度较弱的再生粗骨料。
（6）将步骤（5）得到的再生骨料进行筛分，保留5-30mm的再生粗骨料，将其清洗干净并自然干燥至恒重，所得到的再生骨料外观形貌及基本物理性能与天然骨料无异。
实施例2
2.采用本发明方法，即三处理法（草酸+蒸压+机械处理）的处理具体步骤如下：
（1）在建筑固废堆场取回废弃混凝土，先对其进行初步筛选，剔除钢筋，木材，碎玻璃等杂质，只保留原生混凝土块。
（2）将步骤（1）所得到的原生混凝土块经过颚式破碎机和反击式破碎机二次加工破碎后得到的再生骨料进行筛分，保留颗粒粒径5-30mm的再生粗骨料，将其冲洗干净待其自然干燥至恒重。
（3）将步骤（2）得到的再生粗骨料预先进行酸处理，配制浓度为10%（质量分数）的草酸溶液，用于浸泡再生粗骨料，浸泡7d。
（4）将步骤（3）浸泡后的再生粗骨料冲洗干净，并放入蒸压釜中，在200℃，2MPa环境下蒸压8h。
（5）将步骤（4）得到的再生粗骨料放入滚筒式球磨机中进行机械处理，在30r/min下球磨4min，球磨机内不放置钢球，完全通过骨料与桶壁、骨料与骨料之间的摩擦碰撞，进一步整形强化再生骨料。
（6）将步骤（5）得到的再生骨料进行筛分，保留5-30mm的再生粗骨料，将其清洗干净并自然干燥至恒重，所得到的再生骨料外观形貌及基本物理性能与天然骨料无异。
为了对比本发明技术方案的效果，采用现有技术对于相同的再生骨料进行处理，不现的现有技术方案处理步骤如下：
对比例1
处理方法1，即单处理法（盐酸处理），处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）将步骤（1）得到的再生骨料浸泡至浓度为2mol/L的稀盐酸中，静置7d。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料用清水冲洗干净并自然干燥至恒重，过筛并保留5-30mm的再生骨料。
对比例2
处理方法2，即单处理法（机械处理），处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）采用滚筒式球磨机进行机械处理，球磨机中的钢球全部取出，将步骤（1）得到的再生骨料放入球磨机中，在30r/min下球磨4min。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料用清水冲洗干净并自然干燥至恒重，过筛并保留5-30mm的再生骨料。
对比例3
处理方法3，即单处理法（蒸压处理），处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）将步骤（1）得到的再生骨料放入蒸压釜中，在200℃，2MPa，高温高压环境下蒸压8h。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料用清水冲洗干净并自然干燥至恒重，过筛并保留5-30mm的再生骨料。
对比例4
处理方法4，即双处理法（盐酸+机械处理），处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）将步骤（1）得到的再生骨料先浸泡至浓度为2mol/L的稀盐酸中，静置7d。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料取出后清洗干净，待其自然干燥至恒重后放入滚筒式球磨机中进行机械处理，在30r/min下球磨4min，球磨机内不放置钢球。
（4）将步骤（3）得到的再生骨料进行筛分，保留5-30mm的再生骨料。
对比例5
处理方法5，即双处理法（蒸压+机械处理），处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）将步骤（1）得到的再生骨料放入蒸压釜中，在200℃，2MPa高温高压环境下蒸压8h。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料取出后清洗干净，待其自然干燥至恒重后放入滚筒式球磨机中进行机械处理，在30r/min下球磨4min，球磨机内不放置钢球。
（4）将步骤（3）得到的再生骨料进行筛分，保留5-30mm的再生骨料。
对比例6
处理方法6，即采用机械+蒸压+盐酸处理的先后处理流程，处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）将步骤（1）得到的再生骨料放入滚筒式球磨机中，在30r/min下球磨4min，球磨机内不放置钢球。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料放入蒸压釜中，在200℃，2MPa，高温高压环境下蒸压8h。
（4）将步骤（3）得到的再生骨料浸泡至浓度为2mol/L的稀盐酸中，静置7d。
（5）将步骤（4）得到的再生骨料取出后清洗干净，待其自然干燥至恒重后进行筛分，保留5-30mm的再生骨料。
对比例7
处理方法7，即采用蒸压+盐酸+机械处理的先后处理流程，处理步骤如下：
（1）对原生混凝土块进行颚式破碎和反击式破碎二次加工破碎后，筛分得到颗粒级配在5-30mm的再生骨料，清洗干净后待其自然干燥至恒重。
（2）将步骤（1）得到的再生骨料放入蒸压釜中，在200℃，2MPa，高温高压环境下蒸压8h。
（3）将步骤（2）得到的再生骨料浸泡至浓度为2mol/L的稀盐酸中，静置7d。
（4）将步骤（3）得到的再生骨料放入滚筒式球磨机中，在30r/min下球磨4min，球磨机内不放置钢球。
（5）将步骤（4）得到的再生骨料取出后清洗干净，待其自然干燥至恒重后进行筛分，保留5-30mm的再生骨料。
以上处理后获得的再生骨料基本物理性能检测如下：
（1）骨料的基本物理性能指标
检测本发明技术方案对再生骨料基本物理性能的影响，参考JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的试验方法对强化前后的再生骨料进行吸水率、压碎值和表观密度测试。
表1 不同方法处理再生骨料的基本物理性能
表2 不同方法处理再生骨料的物理性能强化率（%）
由表1、表2可知，未处理的再生骨料与处理后的再生骨料相比，本发明提供的技术方案均显著提高了再生骨料的基本物理性能。有三类处理方法，分别为单处理法，双处理法和三处理法。与未处理的再生骨料相比，单处理法中用盐酸处理再生骨料的方法效果较好，吸水率降低了38.1%，压碎值降低了13.3%，表观密度提高了4.4%。而机械处理和蒸压处理吸水率分别降低5.3%、0.56%，压碎值分别降低1.97%、0.3%，表观密度分别提高2.3%、1.7%。双处理法中采用盐酸+机械处理的方法效果较好，与未处理的再生骨料相比，吸水率降低了47.5%，压碎值降低了21.62%，表观密度提高了7.3%。而蒸压+机械处理后吸水率降低7.22%，压碎值降低14.61%，表观密度提高了3.1%。采用本发明提供的三处理法（盐酸+蒸压+机械处理）和（草酸+蒸压+机械处理）处理再生骨料，其处理效果最佳，与未处理的再生骨料相比，其吸水率分别降低了70%和68.61%，压碎值分别降低了25.37%和25.07%，表观密度分别提高了8.7%和8.5%。若变换三处理法中的处理顺序，将会导致再生骨料物理性能强化率大幅降低，如采用变换处理顺序的三处理法（机械+蒸压+盐酸处理）和（蒸压+盐酸+机械处理），其吸水率分别降低了40.83%和50%，压碎值分别降低了17.28%和22.2%，表观密度分别提高了5.1%和7.4%。由此可知，本发明三处理法的处理顺序的设定非常重要，不能随意更换，采用本发明提供的三处理法，其再生骨料的物理性能强化率大幅提升，且处理后再生骨料的基本物理性能指标已接近天然骨料：本发明提供的三处理法（盐酸+蒸压+机械处理）（吸水率：1.08%，压碎值：7.56%，表观密度：2728.6 kg/m3）和本发明提供的三处理法（草酸+蒸压+机械处理）（吸水率：1.13%，压碎值：7.59%，表观密度：2723.1 kg/m3），天然骨料（吸水率1.06%，压碎值7.45 %，表观密度2730 kg/m3）。
（2）骨料表面旧砂浆清除率
检测本发明技术方案对再生骨料表面旧砂浆清除率的影响。旧砂浆附着率采用如下公式计算：
表3 不同处理方法的表面旧砂浆清除率
由表3可知，单处理法中，盐酸处理效果较好，旧砂浆清除率仅为19.6%。双处理法中，盐酸+机械处理效果较好，旧砂浆清除率仅为24.4%。而本发明提供的三处理法（盐酸+蒸压+机械处理）和三处理法（草酸+蒸压+机械处理）效果最佳，旧砂浆清除率分别为34.3%和33.98%，若变换三处理法中的处理顺序，如采用变换处理顺序的三处理法（机械+蒸压+盐酸处理）和变换处理顺序的三处理法（蒸压+盐酸+机械处理），其旧砂浆清除率效果大幅降低，分别为21.3%和26.8%。由此可知，本发明提供的三处理方法可有效清除再生骨料表面附着的旧砂浆，且由表1可知，处理后的再生骨料基本物理性能与天然骨料相当。
本发明对比了几种清除骨料表面附着旧砂浆的处理方法，创造性地在清除旧砂浆的工艺流程中加入蒸压处理环节，对再生骨料进行酸浸泡再蒸压最后球磨的三处理法对清除再生骨料表面附着旧砂浆效果最佳。
基于上述强化再生骨料的设计理念，该方法可有效提高再生骨料表面旧砂浆的清除率，还能显著提升再生骨料的基本物理性能，使其与天然骨料相当，从而能够更好的应用于实际工程中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种强化再生骨料的方法，其特征在于，采用先酸浸泡化学处理，再蒸压处理，最后球磨机械处理的三处理方法，包括以下步骤：
第一步，将废弃混凝土块进行破碎筛分处理，然后清洗干净并自然干燥至恒重，得到再生骨料；
第二步，将第一步得到的再生骨料进行酸处理，在稀酸中浸泡7d，取出后冲洗干净；
第三步，将第二步得到的再生骨料进行蒸压处理，放入蒸压釜中蒸压8h；
第四步，将第三步得到的再生骨料进行机械处理，放入无钢球的球磨机中球磨4min；
第五步，将第四步得到的再生骨料进行筛分，过筛5mm的筛子，保留颗粒粒径5-30mm的再生粗骨料；
第一步中，再生骨料颗粒粒径在5-30mm之间；
第三步蒸压处理的温度为200℃，压力为2MPa；
第四步球磨机械处理时球磨机的转速为30r/min。
2.根据权利要求1所述的一种强化再生骨料的方法，其特征在于，第一步中破碎处理采用颚式破碎机和反击式破碎机二次加工破碎，将废弃混凝土块破碎成再生骨料。
3.根据权利要求1所述的一种强化再生骨料的方法，其特征在于，第二步酸处理过程中稀酸溶液包括稀盐酸、稀硫酸、草酸溶液、醋酸溶液、硝酸溶液或磷酸溶液。
4.根据权利要求3所述的一种强化再生骨料的方法，其特征在于，第二步酸处理采用浓度为2mol/L的稀盐酸。
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