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混凝土骨料再生設(shè)備及工藝研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2008-06-19  來(lái)源:中國(guó)混凝土網(wǎng)  作者:周軍
核心提示:混凝土骨料再生設(shè)備及工藝研究
  摘要: 先進(jìn)破碎設(shè)備及經(jīng)濟(jì)合理的骨料再生工藝是生產(chǎn)和推廣再生混凝土、實(shí)現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和發(fā)展綠色混凝土的關(guān)鍵所在。以層壓破碎理論為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)兩級(jí)破碎設(shè)備出口粒徑、擠壓頻率、轉(zhuǎn)子偏心距等技術(shù)參數(shù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和分析研究,提出實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)改進(jìn)的具體措施。在對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有破碎工藝比較分析的基礎(chǔ)上,擬訂了廢棄混凝土新的破碎工藝(擠壓破碎、加熱、碾磨、篩分),分析驗(yàn)證了所選參數(shù)及工藝安排的合理性。結(jié)果表明,改進(jìn)設(shè)計(jì)后的破碎設(shè)備提高了再生骨料的品質(zhì),符合結(jié)構(gòu)混凝土對(duì)骨料質(zhì)量的要求;擬訂的工藝經(jīng)濟(jì)合理可行,大幅度提高了廢棄混凝土骨料的回收率。 

  關(guān)鍵詞:再生混凝土骨料;破碎設(shè)備;再生工藝;回收率

  0  引言 

  再生骨料混凝土(recycled aggregate concrete,RAC),簡(jiǎn)稱再生混凝土(recycled concrete),是指將廢棄混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎、清洗與分級(jí)后,按一定的比例、級(jí)配混合形成再生混凝土骨料(recycled concrete aggregate,RCA),簡(jiǎn)稱再生骨料(recycledaggregate),部分或全部替代砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成的一種新型混凝土。再生混凝土技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄混凝土的再加工,使其恢復(fù)原有的性能,從而既能使有限的資源得以再利用,又解決了部分環(huán)保問(wèn)題。這是發(fā)展綠色混凝土,實(shí)現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一。研究再生混凝土骨料的破碎工藝,對(duì)合理利用再生骨料,使混凝土走可持續(xù)發(fā)展的道路具有重大的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。德國(guó)、El本等國(guó)家已有較成熟的破碎工藝與裝置[5] ,國(guó)內(nèi)再生骨料生產(chǎn)的破碎工藝基本上是借鑒國(guó)外技術(shù),而專門(mén)針對(duì)混凝土再生骨料的破碎裝置尚未見(jiàn)報(bào)道。總的來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)再生骨料生產(chǎn)工藝上未能很好地解決兩個(gè)方面的問(wèn)題,即再生骨料品質(zhì)低(骨料表面黏附著大量的水泥砂漿、雜質(zhì)較多)以及回收利用率小、經(jīng)濟(jì)性差。解決這兩個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于合理地設(shè)計(jì)工藝路線、對(duì)現(xiàn)有破碎設(shè)備技術(shù)參數(shù)進(jìn)行改造,或研制和使用專用破碎設(shè)備。 

  1  影響骨料質(zhì)量破碎設(shè)備的技術(shù)參數(shù)分析 

  1.1破碎設(shè)備技術(shù)參數(shù)分析 

  眾所周知,固體物料在外力的作用下之所以破碎,是因?yàn)楣腆w物料在受到外界壓力時(shí)產(chǎn)生壓力變形,形成內(nèi)部應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到物料顆粒在其最弱軸向的極限破壞應(yīng)力時(shí),物料顆粒就會(huì)在此處首先發(fā)生破裂。而物料顆粒內(nèi)應(yīng)力的形成與最終破裂不僅與外力的大小有關(guān),同時(shí)也與外力作用時(shí)間的長(zhǎng)短有著密切的關(guān)系。層壓理論的基本觀點(diǎn)[6]是物料在每個(gè)移動(dòng)循環(huán)中使相鄰顆粒相對(duì)改變其方位,結(jié)果相互作用力的矢量也不斷改變。由此達(dá)到被破碎物料的負(fù)載方向改變的目的,同時(shí)造成強(qiáng)制性自磨的條件。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷少的最堅(jiān)硬的顆粒可破碎相鄰那些粒子問(wèn)鍵力弱的顆粒,在等硬度顆粒中剪切力與位錯(cuò)滑動(dòng)力相重合的顆粒被破碎。在廢棄混凝土專用破碎機(jī)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)中,可以運(yùn)用層壓破碎的理念,充分利用骨料與砂漿以及骨料原有微觀裂縫區(qū)域的聯(lián)接相對(duì)于骨料本身是弱鍵聯(lián)接的特點(diǎn),適當(dāng)控制擠壓、碾磨壓力(偏心距)、骨料顆粒間相對(duì)自磨速度(動(dòng)顎頻率、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率)和擠壓碾磨次數(shù)和時(shí)間長(zhǎng)短(出料粒徑),最終完全可以生產(chǎn)出高品質(zhì)再生骨料。 

  以上分析可見(jiàn),再生骨料的生產(chǎn)工藝流程中,破碎設(shè)備的選擇是影響再生骨料回收質(zhì)量的關(guān)鍵,而采用顎式破碎機(jī)和碾磨破碎機(jī)時(shí),兩級(jí)破碎設(shè)備的出口粒徑、動(dòng)顎頻率、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率、轉(zhuǎn)子偏心距等又是設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。 

  1.2 技術(shù)參數(shù)改進(jìn)的具體措施 

  一級(jí)破碎顎式破碎機(jī)的出料l21徑大小、動(dòng)顎工作頻率高低都會(huì)對(duì)再生骨料質(zhì)量和再生過(guò)程的生產(chǎn)能力有很大的影響,表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:①再生骨料的質(zhì)量:再生骨料粒徑一般要求為5~40 mm,粒徑5~20 mm的骨料含量在50%左右。通過(guò)一級(jí)破碎,既要保證一定的粒徑,又不能使骨料過(guò)碎,同時(shí)盡可能減少原混凝土中骨料的二次破壞,以及骨料表面微裂紋的數(shù)量。減小出料Vl徑、動(dòng)顎工作頻率過(guò)高或過(guò)低都會(huì)因擠壓次數(shù)太多或擠壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)原有骨料造成二次破壞。②再生生產(chǎn)能力:出料Vl徑的大小、動(dòng)顎工作頻率高低均會(huì)影響生產(chǎn)能力,主要原因是這些參數(shù)的變化直接影響到物料在破碎通道中滯留時(shí)間的長(zhǎng)短。所以,對(duì)一級(jí)破碎工作性能的評(píng)價(jià)和驗(yàn)證指標(biāo)是:①對(duì)原骨料的破壞率;②生產(chǎn)能力;③單位耗能量。 

  一級(jí)破碎顎式破碎機(jī)(PE一400x600)的改進(jìn)措施:最小進(jìn)料粒徑≥300 mm;出料口徑=50~65 mm;動(dòng)顎工作頻率=80~120次/min。技術(shù)指標(biāo)改進(jìn)試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比情況,見(jiàn)表1。

  二級(jí)碾磨破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子偏角大小和工作頻率高低同樣會(huì)對(duì)再生骨料質(zhì)量和再生生產(chǎn)能力造成很大的影響,表現(xiàn)在:①再生骨料的質(zhì)量:通過(guò)一級(jí)破碎后,二級(jí)碾磨破碎的主要目的在于既要保證_定粒徑、表面潔凈的骨料,又要減少骨料表面微裂紋以及過(guò)碎骨料的數(shù)量,而轉(zhuǎn)子偏角的大小對(duì)再生骨料的粒徑、二次破壞率、表面微裂紋的數(shù)量和表面潔凈程度的影響很大。轉(zhuǎn)子偏角過(guò)大,會(huì)造成對(duì)骨料的強(qiáng)烈擠壓,造成骨料過(guò)碎,而偏角太小.不能形成骨料問(wèn)應(yīng)有擠壓、摩擦力。②再生生產(chǎn)能力:減小出料口徑和轉(zhuǎn)子工作頻率都會(huì)很大幅度地降低生產(chǎn)能力,同時(shí)還會(huì)造成其它負(fù)面影響,如發(fā)生塞車導(dǎo)致電機(jī)損壞等,而轉(zhuǎn)子頻率過(guò)高會(huì)增加骨料破壞率。另外需要說(shuō)明是,在改變轉(zhuǎn)子偏角大小時(shí)會(huì)使設(shè)備出料口徑發(fā)生變化,但可以通過(guò)調(diào)整定子高度予以消除。可見(jiàn),對(duì)二級(jí)碾磨破碎工作性能的評(píng)價(jià)和驗(yàn)證指標(biāo)可采用:①再生骨料粒徑合格率;②骨料表面的潔凈程度;③生產(chǎn)能力;④單位耗能量。 

  二級(jí)碾磨圓錐破碎機(jī)(PYBl200)的改進(jìn)措施:出料口徑40 mm;轉(zhuǎn)子偏角=2。~3。、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率=230~260次/min。技術(shù)指標(biāo)改進(jìn)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比情況,見(jiàn)表2。

  1.3 結(jié)果分析 

  再生骨料是影響再生混凝土性能的主要因素之一,再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低的成因,一般認(rèn)為是再生骨料相對(duì)于天然骨料的特性差異[8]:①再生骨料孑L隙率高。②親水性強(qiáng),而且表面有許多微裂紋。⑧再生骨料在解體、破碎過(guò)程中有損傷積累。之所以形成這些差異,可歸結(jié)于再生骨料表面黏附著大量的水泥砂漿、雜質(zhì)較多,以及再生過(guò)程中的二次破壞造成微裂紋和其它損傷累積。而對(duì)破碎設(shè)備相應(yīng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),就能使再生骨料的這些缺陷得到控制。以上的對(duì)比試驗(yàn)分析可以說(shuō)明,出I5粒徑、動(dòng)顎頻率、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率、轉(zhuǎn)子偏角(偏心距)等是破碎工藝設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。只要這些參數(shù)設(shè)計(jì)得合理,完全可以獲得符合結(jié)構(gòu)混凝土要求的高質(zhì)量再生骨料。 

  2 廢棄混凝土破碎工藝 

  2.1現(xiàn)有破碎工藝分析 

  資料顯示,國(guó)外所采用的破碎工藝基本上是將廢棄混凝土首先去除金屬、玻璃及木材等雜質(zhì),然后進(jìn)行兩次破碎和篩分,在篩分過(guò)程中進(jìn)一步去除雜質(zhì),最終獲得各種粒徑的再生骨料。國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)在借鑒國(guó)外的基礎(chǔ)上加以了改進(jìn)。如:采用了夾式破碎機(jī)對(duì)大塊的卵礫石進(jìn)行預(yù)破碎及油壓式履帶型碎石機(jī)對(duì)廢棄混凝土塊進(jìn)行破碎處理,采用風(fēng)力分級(jí)設(shè)備對(duì)骨料進(jìn)行分級(jí)處理,采用填充型加熱裝置以提高再生骨料的品質(zhì)等等。由此可見(jiàn),目前國(guó)內(nèi)外的廢棄混凝土再生骨料過(guò)程和天然碎石骨料的制造過(guò)程相似,僅僅把不同的破碎天然石料的破碎、篩分、輸送等設(shè)備盡可能合理地組合在一起,以及在適當(dāng)環(huán)節(jié)上設(shè)置人工或機(jī)械設(shè)備去除雜質(zhì)。如此處理,工藝安排上存在以下不足:①處理對(duì)象的變化導(dǎo)致對(duì)設(shè)備技術(shù)要求不同,而現(xiàn)有工藝沒(méi)有充分考慮。②再生混凝土能否大量生產(chǎn)、廣泛運(yùn)用的關(guān)鍵因素之一是再生骨料的質(zhì)量,即與天然骨料特性上的差異,如何通過(guò)工藝手段盡可能減小這些差異,未作深入討論。③現(xiàn)有工藝沒(méi)有對(duì)破碎設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造或采用專用破碎設(shè)備來(lái)提高再生骨料質(zhì)量和回收利用率,經(jīng)濟(jì)性不好。可見(jiàn),經(jīng)濟(jì)合理的再生骨料制備工藝以及相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備等技術(shù)沒(méi)有得到徹底解決。因此,對(duì)工藝和設(shè)備的研究就顯得非常重要。 

  2.2 破碎工藝關(guān)鍵技術(shù)分析 

  (1)再生骨料破碎工藝分兩級(jí)破碎的主要目的在于第二級(jí)碾磨破碎。在進(jìn)入碾磨破碎工序之前,對(duì)再生料進(jìn)行烘干熱處理,然后通過(guò)碾磨破碎,利用材料間彼此摩擦、碾壓,去除黏附在骨料上的砂漿、泥土以及使已壓破而未分開(kāi)的石料彼此分離,減少微裂紋,從而獲得高質(zhì)量的再生骨料。為達(dá)到目的,破碎比的大小、設(shè)備轉(zhuǎn)子偏心距大小、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度等是此道工序設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。研制出專用碾磨破碎設(shè)備是解決問(wèn)題的最佳方案。 

  (2)烘干熱處理工序的設(shè)置目的,在于弱化骨料與砂漿以及骨料原有微觀裂縫區(qū)域的鍵聯(lián)接強(qiáng)度,為后道工序有效去除黏附在再生骨料上的砂漿、泥土,去除微裂紋作準(zhǔn)備。雖然,因此增加了生產(chǎn)成本,但對(duì)于提高再生骨料的質(zhì)量,使其能符合結(jié)構(gòu)混凝土對(duì)骨料質(zhì)量的要求卻是必不可少的工序。 

  (3)兩級(jí)破碎比設(shè)定,主要決定于骨料的回收率、二次破壞率大小的要求,以及再生工藝生產(chǎn)能力的要求。另外,再生骨料的高質(zhì)量要求也取決于兩級(jí)破碎比設(shè)定。 

  2.3廢棄混凝土破碎工藝 

  結(jié)果證明,這樣的工藝設(shè)計(jì)安排提高了再生骨料的品質(zhì),經(jīng)濟(jì)上合理可行,并且可以大幅度提高廢棄混凝土骨料的回收率。

  3  結(jié)論 

  (1)出口粒徑、動(dòng)顎頻率、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率、轉(zhuǎn)子偏角(偏心距)等參數(shù)是破碎工藝設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。合理設(shè)計(jì)這些參數(shù)是獲得高質(zhì)量再生骨料的保證。 

  (2)兩級(jí)破碎比設(shè)計(jì)、碾磨破碎和物料熱處理技術(shù)是工藝流程的關(guān)鍵技術(shù),破碎比、物料加熱溫度以及碾磨破碎設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理,關(guān)系到能否高質(zhì)量、高比例回收廢棄混凝土骨料。

  (3)經(jīng)濟(jì)合理、高品質(zhì)回收再生骨料、高回收利用率是本研究提出的破碎工藝流程的最大優(yōu)點(diǎn)。
 
 
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