再生混凝土骨料剔选新技术初探.pdf

2 0 1 4 年 第 8期 (总 第 2 9 8 期) Nu mb e r 8 i n 2 O1 4( T bt a l No2 98) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOL OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 8 0 3 7 再生混凝土骨料剔选新技术初探 戴俊 。王倩 ( 西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 两安 7 1 0 0 5 4 ) 摘要 ： 再生混凝土骨料的剔选及其质量是制约再生混凝土性能和应用的关键 因素。 发展一种快速高效 、 有助于获得高质量的再 生混凝土骨料剔选方法 mS - 重要的意义。 在综述当前各种再生混凝土骨料剔选方法的基础上 ， 指出微波辅助机械的再生混凝土骨料 剔选是有前途的方法 ， 进而指出了这一方法的原理 、 应用中的技术要点， 需要进一步研究的问题。 关键词 ： 再生混凝土；骨料；破碎剔选 ；微波 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 6 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 1 3 3 0 3 P r e l i mi n a r y s t u di e s o n n e w b e n e f i c i a t i o n t e c hn i q u e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e D AI J u n ， WANG Qi a n ( S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r a l a n d Ci v i l E n g i n e e r i n g， Xi an Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， Xi a n 7 1 0 0 5 4 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Be ne fi c i a t i o n t e c h n o l og y a n d q ua l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e a r e t he k e y f a c t o r s t o c o n s t r a i n pr o p e rti e s a nd a p pl i c a - t i o n s o f r e c y c l e d c o n c r e t e I t i s gre a t me a ni n g f ul t o d e v e l o p a f a s t a n d e f fic i e n t me t ho d， c o n t r i b u t i n g t o g e t t i n g hi g h q ua l i t y r e c y c l e d c on c r e t e a g gre g a t e s Th e c ur r e n t va r i e t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e be ne fic i a t i o n me t ho d s a r e p u t f o r wardThe mi c r o wa v e a s s i s t e d me c h a n i c a l b e n e fic i a t i o n of r e c yc l e d c o nc r e t e a g g r e g a t e i s po i n t o u t a s a p r o mi s i n g a p p r o a c h Th e n t h e p r i nc ipl e o ft hi s me t ho d ， a p pl i c a t i o n o f t he t e c h n i c a l po i n t s ， p r o b l e ms n e e d i n g fur t he r r e s e arc h a r e a l s o p r e s e n t e d Ke y w or ds： r e c yc l e d c o n c r e t e； a g g r e g a t e； c r u s h i ng b e n e fic i a t i o n； mi c r o wa v e 0 引言 随着 国家经济 的发展和国民生活水平 的提高 ， 每年的 建筑工程量在不断增加 ， 由此引起 的混凝土使用量也在不 断增加 。 生产混凝 土需要开 山破石获得混凝 土骨料 ， 由此 造成 的地表植被破 坏和导致 的地质灾害正逐年增加 。 为 了满足基础建设事业的健康持续发展 ， 人们经过研究提出 并发展了从拆除建筑物产生的混凝土体中剔选再生骨料 ， 生产再 生混凝 土 ， 从 而有效保 护 自然环境 的方法 。 目前再 生混凝土已在一定 程度上取代了原生混凝土 ， 产生 了良好 的经济和社会效益 。 但在推广使用再生混凝土的过程 中， 人们也发现了一 些需要研究解决的问题脚 ， 其中主要有 ： 改善再生混凝土的 性 能 、 寻求 高效快速 的混凝 土再 生骨料剔选技术 等。 从混 凝土中剔选再生骨料的速度和效率 ， 以及再 生骨料 的质量 是制约再生混凝土应用的关键因素 ， 因而探讨完善快速高 效 的混凝土骨料剔选技术或方法具有重要 的工程意义 。 1 当前再 生混凝 土的剔选 方法 当前 ， 实际应用中的再生混凝土骨料剔选方法主要有 以下几种 ： 收稿 日期：2 0 1 4 - 0 2 1 7 基金项目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7 4 1 5 9 ) ( 1 ) 常规加热法 这是将适度 大小 的混凝土废料块加 热到 5 0 0左右 约 2 h 。 通过热膨胀所产生 的热应力 ， 使混凝土废料发生断 裂 ， 进而使用机械破碎方法除去砂浆 ， 获取再生混凝土骨 料的方法3 1 。 这一方法 的缺点是耗时长 ， 而且 由于混凝 土废 料受到均匀的缓慢加热 ， 粗细骨料温度也一并上升很高 ， 从而改变骨料的力学性质 ， 导致获得的再生混凝土骨料 品 质降低 ， 影响由此生产 的出的再生混凝土性 能。 ( 2 ) 机械破碎法 这种技术是使用机械力碾压破碎混凝土废料 ， 去 除砂 浆获得再生混凝土骨料 的方法。 在 日本已经提 出了两种碾 压设备 ： 转子偏心轴和机械研磨4 1 。 碾压获得 的骨料除去旧 砂浆不彻底 ， 而且耗能大 ， 破碎过程 中会使骨料 内部 的微 裂纹增加 ， 严重影响再生骨料的品质和后续生产 出的再生 混凝土质量。 ( 3 ) 酸浸破碎 最近 ， T a m等 5 1提 出了一种新方法 ， 将混凝土废块预浸 在 0 1 M 酸性溶液 中 2 4 h ， 通过化学反应除去粗骨料 周围 的砂浆体 。 用这种方法获得的再生混凝土骨料 的吸水率降 低 ， 范围在 7 2 7 1 2 1 7 ， 有较好 的质量 ， 但其 主要缺点 是盐酸和硫酸处理后 的再生骨料 中氯化物和硫酸盐含量 1 33 的增加可能会导致耐久性的问题 ， 并且处理后的酸液污染 环境 ， 难 以处理 。 ( 4 ) 化学一 机械剔选法 这是 A b b a s 等I6 1 建议 的方 法 ， 实质是使用组合化学降 解 ， 将混凝 土废料块接触硫酸钠溶液 ， 并使用机械应力使 砂浆通过冻结 与解冻剥离 ， 进 而获得再生混凝 土骨料 。 然 而 ， 这一方法 多用 于再 生骨料分类 ， 不适 合于大规模再生 骨 料 的 生产 。 可以看 出， 这些方法存在不足 ， 影响着再生混凝土 的 生产 和广泛 应用 。 扩大再 生 昆 凝 土的广泛应用 ， 需要一种 高效环保的 、 有利于生产出高品质再生混凝土骨料 的方法 。 近几年 ， 很多学者通过不 断的比较研究 ， 发现微 波加热辅 助机械破碎是一种 能很好满 足工程需要 的再生混凝土 骨 料剔选技术。 2 微 波照射辅助机械破碎 的再生骨料剔选技 术 微波通 常是指 波长为 1 m m 1 m， 频率为 3 0 0 MH z 3 0 0 G H z 的电磁波。 当处于微波场中的物质含有电介质时 ， 电介 质就吸收微波的能量 被加热 ， 这即是微波 加热 。 混 凝 土是 由砂浆体包裹天然石料 ( 粗骨料 ) 而组成的混合体 ， 砂 浆体和天然石料均为电介质 ， 因此微波照射可加热混凝土 ， 但混凝土各成分 因介电常数不同 ， 其对微波加热 的敏感性 也不 同。 一般情况下 ， 粗骨料 ( 石料 ) 的介 电常数为 2 5 3 0 ， 而砂 浆体的介电常数仅为 3 5 ， 两者 有较大差别 。 1 9 9 8年 R h i m等人 的研 究指 出7 1 ， 粗骨料的介 电损耗因子 比砂浆低 得 多 ， 当混凝土经微波照射时 ， 砂浆温度上升 比天然骨料 快 ， 这将导致温度应力 ， 尤其是在砂浆与天然骨料的界面 处更加明显 ， 随着微波照射时间的延长 ， 温度应力逐渐增 大 ， 导致在混凝土 内部产生初始裂纹 ， 另外 由于混凝土 内 部水 的汽化膨胀导致裂纹的扩展 ， 高温也会导致 混凝土化 学组分发生变化甚至分解 ， 从而弱化混凝土 的强度使其更 易破碎 ， 有利于实现不 同成分 的分离 。 笔者完成 的试验表 明 ， 与不经微波照射 的混凝土相 比， 经微波照射混凝土多 呈现环晶破坏 8 - 9 。 这说明混凝土粗骨料与砂浆体 之间的连 接强度受到弱化 ， 利于获得高 品质的再生混凝土粗骨料 。 基于此 ， 利用微热加热废 旧混凝土块 ， 弱化 混凝土 中 粗细骨料之间的界面连接 ， 再对微波加热后 的混凝 土块进 行机械破碎 ， 不仅能从混凝土废料中剔选 出高品质的混凝 土再生骨料， 而且还将大大提高机械破碎过程的效率。 这即 是微波辅助机械破碎 的混凝 土再生骨料剔选技术 。 可 以看【叶 I ， 微波加热辅助机械破碎剔选再生混凝土骨 料的技术 ， 具有生产 的再生混凝土骨料品质好 、 生产效率 高等优点 。 但是 ， 目前实现这一技术 的实际应用还需要完 成以下工作。 ( 1 ) 微波功率的确定 微波功率 的大小将是利用微波加热辅 助机 械破碎剔 选再生混凝土骨料 的关键 ， 功率过小 ， 会导致需要很长 的 加热时间 ， 甚至加热弱化效果不 明显 ； 过大 的微波功率则 造成技术设备的成本增加 ， 且实现与应用条件将受到限制 。 1 4 因此 ， 需要进行必要研究 ， 得 加 热废 旧混凝土块 的最优 的微波功率 ， 这样 的功率将能保证合理程度 的废旧混凝 土 的强度弱化 ， 从而实现后续机械破碎效率 的明显提高 ， 并利 于获得高品质的再 生混凝 土骨料 。 原则上 ， 应在 保证微 波 加热弱化效果和指标的前提下 ， 尽量使用小的微波功率。 对此 ， 笔者应尽开展 了微波照射混凝土块 引起混凝土 强度降低与照射微波功率的关 系如图 1 所示8 - 9 1 ， 这将帮助 确定最佳的微波照射功率。 嘿 2 4 微波照射时间 rai n 图 1 混凝 土经 4 k W 微 波 照射不 同时 间后 抗拉 强 度弱化 ( 2 ) 微波照射 的时间长度确定 这是一个重要 的参数 ， 受到多个 因素 的影 响。 虽有了 一 定 的工作基础 ( 图 2 所示 ) ， 但仍需 要进一 步 的深入 工 作。 笔 者研究表明 ， 在微波功率一定的条件下 ， 随时间增加 混凝土强度弱化的程度随之增加 ， 且增加 的速率与微波功 率成正 比。 如果微波功率低于一定值 ， 则混凝土强度弱化 不 明显 ， 混凝土强度不 出现弱化 。 由于微波加热时间将影 响生产设备的体积和生产速率或单位时间的生产量， 因此 寻求合理 的微波加热时间十分重要 ， 需要结合生产设备 的 选定功率确定合理 的微波加热 时间 ， 进而进行设备的几何 尺寸设计 ， 图 3所示。 慰 0 2 4 6 8 功率 k W 图 2混凝土经不 同功率的微波照射 3 rai n后抗拉强度弱化 微 波源 图 3 微波加热弱化混凝土设备原理图 当然 ， 可以设计 成多个或组微波源 ， 依此完成对 混凝 土的照射加热 ， 这 时加热时间则影 响到微 波源的数量。 严 格来讲 ， 这设计 多次反 复照射引起混凝 土强度 弱化 的问 题 ， 需要进一步研究微波反复照射引起 昆 凝土强度弱化的 规律 。 ( 3 ) 微波加热 的废旧混凝土块度大小确定 微波照射要求的混凝土块大小直接影 响获取再生骨 料 的效 率 ， 要 求的 昆 凝土块 越小 ， 微波照射前需要 的混凝 土破块 工作 量越大 ， 耗 时耗工 ； 反 之 ， 这 一过程将省 时省 工。 微波照射要求的块度 大小取决于微波照射时的穿透深 度 ， 而微波的穿透深度与微波功率 、 混凝土 的材料构成的 电学性质参数等有关。 因此 ， 确定合理的微波加热要求的 合理混凝土块体大小是复杂的， 需要开展深入的研究工作。 ( 4 ) 提高微波照射效果的方法 微波加 热的作用是利用微波能量在混凝土体 中形成 的温变应力 ， 在粗骨料与砂浆体之间的界面上形成微裂纹 ， 从而削弱两者的连接强度 ， 一方面降低后续混凝土块破 碎 的机 械能耗 ， 提高再生骨料剔选效率 ； 另一方面也改变 机械破 碎过程 中 ， 混凝土块 的破碎方式 ， 改善再生骨料的 品质 。 对之 ， 笔者探 讨了微波加热后不 同冷却 方式后 的微波 照射效 果f8 1 0 认为如果微 波加热后对混凝土块进行 水冷 却 ， 将能明显改善微波照射效果。 已完成 的研 究工作 认为 ， 微波照射 辅助机 械破碎剔 选 混凝土再生 骨料是一种 高产高效 的方法 ， 不 仅利 于大 大改善 获得的再生混凝土骨料品质 ， 而且有利于环境 。 这 是 一种极有 良好应用前 景的混凝土再 生骨料剔 选方法 。 因此 ， 开 展研 究促进这 一方法 的早 日工业应 用十分 重要 和必要 。 3结 柬 语 ( 1 ) 当前 ， 实 际应用 中的再 生混凝土骨料剔选方 法存 在不 足 ， 影 响着再 生? 昆 凝 土的生产 和广泛 应用 。 再 生混凝 土的广泛应用需要一种高效环保的 、 有利于生产出高 品质 再生混凝土骨料的方法。 ( 2 ) 再生混凝土 品质决定再生混凝土质量 ， 改 善再生 骨料 是改善再 生混凝土质 量的有效方 法 ， 也是 促进再生 混凝 土推广应 用 的重要 途径 。 利用微 波照射辅 助机械 破 碎将 有助 于提 高再生骨料剔 选 的效率 ， 改善所 获得再 生 骨料品质 ， 因而是一种 具有 良好应 用前景 的再生骨 料剔 上接第 1 3 2页 ( 3 ) 建筑垃圾保 温砌块孔洞 内插入 X P S 板形成 的复合 砌块 ， 其保温效果 良好 ； 经试验测试 ， 此保温砌块墙体综合 传热阻达到 1 6 3 ( m2 K) w 以上 ， 满 足江苏 省居住 建筑热 环境和节能设计标准对外墙传热系数限值 1 5 ( m2 K) W 的 要求 ， 可实现墙体 自保温要求。 参考文献 ： 【 1 1清华大学建筑节能研究中心 中国建筑节能年度发展研究报告 2 0 1 3 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 1 3 【 2 1肖建庄再生混凝土【 M】 E 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 选方法 。 ( 3 ) 微波照射技术在再生混凝 土骨料剔选技术的应用 尚需进一步的研究工作 ， 笔者对这一 问题所完成的改进混 凝土再生骨料 的基础研究工作 ， 将有助于对促进再生混凝 土的广泛应用 ， 因而具有重要意义。 参考文献 ： 1 D G T J 0 8 2 0 1 8 2 0 0 7 再生混凝土应用规程【 s 上海： 上海市建筑 建材业管理总站， 2 0 0 7 1 2 】 康峰废弃混凝土再生利用的研究 【 D 天津 ： 天津大学， 2 0 0 8 3 】AKB A RNE Z H AD A， O NG K C G， Z HA NG M H Mi c r o w a v e a s s i s t e d b e n e fi c i a t i o n o f r e c y c l e d e o n c r e t e a g g r e g a t e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l ， 2 0 1 1 ( 2 5 ) ： 3 4 6 7 3 4 7 9 4 】Y ONE Z A WA T， K AMI YA MA Y， Y AN AGI B A S H I K， e t a 1 A s t u d y O i l a t e c h n o l o g y f o r p r o d u c i n g h i g h q u a l i t y r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e J S o c Ma t e r S c i J p n ， 2 0 0 1 ( 8 )： 8 3 5 - 8 4 2 5 T AM W Y， V I VI A N G a o X F， T AM C MMi c r o s t r u c t u r al a n a l y s i s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e p r o d uc e d f r o m t wo s t a g e mi x i n g p p r o a c h J C e m e n t C o n c r e a r c h R e s ， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 1 9 5 2 0 3 【 6 AB DE L G AD I R A， e t a1P r o p o s e d me t h o d f o r d e t e r mi n i n g t h e r e s i d u a l mo r t a r c o n t e n t o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g gre g a t e s J A S T M I n t 20 0 8 PJ AI l 01 0 8 7 7 】R HI M H C ， B UY UKO Z T U RK OE l e c t r o ma g n e t i c p r o p e r t i e s o f c o n - c r e t e at mi c r o w a v e fr e q u e n c y r a n g e J AC I Ma t e r ， 1 9 9 8 ( 9 5 ) ： 2 6 2 - 271 8 D AI J u n， C AO Do n g E x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n t e n s i l e s t r e n g t h r e d u c t i o n o f c o n c r e t e c a u s e d b y mi c r o w a v e i r r a d i t i o n Me c h a n i c s a n d Ma t e r i a l s ， 2 01 3： 2 7 8 9 2 79 4 9 】陈新年 ， 戴俊 ， 孟振 微波辅助机械剔选再 生混凝土骨料技术 J 】 西安科技大学学报， 2 0 1 3 ， 1 3 3 ( 5 ) ： 6 0 4 6 0 8 1 0 】 曹东微波照射下混凝土强度弱化规律的试验研究【 D 西安 ： 西 安科技大学， 2 0 1 3 作者简介 联系地址 联系电话 戴俊 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 教授 ， 博士后 ， 主要从事爆破理论与 技术及岩土工程等研究。 陕西省西安市碑林区雁塔中路 5 8 号 西安科技大学 土木工程学院( 7 1 0 0 5 4 ) l 3 6 29 2 6 0 5 4 4 3 杜江涛 再生混凝土单轴受力应力一应变关 系试验与 数值模 拟 D 】 上海： 同济大学， 2 0 0 8 4 】 户凌寰 ， 朱惠英 ， 等 再生混凝土空心砌块配合比设计初探l J J 混 凝土 ， 2 0 1 3 ( 8 ) ： 1 2 7 一 l 2 8 【 5 】 孙亚东， 曹玉书 ， 朱志强 再生碎砖轻集料混凝土小型空心砌块 配合比试验研究f J 】 _墙材革新与建筑节能， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 2 6 2 8 作者简介 联系地址： 联 系电话 ： 田国华 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 讲 师， 工程 师， 博士研究生 ， 研究 方向 ： 建筑节能与建筑材料。 江苏省徐州市泉山区学苑路 2 6 号 节能中心( 2 2 1 1 1 6 ) 1 3 85 21 0 7 6 99 1 3 5