对于建筑垃圾的处理处置办法,分为三类:
( 1) 简单处置。主要是露天堆放和填埋; 该方式侵占土地资源,造成次生污染,浪费可自然资源,所以要进行再生利用。
( 2) 简单处理后,再生利用。主要是经破碎后,生产再生骨料; 再生骨料一部分被用于道路施工,一部分掺入其他原料后,用于生产再生建材产品,如再生砖,再生砌块等; 该方式生产的再生产品性能不稳定,只能实现低水平利用,没能实现高效利用。
( 3) 分类回收,高效利用。在收集过程中,就将废弃混凝土和废砖分类收集; 对于废弃混凝土,将粗骨料与水泥浆体分离,粗骨料用于代替天然骨料,水泥浆体进行活化处理后,再生利用; 高效分离的粗骨料,性能增强,进而增加再生粗骨料的应用范围; 分离出的水泥浆体是混凝土中的高耗能组分,含有未水化成分,对其进行活化研究,可以使资源更充分利用。
粗骨料与包裹的水泥浆体的有效分离,是废弃混凝土高效利用的关键。国内外学者已经做了一些相应的研究。国外有关再生骨料制备工艺的研究,因各国的具体工程条件不同而有所差异。如俄罗斯的机械球磨工艺,德国的干、湿处理工艺,日本Aichi 设计的废弃混凝土“三破三筛”工艺,美国的预先干拌工艺等,已成为比较成熟的粗骨料再生工艺。日本开展再生骨料的研究与应用较早,在再生粗骨料强化设备的研制和开发方面做了大量研究,目前日本常用的再生粗骨料强化方法主要有立式偏心轮高速球磨法、卧式球磨法、加热球磨法等。国内有学者对粗骨料的分离方法进行了研究,何永佳和胡曙光等于2006 年研发了一种废弃混凝土组分分离工艺,该工艺利用粗骨料与水泥浆体之间的界面过渡区( ITZ) 是混凝土的薄弱环节特点,采用破碎、粉磨、筛分等方法,将再生粗骨料分离。将破碎后的废弃混凝土小块在750 ℃下热处理,使ITZ 较为完全失水,破坏了粗骨料与水泥浆体的连接,实现粗骨料与水泥浆体的分离,制得高品质的再生粗骨料。采用微波加热方式,使粗骨料表面瞬间达到300 ℃,形成较高的温度应力,使粗骨料和水泥浆体分离。综上所述,通过加热预处理和研磨等方法,可以使废弃混凝土中粗骨料与水泥浆体进行有效分离。
拟通过研究废弃混凝土界面过渡区的热性能,为分离实验提供理论依据; 结合预处理温度和振磨时间,以剥离率、压碎指标和能耗为检验目标; 得到再生粗骨料分离的合适的工艺条件; 最后对分离出的再生粗骨料进行相关性能检测。
实验
原材料
废弃混凝土: 取自昆明白水塘基地,检测数据显示,抗压强度平均为25. 9 MPa,弯拉弹性模量平均为3. 1× 104 MPa。
界面过渡区材料: 将粗骨料放入试模中,再灌入一定水灰比的水泥净浆,24 h 后脱模,养护至规定龄期;将试块放回试模中,用小于试块的方形压头,进行偏心压缩,压力机缓慢加压,即可使粗骨料与水泥浆体分离,并且在水泥浆体侧出现平面; 用砂纸轻轻打磨粗骨料表面,取得界面过渡区材料的粉末样品。
实验方法
( 1) 材料热分析: 用D/max220 型( Rigaku,日本) XRD 测试废弃混凝土界面过渡区材料相关物质的成分,用DSC-204 型( NETZSCH,德国) 差热分析仪测试,不同升温速率下,界面过渡区材料的热性能,分析相关物质的变化。
( 2) 显微形貌观察: 样品经破碎后,选取包含粗骨料和水泥浆体界面的小块,喷金处理后,用JSM-5600LV 型( JEOL,日本) 扫描电镜对界面过渡区进行观察,考察热处理对界面过渡区结构的影响。
( 3) 加热-振磨分离: 将废弃混凝土破碎后,用KSL-1200X 型( 科晶,合肥) 箱式炉以10 K/min 的加热速度,升温至热处理温度,保温30 min,取出自然冷却; 在3MZ-30 型( 温州矿山机械厂,浙江) 振动磨中,在24. 3Hz 振频、3 mm 的振幅下,进行振磨分离,再进行水洗,自然风干,最后测试剥离率、压碎指标,并计算能耗。
( 4) 再生粗骨料性能测试: 按照GB /T 1465-2011 的相关规定,对再生粗骨料的颗粒粒径、压碎指标、含泥量、针片状含量、含水率进行测定。
结果与讨论
热分析
混凝土由骨料、水泥浆体和界面过渡区三部分组成。在水泥水化反应过程中,Ca2 +、Al3 +、SO2-4 、水分子等容易迁移到骨料周围,发生反应,形成界面过渡区。在受到外力或内部由于温度梯度、化学反应等引起的应力情况下,由于材料弹性模量不一致,且ITZ 的强度低于基材强度,将导致很大的应力集中,使裂缝容易在这一区域形成。所以首先对界面过渡区材料进行热性能实验,分析在不同热处理条件下,物质和结构的变化情况。研究可知,再生粗骨料在600 ℃处理后,机械性能降低,不能满足要求,所以实验的最高温度为600 ℃。