再生粗骨料生产工艺研究

0引言

再生骨料指由废弃混凝土块破碎筛分后得到的再生粗细骨料，这也是目前研究最多的再生混凝土中使用的骨料。另外“再生骨料”在目前正在使用的欧盟标准《混凝土骨料》EN12620.2002中被明确定义“通过加工处理已在建设施工中使用过的无机材料获得的骨料”[1]。将部分或全部骨料由再生骨料代替天然石子、沙子后和胶凝材料水泥和水及其他部分外加剂组成的混合材料就是再生骨料混凝土。利用再生骨料为原料继续投入使用，这在解决自然资源紧缺的同时又对生态环境进行了有效保护，从源头上解决了城市固体垃圾中建筑垃圾部分的乱堆乱放、污染环境等问题，在建筑业也实现了可持续发展。再生粗骨料的优劣性能会使再生混凝土的性能产生不同变化，为能获得性能优良的再生混凝土，有必要对再生粗细骨料基本性能做详细分析。与天然粗骨料相比，再生粗骨料内部组成成分复杂，表面被硬化水泥浆包裹，在长期使用或破碎过程中，其内部薄弱处如石子与水泥浆结合部位易产生大量的微裂缝，这些裂缝的存在使得再生粗骨料本身具有强度较低、孔隙率高从而导致吸水性大等特征，另外对相同环境条件下天然骨料混凝土和再生骨料混凝土敏感程度也有差异，而且试验方法、实验条件对两者也产生不同影响，所以研究天然骨料与再生骨料在基本性能上的差异有切实意义。

1再生粗骨料生产工艺

1.1日本再生骨料的生产工艺

目前再生骨料的生产工艺大多分为破碎、强化和分离三个阶段。主要考虑将破碎、筛分、传送、和清除设备有机结合，如图1再生骨料制备过程示意图所示，一般三阶段可按工序分开完成，同时考虑去除杂质等工序在完成破碎、筛分过程中穿行，然后生产出符合规范要求的再生粗、细骨料。Hansen经过研究国外典型的、较早的再生骨料生产工艺发现这些工艺的主要过程有极大相似性，过程大致为人工或机械分拣、破碎、分离、冲洗、筛分等过程。Hansen同时提到在选择原生材料废弃建筑垃圾中只有混凝土含量超过95%时，即基本上集中利用废弃混凝土部分时，利用它得到的再生骨料才具备代替天然骨料的可能[2]。日本再生骨料的生产过程包括三个阶段：1.1.1提前处理阶段此阶段需要首先将杂质分离，从废弃混凝土中将木料玻璃等杂质中去除，然后用破碎机将大块废弃混凝土块破碎，破碎成约40mm左右，筛分后再用鄂式破碎机再次破碎。1.1.2强化处理阶段采用物理强化技术使初步破碎后的混凝土块在强化处理设备内高速转动，让骨料颗粒间加速摩擦碰撞，使附着于骨料表面的水泥浆和砂浆能够去除掉，从而改善骨料使用性能。1.1.3筛分阶段将经过上述工序处理后的骨料经振动筛过筛处理，分出小于5mm的细骨料和在5~25之间的粗骨料部分分别加以利用。

1.2俄罗斯再生骨料的生产工艺

俄罗斯对废弃混凝土的研究相对较早，对再生骨料生产工艺考虑原混凝土中常常夹杂碎木屑、金属、玻璃等杂质角度出发，特意在分离过程中为去除铁质成分加设磁铁分离器与分离台等装置如图2俄罗斯再生骨料制备过程所示。该工艺首先经过格栅将部分大的废料筛除，然后利用转子破碎机对废弃混凝土块经行一次破碎、二次破碎，接着利用双筛网、筛分机将一次破碎后骨料经筛分处理为5~10mm、10~20mm、20~40mm三种不同粒径骨料。普通情况下，常用水工结构混凝土配合比设计中粗骨料粒径取小于40mm，所以该工艺中将40mm以上的碎混凝土再次破碎。该工艺加工设备较多，初期投资较大，不利于在短期内的推广应用[3]。

1.3我国再生骨料的生产工艺

我国对再生骨料的研究起步较晚，尚未完全形成工业化生产，宁夏发展更是处在探索研究阶段，再生混凝土破碎分离技术需借鉴国内外研究成果。目前国内处理主要考虑由破碎和筛分两部分组成，许多学者在此领域提出不同分离破碎工艺，典型代表如同济大学肖建庄教授提出的工艺流程见图3[4]我国再生骨料生产工艺。该工艺经比较分析各种国内外再生骨料的不同生产工艺，与其他相比较多了冲洗处理工艺部分，另外由于我国人口较多，劳动力资源丰富，人工分选对大块杂质分离优于机械操作，且总体成本费用低于机械购置，特选择用人工操作法来进行将木材、钢筋等大的杂质从废弃混凝土块中分离。另外该工艺考虑细骨料含杂质较多，性能较不稳定所以将<5mm的部分作为杂质剔除，再生骨料生产过程中铁屑、纸屑、塑料屑等微小杂质的剔除难用人工分离所以考虑磁铁分离器和分离台来分离，从而减少骨料的杂质含量。实际应用中由于原混凝土的采集取自拆除过程中通常含有较多粘土、木屑、淤泥等，这些有害颗粒附在骨料表面上会导致再生混凝土强度降低吸水率大大增加，考虑此在最后筛分完将骨料经行最后冲洗处理[5]。

1.4室内实验采用再生粗骨料的生产工艺

同时普通再生混凝土实验均采用室内试验，所需再生骨料量小，考虑宁夏地区建筑物拆除低层、多层为主，原建筑砖混结构居多，混凝土构件强度较低，另外还考虑所选废弃料生产工艺需方便有效、因地制宜，同时保证再生骨料质量，所以常选择实验室废弃试块及试验后试件，或建筑拆除中梁柱部分，强度相对较高，杂质含量少，基本上可属于无杂质无污染，因此再生骨料生产采用分离破碎简单易行生产流程如图4。

1.5实验室再生粗骨料适宜标准

本文中参考国际材料与结构研究实验联合会RILEM、德国、日本、我国再生骨料相关技术，以建筑废弃物中混凝土废弃物所做粗骨料为主要研究对象，选择表观密度、堆积密度、吸水率、压碎值指标为主要参数，主要依本次试验原生混凝土试块选取废弃试块经测试压碎指标14.53与实际相符属II类碎石压碎指标规定，以此选取设计本次实验；本研究中天然粗骨料（G）产地品种及规格为5～25mm银川镇北堡产人工破碎石；再生粗骨料（RecycledAggregate简称RA）RA1原材料以银川市金凤区老火车站旁原住宅拆除后梁板现浇构件原强度C20~C35之间及实验室废弃后C25~C40之间试块为原材料，由记录得原废弃混凝土的抗压强度在25~45MPa之间；RA2为宁夏银川威尔信商混公司试验室C55~C60强度等级废弃及试验后试件。再生粗骨料破碎加工过程如下：先人工用铁锤对其进行破碎，分离出其他杂物；再用小铁锤对其进行二次破碎，过筛得到连续颗粒级配，筛分结果见表2、图5所示，最后用水对其进行冲洗，去除骨料表面附着物。本次试验为配置高性能再生混凝土特选择再生粗骨料RCA2组，该组原生混凝土强度高，性能好，粒径在5~25mm之间，表观密度2520kg/m3的再生粗骨料吸水率3.55%，压碎指标9.78%；按照《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25177-2010)、《普通混凝土砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006测试得骨料技术指标如表2。再生粗骨料RCA2组符合I级再生粗骨料，可配制高标号混凝土。

2结论

由以上研究得本了以下研究工作：①分析整理了国内外再生骨料生产工艺、生产流程。并指出各种不同生产工艺使用特点，使用范围及不同工艺流程特点；选取了与宁夏地区相适宜的生产工艺、生产标准及技术流程。②考虑宁夏地区原有建筑物特点，并结合实验室研究，选取不同来源、不同原生强度运用所提破碎方案做再生粗骨料RA1、RA2组，以表观密度、堆积密度、吸水率、压碎指标为主要参数做研究，得出与天然骨料比较密度小，吸水率高，压碎指标小，整体性能弱于天然骨料。

作者：张晓华 孟云芳 张仕林 单位：宁夏大学土木与水利工程学院