废弃混凝土再生利用技术及其发展前景

根本出路就是走可持续发展的道路 " 随着建筑产业的高速发展 ! 全球的混凝土生产 过程每年消耗约 !" 亿吨天然骨料 " 与此同时 ! 世界 各 地 每 年 又 产 生 大 量 的 建 筑 废 料 和 垃 圾 #$% ! #&% !
#’%" 目前国内还没有关于建筑废弃物总量的权威统 计数字 !但据保守估计应在 ( 亿吨) 年以上 "
废弃混凝土是建筑业排除量最大的废弃物 ! 除 了部分用作施工场地平整 ’ 低洼地区填埋外 ! 大部 分暴露于郊区的垃圾填埋场 ! 弱碱性的废渣令大片 土壤* 失活 * " 此外 ! 我国为制造混凝土骨料 ! 每年开 采石子十几亿立方米 ! 相当于铲平 +,, 米高的山 体 !’, 公顷 ( 废弃混凝土如不加以利用 !一方面会
产业的转型将影响相关产业的联动 ! 经济的拖动力 也必将促进我国节约型社会的快速发展 "
会战略前沿的艰苦挑战者 ! 同时也可能是机遇利益 的最大收获者 "
五 ! 生态文明社会促进建材工业快速转 型
1、 从节约型社会走向生态文明
建设节约型社会是工业 文明社会向 生态文明 社会的过渡 ! 节约型社会的建设使我国的经济建设 进入理性节约和扩大建设的双向发展时期 ! 节约经 济成为新的经济增长点 " 建材工业是建设节约型社
的过度消耗和环境的严重污染 " 建筑和建材行业的
引言
国家 # 十五计划 $ 纲要指出 %# 坚持资源开 发与 节约并举 ! 把节约放在首位 ! 依法保护和合 理使用 资源 ! 提高资源利用率 !实现永续利用 & 推进资源综 合利用技术研究开发 ! 加强废旧物资回收利用 ! 加 快废弃物处理的产业化 ! 促进废弃物转化为可用资 源 & $ 保护环境 ’节约能源 ’ 减少废料 ’ 以持续的方式 使用可再生资源是可持续发展战略的重要内容 " 建 材工业是典型的基础原料工业 ! 在国民经济发展中 具有重要作用 " 建材工业又是典型的资源 ’ 能源消 耗型工业 !在其快速发展的同时 ! 面临着资源 ’ 能源
1 - 回收产品 ;2 - 偏心转轮 ;3 - 填料 ;4 - 碾磨 ; 5 - 外筒 ;6 - 电动机 ;7 - 动力传输部分
图4
日本企业开发的骨料分离装置
1.2
废弃混凝土分离高品质再生骨料技术
研究表明 " 与天然骨料相 比 " 再生骨料 具有孔 隙率较高 " 密度较小 " 吸水性强和骨料强度较低等 特点 $ 废弃混凝土经过破碎处理 " 生产出的再生骨 料含有 ’+, 左右的硬化水泥砂浆 " 这些水泥砂浆 大多数独立成块 " 少量附着在天然骨料的表面 " 导 致再生骨料棱角较多 "表面粗糙密度小 " 吸水率高 $ 废弃混凝土块再生破坏过程中由于损伤积 累会使 再生骨料内部存在大量微裂纹 $ 这些因素都会影响 再生骨料的品质 $ 而骨料与胶凝组分的充分分离 " 既可以最大限度地剥离骨料表面的胶凝组分 " 提高 再生骨料的质量 " 从而改善再生骨料混凝土的各项 性能 " 又能提高胶凝组分的回收率 $ 国内外科研机 构进行了废弃混凝土分离高品质再 生骨料技 术的 研究 " 国外有热摩擦法 ) 声波分离法和冻融循环法 " 其中以日本的热摩擦法为代表 $
#+
资源节约与综合利用
日 本 建 筑 标 准 规 范 !"## $ !%&%’()( "*+,-.(+!
国资源不足的矛盾进一步显现 ! 并制约着中国经济 的发展 " 我国政府已经认识到环境与效益并举的重 要性 ! 并逐步制定了相应的措施 " 从政策层面上看 !6AAJ 年 66 月全国人大通过 了 ( 城市固体垃圾处理法 )! 从经济上和政策上对固 体废弃物的处理提出了要求 " 国家经贸委以国经贸 资源 5B9967<B8 号颁布 了 ( 关于转发 K 财 政 部 # 国 家 税务总局关于部分资源综合利用及其他产品 增值 税政策 问题的通知 K 的通知 )! 鼓励 资 源 综 合 利 用 " 如果说国家 & 十五计划 ’ 纲要为资源再生利用 吹响 了号角 ! 那么 ! 国家 & 十一五规划 ’ 纲则是对可持续 发展战略的有一次强有力的推进 " &十一五规划 ’ 在 人与自然的关系上 !把节约资源和保护环境这两个 基本国策写入了纲要 ! 提出了建设资源节约型社会 和环境友好型社会的战略任务和具体措施 " 国家政 策的导向作用和利税上的优惠 ! 加上天然砂石材料 的价格的上升趋势 !将给建筑废弃物的再生利用带 来经济上的利益 ! 这无疑会大大推进材料再生利用 事业的发展 " 从技术层面上看 ! 建筑废弃物再生利用过程中 的技术问题正在逐步得到解决 ! 建筑废弃物的再生 利用正在从过去简单的填埋向生产再生混凝土 # 再 生砂浆等产品的综合利用发展 ! 相关的技术条件和 技术规范正在酝酿之中 " 技术上的进步将提高再生 产品的稳定性 ! 降低再生产品的成本 ! 提高再生产 品的市场竞争力 " 综上所述 ! 建筑废弃物的再生利用具有广阔的 发展前景 "
!
资源节约与综合利用
增加环境负荷 ! 另一方面也是资源的浪费 ! 将影响 可持续发展 " 国家建设的巨大需求 与自然资源 紧 缺 !建筑废弃物再生利用成为必然 "
为两个阶段 ’ 如图 " 所示 %# 一是预处理阶段 # 原材 料过筛后先使用挑选设备去除废料中的杂质 ! 然后 送入冲击破碎机将粒径大于 ’()) 的材料破碎成 较小颗粒 & 再经过磁性分离机分离出铁质 " 二是粒 组分化阶段 # 首先将预处理废料进行二次筛分 ! 再 经过空气分离机将各粒级的细小杂质分离 ! 由此就 可得到不同粒径的再生骨料 " 国内的科研机构经过多年的系统研究 ! 也形成 了再生混凝土成套技术 " 将废弃混凝土进行再生资 源化处理后 ! 作为混凝土骨料生产普通混凝土或高 性能混凝土砌块 " 武汉理工大学与湖北襄樊公路管理处合作 ! 将 再生混凝土技术应用于襄樊的道路改造工程中 " 废 弃混凝土路面板在现场附近破碎处 理后得到充 分 利用 !被用于修筑路基 ( 水稳基层和路面 ! 取得了良
时间 " 经受了大交通量的冲击 " 路面完好 " 如图 ’ 所 示$ 研究成果 %)"* &表明 "通过控制再生骨料工艺 " 采取预吸水或表面裹浆处理 " 添加超细矿物质调整 配合比 "可以使再生混凝土的工作性能和力学性能 满足一般的工程应用要求 $ 目前阻碍再生混凝土技 术推广的主要因素有 ’ 一是缺乏相关配合比设计和 施工技术规范 " 应用受到限制 ( 二是废弃混凝 土本 身由于历史和地理原因影响 " 分布不均 " 成分复杂 " 我国还没有专业的再生混凝土装备和工厂 " 技术推 广受到影响 ( 三是由于天然骨料价格较低 " 而再 生 骨料成本相对较高 " 所以 " 再生混凝土在一次性 投 入上暂时无法体现出优势 $ 日本对废弃混凝土的处 理技术进行 了大量的 研究与开发 "-#+. " 形成了比较成熟的分离废弃混 凝土骨料的技术 $ 日本的几家单位 * 大阪城市大学 和粟本钢有限公司等 #联合研制了高性能再生骨料 的生产设备和工艺 $ 这种处理流程包括三个阶段 ’
2、 中国建材工业的快速生态转型
可持续发展战略呼唤着生态文明社会的到来 ! 节约型社会的建设与发展使中国建材工业面临 着 生态转型 !一批不适应节约型社会建设与发展的建 材产品和相应的生产工艺都将会逐步被淘汰 " 取而 代之的是生态健康的新型建材产品 和循环经济 型 的产品生产体系 " 中国建材工业的快速生态转型对 建设节约型社会具有重大的战略意义 "
强 度 实 验 $ 净 浆 !CD? E9F@B ! 试 体 为 B9 "B9 "
B9GG %!其结果见表 6" 从表 6 可知 ! 废弃混凝土取代率升高 ! 水 泥的
强度逐渐降低 " 这是因为 ! 取代率升高 !硅酸盐矿物 的含量减少 " 混凝土所含河砂中含有的 #-HB 的活 性 低 ! 大 多 是 结 晶 的 #-HB! 既 难 磨 又 难 烧 ! 会 导 致
资源节约与综合利用
废弃混凝土再生利用技术及其发展前景
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水中和 曹蓓蓓 万惠文 ( 武汉理工大学材料学院 , 湖北武汉 ,89::;:)
摘要 :本文以混凝土再生技术为例介绍了国内外建筑废弃物再生利用的研究现状 ,评价了典型的混凝土再 生利用技术 ,论述了废弃混凝土再生利用技术的发展前景 。 关键词 :生态混凝土 再生混凝土 中图分类号 !" #$%&’ 建筑废弃物 文章编号 :)**+,%-.# ($**. )*+,***%,*/ 文献标识码 : (
利用部分废弃混凝土生产的水泥物性指标
凝结时间 *D!/<5 # 初凝 终凝 安定性 合格 合格 合格 抗压强度 *$%& #
熟料 ?@A&BC,>
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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表1
生料细度 *, # 试样 F 试样 H 试样 A
!预处理阶段 ’ 除去废弃混凝土中的其他杂质 " 用 颚 式 破 碎 机 将 混 凝 土 块 破 碎 成 "+ // 直 径 的 颗
粒 (" 碾磨阶段 ’混凝土块在偏心转筒内旋转 " 使其 相互碰撞 )摩擦 )碾磨 " 除去附着于骨料表面的水泥 浆和砂浆 (# 筛分阶段 ’ 最终的材料经过过筛 " 除去 水泥和砂浆等细小颗粒 " 最后得到的即为高性能再 生骨料 $ 偏心旋转碾磨设备 *如图 "# 是该处理过程 的核心技术 " 在电机的带动下 " 混凝土废料在偏心 转筒内旋转并相互摩擦 " 将破碎混凝土中的粗骨料 与粘着的砂浆分离 $ 这种处理技术生产的高 性能再生骨 料满足日 本工业标准 01230&4&5676 15897:;<&= 2:&58&;8> 和
1.3
废弃混凝土生产胶凝材料技术
武 汉 理 工 大 学 万 惠 文 5667 等 进 行 了 废 弃 混 凝 土替代部分天然石灰石生产水泥的试验 " 废弃混凝 土 替 代 率 分 别 为 89: $ 样 品 "; #<9: $ 样 品 = %#
>9: $样品 ? %" @ 组试样制成的熟料分别加入 @: 的石膏后 ! 磨细至 8A99 孔筛筛余为 B: ! 进行水泥
图2
RAC 不同龄期强度发展规律
图1
德国建筑废弃混凝土的干处理技术
图3
再生骨料路面使用状况
*
资源节约与综合利用
好的使用性 能和经济效 益 ! 参 见 图 ! " 下 标 表 示 再 生 骨料对天然 骨料的取 代率 #$ 对 再 生 混 凝 土 路 面的钻芯取样分析表明 " 再生混凝土 的抗压强度
"#$%&" 劈裂强度 ’(! $%&$ 再生路面使用近一年
!
评价
国内外废弃混凝土再生利用技术及
废弃混凝土的再生利用 技术按其科 技含量与 附加值的高低大致可以分为 ! 个级别 #$"% 低级利 用 ! 如一般性回填 &’#% 中级利用 ! 破碎分级处理后 替代部分天然骨料用于道路基层和面层材料 &’!% 高级利用 ! 如分离出可完全替代天然骨料的再生骨 料 ’ 石子 % 与砂浆 !石子作为粗骨料配制混凝土用于 建筑结构构件 ! 分离出的砂浆制成干混砂浆或者用 于制造水泥等 " 本文主要介绍废弃混凝土的 $ 中高 级$ 利用技术 "
1.1
再生混凝土技术
再生混凝土技术指将废弃混凝土块经过破碎 ( 清洗与分级后 ! 按一定的比例与级配混合形成再生 混凝土骨料及其应用的技术 ) 近 %& 年来 ! 国内外对 再生混凝土技术进行了系统的研究 ! 已有成功应用 于刚性路面和建筑结构物的例子 * 研究主要集中在 对再生骨料和再生混凝土基本性能 的研究包括 物 理性能 + 化学性能 ( 力学性能 ( 结构性能 ( 工作性能 和耐久性能等 " 以德国为例 !建筑废弃混凝土的干处理技术分
./*%0 #.%’1%*1 #&(+-2-+%.-3’4 规定的原生骨料和碎
石的标准 !同时满足建设中心提出的所有技术认证 标准 " 这项技术在日本的大阪已得到实际的应用 " 国内济南大学 # 武汉理工大学等科研单位进行 了探索性试验 ! 取得了初步的成果 ! 但对相应设备 的开发还是一片空白 " 骨料的分离技术 ! 应该有巨 大的发展空间 "