摘要： 先進破碎設(shè)備及經(jīng)濟合理的骨料再生工藝是生產(chǎn)和推廣再生混凝土、實現(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)，通過對兩級破碎設(shè)備出口粒徑、擠壓頻率、轉(zhuǎn)子偏心距等技術(shù)參數(shù)的改進設(shè)計和分析研究，提出實現(xiàn)這些參數(shù)改進的具體措施。在對國內(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)，分析驗證了所選參數(shù)及工藝安排的合理性。結(jié)果表明，改進設(shè)計后的破碎設(shè)備提高了再生骨料的品質(zhì)，符合結(jié)構(gòu)混凝土對骨料質(zhì)量的要求；擬訂的工藝經(jīng)濟合理可行，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)，簡稱再生混凝土(recycled concrete)，是指將廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗與分級后，按一定的比例、級配混合形成再生混凝土骨料(recycled concrete aggregate，RCA)，簡稱再生骨料(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)可實現(xiàn)對廢棄混凝土的再加工，使其恢復原有的性能，從而既能使有限的資源得以再利用，又解決了部分環(huán)保問題。這是發(fā)展綠色混凝土，實現(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用價值。德國、El本等國家已有較成熟的破碎工藝與裝置[5] ，國內(nèi)再生骨料生產(chǎn)的破碎工藝基本上是借鑒國外技術(shù)，而專門針對混凝土再生骨料的破碎裝置尚未見報道?？偟膩碚f，國內(nèi)再生骨料生產(chǎn)工藝上未能很好地解決兩個方面的問題，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)濟性差。解決這兩個問題的關(guān)鍵在于合理地設(shè)計工藝路線、對現(xiàn)有破碎設(shè)備技術(shù)參數(shù)進行改造，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，是因為固體物料在受到外界壓力時產(chǎn)生壓力變形，形成內(nèi)部應力集中。當應力達到物料顆粒在其最弱軸向的極限破壞應力時，物料顆粒就會在此處首先發(fā)生破裂。而物料顆粒內(nèi)應力的形成與最終破裂不僅與外力的大小有關(guān)，同時也與外力作用時間的長短有著密切的關(guān)系。層壓理論的基本觀點[6]是物料在每個移動循環(huán)中使相鄰顆粒相對改變其方位，結(jié)果相互作用力的矢量也不斷改變。由此達到被破碎物料的負載方向改變的目的，同時造成強制性自磨的條件。導致結(jié)構(gòu)缺陷少的最堅硬的顆?？善扑橄噜從切┝Ｗ訂栨I力弱的顆粒，在等硬度顆粒中剪切力與位錯滑動力相重合的顆粒被破碎。在廢棄混凝土專用破碎機的設(shè)計和改進中，可以運用層壓破碎的理念，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)接相對于骨料本身是弱鍵聯(lián)接的特點，適當控制擠壓、碾磨壓力(偏心距)、骨料顆粒間相對自磨速度(動顎頻率、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率)和擠壓碾磨次數(shù)和時間長短(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，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，而采用顎式破碎機和碾磨破碎機時，兩級破碎設(shè)備的出口粒徑、動顎頻率、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)改進的具體措施
一級破碎顎式破碎機的出料l21徑大小、動顎工作頻率高低都會對再生骨料質(zhì)量和再生過程的生產(chǎn)能力有很大的影響，表現(xiàn)在以下兩個方面：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。通過一級破碎，既要保證一定的粒徑，又不能使骨料過碎，同時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、動顎工作頻率過高或過低都會因擠壓次數(shù)太多或擠壓時間過長對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、動顎工作頻率高低均會影響生產(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間的長短。所以，對一級破碎工作性能的評價和驗證指標是：①對原骨料的破壞率；②生產(chǎn)能力；③單位耗能量。
一級破碎顎式破碎機(PE一400x600)的改進措施：最小進料粒徑≥300 mm；出料口徑=50～65 mm；動顎工作頻率=80～120次／min。技術(shù)指標改進試驗各項指標對比情況，見表1。
二級碾磨圓錐破碎機(PYBl200)的改進措施：出料口徑40 mm；轉(zhuǎn)子偏角=2?！?。、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率=230～260次／min。技術(shù)指標改進各項指標對比情況，見表2。
再生骨料是影響再生混凝土性能的主要因素之一，再生混凝土抗壓強度降低的成因，一般認為是再生骨料相對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，而且表面有許多微裂紋。⑧再生骨料在解體、破碎過程中有損傷積累。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，以及再生過程中的二次破壞造成微裂紋和其它損傷累積。而對破碎設(shè)備相應技術(shù)參數(shù)進行適當改進，就能使再生骨料的這些缺陷得到控制。以上的對比試驗分析可以說明，出I5粒徑、動顎頻率、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)，然后進行兩次破碎和篩分，在篩分過程中進一步去除雜質(zhì)，最終獲得各種粒徑的再生骨料。國內(nèi)工藝技術(shù)在借鑒國外的基礎(chǔ)上加以了改進。如：采用了夾式破碎機對大塊的卵礫石進行預破碎及油壓式履帶型碎石機對廢棄混凝土塊進行破碎處理，采用風力分級設(shè)備對骨料進行分級處理，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，目前國內(nèi)外的廢棄混凝土再生骨料過程和天然碎石骨料的制造過程相似，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，以及在適當環(huán)節(jié)上設(shè)置人工或機械設(shè)備去除雜質(zhì)。如此處理，工藝安排上存在以下不足：①處理對象的變化導致對設(shè)備技術(shù)要求不同，而現(xiàn)有工藝沒有充分考慮。②再生混凝土能否大量生產(chǎn)、廣泛運用的關(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)有工藝沒有對破碎設(shè)備進行技術(shù)改造或采用專用破碎設(shè)備來提高再生骨料質(zhì)量和回收利用率，經(jīng)濟性不好?？梢?，經(jīng)濟合理的再生骨料制備工藝以及相應生產(chǎn)設(shè)備等技術(shù)沒有得到徹底解決。因此，對工藝和設(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破碎的主要目的在于第二級碾磨破碎。在進入碾磨破碎工序之前，對再生料進行烘干熱處理，然后通過碾磨破碎，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，去除微裂紋作準備。雖然，因此增加了生產(chǎn)成本，但對于提高再生骨料的質(zhì)量，使其能符合結(jié)構(gòu)混凝土對骨料質(zhì)量的要求卻是必不可少的工序。
(3)兩級破碎比設(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)計安排提高了再生骨料的品質(zhì)，經(jīng)濟上合理可行，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)計這些參數(shù)是獲得高質(zhì)量再生骨料的保證。
(2)兩級破碎比設(shè)計、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。
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)，簡稱再生混凝土(recycled concrete)，是指將廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗與分級后，按一定的比例、級配混合形成再生混凝土骨料(recycled concrete aggregate，RCA)，簡稱再生骨料(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)可實現(xiàn)對廢棄混凝土的再加工，使其恢復原有的性能，從而既能使有限的資源得以再利用，又解決了部分環(huán)保問題。這是發(fā)展綠色混凝土，實現(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用價值。德國、El本等國家已有較成熟的破碎工藝與裝置[5] ，國內(nèi)再生骨料生產(chǎn)的破碎工藝基本上是借鑒國外技術(shù)，而專門針對混凝土再生骨料的破碎裝置尚未見報道?？偟膩碚f，國內(nèi)再生骨料生產(chǎn)工藝上未能很好地解決兩個方面的問題，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)濟性差。解決這兩個問題的關(guān)鍵在于合理地設(shè)計工藝路線、對現(xiàn)有破碎設(shè)備技術(shù)參數(shù)進行改造，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，是因為固體物料在受到外界壓力時產(chǎn)生壓力變形，形成內(nèi)部應力集中。當應力達到物料顆粒在其最弱軸向的極限破壞應力時，物料顆粒就會在此處首先發(fā)生破裂。而物料顆粒內(nèi)應力的形成與最終破裂不僅與外力的大小有關(guān)，同時也與外力作用時間的長短有著密切的關(guān)系。層壓理論的基本觀點[6]是物料在每個移動循環(huán)中使相鄰顆粒相對改變其方位，結(jié)果相互作用力的矢量也不斷改變。由此達到被破碎物料的負載方向改變的目的，同時造成強制性自磨的條件。導致結(jié)構(gòu)缺陷少的最堅硬的顆?？善扑橄噜從切┝Ｗ訂栨I力弱的顆粒，在等硬度顆粒中剪切力與位錯滑動力相重合的顆粒被破碎。在廢棄混凝土專用破碎機的設(shè)計和改進中，可以運用層壓破碎的理念，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)接相對于骨料本身是弱鍵聯(lián)接的特點，適當控制擠壓、碾磨壓力(偏心距)、骨料顆粒間相對自磨速度(動顎頻率、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率)和擠壓碾磨次數(shù)和時間長短(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，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，而采用顎式破碎機和碾磨破碎機時，兩級破碎設(shè)備的出口粒徑、動顎頻率、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)改進的具體措施
一級破碎顎式破碎機的出料l21徑大小、動顎工作頻率高低都會對再生骨料質(zhì)量和再生過程的生產(chǎn)能力有很大的影響，表現(xiàn)在以下兩個方面：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。通過一級破碎，既要保證一定的粒徑，又不能使骨料過碎，同時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、動顎工作頻率過高或過低都會因擠壓次數(shù)太多或擠壓時間過長對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、動顎工作頻率高低均會影響生產(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間的長短。所以，對一級破碎工作性能的評價和驗證指標是：①對原骨料的破壞率；②生產(chǎn)能力；③單位耗能量。
一級破碎顎式破碎機(PE一400x600)的改進措施：最小進料粒徑≥300 mm；出料口徑=50～65 mm；動顎工作頻率=80～120次／min。技術(shù)指標改進試驗各項指標對比情況，見表1。
二級碾磨圓錐破碎機(PYBl200)的改進措施：出料口徑40 mm；轉(zhuǎn)子偏角=2?！?。、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率=230～260次／min。技術(shù)指標改進各項指標對比情況，見表2。
再生骨料是影響再生混凝土性能的主要因素之一，再生混凝土抗壓強度降低的成因，一般認為是再生骨料相對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，而且表面有許多微裂紋。⑧再生骨料在解體、破碎過程中有損傷積累。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，以及再生過程中的二次破壞造成微裂紋和其它損傷累積。而對破碎設(shè)備相應技術(shù)參數(shù)進行適當改進，就能使再生骨料的這些缺陷得到控制。以上的對比試驗分析可以說明，出I5粒徑、動顎頻率、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)，然后進行兩次破碎和篩分，在篩分過程中進一步去除雜質(zhì)，最終獲得各種粒徑的再生骨料。國內(nèi)工藝技術(shù)在借鑒國外的基礎(chǔ)上加以了改進。如：采用了夾式破碎機對大塊的卵礫石進行預破碎及油壓式履帶型碎石機對廢棄混凝土塊進行破碎處理，采用風力分級設(shè)備對骨料進行分級處理，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，目前國內(nèi)外的廢棄混凝土再生骨料過程和天然碎石骨料的制造過程相似，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，以及在適當環(huán)節(jié)上設(shè)置人工或機械設(shè)備去除雜質(zhì)。如此處理，工藝安排上存在以下不足：①處理對象的變化導致對設(shè)備技術(shù)要求不同，而現(xiàn)有工藝沒有充分考慮。②再生混凝土能否大量生產(chǎn)、廣泛運用的關(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)有工藝沒有對破碎設(shè)備進行技術(shù)改造或采用專用破碎設(shè)備來提高再生骨料質(zhì)量和回收利用率，經(jīng)濟性不好?？梢?，經(jīng)濟合理的再生骨料制備工藝以及相應生產(chǎn)設(shè)備等技術(shù)沒有得到徹底解決。因此，對工藝和設(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破碎的主要目的在于第二級碾磨破碎。在進入碾磨破碎工序之前，對再生料進行烘干熱處理，然后通過碾磨破碎，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，去除微裂紋作準備。雖然，因此增加了生產(chǎn)成本，但對于提高再生骨料的質(zhì)量，使其能符合結(jié)構(gòu)混凝土對骨料質(zhì)量的要求卻是必不可少的工序。
(3)兩級破碎比設(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)計安排提高了再生骨料的品質(zhì)，經(jīng)濟上合理可行，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)計這些參數(shù)是獲得高質(zhì)量再生骨料的保證。
(2)兩級破碎比設(shè)計、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。
