一种利用废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法

技术领域

本发明涉及建筑废弃物制备再生骨料技术领域，尤其涉及一种利用废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法。

背景技术

目前，天然砂、石资源日益短缺，我国天然砂的开采及机制砂的生产受到了限制，砂的产量难以满足当前建设用砂的需求，严重影响了建筑行业的发展。混凝土砂率通常在40％左右，砂浆也需要大量砂，而传统工艺生产的再生细骨料仅占再生骨料的30％左右，砂石比例失调。建筑固废占我国固废总量的30～40％，废弃混凝土经过破碎、筛分等步骤可得到再生细骨料和再生粗骨料。不同建筑工程对细骨料的品质要求不同，传统再生骨料加工工艺生产的再生细骨料由于其颗粒表面存在着大量的微裂纹且附着有大量多孔的旧水泥石，导致再生砂性能较差，对由其配制的再生砂浆和再生混凝土的性能负面影响大，再生细骨料仅少量应用于低强度的砂浆、道路回填等附加值较低的工程中，难以替代河砂或机制砂用于不同强度等级的混凝土中，因此适用面很窄。

目前已有学者提出了再生细骨料物理强化工艺，物理整形强化工艺通常为：经过除杂、破碎、筛分等步骤得到0～5mm再生细骨料后，将其置于整形机或碾磨机进行骨料整形，此方法虽将再生细骨料粒形优化，水泥石部分剥离，但无法有效地将被剥离的水泥石从再生细骨料中分离出来并剔除出去，微粉含量会大幅增加，即旧水泥石以微粉形式仍大量存在于经整形的再生细骨料中，因此对再生细骨料表观密度、吸水率等指标的提升不明显。另外，此方法仍只能生产单一品质的再生细骨料，不能针对性的用于道路回填、砂浆、高、中、低不同强度等级混凝土等。

目前再生粗骨料的研究较为深入，已可以部分替代天然粗骨料用于强度等级不高(通常在C30及以下)的混凝土中。相对再生细骨料，由于再生粗骨料表面附着的旧水泥石量不大，对于粗骨料的物理强化整形通常对其粒形的优化很明显，而对水泥石的剥离不彻底，其品质与天然粗骨料相比仍有较大差距，因此仍不能满足C40及以上中、高强度混凝土和高性能混凝土的需求。

研究表明，再生骨料表面附着的旧水泥石比例随骨料粒级的增大而减少，也就是说，混凝土常用的5～10mm、10～20mm、16～31.5mm三级配再生粗骨料，粒径越小的再生粗骨料品质越差。但目前缺乏对废弃混凝土破碎得到的颗粒进行粒径分级，以此获得不同品质的颗粒，再对不同品质颗粒分别处理得到多品类再生细骨料与优质再生粗骨料的再生骨料的生产方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法，实现多品质再生细骨料的分类生产，增大再生细骨料在再生骨料中的占比，提升再生粗骨料的品质，以解决目前对利用废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法的研究存在空白的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种利用废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法，包括如下步骤：

(1)对废弃混凝土顺次进行预破碎与杂物分拣、初次破碎、二次破碎，得到破碎物；

(2)将破碎物筛分为0～5mm、5～20mm、20～40mm、＞40mm四个粒级的颗粒；

(3)将0～5mm粒级颗粒经选粉、喷淋加湿得到再生砂1；将5～20mm粒级颗粒经过反复细碎和筛分直至得到0～5mm粒级颗粒，后经选粉、喷淋加湿得到再生砂2；将20～40mm粒级颗粒破碎后进行筛分得到0～5mm、5～10mm、10～20mm、16～31.5mm、＞31.5mm四个粒级颗粒，0～5mm粒级颗粒经选粉、喷淋加湿得到再生砂3，5～10mm、10～20mm、16～31.5mm粒级颗粒作为级配再生粗骨料。

作为优选，所述杂物分拣采用人工分拣的方式。

作为优选，所述初次破碎在颚式破碎机中进行，所述二次破碎在圆锥破碎机中进行。

作为优选，所述初次破碎后，对破碎所得产物顺次进行除铁和除杂；除铁采用电磁铁分离器进行，除杂采用分离台进行。

作为优选，所述筛分的装置采用带方孔筛网的圆振动筛。

作为优选，所述步骤(2)中，圆振动筛由三层筛网组成，从上至下方孔筛网的筛孔尺寸分别为40～43mm、20～23mm和32～5mm。

作为优选，所述步骤(3)中，5～20mm粒级颗粒破碎物进行筛分时，圆振动筛由一层筛网组成，方孔筛网的筛孔尺寸为3.2～5mm；20～40mm粒级颗粒破碎物进行筛分时，圆振动筛由四层筛网组成，从上至下方孔筛网的筛孔尺寸分别为32～35mm、20～23mm、10～12mm和3.2～5mm。

作为优选，所述步骤(3)中，破碎在立轴式冲击破碎机中进行。

作为优选，所述选粉的具体步骤为：将0～5mm粒级颗粒中0.075mm以下粒级的再生微粉与0.075～5mm粒级的再生砂进行分离。

作为优选，所述步骤(2)中，＞40mm粒级的颗粒返回步骤(1)中，作为二次破碎的原料；所述步骤(3)中，＞31.5mm粒级的颗粒作为20～40mm粒级颗粒继续破碎后进行筛分。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)本发明克服了传统工艺制备的再生细骨料品质差、品质单一、用途单一等劣势。基于再生骨料包裹水泥石的比例随骨料粒级的增大而减少的原理，在废弃混凝土经二次破碎初次筛分后根据骨料粒级的不同，将0～5mm、5～20mm、20～40mm颗粒分三条线路分别制砂，因此能得到三种不同品质的再生细骨料，在不同的场合进行应用；

(2)本发明通过初次筛分，将裹附旧水泥石较多的5～20mm中小粒径再生粗骨料通过立轴式冲击破碎机全部细碎整形成再生砂，而将裹附旧水泥石量较少的20～40mm大粒径再生粗骨料通过立轴式冲击破碎机进一步破碎整形、筛分得到5～10mm、10～20mm、16～31.5mm再生粗骨料和0～5mm再生砂，这次破碎是第三道破碎，一方面可以整形骨料使其更加圆润，另一方面骨料表面残留的前期未被分离的水泥石经第三道破碎整形后会再次被去除，因此最终得到的上述三种粒级的再生粗骨料成品颗粒和再生砂表面裹覆的水泥石比例更低，颗粒形状更优，能满足高性能混凝土用砂石骨料需求；

(3)本发明将部分再生粗骨料(5～20mm粒径中小再生碎石)全部用于制备再生细骨料，克服了传统工艺再生细骨料在再生骨料中占比低的问题，提升了再生细骨料在骨料中的占比，缓解了当前建设用砂供应不足的现状。

(4)本发明对所有再生砂均进行了选粉处理，避免了传统工艺再生砂中微粉含量过高而导致对水泥基材料产生的负面影响；

(5)本发明根据国家标准对不同类别再生砂成品中微粉含量限值的要求和建设用砂的性能要求，采用选粉装置并结合除尘器对再生细骨料的微粉含量进行调控，并对所有经过粉控后的再生砂颗粒进行了喷淋加湿处理，避免了传统工艺再生砂易出现的离析现象，再生砂的匀质性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种利用废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法，包括如下步骤：

(1)对废弃混凝土顺次进行预破碎与杂物分拣、初次破碎、二次破碎，得到破碎物；

(2)将破碎物筛分为0～5mm、5～20mm、20～40mm、＞40mm四个粒级的颗粒；

(3)将0～5mm粒级颗粒经选粉、喷淋加湿得到再生砂1；将5～20mm粒级颗粒经过反复破碎和筛分直至得到0～5mm粒级颗粒，后经选粉、喷淋加湿得到再生砂2；将20～40mm粒级颗粒破碎后进行筛分得到0～5mm、5～10mm、10～20mm、16～31.5mm、＞31.5mm四个粒级颗粒，0～5mm粒级颗粒经选粉、喷淋加湿得到再生砂3，5～10mm、10～20mm、16～31.5mm粒级颗粒作为级配再生粗骨料。

在本发明中，所述预破碎优选为采用液压破碎锤或人工锤击的方式进行；所述杂物分拣优选为采用人工分拣的方式进行；杂物分拣主要去除钢筋、木料等杂物。

在本发明中，所述初次破碎优选为在颚式破碎机中进行，所述二次破碎优选为在圆锥破碎机中进行。

在本发明中，所述初次破碎后，对破碎所得产物顺次进行除铁和除杂；除铁优选为采用电磁铁分离器进行；除杂优选为采用分离台进行，除杂的具体步骤为：将除铁所得产物置于分离台进行非磁性杂物的分选。

在本发明中，所述筛分的装置采用带方孔筛网的圆振动筛。

在本发明中，所述步骤(2)中，圆振动筛优选为由三层筛网组成，从上至下方孔筛网的筛孔尺寸分别优选为40～43mm、20～23mm和3.2～5mm，进一步优选为41～42mm、21～22mm和3.5～4.2mm。

在本发明中，所述步骤(3)中，5～20mm粒级颗粒进行筛分时，圆振动筛优选为由一层筛网组成，方孔筛网的筛孔尺寸优选为3.2～5mm，进一步优选为3.5～4.2mm；20～40mm粒级颗粒进行筛分时，圆振动筛优选为由四层筛网组成，从上至下方孔筛网的筛孔尺寸分别优选为32～35mm、20～23mm、10～12mm和3.2～5mm，进一步优选为33～34mm、21～22mm、10.5～11.5mm和3.5～4.2mm。

在本发明中，所述步骤(3)中，破碎优选为在立轴式冲击破碎机中进行。

在本发明中，所述选粉的具体步骤为：将0～5mm粒级颗粒中0.075mm以下粒级的再生微粉与0.075～5mm粒级的再生砂进行分离。

在本发明中，所述步骤(2)中，＞40mm粒级的颗粒返回步骤(1)中，作为二次破碎的原料；所述步骤(3)中，＞31.5mm粒级的颗粒作为20～40mm粒级颗粒继续破碎后进行筛分。

在本发明中，所述圆锥破碎机、立轴式冲击破碎机和各级振动筛分设备均设置了除尘管道，除尘管道连接除尘装置；利用除尘装置收集破碎和筛分过程中逸出的微粉，即0.075mm以下粒级的再生微粉。

本发明将0～5mm、5～20mm、20～40mm颗粒分三条线路分别制砂，因此能得到三种不同品质的再生细骨料。0～5mm颗粒实际上是废弃混凝土再生骨料制备过程中的下脚料，主要是由废弃混凝土中易被细碎的砂浆颗粒组成，并含少量碎石破碎形成的石屑颗粒，同时可能含有少量前端除杂未除净的泥土、砖块颗粒，它经选粉、加湿后制备的再生砂1品质较低，类似于传统工艺的再生细骨料，可用作砂浆或道路回填材料；5～20mm中小粒径粗骨料颗粒作为原料制备的再生砂2品质明显优于再生砂1，因为5～20mm中小粒径粗骨料颗粒组成中以再生碎石为主，仅混有少量砂浆块，再生砂2实际上主要是再生碎石经细碎整形后形成的机制砂和石粉，含少量再生砂和废弃水泥石微粉，可用于C40及以下各强度等级混凝土；20～40mm大粒径粗骨料颗粒作为原料制备的再生砂3相比于再生砂2又有显著提升，因为20～40mm大粒径粗骨料颗粒基本上全是再生碎石，且这些较大粒径的粗表面裹附的水泥石也很少，所以再生砂3基本上是20～40mm大粒径再生碎石整形后形成的机制砂，可用于C40～C60混凝土。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本实施例所用废弃混凝土来源为某地C20废弃建筑桩头混凝土；

利用该废弃混凝土制备多品类再生细骨料和优质再生粗骨料的方法，包括如下步骤：

(1)通过液压破碎锤和人工锤击的方式对C20废弃建筑桩头混凝土进行预破碎，之后通过人工分拣的方式去除钢筋、木料等杂物；后使用颚式破碎机进行初次破碎；使用电磁铁分离器去除废铁料，然后通过分离台进行非磁性杂物的分选；使用圆锥破碎机进行二次破碎，得破碎物；

(2)使用从下到上的方孔筛筛孔尺寸分别为4mm、22mm、41mm的圆振动筛将破碎物筛分为0～5mm、5～20mm、20～40mm、＞40mm四个粒级的颗粒，＞40mm返回圆锥破碎机继续破碎；

(3)将0～5mm粒级的砂粒经风选脱粉机选粉、喷淋加湿得到再生砂1；

(4)将5～20mm粒级的中小碎石颗粒送入立轴式冲击破碎机1后经过筛孔尺寸为4mm的圆振动筛筛分反复进行破碎和筛分直至全部破碎为0～5mm粒级的颗粒，经风选脱粉机选粉、喷淋加湿得到再生砂2；

(5)将20～40mm粒级的粗大碎石颗粒送入立轴式冲击破碎机2后使用从下到上方孔筛筛孔尺寸分别为4mm、11mm、22mm、34mm的圆振动筛进行筛分，将所得0～5mm粒级的砂粒经风选脱粉机选粉、喷淋加湿得到再生砂3；将所得5～10mm、10～20mm、16～31.5mm粒级的碎石颗粒作为再生粗骨料；将＞31.5mm粒级的颗粒返回立轴式冲击破碎机2继续破碎。

实施例2

与实施例1的区别为：本实施例所用废弃混凝土来源为某地C40废弃路面混凝土，其它同实施例1。

对比例1

本对比例所用废弃混凝土来源为某地C20废弃建筑桩头混凝土；

传统再生骨料的制备方法，包括如下步骤：

(1)通过液压破碎锤和人工锤击的方式对C20废弃建筑桩头混凝土进行预破碎，之后通过人工分拣的方式去除钢筋、木料等杂物；后使用颚式破碎机进行初次破碎；使用电磁铁分离器去除废铁料，然后通过分离台进行非磁性杂物的分选；使用圆锥破碎机进行二次破碎，得破碎物；

(2)使用从下到上的筛孔尺寸分别为4mm、11mm、21mm、33mm的圆振动筛对破碎物进行筛分；将所得0～5mm粒级的颗粒作为再生细骨料；将所得5～10mm、10～20mm、16～31.5mm粒级的颗粒作为再生粗骨料；将所得＞31.5mm粒级的颗粒返回圆锥破碎机继续破碎。

对比例2

与对比例1的区别为：本对比例所用废弃混凝土来源为某地C40废弃路面混凝土，其它与对比例1相同。

对比例3

本对比例所用废弃混凝土来源为某地C20废弃建筑桩头混凝土；

附带整形设备的再生骨料生产工艺，包括如下步骤：

(1)通过液压破碎锤和人工锤击的方式对废弃混凝土进行预破碎，之后通过人工分拣的方式去除钢筋、木料等杂物；后使用颚式破碎机进行初次破碎；使用电磁铁分离器去除废铁料，然后通过分离台进行非磁性杂物的分选；使用圆锥破碎机进行二次破碎，得破碎物；

(2)使用筛孔尺寸为42mm的圆振动筛将破碎物筛分得到0～40mm粒级的颗粒；将所得＞40mm粒级的颗粒返回圆锥破碎机继续破碎；

(3)将0～40mm粒级的颗粒送入立轴冲击破碎整形机进行破碎整形，后经圆振动筛筛分，四层筛网从下到上的筛孔尺寸分别为4mm、11mm、22mm、34mm，筛分后，将所得0～5mm粒级的颗粒作为再生细骨料，将所得5～10mm、10～20mm、16～31.5mm粒级的颗粒作为再生粗骨料，将所得＞31.5mm粒级的颗粒返回立轴冲击破碎整形机继续破碎整形。

对比例4

与对比例3的区别为：本对比例所用废弃混凝土来源为某地C40废弃路面混凝土，其它同对比例3。

对实施例1～2和对比例1～4所得再生骨料中细骨料的占比进行测定，测定方法和结果如下：

测定方法：对实施例1～2和对比例1～4制备得到的再生粗、细骨料装车称重，计算再生细骨料的占比，其中再生细骨料质量为再生砂1、再生砂2、再生砂3三者的质量之和，再生粗骨料质量为5～10mm、10～20mm、16～31.5mm三种单粒级再生粗骨料质量之和。再生细骨料的占比β＝m

经计算，所得结果为：实施例1的β值为62.4％，实施例2的β值为67.2％，对比例1的β值为31.6％，对比例2的β值为33.2％，对比例3的β值为39.1％，对比例4的β值为43.8％。由上可知，本发明能显著提升再生细骨料在再生骨料中的占比。

对实施例1～2和对比例1～4所得再生细骨料的性能进行测定，所得结果如表1～3所示，其中按照GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》对再生细骨料等级的分类，将各指标对应的再生细骨料等级以括号的形式标注在指标后面，未达到Ⅲ类再生细骨料标准的用(Ⅳ)表示。

表1实施例1～2和对比例1～4所得再生细骨料的性能

表2实施例1～2和对比例1～4所得再生细骨料的性能

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表3实施例1～2和对比例1～4所得再生细骨料的性能

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由表1～3可知，本发明实施例的再生砂1、再生砂2、再生砂3的微粉含量显著低于对比例，所有实施例中的再生砂的微粉含量均能达到Ⅱ类标准或以上；本发明生产的再生砂1性能指标与传统工艺生产的再生砂(对比例1、对比例2)相差不大；本发明生产的再生砂2各个指标(微粉含量除外)相比于再生砂1都提升了一个或两个等级，且与只经过物理整形的再生砂(对比例3、对比例4)相比，几乎所有指标也提升了一个等级；本发明生产的再生砂3相比于再生砂2性能又有明显提升，实施例1的大部分指标、实施例2所有指标满足Ⅰ类砂标准；另外，本发明实施例1的再生砂3、实施例2的再生砂2、实施例2的再生砂3，其表观密度和堆积密度还满足GB/T14684-2011《建设用砂》中对天然砂和机制砂的要求，即表观密度不小于2500kg/m

对实施例1～2和对比例1～4所得再生粗骨料(选用中等粒径10～20mm粒级的颗粒)的基本性能进行测定，所得结果如表4所示。其中，按照GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》对再生粗骨料等级的分类，将各指标对应的再生粗骨料等级以括号的形式标注在指标后面，未达到Ⅲ类再生粗骨料标准的用(Ⅳ)表示。

表4实施例1～2和对比例1～4所得再生粗骨料(选用10～20mm粒级的颗粒)的基本性能

由表4可知，本发明实施例的再生粗骨料微粉含量相比于对比例有明显降低，均达到Ⅱ类标准；本发明生产的再生粗骨料性能相比于传统工艺有显著提升，大部分指标相对于传统工艺(对比例1、对比例2)均有一个或多个等级的提升；本发明相比于只经过物理整形的再生粗骨料(对比例3、对比例4)指标也有明显提升，例如压碎值均提升了一个等级；特别地，本发明实施例1、实施例2再生粗骨料表观密度达到GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》中对卵石和碎石要求，即表观密度不小于2600kg/m

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。