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廢棄混凝土破碎及再生工藝研究

作都：肖建莊孫振平鏈板輸送帶同濟(jì)大學(xué)建筑工程系摘要：在對(duì)上海市廢棄混凝土的現(xiàn)狀調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，研究廢棄混凝土塊體破碎..

振蕩篩作都：肖建莊孫振平 &nbs寬槽型振動(dòng)給煤機(jī)p; 同往復(fù)式提升機(jī)濟(jì)大學(xué)建筑工程系

摘要：在對(duì)上海市廢棄混凝土的現(xiàn)狀調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，研究廢棄混凝土塊體破碎及篩分工藝，并對(duì)建議工藝生產(chǎn)的再生骨料進(jìn)行基本性能試驗(yàn)研究及做經(jīng)濟(jì)性分析。結(jié)篩沙機(jī)械果表明，該再生骨料生產(chǎn)工藝基本能滿足廢棄混凝土的破碎與分級(jí)要求；再生骨料可滿足配制中低強(qiáng)度等級(jí)再生混凝土的要求。
關(guān)鍵詞：廢棄混凝土；再生喂料機(jī)骨料；破碎工藝
在我國(guó)，建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，二十余年來(lái)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，相應(yīng)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的建筑渣土尤其是廢棄混凝土也空前增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，廢棄混凝土的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%-40%，且絕大部分廢棄混凝土未經(jīng)處理，直接運(yùn)往郊外或鄉(xiāng)村采用露天堆放或填埋的方式進(jìn)行處理，耗用大量的征用土地費(fèi)、垃圾清運(yùn)費(fèi)等建設(shè)費(fèi)用；同時(shí)，清運(yùn)和堆放過(guò)程中的遺散和粉塵、灰砂飛揚(yáng)等問(wèn)題又板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)對(duì)環(huán)境造成二次污染，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境。因此，如何合理處理和再生利用廢棄混凝土已經(jīng)成為建筑行業(yè)和環(huán)境保護(hù)部門面臨的一個(gè)重要課題。
1廢棄砂石生產(chǎn)設(shè)備混凝土現(xiàn)狀調(diào)查
石料破碎機(jī)1.1數(shù)量與處置現(xiàn)狀
以上海市為例，目前每年排放的渣土總量呈持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，2002年在2000萬(wàn)t左右。而廢棄混凝土約占渣土總量的40%，即800萬(wàn)t左右螺旋提升機(jī)，主要是由拆、建房以及道路翻修等土木工程施工過(guò)程中產(chǎn)生的。大部分廢棄混凝土未得到合理回收和高效利用。
1.2發(fā)展移動(dòng)帶式輸送機(jī)趨勢(shì)
一方面，廢棄混凝土的數(shù)量在迅速增加；另一方面，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、混凝土用量的增大，因開(kāi)采砂石骨料而造成的資源枯竭和環(huán)境破壞已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，混凝土的可持續(xù)發(fā)展與骨料危機(jī)的矛盾日益突出。因此若能將廢棄混凝土就地回收，經(jīng)破輥式破碎機(jī)碎、清洗、分級(jí)后作為骨料再利用，生產(chǎn)再生混凝土用于新建工程，則不僅能降低成本，節(jié)約天然骨料資源，緩解骨料供求矛盾，還能減輕城市環(huán)境的污染。
2廢棄混凝土破振動(dòng)熱料輸送機(jī)碎工藝
2輸送皮帶.1已有破碎工藝
2.1.氣力輸送系統(tǒng)1俄羅斯的破碎工藝
鑒于廢棄混凝土中往往混有金屬、玻璃及木材等雜質(zhì)，因此在俄羅斯[q的工藝流程中，特別設(shè)置了磁鐵分離器與分離臺(tái)等裝置以便去除鐵質(zhì)成分，見(jiàn)圖1。配備有2臺(tái)轉(zhuǎn)子篩網(wǎng)篩分機(jī)處理，被分為0-5mm，5-40mm及40mm以上三種粒徑。在普通配合比的結(jié)構(gòu)混凝土中，骨料粒徑一般不大于40mm，因此，為充分利用廢棄混凝土資源，將40mm以上的碎石再次破碎，使粒徑達(dá)到0～40mm。該工藝的主要缺點(diǎn)是加工設(shè)備繁多，導(dǎo)致初期的投資規(guī)模較大，不利于其在短期內(nèi)的推廣應(yīng)用。
2.1.2德國(guó)的破碎工藝
德國(guó)的廢棄混凝土再生工藝流程主要由1個(gè)二檔等級(jí)的鄂式破碎機(jī)，見(jiàn)圖2。經(jīng)破碎的石料須烘干。其他的組成設(shè)備包括鐵件收料臺(tái)(電磁器)等。通過(guò)鄂式破碎機(jī)的加工，再生骨料的級(jí)配被篩分為0-4mm，4-16mm，16-45mm及45mm以上。該工藝由于整個(gè)處理流程需安裝2臺(tái)鄂式破碎機(jī)及4臺(tái)篩分機(jī)，因此投資費(fèi)用巨大且工程占地面積大。

圖1俄羅斯典型再生骨料生產(chǎn)工藝

圖2德國(guó)典型的再生骨料生產(chǎn)工藝
1-載荷車；2-料斗；3-主破碎機(jī)；4-鐵件收料臺(tái)；5-初篩分機(jī)；6-分篩機(jī)Ⅰ；7-輸送帶；8-分篩機(jī)Ⅱ；9-分篩機(jī)Ⅲ；10-0～4mm粒徑骨料；11-0～32mm粒徑骨料；12-0～45mm粒徑骨料；13-45～90mm粒徑骨料；14-16～45mm粒徑骨料；15-45～150mm粒徑骨料；16-4～16mm粒徑骨料；17-破碎機(jī)
2.1.3中國(guó)的破碎工藝
(1)目前我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)[2-3]采用包括油壓式履帶型碎石機(jī)和重物篩選機(jī)系統(tǒng)的廢棄混凝土塊破碎及處理機(jī)具，其生產(chǎn)工藝流程圖見(jiàn)圖3所示。
(2)史巍和侯景鵬[4]設(shè)計(jì)了一套帶有風(fēng)力分級(jí)設(shè)備的骨料再生工藝，見(jiàn)圖4。該工藝構(gòu)思新穎，使用了風(fēng)力分級(jí)裝置及吸塵設(shè)備將粒徑為0.155mm的骨料篩分出來(lái)，為循環(huán)利用再生細(xì)骨料奠定了基礎(chǔ)；但是基于現(xiàn)階段我國(guó)的實(shí)際情況，再生細(xì)骨料尚未被深入、系統(tǒng)地研究，尚不具備直接應(yīng)用于工程中的條件。

圖3臺(tái)灣地區(qū)再生骨料生產(chǎn)工藝

圖4史巍和侯景鵬設(shè)計(jì)的再生骨料生產(chǎn)流程圖
(3)李惠強(qiáng)和杜亭提出了如圖5所示的生產(chǎn)流程制備再生骨料。在這一生產(chǎn)流程中，塊體破碎、骨料篩分均是碎石骨料生產(chǎn)的成熟工藝，因此在生產(chǎn)中關(guān)鍵是要控制好分選、潔凈、沖洗等環(huán)節(jié)的工藝技術(shù)和質(zhì)量。該工藝的突出特點(diǎn)是有一填充型加熱裝置，經(jīng)加溫、二級(jí)破壞、二級(jí)篩分后可獲得高品質(zhì)再生骨料。加溫到300℃左右后，包裹在天然巖石骨料外的水泥石粘結(jié)較差的部分，或在一級(jí)破碎中天然骨料外已帶有損傷裂紋的水泥石，在二級(jí)轉(zhuǎn)筒式或球磨式碾壓中都會(huì)脫落，剩下的粗骨料的強(qiáng)度相當(dāng)于提高了。但加溫、二級(jí)碾磨、二級(jí)篩分會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)成本的提高。
2.2建議破碎工藝
經(jīng)比較分析國(guó)內(nèi)外再生骨料的生產(chǎn)工藝，本文設(shè)計(jì)了一套新的工藝流程，見(jiàn)圖6?？紤]到目前我國(guó)勞動(dòng)力成本相對(duì)較低，且機(jī)械不適宜處理大塊雜質(zhì)，因此選擇人工法對(duì)廢棄混凝土塊進(jìn)行分選，除去鋼筋和木材?，F(xiàn)階段由于國(guó)內(nèi)對(duì)粒徑5mm以下的再生細(xì)骨料尚未作深入的研究，所以該工藝將這部分骨料視為雜質(zhì)去除。鑒于鐵屑和碎塑料等細(xì)微雜質(zhì)很難采用人工分離，工藝設(shè)置了磁鐵分離器和分離臺(tái)，以便提高骨料的純度。為徹底破碎廢棄混凝土使之達(dá)到需要的粒徑范圍(5-40mm)，特配備2臺(tái)破碎機(jī)。再生骨料通常含有更多的有害物質(zhì)，如粘土、淤泥、細(xì)屑等，它們粘附于骨料的表面，降低再生混凝土強(qiáng)度，同時(shí)又增大混凝土的用水量，所以在篩分完畢后對(duì)其進(jìn)行沖洗等處理。
3再生粗骨料基本性能
參照《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(JGJ53-1992)，實(shí)測(cè)上述建議廢棄混凝土破碎工藝生產(chǎn)的連續(xù)級(jí)配的再生粗骨料的主要性能如表1所示。與天然粗骨料相比，再生粗骨料具有密度小以及壓碎指標(biāo)值和吸水率較高等特點(diǎn)，但仍滿足JGJ53-1992標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，因此可以用來(lái)配制中、低強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土。
4再生骨料效益分析
4.1直接經(jīng)濟(jì)效益
據(jù)文獻(xiàn)[5]介紹，歐盟、美國(guó)和日本每年廢棄混凝土材料超過(guò)3.6億t，對(duì)混凝土和鋼筋混凝土廢料再加工得到的再生骨料能耗僅為開(kāi)采天然碎石的1/8，成本可降低25%。

圖6建議的再生骨料生產(chǎn)工藝

表1再生粗骨料基本性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上海市有關(guān)的定額標(biāo)準(zhǔn)，小規(guī)模的處理廢棄混凝土，生產(chǎn)再生骨料，有關(guān)臺(tái)班基價(jià)費(fèi)用如表2所示。
假定以50m3/臺(tái)班計(jì)算，再生骨料的市場(chǎng)價(jià)取54元/m3，接近上海市天然骨料市場(chǎng)價(jià)格。每臺(tái)班產(chǎn)量帶來(lái)的收入為：
54×50=2700(元/臺(tái)班)
每工作臺(tái)班利潤(rùn)為：2700-2245=455(元)
從以上經(jīng)濟(jì)分析中可發(fā)現(xiàn)，若再生骨料的市場(chǎng)價(jià)格低于天然骨料，那么再生骨料的生產(chǎn)是微利。
4.2綜合經(jīng)濟(jì)效益
實(shí)際工程中不乏利用廢棄混凝土產(chǎn)生良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的實(shí)例。如某機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有各類飛行跑道、停機(jī)坪、牽引道和掩體等廢棄混凝土構(gòu)筑物。據(jù)初步估計(jì)，暴露在地表面和被覆蓋的廢棄混凝土量約有10萬(wàn)m3，約23萬(wàn)t?，F(xiàn)對(duì)這些廢棄混凝土進(jìn)行加工，使之成為再生骨料。有關(guān)該工程的綜合經(jīng)濟(jì)分析如下。
(1)廢棄混凝土的處理費(fèi)用為1485萬(wàn)元(包括廢棄混凝土的拆除和外運(yùn)費(fèi)用)。依據(jù)拆除工程的定額估算，拆除成本約68元/m3，10萬(wàn)m3的廢棄混凝土拆除費(fèi)約為680萬(wàn)元人民幣；依據(jù)土方外運(yùn)定額估算，外運(yùn)成本費(fèi)用約為35元/t，廢棄混凝土的密度按2.3t/m3計(jì)算，廢棄混凝土總量約為23萬(wàn)t，處置費(fèi)需805萬(wàn)元人民幣。
表2再生骨料綜合臺(tái)班基價(jià)分析

(2)廢棄混凝土加工成道渣(用于道路的墊層)的費(fèi)用按可生產(chǎn)道渣的數(shù)量計(jì)算：23萬(wàn)t的廢棄混凝土按市政道路用級(jí)配(5～15mm，25～40mm，50～70mm)加工，扣除加工損耗，約可生產(chǎn)21萬(wàn)t道渣；道渣的加工成本，按現(xiàn)有加工成本16元/t計(jì)算，23萬(wàn)t的加工費(fèi)用約為368萬(wàn)元人民幣。
(3)標(biāo)準(zhǔn)道渣的市場(chǎng)采購(gòu)價(jià)格，按市場(chǎng)中準(zhǔn)價(jià)計(jì)算，5～15mm碎石為56.96元/t，25～40mm碎石為53.42元/t，50～70mm碎石為58.12元/t，送到工地的平均價(jià)格為56元/t，則21萬(wàn)t道渣計(jì)為2270萬(wàn)元。
經(jīng)計(jì)算，在相同的條件下，對(duì)廢棄混凝土再生利用可減少投資1222萬(wàn)元。對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行再生循環(huán)利用，可減少建設(shè)投資，因而具有明顯的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
4.3環(huán)境分析
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展階段，基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，每年用于澆筑混凝土的骨料就達(dá)11～14億m3。而這些山體是不可再生的資源，它的消失對(duì)人類與環(huán)境是難以估計(jì)的損失。到目前為止由于過(guò)度開(kāi)采，造成許多因人為因素引起的自然災(zāi)害(洪水、水土流失、土地荒漠化、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等)，嚴(yán)重影響了我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

下一篇：各種常見(jiàn)選礦工藝過(guò)程及分選方法介紹
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