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上海寶馬展丨鴻益機(jī)械誠邀您蒞臨參觀E7.100
隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)展， 城市建設(shè)速度也在不斷加快， 然而建設(shè)過程中產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量逐年劇增， 當(dāng)前我們正面臨著垃圾包圍城市的嚴(yán)重局面。我國的建筑垃圾占到城市垃圾總量的30% ～ 40% ， 據(jù)數(shù)據(jù)顯示， 2011 年我國建筑垃圾現(xiàn)存量已超 20 億噸， 每年新產(chǎn)生建筑垃圾超過數(shù)億噸， 預(yù)計(jì)到 2020 年將達(dá)到 50 億噸左右。傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方式只是簡單的露天堆放或者就地掩埋， 由于建筑垃圾的數(shù)量龐大， 成分組成復(fù)雜， 簡單的處理方式不僅污染環(huán)境、占用寶貴土地， 而且大量堆放也會產(chǎn)生安全隱患。2015 年， 深圳光明新區(qū)“12·20”特大滑坡事故就是由于建筑垃圾大量堆放引起的 。建筑垃圾是一種寶貴的再生資源， 我國建筑垃圾現(xiàn)存量極大， 應(yīng)科學(xué)地將建筑垃圾進(jìn)行資源化利用， 提高其附加值， 完善資源配置。
目前， 實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的再生資源化利用， 成為備受關(guān)注的研究課題。一些研究人員利用建筑垃圾制備再生泡沫混凝土， 對其配合比和基本性能進(jìn)行了研究， 實(shí)現(xiàn)了建筑垃圾的再生資源化利用。劉富業(yè)利用建筑垃圾制作生態(tài)透水磚， 研究了生態(tài)透水磚的物理力學(xué)性能和使用功能。然而， 我國對建筑垃圾的資源化利用率相對較低， 僅僅是將建筑垃圾粉碎得到的粗集料用于再生混凝土和再生磚， 對于建筑垃圾再生微粉的再生利用研究相對較少。為實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的再生資源化， 本文以建筑垃圾粉碎細(xì)化得到的再生微粉料作為陶粒制備的原材料， 通過免燒成球工藝研制出一種綠色環(huán)保的免燒型陶粒， 并制備出一種吸聲性能良好的水泥基陶粒吸聲材料， 應(yīng)用于軌道交通噪聲治理， 為建筑垃圾再生利用探尋新的途徑。
1 試 驗(yàn)
1． 1 原材料
1) 建筑垃圾: 取自廣西科技大學(xué)附近某小區(qū)新拆除的框架結(jié)構(gòu)舊建筑物， 以廢棄混凝土碎塊為主，同時(shí)含有少量的燒結(jié)黏土磚和廢瓷磚碎片。采用顎
式破碎機(jī)破碎， 過 200 目方孔篩得到建筑垃圾再生微粉， 篩余量小于 5% 。建筑垃圾再生微粉的粒度分布和 XＲD 圖譜分析如圖 1、2 所示。由圖譜分析
可知， 再生微粉的主要成分是 SiO2 和 CaCO3。
2) 粉煤灰: 選用廣西柳州發(fā)電有限責(zé)任公司的Ⅰ級粉煤灰， 細(xì)度為 45 um， 篩余量為 11. 5% 。
3) 水泥: 本試驗(yàn)選用柳州魚峰水泥集團(tuán)生產(chǎn)的42.5 級普通硅酸鹽水泥。
4) 外加劑: 生石灰、石膏粉作為堿性激發(fā)劑， 固體硅酸鈉作為黏結(jié)劑。
5) 水: 普通自來水。
1． 2 陶粒制備工藝
1． 2． 1 制備工藝流程
建筑垃圾再生微粉制備免燒陶粒的工藝流程如圖 3 所示。
1． 2． 2 造粒機(jī)成球原理
陶粒制備采用鄭州實(shí)錦機(jī)械設(shè)備有限公司的ZL5-500 × 160 型圓盤造粒機(jī)， 調(diào)整造粒機(jī)圓盤傾角在 35°左右為宜。造粒機(jī)成球原理主要是依靠造粒機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供的機(jī)械外力和物料水化反應(yīng)產(chǎn)生的凝聚力來共同完成。首先， 混合物料在激發(fā)劑和水的作用下進(jìn)行水化反應(yīng)，產(chǎn)生具有粘結(jié)作用的凝膠體， 隨著造粒機(jī)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，在機(jī)械摩擦力的作用下粉料凝結(jié)成核。然后， 隨著水化反應(yīng)的繼續(xù)， 出現(xiàn)球狀顆粒，造粒進(jìn)入第二個(gè)階段， 即小球粒的長大階段。這個(gè)階段小球粒受到的機(jī)械力明顯增大， 隨著球粒的不斷長大出現(xiàn)分級現(xiàn)象，不同粒徑的球粒按照各自的軌跡在盤內(nèi)進(jìn)行不規(guī)則的螺旋線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)， 造粒進(jìn)入密實(shí)階段也稱作強(qiáng)度提高階段， 在機(jī)械離心力的作用下球粒運(yùn)動(dòng)速度很快，球粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)， 強(qiáng)度得到提高， 球粒外層不斷包裹粉料， 當(dāng)粒徑增大到目標(biāo)球粒的粒徑時(shí)便完成造粒。
1． 3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在確定建筑垃圾再生微粉制備陶粒的******物料配合比時(shí)， 以建筑垃圾、粉煤灰和水泥 3 種主要原材料為影響因素， 進(jìn)行 3 水平 3 因素正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 每組試驗(yàn)中生石灰用量為 15 g， 石膏粉為 30 g， 硅酸鈉為 5 g， 正交試驗(yàn)因素水平見表 1。
1． 4 性能測試
本試驗(yàn)制備的陶粒屬于輕集料范疇， 根據(jù)國標(biāo)《輕集料及其試驗(yàn)方法第 2 部分: 輕集料試驗(yàn)方法》( GB /T 17341． 2—2010) ， 對陶粒的筒壓強(qiáng)度、堆積密度和吸水率進(jìn)行測試。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
按照正交設(shè)計(jì)換算得到 9 組物料配合比試驗(yàn)方案， 以 28 d 筒壓強(qiáng)度和堆積密度為考查指標(biāo)進(jìn)行陶粒物料制備******配合比確定。
2． 1 正交試驗(yàn)結(jié)果
正交試驗(yàn)方案結(jié)果與極差分析見表 2、3。
1) 從表 3 極差計(jì)算結(jié)果可以看出， 水泥用量對陶粒的筒壓強(qiáng)度和堆積密度這兩個(gè)指標(biāo)影響******，而粉煤灰用量對陶粒的筒壓強(qiáng)度和堆積密度影響相
對較小。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是因?yàn)樗嘧鳛橐环N特殊的凝膠體， 其自身密度較大， 對陶粒的孔隙結(jié)構(gòu)以及密實(shí)度影響比較大， 因此水泥用量變化會對陶粒的筒壓強(qiáng)度和堆積密度的影響特別明顯。而建筑垃圾和粉煤灰兩者相比， 雖然同屬固體廢棄物范疇， 但是建筑垃圾的組成更加復(fù)雜， 且再生微粉的活性更低， 因而對陶粒的性能影響更加明顯。
2) 若是以筒壓強(qiáng)度較大值作為考查指標(biāo)來確定物料配合比， 此時(shí)物料的最優(yōu)水平組合方案為A3B2C3， 此方案在正交試驗(yàn)中并未出現(xiàn)， 但從此方案組合配合比中可以看出， 建筑垃圾的利用率較高，能夠達(dá)到 26. 3% ， 但是水泥的使用量占到物料配合比 21. 1% ， 水泥消耗量較大， 同時(shí)會增加陶粒的密度， 所以此方案不能作為最優(yōu)水平組合。若是以最小筒 壓 強(qiáng) 度 作 為 組 合 方 案， 此 時(shí) 的 組 合 方 案 為A2B3C1， 此方案是正交試驗(yàn)組 S-6， 建筑垃圾的利用率為 23. 5% ， 而 且 水 泥 的 消 耗 量 只 占 物 料 的11. 8% ， 此時(shí)陶粒的筒壓強(qiáng)度為 6. 6 MPa， 已經(jīng)達(dá)到了高強(qiáng)人造輕集料最低標(biāo)準(zhǔn)值 6. 5 MPa 。
3) 選取陶粒堆積密度的最小 k 值作為物料配合比確定依據(jù)， 此時(shí)所對應(yīng)的組合方案為 A2B3C1， 也是正交試驗(yàn)組 S-6， 此 時(shí) 陶 粒 的 堆 積 密 度 為 889kg·m － 3。從建筑垃圾的利用率以及水泥的消耗量來綜合考慮， 可以選擇 A2B3C1 為最優(yōu)配合比方案。
2． 2 陶?；疚锢硇阅?br style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;" />
通過正交試驗(yàn)得到制備陶粒物料的******配合比為: 建筑垃圾 100 g、粉煤灰 225 g、水泥 50 g、生石灰15 g、石膏 30 g、硅酸鈉 5 g。根據(jù)******配合比制備出粒徑為 1 ～ 8 mm 的陶粒， 陶粒樣品如圖 4 所示。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB /T 17341． 2—2010 對批量制備的陶粒進(jìn)行基本的物理性能測試， 測試結(jié)果見表 4。
由表 4 可以看出， 制備的陶粒密度等級為 900級， 筒壓強(qiáng)度為 7. 2 MPa， 基本物理性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn) GB /T 17341． 1—2010 中規(guī)定的高強(qiáng)人造輕集料技術(shù)指標(biāo)。
3 應(yīng)用研究
本文以建筑垃圾陶粒為骨料制成的多孔水泥基陶粒吸聲降噪材料， 其抗折強(qiáng)度為 2. 5 ～ 3. 3 MPa、抗壓強(qiáng)度為 10 ～ 12 MPa， 能夠滿足水泥基陶粒吸聲材料抗折強(qiáng)度大于 2 MPa、抗壓強(qiáng)度大于 8 MPa 的力學(xué)性能要求。經(jīng)過試驗(yàn)得到地鐵軌道交通吸聲降噪材料的配合比為: 粒徑范圍為 1 ～ 8 mm 陶粒為60% ～ 65% 、水泥為 30% ～ 35% 、水灰比為 0. 24 ～0. 28、外加劑為 0. 5% ～ 1. 5% 。將各材料組分進(jìn)行混合拌制， 制作出直徑為 96 mm， 高度分別為 100mm、120 mm、150 mm 的圓柱體吸聲試件， 如圖 5 所示。采用杭州愛華 AWA6128 型駐波管吸聲系數(shù)測試儀進(jìn)行材料吸聲系數(shù)測試， 測試儀如圖 6 所示。采用聲學(xué)駐波管法測試出陶粒吸聲材料的吸聲系數(shù)曲線， 如圖 7 所示 。
根據(jù)測試結(jié)果可以得到吸聲試件的平均吸聲系數(shù)都在 0. 55 以上， 具有較好的吸聲性能， 而 100 mm高度的試件在 630 Hz 的吸聲系數(shù)達(dá)到了 0. 92。由圖 7 中吸聲系數(shù)曲線可以看出， 3 種不同高度的吸聲曲線變化趨勢相近， 但是隨著試件高度的增加， 峰值吸聲系數(shù)有向低頻移動(dòng)的趨勢。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上， 廣西科技大學(xué)與柳州漢西鳴建材發(fā)展有限公司合作， 研制出鋪設(shè)于地鐵道床的陶粒混凝土吸聲板， 如圖 8 所示。并通過上海建筑科學(xué)研究院對吸聲板的降噪性能進(jìn)行了檢測，得到吸聲板的降噪系數(shù)( NＲC) 為 0. 8， 吸聲降噪性能達(dá)到了國家Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)， 具有理想的吸聲降噪效果。陶粒混凝土吸聲板在南寧地鐵 2 號線的應(yīng)用如圖 9所示。
4 結(jié) 論
1) 以建筑垃圾再生微粉料、粉煤灰和水泥為原料制備完全免燒型陶粒的******物料配合比為: m( 再生微粉) ∶ m( 粉煤灰) ∶ m( 水泥) ∶ m( 生石灰) ∶m( 石膏) ∶ m( 硅酸鈉) = 20∶ 45∶ 10∶ 3∶ 6∶ 1， 建筑垃圾的利用率能夠達(dá)到 23. 5% ， 能夠有效地實(shí)現(xiàn)建筑垃圾再生資源化利用。
2) 以******物料配合比試驗(yàn)方案制備得到的陶粒， 其 筒 壓 強(qiáng) 度 為 7. 2 MPa、堆 積 密 度 為 910kg·m － 3、表觀密度為 1 639 kg·m － 3、1 h 吸水率為17. 5% ， 能夠滿足 GB /T 17431． 1—2010 中規(guī)定的高強(qiáng)人造輕集料 900 級的技術(shù)要求。建筑垃圾陶粒制備工藝簡單、耗能低， 能變廢為寶， 可以進(jìn)行批量生產(chǎn)， 符合我國陶粒的發(fā)展方向。
3) 利用建筑垃圾免燒陶粒制備的水泥基吸聲材料， 平均吸聲系數(shù)為 0. 55， 630 Hz 處的峰值吸聲系數(shù)達(dá)到 0. 92， 應(yīng)用于地鐵噪聲治理的吸聲板降噪系數(shù)( NＲC) 達(dá)到了 0. 8， 是一種較為理想的吸聲降噪材料， 具有廣闊的工程應(yīng)前景。
