众所周知,固体物料在外力的作用下之所以破碎,是因为固体物料在受到外界压力时产生压力变形,形成内部应力集中。当应力达到物料颗粒在其弱轴向的极限破坏应力时,物料颗粒会在此处首先发生破裂。而物料颗粒内应力的形成与终破裂不仅与外力的大小有关,同时也与外力作用时间的长短有着密切的关系。层压理论的基本观点是物料在每个移动循环中使相邻颗粒相对改变其方位,结果相互作用力的矢量也不断改变。由此达到被破碎物料的负载方向改变的目的,同时造成强制性自磨的条件。导致结构缺陷少的坚硬的颗粒可破碎相邻那些粒子间键力弱的颗粒,在等硬度颗粒中剪切力与位错滑动力相重合的颗粒被破碎。在废弃混凝土专用破碎机的设计和改进中,可以运用层压破碎的理念,充分利用骨料与砂浆以及骨料原有微观裂缝区域的联接相对于骨料本身是弱键联接的特点,适当控制挤压、碾磨压力(偏心距)、骨料颗粒间相对自磨速度(动颚频率、转子旋转频率)和挤压碾磨次数和时间长短(出料粒径),终完全可以生产出高品质再生骨料。以上分析可见,再生骨料的生产工艺流程中,破碎设备的选择是影响再生骨料回收质量的关键,而采用颚式破碎机和碾磨破碎机时,两级破碎设备的出口粒径、动颚频率、转子旋转频率、转子偏心距等又是设备的关键技术参数。
技术参数改进的具体措施一级破碎颚式破碎机的出料口径大小、动颚工作频率高低都会对再生骨料质量和再生过程的生产能力有很大的影响,表现在以下两个方面:①再生骨料的质量:再生骨料粒径一般要求为5~40mm,粒径5~20mm的骨料含量在50%左右。通过一级破碎,既要保证一定的粒径,又不能使骨料过碎,同时尽可能减少原混凝土中骨料的二次破坏,以及骨料表面微裂纹的数量。减小出料口径、动颚工作频率过高或过低都会因挤压次数太多或挤压时间过长对原有骨料造成二次破坏。②再生生产能力:出料口径的大小、动颚工作频率高低均会影响生产能力,主要原因是这些参数的变化直接影响到物料在破碎通道中滞留时间的长短。所以,对一级破碎工作性能的评价和验证指标是:①对原骨料的破坏率;②生产能力;③单位耗能量。
二级碾磨破碎机的转子偏角大小和工作频率高低同样会对再生骨料质量和再生生产能力造成很大的影响,表现在:①再生骨料的质量:通过一级破碎后,二级碾磨破碎的主要目的在于既要保证一定粒径、表面洁净的骨料,又要减少骨料表面微裂纹以及过碎骨料的数量,而转子偏角的大小对再生骨料的粒径、二次破坏率、表面微裂纹的数量和表面洁净程度的影响很大。转子偏角过大,会造成对骨料的强烈挤压,造成骨料过碎,而偏角太小又不能形成骨料间应有挤压、摩擦力。②再生生产能力:减小出料口径和转子工作频率都会很大幅度地降低生产能力,同时还会造成其它负面影响,如发生塞车导致电机损坏等,而转子频率过高会增加骨料破坏率。另外需要说明是,在改变转子偏角大小时会使设备出料口径发生变化,但可以通过调整定子高度予以消除。可见,对二级碾磨破碎工作性能的评价和验证指标可采用:①再生骨料粒径合格率;②骨料表面的洁净程度;③生产能力;④单位耗能量。
结果分析再生骨料是影响再生混凝土性能的主要因素之一,再生混凝土抗压强度降低的成因,一般认为是再生骨料相对于天然骨料的特性差异:①再生骨料孔隙率高。②亲水性强,而且表面有许多微裂纹。③再生骨料在解体、破碎过程中有损伤积累。之所以形成这些差异,可归结于再生骨料表面黏附着大量的水泥砂浆、杂质较多,以及再生过程中的二次破坏造成微裂纹和其它损伤累积。而对破碎设备相应技术参数进行适当改进,能使再生骨料的这些缺陷得到控制。以上的对比试验分析可以说明,出口粒径、动颚频率、转子旋转频率、转子偏角(偏心距)等是破碎工艺设备的关键技术参数。只要这些参数设计得合理,完全可以获得符合结构混凝土要求的高质量再生骨料。
现有破碎工艺分析资料显示,国外所采用的破碎工艺基本上是将废弃混凝土首先去除金属、玻璃及木材等杂质,然后进行两次破碎和筛分,在筛分过程中进一步去除杂质,终获得各种粒径的再生骨料。国内工艺技术在借鉴国外的基础上加以了改进。如:采用了夹式破碎机对大块的卵砾石进行预破碎及油压式履带型碎石机对废弃混凝土块进行破碎处理,采用风力分级设备对骨料进行分级处理,采用填充型加热装置以提高再生骨料的品质等等。由此可见,目前国内外的废弃混凝土再生骨料过程和天然碎石骨料的制造过程相似,仅仅把不同的破碎天然石料的破碎、筛分、输送等设备尽可能合理地组合在一起,以及在适当环节上设置人工或机械设备去除杂质。如此处理,工艺安排上存在以下不足:①处理对象的变化导致对设备技术要求不同,而现有工艺没有充分考虑。②再生混凝土能否大量生产、广泛运用的关键因素之一是再生骨料的质量,即与天然骨料特性上的差异,如何通过工艺手段尽可能减小这些差异,未作深入讨论。③现有工艺没有对破碎设备进行技术改造或采用专用破碎设备来提高再生骨料质量和回收利用率,经济性不好。可见,经济合理的再生骨料制备工艺以及相应生产设备等技术没有得到彻底解决。因此,对工艺和设备的研究显得非常重要。
