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时间：2022-05-09 10:08:09 阅读量：0次 所属分类：科技论文
文章针对道路基层材料性能需求，归纳建筑废弃物再生加工工艺流程，探究加工过程中出现的问题，分析再生材料中轻质杂质含量高和粉尘含量高的具体原因，并提出相应改进建议。
摘要：文章针对道路基层材料性能需求，归纳建筑废弃物再生加工工艺流程，探究加工过程中出现的问题，分析再生材料中轻质杂质含量高和粉尘含量高的具体原因，并提出相应改进建议。
关键词：道路工程；基层材料；建筑废弃物；再生工艺；改进建议
近年来，随着我国城市化进程的加快，建筑废弃物的产量和存量与日俱增。我国每年建筑废弃物产量达 30 亿吨，俨然已成为世界建筑垃圾排放最多的国家[1]。目前，建筑废弃物的处理主要是露天堆放或者填埋，不仅占用大量土地资源，还污染周围环境[2]；道路工程需要大量的集料，建筑废弃物再生材料应用于路堤填筑缺乏价格优势，但应用于基层有一定的经济性，可促进整个建筑废弃物再生产业的良性运作[3-7]。
道路基层对集料性能有压碎值、粉尘含量等要求，因此要求建筑废弃物再生材料性能优良。常规建筑废弃物再生过程包括去除杂质、破碎、筛分等环节，使用设备主要为进口设备或者天然石料生产设备；由于缺乏统一标准，在生产过程中存在各式各样的问题，导致加工效率慢，再生材料质量差。因此，对建筑废弃物再生工艺进行梳理，分析各工艺环节中出现的问题，提出相应的改进措施，有利于建筑废弃物再生加工的提质增效。
欧美最先开始研制建筑废弃物再生加工设备，设备和配套设施已经比较成熟，德国、日本等国家建筑废弃物的循环再生利用率已经达到 90%以上[8，9]；德国已经掌握整套的建筑废弃物再生工艺，形成完善的建筑废物再生产业链，拥有两千余座建筑废弃物再生处理厂，且拥有世界上单体规模最大的处理厂，产量可达 1 200 t/h。国内对建筑废弃物的再生加工起步较晚，进入 21 世纪才逐步建立建筑废弃物的再生处理厂，且依赖进口设备，近年来逐渐出现了诸如郑州一帆等品牌的国产设备[10]。
建筑废弃物再生处理设备主要分为固定式和移动式两种，如图1 和图2 所示。固定式设备生产成本较低、生产速度较快，适合建立固定建筑废弃物处理工厂， 对建筑废弃物统一回收再生处理；移动式设备可灵活移动、配套设施简单、占地较小，适合公路工程应用现场加工。但无论是固定式设备，还是移动式设备，均可以满足公路工程基层用料的要求。
图 1 固定式建筑废弃物加工设备
图 2 移动式建筑废弃物加工设备
国产设备和进口设备整体工艺流程基本相同，与天然石料生产线类似，主要环节是破碎环节和筛分环节，但建筑废弃物组分复杂，含有钢筋等杂质，因此， 较天然石料生产增加风选和磁选等除杂环节，具体再生工艺流程如图 3 所示。
1.1预处理
建筑废弃物组分复杂，且加工设备进料口有最大粒径限制，常规进料尺寸限制，因此，需要在进入处理设备的喂料口前，需进行挑除大块杂质、破碎减小原料粒径等预处理工序。预处理主要包括初碎环节和人工挑选环节，初碎使用冲击破碎锤对诸如楼板、梁柱等大块废弃物破碎，以使其可以通过进料口；人工挑选是通过人工挑选去除大块木材、钢筋、塑料、泡沫等杂物，提高再生材料的质量。
1.2破碎与筛分
破碎与筛分是整个建筑废弃物再生加工流程的最主要环节，直接影响再生材料的质量。采用振动给料机可以有效避免破碎机收料口的堵塞，目前常用的振动给料机类型主要有 ZSW 系列振动给料机、GZT 系列振动给料机、GZG 系列自同步惯性振动给料机。
ZSW 系列振动给料特点如下：①直线运动轨迹，振动平稳；②特殊栅条设备，可防止物料堵塞；③栅条间隙可调。GZT 系列振动给料特点如下：①结构简单，运行可靠，调节安装方便；②振动电机作为激振源，耗电量小，噪音低，调节性能好，无冲料现象；③养护维修方便；④棒条筛面具有预筛分功能。
GZG 系列自同步惯性振动给料机特点如下：①体积小、重量轻、结构简单紧凑；②耗电小，功率因数高，安装、维修方便，运行费用低；③在远超共振状态下工作，因而振幅稳定，运行可靠，对各种物料适应性较强；④加配电机调速器后不需调整偏心块即可方便地无级调节给料量。
破碎过程是将混凝土块、砖块、石材等材料通过破碎设备减小其颗粒尺寸， 增大形状的均匀度，设备主要有颚式破碎机和反击式破碎机两大类。
颚式破碎机有以下特点：①破碎比大，产品粒度均匀；②结构简单，工作可靠性高，后期运维费用较低。
反击式破碎机特点如下：①成品粒形状好，无张力和裂缝；②设备可调节范围大，破碎规格更多样；③板锤等部件易磨损，后期费用较大。
筛分环节是保证最终再生材料质量的重要一步，将不同孔径规格筛网组装成套筛，通过控制筛孔孔径，将再生材料根据用途不同而分为不同粒径规格，一般筛分为四个不同粒径的料堆。筛分常用设备是振动筛，包括直线振动筛和圆振动筛两种类型。
直线振动筛特点如下：①采用块偏心作为激振力，激振力强；②筛子横梁与筛箱采用高强度螺栓联结，无焊接；③筛机结构简单，维修方便快捷；④采用轮胎联轴器，柔性联接，运转平稳；⑤筛分效率高、处理量大、寿命长。
圆振动筛特点如下：①采用块偏心作为激振力，激振力强；②由于筛箱振动强烈，减少了物料堵塞筛孔的现象，使筛子具有较高的筛分效率和生产率；③构造简单，拆换筛面方便；④电耗低，噪音小；⑤筛子横梁与筛箱采用高强度螺栓联接，无焊接；⑥采用轮胎联轴器，柔性连接，运转平稳。
1.3去除杂质
建筑废弃物中含有木材、塑料、编织品等轻质杂质和钢筋等铁质杂质，这些杂质的存在严重影响再生材料的质量和性能，因此，有必要通过除杂环节提高再生材料的洁净度，进而提高再生材料的产品附加值。
对于轻质杂质，由于质量较轻，可通过风力将杂质与再生集料区分开。风选工序常用的设备有卧式风力分选机和立式风力分选机，除杂效果较好，成本较高； 对资金有限，同时对再生材料性能要求较低时，也可以使用风机将轻质杂物吹至收集处，作为简易风力筛选设备，如图 4 所示为风选环节。
图 4 风力去除轻质杂质
图 5 磁力去除铁质杂质
对铁质杂质，根据其磁吸特性，一般通过磁选可将其去除。磁选设备根据磁铁种类不同，可分为电磁除铁和永磁除铁两大类，如图 5 所示为磁选环节。
电磁除铁特点如下：①透磁深度大，吸力强，除铁率可达 95%以上；②适应恶劣环境工作，具备防尘、防雨、耐腐蚀性能；③可长时间持续工作，运维成本低。
永磁除铁特点如下：①无需电能激励，节能效果突出；②体积小，易于设备移动；③操作简便，故障率低。
以天津地区建筑废弃物再生处理厂为例，调研生产过程的实际情况，发掘生产过程中存在的问题，分析产生的原因以提出改进建议，提高建筑废弃物再生材料的性能，进而满足公路工程基层对材料的性能要求。调研发现，实际生产过程中主要存在两方面的问题：再生集料中轻质杂质含量较大和粉尘含量较大，而基层用料对粉尘含量有明确的要求，因此，杂质和粉尘会极大影响再生材料在基层的推广应用，下文就这两方面进行分析。
2.1轻质杂质含量较大分析及改进建议
再生材料中含有轻质杂质，包括木屑、塑料等，影响再生材料使用时整体强度的形成，对材料性能影响较大；并且规范对再生材料中杂质含量有明确要求（杂质含量<0.1%）。
通过对加工厂情况细致走访和调研，发现加工设备均具有去除轻质杂质的风选环节，但导致最终再生材料中仍含有少量杂质的原因是风选除杂会产生大量浮尘，对周围环境造成不良影响，因此，囿于环保的要求，风选环节使用的风力较小，最终出现再生材料中轻质杂质含量较高的现象。
各行各业都需要积极响应国家“绿水青山就是金山银山”的发展理念，但是风选环节要达到预期的效果需要使用更大的风力，进而会产生浮尘。因此，既要满足环保要求，又要达到生产效果，只有提高降尘效果。在调研的再生材料加工厂中，只有生产设备上方设置顶棚，顶棚四周采用喷水降尘，耗水量不小，效果却有限。在建筑废弃物再生加工过程中，主要产生的是 PM10 以上大颗粒物；而煤矿工程、隧道施工中为降低大颗粒粉尘污染均采用水幕除尘，效果良好。因此， 将水幕除尘应用于建筑废弃物再生加工，在顶棚四周布置除尘水幕，与顶棚配合形成封闭空间，避免粉尘外散。
加工厂位于自然风较大区域时，通过水幕加压固然可以达到预期效果，但耗水量增加较多；此时可以采用水选法与水循环系统配合使用，既达到去除轻质杂质效果，又节约水资源，但需要投资较大，适用于大中型加工厂。
2.2粉尘含量较大分析及改进建议
在对加工后的再生材料进行现场调研时，发现再生材料的粉尘含量较大。建筑废弃物加工过程中，粘土砖、砂浆、砌块等材料会产生大量的粒径较小的粉末， 吸附在加工后的材料表面；而破碎后的再生材料经过筛分后便直接用于工程，导致材料由于粉尘含量高只能用于较低层位，不能完全发挥材料性能。因此，有必要增加再生材料除尘环节。
通过水洗工序可以有效去除再生材料表面粉尘，同时可以去除再生集料中轻质杂质，因此，场地条件允许时，可以将去除轻质杂质和去除粉尘两个工序合二为一，共用水洗设备和水循环设备，提升再生材料质量的同时降低投资。
本文系统分析了建筑废弃物常用的再生工艺流程，针对再生加工过程中出现的轻质杂质去除不彻底、再生集料粉尘含量较高等问题，深入探究其原因，提出水幕法降尘或水选法除尘除杂等措施，降低再生加工过程对环境的影响，有效提高建筑废弃物再生材料质量，可以在公路工程中应用于更高层位结构，提高再生材料的附加值，促进再生材料的广泛应用和再生材料产业的良性循环。
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作者：杜腾飞，胡海学，马风杰，冀丽娟，邓立洋
