回收的水硬性複合材料及其製備方法與流程

2023-06-21 06:12:26

本發明涉及通過回收管理建築業的物料流。尤其是，本發明涉及一種回收建築和拆除廢物到複合建築材料的方法和通過該方法獲得的一種建築材料。
背景技術：
：現代社會的戰略目標是利用可持續的技術並最小限度地利用有限的資源，包括低能耗和作為重點領域的材料回收。在所有生產領域中，建築物和民用基礎設施正在消耗最大量的材料。混凝土是主要的建築材料，並且其生產消耗全球大量的天然礫石和砂資源用作骨料，和超過5％的所有使用的能源主要在波特蘭水泥的生產過程中被消耗。舊設施的建設和拆除產生了大量的廢料，這些廢料在當前主要都被浪費了。建築和拆除廢物的現行回收通常是在每個站點基於人工分揀出可用的材料。這需要大量的工作和時間，從而消耗高成本。這就是為什麼這些廢物的主要部分位於傾倒地點並且僅有一小部分被回收的原因。廢物具有負面的經濟和生態價值。只有少部分的原始廢料，例如，粉碎混凝土和瓷磚，鋼鐵等金屬被回收。目前，自動機械分揀方法已在多個國家得到應用，例如在德國和荷蘭。這種方法通常包括以下階段：·用錘式粉碎機或碎紙機打碎大塊的廢物和大顆粒；·通過洗滌清潔髒汙和汙染的顆粒；·用磁選機去除鐵磁顆粒；·通過空氣流、水力旋流器或離心基於密度分揀材料；·基於顆粒尺寸對分離的材料進行分級，並且如有必要，再次破碎大顆粒。自動機械廢物分揀方法例如在以下專利申請中被提出：CN102989747：「固體建築廢棄物加工處理系統」，JP2013086091：「破碎和分揀技術」以及CN102989747：「通過採用固體固化劑技術實現建築垃圾資源化處理的方法」。混凝土中廢物的使用已經在美國專利申請US8308863和US20120276310中進行了描述。專利申請US8308863公開了一種「低能量體現的混凝土混合物」和一種通過將各種消費後廢物、工業用後廢物、以及可再生、有機和可回收材料與波特蘭水泥或具有類似的水泥性質的材料混合以形成低能量體現的混凝土混合物的方法。主要材料是回收的混凝土、燃煤飛灰廢物、矽粉、工業後廢料、有機或無機纖維廢料。玻璃，磚，陶瓷，研磨的輪胎等廢品，以及原始骨料也可以包括在低能量體現的混凝土混合物中。專利申請US20120276310描述了一種「具有木質性質和超高強度的擠出纖維增強水泥產品，和製造該擠出纖維增強水泥產品的方法」，以及製造水泥複合材料的方法，包括：(1)通過首先形成纖維混合物來混合可擠出的水泥組合物，所述纖維混合物包含纖維、水和流變改性劑；然後加入水硬性水泥；(2)將可擠出的水泥組合物擠出成生坯擠出物，其中，所述生坯擠出物是形式穩定的且能夠保持基本上預定的橫截面形狀；(3)通過蒸發去除一部分水以降低密度並增加孔隙率；和(4)在大於65℃至小於99℃的溫度下加熱所述生坯擠出物；這種方法產生出適合用作木材替代品的水泥複合材料。特別是，通過使用更高的固化溫度用於製備水泥建築產品，所述建築產品相較於常規產品具有較低的堆積密度和較高的抗彎強度。木製樣建築產品可以像普通木材一樣被鋸切、釘住和擰緊。在WO02/34691，EP2647610，US2010/0242803和US2010/0058957中，描述了基於回收材料且用於建築物和建築行業的產品。技術實現要素：目前，建築和拆除廢物越來越多地被回收，然而相當大量的材料仍然被存放在垃圾堆放場。這導致資源的損失，增加了垃圾場的需要，並且造成了能源使用的損失。鑑於以上原因，提供一種增加材料量的方法將是有益的，所述材料可被回收用作可用的產品，以增加建築業環境的可持續性。在第一方面，本發明涉及一種回收建築和拆除廢料以作為可用的產品的方法，所述可用的產品由水硬性複合材料組成。本發明的一個實施例涉及用於回收建築和建築物廢料的集中處理。本發明的一個實施例提供了一種相較於常規建築模塊和由回收材料製成的建築材料具有低密度的產品。本發明的一個實施例提供了一種回用輕質部分的方法，所述輕質部分如拆除廢物的木材和絕緣材料。根據本發明的其它方面和本發明的實施例，本發明提供了一種用於製備以下物質的方法，例如：·用於環保設計的產品，例如，石頭，板材，臺階，塊和用於花園的牆壁；·圍欄和欄杆·建築地基基礎塊；·外牆板；·在交通領域的隔音屏障；·住房和餐館的露臺，以及·嘈雜的工業生產線大廳的隔音牆、地板和天花板。根據本發明的另一方面，本發明提供了一種水硬性複合材料，其性質可根據其預定用途而廣泛變化。根據本發明的另一方面，本發明提供了一種水硬性複合材料，其具有非常低的環境影響，並且可有效利用回收材料，並減少生產建築材料和產品所需的能量的量。本發明基於收集未到加工廠處理的建築和拆除廢料，其中，材料被分揀和分級，將所分揀和分級的材料中的至少一部分與水硬性粘合材料相混合，以使得混合物乾重的至少90％由回收材料組成，混合物乾重的最多10％由來自工業的原始材料組成，水硬性粘合材料的量是混合物乾重的20-30％，並且所述水硬性粘合材料包含75-100wt％的再生水硬性工業副產品和至少一種鹼性活化劑。根據本發明的一個實施例，來自建築和拆除廢料和碎片的惰性材料的量大於幹混合物質量的50wt％且大於幹混合物體積的60v％。根據本發明的一個實施例，來自建築和拆除廢料和碎片的惰性材料的量大於幹混合物體積的70v％。根據本發明的一個實施例，所述鹼性活化劑選自：—至多25％的水硬性粘合材料的乾重的波特蘭水泥，或者—至多5％的粘合材料的乾重的水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者—至多20％的粘合材料的乾重的回收木質素磺酸鹽。根據一個實施例，所述混合物的回收材料包含不同尺寸的顆粒和天然纖維(例如，木纖維)中的至少一種，並且例如絕緣材料的石頭或玻璃纖維，所有這些都來自建築或拆除廢物。根據一個實施例，用於所述混合物的一種或多種化學活性或惰性添加劑可選自：來自廢物燃燒發電廠的粉煤灰，來自造紙工業的廢高嶺土，來自鋁生產的二氧化矽副產物，以及廢紙。根據本發明的一個實施例，所述產品可包括加固物，優選自：玻璃纖維，芳族聚醯胺，碳纖維，鋼棒，纜繩或網，或者混合的棒或網。根據本發明的一個實施例，產品的硬化通過在硬化期間預熱組分和/或混合物到40-65℃的溫度進行加速。根據本發明的一個實施例，所述產品的密度為500-2000kg/m3。根據本發明的一個實施例，所述產品的密度為1300-1800kg/m3。本發明的實施例提供了根本的益處。首先，本發明提供了一種回收至少50％的廢料的有效方法，所述廢料來自建築業和拆除場地。目前，這些材料已經在現場被分揀。現場分揀需要大量的勞動力並且分揀結果並不好，這是由於材料可能被混合，導致需要在接收廠或拒絕分揀的負載裡進一步分揀。本發明提供了再回收率的提高以及用於材料使用的閉式循環，由於例如來自拆遷現場的所述材料可被回收作為建築材料。此外，本發明減少了能量和材料的使用，由於需要更少的原始材料。特別重要的是，根據本發明所述的產品可通過使用僅僅少量的波特蘭水泥而被製備。這是有益的，由於用於建築行業的大量能源正是製造波特蘭水泥所需的。這導致了二氧化碳排放的減少。本發明所述實施例的一個重要的特點是，它使得滿足涉及廢物材料的回收和沉積的日益增長的政府規則成為可能。由於廢物的燃燒已成為廢物管理中不太優選的解決方案，並且將任何有機材料放置在廢物堆中正在被禁止或越來越昂貴，因此，這是一個商業上重要的益處。本發明使得利用如木材等有機材料和如石頭或玻璃纖維等絕緣材料製造新的建築材料和產品成為可能。此外，通過使用這些材料，使得具有比常規回收產品更低的質量和密度的產品成為可能，所述常規回收產品由混凝土，磚，陶瓷以及其它礦物碎屑材料製成。所述產品的密度可通過改變或變更所使用的廢物部分的比例進行修改。例如，使用更多基於礦物的廢料會得到具有更高密度的複合材料，其中廢料的體積百分比低。本發明旨在使用高比例的回收材料。因此，也使用具有低密度的輕質廢料部分。這導致產品中廢物的體積份額高而複合產品的密度低。本發明的其它目的和特徵將從以下詳細描述並結合附圖進行考慮後變得易於理解。然而，應當理解的是，附圖僅用於說明的目的，而不是作為對本發明的限制。附圖說明圖1顯示了根據本發明所述的方法的一個實施例的框圖。具體實施方式定義：建築和拆除廢物被認為包含可以在建造期間或之後從該建築工地收集的或者來自建築物或其他大型構造物的拆除現場的所有物質，所述大型構造物例如為橋梁或其他大型人造結構。來自工業的原始材料被認為是為特定目的而具體生產出來被首次使用的任何材料。工業副產品是指來自原始材料的製造的材料，並且在原始材料或產品的製造過程中沒有進一步的使用。惰性材料是以這樣的程度不參與結合反應的材料：它們將需要實現複合產品的充分固化。本發明旨在提供增值和可持續的方法，用於回收大部分建築和拆除廢物以及工業副產品和廢物的組合。所述方法首先是從建築或拆除現場收集混合建築廢物到廢物處理廠。材料合適的部分隨後被用於生產低能回收複合材料和產品用於新建築，這個用途的重點領域是環境結構和建築物和結構的基礎。所述方法在下面的附圖中進行描述(圖1)。所述方法中的第一步為構建或拆除一個結構。建築物或其他大型構造的建設需要使用支撐結構，如鑄造模具，腳手架，包裝材料等。所有這些材料必須從現場移除，並被回收、焚燒或傾倒。類似地，拆除任何種類的大型構造，例如建築物、橋梁或煙囪，會產生大量的廢料，這些廢料必須根據政府法規處理。這些材料的分揀是相當昂貴的並且在現場操作困難。因此，廢物材料被收集並運輸到分揀站。在分揀站，根據材料和顆粒大小，材料被分揀和分級。為此，如篩分，通過壓縮空氣、浮選、磁力進行分離，或者使用機器視覺進行機器人處理等分揀方法可被使用。在下一步中，根據現有的配方或新配方，材料被選擇用於複合材料，可以基於目前手頭的材料的選擇來創建。為了從所獲得的廢物中生產出水硬性複合材料，需要水硬性粘合劑來將複合材料的組分粘合到一起。工業副產品可被用於此。這些包括高爐礦渣，用於水硬性反應的化學活化劑，廢物燃燒能源廠的灰燼等等。所述水硬性粘合劑材料可包括少量的原始工業產品作為反應物，如波特蘭水泥。工業副產品也可以用作水硬性複合材料產品中的添加劑。在已經選擇或開發了所需配方後，並且獲得了所需的材料後，該複合材料可被混合。乾物料的混合可以先完成；然後加入水，以完成水硬性粘合反應。或者，水和其他成分的混合可以同時完成。混合之後，將複合材料鑄造並壓實成最終產品。這個階段可以在分揀工廠完成，在特定的製造廠完成，或者在使用複合材料的現場完成。以上是一種可能的用於生產根據本發明所述的水硬性複合材料產品的製造工藝流程的一般性描述。在下文中，描述了更多的細節和替代方案。混合廢物的處理包括：將廢物機械分揀為不同的可用的和不可用的材料，破碎並選擇可用的材料分類，將它們分級成合適或所需的顆粒尺寸和纖維。材料的分揀和分級所需的步驟取決於原始廢物包括材料的什麼部分。例如，建築廢物通常可包括木質材料，而拆除廢物則可能主要是內含鋼作為加固物的混凝土。在廢物中發現的其他常見材料為可提供有價值的纖維的絕緣材料。回收的材料根據混合設計配方和混合方法被分出並混合，以生產水硬性複合材料。同樣地，水硬性粘合材料和添加劑可從工業副產品和廢物中獲得。收集未分類的廢物並在分揀現場對收集的廢物進行分揀和分級，使得回收大量的(超過50wt％)建築物拆除廢物至水硬性複合材料產品成為可能，所述水硬性複合材料產品具有相當低的強度和相當低的密度。顆粒尺寸的分布和廢物的體積特徵可被改進，並且對水硬性硬化過程有害的試劑的影響可以通過分揀和具體的處理方法來消除，所述具體的處理方法例如為廢物顆粒的聚集。聚集具有以下益處：較大的顆粒具有較少的灰塵，在混合中表現出改善的流動行為，以及減少的粘附傾向的特性。具有大顆粒的材料的儲存、處理和進料的風險較小，即使對於困難的材料。由回收材料製成的所述水硬性複合材料，是通過使用來自建築和拆除場地和工業副產品的回收材料的極高份額(90-100wt％)而獲得的。這提供了經濟附加值的生態效益。製成所述產品的混合物的材料可包括不同尺寸的顆粒和天然纖維(例如，木質纖維)，以及例如絕緣材料的石頭或玻璃纖維，所有這些都來自建築或拆除廢物。具有小於4mm的厚度和5-50mm的長度的木質纖維是可用的。天然纖維可以用適當的化學品浸漬，例如，用水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者例如用石灰漿礦化。以這種方式，纖維的結合，耐候性和耐火性可被改進。廢料的輕質部分在調整複合材料產品的密度方面發揮重要作用。實現這些輕質部分的有效利用是本發明的某些實施例的目標之一，所述輕質部分源自木材，其他有機材料，絕緣材料，如玻璃或石纖維或類似物。所使用的回收廢物在複合材料產品中用作惰性材料，並且不參與用於固化產品的結合反應。一些反應性可能是某些材料所固有的，但是，結合反應應該由水硬性結合材料發生。在另一方面，可以認為所使用的廢物部分在複合材料中充當填料，為產品提供所需的體積。所述水硬性粘合材料在此為高爐礦渣，例如，其由小份波特蘭水泥(粘合材料的10-25wt％)活化，或者由少量化學活化劑活化，例如，用小於粘合材料的質量的5wt％的水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者用小於粘合材料的質量的20wt％的木質素磺酸鹽，或者其它合適的鹼性活化劑。所述粘合材料的75-100％可以是研磨的高爐礦渣。上限由所使用的活化劑的量限定。如果所述活化劑的量很小，那麼爐渣的量實際上為所述粘合材料的100％，而所述活化劑被認為只是一種添加劑。來自廢物燃燒發電廠的作為化學活性或惰性添加劑的粉煤灰，來自造紙工業的廢高嶺土廢棄物，廢紙，以及來自鋁生產的二氧化矽副產物可被使用。為了提高複合材料質量的可加工性，化學增塑劑可被使用。廢物處理步驟可包括：將廢物機械分揀為不同的可用的和不可用的材料，破碎並選擇可用的材料分類，將它們分級成合適的顆粒等級和纖維。混合物的材料可以包括不同尺寸的顆粒和天然纖維(例如，木質纖維)，以及例如絕緣材料的石頭或玻璃纖維，所有這些都來自建築或拆除廢物。研磨的和分揀的廢物顆粒可被聚集並分級為均質和確定的顆粒尺寸等級，在混合所述複合混合物之前。這種回收的再循環材料的混合物根據混合設計配方被分離出來，以產生水硬性複合材料的指定替代品。如密度，壓縮和拉伸強度，延展性，吸聲性，以及通過鋸、鑽、釘硬化複合材料的易加工性等屬性，可以通過混合物設計被控制。回收的纖維可以用合適的化學品浸漬，例如用水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者例如用石灰漿礦化。另外，有可能通過在硬化期間預熱組分和混合物來加速硬化過程，優選在40-65℃溫度下預熱。為了獲得有吸引力的設計，硬化產品可以與著色混合物或用合適的顏料、塗覆劑或塗料塗覆或塗漆表面一起完成。所述產品的表面可以在鑄造期間紋理化，例如，通過模具的表面結構。用於獲得產品的合適的製造方法包含不同的鑄造和加工方法，例如，鑄造並用振動、傾倒、擠出、拉擠或噴塗的方式壓實。可在由這種水硬性複合材料製成的產品中使用的特定屬性為：·亮度：產品的密度可以在500-2000kg/m3之間變化，最優選地將密度設置在1300-1800kg/m3之間，由於此範圍提供合理的抗壓強度；·有效吸聲性；·模具中的低鑄造壓力；·在鋸切、鑽孔和釘入操作中硬化複合材料的易加工性；·延展性和高拉伸強度/抗壓強度比；這種複合材料特別適合使用於·環保建築產品，例如，石頭，板材，臺階，塊和用於花園的牆壁；·建築地基基礎塊；·在交通領域的隔音屏障·住房和餐館的露臺，以及·嘈雜的工業生產線大廳的隔音牆、地板和天花板。實施例表1複合材料的混合設計的實施例1混合設計的一些修改方式的測試的密度和強度值如表2所示。表2在28天日齡的實驗試樣的測試結果試樣活化劑密度，kg/m3抗壓強度，MPa1波特蘭水泥131911.92波特蘭水泥15369.23波特蘭水泥153611.94波特蘭水泥141611.05波特蘭水泥167512.56水玻璃+粉煤灰16409.67水玻璃+粉煤灰15708.288波特蘭水泥(+木質纖維)141612.39波特蘭水泥(+石纖維)141612.6從測試結果可以看出，當產品的密度高於1300kg/m3時，抗壓強度相當均勻，並且甚至輕微的密度提供良好的抗壓強度。出於實際目的，使用1300kg/m3作為密度的下限可能是合理的，以保證合理的抗壓強度。然而，如果需要更輕的重量，那麼，值得推薦測試產品的抗壓強度。波特蘭水泥似乎比水玻璃和粉煤灰提供了更好的抗壓強度。同樣地，增加密度似乎僅略微增加了抗壓強度，由此可合理地限制產品的密度低於1800kg/m3，如果壓縮強度對於預期的用途而言是足夠好的。添加木材或石頭纖維增加抗壓強度。由於這些材料可在建築和拆除廢物中大量獲得，測試結果是有希望的。以下表格是用於實施本發明的實施例，示出了組分部分的量和以質量和體積％表示的比例。如表格所示，惰性拆除廢料和碎屑的體積份額遠高於其質量份額。因此，複合材料的密度相對較低。表3複合材料的混合設計的實施例從實施例可以看出，惰性建築物或拆除碎片或廢料的體積份額比其質量份額高大約10-20％。這個比率取決於該廢料包含什麼種類的部分。建築物或拆除廢物包括混合材料，並且比礦物材料的純可回收物更輕，所述礦物材料的純可回收物從工業副產品或廢物中獲得。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp