Способ разделения различных составляющих бетона демонтажа
Изобретение относится к области вторичного использования бетона при демонтаже сооружения. Способ состоит в разделении на различные составляющие мелкой фракции, полученной при предшествующем разделении бетона демонтажа, для вторичного использования указанных составляющих в производстве нового цемента и/или бетона. Мелкая фракция содержит песок и по меньшей мере 30 мас. % гидратированного цементного теста и называется ниже сырьевым материалом. Способ реализуют в установке, содержащей систему (3) истирания и систему (4) разделения. Способ (1) состоит в подаче (Е1) в систему сырьевого материала для его дробления, истирании (Е2) сырьевого материала, разделении (Е4) дроблёного сырьевого материала в системе (3) истирания посредством отверстия системы (4) разделения с отсечкой размером от 50 до 300 мкм таким образом, что получают песчаную фракцию с содержанием гидратированного цементного теста в количестве менее или равном 25 мас. % и более или равном 5 мас. % и фракцию гидратированного цементного теста с содержанием гидратированного цементного теста в количестве более или равном 40 мас. % и менее или равном 95 мас. %. Обеспечивается переработка почти всей мелкой фракции с целью включения ее большего количества в цементное сырье и/или в бетоны. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу разделения различных составляющих мелкой фракции, полученной в результате предыдущего способа разделения бетона при демонтаже. В частности, изобретение касается вторичного использования бетона при демонтаже сооружения.
Уровень техники
Цементный бетон находит широкое применение при создании объектов строительства и инфраструктуры, т.е., например, зданий, дорог и инженерных сооружений.
Традиционно цементный бетон после своей сушки состоит преимущественно из:
• около 50 % мелкого гравия,
• около 30 % песка (в гранулометрическом смысле термина),
• около 20 % цементного теста, гидратированного во время реакции схватывания бетона.
Цемент – это гидравлическое вяжущее, произведённое на основе портландцементного клинкера.
Производство цементного бетона предполагает использование природных ресурсов, а именно минеральных ресурсов, для получения заполнителя, содержащего мелкий гравий и песок. Следовательно, воздействие на окружающую среду не является незначительным, в частности, вследствие эксплуатации природных, не возобновляемых ресурсов, а также вследствие загрязнений и вреда, причиняемых доставкой этих ресурсов с места их добычи до площадки, где они применяются для изготовления бетона. Такая эксплуатация влияет на окружающую среду, вырабатывая в общественном мнении отрицательное отношение.
Поскольку устойчивое развитие является стратегической целью, то разные страны уже одобрили, и даже обязывают вторично применять бетон после демонтажа в новых объектах для создания его кругооборота.
Для лучшего вторичного использования разных компонентов бетона после демонтажа важно надлежащим образом разделить бетон на различные составляющие. Следовательно необходимо обработать бетон после демонтажа для получения мелкого гравия, песка и гидратированного цементного теста.
Первая операция по разделению состоит в дроблении бетона демонтажа для получения гравия, с одной стороны, и мелкой фракции, с другой стороны. Гравий имеет минимальный диаметр около от 2 до 6 мм и максимальный до около 30 мм. Полученный при этом вторичный гравий складируется, и он готов для использования при приготовлении нового бетона. Мелкая фракция содержит частицы строительного раствора, являющегося неоднородной смесью из песка и гидратированного цементного теста, диаметр которых составляет менее 6 мм.
Мелкая фракция может применяться непосредственно в качестве компонента при производстве нового бетона вместо песка.
Применение такой мелкой фракции в качестве песка имеет несколько недостатков.
Один из них состоит в том, что невозможно применять эту мелкую фракцию вместо песка в больших количествах, так как в ней содержится значительная доля гидратированного цементного теста, обладающего механическими и физико-химическими свойствами, отличающимися от свойств песка, в частности, с точки зрения механической прочности и пористости.
Действительно, значительная пористость гидратированного цементного теста, содержащегося в мелкой фракции, делает более сложной и рискованной дозировку воды вводимой в смесь нового бетона, в ущерб качества нового бетона. Для снижения вредных эффектов такой рискованной дозировки необходимо добавлять, кроме того, в больших количествах цемент и присадки, что удорожает производство и очевидно воздействует на окружающую среду.
Другой недостаток проявляется в том, что трудно точно знать количество песка и гидратированного цементного теста в такой мелкой фракции, так что производители бетона естественно стараются минимизировать количество мелкой фракции, заменяющей песок для того, чтобы исключить снижение рабочих показателей бетона.
Как альтернатива мелкая фракция может добавляться в качестве компонента сырьевой цементной смеси для производства нового цементного клинкера взамен природных, обычно применяемых материалов, таких, как известняк и глина. Однако применение мелкой фракции в виде компонента сырьевой цементной смеси наталкивается на трудность знания количества этой мелкодисперсной фракции в сырьевой цементной смеси. Действительно, это количество существенно минимизировано ввиду присутствия кремнезёма в мелкой фракции, нежелательного в значительном количестве в сырьевой цементной смеси. Применение большего количества мелкой фракции в сырьевых цементных смесях обеспечило бы множество преимуществ.
Ниже мелкая фракция, образующаяся при первой операции разделения, называется сырьевым материалом.
Изобретение направлено на то, чтобы предложить решение по меньшей мере одного из вышеупомянутых недостатков. В частности, изобретение направлено на переработку почти всей мелкой фракции с целью включения ее большего количества в цементное сырье и/или в бетоны.
Краткое описание изобретения
Для этого прежде всего предложен способ разделения на различные составляющие мелкой фракции, полученной при предшествующем разделении бетона демонтажа, который позволяет повторно использовать эти различные составляющие в производстве нового цемента и/или нового бетона, причём мелкая фракция содержит песок и по меньшей мере 30 мас. % гидратированного цементного теста, при этом мелкая фракция ниже называется сырьевым материалом, причем способ реализуют в установке, содержащей:
- систему истирания и
- систему разделения,
при этом способ включает в себя:
- подачу в систему сырьевого материала для его дробления,
- истирание сырьевого материала,
- разделение дроблёного сырьевого материала в системе (3) истирания на песчаную фракцию, содержащую гидратированное цементное тесто в количестве менее или равном 25 % и более или равном 5 мас. % и на фракцию гидратированного цементного теста, содержащего указанное тесто в количестве более или равном 40 % и менее или равном 95 мас. %.
Разделение сырьевого материала на песчаную фракцию и фракцию гидратированного цементного теста в приведённых выше количествах обладает несколькими преимуществами.
В целях вторичного использования песчаной фракции в качестве песка для цементного бетона следует получить песчаную фракцию:
• имеющую гранулометрический состав, пригодный для такого вторичного использования, т.е. размер зёрен которой превышает заданный размер,
• содержащую по возможности минимальное количество гидратированного цементного теста, поскольку вследствие своей пористости оно может нарушить контроль за рецептом нового бетона.
Что касается фракции гидратированного цементного теста, используемого в качестве компонента сырьевой цементной смеси для получения нового цементного клинкера, то предпочтительно, чтобы она была по возможности максимально чистой с тем, чтобы её химический состав наиболее приближался к составу цементного клинкера.
Полная чистота, т.е. фракция гидратированного цементного теста, не содержащая песок, в промышленном масштабе нереалистична вследствие сложности и сопряжённых с этим затрат.
Заявителем было установлено, что песчаная фракция с содержанием гидратированного цементного теста и фракция гидратированного цементного теста с содержанием песка в приведённых выше количествах, согласно изобретению, позволяют эффективно добавлять большее количество песчаной фракции в новый бетон и большее количество фракции гидратированного цементного теста в сырьевую цементную смесь. Следствием этого явилось повышение степени вторичного использования бетона демонтажа при снижении воздействия на окружающую среду процесса производства цемента (уменьшение выбросов СО2 в результате введения декарбонизированной извести, снижающей применение известняка в сырьевой цементной смеси и, следовательно, минимизирующей удаление углекислоты и расход топлива) и бетона (уменьшение потребления природных ресурсов песка).
Вместе с тем подчёркивается, что заявителем установлено, что при соблюдении указанных количеств песчаная фракция и фракция гидратированного цементного теста могут применяться в качестве песка в производстве бетона и в качестве компонента сырьевой цементной смеси для производства клинкера, соответственно, при полной безопасности и в значительных количествах.
Разные дополнительные признаки могут быть предусмотрены по отдельности или в сочетании:
- сырьевой материал, поступающий в систему истирания, имеет крупность менее 6 мм,
- разделение производят посредством отверстий разделительной системы с отсечкой, составляющей от 50 до 300 мкм,
- разделение производят посредством отверстий разделительной системы с отсечкой, составляющей от 80 до 200 мкм,
- истирание производят посредством системы истирания, содержащей мелющие тела типа шаров или цильпебсов,
- истирание производят посредством системы истирания, содержащей, по существу, цилиндрическую камеру длиной L и диаметром d, в которой отношение L/d составляет от 1 до 5,
- истирание производят посредством системы истирания, шары или цильпебсы которой имеют диаметр от 5 до 20 мм,
- скорость вращения системы истирания составляет от 60 до 85 % от критической скорости, соответствующей скорости центрифугирования шаров,
- скорость подачи газа в систему истирания составляет от 0,5 до 3 м/с.
Краткое описание фигур
Другие признаки и преимущества изобретения станут понятны при чтении приводимого ниже подробного описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показано:
фиг. 1 – схематическое изображение способа согласно изобретению,
фиг. 2 – схематическое изображение установки согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показан способ 1 разделения на различные составляющие мелкой фракции, образованной при предшествующем разделении бетона демонтажа. Способ 1 реализуется на установке 1, изображённой на фиг. 2. Ниже мелкая фракция называется сырьевым материалом.
Установка 2 содержит систему 3 истирания и систему 4 разделения. Система 3 истирания представляет собой дробилку с шарами или цильпебсами. Шары являются мелющими, по существу сферическими телами. Цильпебсы – это мелющие, преимущественно цилиндрические тела, иногда усечённой формы или в виде бочонка.
Дробилка 3 снабжается сырьевым материалом через входное отверстие 5 на этапе Е1 подачи. В дробилке 3 сырьевой материал измельчается во время этапа Е2 истирания. Сырьевой материал содержит по меньшей мере 30 мас. % гидратированного цементного теста. Как правило, сырьевой материал содержит от 35 до 50 мас. % гидратированного цементного теста. Гидратированное цементное тесто является продуктом химической реакции между цементом и водой, смешанных в исходном бетоне. Сырьевой материал имеет крупность менее 6 мм.
В дробилке 3 при истирании происходит высвобождение песчинок из матрицы гидратированного цементного теста, а также измельчение этого теста в тонкий порошок.
На этапе Е3 газовый поток, преимущественно воздушный, подаётся внутрь дробилки 3 через отверстие 14 для входа газа. Этот газовый поток увлекает наиболее мелкую часть материала в направлении к системе 4 разделения. Другая часть, а именно состоящая из наиболее крупных зёрен, выводится через выпускное отверстие 6, расположенное в конце 7 дробилки 3. В качестве варианта, не показанного на фиг., всё количество или только часть материала, поступающего из выпускного отверстия 6, может передаваться посредством перемещения в направлении к системе 4 разделения для извлечения из него гидратированного цементного теста. В более общем виде передача материала может производиться любым средством перемещения.
На этапе Е4 разделения всё количество или часть измельчённого сырьевого материала разделяется в системе 4 разделения таким образом, что песчаная фракция отводится через выходное отверстие 8 для песка, а фракция гидратированного цементного теста отводится газовым потоком через выпускное отверстие 9.
Установка 2 содержит фильтр 10 и дымовую трубу 11. Газовый поток, перемещающий гидратированное цементное тесто, проходит через фильтр 10 и отводится через трубу 11. Фракция гидратированного цементного теста отбирается через выходное отверстие 12.
Предпочтительно песчаная фракция содержит гидратированное цементное тесто в количестве менее или равном 25 мас.% и более или равном 5 мас. %, фракция гидратированного цементного теста содержит указанное тесто в количестве более или равном 40 мас.% и менее или равном 95 мас. %.
Вторичное использование песчаной фракции с таким содержанием гидратированного цементного теста позволяет снизить потребление природных ресурсов при производстве бетона. Действительно эта песчаная фракция может применяться в больших количествах взамен природного песка.
Вторичное использование фракции гидратированного цементного теста с таким содержанием песка позволяет уменьшить потребление природных ресурсов и обеспечивает, в частности, декарбонизированной известью, в результате чего снижается применение известняка в сырьевой цементной смеси и, следовательно, количество выбрасываемого СО2 при декарбонизации этого известняка, а также расход соответствующего топлива. Действительно, такая фракция гидратированного цементного теста может применяться в больших количествах в сырьевой цементной смеси.
Дробилка 3 содержит камеру 13, по существу, цилиндрической формы с преимущественно горизонтальной осью вращения, в которой помещены шары или цильпебсы (не показаны). Истирание происходит в результате вращения цилиндрической камеры 13. Камера 13 имеет длину L и диаметр d при соотношении L/d от 1 до 5. Такая камера 13 позволяет обеспечить длительность пребывания, необходимую и достаточную для истирания материала без избыточного измельчения песчинок.
Шары или цильпебсы имеют диаметр от 5 до 20 мм и выполнены из стали. Размер шаров или цильпебсов выбран таким, чтобы можно было подвести энергию как раз в необходимом количестве, т.е. ни избыточную и ни недостаточную, к шарам или цильпебсам для измельчения материала без разрушения структуры песчинок и при ограничении силы соударения шаров или цильпебсов с сырьевым материалом.
Скорость вращения камеры 13 предпочтительно составляет от 60 до 85 % от критической скорости. Критической скоростью считается минимальная скорость центрифугирования шаров или цильпебсов. Эта скорость вращения позволяет подвести энергию, которая является как раз необходимой для шаров или цильпебсов для измельчения материала без разрушения структуры песчинок.
Газовый поток движется в дробилке 3 со скоростью от 0,5 до 3 метров в секунду. Такая скорость движения газа позволяет выводить из дробилки 3 наиболее мелкую фракцию материала, исключая при этом забивку дробилки 3 материалом и, следовательно, сохраняя производительность дробилки.
Система 4 разделения представляет собой гранулометрический сепаратор. Предпочтительно отверстие отсечки гранулометрического сепаратора 4 составляет от 50 до 300 мкм. Такое отверстие позволяет получать песчаную фракцию и фракцию гидратированного цементного теста, содержащие соответственно упомянутые выше количества гидратированного цементного теста и песка.
Также могут применяться и другие отверстия отсечки.
В качестве примера, отверстие отсечки размером от 50 до 120 мкм позволяет повысить качество гидратированного цементного теста в ущерб его количеству и качеству песчаной фракции.
Отверстие отсечки размером от 120 до 300 мкм позволяет повысить качество песчаной фракции в ущерб её количеству и качеству гидратированного цементного теста.
Согласно предпочтительному варианту выполнения отверстие отсечки составляет от 80 до 200 мкм, что позволяет достичь наибольший компромисс между качеством и количеством каждой вторично используемой фракции.
1. Способ разделения на различные составляющие мелкой фракции, полученной при предшествующем разделении бетона демонтажа, для вторичного использования указанных составляющих в производстве нового цемента и/или бетона, причём мелкая фракция содержит песок и по меньшей мере 30 мас. % гидратированного цементного теста и называется ниже сырьевым материалом, причем способ реализуют в установке, содержащей:
- систему (3) истирания и
- систему (4) разделения,
при этом способ (1) включает в себя:
- подачу (Е1) в систему сырьевого материала для его дробления,
- истирание (Е2) сырьевого материала,
- разделение (Е4) дроблёного сырьевого материала в системе (3) истирания посредством отверстия системы (4) разделения с отсечкой размером от 50 до 300 мкм таким образом, что получают песчаную фракцию с содержанием гидратированного цементного теста в количестве менее или равном 25 мас. % и более или равном 5 мас. % и фракцию гидратированного цементного теста с содержанием гидратированного цементного теста в количестве более или равном 40 мас. % и менее или равном 95 мас. %.
2. Способ по п. 1, в котором сырьевой материал, подаваемый в систему (3) истирания, имеет крупность менее 6 мм.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором разделение (Е4) производят посредством отверстия системы (4) разделения с отсечкой от 80 до 200 мкм.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором истирание (Е) производят посредством системы (3) истирания, содержащей мелющие тела типа шаров или цильпебсов.
5. Способ по п. 4, в котором истирание (Е2) производят посредством системы (3) истирания, содержащей камеру (13) по существу цилиндрической формы длиной L и диаметром d, и в котором соотношение L/d составляет от 1 до 5.
6. Способ по п. 4 или 5, в котором истирание (Е2) производят посредством системы (3) истирания, шары или цильпебсы которой имеют диаметр от 5 до 20 мм.
7. Способ по любому из пп. 4-6, в котором скорость вращения системы (3) истирания составляет от 60 до 85 % от критической скорости, соответствующей скорости центрифугирования шаров.
8. Способ по любому из пп. 4-7, в котором скорость газа, подаваемого в систему (3) истирания, составляет от 0,5 до 3 м/с.
