回收的水硬性复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及通过回收管理建筑业的物料流。尤其是，本发明涉及一种回收建筑和拆除废物到复合建筑材料的方法和通过该方法获得的一种建筑材料。
背景技术：
：现代社会的战略目标是利用可持续的技术并最小限度地利用有限的资源，包括低能耗和作为重点领域的材料回收。在所有生产领域中，建筑物和民用基础设施正在消耗最大量的材料。混凝土是主要的建筑材料，并且其生产消耗全球大量的天然砾石和砂资源用作骨料，和超过5％的所有使用的能源主要在波特兰水泥的生产过程中被消耗。旧设施的建设和拆除产生了大量的废料，这些废料在当前主要都被浪费了。建筑和拆除废物的现行回收通常是在每个站点基于人工分拣出可用的材料。这需要大量的工作和时间，从而消耗高成本。这就是为什么这些废物的主要部分位于倾倒地点并且仅有一小部分被回收的原因。废物具有负面的经济和生态价值。只有少部分的原始废料，例如，粉碎混凝土和瓷砖，钢铁等金属被回收。目前，自动机械分拣方法已在多个国家得到应用，例如在德国和荷兰。这种方法通常包括以下阶段：·用锤式粉碎机或碎纸机打碎大块的废物和大颗粒；·通过洗涤清洁脏污和污染的颗粒；·用磁选机去除铁磁颗粒；·通过空气流、水力旋流器或离心基于密度分拣材料；·基于颗粒尺寸对分离的材料进行分级，并且如有必要，再次破碎大颗粒。自动机械废物分拣方法例如在以下专利申请中被提出：CN102989747：“固体建筑废弃物加工处理系统”，JP2013086091：“破碎和分拣技术”以及CN102989747：“通过采用固体固化剂技术实现建筑垃圾资源化处理的方法”。混凝土中废物的使用已经在美国专利申请US8308863和US20120276310中进行了描述。专利申请US8308863公开了一种“低能量体现的混凝土混合物”和一种通过将各种消费后废物、工业用后废物、以及可再生、有机和可回收材料与波特兰水泥或具有类似的水泥性质的材料混合以形成低能量体现的混凝土混合物的方法。主要材料是回收的混凝土、燃煤飞灰废物、硅粉、工业后废料、有机或无机纤维废料。玻璃，砖，陶瓷，研磨的轮胎等废品，以及原始骨料也可以包括在低能量体现的混凝土混合物中。专利申请US20120276310描述了一种“具有木质性质和超高强度的挤出纤维增强水泥产品，和制造该挤出纤维增强水泥产品的方法”，以及制造水泥复合材料的方法，包括：(1)通过首先形成纤维混合物来混合可挤出的水泥组合物，所述纤维混合物包含纤维、水和流变改性剂；然后加入水硬性水泥；(2)将可挤出的水泥组合物挤出成生坯挤出物，其中，所述生坯挤出物是形式稳定的且能够保持基本上预定的横截面形状；(3)通过蒸发去除一部分水以降低密度并增加孔隙率；和(4)在大于65℃至小于99℃的温度下加热所述生坯挤出物；这种方法产生出适合用作木材替代品的水泥复合材料。特别是，通过使用更高的固化温度用于制备水泥建筑产品，所述建筑产品相较于常规产品具有较低的堆积密度和较高的抗弯强度。木制样建筑产品可以像普通木材一样被锯切、钉住和拧紧。在WO02/34691，EP2647610，US2010/0242803和US2010/0058957中，描述了基于回收材料且用于建筑物和建筑行业的产品。技术实现要素：目前，建筑和拆除废物越来越多地被回收，然而相当大量的材料仍然被存放在垃圾堆放场。这导致资源的损失，增加了垃圾场的需要，并且造成了能源使用的损失。鉴于以上原因，提供一种增加材料量的方法将是有益的，所述材料可被回收用作可用的产品，以增加建筑业环境的可持续性。在第一方面，本发明涉及一种回收建筑和拆除废料以作为可用的产品的方法，所述可用的产品由水硬性复合材料组成。本发明的一个实施例涉及用于回收建筑和建筑物废料的集中处理。本发明的一个实施例提供了一种相较于常规建筑模块和由回收材料制成的建筑材料具有低密度的产品。本发明的一个实施例提供了一种回用轻质部分的方法，所述轻质部分如拆除废物的木材和绝缘材料。根据本发明的其它方面和本发明的实施例，本发明提供了一种用于制备以下物质的方法，例如：·用于环保设计的产品，例如，石头，板材，台阶，块和用于花园的墙壁；·围栏和栏杆·建筑地基基础块；·外墙板；·在交通领域的隔音屏障；·住房和餐馆的露台，以及·嘈杂的工业生产线大厅的隔音墙、地板和天花板。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种水硬性复合材料，其性质可根据其预定用途而广泛变化。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种水硬性复合材料，其具有非常低的环境影响，并且可有效利用回收材料，并减少生产建筑材料和产品所需的能量的量。本发明基于收集未到加工厂处理的建筑和拆除废料，其中，材料被分拣和分级，将所分拣和分级的材料中的至少一部分与水硬性粘合材料相混合，以使得混合物干重的至少90％由回收材料组成，混合物干重的最多10％由来自工业的原始材料组成，水硬性粘合材料的量是混合物干重的20-30％，并且所述水硬性粘合材料包含75-100wt％的再生水硬性工业副产品和至少一种碱性活化剂。根据本发明的一个实施例，来自建筑和拆除废料和碎片的惰性材料的量大于干混合物质量的50wt％且大于干混合物体积的60v％。根据本发明的一个实施例，来自建筑和拆除废料和碎片的惰性材料的量大于干混合物体积的70v％。根据本发明的一个实施例，所述碱性活化剂选自：—至多25％的水硬性粘合材料的干重的波特兰水泥，或者—至多5％的粘合材料的干重的水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者—至多20％的粘合材料的干重的回收木质素磺酸盐。根据一个实施例，所述混合物的回收材料包含不同尺寸的颗粒和天然纤维(例如，木纤维)中的至少一种，并且例如绝缘材料的石头或玻璃纤维，所有这些都来自建筑或拆除废物。根据一个实施例，用于所述混合物的一种或多种化学活性或惰性添加剂可选自：来自废物燃烧发电厂的粉煤灰，来自造纸工业的废高岭土，来自铝生产的二氧化硅副产物，以及废纸。根据本发明的一个实施例，所述产品可包括加固物，优选自：玻璃纤维，芳族聚酰胺，碳纤维，钢棒，缆绳或网，或者混合的棒或网。根据本发明的一个实施例，产品的硬化通过在硬化期间预热组分和/或混合物到40-65℃的温度进行加速。根据本发明的一个实施例，所述产品的密度为500-2000kg/m3。根据本发明的一个实施例，所述产品的密度为1300-1800kg/m3。本发明的实施例提供了根本的益处。首先，本发明提供了一种回收至少50％的废料的有效方法，所述废料来自建筑业和拆除场地。目前，这些材料已经在现场被分拣。现场分拣需要大量的劳动力并且分拣结果并不好，这是由于材料可能被混合，导致需要在接收厂或拒绝分拣的负载里进一步分拣。本发明提供了再回收率的提高以及用于材料使用的闭式循环，由于例如来自拆迁现场的所述材料可被回收作为建筑材料。此外，本发明减少了能量和材料的使用，由于需要更少的原始材料。特别重要的是，根据本发明所述的产品可通过使用仅仅少量的波特兰水泥而被制备。这是有益的，由于用于建筑行业的大量能源正是制造波特兰水泥所需的。这导致了二氧化碳排放的减少。本发明所述实施例的一个重要的特点是，它使得满足涉及废物材料的回收和沉积的日益增长的政府规则成为可能。由于废物的燃烧已成为废物管理中不太优选的解决方案，并且将任何有机材料放置在废物堆中正在被禁止或越来越昂贵，因此，这是一个商业上重要的益处。本发明使得利用如木材等有机材料和如石头或玻璃纤维等绝缘材料制造新的建筑材料和产品成为可能。此外，通过使用这些材料，使得具有比常规回收产品更低的质量和密度的产品成为可能，所述常规回收产品由混凝土，砖，陶瓷以及其它矿物碎屑材料制成。所述产品的密度可通过改变或变更所使用的废物部分的比例进行修改。例如，使用更多基于矿物的废料会得到具有更高密度的复合材料，其中废料的体积百分比低。本发明旨在使用高比例的回收材料。因此，也使用具有低密度的轻质废料部分。这导致产品中废物的体积份额高而复合产品的密度低。本发明的其它目的和特征将从以下详细描述并结合附图进行考虑后变得易于理解。然而，应当理解的是，附图仅用于说明的目的，而不是作为对本发明的限制。附图说明图1显示了根据本发明所述的方法的一个实施例的框图。具体实施方式定义：建筑和拆除废物被认为包含可以在建造期间或之后从该建筑工地收集的或者来自建筑物或其他大型构造物的拆除现场的所有物质，所述大型构造物例如为桥梁或其他大型人造结构。来自工业的原始材料被认为是为特定目的而具体生产出来被首次使用的任何材料。工业副产品是指来自原始材料的制造的材料，并且在原始材料或产品的制造过程中没有进一步的使用。惰性材料是以这样的程度不参与结合反应的材料：它们将需要实现复合产品的充分固化。本发明旨在提供增值和可持续的方法，用于回收大部分建筑和拆除废物以及工业副产品和废物的组合。所述方法首先是从建筑或拆除现场收集混合建筑废物到废物处理厂。材料合适的部分随后被用于生产低能回收复合材料和产品用于新建筑，这个用途的重点领域是环境结构和建筑物和结构的基础。所述方法在下面的附图中进行描述(图1)。所述方法中的第一步为构建或拆除一个结构。建筑物或其他大型构造的建设需要使用支撑结构，如铸造模具，脚手架，包装材料等。所有这些材料必须从现场移除，并被回收、焚烧或倾倒。类似地，拆除任何种类的大型构造，例如建筑物、桥梁或烟囱，会产生大量的废料，这些废料必须根据政府法规处理。这些材料的分拣是相当昂贵的并且在现场操作困难。因此，废物材料被收集并运输到分拣站。在分拣站，根据材料和颗粒大小，材料被分拣和分级。为此，如筛分，通过压缩空气、浮选、磁力进行分离，或者使用机器视觉进行机器人处理等分拣方法可被使用。在下一步中，根据现有的配方或新配方，材料被选择用于复合材料，可以基于目前手头的材料的选择来创建。为了从所获得的废物中生产出水硬性复合材料，需要水硬性粘合剂来将复合材料的组分粘合到一起。工业副产品可被用于此。这些包括高炉矿渣，用于水硬性反应的化学活化剂，废物燃烧能源厂的灰烬等等。所述水硬性粘合剂材料可包括少量的原始工业产品作为反应物，如波特兰水泥。工业副产品也可以用作水硬性复合材料产品中的添加剂。在已经选择或开发了所需配方后，并且获得了所需的材料后，该复合材料可被混合。干物料的混合可以先完成；然后加入水，以完成水硬性粘合反应。或者，水和其他成分的混合可以同时完成。混合之后，将复合材料铸造并压实成最终产品。这个阶段可以在分拣工厂完成，在特定的制造厂完成，或者在使用复合材料的现场完成。以上是一种可能的用于生产根据本发明所述的水硬性复合材料产品的制造工艺流程的一般性描述。在下文中，描述了更多的细节和替代方案。混合废物的处理包括：将废物机械分拣为不同的可用的和不可用的材料，破碎并选择可用的材料分类，将它们分级成合适或所需的颗粒尺寸和纤维。材料的分拣和分级所需的步骤取决于原始废物包括材料的什么部分。例如，建筑废物通常可包括木质材料，而拆除废物则可能主要是内含钢作为加固物的混凝土。在废物中发现的其他常见材料为可提供有价值的纤维的绝缘材料。回收的材料根据混合设计配方和混合方法被分出并混合，以生产水硬性复合材料。同样地，水硬性粘合材料和添加剂可从工业副产品和废物中获得。收集未分类的废物并在分拣现场对收集的废物进行分拣和分级，使得回收大量的(超过50wt％)建筑物拆除废物至水硬性复合材料产品成为可能，所述水硬性复合材料产品具有相当低的强度和相当低的密度。颗粒尺寸的分布和废物的体积特征可被改进，并且对水硬性硬化过程有害的试剂的影响可以通过分拣和具体的处理方法来消除，所述具体的处理方法例如为废物颗粒的聚集。聚集具有以下益处：较大的颗粒具有较少的灰尘，在混合中表现出改善的流动行为，以及减少的粘附倾向的特性。具有大颗粒的材料的储存、处理和进料的风险较小，即使对于困难的材料。由回收材料制成的所述水硬性复合材料，是通过使用来自建筑和拆除场地和工业副产品的回收材料的极高份额(90-100wt％)而获得的。这提供了经济附加值的生态效益。制成所述产品的混合物的材料可包括不同尺寸的颗粒和天然纤维(例如，木质纤维)，以及例如绝缘材料的石头或玻璃纤维，所有这些都来自建筑或拆除废物。具有小于4mm的厚度和5-50mm的长度的木质纤维是可用的。天然纤维可以用适当的化学品浸渍，例如，用水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者例如用石灰浆矿化。以这种方式，纤维的结合，耐候性和耐火性可被改进。废料的轻质部分在调整复合材料产品的密度方面发挥重要作用。实现这些轻质部分的有效利用是本发明的某些实施例的目标之一，所述轻质部分源自木材，其他有机材料，绝缘材料，如玻璃或石纤维或类似物。所使用的回收废物在复合材料产品中用作惰性材料，并且不参与用于固化产品的结合反应。一些反应性可能是某些材料所固有的，但是，结合反应应该由水硬性结合材料发生。在另一方面，可以认为所使用的废物部分在复合材料中充当填料，为产品提供所需的体积。所述水硬性粘合材料在此为高炉矿渣，例如，其由小份波特兰水泥(粘合材料的10-25wt％)活化，或者由少量化学活化剂活化，例如，用小于粘合材料的质量的5wt％的水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者用小于粘合材料的质量的20wt％的木质素磺酸盐，或者其它合适的碱性活化剂。所述粘合材料的75-100％可以是研磨的高炉矿渣。上限由所使用的活化剂的量限定。如果所述活化剂的量很小，那么炉渣的量实际上为所述粘合材料的100％，而所述活化剂被认为只是一种添加剂。来自废物燃烧发电厂的作为化学活性或惰性添加剂的粉煤灰，来自造纸工业的废高岭土废弃物，废纸，以及来自铝生产的二氧化硅副产物可被使用。为了提高复合材料质量的可加工性，化学增塑剂可被使用。废物处理步骤可包括：将废物机械分拣为不同的可用的和不可用的材料，破碎并选择可用的材料分类，将它们分级成合适的颗粒等级和纤维。混合物的材料可以包括不同尺寸的颗粒和天然纤维(例如，木质纤维)，以及例如绝缘材料的石头或玻璃纤维，所有这些都来自建筑或拆除废物。研磨的和分拣的废物颗粒可被聚集并分级为均质和确定的颗粒尺寸等级，在混合所述复合混合物之前。这种回收的再循环材料的混合物根据混合设计配方被分离出来，以产生水硬性复合材料的指定替代品。如密度，压缩和拉伸强度，延展性，吸声性，以及通过锯、钻、钉硬化复合材料的易加工性等属性，可以通过混合物设计被控制。回收的纤维可以用合适的化学品浸渍，例如用水玻璃(Na2O·nSiO2·nH2O)，或者例如用石灰浆矿化。另外，有可能通过在硬化期间预热组分和混合物来加速硬化过程，优选在40-65℃温度下预热。为了获得有吸引力的设计，硬化产品可以与着色混合物或用合适的颜料、涂覆剂或涂料涂覆或涂漆表面一起完成。所述产品的表面可以在铸造期间纹理化，例如，通过模具的表面结构。用于获得产品的合适的制造方法包含不同的铸造和加工方法，例如，铸造并用振动、倾倒、挤出、拉挤或喷涂的方式压实。可在由这种水硬性复合材料制成的产品中使用的特定属性为：·亮度：产品的密度可以在500-2000kg/m3之间变化，最优选地将密度设置在1300-1800kg/m3之间，由于此范围提供合理的抗压强度；·有效吸声性；·模具中的低铸造压力；·在锯切、钻孔和钉入操作中硬化复合材料的易加工性；·延展性和高拉伸强度/抗压强度比；这种复合材料特别适合使用于·环保建筑产品，例如，石头，板材，台阶，块和用于花园的墙壁；·建筑地基基础块；·在交通领域的隔音屏障·住房和餐馆的露台，以及·嘈杂的工业生产线大厅的隔音墙、地板和天花板。实施例表1复合材料的混合设计的实施例1混合设计的一些修改方式的测试的密度和强度值如表2所示。表2在28天日龄的实验试样的测试结果试样活化剂密度，kg/m3抗压强度，MPa1波特兰水泥131911.92波特兰水泥15369.23波特兰水泥153611.94波特兰水泥141611.05波特兰水泥167512.56水玻璃+粉煤灰16409.67水玻璃+粉煤灰15708.288波特兰水泥(+木质纤维)141612.39波特兰水泥(+石纤维)141612.6从测试结果可以看出，当产品的密度高于1300kg/m3时，抗压强度相当均匀，并且甚至轻微的密度提供良好的抗压强度。出于实际目的，使用1300kg/m3作为密度的下限可能是合理的，以保证合理的抗压强度。然而，如果需要更轻的重量，那么，值得推荐测试产品的抗压强度。波特兰水泥似乎比水玻璃和粉煤灰提供了更好的抗压强度。同样地，增加密度似乎仅略微增加了抗压强度，由此可合理地限制产品的密度低于1800kg/m3，如果压缩强度对于预期的用途而言是足够好的。添加木材或石头纤维增加抗压强度。由于这些材料可在建筑和拆除废物中大量获得，测试结果是有希望的。以下表格是用于实施本发明的实施例，示出了组分部分的量和以质量和体积％表示的比例。如表格所示，惰性拆除废料和碎屑的体积份额远高于其质量份额。因此，复合材料的密度相对较低。表3复合材料的混合设计的实施例从实施例可以看出，惰性建筑物或拆除碎片或废料的体积份额比其质量份额高大约10-20％。这个比率取决于该废料包含什么种类的部分。建筑物或拆除废物包括混合材料，并且比矿物材料的纯可回收物更轻，所述矿物材料的纯可回收物从工业副产品或废物中获得。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。当前第1页1 2 3