PL229887B1 - Sposób oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i rozdrabniania tej zaprawy oraz urządzenie do stosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i rozdrabniania tej zaprawy oraz urządzenie do stosowania tego sposobu, zapewniający odzyskanie kruszywa grubego z wyburzanych konstrukcji żelbetowych o właściwościach lepszych od właściwości kruszywa naturalnego oraz rozdrobnionej zaprawy cementowej spełniającej wymagania dla dodatków pucolanowych, to jest o utajonych właściwościach hydraulicznych, która może być stosowana np. przy produkcji cementów, wyrobów wapienno-piaskowych, autoklawizowanego betonu komórkowego bądź do betonów zwykłych. Jest to technologia całkowicie bezodpadowa. Wynalazek dotyczy dziedziny techniki technologia betonu.

Znane dotychczas rozwiązania w Japonii, USA, w Europie Zachodniej, a także w Polsce pozwalają przetwarzać odpady betonowe na kruszywo recyklingowe (wtórne) o znacznie gorszych właściwościach niż kruszywo naturalne. Powstaje przy tym duża ilość frakcji pylastej, która przeważnie trafia na wysypisko, a w najlepszym przypadku na podbudowę dróg lokalnych. Nowe betony na kruszywie recyklingowym mają znacznie gorsze właściwości niż betony z kruszywem naturalnym. Wszystkie wady betonu cementowego z kruszywem recyklingowym są spowodowane absorpcją wody przez porowatą zaprawę cementową pozostałą na tym kruszywie. Pozostała część odpadów o średnicy poniżej 4 mm, w części stosowana jest na podbudowę dróg, a w części trafia na wysypisko.

Dotychczasowe nowoczesne podejścia w recyklingu betonu polegające na usunięciu zaprawy cementowej z kruszywa grubego, sprowadzają się do czterech metod: 1. Metoda mechanicznego ścierania; MGM (Mechanical Grinding Method), 2. Metoda młyna śrubowego; SMM (Screw Mill Method), 3. Metoda koncentracji grawitacyjnej; GCM (Gravity Classification Method), 4. Metoda podgrzewania i tarcia; HRM (Heating and Rubbing Method).

W metodzie MGM tzw. mechanicznego młyna stosowane są dwa cylindry: zewnętrzny i wewnętrzny z wirnikiem mimośrodowym. Kawałki betonu są ładowane do młyna pomiędzy cylindry, gdzie następuje zarówno kruszenie jak i usuwanie zaprawy cementowej, przylegające do powierzchni kruszywa. W przypadku betonów wysokich wytrzymałości występuje niepożądane zjawisko rozdrabniania kruszywa grubego.

W metodzie młyna śrubowego SMM kawałki betonu ładowane są do poziomego cylindra, w którym ścierana jest zaprawa za pomocą osiowo osadzonej śruby ze stożkami. Proces ten powtarzany jest kilkakrotnie, w zależności od wymaganej jakości kruszywa. W metodach MGM i SMM odzyskuje się tylko kruszywo grube z powierzchnią oczyszczoną z zaprawy cementowej w 60-70%. Produktem ubocznym recyklingu wykonywanego opisanymi wyżej metodami są pyły, które głównie są stosowane do stabilizacji gruntów.

W metodzie koncentracji grawitacyjnej GCM stosowany jest młyn do ścierania na mokro zaprawy cementowej z kruszywa grubego. Zawiera on mechanizm z kruszarką i ściernicą w postaci prętów stalowych. Następnie pokruszone kawałki betonu trafiają do pionowego zbiornika z wodą, gdzie są przemieszczane wielokrotnie w dół i w górę, celem oddzielenia frakcji pylastych . Kruszywo wtórne uzyskiwane metodą GCM wprawdzie jest pozbawione pyłów na swojej powierzchni, lecz traci się frakcje drobne zaprawy i jej właściwości hydrauliczne. Powierzchnia oczyszczenia z zaprawy cementowej kruszywa grubego tą metodą nie przekracza 70%.

W metodzie termicznego młyna HRM występują: pojemnik termiczny i dwa młyny typu rurowego. W pojemniku termicznym gruz betonowy podgrzewa się do temperatury około 300°C. W wyniku częściowej dehydratacji cementu, następuje lokalnie utrata przyczepności między zaprawą cementową a kruszywem, co pozwala na późniejsze w młynach oddzielenie kruszywa od zaprawy. W efekcie otrzymuje się około 35% kruszywa grubego, 21% kruszywa drobnego i aż 44% pyłów. Z uwagi na częściową tylko dehydratację cementu w temperaturze 300°C koniecznym było zastosowanie dwóch młynów typu rurowego celem oddzielenia zaprawy od kruszywa. W tej technologii przy powstawaniu tak znacznej ilości pyłów nieodzownym jest stosowanie filtrów workowych.

Na równomierne nagrzanie całości gruzu betonowego w stacjonarnym zbiorniku należy zużyć dużą ilość energii. Przewiduje się, że z powodu dużych kosztów recyklingu według metody HRM oraz z braku zaawansowanych metod utylizacji dużej ilości pyłów, metoda ta zostanie wprowadzona w Japonii dopiero po 2020 roku.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do recyklingu gruzu betonowego, eliminujących wady dotychczasowych metod. Cel ten osiągnięto przez opracowanie sposobu termiczno-mechanicznego oddzielenia stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego

PL 229 887 B1 z częściowym rozdrobnieniem zaprawy oraz urządzenia do realizacji tego sposobu w postaci młyna rurowego obrotowego nachylonego do poziomu około 5°, zawierającego w sobie komorę prażenia i komorę ścierania i kruszenia.

Istota sposobu oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i częściowego rozdrobnienia tej zaprawy, charakteryzuje się tym, że proces oddzielania zaprawy od kruszywa grubego i jej częściowego rozdrobnienia realizowany jest w jednym urządzeniu, do którego gruz betonowy trafia najpierw do komory prażenia, gdzie zostaje poddany jednocześnie podgrzaniu do temperatury 650°C, gwarantującej całkowitą dehydratację cementu w zaprawie i cyklicznemu podnoszeniu na czterech pólkach osadzonych w równych odstępach na obracającym się urządzeniu o przekroju kołowym, w wyniku czego gruz betonowy nagrzewa się równomiernie i bardzo szybko, a spadając z poszczególnych półek znajdujących się okresowo w części górnej urządzenia zderza się z płaszczem i półkami, w wyniku czego następuje odspojenie zaprawy od kruszywa recyklingowego, stopniowo przemieszczając się ku komorze ścierania i kruszenia, dzięki ustawieniu urządzenia pod kątem około 5° do poziomu, w której to ostatecznie zostaje oddzielona zaprawa od kruszywa i częściowo rozdrobniona, w wyniku przejścia przez układ trzech walców, przy czym jeden z nich posiada na obwodzie układ klinów o zmiennej wysokości, intensyfikujący ten proces, jednocześnie przesuwając oddzieloną częściowo rozdrobnioną zaprawę cementową wraz z czystym kruszywem recyklingowym poza urządzenie, np. na przenośnik kubełkowy.

Do ciągłego prażenia i oddzielania zaprawy cementowej od kruszywa grubego i jej częściowego rozdrabniania zastosowano dwie komory w jednym urządzeniu w postaci obrotowego zbiornika w kształcie koła, który ustawiony jest ze spadkiem około 5°, umożliwiając tym samym ciągłe przemieszczanie się gruzu betonowego ku części niższej, który przechodzi kolejno przez komorę prażenia z czterema półkami zamocowanymi w równych odstępach po wewnętrznej stronie urządzenia, a następnie grawitacyjnie trafia do komory ścierania i kruszenia zaprawy, zaopatrzonej w układ trzech walców, gdzie jeden z nich po obwodzie posiada układ klinów, natomiast pozostałe dwa są gładkie i pełnią rolę stabilizującą cały układ.

Komora ścierania i kruszenia zaprawy, została wyposażona w układ trzech walców, połączonych między sobą, przy czym dwa z nich pełnią rolę stabilizującą cały układ oraz dodatkowo rozcierają oddzieloną od kruszywa zaprawę cementową, natomiast trzeci z nich o większej średnicy posiada na obwodzie równomiernie rozmieszczone kliny rozcierające o zmiennej wysokości oraz komorę do regulowanego obciążania materiałem sypkim odpornym na wysokie temperatury, np. piaskiem kwarcowym, nie powodując uszkodzenia kruszywa recyklingowego.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na fig. 1, zaś na fig. 2 pokazano układ walców.

Sposób i praca urządzenia przedstawionego na fig. 1 polega na ciągłym podawaniu do młyna rurowego rozdrobnionego gruzu betonowego 4 w części wyższej. Do obracającego się młyna w części wyższej podawane jest jednocześnie paliwo z powietrzem 5 o temperaturze płomienia około 900°C. Temperatura gazów w komorze prażenia 1 wynosi 750°C co zapewnia podgrzanie rozdrobnionego gruzu betonowego 4 do temperatury nie niższej niż 650°C, nieodzownej do pełnej dehydratacji cementu w zaprawie. Po wewnętrznym obwodzie pieca w komorze prażenia 1 rozmieszczone są cztery półki 3 równolegle do osi podłużnej urządzenia. Półki 3 pozwalają na szybkie i równomierne nagrzanie gruzu betonowego 4 w wyniku obrotu urządzenia wokół własnej osi podłużnej. Ponadto cykliczne podnoszenie i zrzucanie grawitacyjne podgrzanego gruzu betonowego 4 przez cztery półki 3 pozwala na wstępne oddzielenie zaprawy od kruszywa w wyniku jego zderzania się z płaszczem i półkami 3 w komorze prażenia 1. Z uwagi na nachylenie urządzenia pod kątem około 5° do poziomu, materiał stopniowo przemieszcza się w kierunku komory ścierania i kruszenia zaprawy 2. Ścieranie i kruszenie zaprawy możliwe jest dzięki zastosowanemu układowi trzech walców 6, 7. Dolny walec 6 na obwodzie posiada układ klinów 6' o zmiennej wysokości. Dwa walce górne 7 spełniają rolę stabilizatorów układu rozdrabniającego podczas obrotu urządzenia. W wyniku obrotów całego urządzenia, obracają się również ruchem posuwisto-zwrotnym trzy walce 6, 7. Tego typu ruch walców powoduje całkowite oczyszczenie kruszywa z zaprawy oraz częściowe jej rozdrobnienie. W celu niedopuszczenia do zmiażdżenia kruszywa grubego, ciężar walca dolnego 6 jest regulowany poprzez napełnienie go materiałem sypkim, odpornym na wysokie temperatury, np. piaskiem kwarcowym. Czyste kruszywo recyklingowe oraz zaprawa 8 grawitacyjnie odbierane są z urządzenia np. przenośnikiem kubełkowym.

Powyższy sposób oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i rozdrabniania tej zaprawy oraz urządzenie do stosowania tego sposobu zapewnią uproszczenie dotychczasowych technologii recyklingu konstrukcji żelbetowych, zwiększą wydajność linii produkcyjnych, poprawią

PL 229 887 B1 znacząco warunki ochrony środowisku naturalnego, a przede wszystkim pozwolą uzyskać bardzo wysokiej jakości kruszywo recyklingowe o właściwościach lepszych od właściwości kruszywa naturalnego, co umożliwi obniżenie kosztów wytwarzania nowych konstrukcji żelbetowych. Ponadto rozdrobniona zaprawa cementowa o właściwościach pucolanowych znajdzie zastosowanie np. przy produkcji cementów, wyrobów wapienno-piaskowych, autoklawizowanego betonu komórkowego bądź do betonów zwykłych.

Claims (2)

1. Sposób oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i częściowego rozdrobnienia tej zaprawy, znamienny tym, że proces oddzielania zaprawy od kruszywa grubego i jej częściowego rozdrobnienia realizowany jest w jednym urządzeniu, do którego gruz betonowy (4) trafia najpierw do komory prażenia (1), gdzie zostaje poddany jednocześnie podgrzaniu do temperatury 650°C, gwarantującej całkowitą dehydratację cementu w zaprawie i cyklicznemu podnoszeniu na czterech półkach (3) osadzonych w równych odstępach na obracającym się urządzeniu o przekroju kołowym, w wyniku czego gruz betonowy (4) nagrzewa się równomiernie i bardzo szybko, a spadając z poszczególnych półek (3) znajdujących się okresowo w części górnej urządzenia zderza się z płaszczem i półkami (3), w wyniku czego następuje odspojenie zaprawy od kruszywa recyklingowego, stopniowo przemieszczając się ku komorze ścierania i kruszenia (2), dzięki ustawieniu urządzenia pod kątem około 5° do poziomu, w której to ostatecznie zostaje oddzielona zaprawa od kruszywa i częściowo rozdrobniona w wyniku przejścia przez układ trzech walców (6), (7), składający się z dwóch górnych walców (7) i jednego dolnego walca (6), przy czym dolny walec (6) posiada na obwodzie układ klinów o zmiennej wysokości(6') intensyfikujący ten proces, jednocześnie przesuwając kruszywo recyklingowe oraz zaprawę (8) poza urządzenie.

2. Urządzenie do wykonywania sposobu oddzielania stwardniałej zaprawy cementowej od kruszywa grubego i częściowego jej rozdrobnienia, znamienne tym, że do ciągłego prażenia i oddzielania zaprawy cementowej od kruszywa grubego i jej częściowego rozdrabniania zastosowano dwie komory w jednym urządzeniu w postaci obrotowego zbiornika w kształcie kola, które ustawione jest ze spadkiem około 5°, do ciągłego przemieszczania gruzu betonowego (4) ku części niższej, gdzie pierwszą komorę stanowi komora prażenia (1) z czterema półkami (3) zamocowanymi w równych odstępach po wewnętrznej stronie urządzenia, a następnie komorę ścierania i kruszenia zaprawy (2), zaopatrzonej w układ trzech walców (6), (7), gdzie jeden z nich (6) po obwodzie posiada układ klinów o zmiennej wysokości (6'), natomiast pozostałe dwa walce (7) są gładkie i pełnią rolę stabilizującą cały układ.