一種利用工業(yè)垃圾制造恒溫石的研究 與應用

湯薇++楊林江

摘要：本研究提出利用建筑垃圾合成輕骨料--高強耐磨恒溫石。利用該輕骨料用于工程建設中，綠色、低碳環(huán)保，并解決了機場與公路低溫環(huán)境下結冰的危害。該恒溫石以建筑垃圾為主要原料，充分利用廢棄資源，在高溫條件下燒結而成的一種人造太陽石，特別適用于寒冷地帶機場跑道與公路建設。

關鍵詞：建筑垃圾；恒溫石；低溫輕質高強瀝青混合料；不結冰橋面與路面

0 引言

目前國內機場跑道大多采用改性瀝青混合料，因飛機起飛時摩擦很大要求路面有較好的抗滑和耐摩擦的性能，降落時對地面的沖擊很大，特別是在低溫地區(qū)，容易造成路面結冰，不利于飛機安全著陸。

公路橋梁路面鋪設中多用天然石料，其體積容重大[1]。在大跨度的橋梁中恒載比高達70%-90%，造成橋梁使用壽命短，維修費用大，且維修困難，在維修過程中易造成交通堵塞。將表層和防護墻的瀝青混凝土中的天然石料用人造恒溫石替代，能使恒載比下降15%～30%，橋的承載力將會得到很大的提高，從而延長橋梁的使用壽命，同時也減少橋梁的維修費用[2]。同時在某些特殊的事故多發(fā)路段的使用也起到不錯的效果。

針對上述背景需解決的技術問題，一種輕質高強，抗滑，耐磨且具有一定相變保溫效果的新型輕集料可以解決現有技術缺陷。特別添加固—固相變材料更加體現集料的保溫相變功能。高分子固- 固相轉變材料以其貯熱容量大、易制成各種形態(tài)、可以直接用作系統(tǒng)的結構材料等特點成為相變儲能材料最有發(fā)展前途的研究領域。高分子固- 固相轉變材料主要分為兩類：第一類為交聯型結晶聚合物相變材料，第二類則是一些以聚合物為基體的復合相變材料[3]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

一級品粉煤灰；高鋁礦尾礦，細度0.08標準篩篩余12%以下；建筑垃圾，細度為0.15標準篩篩余10%以下；高溫調和劑鉀長石，細度0.08標準篩篩余12%以下；無機鹽/陶瓷基復合儲能材料[4]，北京秦天科技有限公司研制。

1.2 恒溫儲能太陽石的制備

將上述的原材料以如下比例，建筑垃圾30﹪，粉煤灰28﹪，高鋁尾礦30﹪，高溫調和劑5﹪，相變材料7﹪和水適量計量，機械攪拌均勻后送入旋轉窯，在窯內自動進行制粒，利用旋轉窯尾氣對濕粒子進行烘干，確保粒子足夠的干燥，干燥的同時同步預熱，干燥預熱大約需要40～45min，確保干燥預熱足夠充分，避免粒子因預熱不足，在高溫焙燒段溫度太高而開裂或炸裂，干燥焙燒高溫段的最高溫度為980～1080℃的高溫條件下焙燒15分鐘生成輕質高強的保溫材料，其產量為2T/h，屬于連續(xù)式生產。

2 恒溫儲能太陽石性能分析

2.1 恒溫儲能太陽石指標檢測

該人造石外觀由淺灰色到深褐色不等，表面堅硬，其抗壓強度較普通太陽石大，且吸水率小，與瀝青粘結料的粘附性好。其最大的特點為表面有一層堅硬的外殼，內部有大量非連通性孔，有保溫隔熱防冷的功能。該材料可大量生產，市場前景廣闊。將上述條件制得的人造儲能太陽石嚴格按照國家《公路工程集料試驗規(guī)程》進行檢測。

本研究提供的一種新型人造儲能太陽石，在國內尚屬先例。具有輕質高強，其表面有一層堅硬的外殼，內部有大量非連通性孔，使瀝青混凝土路面有保溫隔熱防冷的功能，其溫度調節(jié)范圍為10～35℃。在高溫焙燒的條件下，原材料中的有機成分及部分無機原子揮發(fā)殆盡，并且材料中的二氧化硅，氧化鋁，氧化鈣，氧化鐵等發(fā)生一系列的化學反應，生成穩(wěn)定的結晶相物質，在人造石內部形成了大量氣泡，相變材料的加入有利于結晶相的生成，部分相變材料倍包裹留在氣泡內，增強的太陽石的保溫效果。本研究使用旋轉窯生產，原材料大量存在，生產工藝簡單，所得的產品為圓球形，是瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）的理想模型集料。

2.2 恒溫儲能太陽石瀝青混合料路用性能試驗分析

路用性能是瀝青混合料的根本，因而只有在保證瀝青混合料具有良好路用性能的前提下，才能更好地利用儲能材料對瀝青混合料進行溫度調控，所以檢驗儲能材料對瀝青混合料路用性能的影響，也就成了必不可少的研究工作。本章通過采用普通石灰石集料的瀝青混合料進行馬歇爾、高溫車轍、低溫彎曲、浸水馬歇爾、凍融劈裂等試驗，與未摻儲能材料的瀝青混合料對比，分析儲能材料對瀝青混合料路用性能的影響，為能將儲能材料成功應用于瀝青混合料溫度調控奠定基礎。

（1）馬歇爾試驗

本次實驗采用本實驗室在放大中試中生產的人造儲能太陽石，采用連續(xù)級配SMA-19進行混合料設計與性能驗證，制得的馬歇爾試件的指標如表1所示。

從上表實驗數據了看出，儲能太陽石瀝青混合料瀝青用量較大，空隙小，穩(wěn)定度較低，流值較小。因儲能太陽石集料采用旋轉窯燒焙其外觀為橢球形，接近球形是SMA的理想模型，空隙率??；儲能太陽石表面有微孔且表面較為光滑，導致油石比較大，穩(wěn)定度較小。

（2）車轍試驗

通過車轍試驗得出瀝青混合料試件的動穩(wěn)定度，以此對比普通瀝青混合料和恒溫儲能太陽石瀝青混合料抗車轍能力的影響。試驗結果見表2。

由上表可以明顯看出，摻入相變材料后，瀝青混合料試件的動穩(wěn)定度明顯減小，即抗車轍能力減弱。因為試驗溫度為60℃，處于此環(huán)境內，相變材料會吸收許多熱量并儲存到瀝青混合料中，致使試件變軟，變形增大。因此，摻入相變材料后致使瀝青混合料試件的動穩(wěn)定度減小。

3 結論

本研究合成的恒溫儲能太陽石具有一定的調溫效果，生產成本低，工藝流程簡單，太陽石本身具有輕質高強和耐磨耗的特性，有很好的實際利用價值，在特殊路段如機場跑道，事故多發(fā)路段和大跨度橋梁方面具有很好的應用前景，特別適用于北方寒冷地帶，路面不易結冰。在以后的技術更新中，應追尋充分利用建筑垃圾，就地取材，不斷研究低成本、簡制備工藝、降低焙燒溫度。不斷提高綠色高強新型恒溫石材料的性能，為更多的造福于人類不斷探索。

參考文獻

[1]劉啟華.高強頁巖陶粒配制瀝青陶?；炷恋脑囼炑芯?

[2]張傳鎂.高強度頁巖陶?；炷猎囼炑芯?

[3]張偉，黃榮榮，俞強，林明德. 高分子固- 固相轉變儲能材料的研究進展. 現代塑料加工應用，2009，15（6）.

[4]方斌正；太陽能潛—顯熱儲熱復相陶瓷的研究[D]；武漢理工大學；2011年endprint