从拆除废料收回骨料和粉状矿物材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种从包含硬化矿物粘结剂和骨料，特别是废料或拆除材料的源材料 中收回骨料和/或粉状矿物材料的方法。此外，本发明涉及通过该方法获得的骨料和粉状 矿物材料，以及组合物，特别是砂浆或混凝土组合物，其包含矿物粘结剂和收回的骨料和/ 或收回的粉状矿物材料。
【背景技术】
[0002] 到目前为止，大量的拆除或建筑废料，如硬化混凝土或砂浆，被丢弃在垃圾填埋场 (landfill)，少量被部分地重新用作建筑行业中低技术应用的原料。
[0003]目前的做法是，将拆除废料即混凝土粉碎，且仅重复使用粗大的部分，由于对新拌 和硬化混凝土性能的影响打折而将较小的部分丢弃。因此，目前的做法只能被视为不完整 的和降级回收的（down-cycling) 〇
[0004] 然而，拆除废料通常包含显著量的有用成分，如骨料或粘结剂组分，其原则上可以 完全被回收并重新用于新的建造工程。此外，在某些地区和国家，由于近年来新的法规，废 料的处置变得越来越昂贵和困难。例如在欧洲，欧洲指令2009/98/CE要求，到2020年重新 利用至少70重量％的惰性拆除废料。因此，在不久的将来，回收拆除或建筑废料会成为重 要问题。
[0005] 迄今已知的回收废混凝土或砂浆的方法包括例如粉碎、用高性能超声或声脉冲加 工废料硬化混凝土、在高于600°C的温度下热处理或用酸浸滤。这些方法的目的特别是收回 骨料。
[0006] 还已知的是堵塞（clogging)处理，其目的在于闭合覆盖骨料表面的水泥材料的 孔隙，以改进所谓的再生混凝土骨料（RCA)的质量。堵塞可例如通过在二氧化碳富集的空 气的帮助下，在骨料周围形成碳酸化的水泥质材料的边缘，或通过在骨料周围形成聚醋酸 乙烯酯（PVA)的有机膜来实现。
[0007] 然而，这些已知的策略要么需要大量的能源、精良的设备或有问题的化学品，要么 收回的材料是中到低质量的。
[0008] 因此，有必要开发一种克服上述缺点，并允许收回尽可能多的，最佳可能质量的拆 除废料组分的替代和改进的方法。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种更有效的废建筑材料或拆除材料，特别是废料砂浆或混 凝土的回收方法。尤其地，该方法应允许从包括硬化矿物粘结剂和骨料的源材料中收回骨 料和/或建筑材料。更具体地，该方法应有助于收回骨料和/或细颗粒或粉状矿物材料，它 们适合在粘结剂组合物中再利用，特别是在水硬性粘结剂组合物中，而不对由其制成的可 凝性粘结剂组合物或产品的性能产生负面影响。
[0010] 令人惊奇的是，已经发现上述问题可以通过权利要求1的特征来解决。
[0011] 因此，本发明的核心涉及一种用于从包含硬化矿物粘结剂和骨料，特别是废料或 拆除材料的源材料中，收回骨料和/或粉状矿物材料的方法，该方法包括以下步骤：
[0012] a)在分解过程中处理源材料，特别是在研磨条件下，其中所述硬化矿物粘结剂至 少部分，特别是基本上完全碳酸化并从所述骨料的表面移除，从而产生粉状分解产物；
[0013]b)以预定的切割粒径（cut-offgrainsize)分离处理过的源材料，以收回具有至 少是预定切割粒径的粒径的处理过的骨料，和/或以收回粒径低于预定切割粒径的粉状矿 物材料。
[0014] 发现，根据步骤a)处理源材料，导致硬化矿物粘结剂的有效分解，特别是如果矿 物粘结剂包含或者由硬化或水合的水泥材料组成。在此方法中，硬化矿物粘结剂分解或崩 解，分别成为细颗粒或粉状崩解产物，并有效地从所述源材料中的骨料的表面除去。因此， 采用本发明的方法，可以在很大程度上从所述骨料表面清除硬化粘结剂材料。因此，所收回 或回收的骨料具有非常接近净骨料的质量。
[0015] 与此相反，由于有显著量水泥残留物剩余在骨料表面上，所以迄今为止已知的回 收工艺通常产生很小质量的骨料。当重新使用这些骨料，例如用于混凝土组合物时，剩余的 残留物通常会导致用其生产的混凝土的高的水需求量。这反过来可能会影响新拌混凝土的 和易性，或导致不期望的用于中和高的水需求量的高混合物浓度。因此，目前通常在砂浆或 混凝土组合物中使用的回收骨料的量是有限的。此外，水需求量的增加通常会导致用普通 再生混凝土骨料（RCA)生产的混凝土相当差的最终机械强度。这反过来又将普通RCA限制 于低技术应用中。
[0016] 此外，具有普通再生混凝土骨料的混凝土的干燥收缩通常太高，并且是实际的问 题。混凝土的干燥收缩源于水合粘结剂材料或基质的孔隙度，和其在混凝土中的体积分数。 使用来自粉碎混凝土的普通回收骨料导致水合粘结剂基质（新粘结剂和回收骨料的残余 粘结剂）的总体积增加。这是用普通回收混凝土骨料生产的混凝土的干燥收缩增加的主要 原因。然而，使用本发明的回收方法收回的骨料具有一个重要的优点。这就是，去除水合基 质能够产生一种混凝土，其与含有净骨料的参比混凝土有类似的收缩。
[0017] 此外，根据本发明的源材料处理产生硬化粘结剂材料的有用的细颗粒或粉状碳酸 化或分解产物，其可在分离骨料之后以细颗粒或粉状矿物材料的形式被收回。所述细颗粒 分解或崩解产物，特别是包含方解石、无定形二氧化硅和铝酸盐的，可以例如作为粘结剂组 合物中的填料和/或作为辅助水泥材料（SCM)和/或作为水泥生产的原料。具体而言，细 颗粒分解产物可以例如用于降低水泥和/或复合粘结剂的熟料因子，类似于使用其他SCM 如飞灰、炉渣等。特别地，无机粉末的元素氧化物组合物与矿物粘结剂的类似。决定辅助水 泥材料的水硬性的钙/硅比是非常好的。同样，这是重要的优点，并源自从硬化的粘结剂材 料或基质中几乎完全分离骨料的的可能性。
[0018] 在环境方面，本发明的方法也是有益的。首先，由于本发明的方法，必须沉积或填 埋的废料或拆除材料的量可以显著减少。第二，本发明有助于减少自然资源，即主要是骨 料，以及生产水泥的原料的消耗。第三，由于收回高度清洁的骨料，它们在建筑材料中的进 一步使用不必仅限于低技术应用。这种骨料可以被认为具有与净骨料类似的性质。
[0019] 如果使用和消耗二氧化碳用于碳酸化，则本发明的方法在二氧化碳的产生和排放 方面是进一步有利的。总体上，本发明的这些效果有助于减少对环境的负面影响。
[0020] 此外，所产生的粉状矿物材料可以用作用于灰分改进技术的原料，例如描述在TO 2011/038123Al中的。在灰分改进技术中，煤燃烧产物与金属氧化物共混，以改进所述灰分 的水硬性。特别地，这样的产品可以用作辅助的水泥材料。
[0021] 本发明的其他方面是进一步的独立权利要求的主题。特别优选的实施方案概述在 整个说明书和从属权利要求中。
[0022] 实施本发明的方式
[0023] 本发明的第一方面涉及一种用于从包含硬化矿物粘结剂和骨料，特别是废料或拆 除材料中收回骨料和/或粉状矿物材料的方法，该方法包括以下步骤：
[0024]a)在分解过程中处理源材料，特别是在研磨条件下，其中所述硬化矿物粘结剂至 少部分，特别是基本上完全碳酸化，并从所述骨料的表面移除，从而产生粉状分解产物；
[0025] b)以预定的切割粒径分离处理过的源材料，以收回具有至少是预定切割粒径的粒 径的处理过的骨料，和/或以收回粒径低于预定切割粒径的粉状矿物材料。
[0026] 在本申请上下文中，术语"源材料"表示包含或由硬化矿物粘结剂和骨料组成的任 何材料。特别地，源材料是源自拆除的构造或建筑物的拆除材料或废料。源材料可能来自 拆除点和/或来自填埋场。除了硬化矿物粘结剂和骨料之外，其他材料也可存在于源材料 中，例如金属、塑料和/或木材。然而，在处理源材料之前，至少部分分离这类的材料可能是 有益的。优选地，源材料包含或由硬化砂浆和/或混凝土组成。
[0027] 特别地，待处理的源材料包含或由结合到骨料表面的硬化矿物粘结剂组成。特别 地，硬化矿物粘结剂至少部分地包围骨料和/或将多个单独的骨料结合在一起。
[0028] 根据一个优选的实施方式，在分解过程或步骤a)之前，将源材料粉碎。这将增加 源材料的表面，其反过来又增强了分解过程。表述"硬化的矿物粘结剂"特别是指已在产生 水合物的化学水合反应中硬化的矿物粘结剂。优选地，硬化矿物粘结剂已经硬化至少2天， 优选至少7天、特别地至少28或至少60天。
[0029] 特别地，硬化矿物粘结剂包含或者由硬化的水硬性粘结剂，例如硬化的水泥粘结 剂组成。
[0030] 然而，硬化的矿物粘结剂也可以包括或由硬化的潜在水硬性和/或火山灰型粘结 剂材料组成。
[0031]术语"潜在水硬性和/或火山灰型粘结剂材料"特别表示II型混凝土添加剂，其 具有根据EN206-1的潜在水硬性和/或火山灰型（pozzolanic)性质。特别地，潜在水硬 性或火山灰型粘结剂材料包含或者由炉渣、飞灰、硅粉、活化粘土和/或天然火山灰组成。
[0032] 特别地，硬化的矿物粘结剂包含或者由5-100重量％，特别是50-100重量-%，更 优选65-100重量％的硬化水硬性粘结剂组成。
[0033] 特别地，硬化的矿物粘结剂包含或者由5-95重量％的硬化的水硬性粘结剂和 95-5重量％的硬化的潜在水硬性和/或火山灰型粘结剂材料组成。更优选地，硬化的矿物 粘结剂可以包含或由30-90重量％的硬化水硬性粘结剂和70-10重量％的硬化的潜在水硬 性和/或火山灰型粘结剂材料组成。
[0034]优选的硬化的矿物粘结剂含有或由根据标准EN197的CEMI、II、III、IV或V型 的硬化水泥组成，特别是CEMI或II型的。然而，也可以使用其他类型的水泥。
[0035] 特别地，硬化水硬性粘结剂是硬化水泥。优选地，硬化的潜在水硬性和/或火山灰 型粘结剂材料是硬化的炉渣和/或飞灰。高度优选的硬化的潜在水硬性粘结剂材料是硬化 炉渣。
[0036] 术语"骨料"包括任何类型的砂浆和/或混凝土骨料。特别地，骨料的特征在于 2. 2_3kg/dm3的密度。特别地，骨料包括石头、砾石、沙子或它们的混合物。然而，骨料可以 包含或由轻质