一种利用工业垃圾制造恒温石的研究 与应用

汤薇++杨林江

摘要：本研究提出利用建筑垃圾合成轻骨料--高强耐磨恒温石。利用该轻骨料用于工程建设中，绿色、低碳环保，并解决了机场与公路低温环境下结冰的危害。该恒温石以建筑垃圾为主要原料，充分利用废弃资源，在高温条件下烧结而成的一种人造太阳石，特别适用于寒冷地带机场跑道与公路建设。

关键词：建筑垃圾；恒温石；低温轻质高强沥青混合料；不结冰桥面与路面

0 引言

目前国内机场跑道大多采用改性沥青混合料，因飞机起飞时摩擦很大要求路面有较好的抗滑和耐摩擦的性能，降落时对地面的冲击很大，特别是在低温地区，容易造成路面结冰，不利于飞机安全着陆。

公路桥梁路面铺设中多用天然石料，其体积容重大[1]。在大跨度的桥梁中恒载比高达70%-90%，造成桥梁使用寿命短，维修费用大，且维修困难，在维修过程中易造成交通堵塞。将表层和防护墙的沥青混凝土中的天然石料用人造恒温石替代，能使恒载比下降15%～30%，桥的承载力将会得到很大的提高，从而延长桥梁的使用寿命，同时也减少桥梁的维修费用[2]。同时在某些特殊的事故多发路段的使用也起到不错的效果。

针对上述背景需解决的技术问题，一种轻质高强，抗滑，耐磨且具有一定相变保温效果的新型轻集料可以解决现有技术缺陷。特别添加固—固相变材料更加体现集料的保温相变功能。高分子固- 固相转变材料以其贮热容量大、易制成各种形态、可以直接用作系统的结构材料等特点成为相变储能材料最有发展前途的研究领域。高分子固- 固相转变材料主要分为两类：第一类为交联型结晶聚合物相变材料，第二类则是一些以聚合物为基体的复合相变材料[3]。

1 实验部分

1.1 实验原料

一级品粉煤灰；高铝矿尾矿，细度0.08标准筛筛余12%以下；建筑垃圾，细度为0.15标准筛筛余10%以下；高温调和剂钾长石，细度0.08标准筛筛余12%以下；无机盐/陶瓷基复合储能材料[4]，北京秦天科技有限公司研制。

1.2 恒温储能太阳石的制备

将上述的原材料以如下比例，建筑垃圾30﹪，粉煤灰28﹪，高铝尾矿30﹪，高温调和剂5﹪，相变材料7﹪和水适量计量，机械搅拌均匀后送入旋转窑，在窑内自动进行制粒，利用旋转窑尾气对湿粒子进行烘干，确保粒子足够的干燥，干燥的同时同步预热，干燥预热大约需要40～45min，确保干燥预热足够充分，避免粒子因预热不足，在高温焙烧段温度太高而开裂或炸裂，干燥焙烧高温段的最高温度为980～1080℃的高溫条件下焙烧15分钟生成轻质高强的保温材料，其产量为2T/h，属于连续式生产。

2 恒温储能太阳石性能分析

2.1 恒温储能太阳石指标检测

该人造石外观由浅灰色到深褐色不等，表面坚硬，其抗压强度较普通太阳石大，且吸水率小，与沥青粘结料的粘附性好。其最大的特点为表面有一层坚硬的外壳，内部有大量非连通性孔，有保温隔热防冷的功能。该材料可大量生产，市场前景广阔。将上述条件制得的人造储能太阳石严格按照国家《公路工程集料试验规程》进行检测。

本研究提供的一种新型人造储能太阳石，在国内尚属先例。具有轻质高强，其表面有一层坚硬的外壳，内部有大量非连通性孔，使沥青混凝土路面有保温隔热防冷的功能，其温度调节范围为10～35℃。在高温焙烧的条件下，原材料中的有机成分及部分无机原子挥发殆尽，并且材料中的二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化铁等发生一系列的化学反应，生成稳定的结晶相物质，在人造石内部形成了大量气泡，相变材料的加入有利于结晶相的生成，部分相变材料倍包裹留在气泡内，增强的太阳石的保温效果。本研究使用旋转窑生产，原材料大量存在，生产工艺简单，所得的产品为圆球形，是沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的理想模型集料。

2.2 恒温储能太阳石沥青混合料路用性能试验分析

路用性能是沥青混合料的根本，因而只有在保证沥青混合料具有良好路用性能的前提下，才能更好地利用储能材料对沥青混合料进行温度调控，所以检验储能材料对沥青混合料路用性能的影响，也就成了必不可少的研究工作。本章通过采用普通石灰石集料的沥青混合料进行马歇尔、高温车辙、低温弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂等试验，与未掺储能材料的沥青混合料对比，分析储能材料对沥青混合料路用性能的影响，为能将储能材料成功应用于沥青混合料温度调控奠定基础。

（1）马歇尔试验

本次实验采用本实验室在放大中试中生产的人造储能太阳石，采用连续级配SMA-19进行混合料设计与性能验证，制得的马歇尔试件的指标如表1所示。

从上表实验数据了看出，储能太阳石沥青混合料沥青用量较大，空隙小，稳定度较低，流值较小。因储能太阳石集料采用旋转窑烧焙其外观为椭球形，接近球形是SMA的理想模型，空隙率小；储能太阳石表面有微孔且表面较为光滑，导致油石比较大，稳定度较小。

（2）车辙试验

通过车辙试验得出沥青混合料试件的动稳定度，以此对比普通沥青混合料和恒温储能太阳石沥青混合料抗车辙能力的影响。试验结果见表2。

由上表可以明显看出，掺入相变材料后，沥青混合料试件的动稳定度明显减小，即抗车辙能力减弱。因为试验温度为60℃，处于此环境内，相变材料会吸收许多热量并储存到沥青混合料中，致使试件变软，变形增大。因此，掺入相变材料后致使沥青混合料试件的动稳定度减小。

3 结论

本研究合成的恒温储能太阳石具有一定的调温效果，生产成本低，工艺流程简单，太阳石本身具有轻质高强和耐磨耗的特性，有很好的实际利用价值，在特殊路段如机场跑道，事故多发路段和大跨度桥梁方面具有很好的应用前景，特别适用于北方寒冷地带，路面不易结冰。在以后的技术更新中，应追寻充分利用建筑垃圾，就地取材，不断研究低成本、简制备工艺、降低焙烧温度。不断提高绿色高强新型恒温石材料的性能，为更多的造福于人类不断探索。

参考文献

[1]刘启华.高强页岩陶粒配制沥青陶粒混凝土的试验研究.

[2]张传镁.高强度页岩陶粒混凝土试验研究.

[3]张伟，黄荣荣，俞强，林明德. 高分子固- 固相转变储能材料的研究进展. 现代塑料加工应用，2009，15（6）.

[4]方斌正；太阳能潜—显热储热复相陶瓷的研究[D]；武汉理工大学；2011年endprint