Hvordan Partikkelstørrelse og Materialtype Påvirker Resirkulering av Bygg- og Rivingsavfall

I prosessen med å bearbeide bygg- og rivingsavfall, spiller både maskinvalget og materialets fysiske egenskaper en betydelig rolle for produktets endelige kvalitet. Når vi vurderer kverning av materiale som betongrubble eller murstein, er det flere faktorer som påvirker hvordan materialet brytes ned og hvor fin den resulterende partikkelen blir. Blant disse faktorene er maskinens innstilling, som kastehastigheten til rotoren i en slagknuser eller innstillingene for utløpet i en kjeftknuser, samt materialets densitet og type.

Den generelle regelen er at jo lettere materialet er, desto finere kan det males, ettersom materialer med lavere partikkeldensitet krever mindre energi for å brytes ned. Dette betyr at lettere byggematerialer, som murstein, ofte knuses til mindre partikler sammenlignet med tyngre materialer som betong. Denne trenden vises tydelig i eksperimentelle data der materialet knuses i en kjeftknuser: jo lavere partikkeldensitet, desto høyere kverningsforhold oppnås. For eksempel, når materialet inneholder en høyere andel av murstein, som har en lavere densitet enn betong, vil andelen fine partikler (mindre enn 4 mm) øke.

Det er også viktig å merke seg at den fysiske strukturen til materialet, som om det er flatt eller hul, påvirker den resulterende partikkelens form. Flate materialer, som takplater eller keramiske fliser, kan ikke brytes ned til kubiske partikler under en viss partikkelstørrelsegrense, spesielt hvis materialet er for tynt. For eksempel, takfliser som har en tykkelse på omtrent 20 mm kan bare bli knust til kubiske partikler hvis de reduseres til en maksimal partikkelstørrelse på under 15 mm.

Videre kan forskjellige knusere produsere forskjellige partikkelformer. En kjeftknuser produserer ofte mer langstrakte og splintrede partikler, mens en slagknuser vanligvis gir finere, mer kubiske partikler. Dette kan være viktig i tilfeller der ønsket produkt krever en bestemt partikkelform for videre bruk. For eksempel, hvis byggematerialene som brytes ned er laget av keramikk med tynne vegger, vil det resulterende produktet inneholde et høyere innhold av partikler med en lengde-bredde-forhold på mer enn 3:1, noe som kan være uønsket i visse applikasjoner.

En annen avgjørende faktor er teksturparametrene, som er nært knyttet til produksjonsprosessen for det opprinnelige produktet. Hvis det opprinnelige produktet har anisotrope egenskaper (det vil si at materialet har forskjellige fysiske egenskaper avhengig av retningen), vil dette påvirke hvordan partiklene brytes ned. Et godt eksempel på dette er murstein som er formet ved ekstrudering. I slike tilfeller kan partiklene fra en kjeftknuser være langstrakte og splintrete, mens slagknuseren gir et finere produkt med høyere andel av små partikler.

For resirkulering av byggematerialer, er det essensielt å finne den rette balansen mellom kverningens grad og etterfølgende sorteringsmetoder. Grov kverning kan føre til at verdifulle materialer forblir sammenkoblet med uønskede komponenter, noe som gjør det vanskeligere å skille dem ut i de neste trinnene. På den annen side kan for fin kverning gjøre det mer utfordrende å oppnå den nødvendige separasjonen for effektiv sortering. Derfor, for å oppnå høy kvalitet på resirkuleringen, er det viktig å forstå samspillet mellom kverningens grad og de tilgjengelige sorteringsmetodene.

Det er også viktig å merke seg at et optimalt resultat kan oppnås ved å bruke en knuser som er godt tilpasset den spesifikke typen materiale som bearbeides. For eksempel vil knusing av betong kunne kreve en annen maskininnstilling enn knusing av murstein eller keramikk, ettersom deres fysiske egenskaper varierer betydelig. I tillegg kan de spesifikke forholdene under prosesseringen, som trykk og hastighet, påvirke hvor effektivt materialet kan bearbeides og frigjøres for videre sortering.

Hvordan partikelsortering fungerer i prosesser for gjenbruk av bygg- og rivningsavfall

Partikelsortering er en sentral del av prosessene for behandling og resirkulering av bygg- og rivningsavfall. Prinsippet bak sorteringen er at forskjellige materialer i blandingen har ulike egenskaper som påvirker hvordan de reagerer i forhold til krefter som virker på dem, slik som gravitasjon og luftstrøm. Den grunnleggende ideen er at lettere partikler kan separeres fra tyngre partikler ved hjelp av disse kreftene.

En viktig faktor i partikelsorteringen er partikkelens synkehastighet. Når partikler er i en oppadgående luftstrøm, vil de bli transportert med strømmen dersom deres stasjonære synkehastighet er lavere enn hastigheten på strømmen. Dette gjelder for de lettere partiklene, som kan inkludere materialer som betong eller murstein, avhengig av deres densitet. Derimot, de partiklene som har høyere synkehastighet enn strømmen vil følge tyngdekraften og synke til bunnen, og disse partiklene utgjør den tyngre fraksjonen, som kan være naturlige steiner eller andre tunge materialer.

Beregningsmodellen for synkehastigheten for en enkelt partikkel er basert på kraftbalansen, der flere faktorer spiller inn, som partikkelens størrelse, densitet og form, i tillegg til tettheten på væsken (som luft eller vann). Ved sortering av partikler etter tetthet vil det være nødvendig at partikkelstørrelsen og formen er så ensartet som mulig for å oppnå en høy grad av selektivitet. I industrielle prosesser er det ofte flere partikler som beveger seg i en strøm, og interaksjoner mellom disse partiklene kan gjøre det vanskelig å forutsi hvordan hver enkelt partikkel vil oppføre seg.

Når man jobber med vann som væske i stedet for luft, blir synkehastigheten omtrent ti ganger lavere. For partikler med en diameter på 10 mm og en tetthet på 1700 kg/m³, vil den stasjonære synkehastigheten være rundt 0,5 m/s. I en væskestrøm med en hastighet på 0,5 m/s, vil de lettere partiklene, med tettheter under 1700 kg/m³, bli transportert med strømmen, mens de tyngre partiklene vil synke og danne en tung materialfraksjon. Imidlertid, når materialene er vannmettet, kan effekten på tettheten være betydelig, særlig for de lettere partiklene. For eksempel, partikler med en tørketetthet på 800 kg/m³ kan ved vannmetning få en effektiv tetthet på opptil 1500 kg/m³, noe som kan påvirke sorteringsprosessen.

I tillegg til de fysiske egenskapene til partiklene, må sorteringen integreres i prosessflyten på riktig måte. Den første sorteringen skjer vanligvis på rivingsstedet, der store uønskede materialer fjernes manuelt eller med maskiner. I prosessflyten etter knusing kan man bruke mer avanserte metoder som masseflow-sortering eller enkeltpartikkelsortering. Disse metodene gjør det mulig å fjerne urenheter som ikke kan separeres på et tidligere stadium, og som kan være en del av et sammensatt materiale.

Sortering etter knusing innebærer at materialene først klassifiseres, og deretter renses ved hjelp av luft- eller vannbaserte teknikker. I tilfelle luftseparasjon kan partikkelstørrelsen som behandles, variere, men vanligvis kan man sortere ut materialer som er større enn 4 mm. I noen tilfeller kan vannbaserte metoder håndtere en større spredning i partikkelstørrelse, noe som gir bedre robuste prosesser for materialene som skal renses.

En viktig utfordring i behandlingen av bygg- og rivningsavfall er tilstedeværelsen av sammensatte materialer, som kan være vanskeligere å separere. Etter knusing er det ofte lettere å få tilgang til disse sammensatte materialene, og derfor kan sortering på dette stadiet være mer effektivt enn tidligere. For spesielt komplekse materialer, som gamle takfliser som skal brukes til grønt takmateriale, kan sorteringen skje tidlig i prosessen for å sikre best mulig kvalitet på sluttproduktet.

Endtext

Hvordan smarte kverner og termisk behandling kan forbedre resirkulering av betong

En annen innovasjon, kjent som “eksentrisk akselrotormetoden,” innebærer behandling av knust betong i en konisk kvernlignende aggregat. I mellomrommet mellom den ytre skallet og den eksentrisk monterte rotoren, som også vibrerer, utsettes materialet for skjærspenning. Dette fører til at sementpasten løsner fra overflaten av betongaggregatene.

De grove fraksjonene som produseres av den smarte kvernen, kan brukes som resirkulerte aggregater i ny betongproduksjon. Videre studier har vist at fraksjonen < 2 mm kan benyttes til mørtelproduksjon. Imidlertid observeres dårlig prosesserbarhet i starten på grunn av høy vannabsorpsjon. Ved bruk av et plastiseringsmiddel kan prosesserbarheten forbedres til nivået av mørtel laget med naturlig sand. Fleksur- og trykkstyrken på mørtelen med resirkulert sand var høyere, særlig med hensyn til tidlig styrke.

I tilfelle den fine fraksjonen < 150 µm, som er rik på herdet sementpasta, kan den benyttes som et sementsubstitutt. Imidlertid fører delvis substitusjon av Portlandsement med denne fine fraksjonen til en reduksjon i styrke som er i tråd med den såkalte “dilutasjonskurven” for tilsetning av inert materiale.

Ved hjelp av en roterende ovn kan man fullstendig dehydrere de hydrerte fasene i den herdede sementpastaen. Etter behandlingen kan betongen klassifiseres i grove og fine aggregater. Luftklassifisering kan deretter benyttes for å skille den herdede sementpastaen fra de fine aggregatene. Behandlingsgraden avhenger av temperaturen som benyttes, og ved 600 °C kan fortsatt 15-35 vektprosent av sementpastaen være til stede på overflatene av de grove aggregatene. Ved 700 °C reduseres dette til 2 %, mens ved 800 °C kan man oppnå nesten fullstendig frie aggregater.

Videre har det blitt forsket på hvordan varmebehandling kan bidra til å gjenaktivere herdet sementpasta, slik at den igjen kan bidra til styrken i den resirkulerte betongen. Denne forskningen har imidlertid ikke gitt entydige resultater, og det er fortsatt uklart om varmebehandling alene kan gjenopprette den opprinnelige styrken av den hydrerte sementen.

Termisk behandling i industriell skala har også blitt brukt for betongrubble fra bygg som ble oppført på 1980-tallet. De resirkulerte fraksjonene ble brukt til å produsere ny betong, og finpulveret ble brukt i produksjon av gulvplater.

For industrielle applikasjoner, kan et system som kombinerer oppvarming til 650 °C med en slitasjesone i en skrått rørkvern gi et produkt med en sammensetning som nærmer seg naturlige aggregater. Denne metoden benytter et varmebehandlingsforløp før materialet behandles mekanisk, og den resulterende betongen har egenskaper som er veldig nær de for naturlige, ikke-resirkulerte aggregater.

Den termiske behandlingen har en rekke fordeler for resirkulering av betong, men man må også være oppmerksom på at hver metode har sine egne utfordringer og at den totale effekten på betongens styrke og kvalitet kan variere avhengig av behandlingsparametrene.