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废旧竹胶托板资源化再生利用研究

添加时间:2017-04-24 09:26
图片来源网络

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  1 前言。

  在混凝土砌块(砖)生产线上,用于承托和转运混凝土砌块(砖)成型坯体的托板,其性能和价格显著影响混凝土砌块(砖)的质量和生产成本。 我国目前所采用的托板品种较多,在性价比、耐久性与使用寿命、对产品质量影响及使用效果、循环利用价值等方面存在明显差异[1]. 竹胶托板通常以四年或四年以上生新鲜竹材作为主要原料,通过竹席和竹帘组坯,经浸胶、干燥、热压和切割等工序而成,具有重量轻、性价比高、原材料易得易购等优点。 经过十多年的发展,竹胶托板已成为我国混凝土砌块(砖)行业中型小生产线的主导托板品种,并拥有专门的行业标准[2].

  近年来,废旧竹胶托板的资源化再生利用在竹胶托板制备方面取得技术突破,提高了产品质量和竞争优势,成为托板行业实现循环经济的典范,符合我国可持续发展战略。 本文主要介绍废旧竹胶托板的资源化再生及用于制备再生竹胶托板研究结果。

  2 再生竹胶托板的结构设计。

  竹胶托板在承托和转运混凝土砌块(砖)坯体时,通常处于单向均布受力状态,其纵向静曲强度要求较高,而横向静曲强度则要求相对较低;当混凝土砌块(砖)坯体具备一定强度后将被从竹胶托板上取走并码垛,此时混凝土砌块(砖)经常在竹胶托板面上被推动和滑动。 因此,与用作混凝土模板的竹材胶合板相比,竹胶托板表面要求应有更高的耐磨性能。 另外,当承托混凝土砌块(砖)坯体进入湿热养护环境时,托板通常与坯体一起处于潮湿环境,而竹胶托板具有吸水膨胀的缺点, 其吸水性将直接决定其能否正常使用,且影响胶合性能和使用寿命。 故在产品标准[2]中,要求竹胶托板在吸水或浸水条件下应具有较好的拉伸粘接强度,并严控吸水厚度膨胀率。

  基于上述要求和产品特性,本项目研制的再生竹胶托板结构,将由一对面层和设在面层中间的芯层组成,面层和芯层通过热压胶合连接;并对再生竹胶托板的四边,用封边材料进行防水密封处理。 其中芯层厚度占再生竹胶托板全部厚度的 50%~70%. 图 1 为再生竹胶托板的结构。

  再生竹胶托板面层由竹席和设在竹席内侧的竹帘与增强网片组成,且至少包括一层竹席、一层竹帘和一层增强网片。 面层将发挥三方面作用:① 通过竹席、竹帘和增强网片组合作用,赋予再生竹胶托板面层较高的抗拉强度,确保再生竹胶托板的静曲强度和冲击强度满足设计要求。 其中纵向静曲强度主要贡献者是竹席、竹帘和增强网片,横向静曲强度主要贡献者则是竹席和增强网片; ② 面层用竹席采用竹蔑编制。 竹蔑组织紧密、质地坚韧、力学性能极佳,同时由于竹席涂胶量大,热压后再生竹胶托板表面形成有膜保护层, 因而赋予再生竹胶托板良好的耐磨性能;③竹蔑通过胶粘剂热压固化形成的面层具有良好的耐水、耐腐蚀性能,将有效抑制水分通过面层渗入到再生竹胶托板的内部,达到控制吸水厚度膨胀率、确保胶合性能的目的。

  再生竹胶托板芯层, 则由再生竹屑和再生竹条组成,其中再生竹条贯穿于铺装的再生竹屑之中。浸胶处理过的再生竹屑与再生竹条, 经铺装形成相对均匀的芯层坯体;经热压胶合后,形成轻质、密实、均匀、吸水率低、胶合强度高的芯层。该芯层不但赋予再生竹胶托板较高的结构稳定性、弹性模量和胶合性能,而且可有效控制再生竹胶托板吸水厚度膨胀率。 再生竹屑和再生竹条则完全采用废旧竹胶托板加工而成, 属于再生原料,在再生竹胶托板中体积利用率占 50%~70%. 因此,再生竹胶托板是一种典型的再生资源产品。

  3 废旧竹胶托板的资源化再生。

  废旧竹胶托板(见图 2)用于制备再生竹胶托板前,需 先 加 工 成再 生 竹 屑 和再 生 竹 条 两种再生原料,主 要 用 作 再生 竹 胶 托 板的芯层材料。再 生 竹 条 是将废旧竹胶托板直接切割而成,再生竹屑则由废旧竹胶托板经净化、拆解、粉碎、干燥、筛选等工序,资源化再生而成。 研究表明,再生竹屑性状和性能对再生竹胶托板的静曲强度、弹性模量、胶合强度、吸水厚度膨胀率等物理力学性能影响显著,故必须严格控制再生竹屑加工的各个工序。

  (1)净化与拆解。

  已使用数年的废旧竹胶托板表面,通常会粘附有水泥浆体和粘土,有时还会粘附有其它污染物,因此在粉碎前应实施净化处理,以控制再生竹屑中的杂质含量。 研究表明,采用大振幅高频振动装置可去除附着的水泥浆体和粘土。 若其他污染物无法去除且影响胶合性能,则应人工剔除被污染过的废旧竹胶托板。

  竹胶托板上有时会加装附属装置,如钢质护角、钢框、复合塑料耐磨层、增强网片等,这些附件均应在粉碎前加以拆解, 以确保粉碎工序顺畅和再生竹屑质量。

  (2)粉碎。

  经净化和拆解后的废旧竹胶托板,采用粉碎机直接加工成再生竹屑。 图 3 为废旧竹胶托板粉碎系统投料口,图 4 为废旧竹胶托板粉碎后制成的再生竹屑。

  (3)干燥。

  再生竹屑含水率的高低及均匀性,会直接影响再生竹胶托板的技术性能、热压周期、生产能耗等,同时为避免再生竹胶托板在热压过程中产生鼓泡、分层等缺陷,保证产品的胶合强度和吸水厚度膨胀率,再生竹屑的含水率应控制在设计范围内。

  再生竹屑干燥通常选用转子式干燥机。 在干燥过程中, 再生竹屑在干燥机内翻 滚 并 向 前 运动, 使其不断与热 管 束 接 触 、 并进 行 热 交 换 ; 干燥完毕的竹碎料从 出 料 口 排 出。

  再生竹屑在干燥机内的停留时间,决定于再生竹屑的初始含水率、烘干后含水率指标、形态和尺寸等因素,主要通过调节转子转速,来调整再生竹屑的干燥时间长短。

  (4)筛选。

  粉碎而获得的再生竹屑,其尺寸跨度较大,同时还含有一定比例的竹粉和粉尘(图 5)。大尺寸再生竹屑可以通过筛选和再次粉碎加工满足要求;竹粉和粉尘的存在,不但会增加再生竹胶托板生产用胶量,影响胶合强度,而且会影响产品质量均匀性。 因此还需进一步对再生竹屑进行筛分处理。 再生竹屑筛分处理应在干燥后进行,以确保分选效果和质量均匀性。

  4 再生竹胶托板的生产原料。

  再生竹胶托板生产原料包括再生竹屑、 竹席、竹帘、再生竹条、胶粘剂、增强网片等。

  1)再生竹屑:见图4所示,为回收的废旧竹胶托板、经资源化再生而成,外形呈针状和短棒状。

  (2)竹席:弦向竹蔑要根据厚度要求,从竹材弦向多次一分为二的纵向剖削,并将竹黄和竹青而加以剔除而得到的竹蔑。本研究使用的竹席,系采用一定规格的青蔑按互相交叉搭接编织而成。

  (3)竹帘:由一定数量的竹蔑平行排列、并用混纺线或铅兹作为经线,将其联接成具有一定幅而尺寸的整体。本研究使用的竹帘,系采用一定规格尺寸的弦向竹蔑制成。

  (4)再生竹条:竹条作为再生竹胶托板芯层的骨架材料。用于提高竹胶托板的结构稳定性。本研究采用的再生竹条,均由废旧竹胶托板直接切割而成。

  (5)胶粘剂:胶粘剂是再生竹胶托板胶合强度和静曲强度的主要贡献者,同时也是决定竹胶托板使用性能和耐久性的关键材料,本研究使用热固型酚醛树脂。与其它类型胶粘剂相比,热固型酚醛树脂具有优良的耐水性、耐老化性和耐热性;并具有很高的胶合强度,可在自然环境下长期使用。

  (6)增强网片:增强网片主要用于提高再生竹胶托板而层的抗拉强度和均匀性,改善竹胶托板的静曲强度和抗冲击强度。本研究选用玄武岩纤维网格布。

  (7)封边材料:本研究选用桐油作为封边材料。桐油为脂肪酸甘油三醋混合物,是一种优良的带干性植物油,具有干燥快、比重轻、光泽度好、附着力强、耐热、耐酸、耐碱、防腐、防锈、不导电等特性。

  5 再生竹胶托板制备。

  再生竹胶托板生产工艺包括:原料加工与处理、组坯与铺装、板坯胶合成型、再生竹胶托板加工等四个关键工序,其生产工艺流程见图6所示。图7为再生竹胶托板毛坯及成品。

  6 再生竹胶托板的技术性能。

  以规格尺寸为800mmx500mmx20mm的再生竹胶托板例,按照JC/T 2124-2012《混凝土砌块(砖)生产用竹胶托板》标准进行检验,其外观质量与尺寸偏差、吸水厚度膨胀率、静曲强度、弹性模量、冲击强度、表而耐磨强度和胶合性能均符合JC/T 2124-2012标准要求。表1列出了再生竹胶托板性能检测结果。

  从表1中可以发现:这种再生竹胶托板的"胶合性能(浸水拉伸粘接强度)",比JC/T 2124-2012标准要求高出很多;实际上该性能值超出了竹胶托板的胶合性能。说明再生竹胶托板的使用性能从某种程度上要优于现行工艺生产的竹胶托板。

  7 结语。

  1)本项研究实现了混凝土砌块(砖)生产用竹胶托板的再生循环利用,在再生竹胶托板生产中再生原料利用率超过50%.产品达到JC/T 2124-2012标准要求,其中胶合性能要远优于标准值。

  2)再生竹胶托板采用一对耐磨而层+中间芯层的结构形式,与传统的竹胶托板相比,具有质轻、密实、吸水厚度膨胀率低、胶合强度高等优点,更适用于混凝土砌块(砖)生产的环境。

  3)经混凝土砌块(砖)生产企业应用实践证明,以废弃竹胶托板再生原料为主要原料,制备的混凝土砌块(砖)再生竹胶托板,使用期间不易出现分层和剥离,耐久性好、使用寿命长。