本發(fā)明涉及由廢塑料材料通過擠出生產(chǎn)塑料骨料，更具體地，涉及所述塑料骨料作為混凝土生產(chǎn)中的骨料的至少部分替代品的用途。

背景技術(shù)：

塑料在混凝土中的使用是已知的，但是這導(dǎo)致了具有低壓縮強度和/或低拉伸強度的混凝土，并且可能通過由于使用含有糖殘余物(即來自甜飲料)的廢塑料而導(dǎo)致的堿-硅酸反應(yīng)(alkali-silicareaction，asr)而遭受劣化。

輕骨料混凝土可以用于減少恒載以節(jié)省地基和鋼筋(reinforcement)、改善熱學(xué)性能、減少剝落、以及減少模架和支撐物的需要。然而，如上所述的，與用傳統(tǒng)材料制成的混凝土相比，通常輕質(zhì)混凝土?xí)哂邢鄬Φ偷膹姸取?/p>

本發(fā)明的目的是提供一種塑料骨料，所述塑料骨料至少為公眾提供有用的選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在第一方面，本發(fā)明涉及制備塑料骨料的方法，所述方法包括：

提供顆粒狀廢塑料材料；

將所述顆粒狀廢塑料材料引入具有模具的擠出機，所述模具的模嘴(dienozzle)開口面積與模具工作帶(dieland)面積的比為約1∶10至約1∶40；以及

通過所述擠出機擠出所述顆粒狀廢塑料材料以產(chǎn)生擠出的塑料骨料。

在另一方面，本發(fā)明涉及生產(chǎn)用于混凝土產(chǎn)品的擠出的塑料骨料的方法，所述擠出的塑料骨料在使用中能夠生產(chǎn)具有所需壓縮強度的混凝土產(chǎn)品，所述方法包括：

·提供顆粒狀廢塑料材料；

·將所述顆粒狀廢塑料材料引入具有模具的擠出機，所述模具的模嘴開口面積與模具工作帶面積的比為約1∶10至約1∶40；

·通過所述擠出機擠出所述顆粒狀廢塑料材料以產(chǎn)生擠出的塑料骨料；

·通過如下方式處理所述擠出的塑料骨料，以提供用于所述混凝土產(chǎn)品的擠出的塑料骨料：

i)冷卻所述擠出的塑料骨料；或

ii)涂覆所述塑料骨料；或

iii)i)和ii)兩者。

在另一方面，本發(fā)明涉及生產(chǎn)用于混凝土產(chǎn)品的擠出的塑料骨料的方法，所述擠出的塑料骨料在使用中能夠生產(chǎn)具有所需壓縮強度的混凝土產(chǎn)品，所述方法包括：

·提供顆粒狀廢塑料材料；

·將所述顆粒狀廢塑料材料引入具有模具的擠出機，所述模具的模嘴開口面積與模具工作帶面積的比為約1∶10至約1∶40；

·通過所述擠出機擠出所述顆粒狀廢塑料材料以產(chǎn)生擠出的塑料骨料；

·通過如下方式處理所述擠出的塑料骨料，以提供用于所述混凝土產(chǎn)品的擠出的塑料骨料：

i)控制所述擠出的塑料骨料的冷卻速率；或

ii)涂覆所述塑料骨料；或

iii)i)和ii)兩者。

在另一方面，本發(fā)明涉及制備混凝土的方法，所述方法包括：

由顆粒狀廢塑料材料提供擠出的塑料骨料，所述擠出的塑料骨料在模嘴開口面積與模具工作帶面積的比為約1∶10至約1∶40的擠出機中生產(chǎn)；

將按重量計約18％至約60％的水泥、按重量計約5％至約50％的水和按重量計約5％至約40％的擠出的塑料骨料混合，以形成骨料-混凝土混合物。

在另一方面，本發(fā)明涉及制備混凝土的方法，所述方法包括：

由顆粒狀廢塑料材料提供擠出的塑料骨料，所述擠出的塑料骨料在模嘴開口面積與模具工作帶面積的比為約1∶10至約1∶40的擠出機中生產(chǎn)；

將按重量計約18％至約60％的水泥、按重量計約5％至約50％的水和按重量計約5％至約40％的擠出的塑料骨料混合，以形成骨料-混凝土混合物，

其中所述骨料-混凝土混合物提供壓縮強度為至少約10至約50mpa的混凝土。

在另一方面，本發(fā)明涉及作為混凝土中金屬骨料的至少部分替代物的塑料骨料，所述塑料骨料具有選自以下特征中的一個或多個特征：

約1至約30mm的大?。灰约?/p>

約0.90至約1.15的比重；以及

粗糙且具有高表面積以促進機械結(jié)合和/或分子結(jié)合的表面紋理；以及

其中當(dāng)在混凝土組合物中使用時，所述塑料骨料在混凝土混合物中具有高結(jié)合強度，所述混凝土混合物具有約10至約50mpa的壓縮強度。

任意的以下實施方式可以涉及以任意方式組合的任意以上方面。

在一種實施方式中，所述混凝土包含按重量計約5、10、15、20、25、30、35或40％的擠出的塑料骨料，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在各種實施方式中，所述模具的工作帶長度可以為約10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65和70mm，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在各種實施方式中，所述模具的工作帶長度可以為約10至約40mm，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，所述模具的工作帶長度為約20mm。

在一種實施方式中，所述模具的工作帶長度產(chǎn)生了具有高紋理化或粗糙化表面的擠出的塑料骨料。

在一種實施方式中，在所述擠出機內(nèi)以約120、130、140、150、160、170、180、190、200、210或220℃的溫度加熱所述顆粒狀廢塑料材料。

在一種實施方式中，在擠出過程期間，至少60、65、70、75、80、85、90或95％的所述顆粒狀廢塑料材料變?yōu)槿廴诘摹?/p>

在一種實施方式中，所述顆粒狀廢塑料材料具有約1至約30mm的顆粒大小。

在一種實施方式中，所述顆粒狀廢塑料材料具有小于3mm的顆粒大小。

在一種實施方式中，該方法進一步包括在從模具擠出之后或期間冷卻所述擠出的塑料骨料的步驟。

在一種實施方式中，通過使骨料與高熱容量液體接觸來進行冷卻。在一種實施方式中，所述液體是水。

在一種實施方式中，制備具有所需性能的混凝土的方法包括壓縮強度、密度和重量中的任意一種或多種所需的性能。

在一種實施方式中，所述混凝土產(chǎn)品的所需性能是壓縮強度。

在一種實施方式中，所述混凝土產(chǎn)品的所需性能是密度。

在一種實施方式中，所述混凝土產(chǎn)品的所需性能是重量。

在一種實施方式中，通過在擠出的塑料骨料上噴射高熱容量液體來進行冷卻。在一種實施方式中，所述液體是水。

在一種實施方式中，通過使骨料與空氣接觸來進行冷卻。在一種實施方式中，所述空氣是在室溫下。

在一種實施方式中，所述骨料與水的接觸提供受控制的快速冷卻。

在一種實施方式中，所述骨料與空氣的接觸提供受控制的緩慢冷卻。

在一種實施方式中，冷卻的速率限定所述骨料中孔隙空間的存在。

在一種實施方式中，所述骨料的快速冷卻導(dǎo)致骨料中存在孔隙空間。

在一種實施方式中，所述骨料的緩慢冷卻導(dǎo)致骨料中不存在或基本上不存在孔隙空間。

在一種實施方式中，該方法進一步包括向擠出的塑料骨料的表面提供極性物質(zhì)的步驟，以在將擠出的塑料骨料添加至混凝土化合物時改善擠出的塑料骨料和混凝土混合物之間的界面。

在替代的實施方式中，處理所述擠出的塑料骨料以增加所述骨料的表面能。在優(yōu)選的形式中，所述擠出的塑料骨料是等離子體處理的。例如，通過使用火焰處理。

在一種實施方式中，該方法進一步包括使用空氣和受控的冷卻助劑進一步冷卻所述擠出的塑料骨料的步驟，以促進擠出物的氣室結(jié)構(gòu)均勻一致而達到約0.80、0.90、0.91、0.92、0.94、0.96、0.98、1.00、1.02、1.04、1.06、1.08和1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15的比重，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，所述受控的冷卻助劑是火山灰質(zhì)材料。優(yōu)選地，所述火山灰質(zhì)材料是粉煤灰(flyash)。

在一種實施方式中，該方法進一步包括在冷卻后使火山灰質(zhì)材料的薄層融合到所述擠出的塑料骨料的表面內(nèi)的步驟。

在一種實施方式中，所述擠出機是單旋轉(zhuǎn)軸擠出機。

在一種實施方式中，所述擠出機是食物擠出機。

在一種實施方式中，所述擠出機以約300至約400轉(zhuǎn)/分鐘運行。

在一種實施方式中，所述模具的擠出表面包括至少3個表面。在一些實施方式中，所述模具是基本上星形的。

在一種實施方式中，所述擠出機的流量大于至少6、7、8、9、10、11、12、13、14、15噸/小時。

在一種實施方式中，該方法進一步包括向擠出混合物提供一種或多種添加劑的步驟。適合的添加劑的例子包括但不限于砂、粉煤灰、碳酸鈣、研磨的火山灰質(zhì)材料和/或玻璃細末、玻璃粉末或玻璃顆粒。適合的添加劑的其它例子包括但不限于超細粉末、粉末或顆粒形式的礦石粉、金屬粉、木粉、紙和食物谷物副產(chǎn)物。

在一種實施方式中，以按所述擠出的塑料骨料的重量計至少約1、5、10、15、20、25、30、35或40％的量將添加劑添加至擠出混合物中，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，該方法包括向擠出混合物提供砂的步驟。在一種實施方式中，在擠出機的低壓部分中將砂添加至擠出機。

在一種實施方式中，該方法進一步包括將玻璃顆粒添加至擠出機的步驟。在一種實施方式中，在擠出過程開始時添加玻璃顆粒。

在一種實施方式中，該方法進一步包括提供如上所述的塑料骨料的步驟。

在一種實施方式中，所述擠出的塑料骨料包括高的表面積與體積之比。

在一種實施方式中，對于約20mm的骨料，所述擠出的塑料骨料包括約1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8或1.9的表面積與體積之比，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在本說明書中，其中已經(jīng)參考了外部信息來源，包括專利說明書和其他文獻，這通常為了提供用于討論本發(fā)明特征的上下文的目的。除非另有規(guī)定，這樣的信息來源的參考文獻在任何范圍內(nèi)不被解釋為承認這樣的信息來源是現(xiàn)有技術(shù)或形成本領(lǐng)域公知常識的一部分。

本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括/包含(comprising)”的意思是“至少部分地由...組成”。當(dāng)解釋本說明書和權(quán)利要求書中包括該術(shù)語的表述時，在每個表述中冠以該術(shù)語的全部特征需要存在，但是其他特征也可以存在。以相同的方式來解釋相關(guān)的術(shù)語如“包括/包含(comprise)”和“包括/包含(comprised)”。

本發(fā)明還可以廣泛地認為由單獨的或共同的本申請的說明書中引用或表明的部分、元素和特征，以及所述部分、元素或特征的任意兩種或三種的任意或所有組合組成，其中本文提及了特定的整數(shù)，其具有本發(fā)明涉及的本領(lǐng)域已知的等價物，如單獨地描述一樣，這樣的已知的等價物被認為并入本文。

附圖說明

現(xiàn)在將通過僅舉例以及參考附圖來描述本發(fā)明。

圖1顯示了生產(chǎn)用于混凝土的擠出的塑料骨料的本發(fā)明方法的步驟的示意圖。

圖2顯示了本發(fā)明的擠出的塑料骨料的剖面圖。左邊顯示了通過快速冷卻生產(chǎn)的低密度骨料，右邊顯示了通過受控的緩慢冷卻生產(chǎn)的高密度骨料。

圖3顯示了模具的示意圖，其顯示了模嘴開口面積(a)和工作帶長度(b)。通過所述模嘴的周長乘以工作帶長度來確定工作帶面積。

圖4顯示了用于在擠出機中使用以生產(chǎn)本發(fā)明的擠出的塑料骨料的模具設(shè)計的實例。

圖5和圖6顯示了包含本發(fā)明的塑料骨料的混凝土在達到最大應(yīng)力后承受負載的能力。

圖7顯示了不包含本發(fā)明的塑料骨料的混凝土在達到最大應(yīng)力后無能力承受負載。

圖8顯示了可以用于本發(fā)明的塑料骨料的擠出的示例性模具的形狀。

圖9顯示了由10/5星形模具(2mm規(guī)模)完成的骨料產(chǎn)品。

圖10顯示了在水中具有可變表面紋理化(variablesurfacetexturalisation)的8mm直徑的擠出物。

圖11顯示了在適當(dāng)位置設(shè)置了回收箱以接收擠出物的擠出機。

圖12顯示了包含本發(fā)明的骨料的混凝土的橫截面。

具體實施方式

本發(fā)明涉及用于混凝土制造的塑料骨料的生產(chǎn)方法。該方法一般包括以下步驟：提供顆粒狀廢塑料材料；將所述顆粒狀廢塑料引入模具開口面積與模具工作帶面積的比為約1∶10至約1∶40的擠出機；以及通過所述擠出機擠出所述顆粒狀塑料材料以產(chǎn)生擠出的塑料骨料。

通常在塑料工業(yè)中，塑料的擠出集中于具有光滑和/或一致的表面紋理或覆蓋物的產(chǎn)品。

本發(fā)明涉及具有不規(guī)則表面的擠出的骨料。

1.來源材料

用于本發(fā)明的來源材料是廢塑料材料。這樣的材料通常是混雜的塑料的非均質(zhì)混合物。例如，所述材料可以是通常由住宅樓和商業(yè)樓處理的用于回收的廢塑料材料的混合物。例如，奶瓶、塑料飲料瓶(許多包括含糖飲料)、塑料容器和塑料包裝等。

所述廢塑料材料可以包括聚烯烴，例如，高、中和/或低密度聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和/或可以包括其他塑料，例如，未增塑的聚氯乙烯、增塑的聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙腈丁二烯苯乙烯和聚氨酯。

使用作為用于擠出的塑料骨料的來源材料的廢塑料提供了塑料的另一種用途，否則所述塑料會被送往垃圾填埋場。通常地，在廢塑料能夠經(jīng)過擠出機或用于混凝土之前，廢塑料必須經(jīng)過一系列洗滌過程。這是因為來自之前使用的廢塑料的雜質(zhì)和剩余殘渣。然而，在本發(fā)明中，廢塑料不需要大量清潔。例如，雖然移除大的有機顆粒是希望的，但是不要求清潔塑料以移除例如從含糖飲料容器留下的殘余的糖。

首先將所述廢塑料切碎成大小為約10至約200mm，優(yōu)選為約50mm的顆粒。然后使該切碎的塑料材料顆?；癁榇笮榧s1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15mm的顆粒，有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，約1至約15、約1至約13、約1至約12、約1至約10、約1至約9、約1至約8、約1至約7、約1至約5、約1至約4、約2至約15、約2至約14、約2至約10、約2至約8、約2至約7、約2至約5、約3至約16、約3至約13、約3至約11、約3至約9、約3至約7、約3至約5、約4至約15、約4至約12、約4至約10、約4至約8、約4至約6、約5至約15、約5至約13、約5至約11、約5至約9、約5至約7、約6至約15、約6至約12、約6至約10、約6至約9、約8至約15、約8至約14、約8至約12、約8至約10、約9至約15、約9至約14、約9至約12、約9至約11、約10至約15、約10至約14、約10至約12、約11至約15、約11至約13、約12至約15、約12至約14或約13至約15mm)。

2.擠出過程

本發(fā)明使用擠出過程生產(chǎn)擠出的塑料骨料。一般方法如圖1所示。

所述擠出方法包括以下步驟：提供顆粒狀廢塑料材料，將所述顆粒狀廢塑料引入模具開口面積與模具工作帶面積的比為約1∶10至約1∶40的擠出機，以及通過所述擠出機擠出所述顆粒狀廢塑料材料以產(chǎn)生所述擠出的塑料骨料。

在擠出期間，所述顆粒狀廢塑料材料的至少一部分在擠出期間變?yōu)槿廴诘摹Ｔ谝环N實施方式中，在擠出過程期間，至少60、65、70、75、80、85、90或95％的所述顆粒狀廢塑料材料變?yōu)槿廴诘摹?/p>

2.1擠出機設(shè)置

通過擠出機形成所述擠出的塑料骨料。適合的擠出機可以包括塑料擠出機和烹飪擠出機(cookingextruder)。

在一種實施方式中，擠出機是烹飪擠出機類型。這樣的食物擠出機典型地是在筒內(nèi)的螺旋鉆型螺桿，所述螺旋鉆型螺桿迫使原材料通過限制性拉模板(dieplate)在該情況下擠出廢塑料，以制造塑料骨料。

與典型的塑料擠出機相比，食物擠出機的優(yōu)勢是它以高通量、低成本運行，并且提供比塑料擠出機更大的可伸縮性。在一些實施方式中，擠出的塑料骨料離開模具的速度是約0.02至約0.04m/s。

在一種實施方式中，擠出機以約300至約400轉(zhuǎn)/分鐘運行。

雖然擠出可以用于描述材料被迫通過限制點的一系列過程，但是一般來說擠出過程最常描述為筒內(nèi)的螺旋鉆，所述螺旋鉆迫使原材料通過限制性拉模板。該過程用于許多應(yīng)用，包括例如食物/飼料加工、聚合物和鋁等。

食物擠出機和飼料擠出機可以被未限制地稱為烹飪擠出機。通過產(chǎn)生由產(chǎn)物滑動產(chǎn)生的剪切力(摩擦力)/針對螺桿的對原材料流的阻力，以及在需要時較小程度地使用來自帶夾套的筒的熱輸入(加熱和冷卻兩者)，它們產(chǎn)生了達到理想的過程條件所需要的熱量。螺桿輪廓(screwprofiles)通常是復(fù)雜的，并且反映了筒內(nèi)的不同的點，其中較高量或較低量的剪切對任何給定的產(chǎn)品是必需的。

另一方面，傳統(tǒng)的礦物聚合物擠出更嚴重地依賴于熱輸入(加熱)，其中螺桿輪廓沿螺桿長度的變化最小。雖然剪切力的發(fā)生形成了熔融過程的一部分，但是其與食品/飼料擠出相比程度較低，并且流變學(xué)稍微更不復(fù)雜。

在本發(fā)明的一種實施方式中，使用通常用于制備高密度動物飼料的螺桿輪廓，通過單螺桿烹飪擠出機來加工廢塑料或回收的塑料。

通過利用高剪切力條件以及通過管理模具限制來實現(xiàn)廢塑料的完全熔融?？梢詫μ囟ǖ臋C械能進行優(yōu)化以在具有或不具有外部熱輸入下實現(xiàn)熔融。

通過發(fā)生由產(chǎn)物滑動產(chǎn)生的剪切(摩擦)/針對螺桿的對原材料流的阻力，以及還有擠出機筒被加熱，擠出機產(chǎn)生熱量。螺桿輪廓通常是復(fù)雜的，并且反映了筒內(nèi)的不同點，所述筒中較高量或較低量的剪切力對任何給定的產(chǎn)品是必需的。

本發(fā)明的制備中使用的烹飪擠出機的類型可以相當(dāng)不同。

它們的變化中的一些可以包括：

·單螺桿或多螺桿

·長筒或短筒

·有夾套或無夾套的

·連續(xù)螺紋螺桿元件或分段螺桿元件，或

·固定速度或可變速度。

在一種實施方式中，擠出系統(tǒng)包括長筒(8個頭)的、有蒸汽夾套的、可變的螺距元件、速度可變的單螺桿擠出機。

在一種實施方式中，所述擠出機是單螺桿擠出機。

在優(yōu)選的實施方式中，所述擠出機是食物擠出機。

在一種實施方式中，通過漏斗將所述來源材料加入擠出機。

2.2擠出機模具

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)具體的擠出模具設(shè)置對于生產(chǎn)可接受的擠出的塑料骨料是重要的。模具截面和工作帶長度是擠出過程的變量以生產(chǎn)有效的產(chǎn)品。

圖3顯示了模具1的圖。模具1包括嘴a并且具有已知作為工作帶長度b的長度。所述嘴的橫截面是開口壁面積。所述工作帶長度是以平行于螺桿的方向運行的工作帶的長度。

在一種實施方式中，模嘴面積與工作帶面積(嘴a的周長乘以工作帶長度b)的比是1比約10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65或70，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，約1∶10-70、約1∶10-60、約1∶10-50、約1∶10-40、約1∶10-30、約1∶10-20、約1∶15-70、約1∶15-60、約1∶15-50、約1∶15-40、約1∶15-35、約1∶15-30、約1∶15-25、約1∶20-70、約1∶20-65、約1∶20-60、約1∶20-45、約1∶20-40、約1∶20-35、約1∶20-30、約1∶20-25、約1∶25-70、約1∶25-60、約1∶25-40、約1∶25-35、約1∶25-30、約1∶30-70、約1∶30-60或約1∶30-40)。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)1∶10至1∶40的開口嘴面積a與工作帶面積(嘴a的周長乘以工作帶長度b)的比建立了高度紋理化的表面。該紋理化的表面具有需要的表面粗糙度和/或表面面積以便塑料骨料形成與混凝土混合物的良好的化學(xué)和/或機械結(jié)合。

在一種實施方式中，所述模具的工作帶長度為約10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65和70mm，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，10至約70、約10至約65、約10至約60、約10至約50、約10至約40、約10至約30、約15至約70、約15至約65、約15至約55、約15至約40、約15至約30、約20至約70、約20至約65、約20至約55、約20至約45、約25至約70、約25至約60、約25至約50、約25至約40、約30至約70、約30至約65、約30至約50、約30至約45、約40至約70、約40至約65、約40至約55或約55至約70mm)。

在一種實施方式中，所述模具的工作帶長度為約20mm。

應(yīng)該理解，一系列模具形狀伴隨如上所述的工作帶長度會有效地起作用。例如，小“豌豆”型塑料骨料可以用20mm的工作帶長度有效地生產(chǎn)。豌豆塑料骨料模具形狀可以具有5mm或更小的直徑。

不希望被理論所限制，與典型的食物擠出相比，非常長的工作帶長度的模具的使用引起在模具內(nèi)表面曳力的時間延長，導(dǎo)致與邊緣相比模具中心的流速的明顯變化，導(dǎo)致模具出口處的表面不均勻性。

2.3螺桿形狀

使用的螺桿輪廓包含具有長螺距單螺紋螺桿的初始進料部分。

緊接著初始進料部分的是中心部分，其中通過緊接著高度限制的阻流板的雙螺紋壓緊螺桿和葉狀螺桿，剪切力被最大化。

該高剪切力點引起最大程度的混合和熱發(fā)生，導(dǎo)致大部分原材料在進入螺桿的最終部分之前到達熔融相。

所述最終部分是長螺距單螺紋，在溫度持續(xù)峰值和發(fā)生完全熔融期間，提供較低剪切的停止工步(dwellphase)。

最后的圓錐三螺紋壓緊螺桿使得完全螺桿填充并且均勻化高壓以在模具上保持。

在擠出機中需要剪切閉鎖以建立高壓限制，通過該高壓限制氣體不能逃逸。否則氣體會從最小阻力的途徑，退回出擠出機口(入口)，并擾亂物質(zhì)流，或甚至完全阻止向前的流動(尤其是在單螺桿機器中)。

2.4模具形狀

本發(fā)明使用的模具形狀有助于生產(chǎn)具有紋理化表面的擠出的塑料骨料。

如討論的，因為平坦區(qū)域的存在可以提升其中包含擠出的塑料骨料的產(chǎn)品內(nèi)的應(yīng)力平面，缺少實質(zhì)上平坦區(qū)域的擠出的塑料骨料的生產(chǎn)存在優(yōu)勢。

導(dǎo)致擠出的塑料骨料具有紋理化表面的本發(fā)明所使用的模具形狀通?；诓灰?guī)則形狀。例如，規(guī)則形狀如圓形或橢圓形會導(dǎo)致擠出的塑料骨料具有低紋理化表面。由這樣的擠出的塑料骨料制成的產(chǎn)品可以具有數(shù)量增加的應(yīng)力平面和作為結(jié)果的低拉伸強度。

所述模具形狀可以具有包括許多頂點的不規(guī)則形狀。如圖4所示的是具有4個頂點的模具形狀。圖8顯示的是具有“星”形的兩種模具。

在一種實施方式中，所述模具形狀是具有多于至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12個頂點的模具形狀。例如，三角形模具形狀具有3個頂點，正方形模具形狀具有4個頂點等。

在一種實施方式中，模具形狀基于抽象性初級形狀。例如，示于圖4的模具的抽象性形狀是正方形，因為星形的頂點形成了正方形。將頂點之間的模具壁制成非線性的，以便改進紋理化的表面(見圖9)。在圖4的模具的情況下，將基于三角形的次級形狀應(yīng)用于所述初級形狀。這產(chǎn)生了具有四個頂點并且每個頂點之間具有三角形圖案以便在每個頂點之間產(chǎn)生弧的星形模具。

在一些實施方式中，所述初級形狀是正方形、圓形或橢圓形。

在一些實施方式中，應(yīng)用于初級形狀的次級形狀是任何形狀，以便為初級形狀添加頂點和/或在初級形狀的頂點之間建立非線性周長。

具有如上所述的適合的工作帶長度的所使用的這樣的模具形狀會提供具有紋理化/不規(guī)則表面的擠出的塑料骨料。

在一種實施方式中，復(fù)雜形狀優(yōu)選作為模具形狀。例如，如圖4所示的星形的形狀使曳力最大，尤其是在端點處，并且可以使混凝土中的裂紋擴展最小化，這是因為生產(chǎn)了缺少實質(zhì)上平面表面的擠出的塑料骨料。

通過擠出過程形成的塑料骨料通常具有與模具形狀相似的形狀。例如，具有三個面和三個角的三角形模具會生產(chǎn)通常具有三個面和三個角的塑料骨料。然而應(yīng)當(dāng)注意，所述三個面會是高度紋理化或粗糙的，并且所述三個角不會是精確的和輪廓清晰的。這是本發(fā)明的優(yōu)勢。這適用于相似的形狀如正方形、不規(guī)則形狀等。

2.5切割

在一種實施方式中，將離開模具的擠出物分成適合的長度以形成擠出的塑料骨料。

在一種實施方式中，通過切割擠出物將擠出物分成適合的長度。

例如，通過在擠出機出口處的刀片將擠出物切割成希望的長度，所述刀片相對于模具開口以特定的速度旋轉(zhuǎn)。然后所述產(chǎn)品被冷卻和干燥，變硬同時保持多孔性。

在一種實施方式中，所述刀片是鋸齒狀刀片。

在一種實施方式中，所述刀片與模具表面間隔約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2mm，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，放置所述刀片以具有前緣和后緣，以至刀的前緣比后緣更接近于模具表面。

在一種實施方式中，所述刀片包括波紋狀。

2.6冷卻

在一種實施方式中，該方法進一步包括在擠出物從模具擠出之后或期間冷卻擠出物的步驟。

所述冷卻可以通過使骨料與高熱容量液體如水接觸進行?？梢詫⑺畤娚湓诠橇仙?，或者可以將骨料浸在含有水的容器中。

為了控制冷卻的速率，可以調(diào)節(jié)水的溫度。例如，對于高冷卻速率，通過使用冷水冷卻。通過提高水的溫度可以使骨料的冷卻速率放緩。

骨料的冷卻可以在空氣中進行。此外，通過控制用于冷卻骨料的空氣的溫度可以調(diào)節(jié)冷卻的速率。

在水中冷卻趨向于導(dǎo)致骨料的快速冷卻，這是由于水的傳熱性高。在空氣中冷卻趨向于導(dǎo)致骨料更慢的冷卻速率，這是由于與水相比空氣的傳熱能力較低。

骨料的緩慢冷卻導(dǎo)致骨料不具有孔隙空間或基本上不具有孔隙空間。

骨料的快的或快速的冷卻導(dǎo)致骨料具有孔隙空間。冷卻的速率可以用于控制骨料中的孔隙空間的大小和延伸性。

取決于希望生產(chǎn)的混凝土的性質(zhì)，這可以是重要的。例如，如果具有低重量、高耐熱性的混凝土是希望的，那么進行快速冷卻，這是因為骨料會含有孔隙空間，由此會減少混凝土的重量并且提高混凝土的耐熱性。

在替代的實施方式中，如果高強度的混凝土是希望的，那么緩慢冷卻骨料。這具有導(dǎo)致骨料具有很少或不具有孔隙空間，提高混凝土密度以及導(dǎo)致生產(chǎn)高強度混凝土的作用。

高強度混凝土典型地是具有至少20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30mpa的壓縮強度的混凝土，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，約20至約30、約20至約28、約20至約26、約20至約27、約20至約25、約20至約23、約21至約30、約21至約28、約21至約26、約21至約25、約22至約30、約22至約27、約22至約25、約23至約30、約23至約29、約23至約25、約24至約30、約24至約28、約24至約27、約25至約30、約25至約28、約25至約26、約26至約30、約36至約29、約26至約27、約27至約30、約27至約29、約28至約30mpa)。

在替代的實施方式中，通過添加粉末進行冷卻，所述粉末選自如粉煤灰或其他火山灰質(zhì)材料、玻璃粉末、碳酸鈣、氧化硅微粉、砂和其組合。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在擠出物離開擠出機之后立即應(yīng)用水的的受控速率(例如，水霧)幫助保持材料分離。該冷卻水(例如，水霧)幾乎馬上消失，但是提供了使熱骨料在高濕的氣力運輸環(huán)境內(nèi)形成薄皮的機會。其次，水(例如，水霧)提供了最初控制冷卻以使內(nèi)部氣體以一致的速率收縮的機制，避免發(fā)展出大的孔隙空間。

水霧的使用以低速率開始了冷卻過程，同時使得內(nèi)部氣體以一致的速率收縮，避免發(fā)展出大的孔隙空間。

氣體來自在原始容器中用作填料的殘余的污染物、水、空氣和化學(xué)物質(zhì)。

在一種實施方式中，每1.0kg塑料擠出物使用至少約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1l液體，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，每1.0kg塑料擠出物約0.1至約1.0、約0.1至約0.9、約0.1至約0.8、約0.1至約0.6、約0.1至約0.5、約0.2至約1.0、約0.2至約0.9、約0.2至約0.7、約0.2至約0.6、約0.2至約0.5、約0.3至約1.0、約0.3至約0.9、約0.3至約0.8、約0.3至約0.7、約0.3至約0.6、約0.3至約0.5、約0.4至約1.0、約0.4至約0.8、約0.4至約0.6、約0.4至約0.5、約0.5至約1.0、約0.5至約0.8、約0.5至約0.7、約0.7至約1.0、約0.7至約0.8、約0.8至約1.0、約0.9至約1.0l)。

在一種實施方式中，擠出的塑料骨料在水霧中的停留時間為約0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5或4秒，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，所述擠出的塑料骨料經(jīng)過旋風(fēng)風(fēng)干。

在一種實施方式中，該方法進一步包括使用空氣和受控的冷卻助劑進一步冷卻擠出的塑料骨料的步驟，以促進擠出物形成均勻地氣室結(jié)構(gòu)而達到約0.80、0.81、0.82、0.85、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19或1.20的比重，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，該方法進一步包括冷卻后使火山灰質(zhì)材料的薄層融合到所述擠出的塑料骨料的表面內(nèi)的步驟。

在一些實施方式中，該過程包括將空氣和/或受控的冷卻助劑添加至熱且分離的擠出的塑料骨料以進一步冷卻。適當(dāng)?shù)氖芸氐睦鋮s助劑的實例是火山灰質(zhì)材料如粉煤灰、玻璃粉末、碳酸鈣和氧化硅微粉。

在一種實施方式中，粉煤灰用作受控的冷卻助劑。粉煤灰具有直徑為約10-200μm的分子，這使得其傳熱性良好，同時使所述骨料充分地脫氣。

在一種實施方式中，通過氣動系統(tǒng)來移除并且回收殘余的粉煤灰。

在一種實施方式中，新鮮擠出的塑料骨料以如下表1所示的冷卻速率冷卻。

表1.擠出的塑料骨料的冷卻速率

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將受控的冷卻助劑如火山灰質(zhì)材料(例如，粉煤灰)用于控制冷卻使火山灰質(zhì)材料的薄層融合至骨料表面。這提高了表面積，提供了用于水泥漿結(jié)合的顯著更大的表面。

在一種實施方式中，暴露的表面增加100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000或11000倍，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

此外，火山灰質(zhì)涂層的添加為塑料骨料添加了疏水性能。

在一種實施方式中，控制擠出的塑料骨料的冷卻速率可以用于控制骨料內(nèi)的孔隙大小，以及由此控制獲得的擠出的塑料骨料的密度。

不希望被理論束縛，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以低速率冷卻擠出的塑料骨料，使骨料內(nèi)的氣體逃逸，導(dǎo)致骨料內(nèi)的孔隙坍塌并且形成致密的擠出的塑料骨料。在一種實施方式中，受控的冷卻通過使夾帶的氣體以均勻的速率持續(xù)收縮使得骨料致密化。在一種實施方式中，擠出的塑料骨料的密度為約300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540或550kg/m³，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，將擠出的塑料骨料冷卻少于約20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1分鐘的時間，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間，以生產(chǎn)高速率冷卻的擠出的塑料骨料。在一種實施方式中，所述高速率冷卻的擠出的塑料骨料的密度為約200、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390或400kg/m³，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。在一種實施方式中，所述高速率冷卻的擠出的塑料骨料的肖氏硬度d為約20、25、30、35、40、45、50、55、60、65或70，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，將擠出的塑料骨料冷卻約5、10、20、30、40、50、60或70分鐘的時間，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間，以生產(chǎn)低速率冷卻的擠出的塑料骨料。在一種實施方式中，所述低速率冷卻的擠出的塑料骨料的密度為約400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或500kg/m³，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。在一種實施方式中，所述高速率冷卻的擠出的塑料骨料的肖氏硬度d為約50、55、60、65、70、75、80、85或90，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

圖2顯示了快速冷卻的骨料的結(jié)構(gòu)(左側(cè))和緩慢受控冷卻的骨料的結(jié)構(gòu)(右側(cè))。由緩慢受控冷卻獲得的骨料具有致密結(jié)構(gòu)。

2.7添加劑

在一種實施方式中，該方法進一步包括將一種或多種添加劑添加至擠出混合物的步驟。適合的添加劑的例子包括但不限于砂、玻璃、粉煤灰、碳酸鈣和/或一種或多種研磨的火山灰質(zhì)材料。

在一種實施方式中，所述添加劑以基于擠出的塑料骨料的重量計至少約1、5、10、15、20、25、30、35或40％的量添加至擠出混合物，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，所述添加劑是玻璃。在一種實施方式中，在擠出過程開始時添加所述玻璃顆粒。

不希望被理論束縛，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超微細研磨的顆粒(microgroundparticle)如粉煤灰、碳酸鈣和研磨的玻璃的添加提供了乳化作用。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這產(chǎn)生了比不使用精細的顆粒內(nèi)含物更加均勻精細的氣室結(jié)構(gòu)。

在一種實施方式中，該方法進一步包括為塑料骨料的表面提供極性物質(zhì)的步驟，以改善在將骨料添加至混凝土混合物時改善骨料和混凝土混合物之間的界面。

在替代的實施方式中，處理擠出的塑料骨料以提高骨料的表面能。在優(yōu)選的形式中，擠出的塑料骨料是等離子體處理的。例如，通過使用火焰處理。

3.擠出的塑料骨料

本發(fā)明生產(chǎn)擠出的塑料骨料。

在一種實施方式中，擠出的塑料骨料的大小為約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30mm，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

所述骨料的體積是面積的許多倍。例如，對于20mm的骨料，表面積與體積比為約1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8或1.9，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，所述擠出的塑料骨料的比重為約0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19或1.20，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，所述擠出的塑料骨料具有粗糙化的表面紋理，并且具有高表面積以促進機械和分子結(jié)合。

本發(fā)明的一個方面在于在同一塊骨料上產(chǎn)生不同面積的表面。這一方面幫助減少裂開面在水泥混合物中排列的趨勢。裂開面中的這種減少提高了水泥在與所述塑料骨料混合時的壓縮強度。

這通過擠出塑料骨料實現(xiàn)，使得其具有許多非不對稱特性和粗糙表面區(qū)域。這通過下文將描述的擠出過程的參數(shù)和變量來實現(xiàn)。

所述塑料骨料的優(yōu)選的形狀是立方體。通過使用立方體骨料，可以改善壓縮強度和撓曲強度兩者，這可以提高可加工性并減少泌水(bleeding)和收縮(shrinkage)。

在其他實施方式中，所述塑料骨料可以可選擇地成形。這樣的形狀可以包括但不限于基本上球體的、不規(guī)則的、橢圓體的等。

優(yōu)選地，所述塑料骨料包括高的表面積與體積之比。

在從模具擠出期間導(dǎo)致的高度紋理化表面是由擠出物的流變學(xué)和由模嘴的側(cè)壁產(chǎn)生的曳力形成。誘發(fā)的顆粒速度衰減產(chǎn)生了高度錯位的表面。

該高度紋理化的表面的益處是雙倍的。第一，表面積增加實質(zhì)上提供了用于水泥結(jié)合的更多的表面積。第二，極度的表面破壞為水泥提供了機械結(jié)合機制，以在分子結(jié)合周圍獨立地形成捕捉結(jié)合(capturedbond)。

優(yōu)選地，所提出的擠出的塑料骨料具有至少80、85、90、95或99％的表面積作為紋理化或粗糙化的表面，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，約80至約99、約80至約95、約80至約90、約85至約99、約85至約90、約90至約99、約90至約95％的表面積)。

在另一實施方式中，優(yōu)選的是，不大于30、25、20、15、10、5、1％的所述表面積是扁平線性表面，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，30至約1、約30至約5、約30至約10、約30至約20、約25至約1、約25至約10、約25至約15、約25至約20、約20至約1、約20至約5、約20至約10、約15至約1、約15至約10、約10至約1或約10至約5％表面積)。

在從模具擠出期間導(dǎo)致的高度紋理化表面是由擠出物的流變學(xué)和由模嘴的側(cè)壁產(chǎn)生的曳力形成。誘發(fā)的顆粒速度衰減產(chǎn)生了高度錯位的表面。

在一種實施方式中，所述擠出的塑料骨料具有紋理化/不規(guī)則的表面。在擠出的塑料骨料上希望有紋理化或不規(guī)則的表面。在一種實施方式中，模具的形狀是如圖4所示的“星”形。該星形設(shè)計產(chǎn)生了擠出的塑料骨料的表面上的紋理化表面。

所述星形模具具有兩個優(yōu)勢。第一，在相同的平面上不會發(fā)生相同的紋理。這證明其是更強的骨料，因為紋理在塑料骨料的表面上發(fā)生的趨勢更少。

第二個優(yōu)勢是所述星形模具在塑料骨料的周長上提供不規(guī)則的節(jié)。所述不規(guī)則的節(jié)提供了減少水泥中應(yīng)力開裂傳播的機械機制。

所述星形模具設(shè)計的另一方面是其允許不對稱的對稱性。

不對稱性減少了多個塑料骨料在水泥混合物中對齊的機會，這可以防止開裂沿平面?zhèn)鞑ァ?/p>

由于不對稱的側(cè)壁曳力，不對稱性還產(chǎn)生被設(shè)計進入骨料的彎曲。由于在塑料骨料中具有彎曲，所述骨料填充(pack)在水泥混合物中相同平面的趨勢更小。

所述塑料骨料填充在相同平面的作用可以產(chǎn)生對直接應(yīng)力的裂開面。應(yīng)力的這種方向會引起不成熟的負載失敗。確保這些裂開面不對齊有助于提高對施加于混凝土的力的抗性，即使混凝土更強。

4.用途

本發(fā)明是一種塑料骨料，所述塑料骨料可以用作標(biāo)準(zhǔn)骨料的至少部分替代品以生產(chǎn)更輕質(zhì)的混凝土。塑料骨料的使用減少了典型的混凝土的重量，這是因為與骨料相比，塑料骨料具有較低的密度。

在一種實施方式中，所述混凝土包含按重量計約5、10、15、20、25、30、35或40％的擠出的塑料骨料，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，約5至約40、約5至約30、5至約20、約5至約10、約10至約40、約10至約35、約10至約25、約15至約40、約15至約35、約15至約30、約20至約40、約20至約35、約20至約30、約25至約40、約25至約35、約30至約40、約35至約40％的擠出的塑料骨料)。

通常輕質(zhì)塑料具有比重質(zhì)混凝土更低的壓縮強度。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，塑料骨料的特定結(jié)構(gòu)可以將輕質(zhì)混凝土的壓縮強度值提高到與重質(zhì)混凝土相似的值。

通過具有非常高的表面積，以提高塑料骨料與混凝土混合物的化學(xué)結(jié)合和機械結(jié)合，本發(fā)明的塑料骨料實現(xiàn)了上述目標(biāo)。

此外，通過使用具有孔隙空間的骨料，可以獲得具有改善的耐熱性并且甚至是更輕質(zhì)的混凝土。這樣的混凝土?xí)哂斜扔美绮痪哂谢蚓哂泻苌倏紫犊臻g的骨料制成的混凝土更低的壓縮強度。然而，這可以適合于不需要高壓縮強度而重視輕質(zhì)和/或耐熱性(例如，隔熱性能)的混凝土。

在一種實施方式中，該方法進一步包括為混凝土混合物提供砂的步驟。在一種實施方式中，在擠出機的低壓部分中將砂添加至擠出機。

在一種實施方式中，該方法進一步包括提供如上所述的塑料骨料的步驟。

在一種實施方式中，含有塑料骨料的混凝土每m³混凝土包含100、150、200、250、300、350、400、450、500、550或600kg水泥，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，含有塑料骨料的混凝土每m³混凝土包含50、100、150、200、250、300或350kg擠出的塑料骨料，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，含有塑料骨料的混凝土每kg混凝土包含10至50％的水，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間。

在一種實施方式中，用本發(fā)明的擠出的塑料骨料形成的混凝土的壓縮強度為至少10、15、20、25、30、35、40、50mpa，并且有用的范圍可以選自任意的這些值之間(例如，約10至約50、約10至約40、約10至約30、約10至約20、約15至約50、約15至約45、約15至約37、約15至約35、約15至約34、約15至約33、約15至約32、約15至約31、約15至約30、約15至約20、約20至約50、約20至約45、約20至約40、約20至約30、約25至約50、約25至約45、約25至約35、約30至約50、約30至約40、約40至約50mpa)。

在一些實施方式中，使用所述擠出的塑料骨料可以生產(chǎn)具有高達約50、60、70、80、90或100mpa的壓縮強度的混凝土。

本發(fā)明的含有塑料骨料的混凝土可以用于各種用途，如形成用于小路、道路、板和鋪路材料的混凝土。

實施例

1.評價過程條件對骨料的性能的影響

實施例1

本實施例的目的是：

·評價用于回收塑料擠出的烹飪擠出設(shè)備的適用性，

·開發(fā)具有比塑料擠出機更低成本和更大可擴展性的更快過程，以及

·改善獲得根據(jù)本發(fā)明所述產(chǎn)品所需的溫度和/或水汽的過程變量。

該過程使用400kg包裝的混合的工業(yè)用塑料。該塑料來自塑料回收商業(yè)，其被認為代表了廢塑料物流。

在新西蘭蒂普基使用單軸切碎機切碎塑料，進料至具有3mm篩的制粒機。

對于實施例1和2，所述實驗分兩批次進行。

所述擠出在使用多個直徑為15mm的模具的wengerx-20設(shè)備上進行。

使用的刀片是與模具表面間隔0.01mm的單刀片，并且盡可能慢地運行。

當(dāng)擠出物離開擠出機時，使用水浴冷卻擠出物。所述水浴通過手槳攪拌充入空氣。

按如下方式測試以下模具和擠出機設(shè)置。

表2.刀設(shè)置

表3.擠出機設(shè)置

應(yīng)該注意的是，該過程產(chǎn)生了良好的熔融物(估計99％)、均勻的壓力和均勻的擠出物。

研究粉煤灰作為擠出的塑料骨料上的涂層。

為了確定擠出的塑料骨料的性能，進行以下分析。

堆積密度(使用已知體積和重量的玻璃試管)。

橫截面(使用切割機切開擠出的塑料骨料以研究孔隙)。這也提供了強度的初步測試。

我們發(fā)現(xiàn)空氣干燥或粉煤灰涂層幫助將骨料的冷卻控制到均勻的速率。

我們還發(fā)現(xiàn)擠出的塑料骨料的水冷卻形成表面硬化，防止內(nèi)部氣體進一步收縮并且產(chǎn)生在真空狀態(tài)下保持的大的孔隙空間。產(chǎn)生的產(chǎn)品是更輕的，但是具有更低的壓縮強度。

反而，我們發(fā)現(xiàn)空氣冷卻是更緩慢的，并且導(dǎo)致顯著減少和更均勻的內(nèi)部孔隙和氣泡，產(chǎn)生具有改善的壓縮強度的擠出的塑料骨料。

我們發(fā)現(xiàn)原材料的堆積密度為400g/l。擠出的塑料骨料的堆積密度為375g/l。

實施例2

本實施例的目的是評價：

·具有直徑8mm×70mm的8mm模具，

·工作帶為10mm×5mm＝約30mm的星形模具，

·添加粉煤灰以評估受控的冷卻，

·添加砂以評估受控的冷卻和涂層，

·用于排出由剪切產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體的排氣筒部分，以及

·使用氣槍(airgun)的粉煤灰和砂的沖擊。

廢塑料來源為回收的混雜的塑料(清潔級(janitorialgrade))，根據(jù)實施例1所述，將其切碎并顆粒化至顆粒大小小于3mm。選擇這種大小是因為其為熱傳導(dǎo)提供了最高的表面積與體積之比，保證實質(zhì)上完全熔融的更高的可能性。

所述顆粒大小需要小于模具開口面積的50％，以避免在過程期間堵塞。

使用旋轉(zhuǎn)刀和排放筒部分在wengerx-20設(shè)備上進行擠出。工作場地上的2500l水罐用于產(chǎn)品捕獲。在擠出機末端將砂和粉煤灰應(yīng)用于擠出物。

使完成的產(chǎn)品落入水罐以初始冷卻。為氣動輸送機進料的捕捉漏斗安裝為為從前端添加砂的涂覆滾筒(coatingdrum)進料。然后使冷卻的產(chǎn)品落入次級水罐。

具有標(biāo)準(zhǔn)工作帶長度(約5mm)的4.5mm×6個口模具在計劃的工作的測試末端進行試驗，以評價可能的性能和輸出。

生產(chǎn)了以下的擠出的塑料骨料。

·2×20l袋的未切割的擠出物，不完全地熔融或形成。

·2×20l袋的形成為10/5×10～20mm(名義上)方形的擠出的塑料骨料。

·2×20l袋的12mm×10～15mm直徑的擠出的塑料骨料。

·1×20l袋的8～10mm直徑×10～15mm的擠出的塑料骨料。

模具設(shè)置如下：

·8mm圓形模具

·2.5mm間隔

·1×20mm支持物

·9mm間隔

·1×8mm最終尺寸

·80mm工作帶

·2×固定刀片

擠出機設(shè)定參數(shù)如下：

表4.擠出機設(shè)置

將擠出的顆粒切開，其顯示自始至終是均勻的，說明擠出物在擠出機中完全地熔融，具有均勻的壓力和均勻的擠出物。如果擠出機的筒沒有冷卻，擠出物易于噴出且不穩(wěn)定。我們還注意到當(dāng)擠出物過熱時擠出物冒出大量的煙。

通過添加粉煤灰的15至20分鐘的初始冷卻使得夾帶的揮發(fā)性氣體從擠出的塑料骨料釋放，說明粉煤灰充當(dāng)了優(yōu)秀的熱絕緣體。

長工作帶良好地工作，在8mm和10/5mm輪廓模具擠出物上提供高度紋理化的表面。產(chǎn)品堆積密度從380提高至450kg/m³。這是因為通過過夜的慢速冷卻而形成的高產(chǎn)品密度，并且允許一定量的砂涂層。

所施用的砂是潮濕的，并且不具有粘附性，說明干砂的使用對與新鮮的擠出的塑料骨料粘附以及因此緩慢的冷卻的重要性。

實施例3

本實施例的目的是評價制造適用于水泥混合物設(shè)計的新模具設(shè)計。對以下模具進行評價：

·12/6×30mm工作帶

·4.5mm×6個口×70mm工作帶

我們還評價了：

·各種類型的涂層(黑砂、運動中心砂、東海岸砂、鋸末、鋁銼屑、鋼銼屑)，

·通過噴砂處理施用砂對比在擠出機的出口輸送砂，

·未經(jīng)處理的hdpe和ldpe材料，

·使用冷卻鼓進行沙冷卻，以及

·添加碳酸鈣作為固化劑的。

廢塑料來源為回收的混雜的塑料(清潔級(janitorialgrade))，根據(jù)實施例1或2所述，將其切碎并顆?；令w粒大小小于3mm。

wengerx-20擠出機與具有用于切割擠出物以形成骨料的旋轉(zhuǎn)刀一起使用。使用含有涂層材料的箱子捕獲產(chǎn)品。

第一個測試在12/6星形模具上進行。我們發(fā)現(xiàn)實施例2的10/5×30mm模具具有更顯著的紋理飾面。

使用噴砂處理槍施用砂。

在擠出機出口端手動施用木鋸末。使用非常簡單，并且鋸末粘附。

使用鏟斗施用鋁銼屑和鋼銼屑。該材料不能良好地粘在熱擠出物上。施加手的壓力提供一些涂層材料的適度結(jié)合。

接下來測試的模具是4.5mm×6個口×70mm工作帶。該測試不成功。我們不能通過速度和溫度兩者的控制變化實現(xiàn)任何穩(wěn)定性。經(jīng)歷恒定的沖擊導(dǎo)致了模具頭處的飛濺而不是擠出效應(yīng)。

然后我們用與混雜的顆粒狀塑料材料摻混的caco3測試了12/6×30mm模具的使用。擠出物顯示良好的特性以及caco3用手動施用的砂良好地被涂覆。

然后將進料材料改變?yōu)槲唇?jīng)處理的高密度聚乙烯(hdpe)。使用12/6×30mm工作帶模具。在控制下擠出產(chǎn)品。我們發(fā)現(xiàn)膨脹顯著高于混雜的廢塑料。

然后我們使用了食品級模具(具有5mm的短工作帶長度的4.5mm模具)。使用未經(jīng)處理的ldpe作為進料材料。該材料難以控制，并且該材料具有非常精細的粉狀一致性。這導(dǎo)致經(jīng)過擠出機的流速不一致，使得缺少均勻性。

模具設(shè)置#1

·2.5mm間隔

·12×20mm支持物

·5mm間隔

·1×20mm支持物

·9mm間隔

·6×4.5mm最終尺寸，3.5mm工作帶

·1×固定刀片

擠出機設(shè)置參數(shù)如下。

表5.擠出機設(shè)置

混雜的廢料的完全熔融發(fā)生在少于1分鐘內(nèi)，伴隨均勻的壓力和均勻的的擠出物。擠出物沒有足夠熱以達到理想的砂粘附性，我們發(fā)現(xiàn)需要更長的工作帶長度以改善表面紋理。

原材料堆積密度為400g/l。

然后研究了第二種模具設(shè)置。

模具設(shè)置#2

·2.5mm間隔

·1×20mm支持物

·12×20mm支持物

·9mm間隔

·1×6×12mm星形30+70mm工作帶

·1×固定刀片

如表5所示，所述擠出機設(shè)置通過提高進料機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)、提高進料速率和提高壓力進行調(diào)整。

表6.擠出機設(shè)置

使用這些條件，獲得了完全熔融以及均勻的和紋理化的擠出物。觀察到與熱的紋理化擠出物良好的砂粘附性。

12/6×30mm模具表現(xiàn)良好，然而表面紋理不如10/5×30mm顯著。推測不同的開口面積與側(cè)壁面積之比影響流變學(xué)。在12/6模具上，工作帶長度應(yīng)該為約45mm以提供相當(dāng)?shù)谋戎怠?/p>

直接相反地安裝噴砂槍。不會損害柔軟的擠出的塑料骨料的原因是針對氣動輸送機側(cè)壁噴砂。噴砂提供了在更大范圍操作條件上更高程度的砂沖擊。

具有70mm工作帶的4.5mm模具不能表現(xiàn)良好。已經(jīng)鑒定出問題是工作帶長度太長。

實施例4

由實施例3的測試設(shè)置(即具有4.5mm×6個口×70mm的12/6×30mm工作帶)獲得的塑料骨料用于混凝土中，并測試壓縮強度。

一式四份地制備平均質(zhì)量為3.08kg的混凝土樣品，所述混凝土樣品包含硬砂巖骨料(gw10)和pap7凱帕拉砂(kaiparasand)、波特蘭水泥、水和西卡(sika)和2.5kg塑料骨料(pa)。

在第7天使一個樣品經(jīng)歷壓縮測試，在第14天使第二個樣品經(jīng)歷壓縮測試，在21天使第三個樣品經(jīng)歷壓縮測試。

表7.用于測試的樣品的組成

表8.在第7、14和21天的壓縮測試的結(jié)果

如上表7所示，含有塑料骨料的混凝土樣品在第7、14和21天分別提供了22、21.41和23.42mpa的壓縮測試結(jié)果。

在之前的描述中，已經(jīng)提及具有已知的等價物的元素或整數(shù)，那么這樣的等價物也是被包括的，如同將它們單獨地闡述。

雖然已經(jīng)通過實施例和參考具體實施方式來描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解可以進行修改和/或改進而不背離本發(fā)明的范圍和精神。

2.評價包含自然壓碎的骨料和塑料骨料的混凝土的性能

以下實施例說明了調(diào)整包含本發(fā)明的塑料骨料的混凝土的性能的能力，通過例如使用添加劑和涂層控制塑料骨料的性能。這些實施例涉及用選自包括以下的組的成分制備混凝土圓柱體：水泥、水、20mm或10mm直徑的骨料、本發(fā)明的塑料骨料(直徑為4、8、12/6或15mm)、pap7骨料、砂、塑料骨料和砂的組合、減水劑和氧化硅微粉。

實施例5

本實施例說明了與作為對照的標(biāo)準(zhǔn)阿特拉斯(atlas)混凝土相比，含有本發(fā)明的塑料骨料的混凝土的壓縮強度和密度。

如下一式三份地制備含有塑料骨料和如表9所示的成分的混凝土樣品(m2a、m2b和m2c)。如表8所示還制備了阿特拉斯混凝土對照樣。

表9.制備的混凝土樣品

表10.與阿特拉斯標(biāo)準(zhǔn)對比的包含塑料骨料的混凝土的壓縮強度測試結(jié)果

如表9所示，包含塑料骨料的混凝土樣品1導(dǎo)致了比作為對照的阿特拉斯標(biāo)準(zhǔn)更低的強度和密度。

實施例6

本實施例顯示了熔融時將5％caco3添加至骨料對產(chǎn)生的混凝土的密度和壓縮強度的作用。

一式三份地制備包含塑料骨料、5％caco3和如表10所示的成分的混凝土樣品(m3a、m3b和m3c)。

表11制備的混凝土樣品

將實施例5中制備的阿拉特斯混凝土的性能與該實施例中制備的混凝土樣品m3a-m3c的性能相比。

表12.與阿拉特斯標(biāo)準(zhǔn)比含caco3和塑料骨料的混凝土樣品的壓縮強度測試結(jié)果

如表11所示，包含caco3的樣品在第7天具有與阿特拉斯混凝土標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)膹姸群兔芏?。與實施例5中制備的樣品m2a-m2c相比，這些樣品是更致密的，并且在28天后具有更高的壓縮強度。

實施例7

本實施例顯示了使用火焰處理的塑料骨料對生產(chǎn)的混凝土性能的作用。

如下表12一式兩份(m4a和m4b)地制備包含火焰處理的塑料骨料的混凝土樣品(m4)。還制備了包含火焰處理的塑料骨料的另一種樣品(m5)。

表13.制備的混凝土樣品

表14.與阿拉特斯標(biāo)準(zhǔn)相比含有火焰處理的塑料骨料的混凝土樣品的壓縮強度測試結(jié)果

表13所示的結(jié)果表明樣品m4a具有比阿特拉斯標(biāo)準(zhǔn)更低的7天強度和密度。

對包含火焰干燥的骨料以及氧化硅微粉的樣品m5的壓縮測試的結(jié)果顯示該樣品具有比阿特拉斯標(biāo)準(zhǔn)更高的壓縮強度，以及比其他塑料骨料樣品m2b、m2c和m3b和m3c更高的壓縮強度。

實施例8

本實施例顯示了包含5％caco3的火焰處理的塑料骨料對生產(chǎn)所得的混凝土的作用。

一式三份地制備包含火焰處理的塑料骨料、5％caco3和表14所示的成分的樣品(m6a、m6b和m6c)。

表15.制備的混凝土樣品

表16.與阿拉特斯標(biāo)準(zhǔn)相比含有火焰處理的塑料骨料和caco3的混凝土樣品的壓縮強度測試結(jié)果

實施例9

本實施例顯示了含有本發(fā)明的塑料骨料的混凝土的性能，所示塑料骨料是火焰處理的并且用粉煤灰涂覆。本實施例還顯示了通過調(diào)節(jié)塑料骨料的大小和混凝土混合物中其他成分的量，可以根據(jù)不同應(yīng)用改變獲得的混凝土的壓縮強度。

根據(jù)下表17制備包含火焰處理的粉煤灰涂覆的塑料骨料的混凝土的五個樣品(m7-m11)。

m7-m11全部包含火焰處理的粉煤灰涂覆的本發(fā)明的塑料骨料。

表17.制備的混凝土樣品

表18.含有火焰處理的粉煤灰涂覆的塑料骨料的混凝土樣品的壓縮強度測試結(jié)果

表17中所示的結(jié)果表明通過在混凝土混合物中包含不同大小的塑料骨料的混合物可以獲得高壓縮強度的的混凝土(m11)。

當(dāng)通過火焰處理和用粉煤灰涂覆改變塑料骨料的表面時，壓縮強度提高。不希望被理論束縛，本發(fā)明人相信粉煤灰涂層提供了塑料骨料和水泥漿之間的改善的結(jié)合性能。

實施例10

本實施例顯示了包括本發(fā)明的塑料骨料的混凝土能夠在達到最大應(yīng)力后承載負載。

根據(jù)之前的實施例制備混凝土樣品m9和m11，在制備后的第28天和第7天分別測試這些混凝土圓柱體的壓縮強度。

如圖5所示，7天后樣品11的壓縮強度為23.5mpa。圖6顯示28天后樣品m9的壓縮強度為29.48mpa。

圖5和圖6顯示了一旦達到最大應(yīng)力，包含本發(fā)明的塑料骨料的混凝土樣品能夠繼續(xù)承載負載并且不易碎。這與不含塑料骨料的混凝土的表現(xiàn)是相反的(圖7)。

實施例12

本實施例顯示了通過調(diào)節(jié)過程參數(shù)可以改變塑料骨料的性能。

表18顯示了塑料骨料的大小、重量、用于擠出的模具、涂層、比密度、比重和表面能。

表19.通過不同過程參數(shù)生產(chǎn)的骨料的實例

表19顯示了塑料骨料的一些其他性能，包括表面能、硬度、壓縮強度、填料和表面紋理。

表19.使用不同的過程參數(shù)生產(chǎn)的骨料的實例