CN107056240A - 一种利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方法,包括以下步骤:步骤1:将盾构渣土进行无害化处理得到盾构干化土和盾构固渣,确保经过无害化处理后的盾构干化土达环保标准要求;步骤2:对盾构干化土进行化学成分析,掺加盾构固渣和煤矸石,按重量配比搅拌均匀;使混合原料达到如下要求;步骤3:将步骤2中的混合原料压制成砖坯;步骤4:将步骤3中的砖坯入窑炉烧结,得到地铁盾构渣土烧结砖。本发明产品质量完全满足GB/T5101‑2003《烧结普通砖》相关要求,特别是对于尺寸偏差与外观质量,和传统烧结砖、页岩砖对比,表面平整无弯曲变形,外形美观,尺寸规则,优等品率达95%以上;其中,强度可达18‑25MPa,冻融试验后,质量损失小于1%,无明显变形、泛霜情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及地铁盾构渣土处理领域,特别涉及一种利用地铁盾构土配置烧 结普通粘土砖的生产方法。
背景技术
在地铁建设过程中产生大量的盾构渣土,盾构机在开挖隧道施工过程中, 将排出大量盾构渣土。同时为保证土压平衡,将开挖面开挖下来的土体,依据 地下水及土壤含水率、塑性指数、粒度等不同,掺加一定量的矿物类膨润土(如 粘土、蒙脱土制浆)、表面活性剂(钠如AES),在压力舱内调整成一种“塑性 流动状态”,以便于顺利输送至地面。盾构渣土因为添加了一定成份的活性材料 形成废土。一方面未经处理的大量盾构渣土无法安全填埋与应用,另一方面各 地均禁止随意开采利用粘土生产砖、陶瓷、陶粒等建筑材料。
目前,为了解决上述问题,需要对盾构渣土进行无害化处理。将盾构渣土 经渣浆分离、存池搅拌(陈化)、预处理、添加专用药剂并再行压滤后,形成达 排放标准的盾构干化土及可循环利用的中水,盾构干化土含水率可达40%以下, 表面活性剂等高分子聚合物去除率可达98%以上。盾构干化土及固体废渣一般 是输送至填埋场进行填埋处理。
由于盾构干化土不同于一般土壤,盾构干化土主要化学成份包括Sio2、 Ai2o3、Fe2o3、Cao、Mgo、So3及重金属如Cu、Pb、Cr及等,盾构干化土主 要化学成份矿物组成含量高低,决定了盾构干化土的应用方向、产品性能与生 产工艺。
发明内容
有鉴于此,本发明提出一种利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方 法,以解决了地铁盾构渣土处理难题,实现资源的循环利用,使盾构渣土资源 化、无害化、减少地铁施工固废的排放。
一方面,本发明提供了一种利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方 法,包括以下步骤:
步骤1:将盾构渣土进行无害化处理得到盾构干化土和盾构固渣,确保经 过无害化处理后的盾构干化土达环保标准要求;
步骤2:对盾构干化土进行化学成分析,掺加盾构固渣和煤矸石,按重量 配比搅拌均匀;使混合原料达到如下要求:
Sio2含量取值范围为55~70%;
Ai2o3含量取值范围为10~25%;
Fe2o3含量取值范围为5~100%;
Cao含量小于5%;
So3含量小于0.5%;
含水率Wo取值范围为12~14;
塑性指数Ip取值范围为8-12;
不均匀系数CU、曲率系数Cc满足CU≥5,且3≥Cc≥1;
极限粒径不大于2mm;
步骤3:将步骤2中的混合原料压制成砖坯;
步骤4:将步骤3中的砖坯入窑炉烧结,得到地铁盾构渣土烧结砖。
进一步地,在步骤2中,盾构干化土、盾构固渣、煤矸石原料在按重量比 例混合搅拌之前,原料首先经过破碎,破碎后的粒径不超过2mm;混合搅拌后 再进行机械碾压工艺形成混合原料。
进一步地,在步骤3中,制成砖坯后进行干燥处理。
本发明解决了地铁盾构渣土处理难题,实现资源的循环利用,使盾构渣土 资源化、无害化、减少地铁施工固废的排放。产品质量完全满足GB/T5101-2003 《烧结普通砖》相关要求,特别是对于尺寸偏差与外观质量,和传统烧结砖、 页岩砖对比,表面平整无弯曲变形,外形美观,尺寸规则,优等品率达95%以 上;其中,强度可达18-25MPa,冻融试验后,质量损失小于1%,无明显变形、 泛霜情况发生。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本发明。
盾构渣土基本组成分为三相,即固相(土粒)、液相(含水)与气相(空隙)。 盾构渣土产生于地铁沿线地下深处挖掘(依据功能、地质不同,一般在地下20m 左右),土壤没有经过污染,故重金属一般不会超过限值。由于地质情况、开工 方式(明挖或暗挖)、开挖深度不同,每个城市、每条线、每个区间标段甚至每 两车之间的盾构渣土,物理化学成份均不完全相同。经选取长沙地铁三号线某 两站点在开挖前原土物理性能对比如下表1:
表1:原土地勘报告主要物理力学指标表
经多轮次对不同时间、各站点渣土处理场所未经处理有害渣土进行固物成 份、基本物理性能分析,结果统计如下:
表2:未经处理渣土基本组成及主要物理指标(范围)分析
通过上述对比结论可知,同条线相同地质层之间数据差异非常大。具体到 实际施工过程中,由于开挖深度至不同地质层、施工方式决定了是否添加膨润 土、活性剂,场地二次转运与堆放方式,造成盾构渣土实际成份(物理及化学) 离散性极大。
由于在施工过程中,为确保渣土达到塑性状态,人为添加了膨润土、表面 活性剂等成份,水和土壤微粒形成化学键结合态,渣土自然存放,难以干化。 在长期范围内均保持较大塑性与流动性能。表面活性剂中的高分子聚合物,难 以自然消失与消化,形成的泡沫遇水起泡,无序倾倒将严重影响市政管道排水 效率及污水处理厂正常运行。盾构渣土随意倾倒还可能引发滑坡、坍方、泥石 流、破坏地下水等自然灾害。因此,盾构渣土资源循环利用必须进行盾构渣土 无害化处理形成盾构干化土和盾构固渣。
盾构土无害化处理以后形成的盾构干化土性能、特点及循环利用应用方向如 下;
盾构渣土经渣浆分离、存池搅拌(陈化)、预处理、添加专用药剂并再行压 滤后,形成达排放标准的盾构干化土和盾构固渣及可循环利用的中水,盾构干 化土含水率可达40%以下,表面活性剂等高分子聚合物去除率可达98%以上。
1、物理化学成份及土的分类判别:
为了实现对经处理干化土的循环利用,必须对其物理及化学成份进行科学 分析。由于盾构渣土本身成份的不稳定性,故分析结论每批次均不完全相同, 经权威部门科学检测,现提供干化土成份范围值如下表:
表3干化土主要化学成份分析
表4干化土主要物理性能成份分析
自然鉴别:经处理后的干化土,手摸有明显湿腻感,用手能搓成条,刀切 时切面光滑。
2、盾构干化土的特点:
2.1、出土率高:经统计,盾构渣土经无害化处理,干化土出土率可达30%, 如考虑处理过程中首先分离出来的直径超过60mm的废渣(主要表现为混凝土 块、砖块、粗粒径卵石等),需要利用的土及渣所占盾构渣土比例可达40%。
2.2、化学组成及成份极不稳定:与一般土壤不同,由于本盾构土来源于地 铁沿线,受线路、所处地点、开挖深度等地质条件,及施工方式、施工组织等 因素影响,造成经无害化处理以后的干化土,其化学成份含量均不相同,离散 性较大,不便于后期利用与处理;
2.3、由于在渣土处理过程中,经过分、陈、添、滤等多道工序,生产出来 的盾构干化土颗粒偏细,颗粒级配较差,后期不作处理,无法直接应用。
2.4、含水率高,相对于一般土壤,含水率40%相对较低,但不适合直接 用于土壤回填,改良、材料生产应用等。
2.5、土壤粘性较好,塑性指数可达28%以上,经简单试验,经处理以后的 干化土可揉捻成团,自然干燥后形状不变,自由落地不碎,裂开成块。粘性过 高有利于提高后期材料强度,但不利于成批生产,如制坯与干燥,同样需要进 行处理。
2.6、失水较快:盾构渣土经无害化处理,所生成盾构干化土经机械破碎后, 自然松散摊铺,厚度不超过100mm,温度20℃条件下,8小时失水可达40%, 30℃可达70%,如添置干燥设备,失水干燥更快。
3、循环利用应用方向说明:
基于以上特点,经处理以后的无害盾构干化土实现循环利用,经改良后适 合作为种植绿化土、胶泥或陶土、免烧环保砖或高标准烧结砖。由于前几项市 场需求量有限或市场认可程度不高,经综合分析,生产高标准烧结粘土砖是相 对合理可行的应用方向。
为了实现盾构干化土及固体废渣资源的循环利用,减少地铁施工固废的排 放,本发明提出了一种利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方法。
一种地铁盾构渣土烧结砖利用盾构干化土为主要原料,在原料中掺加盾构 固渣和煤矸石,首先压制成砖坯,最后入窑炉烧结,得到地铁盾构渣土烧结砖。
盾构干化土中的Sio2、Ai2o3、Fe2o3等化学成份,是原料中间的有益成份, 可影响到最终产品的外观质量、颜色、烧结时温度与时间、需热量与燃料添加、 强度、泛霜及抗冻性能等,需要进行重点控制,确保上述成份含量不低于设定 值水平。盾构干化土中的Cao、Mgo、So3及重金属如Cu、Pb、Cr及等,均为 有害成份,其含量直接影响到成品合格率(如Ca含量导致爆砖)、S排放超标 等(重金属本身含量低,经1000℃焙烧可基本全部分解,本处忽略),故对于 有害化学元素与成份,需要加以控制,以保证成品合格率。
为确保原料中的化学成份满足生产及最终成品要求,需要对其矿物组成进 行充分识别,并加以控制,措施包括采取不同形式的检验与试验,并对结果进 行评价,为确保最终原料组成(掺加)与配比提供依据。经总结分析,针对盾 构干化土,原料矿物化学成份组成与主要指标见表5中相关规定:
表5烧结砖原料矿物化学成份组成要求
依据上述技术要求,结合盾构干化土成份及特点,需要对经处理后的盾构 干化土先行改良,基本思路如下:
1、化学指标控制,重点即Sio2、Cao含量水平,Sio2是构成生产烧结粘 土砖的主要材料,也是本项目需要消耗的重点对象,其掺量高低决定了制坯难 易程度、烧结后的外观质量与最终强度。Cao如含量过高,经烧结以后的成品 极容易造成爆砖情况发生。主要采取以下措施予以控制:
1.1、资料信息收集与数据评价:通过调阅建设方地勘报告,了解出土隧 道所处位置地质情况,加强与施工单位沟通,随时掌握渣土成份动态变化,对 所有进入处理场的渣土,进行检查,通过颜色、颗粒、气味、保水性能等经验 判断成份的变化。
1.2、通过检验试验测定原料中主要化学成份,如Si、Cao、S等主要数据。
2、物理指标控制,即极限粒度、级配、含水率与塑性:
2.1、由于本盾构干化土属于粘土,粒径偏小,表面积大,不利于制坯、干 燥与焙烧,前期处理过程中分离出来的其他固体渣土(混凝土块、砖块、粗粒 径卵石)同样需要消化利用,采取破碎的方式,将上述材料粉碎成粒径小于2mm 机制砂,备料掺加,改善原料的粒径与级配;
2.2、盾构干化土含水率远超过原料含水要求,考虑其易失水特点,计划采 取自然干燥结合窑炉热能再利用方式,利用鼓风机、干燥车间等设备设施,将 干化土含水率降低到18%左右待用(考虑后期掺加、陈化过程中水分损失与含 水率变化,在制坯前将原料含水率控制在13%左右即可)。
2.3、根据公式:IP=WL-WP可知:降低液限参数WL,或提高塑限参数 WP,均可满足降低塑性指数的要求,上述思路中,降低干化土含水率,可同步 降低WL,而掺加粗粒径砂骨料,改善原料配合比,可提升原料塑限WP,前述 两项措施的实施,可达到降低塑性指数IP的预期目的。
3、原料中重金属、有机物残余,后期经高温焙烧后,全部质变或消解。
4、在确定坯体烧成需热总量时,建议采用重量比计算法:
式中,B为烧成一块砖需要的热量(Kcal/块),一般其取值受窑炉结构、 季节温度影响,参考推荐取值如下:
表6标准砖烧成需热量推荐值(大卡:Kcal)
注:粘土砖坯焙烧方式采取内燃法。
5、配料
由于盾构干化土化学成份不稳定,故循环利用盾构干化土生产烧结粘土 砖,与常用的原料配料方式不同,在进行配料计算时,需要坚持以下原则:
5.1、所有物理指标,均通过生产过程予以控制,确保原料物理性能满足上 述表7规定的数据范围值要求;
5.2、配料计算重点平衡化学成份(矿物含量)的高低,关键指标依据试验 结论,考核sio2的含量水平,由于盾构固渣中约占总量10%的粗粒径卵石、混 凝土、砖块需要消化使用,而卵石可作为sio2主要供应来源,配合混凝土块与 砖块,最终满足Si含量平衡。对于原料中间S、Cao分子含量超标,可分开使 用或不使用,注意S的含量,避免排放超标。
5.3、原料添加配比工作流程:
试验确定各组份化学成份含量水平;
依据要求计算Si元素平衡需要添加的盾构固渣量;
计算煤矸石(燃料)添加值及添加量;
推算添加后原料的各主要物理成份,制订措施予以控制,以满足本文表6 相关要求。
本发明具体步骤如下:
步骤1:将盾构渣土进行无害化处理得到盾构干化土和盾构固渣,确保经 过无害化处理后的盾构干化土达环保标准要求;
步骤2:对盾构干化土进行化学成分析,掺加盾构固渣和煤矸石,按重量 配比搅拌均匀。盾构干化土、盾构固渣、煤矸石原料在按重量比例混合搅拌之 前,原料首先经过破碎,破碎后的粒径不超过2mm;混合搅拌后再进行机械碾 压工艺形成混合原料。使混合原料达到如下要求:
Sio2含量取值范围为55~70%;
Ai2o3含量取值范围为10~25%;
Fe2o3含量取值范围为5~100%;
Cao含量小于5%;
So3含量小于0.5%;
含水率Wo取值范围为12~14;
塑性指数Ip取值范围为8-12;
不均匀系数CU、曲率系数Cc满足CU≥5,且3≥Cc≥1;
极限粒径不大于2mm;
步骤3:将步骤2中的混合原料压制成砖坯;制成砖坯后进行干燥处理。
步骤4:将步骤3中的砖坯入窑炉烧结,得到地铁盾构渣土烧结砖。
采用上述方法烧结而成的地铁盾构渣土烧结砖质量完全满足 GB/T5101-2003《烧结普通砖》相关要求,特别是对于尺寸偏差与外观质量, 和传统烧结砖、页岩砖对比,表面平整无弯曲变形,外形美观,尺寸规则,优 等品率达95%以上;其中,强度可达18-25MPa,冻融试验后,质量损失小于 1%,无明显变形、泛霜情况发生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发 明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将盾构渣土进行无害化处理得到盾构干化土和盾构固渣,确保经过无害化处理后的盾构干化土达环保标准要求;
步骤2:对盾构干化土进行化学成分析,掺加盾构固渣和煤矸石,按重量配比搅拌均匀;使混合原料达到如下要求:
Sio2含量取值范围为55~70%;
Ai2o3含量取值范围为10~25%;
Fe2o3含量取值范围为5~100%;
Cao含量小于5%;
So3含量小于0.5%;
含水率Wo取值范围为12~14;
塑性指数Ip取值范围为8-12;
不均匀系数CU、曲率系数Cc满足CU≥5,且3≥Cc≥1;
极限粒径不大于2mm;
步骤3:将步骤2中的混合原料压制成砖坯;
步骤4:将步骤3中的砖坯入窑炉烧结,得到地铁盾构渣土烧结砖。
2.根据权利要求1所述的利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方法,其特征在于,在步骤2中,盾构干化土、盾构固渣、煤矸石原料在按重量比例混合搅拌之前,原料首先经过破碎,破碎后的粒径不超过2mm;混合搅拌后再进行机械碾压工艺形成混合原料。
3.根据权利要求1所述的利用地铁盾构土配置烧结普通粘土砖的生产方法,其特征在于,在步骤3中,制成砖坯后进行干燥处理。
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