CN114083693A - 一种工程弃土快速识别并复配应用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,包括以下步骤:(1)将工程弃土收集、破碎、筛分、取样识别,采用压片法制样并通过XRF荧光光谱仪进行化学元素分析,依据分析结果对弃土进行分仓存储和陈化;(2)使用时,按照复配方法从不同的料仓进行取料与供料,利用搅拌机、练泥机对多种工程弃土原料进行充分混合,同时加水调节可塑性,获得的泥料用于真空挤出或者3D打印,制成多孔砖砌块、空心砖砌块的土坯,通过干燥和烧结制成烧结砖制品。本发明针对不同来源的工程弃土开展了针对性的识别与复配工作,依据弃土自身性能进行分类和复配,得到性能稳定的制砖原料用土,既提高工程弃土的再生利用率,又保证最终制品的性能。

Description

一种工程弃土快速识别并复配应用的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种工程弃土快速识别并复配应用的方法。
背景技术
随着城市建设的发展和公共设施的大量建设,各类建设工程中均会排放大量的工程弃土,据测算,我国每年排放的工程弃土数量可达30亿吨以上,这些工程弃土的排放大幅超出已有的弃土堆填场地所能承受的极限,若不加以有效的处理,工程弃土则会占用大量土地,造成水土流失,环境污染,生态破坏等危害。在众多的工程弃土处理方式中,制备烧结砖是一种行之有效的策略,我国对土壤制砖的历史悠久,理论框架和技术工艺非常成熟,同时烧结砖作为一种优质建材,可作为填充城市建筑的内、外墙的墙体材料以及乡村建筑的主体结构材料,应用广泛。
在传统制砖行业,对单一来源的制砖原料的理论和技术已较为成熟,然而,若将工程弃土的来源拓展到所有工程建设领域,将土料的来源地从某一地区拓展到较大范围后,工程弃土性质的空间异质性凸显,导致在实际应用时,存在某一来源,或者某一地区的工程弃土无法成功制砖的问题,或无法挤出成型,或容易干燥开裂,烧结破裂等。
因此,针对各种工程来源,各种地区来源的工程弃土,建立一套针对工程弃土自身性质的快速识别,并复配改善的技术是具有实际意义的,能够最大程度提高各种工程弃土的利用率,同时改善了制砖原料土的性能的稳定性。
专利CN111175333A公开了一种建筑弃土成分快速分析及复配调控方法,分析方法包括:首先通过平铺直取的方式储取建筑弃土并混合,得到预均化原料,之后将其破碎、研磨、烘干、筛分后,再与水及消解剂混合并进行消解,所得的消解产物经过滤、中和、稀释后,作为待测溶液进行XRF检测,即得到建筑弃土的化学组成及含量;复配调控方法包括:通过将分析方法用于评价建筑弃土代替黏土作为烧结砖原料的适用性,并根据评价结果获得烧结砖原料的配方,然而,该专利并未提供具体的复配计算方法,且在实际应用中,还需对工程弃土进行临时仓储和集中调配取用,以更好的适应生产线工作。本专利提供了分仓存储的方法,并针对存储情况提供了适宜的取料方法,同时给出了复配的计算式,更加适用于实际应用。
专利CN113129170A通过检测工程弃土的颗粒含量及比例、粒径、含水率、塑性指数、重金属含量、有机质含量等多种属性,将弃土分为了碎石土、砂土、粉土、黏性土、有机质土、膨胀土、黄土和污染土,应用方式以分配填埋为主,是为一种对弃土的整体信息化管理方法,本专利则是针对工程弃土的一种再生利用途径提出的精细化分类方法,针对性更强,专业化程度也更高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种工程弃土快速识别并复配的技术方法与应用,为了充分利用各种来源的工程弃土,提出了将这些弃土快速识别,分选,并针对弃土性质进行复配的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,包括以下步骤:
(1)将工程弃土收集,使用破碎机将工程弃土破碎,将破碎后的弃土进行筛分,对筛下的弃土进行取样识别,采用压片法制样并通过XRF荧光光谱仪进行化学元素分析,依据分析结果对弃土进行分仓存储和陈化;
(2)生产使用时,按照一定复配方法从不同的料仓进行取料与供料,利用搅拌机、练泥机对多种工程弃土原料进行充分混合,同时加水调节可塑性,获得的泥料用于真空挤出或者3D打印,制成多孔砖砌块、空心砖砌块的土坯,通过干燥和烧结制成烧结砖制品。
优选地,所述的工程弃土包括以下来源:新建建筑基坑开挖土、地铁盾构隧道干化土、建筑拆除维护产生的渣土、建筑与桥梁桩基泥浆、河流航道以及湖泊疏浚淤泥、港口海岸工程废弃海泥、道路路基弃土。
优选地,使用破碎机将工程弃土破碎时根据需要进行一次或多次破碎,使经过破碎后的弃土的粒径为15目以上。
优选地,针对破碎后的弃土粉末,采用压片法制样,使用XRF荧光光谱仪对试样的基本化学元素进行分析,所测试的指标主要为单质状态的硅含量wt%Si、铝含量wt%Al、铁含量wt%Fe和钙含量wt%Ca
优选地,分仓存储主要依据化学元素含量,由于化学元素是影响工程弃土各项基本性能以及烧结砖制备结果的根本影响因素之一,而硅、铝、钙和铁是弃土中含量最高的元素,且对烧结砖的强度和制备效果影响较大,多项文献指出合格的烧结砖原料应控制硅、铝、铁、钙等元素在一定范围内,其中硅和铝作为含量最高的最基本元素,则需要以其相对比例进行调控。化学元素的具体影响为:
铝硅比小时,可塑性降低,干燥与烧结收缩减小,砖的抗压强度降低,但是铝硅比过小则无法成功制砖;
铝硅比大时,可塑性提高,烧结温度提高,砖的耐火性提高,但是铝硅比过大则无法成功制砖;
铁含量高时,烧结温度降低,砖颜色变深,且耐火度降低,应控制不宜过高;
钙含量高时,砖的强度增加,但会变多孔,且易发生石灰爆裂、泛霜等问题,应控制不宜过高;
更优选的,所述的化学元素含量特指化学元素单质的质量含量,若XRF检测结果为其氧化物的质量含量,则需通过分子式进行换算。
因此按照钙元素、铁元素的绝对含量的高低与铝元素、硅元素含量比分设8 个料仓,分别为:
1)高钙高铁高铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
2)高钙高铁低铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
3)高钙低铁高铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
4)高钙低铁低铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
5)低钙高铁高铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
6)低钙高铁低铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
7)低钙低铁高铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
8)低钙低铁低铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si≤0.3。更优选的,铝硅比应满足0.15<wt%Al/wt%Si<0.45以控制烧结砖制备的成果率。
生产使用时的复配步骤为:
1)依据料仓实际存储情况确定所需参与复配的工程弃土CS1、CS2…CSn,可优先取用储量大的工程弃土,避免某些料仓的工程弃土长期堆积不用;
2)根据这些工程弃土所处的料仓,设计参与复配的几种工程弃土所对应的掺比k1、k2…kn,其中,满足k1+k2+…+kn=1.0;
3)获取这些料仓中的工程弃土所对应的化学元素含量,分别为:
CS1:硅含量wt%Si(CS1)、铝含量wt%Al(CS1)、铁含量wt%Fe(CS1)和钙含量wt%Ca(CS1)
CS2:硅含量wt%Si(CS2)、铝含量wt%Al(CS2)、铁含量wt%Fe(CS2)和钙含量wt%Ca(CS2)
CSn:硅含量wt%Si(CSn)、铝含量wt%Al(CSn)、铁含量wt%Fe(CSn)和钙含量wt%Ca(CSn)
4)计算复配土掺比k1、k2…kn的值,使k1、k2…kn满足以下不等式:
硅铝比:0.15<[k1*wt%Al(CS1)+k2*wt%Al(CS2)+…+kn*wt%Al(CSn)]/[k1*wt%Si(CS1) +k2*wt%Si(CS2)+…+kn*wt%Si(CSn)]<0.45;
钙含量:k1*wt%Ca(CS1)+k2*wt%Ca(CS2)+…+kn*wt%Ca(CSn)<0.1;
铁含量:k1*wt%Fe(CS1)+k2*wt%Fe(CS2)+…+kn*wt%Fe(CSn)<0.1;
5)通过计算所得的k1、k2…kn,即为所述弃土CS1、CS2…CSn的质量配比;
其中,8≥n≥2。
该流程可以依据实际的工程弃土仓储情况作出复配配方调整,可充分利用所有工程弃土,防止长期堆积,且该方案对参与复配的工程弃土种类(按仓储分类)的数量无限制,设计配方时的自由度大。
优选地,若料仓在后续没有添加其他工程弃土,可直接取用分仓时的化学元素含量数据,否则,应重新进行压片法取样,并进行XRF试验分析。
优选地,整体流程为:
1)工程弃土取料,收集,运输,装载并给料至带式输送机上,开始处理;
2)将工程弃土输送至破碎机上进行一次破碎,随后输送至破碎机上进行二次破碎,其后输送至筛分机上进行筛分,筛下料继续输送至下一环节,筛余料输送回破碎机,进行再次破碎;
3)将破碎后的土料输送至搅拌机,适量加水搅拌,使同一来源的工程弃土充分混合;
4)从混合后的泥料种取少量弃土粉末,制成玻璃压片,通过X射线荧光衍射仪分析后获得混合弃土的化学成分,多次取样结果取平均值,进行分仓存储,进行陈化;
5)依据复配设计,从陈化料仓中开始定量取料,按照不同料场中弃土的质量比,通过控制各料仓取料斗的速度来调节给料速度,以对应复配设计的各弃土的掺比;
6)将土料输送至破碎机进行破碎,破碎较大的土体结块,随后将破碎后的土料输送至搅拌机,进行充分搅拌,同时定量加水,控制加水量,同时按需添加造孔剂、助熔剂、塑化料添加料;
7)将充分搅拌后的土料输送至细碎破碎机进行再次破碎,将破碎后的土料输送至练泥式给料机,在练泥的同时将泥料输送至真空挤出机;
优选地,真空挤出的压力为-90kPa,3D打印时的喷头直径>10mm,打印层厚度为10-20mm,打印速度为10mm/s-50mm/s。
优选地,挤出时的土料的硬度为0.5-1.5,使用土壤硬度计测试泥料的硬度,挤出时的泥料的含水率在15-25%。
本发明以各种工程弃土为原材料,通过压片制样与XRF分析结合,快速识别工程弃土的化学成分,同时根据识别结果进行分仓存储并陈化,用时从各仓取料并复配,制备适宜制砖的复配土料,解决了工程弃土利用率低的问题,同时解决了利用工程弃土制砖时的泥料性能不稳定的问题,本发明的快速识别技术和复配技术操作简单,可行性强,运行成本低廉,且有利于资源的再生利用,具有一定的实用价值。
与现有技术相比,本发明具有以下特点:
1)本发明使用了各类建设工程中排放的工程弃土作为生产烧结砖的原料,原料来源广泛,针对国内工程弃土数量大、处理难的问题,给出了一条稳定的处理途径,充分利用工程弃土资源,生产建筑材料,属于固废的高效利用;
2)本发明使用了XRF分析来快速识别工程弃土的化学成分,并以此建立分选机制,将不同来源不同性能的工程弃土进行集中的分类利用,提高利用效率,具有针对性;
3)本发明建立了基于XRF分析结果的复配机制,可对两种及两种以上的工程弃土的相互复配提供设计指导,可直接、快速、合理的给出复配的配方,具有一定的实用价值。
附图说明
图1为工程弃土快速识别并复配的技术方法与应用流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,参照图1,包括以下两个阶段共9 个步骤:
第一阶段:原土获取,快速识别分选与储存陈化阶段
1)从各类工程的施工现场收集工程弃土原土、装载、运输、卸载、取料、给料至带式输送机上;
2)将工程弃土输送至破碎机上进行一次破碎,破碎后输送至破碎机上进行二次破碎,然后输送至筛分机上进行筛分,筛下料继续输送前进,筛余料输送回破碎机,进行重新破碎;
3)将破碎后的土料输送至搅拌机,适量加水搅拌,使同一来源的工程弃土充分混合;
4)从混合后的泥料种取少量弃土粉末,制成玻璃压片,通过X射线荧光衍射仪分析后获得混合弃土的化学成分,将至少3次取样的结果取平均值;
5)根据识别结果,将工程弃土依据化学成分的结果进行分仓存储,进行陈化;
分仓存储主要按照弃土的钙元素、铁元素的绝对含量的高低与铝元素、硅元素的含量比分设8个料仓,分别为:
1)高钙高铁高铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
2)高钙高铁低铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
3)高钙低铁高铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
4)高钙低铁低铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
5)低钙高铁高铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
6)低钙高铁低铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
7)低钙低铁高铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
8)低钙低铁低铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
作为优选的实施方式,向存储仓送料时,应按一定规律来回移动给料斗,将土料均匀铺设在存储仓的表面;
作为优选的实施方式,陈化时间应不少于3天,可依据实际生产情况确定陈化时间,一般地,陈化时间越长,弃土的可塑性越好。
第二阶段:复配设计,料仓取料,破碎、混合、加水、搅拌并挤出成型阶段
6)依据不同料仓中的弃土的化学元素含量进行复配设计,复配设计最初选择掺配的工程弃土时,应根据储料仓中的工程弃土余量和新送至的工程弃土种类而定;
其中,复配设计方法和步骤如下所示:
1)依据料仓实际存储情况确定所需参与复配的工程弃土CS1、CS2…CSn,其中(n≥2);
2)根据这些工程弃土所处的料仓,设计参与复配的几种工程弃土所对应的掺比k1、k2…kn,其中,满足k1+k2+…+kn=1.0;
3)获取这些料仓中的工程弃土所对应的化学元素含量,分别为:
CS1:硅含量wt%Si(CS1)、铝含量wt%Al(CS1)、铁含量wt%Fe(CS1)和钙含量wt%Ca(CS1)
CS2:硅含量wt%Si(CS2)、铝含量wt%Al(CS2)、铁含量wt%Fe(CS2)和钙含量wt%Ca(CS2)
CSn:硅含量wt%Si(CSn)、铝含量wt%Al(CSn)、铁含量wt%Fe(CSn)和钙含量wt%Ca(CSn)
4)计算复配土掺比k1、k2…kn的值,使k1、k2…kn满足不等式:
硅铝比:0.15<[k1*wt%Al(CS1)+k2*wt%Al(CS2)+…+kn*wt%Al(CSn)]/[k1*wt%Si(CS1) +k2*wt%Si(CS2)+…+kn*wt%Si(CSn)]<0.45;
钙含量:k1*wt%Ca(CS1)+k2*wt%Ca(CS2)+…+kn*wt%Ca(CSn)<0.1;
铁含量:k1*wt%Fe(CS1)+k2*wt%Fe(CS2)+…+kn*wt%Fe(CSn)<0.1;
5)通过计算所得的k1、k2…kn即为所述弃土CS1、CS2…CSn的质量配比。
作为优选的实施方式,复配设计时应先按两种工程弃土复配的结果进行设计,若两种工程弃土复配不能满足结果,则可根据情况增添合适的新的工程弃土,进行三种工程弃土的复配,以此类推;
7)随后直接从陈化料仓中开始定量取料,通过控制各料仓取料斗的速度来调节给料速度,以对应复配设计的各弃土的掺比。
8)将土料输送至破碎机进行破碎,破碎较大的土体结块,随后将破碎后的土料输送至搅拌机,进行充分搅拌,同时定量加水,控制加水量,同时按需添加造孔剂、助熔剂、塑化料等添加料。
作为优选的实施方式,若工程弃土混合料塑性较差,挤出成型效果不好,在挤出时产生开裂、破损、边角裂纹和毛刺等现象,则应添加塑化料;
根据烧结最高温度选择合适的助熔剂,若工程弃土中的钙、铁含量高,铝硅比小,则烧结温度应降低,若工程弃土中的钙、铁含量低,铝硅比大,则烧结温度升高,若烧结温度低于1080℃,则选择低温助熔剂,若烧结温度高于1080℃,则选择高温助熔剂;
若需提高烧结砖制品的孔隙率、降低导热系数,则可添加适量造孔剂;
更进一步地,添加造孔剂或助熔剂时,会立即改变工程弃土混合料的可塑性,需根据实际情况添加适量的塑化料进行改善;
加水量应按(1)式确定,计算前需先使用快速含水率测定仪测试工程弃土混合料的干基含水率wt%0
mwt%=ms*(wt%d-wt%0)/(1+wt%0) (1)
其中为mwt%所需加水量,wt%d为设计干基含水率(15%~20%),ms为潮湿工程弃土的质量;
9)将充分搅拌后的土料输送至破碎机进行再次破碎,将破碎后的土料输送至练泥式给料机,在练泥的同时将泥料输送至真空挤出机,进行真空挤出成型,得到成型的土坯砌块,经过干燥和烧结后得到烧结砌块。
10)可将泥料送至3D打印机的喂料口,经过3D打印成型,3D打印时的喷头直径>10mm,打印层厚度为10-20mm,打印速度为10mm/s-50mm/s。
作为优选的实施方式,在工程弃土使用时,将工程弃土与水、造孔剂、助熔剂、塑化料等复配,具体包括以下组分及重量份含量:工程弃土100份、水15-25份、造孔剂0-10份、助熔剂0-5份、塑化料0-2份。
作为优选的实施方式,造孔剂为的稻壳、秸秆、果壳、落叶、木屑等植物粉末或者煤炭、废弃塑料、废弃橡胶中的一种,所述的造孔剂的粒径为30目以上。
作为优选的实施方式,助熔剂依据烧结时最高温度可分为低温(<1080℃)助熔剂和高温(>1080℃)助熔剂,其中低温助熔料为石灰石、菱镁矿、褐石、玻璃粉、伊利石、氧化钾、氧化钠中的一种。而高温助熔剂则为长石、钠长石、白云母、钾长石、氧化铁中的一种。
作为优选的实施方式,塑化料为苏打、水玻璃、羟甲基纤维素(CMC)、苛性钠、甲基纤维素(MC)、木质素(C18H30O16)、亚硫酸盐溶液、盐酸、纤基醋酸钠中的一种。
作为优选的实施方式,工程弃土的粒径为15目以上,其中200目以上的细土粉占比不低于50%,天然含水率不大于20%,计算掺入重量份含量时,应以烘干土的质量计,潮湿工程弃土在计算加水量时应扣除自身的天然含水量。
以下为具体示例
实施例1
1)从新建建筑工地收集基坑开挖弃土,直接运输至生产基地,将工程弃土送上输送带;
2)经过一次破损、二次破损、筛分后,送至搅拌机搅拌均匀;
3)从不同位置取3个弃土试样,制作压片试样,进行XRF分析,结果得到该来源的工程弃土的指标为wt%Ca=4%,wt%Fe=7%,wt%Al/wt%Si=0.21,将该土料送入低钙低铁低铝硅比料仓;
4)新送入的土料需在料仓中进行陈化,陈化时间不少于3天。
实施例2
1)从新建盾构地铁施工现场获取盾构渣浆,盾构渣浆经过渣浆分离、泥水分离后,获取压滤后的泥饼,直接运输至生产基地,测试泥饼含水率,若含水率过高,则应先对盾构弃土进行干燥,后将工程弃土送上输送带;
2)经过一次破损、二次破损、筛分后,送至搅拌机搅拌均匀;
3)从不同位置取3个弃土试样,制作压片试样,进行XRF分析,结果得到该来源的工程弃土的指标为wt%Ca=5%,wt%Fe=4%,wt%Al/wt%Si=0.36,将该土料送入低钙低铁高铝硅比料仓;
4)新送入的土料需在料仓中进行陈化,陈化时间不少于3天。
实施例3
1)从新建建筑工地获取桩基泥浆,泥水分离后获取压滤泥饼,直接运输至生产基地,测试泥饼含水率,若含水率过高,则应先对泥浆土进行干燥,后将工程弃土送上输送带;
2)经过一次破损、二次破损、筛分后,送至搅拌机搅拌均匀;
3)从不同位置取3个弃土试样,制作压片试样,进行XRF分析,结果得到该来源的工程弃土的指标为wt%Ca=12%,wt%Fe=4%,wt%Al/wt%Si=0.18,将该土料送入高钙低铁低铝硅比料仓;
4)新送入的土料需在料仓中进行陈化,陈化时间不少于3天。
实施例4
1)从建筑拆除或维护现场获取渣土,初步筛选出钢筋、大块碎石、碎混凝土、碎砖、碎砂浆、碎木、塑料等杂质后,直接运输至生产基地,干燥、破碎、筛分后得15目以上的工程弃土,后将工程弃土送上输送带;
2)经过一次破损、二次破损、筛分后,送至搅拌机搅拌均匀;
3)从不同位置取3个弃土试样,制作压片试样,进行XRF分析,结果得到该来源的工程弃土的指标为wt%Ca=34%,wt%Fe=11%,wt%Al/wt%Si=0.16,将该土料送入高钙高铁低铝硅比料仓;
4)新送入的土料需在料仓中进行陈化,陈化时间不少于3天。
实施例5
1)从航道疏浚现场获取淤泥,若能在现场压滤排水则在现场进行淤泥排水工作,剩余泥料直接运输至生产基地,干燥、破碎、筛分后得15目以上的工程弃土,后将工程弃土送上输送带;
2)经过一次破损、二次破损、筛分后,送至搅拌机搅拌均匀;
3)从不同位置取3个弃土试样,制作压片试样,进行XRF分析,结果得到该来源的工程弃土的指标为wt%Ca=2%,wt%Fe=5%,wt%Al/wt%Si=0.23,将该土料送入低钙低铁低铝硅比料仓;
4)新送入的土料需在料仓中进行陈化,陈化时间不少于3天。
实施例6
本实施例中,步骤1)中,从道路路基施工现场获取工程弃土;步骤3)中, XRF测试结果为wt%Ca=5%,wt%Fe=6%,wt%Al/wt%Si=0.32,将该土料送入低钙低铁高铝硅比料仓;
其余同实施例1。
实施例7
本实施例中,步骤1)中,从港口工程施工现场获取海泥,并进行现场排水工作;步骤3)中,XRF测试结果为wt%Ca=5%,wt%Fe=6%,wt%Al/wt%Si=0.18,将该土料送入低钙低铁低铝硅比料仓;
其余同实施例5。
实施例8
1)根据储料仓的实际情况,发现低钙低铁低铝硅比仓的工程弃土(A)与高钙低铁低铝硅比仓的工程弃土(B)剩余数量较多,遂选用此二仓的工程弃土进行复配设计;
2)按照权利要求5的方法,设计的复配配方为工程弃土A与B的质量比为 6.5:3.5;
3)将工程弃土A与B按复配设计的质量比在料仓进行取料,经过一次破碎、二次破碎后,混合并搅拌;
4)取样测试混合料的含水率为18%,设计含水率为20%,加入2%的水分继续搅拌;
5)将充分搅拌均匀的泥料送入练泥式给料机,均匀送料,进行挤出成型。
实施例9
1)根据储料仓的实际情况,发现低钙低铁低铝硅比仓的工程弃土(A)、高钙低铁低铝硅比仓的工程弃土(B)和低钙低铁高铝硅比仓的工程弃土(C)剩余数量较多,遂选用此三仓的工程弃土进行复配设计;
2)按照权利要求5的方法,设计的复配配方为工程弃土A、B与C的质量比为4:3:3;
3)将工程弃土A、B与C按复配设计的质量比在料仓进行取料,经过一次破碎、二次破碎后,混合并搅拌;
4)取样测试混合料的含水率为15%,设计含水率为19%,加入4%的水分继续搅拌;
5)将充分搅拌均匀的泥料送入练泥式给料机,均匀送料,进行挤出成型。
实施例10
1)根据储料仓的实际情况,发现低钙低铁低铝硅比仓的工程弃土(A)与高钙低铁低铝硅比仓的工程弃土(B)剩余数量较多,遂选用此二仓的工程弃土进行复配设计;
2)按照权利要求5的方法,设计的复配配方为工程弃土A与B的质量比为5: 5;
3)将工程弃土A与B按复配设计的质量比在料仓进行取料,经过一次破碎、二次破碎后,混合并搅拌;
4)取样测试混合料的含水率为19%,设计含水率为20%,加入1%的水分继续搅拌;
5)将充分搅拌均匀的泥料送入练泥式给料机,均匀送料,进行挤出成型;
6)尝试挤出后发现泥料的可塑性较差,挤出后出现开裂和边角裂纹,选择加入5%的苏打进行第一次增塑,继续搅拌和练泥并尝试挤出,发现仍然无法成型,存在边角裂纹,则提高苏打的掺入比例为7%,继续尝试挤出。
7)当苏打的掺入比例为9%时,泥料的塑性较好,挤出成型情况良好,无开裂现象,无边角裂纹和毛刺。
实施例11
1)按照实际情况进行复配设计、定量给料、一次破碎、二次破碎、混合、加水搅拌;
2)为了提高最终烧结砖制品的孔隙率,选择加入10%的造孔剂,造孔剂选用磨碎并筛选至30目以上的秸秆,将造孔剂加入搅拌机中,与复配土料一起搅拌 30min以上;
3)将充分搅拌均匀的泥料送入练泥式给料机,均匀送料,进行挤出成型;
4)尝试挤出后发现泥料的可塑性较差,挤出后出现边角裂纹,选择加入8%的水玻璃进行第一次增塑,继续搅拌和练泥并尝试挤出。
5)当苏打的掺入比例为8%时,泥料的塑性较好,挤出成型情况良好,无开裂现象,无边角裂纹和毛刺。
实施例12
1)按照实际情况进行复配设计、定量给料、一次破碎、二次破碎、混合、加水搅拌;
2)为了提高烧结砖的液限含量,降低烧结温度至950℃,选择加入10%的助熔剂,助熔剂选用氧化钠,将助熔剂加入搅拌机中,与复配土料一起搅拌30min 以上;
3)将充分搅拌均匀的泥料送入练泥式给料机,均匀送料,进行挤出成型;
4)泥料的塑性较好,挤出成型情况良好,无开裂现象,无边角裂纹和毛刺。
实施例13
本实施例中,步骤2)中,所用的助熔剂为石灰石;步骤3)中,额外增加了 5%的苏打作为塑化料;
其余同实施例12。
实施例14
本实施例中,步骤2)中,所用的造孔剂为废弃塑料,塑料经过破碎磨细、粒径为30目以上;步骤3)中,额外增加了5%的苛性钠作为塑化料;
其余同实施例11。
实施例15
本实施例中,步骤2)中,烧结温度为1100℃,所用的助熔剂为氧化铁;
其余同实施例12。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将工程弃土收集,使用破碎机将工程弃土破碎,将破碎后的弃土进行筛分,对筛下的弃土进行取样识别,采用压片法制样并通过XRF荧光光谱仪进行化学元素分析,依据分析结果对弃土进行分仓存储和陈化;
(2)生产使用时,按照一定复配方法从不同的料仓进行取料与供料,利用搅拌机、练泥机对多种工程弃土原料进行充分混合,同时加水调节可塑性,获得的泥料用于真空挤出或者3D打印,制成多孔砖砌块、空心砖砌块的土坯,通过干燥和烧结制成烧结砖制品。
2.根据权利要求1所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,所述的工程弃土包括以下来源:新建建筑基坑开挖土、地铁盾构隧道干化土、建筑拆除维护产生的渣土、建筑与桥梁桩基泥浆、河流航道以及湖泊疏浚淤泥、港口海岸工程废弃海泥、道路路基弃土。
3.根据权利要求1所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,使用破碎机将工程弃土破碎时根据需要进行一次或多次破碎,使经过破碎后的弃土的粒径为15目以上。
4.根据权利要求1所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,针对破碎后的弃土粉末,采用压片法制样,使用XRF荧光光谱仪对试样的基本化学元素进行分析,所测试的指标主要为单质状态的硅含量wt%Si、铝含量wt%Al、铁含量wt%Fe和钙含量wt%Ca
5.根据权利要求4所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,分仓存储主要依据化学元素含量,按照钙元素、铁元素的绝对含量的高低与铝元素、硅元素含量比分设8个料仓,分别为:
1)高钙高铁高铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
2)高钙高铁低铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
3)高钙低铁高铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
4)高钙低铁低铝硅比仓,其中wt%Ca>10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
5)低钙高铁高铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
6)低钙高铁低铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe>10%,wt%Al/wt%Si≤0.3;
7)低钙低铁高铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si>0.3;
8)低钙低铁低铝硅比仓,其中wt%Ca≤10%,wt%Fe≤10%,wt%Al/wt%Si≤0.3。
6.根据权利要求5所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,生产使用时的复配步骤为:
1)依据料仓实际存储情况确定所需参与复配的工程弃土CS1、CS2…CSn
2)根据这些工程弃土所处的料仓,设计参与复配的几种工程弃土所对应的掺比k1、k2…kn,其中,满足k1+k2+…+kn=1.0;
3)获取这些料仓中的工程弃土所对应的化学元素含量,分别为:
CS1:硅含量wt%Si(CS1)、铝含量wt%Al(CS1)、铁含量wt%Fe(CS1)和钙含量wt%Ca(CS1)
CS2:硅含量wt%Si(CS2)、铝含量wt%Al(CS2)、铁含量wt%Fe(CS2)和钙含量wt%Ca(CS2)
CSn:硅含量wt%Si(CSn)、铝含量wt%Al(CSn)、铁含量wt%Fe(CSn)和钙含量wt%Ca(CSn)
4)计算复配土掺比k1、k2…kn的值,使k1、k2…kn满足以下不等式:
硅铝比:0.15<[k1*wt%Al(CS1)+k2*wt%Al(CS2)+…+kn*wt%Al(CSn)]/[k1*wt%Si(CS1)+k2*wt%Si(CS2)+…+kn*wt%Si(CSn)]<0.45;
钙含量:k1*wt%Ca(CS1)+k2*wt%Ca(CS2)+…+kn*wt%Ca(CSn)<0.1;
铁含量:k1*wt%Fe(CS1)+k2*wt%Fe(CS2)+…+kn*wt%Fe(CSn)<0.1;
5)通过计算所得的k1、k2…kn,即为所述弃土CS1、CS2…CSn的质量配比;
其中,8≥n≥2。
7.根据权利要求5所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,若料仓在后续没有添加其他工程弃土,可直接取用分仓时的化学元素含量数据,否则,应重新进行压片法取样,并进行XRF试验分析。
8.根据权利要求1所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,整体流程为:
1)工程弃土取料,收集,运输,装载并给料至带式输送机上,开始处理;
2)将工程弃土输送至破碎机上进行一次破碎,随后输送至破碎机上进行二次破碎,其后输送至筛分机上进行筛分,筛下料继续输送至下一环节,筛余料输送回破碎机,进行再次破碎;
3)将破碎后的土料输送至搅拌机,适量加水搅拌,使同一来源的工程弃土充分混合;
4)从混合后的泥料种取少量弃土粉末,制成玻璃压片,通过X射线荧光衍射仪分析后获得混合弃土的化学成分,多次取样结果取平均值,进行分仓存储,进行陈化;
5)依据复配设计,从陈化料仓中开始定量取料,按照不同料场中弃土的质量比,通过控制各料仓取料斗的速度来调节给料速度,以对应复配设计的各弃土的掺比;
6)将土料输送至破碎机进行破碎,破碎较大的土体结块,随后将破碎后的土料输送至搅拌机,进行充分搅拌,同时定量加水,控制加水量,同时按需添加造孔剂、助熔剂、塑化料添加料;
7)将充分搅拌后的土料输送至细碎破碎机进行再次破碎,将破碎后的土料输送至练泥式给料机,在练泥的同时将泥料输送至真空挤出机。
9.根据权利要求1所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,真空挤出的压力为-90kPa,3D打印时的喷头直径>10mm,打印层厚度为10-20mm,打印速度为10mm/s-50mm/s。
10.根据权利要求9所述的一种工程弃土快速识别并复配应用的方法,其特征在于,挤出时的土料的硬度为0.5-1.5,使用土壤硬度计测试泥料的硬度,挤出时的泥料的含水率在15-25%。
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