CN115159885A - 一种混合建设用砂和粘土砂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合建设用砂和粘土砂及其制备方法与应用，该方法为：把工程渣土放入功率为1‑6kW的工业微波炉内烘干至绝干；将烘干后的工程渣土进行碾磨；碾磨后进行干筛分处理，筛分后得到粒径小于0.15mm的部分为混合物A，粒径0.15‑4.75mm的部分为混合物B；对建设用砂筛分处理，取粒径为0.15‑4.75mm的部分；将混合物B和筛分后的建设用砂混合均匀，得到混合建设用砂；混合物B和水混合均匀后得到混合物C；将混合物C、混合物A和矿渣混合得到混合物D，将混合物D造型，分离得到成品砂型。本发明使用工业微波炉烘干工程渣土，相比传统烘干方法(如电烘干箱烘干)，微波烘干法耗能明显更低，烘干效率更高。

Description

一种混合建设用砂和粘土砂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术、建筑垃圾资源化利用和铸造领域，具体涉及一种混合建设用砂和粘土砂及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，我国建筑产业和基础设施建设快速发展，拆除大量既有建筑，开挖地下空间，产生了大量的建筑垃圾。根据深圳市住建局《<关于进一步加强我市建筑废弃物管理工作的若干措施(代拟稿)>编制说明》，2017-2020年深圳市建筑废弃物产生总量约3.97亿方，年均产生量约9920万方，单是工程渣土一项，仅统计到的建设项目，深圳市每年产生量就达到了 9150万方。与发达国家90％以上的工程渣土资源利用率相比，中国渣土资源利用率不到5％。对于数量日益增长的工程渣土，简单无序的处理方法存在能耗污染大、经济效益低等问题，甚至还会造成工程灾害。
建设用砂是建筑、道路、桥梁、水利和水电等基础设施建设用量最大和不可或缺的原材料之一。近年来，我国建设用砂价格普遍上涨，2018年出现了全国性的“砂石慌”；2019年以来，全国建设用砂价格高位震荡，部分地区持续上涨，全国性的“砂石慌”现象有扩大趋势。因此，寻找新的砂源对于缓解国内天然砂资源短缺现象显得格外的重要。
型砂是铸造业常用的一种材料，在铸造生产中十分重要。型砂的种类有很多，包括粘土砂、水玻璃砂和树脂自硬砂等。由于粘土砂使用方便以及其主要成分(天然硅砂和黏土)相对简单，所以在铸造过程中，使用粘土砂生产的铸件数量占比很大，对粘土砂的消耗量十分庞大。据统计，每生产1吨合格的铸铁就需要消耗5吨左右新的粘土砂。因此有必要寻找资源再生、环境友好的粘土砂原材料，从而减少生产粘土砂对天然硅砂资源的消耗。有学者提出使用天然土壤作为型砂的原材料之一，并且通过实验验证了其可行性。但是使用天然土壤作为粘土砂进行铸造生产时，不同类型铸件对于该种粘土砂中的黏土和砂粒的比例要求不同，并且不同批次的天然土壤中二者比例也常常具有较大差异，所以使用天然土壤前需要对不同批次的天然土壤进行多次配比试验，以确定不同批次天然土壤的所需用量。在实际生产中，会导致前期准备工作相对繁琐，生产工艺复杂，无法实现快速标准化生产。
如前文所述，目前基建工程产生的工程渣土数量十分庞大。其所含砂粒的物理性能与建设用砂的物理性能接近，可以将其干筛出来作为建设用砂的替代品。同时，工程渣土中干筛出来的砂粒与天然硅砂相似，干筛去除大部分砂粒之后的剩余部分的矿物成分与粘土砂中黏土的矿物成分较为接近，因此可以将工程渣土中干筛出来的砂粒与工程渣土干筛去除大部分砂粒之后的剩余部分根据需要按不同比例进行混合用以制作粘土砂。
采用干筛法对工程渣土进行处理前首先需要对其进行烘干。传统的烘干方法是通过热对流、热传导和热辐射的方式传递热量，使得被加热物体温度由外至内升高，所需环境温度高，加热效率低，能量损耗大，并且加热过程中会产生被加热物体内外受热不均匀的现象。微波烘干法是将微波能量通过分子与电磁场的相互作用直接传递到材料中，不会浪费时间加热周围环境区域，从而使得被加热物体整体得到快速且较为均匀的加热。因此，采用微波加热技术对工程渣土进行烘干，可以极大地提高烘干效率。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种混合建设用砂和粘土砂及其制备方法与应用，该制备方法具体为一种以微波烘干的工程渣土用作建设用砂和粘土砂的方法。
一种以微波烘干的工程渣土制作混合建设用砂和粘土砂的方法，能够快速有效地利用工程渣土，并且工程渣土的产出量大、取用范围广；微波烘干的能耗比传统烘干方法低、烘干速度快、样品受热均匀，同时烘干出的工程渣土具有易筛分、质量稳定等优点，可广泛应用于生产土木工程领域所需要的建设用砂以及铸造领域所需要的粘土砂。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
本发明提供的一种以微波烘干的工程渣土制作混合建设用砂和粘土砂的方法，包括以下步骤：
(1)把工程渣土放入功率为1kW-6kW的工业微波炉内烘干至绝干；所述工程渣土的主要化学成分仍为SiO2和Al2O3；
(2)将步骤(1)微波烘干后的工程渣土进行碾磨；
(3)对碾磨后的工程渣土进行干筛分处理，筛分过程中对其进行摊开，保证其筛分彻底，筛分后得到的粒径小于0.15mm的部分为混合物A，粒径介于0.15mm-4.75mm的部分为混合物B；所述混合物A为黏土矿物质量百分含量大于80％的混合物；
(4)将混合物B和筛分后的建设用砂一起混合均匀，得到混合建设用砂，根据不同的取代率分别装袋备用；所述取代率为被混合物B取代的筛分后的建设用砂质量占原本需要的筛分后的建设用砂质量的百分比；
(5)分别称取混合物B和水混合均匀后倒出，得到混合物C；
(6)分别称取混合物A和矿渣；将混合物C、混合物A和矿渣混合均匀，得到混合物D，将所述混合物D造型，然后分离得到成品砂型；所述混合物D为粘土砂。
进一步地，步骤(1)所述工程渣土为地下工程、地铁建设或基础工程等工程中产出的工程渣土。
进一步地，步骤(1)所述绝干为工程渣土被烘干至恒重。
进一步地，步骤(2)中所述碾磨为在轮碾搅拌机主轴转速25-35r/min下碾磨，一共两个碾轮，每个碾轮重25kg；步骤(2)所述碾磨的时间为5-10min。
进一步地，步骤(3)中所述粒径为颗粒的直径，用于描述颗粒的大小。
进一步地，步骤(4)中所述混合建设用砂，按照质量份数计，包括如下的原料：
混合物B 100-400份
筛分后的建设用砂 100-400份。
进一步地，步骤(4)所述筛分后的建设用砂为筛分后的天然砂或机制砂，粒径为0.15mm-4.75mm。
进一步地，步骤(4)中所述混合使用的是卧式砂浆搅拌机，混合时间为1-3min。
进一步地，步骤(5)中所述的混合使用的是混砂机，混合时间为1-3min。
进一步地，步骤(5)中所述混合物C，按照质量份数计，包括以下原料：
混合物B 75-85份
水 15-25份。
进一步地，步骤(6)中所述的混合使用的是混砂机，混合时间为6-10min。
进一步地，步骤(6)中所述混合物D，按照质量份数计，包括以下原料：
混合物A 360-500份
混合物C 260-400份
矿渣 100-380份。
进一步地，步骤(6)所述混合物D为型砂种类之一的粘土砂。
本发明提供所述制备方法制备得到的一种混合建设用砂和粘土砂，可分别应用于土木工程领域和铸造领域。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供的制备方法采用的主要原材料为占地面积广，产出量多的工程渣土，通过本发明提供的制备方法能够明显降低粘土砂对天然硅砂资源的消耗，进一步地把传统粘土砂中的黏土替换成工程渣土中的黏土矿物，明显提高了渣土资源的利用率，拓宽了工程渣土的应用领域，产生显著的经济效益和社会效益。
(2)本发明中使用工业微波炉烘干工程渣土，相比于传统干燥方法(如使用电烘干箱烘干)而言，微波烘干法耗能明显更低，烘干效率更高，能够进一步提升生产的效率。
(3)本发明提供的制备方法制备一种混合建设用砂和粘土砂。在铸造领域，使用该制备方法具有可实现快速标准化生产的特点，通过把工程渣土烘干后筛分，然后根据实际生产的需求，灵活地调整黏土和砂粒的比例，生产出工作性能不同的粘土砂，从而避免了前期繁琐的配比实验；在土木工程领域，使用该制备方法生产出来的混合建设用砂能有效地降低建设用砂对自然资源的依赖，有显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明提供一种混合建设用砂和粘土砂的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
本发明实例中所用工程渣土为花岗岩风化残积土和冲洪积土，均为广东地区工程建设中产生的最普通的工程渣土；矿渣主要成分为Fe2O3；所述筛分后的建设用砂符合《GB/T14684-2011建设用砂》的要求。
实施例1
(1)把收集到的冲洪积土放入功率为1kW的工业微波炉内烘干至绝干；
(2)将步骤(1)微波烘干后的冲洪积土倒入轮碾搅拌机(主轴转速为25r/min)中进行碾磨，碾磨10min；
(3)对碾磨后的冲洪积土进行干筛分处理，筛分过程中对其进行人工摊开，保证其筛分彻底，其中粒径小于0.15mm的部分为混合物A，粒径介于0.15mm-4.75mm的部分为混合物 B，将混合物A和混合物B分别装袋备用；
(4)分别称取1.0kg筛分后的建设用砂(颗粒直径为0.15mm-4.75mm)和4.0kg步骤(3) 所述混合物B(按质量份数计，筛分后的建设用砂100份、混合物B 400份)，倒入卧式砂浆搅拌机(转速为55r/min)混合3min，得到混合建设用砂，取出，装袋备用；所述混合建设用砂为以微波烘干的工程渣土(冲洪积土)部分替代筛分后的建设用砂形成的建设用砂(其中工程渣土替代了80％建设用砂，即取代率为80％)
(5)分别称取2.2kg混合物B和0.4kg水(按质量份数计，混合物B 85份、水15份)；倒入混砂机混合3min后倒出，得到混合物C；
(6)分别称取3.6kg混合物A、3.8kg矿渣和2.6kg步骤(5)所述混合物C(按质量份数计，混合物A 360份、矿渣380份和混合物C 260份)；倒入混砂机混合6min后倒出，投入储砂斗中，通过造型机造型，然后分离得到成品砂型。该方法制造的粘土砂的工作性能能完全满足铸造的需求，铸件尺寸精度满足要求，表面粗糙度Ra 3.2-6.3μm。
实施例2
(1)把收集到的花岗岩风化残积土放入功率为3kW的工业微波炉内烘干至绝干；
(2)将步骤(1)微波烘干后的花岗岩风化残积土倒入轮碾搅拌机(主轴转速为30r/min) 中进行碾磨，碾磨7min；
(3)对研磨后的花岗岩风化残积土进行干筛分处理，筛分过程中对其进行人工摊开，保证其筛分彻底，其中粒径小于0.15mm的部分为混合物A，粒径介于0.15mm-4.75mm的部分为混合物B，将混合物A和混合物B分别装袋备用；
(4)分别称取2.5kg筛分后的建设用砂(颗粒直径为0.15mm-4.75mm)和2.5kg步骤(3) 所述混合物B(按质量份数计，筛分后的建设用砂250份、混合物B 250份)，倒入卧式砂浆搅拌机(转速为60r/min)混合2min，得到混合建设用砂，取出，装袋备用；所述混合建设用砂为以微波烘干的工程渣土(花岗岩风化残积土)部分替代筛分后的建设用砂形成的建设用砂(其中工程渣土替代了50％建设用砂，即取代率为50％)
(5)分别称取2.6kg混合物B和0.7kg水(按质量份数计，混合物B 80份、水20份)；倒入混砂机混合2min后倒出，得到混合物C；
(6)分别称取4.3kg混合物A、2.4kg矿渣和3.3kg步骤(5)所述混合物C(按质量份数计，混合物A430份、矿渣240份和混合物C 330份)；倒入混砂机混合8min后倒出，投入储砂斗中，通过造型机造型，然后分离得到成品砂型。该方法制造的粘土砂的工作性能能完全满足铸造的需求，铸件尺寸精度满足要求，表面粗糙度Ra 3.2-6.3μm。
实施例3
(1)把收集到的花岗岩风化残积土放入功率为6kW的工业微波炉内烘干至绝干；
(2)将步骤(1)微波烘干后的花岗岩风化残积土倒入轮碾搅拌机(主轴转速为35r/min) 中进行碾磨，碾磨5min；
(3)对研磨后的花岗岩风化残积土进行干筛分处理，筛分过程中对其进行人工摊开，保证其筛分彻底，其中粒径小于0.15mm的部分为混合物A，粒径介于0.15mm-4.75mm的部分为混合物B，将混合物A和混合物B分别装袋备用；
(4)分别称取4.0kg筛分后的建设用砂(颗粒直径为0.15mm-4.75mm)和1.0kg步骤(3) 所述混合物B(按质量份数计，筛分后的建设用砂400份、混合物B 100份)，倒入卧式砂浆搅拌机(转速为65r/min)混合1min，得到混合建设用砂，取出，装袋备用；所述混合建设用砂为以微波烘干的工程渣土(花岗岩风化残积土)部分替代筛分后的建设用砂形成的建设用砂(其中工程渣土替代了20％建设用砂，即取代率为20％)
(5)分别称取3.0kg混合物B和1.0kg水(按质量份数计，混合物B75份、水25份)；倒入混砂机混合1min后倒出，得到混合物C；
(6)分别称取5.0kg混合物A、1.0kg矿渣和4.0kg步骤(5)所述混合物C(按质量份数计，混合物A 500份、矿渣100份和混合物C 400份)；倒入混砂机混合10min后倒出，投入储砂斗中，通过造型机造型，然后分离得到成品砂型。该方法制造的粘土砂的工作性能能完全满足铸造的需求，铸件尺寸精度满足要求，表面粗糙度Ra 3.2-6.3μm。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合建设用砂和粘土砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)把工程渣土放入功率为1kW-6kW的工业微波炉内烘干至绝干；所述工程渣土主要化学成分为SiO2和Al2O3；
(2)将步骤(1)微波烘干后的工程渣土进行碾磨；
(3)对碾磨后的工程渣土进行干筛分处理，筛分后得到的粒径小于0.15mm的部分为混合物A，粒径介于0.15mm-4.75mm的部分为混合物B；所述混合物A为黏土矿物质量百分含量大于80％的混合物；
(4)将混合物B和筛分后的建设用砂一起混合均匀，得到混合建设用砂，装袋备用；所述混合建设用砂，按照质量份数计，包括以下原料：
混合物B 100-400份
筛分后的建设用砂 100-400份；
(5)分别称取混合物B和水混合均匀后倒出，得到混合物C；所述混合物C，按照质量份数计，包括以下原料：
混合物B 75-85份
水 15-25份；
(6)分别称取混合物A和矿渣；将混合物C、混合物A和矿渣混合均匀，得到混合物D，将所述混合物D造型，然后分离得到成品砂型；所述混合物D为粘土砂；所述混合物D，按照质量份数计，包括以下原料：
混合物A 360-500份
混合物C 260-400份
矿渣 100-380份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述工程渣土为地下工程、地铁建设或基础工程中产出的工程渣土。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述绝干为工程渣土被烘干至恒重。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碾磨的转速为25-35r/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碾磨的时间为5-10min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述筛分后的建设用砂为筛分后的天然砂或机制砂，粒径为0.15mm-4.75mm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述混合的时间为1-3min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述混合的时间为1-3min；步骤(6)所述混合的时间为6-10min。
9.权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的混合建设用砂和粘土砂。
10.权利要求9所述混合建设用砂和粘土砂分别应用于土木建筑工程和铸造过程。
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