CN116180712B - 一种强力搅拌装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种强力搅拌装置及其应用，该强力搅拌装置包括依次固定连接的锥头、搅拌环以及注料盘，其中，所述搅拌环包括设置于其侧表面上的长条形注浆壶口；所述注料盘包括设置于其侧表面上的圆管注料口和设置于其顶表面上以用于与施工机械固定连接的法兰盘。本申请实施例提供的强力搅拌装置可以根据淤泥固化深度确定搅拌环的装卸数量，且每个搅拌环两端各设2个注浆壶口，充分保证淤泥搅拌、注浆的效率与质量。装置底端为圆形锥头，可减小装置搅拌下沉过程中的锥头阻力。
Description
技术领域
本申请属于无机复合材料领域与软土地基处理技术领域，具体涉及一种强力搅拌装置及其应用。
背景技术
我国东南沿海地区水网密布，淤泥质软黏土分布范围广，厚度深。为节省工期，解决高填方路堤和深厚软基工程中砂砾石填料的不足和成本高昂的问题，同时减少软土开挖、运输和堆放等问题，可以采用就地地固化技术。在原状淤泥质土中加入固化剂和混合掺料等材料通过搅拌固结形成的具有一定强度的人工硬壳层，既能满足工程机械所要求的承载力，又能起到应力扩散的作用。但是传统的固化剂以水泥、石灰和胶凝高分子材料等为主，再加入一些能改善固化土物理及力学性能的添加剂，虽能取得较好的加固效果，但存在高能耗、高排放和污染环境等问题。这与中国当前正在大力推行节能减排和低碳环保的经济社会建设理念相悖。
随着工业生产的发展，工业废物数量日益增加。尤其是冶金、火力发电等工业排放量最大。工业废物数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理相当困难，如粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣和脱硫石膏等。如今只是有限的几种工业废物得到利用，且利用效率有限，其他工业废物仍以消极堆存为主，这给生存环境带来巨大压力。
解决资源的绿色再生利用、可持续发展中有关的地基基础问题，需要充分利用粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣和脱硫石膏工业固废按一定比例混合，同时以建筑固废破碎后的再生细骨料及秸秆纤维为掺合料，开发一种高效、廉价、绿色环保无毒、施工方便、工艺简单的淤泥固化复合材料意义重大。另一方面，为提高淤泥就地固化效率，有必要对淤泥固化机械装置优选改进。
发明内容
本申请实施例的目的在于克服上述至少一种技术不足，提出一种强力搅拌装置及其应用，解决现有技术中无法保证淤泥搅拌、注浆的效率与质量，且搅拌装置在下沉过程中的阻力的技术问题；同样，也解决了现有技术中粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣和脱硫石膏工业固废、建筑固废与农业秸秆固废无法被有效利用、易造成环境污染的技术问题。
为达到上述技术目的，本申请实施例提供了一种强力搅拌装置，包括依次固定连接的锥头、搅拌环以及注料盘，其中，
所述搅拌环包括设置于其侧表面上的长条形注浆壶口；
所述注料盘包括设置于其侧表面上的圆管注料口和设置于其顶表面上以用于与施工机械固定连接的法兰盘。
可选的，所述锥头与所述搅拌环之间以及所述搅拌环与所述注料盘之间通过卡扣卡槽配合连接。
可选的，所述搅拌环的数量至少两个，且至少两个所述搅拌环叠设设置，所述搅拌环之间通过卡扣卡槽配合连接。
可选的，所述锥头与所述搅拌环相接的两个表面、所述搅拌环与所述注料盘相接的两个表面以及所述搅拌环与所述搅拌环相接的两个表面上，其中一个表面上设有圆柱形卡扣，另一个表面上设有与所述圆柱形卡扣相配合的卡槽。
可选的，所述搅拌环设有两个所述注浆壶口，两个所述注浆壶口沿所述搅拌环的圆周方向均匀间隔设置。
可选的，所述圆管注料口为直角状圆管注料口，所述注料盘设有两个所述圆管注料口，两个所述圆管注料口沿所述注料盘的圆周方向均匀间隔设置。
可选的，所述表面上设有6个所述圆柱形卡扣，且6个所述圆柱形卡扣沿圆周方向均匀间隔设置。
一种所述的强力搅拌装置的应用，将所述强力搅拌装置应用于固废淤泥固化，包括：
步骤一，淤泥固化剂制备；
将粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣、脱硫石膏按一定质量比混合均匀，制成复合固废胶凝剂粉料；再将一定质量比的水加入复合固废胶凝剂粉料中混合均匀，制成复合固废胶凝剂；
将固废再生骨料与秸秆纤维按一定体积比混合均匀，制成掺和剂；
将复合固废胶凝剂与掺和剂按一定质量比混合均匀，制成淤泥固化剂；
步骤二，划分区域；
将欲进行固化处理的区域划分区域，并根据区域内的处理厚度计算淤泥固化剂用量的配比和调制；
步骤三，安装强力搅拌装置；
根据淤泥固化厚度，安装强力搅拌装置；
步骤四，搅拌；
根据现场土样含水率的高低以及固化剂形式，施工采用垂直上下搅拌固化的方式，搅拌装置直插式对原位土进行搅拌，搅拌装置正向运行逐渐深入搅拌并喷射淤泥固化剂，直至达到固化设计底部，保证搅拌环全部没入淤泥；
步骤五，采用边固化边推进的形式进行固化处理；
固化过程中，强力搅拌装置的搅动区域与上次搅拌区域应重叠，避免注浆壶口与搅拌装置主体之间区域土体注浆不均匀现象产生；
步骤六，碾压和养护；
固化搅拌完毕后，采用压路机碾压表面，固化土体养护数天至承载力达到搅拌桩或预应力管桩施工设备进场要求；
步骤七，质量检验；
强度检验，利用十字板剪切试验对固化后的土体进行试验，单个区块或每300m测试点不少于3处，14天后不排水抗剪强度不小于80kPa或28天强度不小于100kPa；
承载性能检验，对固化后处理区域进行荷载板试验，单个区块或每300m测试点不少于1处，水泥搅拌桩路段固化14天后承载力不小于100kPa，管桩路段固化14天后承载力不小于120kPa，承载板尺寸不小于0.5m×0.5m。
可选的，粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣、脱硫石膏的质量比为：12:3:2:2:1；水与复合固废胶凝剂粉料的质量比为1:4。
可选的，所述建筑固废再生骨料的粒径为2～5mm，所述秸秆纤维的长度为2～3cm，所述建筑固废再生骨料与秸秆纤维的体积比为1:2。
本申请的优点在于：
1、强力搅拌装置根据淤泥固化深度确定搅拌环的装卸数量，且每个搅拌环两端各设2个注浆壶口，充分保证淤泥搅拌、注浆的效率与质量；装置底端为圆形锥头，可减小装置搅拌下沉过程中的锥头阻力；
2、新型复合固废胶凝剂以工业固废赤泥、盐泥、电石渣为碱性激发剂，辅以脱硫石膏，对粉煤灰中的活性SiO2进行激发发生火山反应，生成具有胶结能力的水化硅酸钙(C-H-S)，实现固废激发固废，其实现了工业废弃物、建筑垃圾固体废弃物、农业废弃物和淤泥资源再利用，避免了使用传统胶凝材料带来的高能耗、高排放和污染环境等问题；
4、所生成的凝胶物质具备良好的吸附性能，从而将Pb、Cd、Zn等重金属吸附在其表面，避免重金属迁移而导致的环境污染；
5、掺合料中建筑固废(砂浆块、砖块、碎瓷块)制成的再生骨料具有多孔结构，固化过程中能充分吸附胶凝材料，提升固化效果；秸秆纤维的掺入能提高固化区域的结构密实性与结构强度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的强力搅拌装置的整体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的锥头的整体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的锥头的俯视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的搅拌环结构示意图；
图5为本申请实施例提供的注料盘结构示意图；
图6为本申请实施提供的例淤泥固化段Q-s曲线图。
其中：1、锥头；2、注浆壶口；3、搅拌环；4、注料口；5、圆柱卡扣；6、圆柱卡槽；7、固定法兰盘。
具体实施方式
本实施例结合软土地区某绕城高速公路软土地基处理工程对一种基于高效复合固废淤泥固化技术及其强力搅拌装置进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参见图1-5所示，本申请实施例提供了一种强力搅拌装置，包括依次固定连接的锥头1、搅拌环2以及注料盘3，所述锥头1与所述搅拌环2之间以及所述搅拌环与所述注料盘3之间通过卡扣卡槽固定连接。
在一些实施例中，所述搅拌环2的数量至少两个，且至少两个所述搅拌环2叠设设置，所述搅拌环2之间通过卡扣卡槽配合连接。
进一步的，所述锥头1与所述搅拌环2相接的两个表面、所述搅拌环2与所述注料盘3相接的两个表面以及所述搅拌环2与所述搅拌环2相接的两个表面上，其中一个表面上设有圆柱形卡扣4，另一个表面上设有与所述圆柱形卡扣相配合的圆柱形卡槽5。
再请具体参见图2和3所示，所述锥头1为上底面直径100mm、下底面圆直径600mm、高度400mm的圆台。所述锥头1的底面边缘每隔60°焊接6根所述圆柱形卡扣4，所述圆柱形卡扣4的直径为15mm，高度为100mm。
再具体参见图4所示，所述搅拌环2包括设置于其侧表面上的长条形注浆壶口21。
在一些实施例中，所述搅拌环2设有两个所述注浆壶口21，两个所述注浆壶口21沿所述搅拌环2的圆周方向均匀间隔设置。
进一步的，所述注浆壶口21的长度为150mm，注浆壶口21与搅拌环2的接触端的开口直径为30mm，壶嘴直径为15mm，壶嘴壁厚5mm。
所述搅拌环2的上端每隔60°焊接6根直径为15mm，高度为100mm的所述圆柱形卡扣4；下端每隔60°钻有6个直径15mm，深度为100mm的所述圆柱形卡槽5，所述锥头1上的圆柱形卡扣4与所述搅拌环2上的圆柱形卡槽5相配合固定连接。
再具体参见图5所示，所述注料盘3包括设置于其侧表面上的圆管注料口31和设置于其顶表面上以用于与施工机械固定连接的法兰盘32。
具体的，所述注料盘3的外径600mm，内径580mm，高度为500mm，顶部厚度20mm。所述法兰盘32的高度为200mm，以方便与施工机械固定连接。
在一些实施例中，所述圆管注料口31为直角状圆管注料口，所述注料盘3设有两个所述圆管注料口31，两个所述圆管注料口31沿所述注料盘3的圆周方向均匀间隔设置。
具体的，所述圆管注料口31的注料口直径为40mm，注料口壁厚为5mm。
所述注料盘3的下端每隔60°钻有6个直径15mm，深度为100mm的所述圆柱形卡槽5，以方便与所述搅拌环2上的圆柱形卡扣4固定连接。
本申请实施例还提供了一种所述的强力搅拌装置的应用，将所述强力搅拌装置应用于固废淤泥固化，包括：
步骤一，淤泥固化剂制备；
将粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣、脱硫石膏按质量比12:3:2:2:1搅拌混合均匀，制成复合固废胶凝剂粉料，搅拌时间不低于120秒；再将质量比1:4的水加入复合固废胶凝剂粉料中搅拌混合均匀，制成复合固废胶凝剂，搅拌时间不低于300秒；
将固废再生骨料与秸秆纤维按体积比1:2混合均匀，制成掺和剂；
具体的，所述建筑固废再生骨料的粒径为2～5mm，所述秸秆纤维的长度为2～3cm。
将复合固废胶凝剂与掺和剂按质量比1:3混合均匀，制成淤泥固化剂。
需进一步说明的是，所述粉煤灰碾磨至700目以上的颗粒，其品质达到二级以上，电石渣为经破碎、碾磨、烘干后得600目以上的颗粒，赤泥、盐泥、脱硫石膏经水洗除杂，烘干研磨后呈粉末状，通过控制粉煤灰、电石渣和磷石膏的粒径可促进各组分之间充分接触，提高火山反应的反应程度和反应速率。
步骤二，划分区域；
将欲进行固化处理的区域划分区域，划分尺寸一般为5m×5m左右的处理区域，并根据区域内的处理厚度计算淤泥固化剂用量的配比和调制。
步骤三，安装强力搅拌装置；
根据淤泥固化厚度，安装强力搅拌装置；
需要说明的是，若目标固化厚度为1.0m，则装置安装2个搅拌环，若目标固化厚度为1.5m，则装置安装3个搅拌环，依次类推。相邻搅拌环注浆壶口相互垂直，保证搅拌装置周围土体注浆固化充分。
步骤四，搅拌；
根据现场土样含水率的高低以及固化剂形式，施工采用垂直上下搅拌固化的方式，搅拌装置直插式对原位土进行搅拌，搅拌装置正向运行逐渐深入搅拌并喷射淤泥固化剂，直至达到固化设计底部，保证搅拌环全部没入淤泥。然后搅拌装置反向运行缓慢提升搅拌并喷固化剂，注浆压力设定为0.5～0.8MPa，搅拌提升或下降的速率控制在10～20s/m，淤泥固化剂的喷料速率控制在80～150kg/min。
步骤五，采用边固化边推进的形式进行固化处理；
固化过程中，强力搅拌装置的搅动区域与上次搅拌区域应重叠，避免注浆壶口与搅拌装置主体之间区域土体注浆不均匀现象产生。另外，各区块之间应有不小于5cm的搭接宽度，避免漏搅。
步骤六，碾压和养护；
固化搅拌完毕后，采用压路机碾压表面，固化土体养护数天至承载力达到搅拌桩或预应力管桩施工设备进场要求。在达到进场要求后，方可进行水泥搅拌桩或预应力管桩施工，一般固化后养护7～14天可进行水泥搅拌桩施工；固化养护14天后可进行预应力管桩施工。
步骤七，质量检验；
1)强度检验。利用十字板剪切试验对固化后的土体进行试验，单个区块或每300m测试点不少于3处，14天后不排水抗剪强度不小于80kPa或28天强度不小于100kPa。
2)承载性能检验。对固化后处理区域进行荷载板试验，单个区块或每300m测试点不少于1处，水泥搅拌桩路段固化14天后承载力不小于100kPa，管桩路段固化14天后承载力不小于120kPa。承载板尺寸不小于0.5m×0.5m。固化段1、2荷载板试验Q-s曲线详见附图6。
本申请的优点在于：
1、新型复合固废胶凝剂以工业固废赤泥、盐泥、电石渣为碱性激发剂，辅以脱硫石膏，对粉煤灰中的活性SiO2进行激发发生火山反应，生成具有胶结能力的水化硅酸钙(C-H-S)，实现固废激发固废，其实现了工业废弃物、建筑垃圾固体废弃物、农业废弃物和淤泥资源再利用，避免了使用传统胶凝材料带来的高能耗、高排放和污染环境等问题；
2、所生成的凝胶物质具备良好的吸附性能，从而将Pb、Cd、Zn等重金属吸附在其表面，避免重金属迁移而导致的环境污染；
3、掺合料中建筑固废(砂浆块、砖块、碎瓷块)制成的再生骨料具有多孔结构，固化过程中能充分吸附胶凝材料，提升固化效果；秸秆纤维的掺入能提高固化区域的结构密实性与结构强度；
4、强力搅拌装置根据淤泥固化深度确定搅拌环的装卸数量，且每个搅拌环两端各设2个注浆壶口，充分保证淤泥搅拌、注浆的效率与质量。装置底端为圆形锥头，可减小装置搅拌下沉过程中的锥头阻力。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (9)
1.一种强力搅拌装置的应用，所述强力搅拌装置包括依次固定连接的锥头、搅拌环以及注料盘，其中，所述搅拌环包括设置于其侧表面上的长条形注浆壶口；所述注料盘包括设置于其侧表面上的圆管注料口和设置于其顶表面上以用于与施工机械固定连接的法兰盘，其特征在于，将强力搅拌装置应用于固废淤泥固化，包括：
步骤一，淤泥固化剂制备；
将粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣、脱硫石膏按一定质量比混合均匀，制成复合固废胶凝剂粉料；再将一定质量比的水加入复合固废胶凝剂粉料中混合均匀，制成复合固废胶凝剂；
将固废再生骨料与秸秆纤维按一定体积比混合均匀，制成掺和剂；
将复合固废胶凝剂与掺和剂按一定质量比混合均匀，制成淤泥固化剂；
步骤二，划分区域；
将欲进行固化处理的区域划分区域，并根据区域内的处理厚度计算淤泥固化剂用量的配比和调制；
步骤三，安装强力搅拌装置；
根据淤泥固化厚度，安装强力搅拌装置；
步骤四，搅拌；
根据现场土样含水率的高低以及固化剂形式，施工采用垂直上下搅拌固化的方式，搅拌装置直插式对原位土进行搅拌，搅拌装置正向运行逐渐深入搅拌并喷射淤泥固化剂，直至达到固化设计底部，保证搅拌环全部没入淤泥；
步骤五，采用边固化边推进的形式进行固化处理；
固化过程中，强力搅拌装置的搅动区域与上次搅拌区域应重叠，避免注浆壶口与搅拌装置主体之间区域土体注浆不均匀现象产生；
步骤六，碾压和养护；
固化搅拌完毕后，采用压路机碾压表面，固化土体养护数天至承载力达到搅拌桩或预应力管桩施工设备进场要求；
步骤七，质量检验；
强度检验，利用十字板剪切试验对固化后的土体进行试验，单个区块或每300m测试点不少于3处，14天后不排水抗剪强度不小于80kPa或28天强度不小于100kPa；
承载性能检验，对固化后处理区域进行荷载板试验，单个区块或每300m测试点不少于1处，水泥搅拌桩路段固化14天后承载力不小于100kPa，管桩路段固化14天后承载力不小于120kPa，承载板尺寸不小于0.5m×0.5m。
2.根据权利要求1所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，粉煤灰、赤泥、盐泥、电石渣、脱硫石膏的质量比为：12:3:2:2:1；水与复合固废胶凝剂粉料的质量比为1:4。
3.根据权利要求1所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述固废再生骨料的粒径为2~5mm，所述秸秆纤维的长度为2~3cm，所述固废再生骨料与秸秆纤维的体积比为1:2。
4.根据权利要求1所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述锥头与所述搅拌环之间以及所述搅拌环与所述注料盘之间通过卡扣卡槽配合连接。
5.根据权利要求4所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述搅拌环的数量至少两个，且至少两个所述搅拌环叠设设置，所述搅拌环之间通过卡扣卡槽配合连接。
6.根据权利要求5所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述锥头与所述搅拌环相接的两个表面、所述搅拌环与所述注料盘相接的两个表面以及所述搅拌环与所述搅拌环相接的两个表面上，其中一个表面上设有圆柱形卡扣，另一个表面上设有与所述圆柱形卡扣相配合的卡槽。
7.根据权利要求1所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述搅拌环设有两个所述注浆壶口，两个所述注浆壶口沿所述搅拌环的圆周方向均匀间隔设置。
8.根据权利要求1所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述圆管注料口为直角状圆管注料口，所述注料盘设有两个所述圆管注料口，两个所述圆管注料口沿所述注料盘的圆周方向均匀间隔设置。
9.根据权利要求6所述的强力搅拌装置的应用，其特征在于，所述表面上设有6个所述圆柱形卡扣，且6个所述圆柱形卡扣沿圆周方向均匀间隔设置。
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