1、建筑渣土挤压成型设备的研究与应用 滕延锋 上海市机械施工集团有限公司 摘 要： 通过对建筑渣土特点的分析, 研制了用于处理建筑渣土的新型挤压成型设备。新型设备使用了螺旋装置对建筑渣土进行挤压和过滤, 将高含水量的建筑渣土转化为低含水量、易于成型的渣土, 既避免了原状渣土堆放困难和外运易造成环境污染的问题, 又为渣土后续再利用提供了可能, 具有良好的社会和经济效益。关键词： 建筑渣土处理; 挤压成型设备; 资源化应用; 环境友好; 作者简介：滕延锋 (1977) , 男, 博士, 高级工程师。通信地址:上海市静安区洛川中路 701 号 (200072) 。收稿日期：2017-03-24Resea
2、rch and Application of Extruded Forming Equipment of Construction ResidueTENG Yanfeng Shanghai Mechanized Construction Group Co., Ltd.; Abstract： Through the analysis of the characteristics of construction residue soil, a new type of extruded forming equipment for treatment of construction residue s
3、oil was developed. The new equipment uses a screw device to squeeze and filter construction residue soil to have the high-water-content construction residue soil converted into low-water-content and easily formed residue soil, which not only can avoid environmental pollution easily caused by difficu
4、lt piling up and transporting out the original residue soil, but also can have the possibility of follow-up recycling with good social and economic benefits.Keyword： treatment of construction residue soil; extruded forming equipment; resource application; environment friendly; Received： 2017-03-241
5、研究背景建筑渣土是施工单位或者个人在从事建筑工程、装饰工程、修缮和养护工程过程中所产生的建筑垃圾和工程渣土。随着我国城市化建设的发展、城市建设投资力度的增大和建设步伐的加快, 城市建筑渣土的产生量与日俱增。如何处理上述建筑渣土已经成为建筑施工单位和城市管理部门所面临的一个重要难题1。在地铁盾构施工中, 部分地段由于地下水位高, 原始渣土的含水率可高达80%。在某些地质情况下, 渣土还需要进行改良以满足盾构施工要求, 改良后的渣土含水量增加。在深基坑工程中, 部分地区由于地下水位较高, 土体普遍呈饱和状态, 尽管在基坑开挖前开展了降水和隔水等处理措施, 尽量减少地下水对施工过程的影响, 基坑的渣
6、土在正常状态下仍为流塑状态甚至为流动状态, 其含水量接近液限。上述 2 类渣土占建筑渣土的 50%以上2, 且其颗粒较小, 含水量大, 在工地的堆放、运输和处置等方面对环境均有较大的影响, 因此对上述 2 类渣土的处理方式进行研究显得非常重要。长期以来, 我国建筑渣土处理的主要方式是通过渣土车对建筑渣土进行外运, 然后选择低洼地、荒地及采石场作为填埋场3。高含水量的渣土呈流动态, 不仅在运输过程中普遍存在污染环境的问题, 而且在填埋处理方面也存在很多问题4。随着建筑渣土总量的激增, 渣土消纳场地日渐短缺, 大规模进行渣土填埋和堆放改变了原有土体中的应力状态, 容易造成渣土消纳场地周围发生滑坡等
7、地质问题。高含水量的建筑渣土还容易发生渗漏, 对消纳场地附近的地下水产生污染。建筑渣土产生污染的主要原因是含水量过高, 难以成型, 因此通过固液分离工艺降低建筑渣土的含水量是处理渣土的首要方法。同时处理后的渣土还可以通过成型的方式进行资源再利用, 例如作为烧结砖的制作原料。本文通过研制建筑渣土成型设备, 在工地现场对高含水量的建筑渣土进行泥水分离和挤压成型, 一方面降低建筑渣土在运输过程中对周围环境产生的污染, 另一方面成型的渣土可以实现资源再利用, 既体现了文明施工, 同时还能实现变废为宝, 有良好的社会和经济效益。2 渣土挤压成型设备的构成与工作原理机械式固液分离设备具有处理效率高、处理过
8、程连续等优点, 主要包括筛网式分离机、离心式分离机和压滤式分离机5, 本文选用螺旋挤压式固液分离机作为渣土成型设备。压滤式分离机采用机械设备对建筑渣土进行强力挤压, 建筑渣土在机械挤压力的作用下实现固液分离。螺旋挤压式固液分离机中心位置为螺旋式输送机, 通过对建筑渣土进行强力挤压, 渣土中的水分通过筛网流出, 而停留在筛网上的固体被螺旋挤压输送至出口。螺旋挤压式固液分离机是将重力过滤、挤压过滤以及高压压榨融为一体的新型分离装置, 与其他固液分离设备相比, 其结构简单、操作方便、运行费用低、能耗低, 同时不采用滤布, 使用成本低, 在固液分离设备中占有较大的优势6。新设计的螺旋挤压成型设备由螺旋
9、装置、滤网、电机、减速器、进料口、出水口、成型口和机架组成 (图 1) 。图 1 螺旋挤压成型设备结构 下载原图螺旋装置根据功能不同, 分为挤压区、过滤区和成型区 (图 2) 。图 2 螺旋装置结构 下载原图挤压区负责推动渣土在筒体内部的轴向运动并对渣土进行挤压。挤压区的螺旋叶片采用断续螺旋 (图 3) 。断续螺旋的叶片呈不连续状态, 在每一段隔断处, 由于不存在螺旋叶片, 渣土便开始积累, 当渣土越来越多时, 挤压力增大, 直到渣土积累至一定的压力时, 才会被连续不断地推入下一段螺旋隔断中。采用断续螺旋设计等效于在不同区域控制渣土压力, 保证渣土在运送过程中能够保持持续的压力。同时, 断续螺
10、旋能够适应不同含水率的渣土和进料量。断续螺旋在整个工作区域, 从进料口到出料口的每一个间断处都积累了一定数量的挤密渣土, 即使进料口的渣土发生变化, 随着进料渣土的增加, 原失去推力的积累渣土重新受到推力, 间断处的积累渣土便被推向下一个螺旋段, 使整个挤压段的压力保持恒定。过滤区通过设置滤网对高压状态的渣土进行固液分离。建筑渣土的固液分离与其他类型的固液分离有明显的不同, 建筑渣土本身不具备可压缩性, 其压缩过程是含水量的降低和内部空隙的减少。挤压过滤后的建筑渣土含水量降低、黏性上升, 摩擦力大, 容易堵塞和磨损过滤装置, 严重时会降低设备的使用寿命。建筑渣土的固液分离过程不需要过高的压力,
11、 因此, 在设计过滤区的螺旋机构时应保证渣土具有一定的流动性, 防止堵塞, 减少磨损。过滤区的叶片采用连续螺旋。螺旋叶片的外径和筒体内径之间的间隙保持定值。当高压渣土通过过滤区时, 渣土中的水分在挤压作用下逐渐通过设置在筒体内壁上的滤网而排出筒体外部, 实现挤压过滤的功能。根据试验结果, 当叶片与筒体内壁保持 12 mm 的间隙时, 即使上述间隙被高压渣土完全填充, 渣土中的自由水仍能以最短距离通过上述薄层渣土和滤网而被排至筒体外部。过滤区的滤网布置在筒体内壁 (图 4) 。为了提高排水效率, 在筒体上设置了大量的排水孔, 同时为了防止高压渣土引起筒体的过大变形, 在筒体外部设置了若干加强筋。
12、图 3 断续螺旋 下载原图图 4 过滤区的滤网布置 下载原图成型区负责将过滤后的渣土进行挤压成型。当高含水量的建筑渣土通过过滤区后, 含水量降低, 渣土易于成型。成型区首先使用带有锥度的空腔对建筑渣土进一步挤密压实, 然后在出料口安装成型模具, 使得上述被挤密压实的建筑渣土在成型模具的约束下, 生成制砖工艺所需的原料, 满足进一步生产砖体的要求。3 螺旋挤压成型设备的应用某工程中的隧道部分采用盾构法施工, 利用试制成功的螺旋挤压成型设备进行盾构渣土的处理试验 (图 5) , 该设备由驱动电机、控制电器柜、减速器、进料口及其搅拌装置、螺旋挤压装置、滤网和成型模具组成, 主要目的是验证设备的工作性
13、能并确定工艺参数, 为最终的产品定型提供试验数据。图 5 螺旋挤压成型设备 下载原图盾构施工产生的原始渣土含水量较高图 6 (a) , 呈黏稠状, 上述渣土经过螺旋压滤机的挤压脱水, 转化为成型渣土图 6 (b) 。最终渣土接近固态, 在运输过程中不易流动, 对环境的污染程度大大降低。图 6 试验结果对比 下载原图根据现场测试, 建筑渣土处理前含水量为 78%, 渣土呈流塑态;处理后含水量为62%, 体积压缩率为 22%, 渣土呈半固态。渣土成型设备在 8.5 s 内生成长度为 2.5 m 的柱状成型渣土, 断面尺寸为 0.25 m。因此成型设备的工作能力为 66.2 m/h, 满足工地现场需
14、求。4 结语本文通过分析建筑渣土处理的特点, 研制了适合建筑渣土处理的新型挤压成型设备。新设备使用螺旋装置对渣土进行挤压、过滤和成型。试验证明, 经过新型挤压成型设备的处理, 高含水量的建筑渣土转化为低含水量、易于成型的渣土。新型渣土挤压成型设备具有提高施工效率、适应性强和操作简便的有益效果, 不仅减少了因渣土外运和堆放而引起的环境污染问题, 而且可以通过成型工艺将现有的渣土转化为制砖行业的原料, 为建筑渣土的资源化应用进行了有益的探索。参考文献1陈子玉, 曾华.我国城市建筑渣土处置的现状与对策J.南京晓庄学院学报, 2003, 19 (4) :84-88. 2徐道亮.土压平衡盾构高含水量渣土出渣技术研究D.长沙:中南大学, 2014. 3陈晓艳.上海市工程渣土综合管理处置的对策研究J.环境卫生工程, 2015, 23 (3) :18-21. 4房凯, 张忠苗, 刘兴旺, 等.工程废弃泥浆污染及其防治措施研究J.岩土工程学报, 2011, 33 (S2) :238-241. 5陈聪.机械加压污泥脱水机的研究D.北京:北京化工大学, 2010. 6曾祥珺.新型螺旋挤压过滤机的研究D.北京:北京化工大学, 2010.
