膨润土砌块压制模具的制作方法

本发明涉及一种大尺寸、高密度膨润土砌块压制模具，广泛适用于放射性废物处置、垃圾填埋等领域。

背景技术：

膨润土具有较低的渗透性、较强的重金属离子吸附性、较高的膨胀性及力学强度等性能，在实际应用中，通常将膨润土预先压制成均一性较好的高密度（干密度为1.7g/cm³）砌块，用作放射性废物处置库中的缓冲/回填层或者垃圾填埋场中的防渗层。与小尺寸的膨润土砌块（普通砖大小）相比，大尺寸膨润土砌块（长≧40cm、宽≧40cm、高≧40cm）具有回填效率高、块体之间缝隙少等优点，因此大尺寸膨润土砌块被广泛应用于大型废物处置场中。

然而，通用的砌块压制模具尺寸较小，导致大尺寸砌块压实中需要采用多次填料、多次压实的多步压实工艺。当前膨润土砌块的压制大多采用两步压实法，即通过两次填料、两次压实过程将土体压制至预定高度，该过程存在工艺复杂、土体均一性差、单次压实高度控制难度大等问题。其次，通用土体压制模具未设计排气系统，在针对膨润土等气体渗透率较低的粘土材料开展大尺寸砌块压实作业时，存在土体中孔隙气排出难度大、压制效率低、砌块易开裂、质量差的问题，国外针对此问题采用的七步排气法虽能有效排气，但未解决工艺烦琐、效率低下的难题。此外，传统方形砌块的边角在储存、运输及施工等过程中易开裂和脱落，原因是压力机轴向施压时砌块直角顶点处受力不均，而导致其压实密度相对较低。

因此，需要研究新型的膨润土砌块压制模具，能够在及时排气的基础上实现大尺寸膨润土砌块的一步压实，并有效解决砌块边角开裂及脱落的问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是实现一步法压制大尺寸、高密度、高质量的膨润土砌块，结构简单、使用方便，节能且高效。

技术方案：包括不锈钢套筒、橡胶垫片和不锈钢底座三个主体结构，底座包括透气钢、支撑柱、气腔、排气管三个部分；套筒外壁设有吊装把手，通过固定螺母固定在底座上，套筒底部与底座间设置有厚度为5mm的回形橡胶垫片，底座上设有排气孔和排气管；气腔位于底座上方，内部焊接一定数量的支撑柱；气腔顶部为透气钢，其厚度为3cm，；模具边角为圆角结构，圆角半径为5mm。

本发明包括不锈钢套筒、橡胶垫片和不锈钢底座三个主体结构，底座主要包括透气钢、支撑柱、气腔、排气管三个部分。

(1)套筒的吊装及固定：套筒外壁设有吊装把手，以固定螺母固定在底座上。套筒底部与底座间放置厚度为5mm的“回形”橡胶垫片，可实现套筒与底座的密封，吊装把手可实现模具的吊装和转运。

(2)膨润土砌块一步压实:参考国外填充因子(砌块体积密度/未压实填料体积密度)概念设计，理论计算及实验测试结果显示，含水率为18%、干密度为1.7g/cm3的膨润土材料填充因子约为1.5。因此，针对干密度1.7g/cm3、高度为h的膨润土块，模具高度设计为1.5·h。模具尺寸可按照生产需求而定。

(3)排气系统：底座上有排气孔和排气管(ф=1cm)，排气口可与外界真空泵等抽气设备相连；气腔位于底座上方，内部焊接一定数量的支撑柱(ф=2cm,h=2cm)；气腔顶部为透气钢，其厚度为3cm，以上共同构成模具的排气系统。在压实过程中，土体中孔隙气依次通过透气性较强的尼龙垫(厚度5mm)、透气钢进入气腔，经由底座排气管，由排气口排出。排气口外接真空泵等抽气设备可人为控制排气过程。尼龙垫除排气功能外，还可有效阻止土体颗粒堵塞透气钢微孔结构。

(4)边角设计：模具边角设计为圆角结构，圆角半径为5mm，以解决方形边角因受力不均而导致的开裂和脱落问题，提高边角密度及力学强度。

有益效果：本发明研制了大尺寸、高密度(干密度≧1.7g/cm3)膨润土砌块一步压实模具，遵循填充因子设计概念，采用圆角边角结构，设计了一体化排气系统，可实现大尺寸膨润土砌块的一次压实，在提高砌块压实密度及压实质量的基础上，大大简化了压制工艺，大幅提高生产效能。

附图说明

图1为膨润土砌块压制模具三维效果图；

在图1中：1-套筒;2-固定螺母;3-底座;4-圆角结构;5-吊装把手;6-排气口；

图2为膨润土砌块压制模具剖视图；

在图2中：1-套筒;2-尼龙垫;3-透气钢;4-支撑柱;5-底座;6-吊装把手;7-固定螺母;

8-排气孔;9-橡胶垫片;10-气腔;11-排气管;12-排气口；

图3为膨润土砌块压制模具俯视图；

在图3中：1-圆角结构;2-套筒;3-底座;4-吊装把手；5-固定螺母;6-排气口；

下面结合图2详细说明膨润土砌块压制模具的操作方法。

具体实施方式

膨润土砌块压制模具结构见图2。

(1)膨润土砌块压制过程包括：模具的安装及固定、填料、一步压实和排气四个过程。

①模具的安装及固定:将橡胶垫片[9]放置在在套筒[1]与底座[5]间，套筒[1]内底部平铺厚度为5mm的尼龙垫[2]，通过固定螺母[7]将套筒[1]固定于底座[5]上。

②填料:将固定含水率的膨润土等粘土散料倒入套筒[1]，其填充高度与套筒[1]高度一致。

③一步压实：采用压力机（压实力大于25mpa）等压实机械静态轴向压实膨润土散料，一步压至砌块目标高度，静置5min以上。

④排气：将底座[5]排气孔[12]与真空泵等抽气设备连接，在砌块压实过程中，实时抽气，套筒[1]中土体中的孔隙气经由尼龙垫[2]和透气钢[3]进入气腔[10]，由底座[5]排气孔[8]、排气管[11]，从排气口[12]排出。

(2)尼龙垫和橡胶垫片维护：尼龙垫在单次使用后，应用清扫设备及时清扫其微孔，以保证气路畅通；尼龙垫和橡胶垫片在多次使用后，应及时更换，以保证其效能发挥。

技术特征：

技术总结
本发明为膨润土砌块压制模具，广泛适用于放射性废物处置、垃圾填埋等领域，包括不锈钢套筒、橡胶垫片和不锈钢底座三个主体结构，底座包括透气钢、支撑柱、气腔、排气管三个部分；套筒外壁设有吊装把手，通过固定螺母固定在底座上，套筒底部与底座间设置有厚度为5mm的回形橡胶垫片，底座上设有排气孔和排气管；气腔位于底座上方，内部焊接一定数量的支撑柱；气腔顶部为透气钢，其厚度为3cm；模具边角为圆角结构，圆角半径为5mm。本发明可实现大尺寸膨润土砌块的一次压实，在提高砌块压实密度及压实质量的基础上，大大简化了压制工艺，大幅提高生产效能。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：中国人民解放军63653部队
技术研发日：2017.12.30
技术公布日：2019.07.09