回收的材料及混合机械的制作方法

专利名称：回收的材料及混合机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过回收现场挖掘的材料，否则就是废料，产生一种混合材料的方法。这种材料适于在道路建设中作为回填沟坑使用。本说明书也介绍一种实施本发明方法的新颖机械。
现在再利用现场挖掘的材料具有很大兴趣因为它提供节省新材料的费用并避免大量的需要从现场运出并从掩埋现场清除的垃圾。
本发明涉及现场挖掘出主要为非粒状粘合材料的弃土石再利用。该弃土石包括粘土和至少包含20％粘土的泥土因而它们是粘的。在白垩区或岩石地不适于使用。
代用的结合材料的性能要求为了用在道路建设中，在英国使用的材料必须达到一定的“性能要求这些性能要求包括公用事业的克氏(CLegg)试验规范和满足交通部在1991年高速公路作业说明书803和804节中列出的性能要求。操作规程与程序还列在由高速公路管理局和公用事业委员会(H.A.U.C.)1992年6月出版的名为“为高速公路恢复正常的规范”的1991年对新公路和街道作业法案的操作规程的标准中。这些文件规定材料所需的工程性能，该材料在一定情况下可以使用并且还特别限定所需的1型、2型和A型材料作为道路和人行道结构的基底和回填材料。为此本说明书的目的，参照1型、2型和A型材料意味这些材料是满足列在上述文件中的性能要求的材料。
在英国以外的道路作业中使用的更通用的材料必须满足由相关管理部门制订的类似性能要求同时术语“性能要求”的使用应作为要满足的相关性能要求所构成以便允许道路作业的施工人员采用另外的材料。
不同类型材料的性能由其CBR(加利福尼亚的承载比)百分比值方便地确定。CBR试验可在实验室中或现场进行。CBR是一个以实验为基础的试验并且最初试图作为最佳的测量，虽然其它试验装置诸如克氏(CLegg)冲击锤、各种静态或动态的锥形穿透计以及板支承试验也可用于确定CBR的近似估算值。技术问题当洞坑需要修理或安装公用事业电缆和管道时，通常承包商将采用起重机清除洞坑的材料。此垃圾堆积在填埋现场。此垃圾通常是粘土和陈旧聚集材料的混合物。对此操作具有运输和进入适当填埋场地的花费。
承包商也必须购买新材料以回填洞坑。通常从压碎并过筛开采的石头、海内挖出物或地面底砂和卵石而得到新材料。如果洞坑现场距这类材料源较远，则购入较少数量的符合要求规范的这类材料可能比较贵。此外开采对环境具有相当大冲击。
尽管明显希望使用来自洞坑的弃土石以回填，但这类材料很少满足性能要求。因此技术问题是处理现场挖掘的材料以生产达到1型、2型或A型性能要求的材料所以它们可以至少部份地在修复车行道、人行道和路边中用作回填。
进一步的问题就是提供一种能有效地在现场实施这种方法的机械以便能立即地再使用该材料。
在分立的技术领域中也已知通过原地翻松地面加入小百分比的石灰，如必需再加少量水泥，以稳定软的和弱的粘土。在由材料顾问服务部门出版的1999年2月的NO.58的摘要中并可能在网页http//www.planning.detr.gov.uk/aas/index.htm.上介绍了这种方法。
在FR-A-2777305中曾介绍一种方法，在该方法中使用一种机械回收具有少量杂质诸如粘土和泥沙的粒状材料。为此目的，该机械采用过筛和压碎处理，但不可能应用到现场挖掘的弃土石，该弃土石主要为非粒状粘结材料。
此外对土壤的石灰稳定作了不同的建议，如在GB-A-2258672(Roxbury)公开的现场处理或如在FR-A-2558862(Vidal)公开的通过产生一种可流动的混合物，该混合物要花许多天在以达到必需的强度以支承进一步的作业。在实践中，这些现有技术没有一个是在挖沟时为满足严格的性能要求并因而解决快速和经济的恢复初始路面结构而用现场挖掘的材料作为回填料的一种实用方法。
本发明的技术方案根据本发明提供一种为回收现场挖掘的弃土石的处理方法，包括来自洞坑的主要的非粒状材成为立即适合于用作回填的材料，包括弃土石与0至30％添加的粒状材料和1至10％的粉末状材料最好包括1-5％石灰或1-5％石灰带附加的1-5％水泥和/或1-5％成为粉状的烟灰的机械混合步骤。
此处使用的术语成粉状的烟灰。该材料也属成粉状的燃料灰或PFA(pulverised fule ash)。最好此材料符合BS 3892部份1和2或者选择的有限制的PFA，该材料符合高速公路作业600系列的规范的7B级。
虽然可以用手工混合进行必要的处理，但其缺点是劳动强度大，并且难以进行好的质量控制以提供均匀的产品，因此，按照本发明，提出一种机械，其能根据场地的条件提供不同混合比以放出均匀的材料，优选地机械是可移动的使它可方便地转移场地。百分比在此规范中所给百分比既可读作容积的也可读作重量的但是所有的百分比必须是以相同的方式读。本发明的优点本处理方法允许容易地可得到的现场挖掘的材料被回收并减少回填需求到97％。此外它降低天然资源的使用和不用付天然材料税。在地方或法规管理项目中，此处理将有助于满足回收的目标。
该处理方法适合于使用在所有区域除去白垩区并既能在现场作业也能在现场附近作业，因而大大减少了运输费用。
优选实施例的说明为了从沟槽洞坑回收弃土石首先必需确定其粘土和水分的含量。方法设计用于主要为具有至少20％粘土的非粒状粘结材料。在这类材料的情况下，对添加到10％的粉状材料本方法是有效的。在大多数环境下材料将包括弃土石，添加粒状材料和可以达5％石灰的粉状材料或者石灰添加1-5％水泥和/或成粉状的烟灰。
发现本方法对粘土弃土能工作得很好，该粘土弃土与仅添加的石灰将凝结成适当的结构。对于其它土壤或具有高泥沙和/或水分含量的土可能就必须添加粒状材料。按照H.A.U.C.的规范，这种添加的粒状材料的最大尺寸为75毫米。这种添加的粒状材料可以是天然的或者是被回收的。例如可以使用现场压碎的混凝土或沥青。
添加的粒状材料与粉状材料和弃土的最佳混合可以使用上述指南及弃土的粘土和水分的含量的知识很容易地确定。
为了生产回收材料可以采用以下手工方法
1.摊铺弃土到需要的深度以产生要求的体积或重量比例；2.如果需要在弃土层上摊铺一层添加的粒状材料；3.在这些层的上面摊铺石灰的粉状材料或石灰带添加的水泥；4.机械混合这些材料；5.放4-6小时以便成熟；6.再机械混合；7.堆积存放形成坡面以允许水分流走。
混合可以由任何机械方法进行诸如用手加铲子或使用机械的旋转机械、移动的混合机械或通过固定的混合设备。
弃土可以运到现场位置处以便实施处理。但是本方法也适合于在现场少量的手工生产。实例1.
使用从Arches(24-28 Iverson Road，London NW6)取的弃土曾实施了一成功的试验。水分含量26％，该含量符合BS1377以及粘土含量67％。曾发现满足1型、2型和A型性能要求的材料可以通过将弃土与30％的压碎混凝土形式的粒状材料和3％的石灰混合形成。实例2.
在Sawbridgeworth使用开沟坑中的弃土进行一次验证试验。现场挖掘的材料为淡棕色细沙粘土带一些石子。
现场挖掘的材料与10％的石子形式的粒状材料及3％的石灰混合。用机械进行混合。
表示CBR值的实验室试验结果对上层为36％而对底层为46％，当在非潮湿状态下试验时刚好超过下底层性能要求。对于再成型之后7天试验的不同样件试验重复给出36％的上层CBR值和59％的底层CBR值。当在潮湿状态下试验类似样件时，在浸泡168小时产生6毫米膨胀时，上层的CBR值为31％而底层的CBR值为61％。在模型中“固化”28天之后进行另一次CBR试验。上层值为50％而底层值为68％。
进行实验室的分类试验(按BS 1377-2 1990)用塑性指数试验24示出材料是粘合的，证明改性的材料是非霜冻敏感的。另一霜冻试验是按BS 812-124 1989进行的，该规范是按照高速公路作业规范(1998年)705条款修订的，和与最大允许15毫米的冻胀相比较，在96小时冻结之后试样的平均冻胀为4.2毫米。
另外，改性的材料曾被用于由公用事业公司提供的大量洞坑中，和克氏(Clegg)试验设在25至40的范围内。与不大于18的性能要求作比较，此试验结果是良好的。实例3.
使用从Arches(24-28 Iverson Road，London NW6)现场得到的弃土石进行控制的试验。水分含量为24％，该含量符合BS 1377标准，而粘土含量为61％。曾发现材料的克氏(Clegg)试验值达到32，和使用弃土石与3％的石灰、3％的粉状烟灰和33％的粒状材料的混合物可以产生动态芯压入仪CBR试验值为38。加上或代替水泥而使用粉状烟灰允许材料储存较长的时间。机械曾经设计出一种机械2以提供本方法的有效与稳定的实施。示出了机械的两个实施例，和可以理解使用现有的或特殊设计的元件也可能有其它的布局。相同的标号被用于两个实施例中的类似元件。该机械2安装在一个铰接的三轴阶梯框架的拖车4上，使它可被移到挖沟现场。当工作在现场时提供液压千斤顶6以便稳定该拖车。提供一个液压动力包(未表示)以操纵千斤顶。
该机械设计成将材料从拖车的一端移到另一端。料仓8设置用以输入现场挖掘的弃土石和任何需要的粒状材料，该材料然后通过初级旋转器10。粉末贮仓12被装在料仓8的下游从而能够将要求的计量的量的石灰和/或水泥和/或粉状烟灰送进到次级旋转器14中。次级旋转器也接受由称量送进器16从初级旋转器10的出口送进来的弃土石。从次级旋转器14材料被送进到混合器20，该混合器在液压控制下能从拖车回转出以便便将材料存放在适当地方。
拖车4还支承机械操作所需要的其它设备包括发电机60、柴油油箱、水箱50、电气箱、电动机罩、入口阶梯以及为夜间工作的开关灯。
要回收的弃土石与任何由占优势的条件需要的任何添加的粒状材料一起被倒入主装载料仓8。该料仓8可以由8毫米低碳钢制成和长3000毫米及在顶部宽1500毫米。该料仓8具有一个可移动的料仓基座，该基座由10毫米的HARDOX400制成。基座由液压缸和阀操纵。料仓在其嘴部具有一倾斜的安全网格22。该安全网格22为3000毫米长和1500毫米宽同时网格内的间隔为200毫米×200毫米。带有不锈钢喷嘴的水喷射杆可选择地安装在料仓8的上方。水的流动可以自动地控制。
料仓8包括初级旋转器或粘土粉碎器10，该粉碎器破碎输入的材料。初级旋转器10处于料仓8的底部以便将材料破碎成28毫米数量级的颗粒尺寸。初级旋转器10长度为2500毫米并由75千瓦电动机驱动。
称量送料皮带16在初级旋转器10的下面从料仓8的基座延伸出。
由旋转器10处理过的材料被抛到称量送料器皮带16上。称量送料器皮带16的速度可以调节以便控制送料速度。称量送料器皮带的滚轮中心为4300毫米长和皮带宽800毫米。它装有4千瓦电动机和合适的齿轮。称量送料器皮带16使用电子负荷传感器、负荷传感器放大器、4千瓦转换器和速度传感器提供连续的皮带称量。称量送料器皮带16能使输入到混合器20的弃土石和粒状材料的重量连续地被监测。
称量器皮带16运送粉状材料到次级旋转器14。次级旋转器14的长度为700毫米和由15千瓦电动机驱动。
粉末贮仓12位于次级旋转器14的上方。该贮仓储存要与粉碎的弃土石混合的石灰和/或水泥和/或粉状烟灰。粉末贮仓12由4毫米低碳钢制成，和有大约7.5米3的储存容积。
该贮仓包括具有支腿32的料仓。螺旋送料器30位于粉末贮仓12的底部。粉末贮仓也具有一罩和窗口34。为了监控料仓的内含物设置负荷传感器和负荷传感器放大器。
螺旋送料器30直径为200毫米及长3800毫米并由具有适当的齿轮和3千瓦换相器的3千瓦电动机驱动。一个可变速调节叶轮送料器36位于螺旋送料器30的底部。可变速调节叶轮送料器可以是BX19型、该送料器装有不锈钢叶轮并具有柔性出口罩。可变速调节叶轮送料器36具有充填器管道，管道带有标准的UNICONE(注册商标)接头和一个100毫米的蝶阀以便在充填之后关闭送料器。可变速调节叶轮送料器36装有过滤器管和防护套。
次级旋转器14具有重载可更换的混合叶片，叶片宽700毫米。该旋转器具有15千瓦的驱动装置。此旋转器14将粉末彻底与弃土石和粒状材料混合。旋转器14的输出被转送到固定速度的传送器40。固定速度传送器40是一个平的人字形皮带，长1800毫米和宽800毫米。该固定速度传送器装有3千瓦电动机及合适的齿轮。固定速度传送器40传送弃土石/粉状材料到混合器20。
该混合器20包括一个U形的槽，该槽包含单一转轴螺旋推进器式混合器。混合器20为5000毫米长、400毫米宽并装有带合适齿轮的7.5千瓦电动机。混合器20具有一可更换的混合叶片和螺旋推进器螺旋片的组合件。
螺旋推进器在混合器20内的旋转使弃土石和粉状材料沿混合器20推进。
混合器20支承在卷扬机缆绳上，这就使得它可以升高和降低。混合器20在水平面内的回转是液压控制的。拖车4包括一停车离合器44以支承并放置混合器20。停车离合器44具有适当的绳索以便在运输时固定混合器20。
在混合器20的上方安装一水“喷射棒(未示出)。水流动到喷射棒可由一操纵器调节。还设置一个控制阀和流量计。
水箱50安装在拖车4的下面。水箱50的大致尺寸为3500毫米长、750毫米宽和750毫米高。水箱的工作容量近似为1500升。水箱50的周围装有保护的缓冲器导轨(未示出)以保护它。
在拖车4上安装动力发生装置60。设置一台200千伏安的发电设备200升水的容量到该或每个在料仓8和混合器20处的水喷射棒。
机械的控制部分放在控制箱70中，该控制箱具有可锁的防止破坏者的开关。控制部分包括计算机，该计算机控制机械每个功能的程序化的起动与停止。计算机监测送进到送料器16上的材料并通过由粉末贮仓12中的负荷传感器监测到的重量减少来监测粉末的送进速度。计算机还监测送进到送料器皮带40上的材料总量。如果在料仓8的喷射棒处或在混合器20的嘴部加水，则水由流量计测量。原材料的送进率显示在视频显示器上。打印机可用于打印数据和报告。
可以理解通过设定皮带16和40的速度，及供应到水喷射棒的水，可以调节成份的相对比例。这些设定然后可存储起来以便后面使用，因此对变化的现场条件的许多“程序”可应用到机械上，从而它对不同位置的使用可快速适应。该机械也可用于对不同比例进行实验以便找出对当地弃土石的新型的最佳设定。
在另一实施例中混合器可以是一种采用两个彼此相向旋转的混合螺旋的设计。混合器也可以是具有不同螺旋构形的几级。
图3-5表示机械的另一实施例。类似的元件使用类似的标号。此设计在混合器的结构上不同。在比实施例中多级混合器置于机械的基座上，该多级混合器也用作向机械的排料端输送材料，在该排料端可设置一个折回传送器72。
第一级混合器80设置在料仓8的下面。这是一个液压驱动的双螺旋回转器。在图5中可以见到该双螺旋82、84。它们以相反方向旋转。第一级混合器80将弃土石传送到位于粉末贮仓12下面的第二级混合器86。第二级混合器86的壳体的上部向来自不锈钢叶轮送料器88的出口开口，该叶轮送料器将粉状材料传送到混合器中。此第二级混合器86也是一个具有负荷传感器的称量腔室。这就使得粉末对弃土石和粒状材料的比例是可控制的。第二级混合器86将其输出物运送到末级混合器90，这样就完成混合处理并传送材料到排放传送器。机械的其它特征如对第一实施例的相关描述。
可以理解实施混合和测量方法的机械可构造成许多不同的设计，其中仅2个已经被描述。所描述的机械的容量适合将弃土石处理成这样的材料，该材料可被实际上立即用作回填而没有延长的熟化时间。通常混合器的输出可直接送到沟坑旁的适合的储存区域，在那里经几小时熟化之后它容易地可接触到，尽管安装了管道或道路作业的其它目标，以便用作回填以复原下基础层。
如所述，可移动混合器也可在远离坑沟的中心混合站使用。或者该机械可被装配便在这样的现场固定操作。
权利要求
1.一种回收现场挖掘的弃土石的方法，包括将来自洞坑的主要为非粒状的粘合材料转变成适合于主即用作回填的材料，所述的方法包括将弃土石与0-30％之间的添加的粒状材料和1-10％之间的粉状材料机械地混合，该粉状材料包括石灰或石灰与与添加的水泥和/或成粉状的烟灰。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述现场挖掘的弃土石包括至少20％的粘土。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于将高达5％的水与弃土石混合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于将高达5％的石灰与弃土石混合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于将高达5％的成粉状的烟灰与弃土石混合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述水在混合时被加到材料中。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于使用3％的石灰作为粉状材料。
8.一种回收来自洞坑的现场挖掘的弃土石的机械，弃土石主要包括非粒状结合材料，回收的弃土石立即作为回填材料再利用，该机械包括为接收沟坑的粘合材料并使之与添加的粒状材料混合的装置；为添加称量的量的粉状材料的装置；具有至少一个混合螺旋以混合组成分并从机械排放它们的混合装置；水供应装置，向混合器供水；和控制水、弃土石、粒状材料和结合到混合中的粉末的比例的装置。
9.如权利要求8所述的机械，其特征在于还包括根据现场条件存储不同混合比的装置以便供给稳定的回填材料。
10.如权利要求8所述的机械，其特征在于所述的机械安装在拖车上从而是可以运输的。
全文摘要
从洞坑中现场挖掘的、主要是非粒状粘合的弃土石可以通过一定比例机械混合处理使之成为作为回填材料适合于立即使用的材料，其方法是机械混合弃土石与0到30重量或容积％的添加粒状材料和1到10重量或容积％的粉状材料其包括1－5％石灰或具有1－5％和/或1－5％粉状烟灰的添加物。用粘土处理能很好工作同时合适的弃土石的范围可以通过添加水泥到粉末材料中来扩展。混合物的比例依据弃土石的粘土和水份的含量来选择。可以设定以便在现场以正确的比例混合成份与水的机械也予以介绍。
文档编号E02F5/00GK1443097SQ01812948
公开日2003年9月17日 申请日期2001年7月9日 优先权日2000年7月19日
发明者弗兰克·欧文 申请人:凯尼斯有限公司