基于EDEM的立式骨料舊砂漿去除機的除砂漿規律研究

劉寶?趙寧寧?常德凡

摘 要 隨著建筑業的飛速發展，長期對砂石骨料等自然資源的肆意開采，產生了大規模廢棄混凝土，對于廢棄混凝土資源回收利用迫在眉睫。本文通過立式骨料舊砂漿去除機，利用EDEM軟件對多塊物料舊砂漿去除規律進行仿真實驗研究，結果表明，在仿真范圍內，轉子轉速和葉片安裝角對物料表面水泥砂漿的脫落影響較大，得到一組最佳方案：物料數量6塊、轉子轉速400rpm、葉片安裝角45°、腔體傾角45°，通過該方案驗證了物料集群間摩擦效應帶來舊砂漿的明顯脫落。

關鍵詞 骨料;仿真研究;EDEM;舊砂漿

引言

針對再生骨料本身的性質缺陷，如：表面附著大量水泥砂漿等，目前主要采用物理強化法研究，如：三菱公司研究加熱研磨法，對骨料進行高溫、脫水、研磨處理，達到去除砂漿的目的[1-2];李秋義等人研發機械強化技術，通過骨料高速自擊和摩擦作用除砂漿[3-4];姬永生等人設計了再生骨料砂漿剝離裝置，通過骨料與攪拌器間的摩擦，去除骨料表面的砂漿[5]。

本文在研究分析顆粒離散元理論及總結立式破碎機結構和工作原理的基礎上，通過設計一種立式骨料舊砂漿去除機結構，利用正交仿真實驗探究骨料舊砂漿的去除規律。

1立式骨料舊砂漿去除機結構及工作原理

立式骨料舊砂漿去除機結構如圖1，分為6個部分：進料口、裝置外殼、腔體、轉子、電機箱、集料器。工作過程大致可分三個階段：進料、除砂漿、排料。進料階段，物料通過進料口豎直落入裝置內部，經分料錐作用后把物料均分到轉子內;除砂漿階段，物料與葉片和轉子內凹面的摩擦使物料脫落部分砂漿，物料離開轉子進入腔體，與腔體內壁的摩擦使物料再次脫落一部分砂漿;排料階段，物料經轉子和腔體作用后從出料口排出，進入集料器。

2仿真模型建立與結果分析

2.1 仿真模型的確立

普通混凝土粗骨料粒徑取值為5～40mm，細骨料粒徑取值為0.16～5mm，為便于構建物料模型，選擇骨料粒徑為25mm，細骨料粒徑為2.5mm，每個物料均簡化為正四面體狀，如圖2，顆粒間共有三種鍵：骨料-骨料鍵、骨料-水泥鍵、水泥-水泥鍵。裝置的仿真模型如圖3，仿真因素水平取值見表1。

2.2 結果分析

仿真實驗完畢后，結果見表2。其中K為某因素一水平實驗結果的和，k為K的均值，均值k越大，則說明水平選取越好;極差為某因素各水平值差值的最大值，極差越大，則說明因素對結果的影響更加顯著。

水泥脫落率與骨料損失率結果分析如下：

通過圖4可以得出，各因素對水泥脫落率影響大小排列順序為：葉片安裝角>轉子轉速>物料數量>腔體傾角，最佳因素為葉片安裝角;對骨料損失率影響大小排列順序為：轉子轉速>葉片安裝角>腔體傾角>物料數量，最佳因素為轉子轉速，最佳水平為400rpm。

圖4（a）中k1-k2之間，隨著腔體傾角的增大，水泥脫落率降低幅度較大，k2-k3之間，水泥脫落率降低幅度較小;k1-k3之間，葉片安裝角逐漸增大，水泥脫落率快速增加到平緩增加，轉子轉速逐漸增大，水泥脫落率快速增加到平緩減小，腔體傾角、葉片安裝角、轉子轉速三個影響因子在k2處的水泥脫落率取值無明顯差別;隨著物料數量k值增加，水泥脫落率直線向下，實際應用中受轉子直徑等因素限制，導致轉子不能容納太多物料，在一定范圍內，物料數量越多對骨料損失率的影響雖越小，但水泥脫落率也會隨之降低，考慮到工作效率，物料填入量應不宜過大。在圖4（b）中，k1-k2之間，骨料損失率隨著物料數量的k值增加而大幅減小，k2-k3之間，骨料損失率增加趨勢及其平緩，在k2處取得極小值，此時轉子轉速為400rpm、葉片安裝角為45°、腔體傾角為45°。

綜上所述，在實驗范圍內，最佳方案為：物料數量6塊、轉子轉速400rpm、葉片安裝角45°、腔體傾角45°，即實驗2號方案。

對實驗2分析可知，葉片與物料接觸至第一個物料飛離轉子的時間段為1.505～1.588s，該仿真時段內，物料開始與葉片接和物料到達葉片弧型面與盛料盤內壁面結合處時，物料集群效應較明顯，這兩個時刻段大致在1.510～1.525s和1.570～1.588s，如圖5，在1.510～1.513s、1.514～1.516s、1.573～1.575s、1.577～1.579s時間段內的曲線段斜率明顯存在突變，表明物料之間摩擦效應能導致水泥顆粒的明顯脫落。

3結束語

本文通過對多物料的仿真實驗研究，分析了物料數量、轉子轉速、葉片安裝角和腔體傾角四因素與物料舊砂漿去除規律之間的關系，得出結論：仿真范圍內，轉子轉速和葉片安裝角實驗結果影響較大，腔體傾角和物料數量對其影響較小，最佳方案是：物料數量6塊、轉子轉速400rpm、葉片安裝角45°、腔體傾角45°;對最佳方案進行分析，驗證了物料集群間摩擦效應帶來水泥顆粒明顯脫落的現象。

參考文獻

[1] 全洪珠，立屋敷久志，嵩雄等.各種水泥使用高強度混凝土回收的高度化處理再生骨材的諸性質（第2報）[r].日本建筑學會學術演講集，2002;8：17-1020.

[2] Japanese Road Association. Guideline for Recycling Pavement Technology in Plant [Z] In Japanese，1993：25-26.

[3] 李秋義，李云霞，朱崇績，等. 再生混凝土骨料強化技術研究[J]. 混凝土，2006，（1）：74-77.

[4] 李秋義. 再生混凝土強化技術研究[J]. 混凝土，2006，（1）：74-77.

[5] 姬永生，徐圣楠，張莉，等. 一種再生混凝土粗骨料砂漿剝離裝置[P].中國專：CN108483961A，2018-09-04.

作者簡介

劉寶（1969-），男，河南省焦作市;學歷：博士，教授，現就職單位：河南理工大學 機械與動力工程學院，研究方向：現代機械裝備與計算機測控。