本發(fā)明屬于建筑垃圾資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種建筑垃圾再生骨料物理強化的評價及工藝優(yōu)選方法。

背景技術(shù)：

建筑垃圾是指在工程建設(shè)及拆除過程中直接或間接產(chǎn)生的非工程需要材料的總稱，主要成分包括：磚塊、混凝凝土、砂漿、渣土、鋼筋鐵絲、塑料、紡織物、木屑等。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加工，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、公路改擴建產(chǎn)生的建筑垃圾總量與日俱增，嚴(yán)重影響了城市市容環(huán)境。另一方面，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、公路、鐵路等工程建設(shè)對砂石材料的需求居高不下，長期的開采造成資源枯竭、地材日漸短缺。而道路工程建設(shè)是消納產(chǎn)量巨大建筑垃圾的有效方式之一，常規(guī)通過破碎、磁選、風(fēng)選、篩分方式無法獲得高品質(zhì)的再生骨料，限制了再生骨料在道路工程應(yīng)用領(lǐng)域。由于建筑垃圾本身料源特性和鄂式破碎機、反擊式破碎機的處理，建筑垃圾再生骨料的顆粒形狀特性普遍較差，特別是顆粒的針狀率和圓度特性。

集料的形狀特性對路面基層及面層混合料的工程性質(zhì)有重要的影響，再生集料表面裹覆的砂漿和再次破碎帶來的棱角性對混合料施工、路用性能均帶來不利的影響。圖像處理技術(shù)是目前評價集料棱角性的有效方法之一，主要采用的有侵蝕-膨脹法和輪廓半徑傅里葉法，集料棱角性越強，侵蝕-溶脹后圖像的邊界信息損失就越嚴(yán)重。汪海年采用自主研制的粗集料形態(tài)特性表征系統(tǒng)、顆粒周長法和分形幾何法，評價了集料的棱角性。裴建中研究在歐式幾何體系下集料的形態(tài)特征及對混合料性質(zhì)的影響。唐伯明借助動態(tài)顆粒圖像分析儀研究了瀝青混凝土再生集料棱角性變化規(guī)律以及對瀝青混合料高溫性能的影響。

改善再生骨料顆粒形狀特性的工藝也成為顆粒整形技術(shù)，國內(nèi)外尚沒有針對建筑垃圾再生骨料顆粒整形的專門技術(shù)。在混凝土再生骨料強化領(lǐng)域，有采用立式偏心裝置研磨法、臥式回轉(zhuǎn)研磨法、球研磨法、棒磨研磨法、加熱研磨法等方式提高再生骨料的品質(zhì)，采用臥式回轉(zhuǎn)研磨法可以將物料沿著一定的角速度，運動到最頂部時自由落體，豎向下落與底部物料相撞擊，碰撞能量的自擊與摩擦作用使得骨料薄弱的棱角或表面裹覆的弱粘附力材料剝離。通過這種自擊強化方法可以較為經(jīng)濟(jì)、顯著的提高骨料的形狀特征，形狀特性對骨料在道路工程中應(yīng)用的工程價值具有重要的影響，目前采用的《公路工程集料試驗規(guī)程》jtge42-2005中的t0311-2005針片狀含量試驗(規(guī)準(zhǔn)儀法)和t0312-2005粗集料針片狀顆粒含量試驗(游標(biāo)卡尺法)測試方法較慢，而且采用人工找到每個顆粒放在平面上的最大長度l和側(cè)面厚度的最大尺寸l，將針片狀定義為l/l≥3的顆粒，挑選出來并稱重，計算出針片狀顆粒含量。通過此方法并不能全面、準(zhǔn)確的評價骨料的形狀特性。

再生骨料的物理強化工藝方面，對于不同工藝、不同參數(shù)下的再生骨料，通常僅通過骨料的強度、吸水率、針片狀含量等指標(biāo)進(jìn)行再生骨料強化效果的評價。而針對再生骨料形狀特性的強化方法的優(yōu)選，也往往通過以上指標(biāo)和工程師經(jīng)驗確定，沒有準(zhǔn)確、系統(tǒng)的優(yōu)選方法，影響了再生骨料強化設(shè)備的研發(fā)設(shè)計以及建筑垃圾再生骨料的加工品質(zhì)。截止到目前，針對建筑垃圾再生骨料形狀特性的強化工藝、準(zhǔn)確全面的評價指標(biāo)、系統(tǒng)的形狀特性強化優(yōu)選方法，尚沒有進(jìn)行過研究，因此，針對建筑垃圾再生骨料形狀特性的強化和評價方法，并在此基礎(chǔ)上完成再生骨料形狀特性強化的方法具有重要的工程價值，有利于建筑垃圾的綜合利用，節(jié)約自然資源、保護(hù)環(huán)境。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有制備技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是一種建筑垃圾再生骨料物理強化的評價及工藝優(yōu)選方法，解決現(xiàn)有的評價方法并不能全面、準(zhǔn)確的評價骨料的形狀特性，并且對骨料的物理強化方法沒有準(zhǔn)確、系統(tǒng)的優(yōu)選方法的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種建筑垃圾再生骨料物理強化的評價方法，包括以下步驟：

步驟1：在建筑垃圾再生骨料表面裹覆高反射率材料，形成白色骨料；

步驟2：將白色骨料和未裹覆高反射率材料的骨料一起研磨，研磨完成后挑選出白色骨料；

步驟3：獲取白色骨料的圖像；

步驟4：計算圖像中每個白色骨料的針狀率n和圓度r；

r＝l²/4πa(2)

其中，sl是白色骨料的外接橢圓的長軸，sw是白色骨料的外接橢圓的長軸，l是白色骨料輪廓線的周長；a是白色骨料輪廓線內(nèi)的面積。

進(jìn)一步的，采用外加無光環(huán)境罩的掃描機對白色骨料進(jìn)行掃描，獲取白色骨料的圖像。

進(jìn)一步的，所述的計算每個白色骨料的針狀率n和圓度r，包括：

步驟4.1：對圖像中的每個白色骨料進(jìn)行邊緣化處理，強化目標(biāo)邊界；

步驟4.2：對邊緣強化處理后的白色骨料的邊界進(jìn)行提取，過濾像素面積小于10000的區(qū)域，即消除粉塵顆粒的污染；

步驟4.3：提取圖像中的白色骨料輪廓線內(nèi)的面積、白色骨料輪廓線的周長、白色骨料的外接橢圓的長軸和短軸，根據(jù)公式(1)和(2)計算白色骨料的針狀率n和圓度r。

一種建筑垃圾再生骨料物理強化的工藝優(yōu)選方法，包括以下步驟：

步驟1：在建筑垃圾再生骨料表面裹覆高反射率材料，形成白色骨料；

步驟2：將白色骨料和未裹覆高反射率材料的骨料一起在回轉(zhuǎn)研磨機中研磨，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為c1，研磨后將挑選出白色骨料；

步驟3：獲取白色骨料的圖像；

步驟4：計算圖像中每個白色骨料的針狀率n和圓度r；

r＝l²/4πa(2)

其中，sl是白色骨料的外接橢圓的長軸，sw是白色骨料的外接橢圓的長軸，l是白色骨料輪廓線的周長；a是白色骨料輪廓線內(nèi)的面積。

步驟5：將步驟4獲得的白色骨料重復(fù)上述步驟2～步驟4，每次重復(fù)過程中改變回轉(zhuǎn)研磨機的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，最終得到旋轉(zhuǎn)次數(shù)ci下白色骨料的針狀率ni和圓度ri，其中，i＝1,2,…,n，n為白色骨料研磨的次數(shù)；

步驟6：根據(jù)對再生骨料針狀率和圓度的要求，選擇步驟5中對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

進(jìn)一步的，采用外加無光環(huán)境罩的掃描機對白色骨料進(jìn)行掃描，獲取白色骨料的圖像。

進(jìn)一步的，所述的計算每個白色骨料的針狀率n和圓度r，包括：

對圖像中的每個白色骨料進(jìn)行邊緣化處理，強化目標(biāo)邊界；

對邊緣強化處理后的白色骨料的邊界進(jìn)行提取，過濾像素面積小于10000的區(qū)域，即消除粉塵顆粒的污染；

提取圖像中的白色骨料輪廓線內(nèi)的面積、白色骨料輪廓線的周長、白色骨料的外接橢圓的長軸和短軸，根據(jù)公式(1)和(2)計算白色骨料的針狀率n和圓度r。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可以準(zhǔn)確、快速的測定再生骨料形狀特性強化后的針狀率和圓度，并且可以優(yōu)選建筑垃圾再生骨料強化工藝，為建筑垃圾再生骨料形狀特性強化設(shè)備的設(shè)計、再生骨料的評價提供量化依據(jù)，有利于提高建筑垃圾再生骨料在道路工程中的應(yīng)用領(lǐng)域，提高綜合利用率，并節(jié)約自然資源、保護(hù)環(huán)境。

附圖說明

圖1為圖像處理后的白色骨料輪廓圖；

圖2為c30混凝土強化工藝與形狀特性指標(biāo)的關(guān)系；

圖3為砂漿顆粒強化工藝與形狀特性指標(biāo)的關(guān)系；

圖4為磚塊顆粒強化工藝與形狀特性指標(biāo)的關(guān)系；

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說明。

具體實施方式

本發(fā)明的建筑垃圾再生骨料物理強化的評價方法，包括：

步驟1：在建筑垃圾再生骨料表面裹覆高反射率材料，形成白色骨料。骨料邊緣與背景的灰度差是影響輪廓界限劃分的主要因素，為了增強集料邊緣與背景的灰度差，在研究中使用光線反射率高、裹覆能力強、顆粒細(xì)小的高聚物對集料進(jìn)行裹覆處理，以增加骨料圖像的對比度，使輪廓更加清晰，計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。建筑垃圾再生骨料包括顆磚塊、混凝土、砂漿顆粒等，分別挑選不同的種類的骨料裹覆高反射率材料。

步驟2：將白色骨料和未裹覆高反射率材料的骨料一起研磨，研磨完成后挑選出白色骨料；此處利用臥式回轉(zhuǎn)研磨機進(jìn)行研磨，用部分骨料的強化效果來評價不同的旋轉(zhuǎn)研磨工藝。

步驟3：獲取白色骨料的圖像；

采用外加無光環(huán)境罩的掃描機，在掃描板放置一層薄透光玻璃板，在玻璃板上有序擺放白色骨料顆粒，將無光環(huán)境罩加蓋于掃描機之上，關(guān)閉室內(nèi)光源進(jìn)行掃描。挑揀出的白色骨料有序排放在透光玻璃板之上，圖像采用彩色掃描的方式，單張照片像素在1200萬以上。

步驟4：計算圖像中每個白色骨料的針狀率n和圓度r；本發(fā)明采用針狀率n和圓度r評價集料的形狀特性，評價物理強化效果；

對圖像中的每個白色骨料進(jìn)行邊緣化處理，強化目標(biāo)邊界；

對邊緣強化處理后的白色骨料的邊界進(jìn)行提取，過濾像素面積小于10000的區(qū)域，即消除粉塵顆粒的污染；

提取圖像中的白色骨料輪廓線內(nèi)的面積、白色骨料輪廓線的周長、白色骨料的外接橢圓的長軸和短軸，根據(jù)公式(1)和(2)計算白色骨料的針狀率n和圓度r；

r＝l²/4πa(2)

其中，sl是白色骨料的外接橢圓的長軸，sw是白色骨料的外接橢圓的長軸，l是白色骨料輪廓線的周長；a是白色骨料輪廓線內(nèi)的面積。

另外，本發(fā)明給出了一種建筑垃圾再生骨料物理強化的工藝優(yōu)選方法，包括：

步驟1：在建筑垃圾再生骨料表面裹覆高反射率材料，形成白色骨料；

步驟2：將白色骨料和未裹覆高反射率材料的骨料一起在回轉(zhuǎn)研磨機中研磨，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為c1，旋轉(zhuǎn)研磨完成后將挑選出白色骨料；

步驟3：獲取白色骨料的圖像；

采用外加無光環(huán)境罩的掃描機，在掃描板放置一層薄透光玻璃板，在玻璃板上有序擺放白色骨料顆粒，將無光環(huán)境罩加蓋于掃描機之上，關(guān)閉室內(nèi)光源進(jìn)行掃描。挑揀出的白色骨料有序排放在透光玻璃板之上，擺放過程中注意將骨料最大面接觸掃描板。圖像采用彩色掃描的方式，單張照片像素在1200萬以上。

步驟4：計算圖像中每個白色骨料的針狀率n和圓度r，包括：

對圖像中的每個白色骨料進(jìn)行邊緣化處理，強化目標(biāo)邊界；

對邊緣強化處理后的白色骨料的邊界進(jìn)行提取，過濾像素面積小于10000的區(qū)域，即消除粉塵顆粒的污染；

提取圖像中的白色骨料輪廓線內(nèi)的面積、白色骨料輪廓線的周長、白色骨料的外接橢圓的長軸和短軸，根據(jù)公式(1)和(2)計算白色骨料的針狀率n和圓度r；

r＝l²/4πa(2)

其中，sl是白色骨料的外接橢圓的長軸，sw是白色骨料的外接橢圓的長軸，l是白色骨料輪廓線的周長；a是白色骨料輪廓線內(nèi)的面積。

以下是強化工藝的優(yōu)選：

步驟5：將步驟4獲得的白色骨料再次投入到轉(zhuǎn)筒內(nèi)，重復(fù)上述步驟2～步驟4，每次重復(fù)過程中改變回轉(zhuǎn)研磨機的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，最終得到不同的旋轉(zhuǎn)次數(shù)ci下白色骨料的針狀率ni和圓度ri，其中，i＝1,2,…,n，n為白色骨料研磨的次數(shù)；

步驟6：將不同的旋轉(zhuǎn)次數(shù)下獲得的白色骨料的針狀率n和圓度r分別按序第排列，繪制再生骨料針狀率ni和圓度ri與旋轉(zhuǎn)次數(shù)ci的關(guān)系圖；根據(jù)實際對再生骨料針狀率和圓度的要求，選擇步驟5中對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

本實施例給出一種建筑垃圾再生骨料物理強化的評價方法，以加工后的建筑垃圾再生骨料20～30mm粒徑范圍為對象進(jìn)行處理。分別挑選50顆磚塊、混凝土、砂漿顆粒。分別以三者對測試對象，將三種類型顆粒采用高反射率的高聚物漿體進(jìn)行裹覆，采用的高聚物型號為c03-1白醇酸調(diào)和漆，顆粒細(xì)度小于15μm。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，采用高聚物漿體的方法可顯著的提高集料邊緣與背景的灰度差。

將裹覆后的骨料與建筑垃圾再生骨料混合達(dá)到1250±25g，投入臥式回轉(zhuǎn)研磨機中，設(shè)置旋轉(zhuǎn)次數(shù)，達(dá)到旋轉(zhuǎn)次數(shù)之后將白色的再生骨料挑揀出來備用。

采用hp^tmg4010型掃描機外加自制無光環(huán)境密閉腔室的方式進(jìn)行白色骨料的掃描，白色骨料最大面接觸掃描板。

對獲得的圖像進(jìn)行處理，主要包括：使用matlab中的濾鏡功能3*3重復(fù)運行三次將周圍像素替換中心像素，邊緣化處理，強化和完善目標(biāo)邊界；對邊緣強化后的集料進(jìn)行邊界的提取，在測量參數(shù)中過濾像素面積小于10000的區(qū)域，即消除粉塵顆粒的污染，如圖1所示；提取圖像中的白色骨料輪廓線內(nèi)的面積、白色骨料輪廓線的周長、白色骨料的外接橢圓的長軸和短軸，根據(jù)公式(1)和(2)計算白色骨料的針狀率n和圓度r；

r＝l²/4πa(2)

其中，sl是白色骨料的外接橢圓的長軸，sw是白色骨料的外接橢圓的長軸，l是白色骨料輪廓線的周長；a是白色骨料輪廓線內(nèi)的面積。

實施例2

本實施例給出一種建筑垃圾再生骨料物理強化的工藝優(yōu)選方法，其中，骨料強化過程同實施例1，經(jīng)過實施例1后獲得一種旋轉(zhuǎn)次數(shù)下的白色骨料的針狀率和圓度，然后將該白色骨料再次投入到轉(zhuǎn)筒內(nèi)，重復(fù)實施例1中的步驟，每次重復(fù)過程中改變回轉(zhuǎn)研磨機的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，最終得到不同的旋轉(zhuǎn)次數(shù)下白色骨料的針狀率和圓度；

如圖2、圖3和圖4分別是混凝土、砂漿、磚塊顆粒經(jīng)過0轉(zhuǎn)、20轉(zhuǎn)、70轉(zhuǎn)、170轉(zhuǎn)、370轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)強化后的裹覆骨料針狀率n和圓度r按照次序排列數(shù)據(jù)分布情況，綜合考慮對形狀特性指標(biāo)改善效果、經(jīng)濟(jì)型優(yōu)選合適的針對建筑垃圾再生骨料形狀特性強化的臥式回轉(zhuǎn)研磨機旋轉(zhuǎn)次數(shù)。對于同一批建筑垃圾再生材料，磚塊的針狀率范圍在1.1～3.0之間，而再生混凝土針狀率分布在1.0～1.6之間。從針狀率n分布來看，三種材料的針狀特性的優(yōu)劣特性排序為：再生混凝土＞砂漿＞磚塊。從強化工工藝的影響分析，本發(fā)明方法可整體上改善再生混凝土、砂漿的針狀特性；旋轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到370r時反而出現(xiàn)不利的影響，回轉(zhuǎn)研磨機的“自擊法”對磚塊的針狀率特性并沒有起到改善作用?！白該舴ā睂υ偕炷痢⒃偕皾{集料的針狀率指標(biāo)n影響較大。使用“自擊法”旋轉(zhuǎn)70r，可整體上降低針狀率5～10％。從集料類型分析，再生骨料的圓度分布在1.7～7.0，而且接近一半的再生集料圓度指標(biāo)r大于2.2。三種材料的圓度特性優(yōu)劣性排序為：再生混凝土＞磚塊＞砂漿。

從強化工藝的影響分析，自擊法對再生集料的圓度指標(biāo)r改善效果明顯。再生集料經(jīng)過70次旋轉(zhuǎn)自擊，圓度指標(biāo)r普遍降低到3.0以下，并隨著旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增加逐漸減小并趨于穩(wěn)定。綜合以上分析，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)次70轉(zhuǎn)作為優(yōu)選的建筑垃圾再生骨料強化旋轉(zhuǎn)次數(shù)。