一种固废再生骨料低碳水泥杆制备方法与流程

本发明涉及水泥杆制备，具体涉及一种固废再生骨料低碳水泥杆制备方法。

背景技术：

1、水泥杆是输配电线路、通信及照明工程中广泛应用的环形混凝土电杆，主要通过离心成型或振动成型工艺，以水泥、砂石、水和外加剂为原料制备而成。在“双碳”目标和资源循环利用的推动下，水泥杆制备正逐步引入再生骨料、低碳胶凝材料、工业固废等环保原料，以降低天然资源消耗和产品碳排放。然而，如何在大比例消纳固废的同时，保证水泥杆的承载能力、耐久性和工艺稳定性，仍是该领域面临的核心技术挑战。

2、目前，领域已出现一些水泥杆制备方法，如申请号为cn202411347239.6，公开日为20250211的一种低碳型水泥的制备方法，包含以下步骤:其中各原料的配比为石灰石70％±5％，黏土10％±5％，而后按施工需求选择适量的矿渣粉煤灰10％±5％，通过干法粉磨均化，制备成水泥生料后煅烧，制备成水泥熟料，将制备好的水泥熟料输送进辊压机主体的内部，该低碳型水泥的制备方法，通过在辊压机主体顶部设有的预粉磨组件，将水泥熟料进行预粉磨，避免水泥粒度超标对固定辊和活动辊造成停机影响，同时水泥熟料中的铁杂质得以被磁棒除去，降低了铁杂质对固定辊和活动辊的影响，提高了固定辊和活动辊磨粉的产量和效率，继而降低了本发明的用电量，间接的降低了本发明制备水泥的碳排放量。

3、如申请号为cn202410390753.1，授权公开告日为20250211的一种高强度水泥杆用复合材料及其制备方法，所述高强度水泥杆用复合材料包括如下重量份原料：水泥200-250份、粗集料100-130份、细集料45-55份、金属杆20-30份、复合纤维70-90份、复合微胶囊30-40份、减水剂5-10份和水180-220份；通过对高强度水泥杆用复合材料中纤维进行改性，制得复合纤维，复合纤维具有较好的韧性，同时和水泥基材之间具有良好的黏合力，使得高强度水泥杆用复合材料具有较好的抗裂性能和力学性能，并加入复合微胶囊，复合微胶囊是以环氧树脂和凹凸棒土为自修复材料，使得高强度水泥杆用复合材料具有一定的自修复能力。

4、然而，该类现有技术及目前常用的技术引用再生骨料后，因骨料表面附着旧砂浆、孔隙率高，传统成型方式无法有效改善界面过渡区，导致制品承载力与耐久性显著劣化，大比例消纳固废与性能保证难以兼顾，因此，亟需设计一种固废再生骨料低碳水泥杆制备方法解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种固废再生骨料低碳水泥杆制备方法，以解决现有技术中的上述不足之处。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种固废再生骨料低碳水泥杆制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一.产品数据收集与技术分析：收集产品数据、原材料数据及应用地数据，后续对三种数据进行关联分析，并通过编程技术构建产品选料演算模型；

5、需要说明的是：

6、所述产品数据包含以下数据：目标水泥杆的规格型号、承载力等级、预应力张拉控制应力、保护层厚度设计使用年限、容重控制上限、抗冻抗渗及抗碳化等耐久性指标、适用环境类别；

7、所述应用地数据包含以下数据：应用区域的年均温湿度、极端温差、冻融循环次数、土壤腐蚀性等级、基本风压、地震设防烈度以及当地工业固废可获取种类及年产量；

8、所述原材料数据包括再生骨料数据、其他成分数据，其中：

9、所述再生骨料数据包含：骨料来源品类、粒径级配、压碎指标、表观密度、吸水率、微粉及泥块含量、氯离子及碱含量、表面附着旧砂浆比例；

10、所述其他成分数据包含：低碳胶凝材料的活性指数与比表面积、外加剂的减水率与缓凝时间、发泡剂的产气率与分解温度窗口、热活化造粒颗粒的触发温度与粒径分布、增强纤维的规格与抗拉强度、碱激发剂模数及固含量。

11、对三种数据的关联分析具体如下所示：

12、以产品性能指标为目标变量、应用地环境数据为边界约束、原材料物化参数为自变量，采用基于多元回归模型的分析方法，建立“原材料参数-工艺条件-成品性能”的多维映射模型，量化各原材料特性对产品性能的影响权重，并识别关键原材料参数的阈值区间，其中：

13、多元回归模型采用原材料-性能关联预测方程：

14、；

15、式中：

16、y为目标性能指标（如28d抗压强度、抗弯承载力）；

17、x1、x2，…，xn为关键原材料参数（如再生骨料压碎指标、胶凝材料活性指数、有效水胶比）；

18、β为各参数的影响权重系数；

19、为模型误差修正项；

20、所述产品选料演算模型包含以下功能区块：

21、数据预处理与标准化模块、多目标优化求解模块（以成本、碳排放、固废掺量为目标）、工艺参数匹配与校验模块、以及方案风险标记与多维度排序输出模块；

22、其中，所述多目标优化求解模块内置有归一化的多目标优化函数：

23、；

24、约束条件：

25、；

26、其中，x为原材料配比向量；目标函数f(x)由归一化成本、碳排放和固废利用率sw加权构成；α，β，γ为权重系数；fc为预测强度。

27、步骤二.决策输出与人工认证：向模型输入待制备产品参数，产品选料演算模型运行输出多种原材料选取方案，后利用智能ai对方案进行判断分析，同时在依据人工质检选择最优方案；

28、需要说明的是：

29、所述产品参数包括：

30、目标抗弯承载力等级、预应力张拉控制应力、保护层厚度杆体几何尺寸与壁厚、骨架层及填充层目标密度、耐久性能强制指标与单位产品碳排放上限、目标出机坍落度、初凝时间要求及蒸养后脱模强度阈值；

31、所述原材料选取方案至少包括三种及其以上方案；

32、所述智能ai对方案的判断过程如下所示：

33、ai模型调取历史试验数据库与工艺规则库，对各方案进行强度达成率、耐久性满足度、工艺兼容性及成本的多维度量化评分，自动剔除不达标或存在时序冲突（如发泡峰值早于浆体初凝）的方案，并采用基于topsis综合评价值的方法对合格方案进行优劣排序与风险提示，其中：

34、；

35、其中，为第i个方案的相对贴近度（综合评分），分别为该方案与正理想解（最优性能）和负理想解（最差性能）的欧氏距离，评分依据包括强度达成率、耐久性满足度、成本偏差和工艺可行性；

36、所述人工质检过程如下所示：技术人员对ai推荐的高分方案进行复核，重点审查原材料本地可获取性、关键指标（如再生骨料压碎值、热活化颗粒触发温度）与现场设备参数的匹配性，结合实操经验进行最终校核确认，或一票否决。

37、步骤三.物料选择与预处理：依据上一步骤给出的方案选择合适的原材料，并通过方案给出的加工技术对原材料进行预处理，预处理结束后对各种原材料进行分类存放处理；

38、需要说明的是：

39、所述对原材料预处理的加工技术如下所示：

40、再生骨料采用“机械强化-界面改性”处理，通过破碎整形、颗粒整形去除附着砂浆并活化表面，再经纳米浆液或聚合物稀浆浸渍裹覆以预增强界面过渡区；

41、胶凝材料进行超细粉磨与均化，控制比表面积≥450m²/kg；

42、热活化造粒颗粒进行筛分与表面疏水壳层完整性抽检；

43、发泡剂进行稀释、稳泡及低温存储预处理；

44、所述分类存放时依据再生料、基础料、添加剂三种类别进行分类，且各类别物料分区密封存放，并对温湿度敏感物料进行独立恒温恒湿管控。

45、步骤四.物料强化与拌合处理：选取一部分上一步骤预处理的原材料，而后利用进行强化处理，强化结束后将选取的物料加入拌合设备进行搅拌混合；

46、需要说明的是：

47、所述选用的原材料为基础料与部分添加剂，用于制备支撑骨架；

48、所述强化处理用于对选用的基础料或者部分添加剂进行强化（使得物料可以满足热活化造粒聚合的作用），强化处理步骤如下所示：

49、采用熔融共混与造粒工艺，将低熔点热塑性树脂（如eva）、超细矿物填料及加工助剂，经高速混合、双螺杆挤出、冷却切粒及表面疏水包覆，制得粒径为2-5mm、具有核壳结构且在65-75℃触发熔融流动的热活化造粒聚合颗粒；

50、所述全程加工温度控制在触发温度以下。

51、所述拌合设备加工时分为三段式混合处理，其三段式混合处理时运行参数如下所示：

52、第一段，干混阶段：转速20-30r/min，时间60-90s，将基础料、再生骨料及纤维混合均匀；

53、第二段，湿混阶段：转速35-45r/min，时间90-120s，加入水与外加剂，形成均匀包裹骨料的浆体；

54、第三段，功能组分投加阶段：转速降至15-25r/min，时间30-60s，投入热活化造粒聚合颗粒及发泡剂，低速分散均匀后立即出料，全程拌合温度控制在30℃以下；

55、所述三段式混合处理的工艺切换节点为搅拌功率关联式，其具体如下所示：

56、；

57、其中，p为搅拌实时功率；np为功率准数；ρ为拌合物堆积密度；n为搅拌转速；d为搅拌叶片直径；当干混阶段p值波动率降至设定阈值以下时，判定物料达到预均化状态。

58、步骤五.骨架制备与质检处理：上一步骤混合结束后，将混合的物料快速倒入依次模具中，而后通过外部加热技术使得模具中的骨架成型，得到带有空隙的高性能骨架，随后对成型的骨架进行质检，判断产品是否合格，若不合格，对上述步骤及方案进行调整，直至产品合格，反之若合格进入下一步骤继续生产；

59、需要说明的是：

60、所述模具为特质模具，具有刚性锁模机构与密封结构、可调温加热夹套或蒸汽通道，且内设同轴定位卡槽，可承受不低于0.3mpa的内部压力；

61、所述模具中物料成型选用离心成型与加热辅助的方式，其具体为：

62、采用低速布料-中速密实-高速成型的三段式离心制度，各阶段的离心参数基于离心密实指数进行分段控制，其中：

63、；

64、其中，gc为离心密实指数；n为模具转速（r/min）；r为骨架成型半径；t为该转速下的作用时间；k为与物料流变性相关的经验系数；通过分段控制gc值，实现从低速布料到高速密实的平稳过渡；

65、在离心过程中同步启动模具辅助加热，进行梯度升温，使模具及物料在高速成型末期达到65-70℃，同步实现离心机械力压实与热活化颗粒的熔融聚合；

66、骨架壁厚均匀度通过均匀度控制方程：

67、；

68、其中：δ为壁厚均匀度偏差；v为喂料体积；l为杆长；ro、ri为外、内模半径；δg/g为离心机重力加速度相对波动率；该公式用于反馈控制喂料量和模具同轴度；

69、所述对成型的骨架质检包括：

70、外观缺陷目视检查、几何尺寸与壁厚偏差测量、内部密实度超声波无损检测及脱模强度校验；

71、所述不合格时调整过程如下所示：

72、将骨架的缺陷类型与工艺偏差反馈至步骤一的选料演算模型，模型分析原因并给出调整离心参数、优化颗粒投料时机或修正配合比的方案，指导再生产。

73、步骤六.二次混合与整体浇筑成型：选取上一步骤未选用的原材料，而后对原材料进行预处理，预处理结束后倒入混合设备中混合处理，混合结束后倒入放有骨架的二次模具中进行二次成型处理，成型结束后得到复合水泥杆；

74、需要说明的是：

75、所述上一步骤未选用的原材料的预处理过程如下所示：

76、对剩余再生细骨料进行筛分除粉与预湿处理；

77、对填充用胶凝粉料进行预均化；

78、对发泡剂进行稀释、稳泡及恒温处理，使其在70-80℃的蒸养温度下平稳产气，其中产生的自生膨胀压力依据理想气体修正模型计算，其具体如下所示：

79、；

80、其中，pinternal为自生膨胀压力；n为发泡剂产气摩尔数；r为理想气体常数；t为蒸养触发温度；vcavity为模具密封腔体总体积；vsolid与

81、vliquid分别为固、液相体积；通过控制n与t将pinternal维持在0.1-0.3mpa，实现自压实；

82、所述混合设备运行参数如下所示：

83、采用低速搅拌设备，转速40-60r/min，按固体料干混、加水湿拌、最后加入发泡液慢拌的投料顺序，总拌合时间控制在120-180s，制得均匀发泡浆料；

84、所述二次成型时骨架放置在二次成型模具中心位置，且二次成型时采用离心成型与约束发泡辅助的形式，其具体如下所示：

85、将步骤五制备的合格骨架通过端部定位卡槽同轴固定在二次成型模具内，合模锁紧密闭；

86、注入发泡浆料后先进行低速离心（100-150r/min）布料，随后停止离心并保持模具密闭；

87、发泡剂在受限型腔内反应产气，产生0.1-0.3mpa的自生膨胀内压，推动浆料填充骨架界面及模具边角，实现约束发泡自压实；

88、后将模具送入蒸养窑升温至65-70℃，触发热活化颗粒熔融形成粘结桥，实现填充层致密化与一体化复合。

89、步骤七.成品验证与数据反馈：对步骤六得到的水泥杆成品进行验证检测，依据检测判断产品参数是否合格，若合格放入仓库待出货，若不合格，对水泥杆产品进行分析，依据分析将数据反馈到步骤一的演算模型；

90、需要说明的是：

91、所述验证检测包括：

92、外观质量与几何尺寸偏差检测、抗弯承载力与抗裂检验等力学性能试验、抗冻融及抗碳化等耐久性试验、内部密实度与界面结合状态的超声波或钻芯取样检测、以及单位产品碳排放核算；

93、所述对水泥杆产品进行分析包括：

94、对不合格品进行失效溯源，通过微观形貌分析（如sem）手段，判定失效源于原材料性能波动、工艺参数偏移或界面粘结失效，并精准定位至问题工序或物料；

95、所述数据反馈具体如下所示：

96、将成品的全量检测数据、失效模式、微观分析结果与生产过程工艺参数进行结构化关联，形成完整的案例数据包，回传至步骤一的产品选料演算模型，且模型采用迭代误差修正函数更新配比与工艺参数；

97、所述迭代误差修正函数：

98、；

99、其中：xnew为修正后的原材料配比或工艺参数；xold为原始方案参数；ymeasured为产品实测性能（如实际抗弯强度）；ypredicted模型预估值；η为学习率；

100、模型据此更新数据库，修正影响系数与边界条件，迭代优化后续生产的配方与工艺参数，形成“生产-检测-反馈-优化”的闭环质量控制体系。

101、在上述技术方案中，本发明提供的一种固废再生骨料低碳水泥杆制备方法，有益效果为：

102、（1）本发明制备水泥杆时，通过构建“数据驱动的选料模型—再生骨料界面改性预处理—骨架热活化颗粒熔融聚合—填充层约束发泡自压实”的协同工艺体系，能够在材料源头实现再生骨料界面过渡区的深度强化与重构，使得大比例消纳固废再生骨料时，骨料表面旧砂浆得到有效活化，界面粘结性能显著提升，同时配合骨架层热活化造粒聚合颗粒的熔融粘结桥效应及填充层的自生膨胀压力致密化作用，可以突破再生骨料水泥杆承载力与耐久性劣化的技术瓶颈，实现固废资源化利用与高性能水泥杆制备的统一，有效降低天然资源消耗并推动电力通信基础设施绿色低碳建造。

103、（2）本发明构建了以骨架热活化颗粒熔融聚合与填充层约束发泡自压实为核心的双层复合致密化体系，并配合三段式离心成型与加热辅助工艺以及二次浇筑约束发泡成型工艺，实现了水泥杆从骨架层到填充层的全程缺陷控制，使热活化造粒聚合颗粒在离心成型中同步受热熔融形成聚合物三维粘结桥以消除骨架内部空隙与微裂纹缺陷，发泡浆料在受限型腔内产生自生膨胀压力推动浆料填充界面及边角以消除填充层疏松与界面脱粘缺陷，从而满足输配电线路对水泥杆承载力、抗裂性能及长期耐久性的高标准要求，提高产品服役可靠性与使用寿命。

104、（3）本发明制备水泥杆时，能够利用多目标优化选料演算模型与topsis综合评价方法对原材料配比方案进行定量优化，而后通过ai智能多维度量化评分与人工质检复核实现方案的风险标记与优劣排序，使再生骨料利用率、材料成本与碳排放控制在目标窗口内，同时成品全量检测数据与失效溯源分析结果与选料模型形成闭环迭代修正，使配方设计与工艺参数由经验试配转向数据驱动的精准决策，显著提升产品性能命中率与批次一致性。

105、（4）本发明制备复合水泥杆时，通过对再生骨料进行机械强化与纳米浆液浸渍裹覆的界面改性预处理，并配合离心成型梯度升温制度与约束发泡蒸养触发工艺，在后续骨架成型与填充层致密化时，可以消除再生骨料高孔隙率与旧砂浆附着对界面粘结的干扰，与热活化颗粒的低温熔融触发机制及发泡剂的自生膨胀压力致密化形成界面强化、骨架致密与填充压实三重结构质量保障机制，在保障水泥杆高承载与高耐久的前提下实现固废大比例消纳与产品低碳化目标。