Thehình dạng của vật liệu dạng hạtĐóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng xây dựng, đặc biệt là trong hỗn hợp bê tông và nhựa đường. Các loại cốt liệu được tạo hình tốt có thể nâng cao các tính chất cơ học, khả năng thi công và độ bền của những vật liệu này. Cốt liệu có hình dạng lập phương hoặc tròn, trái ngược với cốt liệu kéo dài hoặc có vảy, thường được ưa chuộng hơn. Cốt liệu kéo dài và có vảy có thể dẫn đến giảm cường độ, khả năng thi công kém và tăng độ rỗng trong sản phẩm cuối cùng. Do đó, cải thiện hình dạng của cốt liệu là một mối quan tâm chính trong ngành sản xuất cốt liệu.
Để đạt được hình dạng tổng hợp tối ưu, một phương pháp hệ thống tích hợp chuyên môn kỹ thuật và tối ưu hóa quy trình là điều cần thiết. Phương pháp này chủ yếu bao gồm các yếu tố chính sau:
Các thuộc tính địa chất của nguyên liệu thô là nền tảng trong việc xác định hình dạng cuối cùng của các loại cốt liệu. Đá núi lửa, chẳng hạn như bazan và granit, được ưa chuộng do độ cứng và tính toàn vẹn cấu trúc vốn có của chúng. Thành phần khoáng vật dày đặc và cấu trúc tinh thể của chúng cho phép chúng vỡ thành các hạt tương đối hình lập phương trong quá trình nghiền. Sự phân mảnh đồng nhất này là kết quả của sự phân bố đồng nhất của các ứng suất bên trong trong các loại đá này, giúp sản xuất ra các loại cốt liệu có kích thước cân đối tốt.
Ngược lại, đá trầm tích như đá vôi gặp những thách thức khác biệt. Được cấu thành từ các lớp trầm tích đã được nén lại theo thời gian, đá vôi dễ bị nứt thành các mảnh phẳng hoặc kéo dài khi chịu áp lực từ các máy nghiền kiểu nén thông thường. Cấu trúc lớp của đá vôi khiến nó vỡ theo các mặt yếu, dẫn đến hình dạng hạt không lý tưởng. Tuy nhiên, khi được xử lý bằng các máy nghiền tác động nằm ngang hoặc dọc, và với điều kiện đá vôi có độ mài mòn thấp, những máy nghiền này có thể tận dụng lực tác động để làm vỡ vật liệu một cách ngẫu nhiên hơn, từ đó sản xuất ra các hạt có hình dạng tốt hơn.
Đá có hàm lượng đất sét hoặc tạp chất cao mang lại những rủi ro đáng kể cho chất lượng cốt liệu. Những tạp chất này làm gián đoạn sự phá vỡ đồng đều của ma trận đá, khiến các hạt bị nứt một cách không đều và hình thành các hình dạng kéo dài hoặc phẳng. Đất sét, chẳng hạn, có thể hoạt động như một chất bôi trơn trong quá trình nghiền, làm thay đổi sự phân bố ứng suất và dẫn đến hình thái hạt không thể đoán trước. Do đó, trước khi sản xuất, việc thực hiện đánh giá địa chất kỹ lưỡng và thử nghiệm vật liệu là rất cần thiết để đảm bảo rằng các nguyên liệu thô được chọn có thể sản xuất ra các cốt liệu có hình dạng tốt.
Máy nghiền hàm là một trong những thiết bị nghiền sơ cấp được sử dụng phổ biến nhất trong ngành sản xuất đá. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc nén, trong đó một hàm di động chuyển động về phía một hàm cố định, nghiền nát vật liệu giữa chúng. Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả này khiến máy nghiền hàm phù hợp với nhiều loại nguyên liệu thô, từ đá mềm đến đá cứng trung bình.
Một trong những lợi thế chính của máy nghiền hàm là tỷ lệ nghiền cao trong giai đoạn nghiền sơ cấp. Chúng có thể giảm hiệu quả các đá lớn thành các mảnh nhỏ hơn, có thể được xử lý thêm trong các giai đoạn nghiền tiếp theo. Tỷ lệ nghiền cao này giúp phân hủy nguyên liệu thô thành kích thước dễ quản lý hơn để đạt được các loại cốt liệu hình dạng tốt hơn trong quá trình xử lý sau.
Tuy nhiên, khi nói đến việc cải thiện trực tiếp hình dạng của các hạt, máy nghiền hàm có một số giới hạn. Hành động nghiền dựa trên áp lực có thể không luôn tạo ra các hạt có hình dạng lập phương hoặc tròn nhất. Thay vào đó, các hạt có thể có hình dạng không đều với các cạnh sắc. Tuy nhiên, máy nghiền hàm đóng vai trò quan trọng trong việc phá vỡ ban đầu các vật liệu, tạo nền tảng cho việc cải thiện hình dạng tiếp theo trong các quá trình nghiền sau.
Máy nghiền côn được đánh giá cao vì khả năng sản xuất các loại cốt liệu có hình dạng hạt xuất sắc, đặc biệt trong các giai đoạn nghiền thứ cấp và thứ ba. Chúng hoạt động bằng cách nén vật liệu giữa một ống liền, quay lệch tâm, và một bát lòng. Những tính năng thiết kế độc đáo của máy nghiền côn góp phần đáng kể vào hiệu quả của chúng trong việc định hình các loại cốt liệu.
Khi cần định hình thêm, đặc biệt là cho các vật liệu khó hơn, một máy nghiền mảnh trục đứng (VSI) có thể được thêm vào dây chuyền sản xuất như một máy bổ sung cho các máy nghiền hình nón. VSI rất hiệu quả trong việc tạo ra hình dạng hạt tuyệt vời và là công cụ lý tưởng để tạo ra cát nhân tạo. Tuy nhiên, nó có một số đánh đổi.
Các tiến bộ trong công nghệ VSI, như các hệ thống phá vỡ hoàn toàn hoặc bán tự động và những cải tiến trong thiết kế rotor cũng như kim loại của các hệ thống thép – trên – thép, đã giúp giảm bớt một số vấn đề này. Ví dụ, khi VSI chuyển từ hệ thống hoàn toàn tự động đá – trên – đá sang hệ thống rotor và chốt thép – trên – thép, hiệu suất năng lượng thường được cải thiện.
Từ góc độ thiết kế quy trình, để tạo ra sản phẩm hình khối, nên vận hành với tỷ lệ giảm thấp nhất có thể. Tỷ lệ giảm cao, đặc biệt là trong giai đoạn nghiền cuối, thường dẫn đến độ khối hình kém hoặc giảm. Một chiến lược "thực tiễn tốt nhất" là chấp nhận tỷ lệ giảm cao hơn trong nghiền thứ cấp để có thể giảm xuống trong nghiền thứ ba. Cách tiếp cận này cho phép kiểm soát tốt hơn việc định hình hạt trong các giai đoạn sau của quy trình.
Vận hành cả máy nghiền thứ cấp và máy nghiền thứ ba theo chu trình khép kín với cài đặt bên đóng rộng hơn và tăng tải quay vòng từ các màn sàng cũng có thể cải thiện hình dạng hạt. Trong hệ thống khép kín, các hạt quá khổ sẽ được trả lại máy nghiền để xử lý tiếp. Quá trình xử lý lặp đi lặp lại này giúp phá vỡ các hạt thành hình dạng đồng nhất hơn. Những máy nghiền hình nón như ZENITH, với trục quay cao và độ ném cao, có thể tạo ra sản phẩm có hình khối rất tốt trong chu trình khép kín. Vận hành các máy nghiền này ở tốc độ lệch tâm thấp nhất có thể chấp nhận được có thể tối đa hóa sản lượng thêm nữa.
Sau quá trình nghiền, sàng lọc có thể được sử dụng để tách các thành phần dựa trên hình dạng của chúng. Thiết bị sàng lọc chuyên dụng có thể được sử dụng để loại bỏ các hạt kéo dài và hình vảy. Chẳng hạn, một thiết bị sàng lọc với các hình dạng và hướng lỗ sàng cụ thể có thể được thiết kế để chỉ cho phép các hạt hình khối hoặc gần giống hình khối đi qua, trong khi loại bỏ các hình dạng không mong muốn. Điều này có thể cải thiện đáng kể chất lượng hình dạng tổng thể của sản phẩm vật liệu.
Phân tích hình ảnh kỹ thuật số là một công cụ mạnh mẽ cho kiểm soát chất lượng trong sản xuất vật liệu. Bằng cách sử dụng camera và phần mềm xử lý hình ảnh, các đặc điểm hình dạng của các loại vật liệu có thể được định lượng. Các thông số như tỷ lệ khía cạnh, hệ số hình dạng, hệ số cấu trúc, độ cầu, độ tròn và độ góc có thể được đo đạc. Thông tin này có thể được sử dụng để điều chỉnh quá trình nghiền theo thời gian thực. Ví dụ, nếu phân tích cho thấy số lượng hạt kéo dài quá mức, các thông số vận hành của máy nghiền có thể được điều chỉnh để khắc phục vấn đề.
Việc lấy mẫu và kiểm tra định kỳ sản phẩm tổng hợp là rất cần thiết. Các bài kiểm tra vật lý, chẳng hạn như bài kiểm tra chỉ số độ vụn và chỉ số độ kéo dài, có thể được thực hiện để đo tỷ lệ của các hình dạng hạt không mong muốn. Các bài kiểm tra sức bền nghiền cũng có thể được thực hiện để đảm bảo rằng các hợp chất hình thành đáp ứng các tiêu chuẩn tính chất cơ học yêu cầu. Bằng việc liên tục theo dõi chất lượng sản phẩm, bất kỳ sự lệch lạc nào so với hình dạng và chất lượng mong muốn có thể được phát hiện và giải quyết nhanh chóng.
Cải thiện hình dạng của vật liệu tổng hợp yêu cầu một cách tiếp cận toàn diện bao gồm việc lựa chọn nguyên liệu thô phù hợp, sử dụng thiết bị nghiền và tạo hình thích hợp, tối ưu hóa quy trình nghiền và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Bằng cách xem xét cẩn thận từng khía cạnh này, các nhà sản xuất vật liệu tổng hợp có thể nâng cao chất lượng sản phẩm của họ, đáp ứng các yêu cầu hiệu suất cao trong các ứng dụng xây dựng hiện đại. Dù là để sử dụng trong bê tông có độ bền cao hay mặt đường asphalt bền lâu, vật liệu tổng hợp có hình dạng tốt là điều thiết yếu để đảm bảo hiệu suất lâu dài và tính toàn vẹn của các dự án xây dựng.
