本發(fā)明涉及固廢資源化利用與智能制造交叉領域，具體來說涉及一種面向河湖疏浚淤泥、地鐵盾構泥漿、建筑樁基泥漿等多源復雜泥漿的固化劑配料系統及方法。
背景技術：
1、隨著城市化進程的加快，河道疏浚、地鐵盾構掘進及建筑樁基施工等工程活動產生了大量工程泥漿。此類泥漿通常具有“三高一低”的工程特征，即高含水率、高粘粒含量、高有機質含量以及低承載力，且來源復雜、性質波動顯著。例如，河湖底泥常含腐殖酸等有機組分，會顯著抑制水泥水化；盾構泥漿受地層變化影響，含砂量與粘粒比例波動大；建筑樁基泥漿黏性強、觸變性明顯，含水率往往超過液限。現有泥漿固化多采用水泥等膠凝材料的固定配方或少量經驗調整。由于進場泥漿性質隨時間與工況實時波動，固定配方難以匹配當前泥漿特性，易導致固化劑摻量不足造成強度不達標、返工甚至棄置，或為保證達標而過量投加造成成本激增、碳排放與高堿性浸出風險增加。同時，傳統攪拌設備缺乏對物料狀態(tài)的實時感知，無法量化判斷泥漿由流態(tài)向可成型狀態(tài)的轉變與固化反應的進行程度。因此，亟須一種能夠在線識別泥漿特性、自動反演生成最優(yōu)配方并基于攪拌狀態(tài)實現閉環(huán)修正的智能配料系統與方法，以實現泥漿資源化利用的穩(wěn)定與低碳。
技術實現思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供基于多源泥漿指紋圖譜的固化劑配料系統及方法，用以解決現有泥漿固化處置中“性質難感知、配方難匹配、過程難控制”的問題，尤其針對超高含水率、高有機質、高粘粒等極端泥漿，提出一種能夠實現“一泥一策”自動配料、兩級分序固化及扭矩反饋閉環(huán)控制的成套系統與方法。
2、為了實現上述目的，設計基于多源泥漿指紋圖譜的固化劑配料系統，包括：泥漿特征識別單元，設置于進泥管道的檢測段，內部集成近紅外光譜探頭和預處理組件，用于提取泥漿的特征向量，構成泥漿的唯一指紋圖譜，形成固化劑配料系統中的輸入變量；決策控制單元，與所述泥漿特征識別單元信號連接，內置多源泥漿指紋數據庫與配方反演模型，所述多源泥漿指紋數據庫存儲不同來源泥漿的指紋特征、歷史最優(yōu)配方與目標性能指標，所述配方反演模型用于根據泥漿的唯一指紋圖譜匹配多源泥漿指紋數據庫生成針對當前泥漿的固化配方；計量配料單元，與所述決策控制單元連接，用于按照所述固化配方分為物理造粒和化學固化兩個階段投加固化材料；反饋式攪拌單元，包括攪拌裝置與扭矩傳感器，所述扭矩傳感器用于實時監(jiān)測攪拌裝置中攪拌軸的扭矩及扭矩變化率；所述決策控制單元還配置為，執(zhí)行比較所述扭矩及扭矩變化率與預設目標扭矩區(qū)間及評價時間窗，根據比較結果控制追加固化材料并調整攪拌時間。
3、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述近紅外光譜探頭用于對流經所述檢測段的泥漿進行紅外光譜中900nm至2500nm波段的掃描以獲取泥漿的原始光譜數據；所述預處理組件與所述近紅外光譜探頭信號連接，用于對所述原始光譜數據進行預處理以提取特征向量，并基于所述特征向量解析泥漿的多個性質參數；所述多個性質參數包括絕對含水率、有機質含量以及顆粒組分參數。
4、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述泥漿特征識別單元還包括：水分指紋解析組件，配置為通過識別泥漿的紅外光譜中水分分子在1450nm與1940nm波長處的氫氧鍵倍頻吸收峰，并結合偏最小二乘法回歸模型或神經網絡回歸模型，計算泥漿的絕對含水率；有機質指紋解析組件，配置為通過提取泥漿的紅外光譜中1600nm至1800nm波段的特征吸收信息，計算泥漿中有機質含量；顆粒組分指紋解析組件，配置為通過分析泥漿的紅外光譜中光譜散射特性與基線漂移，反演泥漿中顆粒組分參數，所述顆粒組分參數包括粘粒含量和/或陽離子交換容量。
5、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述決策控制單元的配方反演模型采用深度神經網絡，通過監(jiān)督學習建立“泥漿指紋—固化劑配方—固化土性能”之間的非線性映射，輸出高吸水性樹脂摻量s_sap、復合膠凝材料總摻量s_b及氧化鎂－粒化高爐礦渣粉質量比r_mg，所述固化配方包括高吸水性樹脂摻量、氧化鎂與粒化高爐礦渣粉的配比以及膠凝材料總摻量。
6、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述配方反演模型具體包括如下配置：高吸水性樹脂摻量s_sap的自適應計算：依據當前泥漿的含水率w與粘粒含量，計算使泥漿由流態(tài)轉變?yōu)樗軕B(tài)或顆粒態(tài)所需的最小吸水閾值；當含水率w高于液限或目標含水率w_target時，輸出高吸水性樹脂投加指令，其中高吸水性樹脂摻量s_sap的計算邏輯表達為：s_sap?=α×(w-w_target)+β，α與β為與土質相關的系數；氧化鎂-粒化高爐礦渣粉膠凝體系動態(tài)配比：當系統識別有機質含量高于閾值時，提高投入的氧化鎂在氧化鎂-粒化高爐礦渣粉質量比r_mg中的占比，利用氧化鎂水化生成氫氧化鎂提供持續(xù)堿性并中和有機酸干擾，保障粒化高爐礦渣粉解聚與水化硅酸鈣凝膠及水化鋁硅酸鈣凝膠的凝膠生成。
7、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述計量配料單元包括高吸水性樹脂料倉、氧化鎂料倉與粒化高爐礦渣粉料倉，以及變頻螺旋輸送計量泵和噴射閥門，且所述計量配料單元采用兩級分序配料工藝，包括：第一階段物理造粒，向流態(tài)泥漿中投加高吸水性樹脂，使泥漿由流態(tài)轉化為松散顆粒狀或塑態(tài)的混合料；第二階段化學固化，在所述混合料具備可攪拌骨架后，向所述混合料中投加氧化鎂和粒化高爐礦渣粉；粒化高爐礦渣粉在堿性環(huán)境中激發(fā)生成水化硅酸鈣凝膠及水化鋁硅酸鈣凝膠提供膠結；氧化鎂水化生成的氫氧化鎂一方面維持堿度、抵抗有機質緩沖，另一方面產生微膨脹補償收縮并促進孔隙填充；殘留高吸水性樹脂作為“內養(yǎng)護”載體在后期緩釋水分，促進水化繼續(xù)進行并改善水穩(wěn)定性。
8、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述反饋式攪拌單元配置為：通過扭矩傳感器實時獲取攪拌軸的扭矩t及扭矩變化率dt/dt；預設目標扭矩區(qū)間[t_min，t_max]、評價時間窗δt、扭矩變化率閾值、階段攪拌設定時間及扭矩穩(wěn)定持續(xù)時間閾值，其中t_min為最小扭矩設定值，t_max為最大扭矩設定值；當攪拌時間達到所述階段攪拌設定時間后，若扭矩t小于最小扭矩設定值t_min，或在評價時間窗δt內扭矩變化率dt/dt低于所述扭矩變化率閾值，則判定造粒或固化不足，觸發(fā)追加高吸水性樹脂和/或膠凝材料，并延長攪拌時間；當扭矩t穩(wěn)定在目標扭矩區(qū)間[t_min,?t_max]內且持續(xù)時間達到所述扭矩穩(wěn)定持續(xù)時間閾值時，判定合格并出料。
9、本發(fā)明還提供一種基于多源泥漿指紋圖譜的固化劑配料方法，包括以下步驟：s1通過集成于進泥管道檢測段的近紅外光譜探頭結合預處理組件提取泥漿的特征向量，構成泥漿的唯一指紋圖譜；s2基于所述泥漿的唯一指紋圖譜，利用內置的多源泥漿指紋數據庫與配方反演模型生成針對當前泥漿的固化配方，所述多源泥漿指紋數據庫存儲不同來源泥漿的指紋特征、歷史最優(yōu)配方與目標性能指標；s3按照所述固化配方分物理造粒和化學固化兩個階段投加固化材料；s4通過扭矩傳感器實時監(jiān)測攪拌過程中攪拌軸的扭矩及扭矩變化率；s5比較所述扭矩及扭矩變化率與預設目標扭矩區(qū)間及評價時間窗，根據比較結果控制追加固化材料并調整攪拌時間。
10、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述近紅外光譜探頭對流經所述檢測段的泥漿進行紅外光譜中900nm至2500nm波段的掃描以獲取泥漿的原始光譜數據；所述預處理組件對所述原始光譜數據進行預處理以提取特征向量，并基于所述特征向量解析泥漿的多個性質參數；所述多個性質參數包括絕對含水率、有機質含量以及顆粒組分參數。
11、優(yōu)選地，本發(fā)明還包括如下技術方案：所述比較扭矩及扭矩變化率與預設目標扭矩區(qū)間的步驟包括：預設目標扭矩區(qū)間[t_min，t_max]、評價時間窗δt、扭矩變化率閾值、階段攪拌設定時間及扭矩穩(wěn)定持續(xù)時間閾值，其中t_min為最小扭矩設定值，t_max為最大扭矩設定值；當攪拌時間達到所述階段攪拌設定時間后，若扭矩t小于最小扭矩設定值t_min，或在評價時間窗δt內扭矩變化率dt/dt低于所述扭矩變化率閾值，則判定造粒或固化不足，觸發(fā)追加高吸水性樹脂和/或膠凝材料，并延長攪拌時間；當扭矩t穩(wěn)定在目標扭矩區(qū)間[t_min,?t_max]內且持續(xù)時間達到所述扭矩穩(wěn)定持續(xù)時間閾值時，判定合格并出料。
12、本發(fā)明同現有技術相比，其優(yōu)點在于：
13、與現有技術相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：（1）在線識別與精準配方：通過近紅外光譜構建泥漿指紋圖譜，實現含水率、有機質與粘粒含量的快速非接觸檢測，并通過數據庫與神經網絡模型實現配方的毫秒級反演計算，擺脫經驗配料。（2）兩級分序固化與適應極端泥漿：先以sap快速吸收自由水實現“物理造粒”，使流態(tài)泥漿轉變?yōu)榭沙尚偷乃軕B(tài)/顆粒態(tài)，再進行mgo-ggbs“化學固化”，顯著提升超高含水率泥漿的混合均勻性與固化效率。（3）雙閉環(huán)過程控制：以扭矩反饋表征物料狀態(tài)，實現“模型計算—物理反饋”的閉環(huán)修正，可應對進泥性質波動，提升成品性能穩(wěn)定性，避免固化劑過量投加。（4）低碳與環(huán)境友好：采用mgo協同礦渣固廢替代部分水泥，可顯著降低碳排放與堿性浸出風險；固化產物水穩(wěn)定性高、適于道路路基填料與回填材料資源化利用。