智能+路橋工程混凝土調整實用技術
智能+路橋工程混凝土調整實用技術
主編：倪曉燕、王耀文、胡紫日
牛旺龍 公眾號編輯
第3章機制砂制備技術及在橋梁工程中的應用研究
3.2機制砂制備技術
3.2.1技術方案
機制砂制備過程大致可以分為：礦山開采除雜（土）處理 破碎（粗碎、中碎、 細碎）——篩分——收塵（控制石粉）。
為減少機制砂生產過程中的泥粉含量，將裝載機上料斗改裝為漏空長條網格形，長條寬度應為20?30mm,以裝載機斗寬2.5m為例，上料前通過左右搖晃鏟料斗，可有效阻隔、過濾泥土、泥塊和較濕的粉碎渣混入，從問題根源入手，建立第 一道技術防線以降低機制砂含泥量。為不影響裝載機正常使用功能，設置一塊與料斗底部 尺寸相同的5mm耐磨鋼板。
根據料原地環境條件、水文氣候狀況、母巖來源、巖性抗壓強度、開挖山體夾泥等狀況的不同，選擇不同的配套設備組合方案加工生產。
方案1：鄂破一反擊破一震動篩一各種粗細骨料；
方案2：鄂破一立軸破一震動篩一各種粗細骨料；
方案3：鄂破一圓錐破一震動篩一各種粗細骨料；
方案4：鄂破一離心沖擊破一震動篩一各種粗細骨料。
以上四種方案為傳統的機制砂制備工藝，震動篩通常安裝角度為30-45°,篩片的孔徑尺寸通常采用30mm、19mm、9mm、5mm四種孔徑規格，整片篩的尺寸為1.5m*6m，每種規格篩片由1.5m*2m三片相同篩孔的篩片組成，加工生產5~10mm、10~20mm、16~31.5（20~30）mm三種常用碎石和最大粒徑5mm的機制砂。采用該工藝生產所得機制砂因喂料粒級梯度范圍較寬，細度模數、石粉含量波動較大，而且沒有解決機制砂二頭 粗，中間細的現實問題，工藝需要改進。
改進措施：采用3.5mm、4.5mm、5.5mm多孔徑篩網組合的底層篩片，從上至下安裝替代5mm單孔徑篩片解決機制砂細度模數偏大，1.18mm和2.36mm篩片上篩余量偏多的問題，如圖3-4所示。另外，分別采用KX型高效渦流離心式選粉機和螺旋洗砂機對干濕法生產的機制砂石粉含量進行改善，新工藝所生產的機制砂質量均符合C50以下強度等級混凝土用細骨料要求。但該方法因喂料梯度范圍較寬，生產的機制砂質量在合格范圍 內變化較大。混凝土業內有句話不怕材料差，就怕材料批批變化大，因批次進場的機制 砂質量在合格范圍內變化波動較大，不利于混凝土勻質性指標控制和工作性指標的穩 定。因此，本項目將該砂限定于C40及以下強度等級混凝土使用。
為確保高標號混凝土用機制砂級配、石粉含量相對穩定，亞甲藍MB值得到有效控 制，采用5-10mm碎石、10~20mm碎石、20~30mm碎石的任意一種作為加工高品質機制 砂的原料，選用干法和濕法兩種不同的工藝方法制備機制砂。
以一種機制砂為研究對象，通過上述幾種破碎方式得到成品機制砂，測試它們的顆粒級配，繪制級配曲線，如圖3-5所示，從圖中可以看出這四種破碎方式制成的機制砂均能夠符合規范要求。
3.2.2制砂工藝
1、干法制砂工藝
干法制砂工藝為目前最主要的機制砂制備工藝。干法制砂工藝是指在機制砂的生產過程中采用收塵裝置而非水洗除粉的方式來控制機制砂中的石粉含量。干法制砂工藝的 除粉設備主要有干法分級機和選粉機兩種。在本項目采用帶選粉設備的干法工藝，即在 制備機制砂時增設KX型高效渦流離心式選粉機，將多余的過細石粉從機制砂中分離出來，以備摻配使用。
（1）干法制砂設備的選用
1）錘破設備為型號為1014臥軸錘式破碎機，本項目采用22個錘頭，錘頭采用錳 鋼加工而成，采用普通鋼材加工的8mm篩板，出料粒度為5mm以下機制砂。
2）篩分設備為震動砂石篩，根據用量可選不同規格型號產品，本項目采用Φ1.5m×7m規格的震動砂石篩，安裝角度37°，從上至下分別為3.5mm、4.5mm、5.5mm孔徑的篩片，3段長度均為2m。采用此方法可有效篩除2.36mm以上的石屑。
3）本項目所用選粉機為KX高效渦流離心式選粉機，通過高速離心震蕩吸塵設備可以將石粉與機制砂徹底分開。
（2）干法制砂工藝特點
1）礦山的選擇不必考慮水源和地域環境的限制，能耗低、環境負荷小、可就地取材生產，也可采用干燥隧道內洞渣原料，適合我國北方寒冷、干旱、水資源嚴重缺乏、礦石 原料中夾土料能通過篩分剔除干凈的地區，可代替水洗法，既節約用水又減少污染，在建 材行業中應用廣泛。
2）級配易于控制：解決了兩頭機制砂二頭粗的問題，干法制砂通過多孔徑篩片組合有效改善了1.18mm、2.36mm篩片上篩余量偏大的問題；選粉機進行選粉，將小于75pm的石粉顆粒分離出來，通過在拌合站配料斗進行摻配使用，摻配后各種顆粒級配均勻，級配曲線良好，對改善混凝土工作性能及泵送性能非常有利。
3）干法制砂工藝方法，整體生產成本相對較低，質量可控，制備的機制砂性能穩定，對于機制砂的推廣應用奠定了一定的研究基礎。
（3）干法制砂工藝的防離析措施
本項目創新性地采用30mm螺旋鋼管自制新型機制砂成品防離析裝置，如圖3-6、3-7所示。料斗1的進料口和制砂機的出料口連接，料斗1的出料口與串筒2的進料口連接；所述串筒2的出料口置于地面的上方；串筒2的側壁上沿其軸向方向間隔布置有若干個側 部出料口 3。通過在制砂機下料口處增設料斗和串筒的方式，并將串筒的出料口置于距離 地面＜2m的位置處，降低機制砂的下落高度，進而減少了因高度過大造成機制砂離析的情況發生，利用在串筒的側壁上間隔開設(間隔距離為1m)的側部出料口，解決了機制砂成品下落后小顆粒中間堆集，大顆粒散落兩邊，造成機制砂離析級配差的問題，使得機制砂級 配質量得到了明顯提高，生產出的機制砂能夠滿足現場各類混凝土型號的使用；本項目設 計使用的防離析裝置結構簡單、易于實現。此外，機制砂成品應合理存放。
2、濕法制砂工藝
在機制砂制備過程中采用水洗方式除去石粉或泥粉的方式稱之為濕法制砂工藝。
（1）濕法制砂設備的選用
1）臥軸錘式破碎機與滾筒砂石篩。
2）篩分設備為滾筒砂石轉篩，根據用量可選不同規格型號產品，本項目采用小2.5m* 9m規格的滾筒砂石轉篩，安裝角度37°，從上至下分別為3.5mm、 4.5mm、5.5mm孔徑的篩片，3段長度均為3m。采用此方法可有效篩除1.18mm以上的石屑。
3）本項目所用洗砂機為XS1500螺旋洗砂機，螺旋直徑750mm，長度9m,也可 采用輪式洗砂機。特點是通過調節水量有效控制石粉含量，配套使用細砂回收機可將水 洗過程中散失的0.15mm、0.3mm顆粒有效回收利用，通過該工藝可將機制砂細度模數控 制在2.8~3.3之間，石粉含量控制在1~7%之間，MB值控制在1.2以下，制備出品質優良 的機制砂。
（2）濕法制砂工藝特點
1）濕法制砂必須考慮水源因素，一般在北方寒冷的冬季無法生產，主要適用于我國南方、水資源豐富、隧道富水段落棄渣利用、含泥量超標的機制砂，包括嚴格要求無粉塵 產生的情況，在水利水電行業中應用廣泛。
2）濕法制砂在洗砂過程中，石粉及部分超細砂會被一起洗掉，雖然產品潔凈度較高，但由于成品砂中石粉和超細砂較少，采用細砂回收設備可有效避免細粉散失問題。
3）濕法制砂的泥砂處理系統在滿足環保要求的情況下，必須建設相配套的大沉淀池或者最好配套螺旋洗砂機、旋流器、濃縮機、壓濾機等設備，但整體生產成本相對較高。
（3）干濕法制砂新技術的優勢
1）采用干法制砂時，可通過調劑風機送風量和風壓，靈活調整機制砂石粉含量，石粉含量可控制在7%以內。可將石粉徹底分離提取，按摻配比例進行精確摻量調整使用。
2）干法制砂時，采用定制多孔徑組合震動篩(復合砂石滾筒篩)，可以有效改善機 制砂顆粒集配狀況，使1.18mm以上石屑偏多的問題得到實質性的解決。實際使用過程中，應按照設備實際選粉效果和功效合理選擇，并根據機制砂中工藝要求，確定控制性參數和 工況，生產的機制砂細度模數控制在2.8~3.3之間。
3）濕法制砂時，輪式洗砂機和螺旋式洗砂機均可采用，通過調整用水流量、洗砂機傾角和轉速來調控細砂和石粉含量，避免造成級配不符合要求，使得機制砂細度模數相對 于傳統濕法制砂較易控制。此外，借助對滾筒篩篩片的調節，即用不同孔徑的篩網及不同 面積的網片混合安裝，可克服機制砂1.18mm和2.36mm兩檔篩上石屑偏多的缺陷。經多次篩分調試石粉的含量，固定篩網尺寸及面積，確保生產出合格的機制砂，石粉含量可精 確控制在7%以下。
4）以5~10mm碎石、10~20mm碎石、20~30mm碎石的任意一種作為加工高品質機制砂的原料，可以有效控制MB值，且使機制砂集配良好、穩定，質量在合格范圍內波動和變化較小，混凝土勻質性指標得到根本性控制。
（4）機制砂制備過程中的控制要點
1）對于干法機制砂，抽樣方法不科學，常常會出現樣品離散性很大的情況，可采用在皮帶上停機截取一個斷面進行取樣，再用四分法取樣檢測。
2）在料源地重點控制機制砂的顆粒級配、吸水率、石粉含量、細度模數等指標，加強科學管控。
3）對于干法制砂，當出料口至地面不足3m時可自由傾落，大于3m時應在成品下料口處設置防離析漏斗。
（5）不同巖性機制砂與天然河砂特性的對比
以天然砂(RS)特性測試結果為參照，選取4種不同巖性(花崗巖、變質砂巖、石灰 巖、玄武巖)母材制備機制砂，分別記為MSA/MSB/MSC/MSD，檢測了它們的7項技術指 標(粒形、顆粒級配、石粉含量、MB值、密度、空隙率、壓碎指標)進行評估。7項指標 的檢測結果如表3-5所示，。
表3-5天然砂與機制砂的主要性能指標
類型
各粒級(mm)篩余累計/%
細度模數
石粉含量
（%）
MB（g/kg）
表觀密度
（kg/m3）
堆積密度
（kg/m3）
空隙率
（%）
壓碎值
（%）
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
篩底
RS
0
12.6
27.9
50.0
76.2
92.1
99.8
2.62
0.2
—
2626
1660
40.2
9.42
MSA
5.2
20.1
46.0
67.5
88.1
91.2
99.4
3.02
3.6
1.1
2720
1650
39.5
16.0
MSB
6.0
21.5
40.5
69.0
86.0
94.0
99.6
2.99
2.6
1.1
2694
1648
38.8
16.0
MSC
3.4
15.1
39.8
60.9
81.8
96.0
99.2
2.86
3.2
1.2
2686
1649
38.6
16.0
MSD
3.3
13.2
41.5
61.4
81.3
94.4
99.6
2.84
2.8
0.6
2754
1659
38.6
16.0
本項目生產機制砂的設備簡單，工藝掌握較容易，細度模數可精準控制在2.8~3.3之間，級配曲線接近于中值，完全克服了傳統工藝生產的機制砂斷檔級配的弊端；濕法機制 砂石粉含量可精確控制在1%~6%之間、干法機制砂可以實現機制砂石粉含量精確控制等優 點。本工藝生產的機制砂級配良好、品質優良、質量穩定。
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