機(jī)制砂的制備工藝及應(yīng)用分析

高 偉（濟(jì)南鮑德爐料有限公司， 山東 濟(jì)南 250109）

我國砂石年產(chǎn)量已達(dá)到15 億噸，其中砂約6億噸。目前大部分地區(qū)應(yīng)用的砂為天然砂。天然砂資源是短期內(nèi)不可再生的資源，隨著基本建設(shè)的不斷發(fā)展，天然砂也面臨著資源枯竭的危險(xiǎn)，而且天然砂的價(jià)格也節(jié)節(jié)攀升，在這種背景下，人工砂的出現(xiàn)既解決了市場(chǎng)的供求矛盾又有效的減少了天然砂開采，有利于生態(tài)平衡。

1 人工機(jī)制砂的定義

2002 年實(shí)施的《建筑用砂》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14684-2001）條文規(guī)定了人工砂的定義、技術(shù)要求以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。砂按產(chǎn)源可以分為天然砂以及人工砂兩種。天然砂包括河沙、湖砂、山砂及淡化海砂。人工砂為經(jīng)除土處理的機(jī)制砂和混合砂的統(tǒng)稱。機(jī)制砂是指由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖的顆粒?；旌仙笆怯蓹C(jī)制砂和天然砂混合制成的砂。

由于全國機(jī)制砂的生產(chǎn)礦源不同，生產(chǎn)的設(shè)備及工藝不同，生產(chǎn)的機(jī)制砂粒型和級(jí)配會(huì)有很大差別，但是機(jī)制砂的粒型和級(jí)配都是可以調(diào)的，這與天然砂有本質(zhì)的區(qū)別[1]。

2 機(jī)制砂的生產(chǎn)實(shí)例

2.1 生產(chǎn)背景

濟(jì)南鮑德爐料有限公司翟家莊礦區(qū)生產(chǎn)的8mm 以上石灰石主要供應(yīng)濟(jì)鋼總公司及子公司使用，而隨機(jī)產(chǎn)生的0 ～8mm 廢料市場(chǎng)無法消化。在國家產(chǎn)業(yè)、環(huán)保等各項(xiàng)政策的調(diào)整下廢料積存壓力變大。為減少廢料積壓，保證正常生產(chǎn)，滿足對(duì)總公司石灰石的正常供應(yīng)，增加經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)自身發(fā)展，公司利用0 ～8mm 廢料作原料投產(chǎn)建設(shè)了水洗機(jī)制砂生產(chǎn)線。

2.2 原料

生產(chǎn)機(jī)制砂所需的原料全部來自礦區(qū)生產(chǎn)的0 ～8mm 廢料。經(jīng)皮帶機(jī)將石粉料倉的石粉輸送VI7000 型立式?jīng)_擊破碎機(jī)進(jìn)行破碎整形，該破碎機(jī)破碎的物料粒形優(yōu)異，呈立方體，針片狀含量極低，適宜于骨料整形及人工制砂生產(chǎn)。

2.3 工藝流程

經(jīng)立式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎出的半成品經(jīng)皮帶輸送到2YK2160 圓振動(dòng)篩進(jìn)行篩分。粒度＞4.75mm 的石灰石經(jīng)返回皮帶再次輸送至立式?jīng)_擊破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎形成閉路循環(huán)系統(tǒng)，并將該返回皮帶尾部加長，在其上部安裝原料倉，以便兩生產(chǎn)線不能同時(shí)作業(yè)時(shí)，用汽車倒料卸至原礦倉進(jìn)行水洗砂生產(chǎn)。粒度〈4.75mm 的石粉直接進(jìn)入XS3200 型輪斗式洗砂機(jī)，經(jīng)過清洗后的水洗砂由皮帶機(jī)送入脫水篩進(jìn)行水沖脫水，以便將附著在砂上的泥水沖掉，經(jīng)過水沖后的機(jī)制砂由皮帶機(jī)送至成品堆或成品庫。

表1 水洗砂檢測(cè)報(bào)告

2.4 生產(chǎn)線主要設(shè)備的選擇

（1）由于洗砂機(jī)易造成部分細(xì)砂流失，不但損失產(chǎn)量，而且還影響砂的顆粒級(jí)配，造成級(jí)配不合理，細(xì)度模數(shù)偏大，增加排泥量，因此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮增加SS-10-350型細(xì)砂回收系統(tǒng)，最大限度的回收排放料中的細(xì)顆粒物料。

（2）因原料含土量較大，在立式?jīng)_擊破碎機(jī)處使用水霧降塵易在破碎腔形成泥團(tuán)，即影響破碎效率，又影響后續(xù)的篩分等工藝，故采用干式破碎。破碎產(chǎn)生的粉塵較大，安裝一套除塵設(shè)備。除塵設(shè)備采用袋式脈沖除塵器，可以有效地控制粉塵外逸，減少其對(duì)操作環(huán)境的影響，保證環(huán)境衛(wèi)生。其余部位揚(yáng)塵均可采用噴水降塵。

（3）由于0 ～8mm 原料含土量較大，為節(jié)約用水，使水資源得到最大限度的循環(huán)再利用，生產(chǎn)過程中考慮六級(jí)沉淀，最大限度的降低新水耗量，使水資源的重復(fù)利用率達(dá)到95%以上。

3 機(jī)制砂的性能檢測(cè)

對(duì)生產(chǎn)線成品送山東省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行了質(zhì)量認(rèn)定，結(jié)果如表1 所示。

表2 河沙、其他地區(qū)機(jī)制砂部分物理性能指標(biāo)[4]

從表1、表2 對(duì)比可以看出，該生產(chǎn)線所生產(chǎn)的水洗機(jī)制砂較河沙、其他地區(qū)機(jī)制砂相比石粉含量低，表面能和親水性較好；有完整的級(jí)配，尤其具備各種微級(jí)配；顆粒級(jí)配穩(wěn)定、可調(diào)整；粒形可改善；細(xì)度模數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)。

4 機(jī)制砂應(yīng)用分析

4.1 機(jī)制砂混凝土的特性[2，4]

4.1.1 硬化前性能

機(jī)制砂硬化前性能主要包括稠度、和易性、可塑性、可加工性，這些性能互相聯(lián)系，從不同角度描述新拌混凝土特性。其中，混凝土和易性是非常重要的特性，它不僅表示混凝土澆灌成型的難易程度，也表示混凝土抵抗材料分層離析的能力。和易性具體表現(xiàn)為坍落度。

在水灰比相同的情況下，機(jī)制砂混凝土的坍落度要小于河沙混凝土，這主要是因?yàn)闄C(jī)制砂本身具有裂隙、空隙及孔洞，其中一部分為礦物顆粒集合體，這樣就增大了砂的比表面積，吸附大量的水，導(dǎo)致坍落度減小。相同條件下，配制坍落度相同的混凝土，機(jī)制砂比天然河沙需水量要增加5～10kg/m3。

機(jī)制砂混凝土的和易性還與砂的級(jí)配以及細(xì)度模數(shù)有關(guān)。若細(xì)度模數(shù)太大，級(jí)配不合理，可以摻加粉煤灰來彌補(bǔ)；若細(xì)度模數(shù)偏小，則細(xì)粉偏多，需水量增加，混凝土強(qiáng)度降低，水泥用量增加。

4.1.2 力學(xué)特性

混凝土力學(xué)特性主要包括抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度以及彈性模量等性能。國內(nèi)外許多文獻(xiàn)都有相應(yīng)方面的試驗(yàn)資料，特別是關(guān)于抗壓強(qiáng)度和彈性模量這兩個(gè)重要指標(biāo)的試驗(yàn)。

由于機(jī)制砂采用硬質(zhì)巖石破碎，機(jī)制砂比天然砂的抗壓強(qiáng)度更高。所以機(jī)制砂混凝土一般比天然砂混凝土的力學(xué)性能指標(biāo)更好。當(dāng)然，混凝土的強(qiáng)度、彈性模量與砂的強(qiáng)度有關(guān)外，機(jī)制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的砂率等也是影響的關(guān)鍵因素。石粉含量越高，混凝土強(qiáng)度越低。機(jī)制砂砂率小于40%時(shí)，拌合物過于粘稠，砂率增大時(shí)，工作性能得到改善，砂率在42%～46%時(shí)，強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。砂率超過50%時(shí)，強(qiáng)度以及靜力彈性模量都顯著降低。

4.2 機(jī)制砂應(yīng)用中的幾個(gè)問題

4.2.1 正確認(rèn)識(shí)石粉含量[4，5]

混凝土中大量用水的原因源于石粉，認(rèn)為石粉是有害成分，這種認(rèn)識(shí)是片面的。資料表明石粉在水泥水化過程中起到一定的晶核作用，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，從而加速水泥的水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，提高水泥水化產(chǎn)物的結(jié)晶化程度，進(jìn)而提高混凝土的致密性，混凝土性能得到改善。

國際中對(duì)石粉含量嚴(yán)格控制在3%、5%、7%，比天然砂放寬2%，實(shí)際生產(chǎn)中石粉含量還可以進(jìn)一步放寬限制。很多研究表明，用石灰石制成的機(jī)制砂，按不同的石粉含量配制等水灰比的混凝土，配制低標(biāo)號(hào)的混凝土石粉含量可以放寬，并且能夠得到工作性能好、綜合性能高的混凝土。

4.2.2 機(jī)制砂的質(zhì)量控制[3]

機(jī)制砂在混凝土建設(shè)應(yīng)用中代替天然砂，其性能優(yōu)越性明顯。生產(chǎn)原料以及工藝方式?jīng)Q定著機(jī)制砂的質(zhì)量，一般情況下原料比較穩(wěn)定，所以機(jī)制砂的質(zhì)量很大程度上取決于機(jī)械設(shè)備。新建機(jī)制砂生產(chǎn)線，可以選用最近幾年最先研制的高科技、高效破碎機(jī)械（如立式?jīng)_擊破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、高效負(fù)支撐鄂式破碎機(jī)等），配以提砂機(jī)（如X 系列高效提砂機(jī)）走投資少、見效快的技術(shù)提升路線。當(dāng)然機(jī)制砂的質(zhì)量還受多種因素制約，2002 年實(shí)施的用砂標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了顆粒級(jí)配、石粉含量、泥塊含量、堅(jiān)固性檢驗(yàn)為出廠以及施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)試的的必檢項(xiàng)目。所以必須考慮生產(chǎn)中的多種因素，才能生產(chǎn)出質(zhì)量合格的機(jī)制砂。

4.2.3 加強(qiáng)機(jī)制砂相關(guān)科學(xué)研究

研究機(jī)制砂的性能是機(jī)制砂應(yīng)用的基礎(chǔ)。系統(tǒng)研究機(jī)制砂在混凝土中的影響以及指導(dǎo)人們?nèi)绾稳?yīng)用機(jī)制砂的特性是應(yīng)該有相關(guān)科學(xué)支撐的。政府部門應(yīng)該在科研立項(xiàng)以及專門機(jī)構(gòu)的設(shè)立上，增加政策支持。大力倡導(dǎo)企業(yè)積極進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，改變工程技術(shù)人員對(duì)機(jī)制砂理解的誤區(qū)，向技術(shù)要效益。

4.2.4 加強(qiáng)機(jī)制砂混凝土在工程上的應(yīng)用監(jiān)管

相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)在地區(qū)的重點(diǎn)工程，包括公路、橋梁、水電工程上推廣使用高性能機(jī)制砂混凝土，并加強(qiáng)項(xiàng)目的技術(shù)監(jiān)管和指導(dǎo)，為混凝土行業(yè)起到很好的典范作用，并全面提升機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用水平。

5 結(jié) 語

機(jī)制砂作為一種重要的建筑資源越來越得到人們的廣泛應(yīng)用，但是機(jī)制砂的推廣與應(yīng)用必須以質(zhì)量保障為前提，才能保證建筑物的質(zhì)量。發(fā)展機(jī)制砂的同時(shí)，也應(yīng)注意廢棄混凝土及其他建筑廢料的應(yīng)用科學(xué)，這樣才能生產(chǎn)出綜合性能更好的機(jī)制砂，走長遠(yuǎn)發(fā)展的道路。

[1]蔡路，陳太林．人工砂的研究與應(yīng)用〔J〕．上海建材，2005，（3）：24-25．

[2]龐林太．機(jī)制砂混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用〔J〕．鐵路工程造價(jià)管理，2007，22（4）：28-31．

[3]朱俊利，等．機(jī)制砂生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展〔J〕．礦冶，2001，10（4）：38-42．

[4]蔣正武，等．機(jī)制砂特性及其在混凝土中應(yīng)用的相關(guān)問題研究〔J〕．新型建筑材料，2010（11）：1-4．

[5]趙長軍，等．石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土性能影響試驗(yàn)研究〔J〕．低溫建筑技術(shù)，2009（4）：15-16．