人工砂石加工技術研究與應用

李元東

(貴州中建建筑科研設計院有限公司，貴州 貴陽 550006)

人工砂石加工技術研究與應用

李元東

(貴州中建建筑科研設計院有限公司，貴州 貴陽 550006)

摘要：以干式人工砂石加工技術、濕式人工砂石加工技術和綠色環(huán)保高效的半干式人工砂石加工技術作為研究切入點，分析了破碎、制砂的加工工藝和設備，并以國內某水電站的建筑工程為例分析了半干式人工砂石加工技術的應用。應用結果表明，在工程建筑過程中應用半干式人工砂石加工技術，可以充分發(fā)揮以破代磨的應用思路，提高了成砂率和工藝的可靠性。

關鍵詞：人工砂石；加工技術；應用

我國已開展半個多世紀的人工砂石加工技術研究工作，經過業(yè)內人士的不斷探索，先后研制出3代人工砂石加工技術，從最初的加工質量不穩(wěn)定的干式人工砂石加工到濕式人工砂石加工，實現(xiàn)了加工質量的優(yōu)化提升，并在這2種加工技術的基礎上，又研發(fā)出了半干式人工砂石加工技術。這一加工技術在優(yōu)化質量的基礎上，實現(xiàn)了節(jié)能低碳環(huán)保。本文以人工砂石加工技術的發(fā)展歷程入手，對每種人工砂石加工技術進行分析。

1人工砂石加工技術的發(fā)展及研究

1.1人工砂石加工技術的發(fā)展

建國早期的建筑砂石主要為大型江河以及古河床探底。在20世紀中期，我國大興土木，需要大量砂石，而砂石主要為這些天然石料，由于當時沒有先進的破碎加工技術，所以主要通過篩分的方式選用石料，或采用來自前蘇聯(lián)的加工技術與加工設備。然而我國很多地區(qū)不具有能夠形成優(yōu)質天然砂石的河床灘地，使得很多地區(qū)的建筑工程無法采用天然型砂石[1]。因當時技術條件限制，主要是采用人工的形式制備混凝土粗骨料，即以鐵錘砸碎如石灰石、白云巖等強風化層類巖石。

1.2人工砂石加工技術研究

1.2.1 干式人工砂石加工技術

干式人工砂石加工技術是我國第1代人工砂石加工技術，其引領了人工砂石加工領域近20年的時間。該技術生產能力為80 t/h，工藝為二級破碎：一級粗破碎設備采用顎式破碎機(400 mm×600 mm)，二級破碎設備采用錘磨機(400 mm×600 mm)。干式人工砂石加工工藝流程圖如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)干式人工砂石加工工藝流程圖

在20世紀60年代末，又研發(fā)了三級破碎，生產能力為80 t/h。該技術雖然能夠使石粉含量得到有效提升，但很多指標都不穩(wěn)定，無法滿足當前的標準要求，如骨料裹粉、<0.08 mm的粉泥難以分離等，都會使混凝土質量降低，并造成粉塵污染；因此，需采取措施進行進一步改良[2]。

1.2.2濕式人工砂石加工技術

1980年左右，由我國水電九局首先采用了濕式人工砂石加工技術，并于貴州東風水電站構建了生產能力為450 t/h的濕式人工砂石加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一級粗碎設備采用旋回破碎機，二級中碎設備采用反擊破碎機，通過細圓錐加棒磨機進行制砂。采用該技術進行加工，具有較長的脫水期，對砂的產量有一定影響，且需構建較大的倉庫；同時因砂石粉的流失量過大，造成石粉含量小，回收難，其生產廢水還會在一定程度污染環(huán)境[3]。針對上述問題，我國于1993年引入了美國NORDBERG制造的旋盤破碎機，代替以往的棒磨機進行主要的制砂工作。通過這一技術改造，改善了以往棒磨機產量低、消耗大和污染大等問題；但在節(jié)能環(huán)保等方面仍有進一步完善的空間。

1.2.3半干式人工砂石加工技術

近年來，我國在總結傳統(tǒng)干式及濕式人工砂石加工技術優(yōu)缺點的基礎上，結合多年的加工經驗，研發(fā)出了低碳環(huán)保的半干式加工技術[4]。這一加工技術的總體原則是“以破代磨、先濕后干、節(jié)能環(huán)?！薄Ｔ摷庸ぜ夹g分為粗、中、細等3個破碎階段，粗碎階段為開路生產，中、細破碎階段以閉路循環(huán)的方式進行生產[5]。在加工過程中，通過脫泥分級的方式控制材料的含水率，采用立軸制砂設備進行砂石加工，該生產工藝的設備技術參數(shù)可以根據(jù)加工需要進行調節(jié)，包括骨料連續(xù)級配和針片狀含量，同時還可對砂的含水率、細度和石粉含量等進行調節(jié)。粗、中碎階段都是采用反擊破碎機進行加工，而細碎階段則采用立軸破碎機進行加工。

這一加工技術投入使用后，根據(jù)實際問題又進行了工藝改進。例如，對于>2.5 mm的砂石顆粒難以實現(xiàn)再破碎、有效回收加工時流失粉砂、改善細度模數(shù)過大以及石粉含量較低等問題，加設了高速立軸破碎機，并經過半年多的試驗，結果表明，含水率平均為3.8%，細度模數(shù)為2.73～2.91，細度模數(shù)與石粉含量均滿足相關要求[6]。

2人工砂石加工工藝和機械設備

2.1破碎

破碎工藝主要包括粗、中碎均開路，粗碎閉路和中碎開路，細碎閉路和粗碎開路，中、細碎均閉路等幾種。

粗碎是對料場開采的毛料進行加工的工藝流程，主要的機械設備包括旋回破碎機、反擊破碎機及顎式破碎機等。每種破碎機的加工優(yōu)勢及適用范圍都不相同，例如，旋回式破碎機適用各類巖石，不需要通過振動給料機進行給料，具有良好的處理加工能力，可加工較大粒徑的毛料，破碎料具有均勻的形態(tài)，設備運行可靠，缺點包括其體型笨重、設備復雜、檢修難度大和投資大等；反擊式破碎機相對來說結構簡單，投資較低，且破碎出的產品形狀均勻，但其在破碎過程中需要通過振動給料機進行給料，這種機械容易出現(xiàn)卡料、錘頭與襯板的操作磨損較大的問題，加工過程中的穩(wěn)定性較差，中斷概率大，通常僅適用于對中硬度以下的毛料進行加工；顎式破碎機具有相對較小的外形，且操作簡便，排料口易調整，工程量小，易維修，但加工過程中需要通過振動給料機篩進行分次給料，在操作過程中容易出現(xiàn)卡料問題，操作穩(wěn)定性差，加工能力和生產粒形則相對較差，因此僅作為粗碎機械。

中碎通常采用的機械設備包括反擊式破碎機和圓錐破碎機等，圓錐破碎機可分為偏心式與慣性式，偏心式圓錐破碎機應用較為廣泛。偏心式還可分成單缸及多缸式，目前大多采用多缸式圓錐破碎機，這種破碎機具有較強的加工能力，產品力度均勻，特別適用硬度高的巖石；但其體積大，襯板消耗大，價格高。

2.2制砂

制砂工藝主要分為沖擊式破碎機加棒磨機聯(lián)合制砂、棒磨機單獨制砂、沖擊式破碎機物料不分級單獨制砂以及沖擊式破碎機物料分級制砂等幾種。制砂加工的常用機械設備有沖擊破碎機和棒磨機等，有些工程還采用超細碎圓錐破碎機，其中以棒磨機最常見，該機械設備的結構簡單，工作可靠，易操作；但機體笨重。沖擊破碎機機體較小，根據(jù)腔型可分為石打石與石打鐵2種形式，石打石主要使用在硬度較大的石料制砂加工中，石打鐵則適用于軟巖制砂加工。2種機械的產份率相比，石打鐵相對較高。

3半干式人工砂石加工技術的應用

以2008年始建的國內某水電站的建筑工程為例。該水電站采用原石料的砂石主要為粗粒花崗巖，其抗壓強度平均約為145 MPa，密度約為2.8 g/cm3，同時含有2%的綠泥石與5%的云母，松散堆積的平均密度約為1.41 g/cm3，空隙率約為46%。

本次人工砂石加工系統(tǒng)根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，設計的生產能力為440 t/h。采取半干式三段破碎加工技術[7]。粗碎采用顎式破碎機進行加工，中碎采用圓錐破碎機進行加工，細碎采用立軸破碎機進行加工。粗骨料成品以“末級出成品”的方案進行加工，經細碎成形后的骨料(包括粒形及針片狀等)都滿足相關指標。通過三級篩分的方式，對粗骨料的顆粒級配連續(xù)進行調節(jié)，每月骨料供應料達到了5.7萬t。

半干式人工砂石加工技術的應用，充分體現(xiàn)了以破代磨的思路。按照水電站的要求，設計中預留2臺棒磨機，其中只有1臺進行了試驗操作，在操作中確保工藝的可靠性。經檢驗分析，成砂率較高，但2臺棒磨機都未投入正式運行，最終于2010年在沒有使用棒磨機的情況下，就加工出了高標號混凝土的優(yōu)質砂石骨料。骨料的取樣結果見表1。

表1　人工砂石加工的取樣分析結果

4結語

我國人工砂石加工技術經過數(shù)十年的發(fā)展，實現(xiàn)了砂石加工質量的不斷提升，并朝著低碳環(huán)保的方向繼續(xù)前行。隨著近年來以破代磨、低碳環(huán)保的人工砂石加工系統(tǒng)的研發(fā)，使我國人工砂石加工技術有了大幅度改進，從傳統(tǒng)的干式、濕式，逐步發(fā)展到如今的低碳、環(huán)保、高效半干式人工砂石加工工藝，在優(yōu)化砂石加工質量的基礎上，實現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能。

參考文獻

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[2] 石顯接,鐵朝虎,劉金明,等. 人工砂石系統(tǒng)節(jié)能減排與環(huán)保技術的研究與應用[J]. 中國三峽,2013(12):81-85.

[3] 周志強,夏軍. 人工砂石加工系統(tǒng)成本控制的途徑與方法[J]. 貴州水力發(fā)電,2011(3):76-80.

[4] 鄧飛,張昌晶. 觀音巖水電站砂石加工系統(tǒng)下運帶式輸送機能量回饋自動控制[J]. 貴州水力發(fā)電,2011(3):66-67，80.

[5] 晉良海,魏雄偉,李華飛,等. 水電工程人工砂石生產的成組作業(yè)排序研究[J]. 水電能源科學,2013(2):154-156.

[6] 趙志剛,王華,李云,等. 人工砂石粉作為混凝土摻和料的研究與應用[J]. 混凝土世界,2013(10):76-81.

[7] 陳雁高,鄭崇飛,伊曉明，等. 天然砂石料加工系統(tǒng)工藝設計中的幾個問題[J]. 四川水力發(fā)電,2013(4):97-104.

責任編輯馬彤

Artificial Aggregate Processing Technology Research and Application

LI Yuandong

(Guizhou Zhongjian Building Research Design Institute Co., Ltd., Guiyang 550006,China)

Abstract：As a research point of dry artificial aggregate processing technology, wet artificial aggregate processing technology, environmental protection and efficient semi-dry artificial aggregate processing technology,analyze the crushing, sand processing technology and equipment. Take a domestic architectural engineering station as an example to analyze semi-dry artificial aggregate processing technology. Application results show that, in the engineering and construction process applications, semi artificial aggregate processing technology can give full play to break instead of grinding application ideas to improve the rate of sand into the reliability and technology.

Key words:artificial sandstone,processing technology,application

收稿日期：2015-02-24

作者簡介：李元東(1976-)，男，高級工程師，大學本科，主要從事結構工程等方面的研究。

中圖分類號：TU 521.1

文獻標志碼:A