水洗法工藝制備凝灰?guī)r機(jī)制砂在工程中的應(yīng)用

肖建業(yè) XIAO Jian-ye；張森林 ZHANG Sen-lin

（中交二公局東萌工程有限公司，西安 710119）

0 引言

隨著全國建筑行業(yè)的快速發(fā)展,各種建設(shè)工程量不斷增加,混凝土的需求量旺盛,這導(dǎo)致細(xì)集料的需求量也不斷增加，同時河砂日益短缺和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，機(jī)制砂受到越來越多的關(guān)注，逐漸被認(rèn)可并大量應(yīng)用[1]。影響機(jī)制砂性能的因素有很多，比如各種母料差異和生產(chǎn)加工設(shè)備、工藝等都會對機(jī)制砂的質(zhì)量和產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響，因此本項目凝灰?guī)r機(jī)制砂的制備工藝要結(jié)合項目的特殊性進(jìn)行慎重考慮比選。

運(yùn)用土石方工程棄石方加工機(jī)制砂既節(jié)約生產(chǎn)用砂的采購成本，又解決路基棄方的占地及復(fù)墾的問題，符合綠化環(huán)保理念，有較大的社會經(jīng)濟(jì)價值。但國內(nèi)大部分機(jī)制砂制備過程產(chǎn)生大量粉塵，污染嚴(yán)重，含泥量和粉塵含量超標(biāo)等質(zhì)量問題較為突出，整體加工機(jī)制砂成品合格率偏低，因此研究機(jī)制砂的制備工藝具有一定的研究意義，對后續(xù)工程起到借鑒作用。

1 工程簡介

太下線儒岙至常臺高速雙彩道口段改造工程位于浙江省紹興市新昌縣儒岙鎮(zhèn)境內(nèi)。典型山區(qū)項目，本項目挖方量約為56.5萬m3，填方量約22.6萬m3，棄方約18.8萬m3，棄方主要是凝灰?guī)r，致密堅硬，強(qiáng)度在110～160MPa之間，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[2]JTG/T3650-2020巖石的抗壓強(qiáng)度不小于1.5倍混凝土強(qiáng)度的規(guī)定，加工的機(jī)制砂具備拌合混凝土條件。

2 制砂工藝比選

凝灰?guī)r是一種火山碎屑巖，本項目凝灰?guī)r分為灰白色、灰青色兩種，結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高，經(jīng)檢測強(qiáng)度最高達(dá)到160MPa，加工難度大，高強(qiáng)度破碎容易產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，項目棄石方母巖還存在質(zhì)量不穩(wěn)定容易夾雜泥土等雜物的特點(diǎn)，而合格的機(jī)制砂對含泥量和粉塵含量有較高要求，同時又要考慮生產(chǎn)機(jī)制砂過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵和水污染等環(huán)境保護(hù)問題。機(jī)制砂制備既要滿足生產(chǎn)合格機(jī)制砂的能力，還要滿足環(huán)境保護(hù)要求，對機(jī)制砂制備工藝提出了更高的要求，通過研究分析制定兩種符合要求的制備方案，一種是較為成熟的干法制砂+噴淋降塵加工工藝，一種是水洗法制砂工藝，主要綜合考慮機(jī)制砂加工質(zhì)量、環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)性等方面，經(jīng)比選水洗法制砂工藝優(yōu)點(diǎn)突出，符合各方面要求，兩種加工工藝特點(diǎn)如下：

水洗法制砂工藝：水洗法制砂工藝主要通過向振動篩篩網(wǎng)噴水，對石料混合物進(jìn)行沖洗，小于篩網(wǎng)規(guī)格的混合料和污水一塊進(jìn)入洗砂機(jī)，污水和石粉進(jìn)行沉淀池沉淀處理，成品砂進(jìn)入堆場。水洗法工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是對母巖含泥量要求不高，機(jī)制砂含泥量和含粉量容易控制，沒有粉塵污染，生產(chǎn)廢水經(jīng)凈化池凈化后可重復(fù)利用，基本不會造成環(huán)境污染，生產(chǎn)過程污染治理成本較低，但其加工設(shè)備成本較高。

干法制砂工藝：主要是從振動篩篩分出來的0-4.5mm細(xì)料進(jìn)入分級設(shè)備，直接運(yùn)輸成品砂堆，成產(chǎn)區(qū)域采用噴淋降塵。其生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)設(shè)備較為低，制砂過程基本不產(chǎn)生污染，但其對母巖要求較高，母巖經(jīng)過水洗后才能加工，成品砂中石粉含量偏高，質(zhì)量控制難度大，后期環(huán)保設(shè)備維護(hù)難度大，廢水不易循環(huán)利用。

3 水洗法制砂工藝

根據(jù)以上比選原則，凝灰?guī)r機(jī)制砂制備采用水洗法加工，母巖選擇路基開挖棄方中風(fēng)化凝灰?guī)r，制砂生產(chǎn)線主要由振動給料機(jī)、鄂式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)、振動篩、膠帶運(yùn)輸機(jī)、集中電控、制砂機(jī)、洗砂池、沉淀池，泥沙分離機(jī)、水凈化循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施組成，生產(chǎn)系統(tǒng)安裝完成后要先進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，進(jìn)行試驗(yàn)性生產(chǎn)，驗(yàn)證各系統(tǒng)工作性能是否符合要求，逐個檢查驗(yàn)收，生產(chǎn)的成品機(jī)制砂經(jīng)試驗(yàn)檢測合格，才能進(jìn)行正式成產(chǎn)。具體凝灰?guī)r機(jī)制砂制備流程見圖1。

圖1 制砂工藝流程圖

3.1 原材料選擇及上料

母巖選擇路基挖方整體性好，強(qiáng)度高的中風(fēng)化凝灰?guī)r（110-160MPa），經(jīng)試驗(yàn)檢測其強(qiáng)度滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[2]JTG/T3650-2020中相關(guān)規(guī)定，母巖開挖采用機(jī)械破碎開挖解小，經(jīng)篩選破碎塊石小于0.8m，用水沖洗干凈，將塊石內(nèi)雜物清理干凈堆放整齊，采用自卸車運(yùn)輸至加工場地，采用50型裝載機(jī)進(jìn)行上料，上料前將大于0.8m的塊石進(jìn)行剔除破解，避免母料過大卡膛，影響生產(chǎn)。

3.2 石料破碎

石料破碎由鄂破破碎機(jī)和圓錐式破碎機(jī)兩級破碎組成，石料破碎全過程采用噴淋降塵，石料經(jīng)鄂破機(jī)經(jīng)過初級破碎，將塊石破碎至15cm以下，經(jīng)過鄂破機(jī)粗破碎完成的石料經(jīng)過輸送帶傳送至圓錐機(jī)料斗，經(jīng)圓錐破碎機(jī)加工后將石料破碎至6cm以下，經(jīng)振動篩篩選可形成16-31.5mm、10-20mm、5-10mm、0-5mm四個檔位分別運(yùn)輸存放至成品待檢區(qū)，其中篩選的0-5mm粒徑機(jī)制砂經(jīng)洗沙池水洗后運(yùn)輸至機(jī)制砂成品待檢沙堆。

鄂破破碎機(jī)是將塊石分解破碎制15cm以下，破碎過程控制對后續(xù)圓錐破生產(chǎn)成品砂的質(zhì)量及產(chǎn)量尤為關(guān)鍵，因此破碎前要檢查破碎機(jī)內(nèi)是否有塊石等雜物，及時清理，破碎前鄂破破碎機(jī)空轉(zhuǎn)5分鐘，才能開始投料，根據(jù)圓錐破生產(chǎn)砂石材料速度控制裝載機(jī)上料速度和上料粒徑，防止鄂破破碎機(jī)機(jī)卡料死機(jī)。破碎時，若因破碎機(jī)過載造成停機(jī)，應(yīng)立即關(guān)閉電動機(jī)，將物料排除后，才進(jìn)行重新啟動。停機(jī)前，應(yīng)先停止給料，待破碎腔的料全部破碎完后，才可關(guān)閉電動機(jī)。停機(jī)后，應(yīng)檢查活動平板、固定平板和側(cè)付平板的磨損情況。若過度磨損，活動平板或固定平板應(yīng)作調(diào)頭或更換，側(cè)付平板應(yīng)作更換。

圓錐破破碎后直接生產(chǎn)機(jī)制砂成品，破碎機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到機(jī)制砂的質(zhì)量及產(chǎn)量，因此啟動前檢查潤滑、液壓油箱中的油位、油質(zhì)，檢查、清除破碎腔內(nèi)礦石、雜物，檢查、清除防塵罩及下架體臂架上方礦石、雜物，檢查皮帶松緊并盤車一周以上。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時檢查潤滑、液壓油箱中設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時無異響，確保圓錐破運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 振動篩篩選

振動篩主要由篩箱、激振器、懸掛（或支承）裝置及電動機(jī)等組成，電動機(jī)經(jīng)三角皮帶，帶動激振器主軸回轉(zhuǎn)，由于激振器上不平衡重物的離心慣性力作用，使篩箱獲振動，改變激振器偏心重，可獲得不同振幅，在通過不同尺寸的篩網(wǎng)，振動篩選出成品砂石在符合要求的級配范圍。生產(chǎn)過程中通過噴淋降低篩選過程中散發(fā)的揚(yáng)塵，將圓錐式破碎機(jī)破碎產(chǎn)生的砂石經(jīng)傳送帶傳送至振動篩進(jìn)行區(qū)分，并將5-10mm碎石經(jīng)篩網(wǎng)篩選出來通過運(yùn)輸帶運(yùn)送至機(jī)制砂機(jī)進(jìn)行二次制砂，0-5mm集料通過運(yùn)輸帶運(yùn)送至水洗池進(jìn)行水洗堆放至成品砂堆，粒徑較大的由傳送帶返回圓錐破二次加工。振動篩的篩孔的大小（磨損程度）對成品砂的產(chǎn)量和質(zhì)量起點(diǎn)決定作用，因此要經(jīng)常檢查篩孔的大?。p程度），做到及時更換。篩選過程中要確保噴淋設(shè)施運(yùn)行，防止灰塵逸散。

本項目機(jī)制砂制備全程采用水法加工，其物料含水量高，工作時振動使物料更緊實(shí)的粘附于篩面，容易造成物料擁堵或者被迫停機(jī)，從而影響機(jī)制砂的生產(chǎn)，因此本項目更為強(qiáng)力的TES系列三軸橢圓篩，三軸驅(qū)動能使篩機(jī)產(chǎn)生理想的橢圓運(yùn)動，它兼有圓振動篩和直線振動篩的優(yōu)點(diǎn)，且橢圓軌跡、振幅可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際物料狀況選擇振動軌跡，對難篩分的物料更具優(yōu)勢，三軸驅(qū)動強(qiáng)迫同步激振，能使篩機(jī)獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)，對要求處理量大的篩分尤其有利。

3.4 制砂機(jī)二次制砂

圓錐式破碎產(chǎn)生的0-5mm機(jī)制砂直接由巖石破碎，其產(chǎn)量低，且針片狀較多，質(zhì)量不穩(wěn)定，一般稱為機(jī)口砂，不能滿足施工成產(chǎn)需要，特別是高標(biāo)號混凝土的制備。因此需對圓錐破生產(chǎn)的5-10mm碎石進(jìn)行二次研磨整形制砂，經(jīng)二次研磨整形機(jī)制砂，具有強(qiáng)度高，形態(tài)圓潤，質(zhì)量及產(chǎn)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。本項目二次制砂機(jī)選擇高效細(xì)碎機(jī)，高效細(xì)碎機(jī)具有產(chǎn)量高、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、高效節(jié)能等特點(diǎn)，經(jīng)振動篩將篩選的5-10mm碎石傳送至制砂機(jī)，由制砂機(jī)二次研磨，并整形，經(jīng)振動篩二次篩選后傳送至洗砂池進(jìn)行水洗堆放至成品待檢砂堆（和圓錐破生產(chǎn)的機(jī)口砂分開堆放），經(jīng)檢測合格后運(yùn)輸至合格成品砂堆，進(jìn)行混凝土拌合，粒徑較大的傳送至制砂機(jī)二次加工。

3.5 洗砂池

經(jīng)圓錐破和制砂機(jī)等制砂設(shè)備經(jīng)振動篩產(chǎn)生的0-5mm粒徑的物料用皮帶傳送至洗砂池，通過洗砂池充分?jǐn)嚢杷矗瑢C(jī)制砂中的泥沙和石粉水洗分離后，經(jīng)撈砂篩撈選后傳送至待檢料倉，撈砂篩容易磨損，需要經(jīng)常檢查更換，避免因撈砂篩孔隙過大，造成生產(chǎn)的機(jī)制砂粒徑過粗，影響機(jī)制砂的質(zhì)量及產(chǎn)量。

洗沙池減少了機(jī)制砂的中粉塵和泥土含量，同時也減少了機(jī)制砂在皮帶上運(yùn)輸至料倉過程中的揚(yáng)塵污染，有效降低了機(jī)制砂生產(chǎn)對環(huán)境的影響。洗砂池產(chǎn)生的廢水嚴(yán)禁直接流入當(dāng)?shù)睾拥纼?nèi)，通過排水溝引排至沉淀池，由污水處理系統(tǒng)二次處理。

3.6 污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)由泥沙分離機(jī)、三級沉淀池、抽水設(shè)備組成，洗砂池產(chǎn)生的污水經(jīng)排水溝排至一級沉淀池，加入絮凝劑將泥沙加速沉淀后經(jīng)管道將污水和泥沙混合物抽至泥沙分離機(jī)，由泥沙分離機(jī)將泥沙分離，污水排至二級級沉淀池繼續(xù)二次沉淀，沉淀物繼續(xù)抽至泥沙分離機(jī)第二次泥沙分離，排至三級沉淀池變清澈后經(jīng)抽水設(shè)備通過振動篩和洗沙池二次利用，分離后的泥沙經(jīng)晾曬干燥處理后運(yùn)輸至棄土場掩埋，進(jìn)行無害化處理。

3.7 機(jī)制砂的檢測

圓錐破生產(chǎn)機(jī)制砂和制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂分別取料進(jìn)行外觀對比，圓錐破生產(chǎn)的機(jī)制砂針片狀和顆粒感明顯較多，具體見圖2（左側(cè)為制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂，右側(cè)為圓錐破生產(chǎn)的機(jī)口砂）。

圖2 兩種生產(chǎn)方式產(chǎn)品機(jī)制砂外觀對比

取隨機(jī)取料3批次，其中制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂取1批次（組1），圓錐破直接生產(chǎn)的機(jī)制砂取2批次（組2、組3）經(jīng)工地試驗(yàn)室進(jìn)行級配篩分試驗(yàn)，經(jīng)檢測兩種方式生產(chǎn)的機(jī)制砂石粉含量都小于等于10%，細(xì)度模數(shù)2.3-3.0之間，亞甲藍(lán)（MB）值小于1.0，級配等均符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》[3]（JTG E42-2005）相關(guān)參數(shù)要求，但圓錐破生產(chǎn)機(jī)制砂針片狀較為明顯，級配相對較差，細(xì)度模數(shù)及石粉含量相差不大，見表1、圖3。

圖3 機(jī)制砂級配曲線

表1 機(jī)制砂級配檢測結(jié)果

采用上述工藝生產(chǎn)出的機(jī)制砂在工地試驗(yàn)室經(jīng)過試驗(yàn)檢測各項其級配、含粉量、細(xì)度模數(shù)、亞甲藍(lán)值等檢測參數(shù)均符合規(guī)范要求，產(chǎn)量大而且質(zhì)量穩(wěn)定，基本不產(chǎn)生污染問題，能利用于實(shí)體工程建設(shè)，其中圓錐破直接生產(chǎn)的機(jī)制砂可利用于低標(biāo)號混凝土制備，制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂可利用于高標(biāo)號混凝土制備。

4 總結(jié)

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)水洗法制備的凝灰?guī)r機(jī)制砂質(zhì)量可靠，能利用于工程實(shí)體混凝土施工。目前太下線儒岙至常臺高速雙彩道口段改造工程橋梁施工基本結(jié)束，采用水洗法加工的凝灰?guī)r機(jī)制砂經(jīng)工程實(shí)體驗(yàn)證，其性能各方面基本和天然河砂相當(dāng)，且機(jī)制砂制備過程中未發(fā)生一起污染環(huán)境事故。水洗法加工機(jī)制砂的加工質(zhì)量、環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)性等方面得到了驗(yàn)證。凝灰?guī)r機(jī)制砂的成功制備，實(shí)現(xiàn)了機(jī)制砂的自產(chǎn)，為項目節(jié)約大量成本，減少了原材料不穩(wěn)定對施工質(zhì)量和進(jìn)度的影響。同時減少項目棄方及棄土場建設(shè)，少占用土地，節(jié)省項目征地成本，還符合綠色公路理念。目前天人河砂接近枯竭，水洗后凝灰?guī)r機(jī)制砂用于拌合混凝土創(chuàng)造較大的社會和經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的推廣空間。