人工砂石料生产技术与质量控制措施

人工砂石料生产技术与质量控制措施

【摘要】在混凝土中，砂石料占混凝土的总体积达到60~80%，占总质量的70~90%，是构成现代建筑主体的基本材料，砂石料品质的好坏对新拌混凝土的施工性能、经济性以及建筑工程的质量和安全性都有显著影响。本文对人工砂石料的基本特性做了简单描述，结合现场运行管理经验介绍了砂石料的生产工艺以及质量控制的方法。

【关键词】人工砂石料生产技术质量控制

混凝土中的砂和石子称为骨料，是混凝土的主要组成材料，约占混凝土总体积的60~80%，左右，其作用是构成混凝土的骨架，并对水泥石的体积变形起一定的抑制作用。骨料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义，品质优良、质量稳定的砂石料对减少胶凝材料用量和生产高质量的混凝土至关重要。人工生产的砂石料，可以弥补天然的砂石料的不均匀级配的缺点，还可以根据工程的需求来调制各种粒径骨料的生产量。在人工砂石料的生产中主要包括覆盖层剥离、毛料开采、毛料运输、超径石解小、粗碎、中细碎、筛洗、制砂等一些环节。在生产质量过关的人工砂石料还要在每个生产环节和检验上面进行严格控制，因此，本文对人工砂石料的加工工艺和质量控制方法进行分析。

1人工骨料的基本特性

国家标准《建筑用砂》（GB/T14684-2001）中明确了砂按产源分为天然砂和人工砂两类。天然砂包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂；人工砂为“经除土处理的机制砂和混合砂的统称”。机制砂是“由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒”。

由于人工砂是用专门的制砂机械生产，如用冲击式破碎机制砂，可以通过进料量、进料粒径、转速等参数的调整，按工程的需要，人为地较稳定地控制人工砂的质量，故得到日益广泛的应用，它有如下主要特性：

①人工砂颗粒是多棱体，级配合理，粒度均匀，通常含有的石粉可以部分改善混凝土的工作性能。

②通常在同一工地，人工砂与碎石是同一种母岩制成，热学性能一致，对大体积混凝土技术效果尤为显著。

③同一生产设备或工艺，机制砂的细度模数和单筛的筛余量成线性关系，对于一种砂子，先通过试验建立关系式后，只要测定一个单筛的筛余量即可快速求出细度模数。

④机制砂中石粉含量的变化是随细度模数变化而发生变化的，细度模数越小，石粉含量就越高；反之，细度模数越大，石粉含量越低。

2人工骨料系统的工艺流程

2.1料场的开采技术

通常情况下，料场都采取梯段作业，开采方案中需根据料场地形地质条件和拟采用的开挖设备类型和型号确定梯段高度、边坡坡比、马道宽度、边坡支护形式等。料场运输方案常考虑公路运输、竖（斜）井运输等形式。公路运输要求地形和场地条件适合布置公路，一般运输线路长，生产运行期需投入的装运设备多，但生产管理简单，地质风险小，易于稳定生产。竖（斜）井运输要求地质条件适合布置竖（斜）井，可减小运距，需投入的装运设备少，但应充分考虑竖（斜）井及相连接的平洞的防护措施和出现坍塌或石渣堵塞的处理措施，考虑爆破作业对其稳定的影响，必要时需降低爆破规模，生产管理复杂，地质风险大。公路运输和竖（斜）井运输大多可根据应用条件作选择，工程采用何种形式，需根据具体情况结合系统后续作业进行技术经济比较。

2.2破碎加工

破碎加工是人工砂石生产中最关键的一环，从破碎原理上，物料破碎主要有通过挤压、剪切型破碎和碰撞、打击型破碎两大类破碎，从理论和工程实际使用情况，挤压、剪切型破碎机（如颚破、旋回破、圆锥破等）破碎时不易过粉碎，扬尘少，适于各种硬度的岩石；碰撞、打击型破碎机（如反击破、锤破、立式冲击破、棒磨机等）破碎时破碎比大，产品细，粒形好，但维修工作量大，易产生扬尘，作中细碎设备时一般适于中硬岩石。破碎工艺的选择和破碎设备的选型与配置对人工砂石料系统的成败起着决定性的作用。采用粗碎、中碎、细碎三段破碎，根据设备加工情况和骨料的需求情况，有的破碎环节形成闭路循环加工，用于调整砂石料级配。

2.3破碎加工工艺

（1）破碎工艺

一般来讲，破碎工艺主要有如下几种形式：a.粗碎和中碎开路生产；b.粗碎和中碎开路生产，细碎采用闭路生产；c.粗碎开路，中细碎均闭路生产。

图1 破碎工艺

（2）制砂工艺

制砂因其重要性和复杂性，是目前国内水利水电工程砂石加工技术投入研究较多的环节，工程实践中常采用的破碎工艺形式有：a.冲击式破碎机加棒磨机联合制砂，该工艺生产的人工砂质量好，成本较低，是主要的制砂工艺；b.棒磨机单独制砂，该工艺生产的人工砂质量好且稳定，但水量及钢棒消耗量大，成本高，目前制砂工艺较少单独采用；c. 不同转速冲击式破碎机物料分级制砂，该工艺主要是采用较低转速的冲击式破碎机对较粗的骨料进行破碎，采用高转速的冲击式破碎机对较细的骨料或3~5mm的粗砂进行破碎，同时通过设置检查筛分来调整成品砂的细度模数，其生产的人工砂质量较好，成本低；d. 冲击式破碎机物料不分级单独制砂，该工艺生产的人工砂级配不连续，细度模数大，生产的人工砂一般在临时工程中使用。

2.4筛分和冲洗

由于人工砂石加工需要分级加工破碎，同时由于料源岩石含泥和杂质的影响，人工砂石加工系统一般都需要设计筛分和冲洗工艺。主要设备有：筛分给料类及筛分分级类。筛分给料常用设备为粗碎用棒条给料机、溜井下部用放矿机和料仓下部给料机；筛分分级设备有圆振筛、直线筛等，圆振筛一般用于粗细骨料分级和粗骨料冲洗，直线筛一般用于骨料脱水、脱泥，均可实施干湿筛分作业。

2.5石粉回收

研究表明适当掺量的石粉可能提高混凝土力学性能，改善新拌混凝土和易性，提高混凝土抗裂能力，改善混凝土的抗渗抗冻性能及其它性能。湿式生产不可避免会有部分细砂和石粉流失，采用石粉回收装置对废水中的细砂和石粉进行回收并回掺到人工砂中，有利于提高人工砂石粉含量和降低人工砂细度模数，以降低生产成本和废水处理难度。石粉回收主要设备有：旋流器+强力脱水筛和刮砂机等，旋流器+强力脱水筛石粉回收装置具有废水处理量大、高产量的精细回收，在大型工程中广泛使用。刮砂机具有结构简单，运行成本低的特点，但产量低，占地面积大，不具备选择性回收。

2.6电气控制

在系统电气控制方面，PLC控制、工业电视和计算机自动控制方面，近年来都得到了长足发展，尤其是计算机自动控制技术，可有效提高设备的生产能力，减少设备事故，减轻工人的劳动强度，实现资源的合理化配置，降低生产运行成本，已经成为砂石系统研究和应用的重点。

2.7环境控制

（1）用水工艺

湿式生产由于有去泥、降尘、提高筛分效率等优点，在人工骨料生产系统中广泛应用，但也带来了砂的水力分级过程中小粒径粒级物料的流失、含水物料破碎作业时成品率降低、成品砂的脱水困难、综合成品率低和生产废水处理复杂等