机制砂在绵遂高速公路的生产应用

杨成静

(中铁二局股份有限公司,四川 成都 610031)

各地基础设施建设的大批上马,迫切需要大量的砂石资源。为了保护生态平衡,国家已明文禁止擅自开挖天然砂,部分地区现有天然砂资源已不能满足需求,机制砂在工程建设领域的使用越来越受到关注。尽管自上世纪 70、80年代以来机制砂就开始在水利水电工程建设中有所应用,90年代后应用范围也有扩大趋势,但在其他建筑领域的使用一直受到局限。直到 2008年公路行业编制出了《机制砂在混凝土中的应用指南》一书,为机制砂在该行业的使用提供了参考,国家标准也于 2010年才正式把机制砂纳入建筑用砂范围。造成这种状况的主要原因有二:一是对机制砂的认识需要一个逐步深化的过程,二是机制砂品质易受原材料质量和生产设备选型及工艺参数匹配影响,质量难以把控。本文通过对绵遂高速公路机制砂生产和应用情况的介绍,旨在为同类项目施工提供参考。

1 实例工程基本情况

绵遂高速公路遂宁段位于涪江下游。涪江是川内水利资源开发利用较为彻底的河流,上、中游的十几处大坝和多年“天保工程”实施,使得涪江输砂、输石量锐减,现下游天然中粗砂资源匮乏,仅有少量特细砂产出,小粒径砾石资源也欠缺。本项目桥梁结构混凝土圬工量达 80多万立方米,标号涉及 C30、C 40、C 50等几个等级,其中 C50混凝土 12万立方米,混凝土圬工用粗细集料的需求量极大。为此,施工单位进场后立即着手展开混凝土圬工用粗细集料的保障工作调研。

当地民用建筑普遍采用碎石加工后的副产品——石屑直接作为细骨料拌制混凝土。试验室对其进行采样分析,情况如下:一是颗粒粗,细度模数大,一般都在 3.5以上;二是粒形差,扁平状和楔形状颗粒多;三是级配不合格,筛分曲线呈“两头大中间小”现象。上述因素导致试拌混凝土流动性、和易性和保水性均较差,不能满足结构物施工的工作性能要求。本地能就近利用的天然中粗砂远在 130 km以外的地区才有批量生产,到达工地现场的售价高达 160元/m3以上,经济上非常不划算。

由于当地多年来对砂石资源的采砂船“水采”,在涪江河心滩和边岸砂滩废弃了许多粒径在80～300mm之间的卵石堆。其母岩绝大部分为硅质或钙质胶结细砂岩,少量石灰质岩,饱和抗压强度在 100MPa以上,且洁净无泥,是理想的混凝土用粗、细骨料生产原料。基于此,施工单位着力从如何开发利用现有卵石资源生产骨料着手,寻求合适设备配型和生产工艺参数,确保混凝土粗、细集料品质和经济性生产及产量均衡。

2 设备选型与生产工艺

2.1 设备选型

一套完善的沙石料场生产线由给料系统、破碎系统、筛分系统、输送系统组成,高品质机制砂还需配置冲洗设备分离过多的石粉。其中破碎系统是整套生产线的心脏,直接影响产品品质和生产效率。生产线各系统之间应做到相互协调,以确保生产流畅,产量匹配,实现低消耗、高产出目的。同时,为保证设备运行平稳,不出现堵塞现象,通常后一级机械生产率容量应比前一级容量增大 10%～20%。过军渡砂石场是本项目主产砂石场之一,生产能力设计为:碎石 1(粒径 20～40mm)280m3/d,碎石 2(粒径 5～20mm)250m3/d,机制砂(中砂)350m3/d。其主要设备见表1。

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2.2 生产工艺

生产工艺流程采用三级破碎方案,即一级破碎采用颚式破碎机进行中破,将矿物原料(卵石)初步破碎成 95mm以下的初级产品 A后经由皮带输送机输送至 1#筛分机进行筛分。1#筛分机只设 1层筛网,筛网筛孔尺寸为 31.5mm(仅为参考值),筛网筛余物通过皮带输送机输送至圆锥式破碎机进行细碎,破碎产物通过皮带输送至 2#筛分机筛分。2#筛分机设 3层筛网,筛网筛孔尺寸分别为 37.5mm、19mm、4.75mm,筛分产物 4种规格,其中 37.5mm方孔筛筛余物通过皮带返回圆锥式破碎机再次破碎,粒径在 19～37.5mm之间的产品通过皮带直接输送至碎石成品仓 1,粒径在 4.75～19mm的产品通过皮带直接输送至碎石成品仓 2,4.75mm方孔筛筛下物作为成品砂通过皮带输送至“巴马克”石子粉碎机整形。1#筛分机的筛下物(粒径在 31.5mm以下)的通过皮带输送机直接进入“巴马克”石子粉碎机(即立轴式冲击破碎机)进行超细碎,产物经输送带输入 3#振动筛进行筛分分级,3#振动筛只设 1层筛网,筛网筛孔尺寸为 4.75mm,筛下物作为半成品进入高堰式螺旋分级机进行掏洗,筛余物经皮带运输机返回至“巴马克”石子粉碎机再碎。进入高堰式螺旋分级机的半成品机制砂在淘洗槽淘洗后,经由螺旋叶片输送到皮带输送机上,运至成品砂仓贮存。

3 生产控制要领

(1)开车前必须进行设备检查,确保生产系统各类设备处于完好状态,设备不允许带病工作;同时需查验破碎机排料口宽度是否处于正常位置,输送带张紧是否适度;

(2)设备启动必须空载进行,振动给料机必须待所有设备正常运转后方可开始给料;

(3)1#筛分机的作用是将初级产出物进行初次筛分,列举的筛孔尺寸只是参考数,实际使用中可结合需要进行调整,以保证“巴马克”石子粉碎机的机制砂产量。

(4)两种规格碎石的产出比可通过调整圆锥式破碎机排料口宽度实现自主调节。当小粒径碎石需求量大时,可将排料口宽度调窄;反之亦然。

(5)机制砂粒径大小及相应级配可通过调整“巴马克”石子粉碎机进料速度与进料量及分流比例等手段实现控制。若有匹配需求,可请厂家调整机子转盘旋转速度,可更好控制产成品粒径。

(6)机制砂在高堰式螺旋分级机内的淘洗需重点控制布料方式和淘洗槽内料浆浓度。机制砂应尽量沿淘洗槽全宽均匀入槽;淘洗槽内料浆浓度应注意保持适度和稳定。料浆浓度可采用比重仪进行检测控制,一般也可凭经验把握。料浆浓度小,机制砂淘洗效率低;料浆浓度大,石粉淘洗充分,淘洗效率高,但同时也导致一部份有效颗料,特别是 0.30mm以下颗料的损失,造成浪费。淘洗槽内料浆浓度可通过控制单位时间的入槽水量调整。单位时间的入槽水量大,换水率高,料浆浓度就低。

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4 产品质量验证及应用情况

机制砂淘洗前、后指标检测见表2。

数据表明,用“巴马克”石子粉碎机所生产的机制砂品质较好,高堰式螺旋分级机能有效分离其中超量石粉,并使得砂的级配更趋于合理,质量符合GB/T14684-2001规定。

对所产两种规格的碎石进行质量检验,级配、压碎指标、针片状含量、含泥量等各项指标均满足 GB/T14685-2001要求。

在混凝土配合比试验中,先后用所生产的机制砂和碎石分别进行了 C30水下混凝土、C30墩柱混凝土和 C40、C 50预制梁混凝土的配制工作,均取得了成功。在试配中,曾出现混凝土流动性稍差现象,但经掺入粉煤灰后,其工作性能得到较好改善。

表3汇总了本项目部分工程采用的混凝土配合比。

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表4汇总了本项目部分工程混凝土强度及弹性模量检测结果。

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5 经济效益

据统计,本项目混凝土施工总方量达 80多万立方米 ,约需中粗砂 40多万立方米,碎石 60多万立方米,基本都用涪江中废弃的卵石加工生产。机制砂出厂价为 45元/m3,到工地均价约 60元/m3,每立方米比淮口中砂便宜近 100元,仅此一项,就降低工程成本约 4000多万元。

6 结束语

机制砂可作为细骨料广泛替代天然砂应用于一般混凝土结构物。“巴马克”石子粉碎机能较方便地获得施工所需的机制砂成品粒径及优良级配,适用于优质机制砂生产;同时采用高堰式螺旋分级机对石粉进行分离,可以得到符合质量标准的合格产品,满足各类混凝土(包括高标号混凝土)对细骨料的要求,并能取得较好的经济效益和环保效果。

[1]姚望科.石料生产技术[M].北京:人民交通出版社,2001