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劣质机制砂不符合工程需求?高品质砂石骨料加工5个工艺流程不得不知

目前,我国基础设施建设方兴未艾,全国每年砂石骨料用量达200亿吨,市场需求量巨大。长期以来,建筑用砂主要来源于河道采砂和机制砂,河道采砂造成砂石资源枯竭、水源污染,易引发河堤安全等各种问题。

发展产量和质量都稳定的高品质机制砂替代河砂,既可解决建设中砂石骨料供需不平衡的矛盾,又能消纳隧道洞渣等固体废渣,是一项绿色环保产业,对绿色可持续发展具有重要意义。

那么,高品质机制砂是怎样制成的呢?本文分享贵州某铁路建设项目中高品质机制砂生产技术研究案例,推进高品质机制砂在铁路工程特别是预应力构件中的应用。

1.
机制砂主要质量问题

目前,贵州市场上的机制砂受岩石材质和生产工艺影响,普遍存在级配不良、石粉含量超标、颗粒棱角多等质量问题,对混凝土性能影响较大。

◆一是机制砂级配呈现“两头多中间少”的特点,其中粒径大于2.360mm颗粒筛余量高达40%,粒径小于0.075mm颗粒筛余量高达15%以上,级配不良造成骨料间空隙率大,混凝土强度和工作性能差。

◆二是石粉含量过高,导致混凝土强度降低、加大收缩变形等质量问题。

◆三是颗粒棱角多,在同等浆体用量下,机制砂混凝土比颗粒圆润的河砂混凝土和易性、流动性和密实度差。

围绕机制砂主要质量问题,重点从优选矿山、改进生产工艺、环境保护等方面构建高品质机制砂生产和质量环保控制体系。

2.
高品质机制砂生产工艺及质量控制

2.1 优选矿山

母岩质量的优劣从源头上决定了机制砂的质量。在砂场矿山选择上应做好勘察工作,选择覆盖土层薄、夹层含泥较少、母岩强度高以及岩石整体性好的矿山。

母岩不应具有潜在碱—集料反应活性,宜使用洁净、质地坚硬、无软弱颗粒及无风化石的石灰岩、白云岩、花岗岩、玄武岩等。

1)砂岩:石英含量较高,在砂石生产线中应用较为广泛,在生产中要解决石粉的问题。

2)石英砂岩:石英砂岩是制砂的质量好原材料,无论在强度还是粒型上都能达到甚至优于天然砂。

3)河卵石:河卵石也是一种质量好的的制砂原料,在强度、粒型、色度方面,是替代天然砂的佳选择。

4)石灰石:在砂石生产线中可同时作为砂、石子的原材料,同时石粉还可以再利用。

5)玄武岩:玄武岩制成的砂搀在混凝土里,可以使混凝土重量减轻,但仍很坚固,同时有隔音、隔热等特点,是高层建筑轻质混凝土的良好骨料。

6)花岗岩:石英含量高,硫化物含量低的花岗岩是制砂的质量好原材料,但要解决粉的问题。

贵州省地表露出的地层岩性主要以石灰岩为主,在西部分布有一定的玄武岩,东南分布有浅变质岩,机制砂石料源丰富。

在铁路砂石矿山选择上应遵循优质、环保、经济的原则,设立质检队对砂石料源进行勘探、检测、分析,选定了覆土层浅、可采储量大于设计需要量1.5倍的某矿山。该矿山以砂质灰岩为主,储量达500万吨。

2.2 “5S”高品质砂石骨料加工工艺

贵州市场上的机制砂大多采用“2次破碎 筛分”的生产工艺,缺乏对骨料级配的调整、石粉含量及粒形的控制。针对上述问题,通过改进工艺,采用“双脱泥、双反击、双冲击、双循环、双选粉”5S高品质砂石骨料加工工艺,确保产品质量合格、性能稳定;通过风选除尘、半成品及成品料仓封闭、废料再利用措施,解决传统工艺粉尘、水污染和废料处理问题,工艺流程见下图。

1)5级破碎、2次整形

首先采用鄂式破碎机以挤压方式对母岩进行第1次预破碎(粗碎),减小母岩直径,减轻反击破碎机生产压力;然后用反击破碎机以抛石撞击方式对母料进行第2次破碎(中碎),使鄂破产生的骨料微裂纹进一步发展,最终骨料从微裂纹处再次破碎,完成对骨料的第2次破碎和第1次整形;最后采用立轴冲击破碎机以“石打石”或“石打铁”方式对骨料进行第3次破碎(细碎)和第2次整形。(制砂机“石打石”和“石打铁”还分不清?选不对破碎方式,直接影响生产!)

2)二次脱泥

在粗碎前采用棒条给料机加脱泥筛把粒径小于30mm的母岩及泥土进行第1次脱泥处理,在中碎前对粒径小于10mm的骨料进行第2次脱泥处理,除去骨料中泥土和石屑,保证骨料MB值小于0.5。

3)级配调整

在中碎和细碎阶段均设有循环筛分系统,可以通过GSP调节料仓使部分骨料通过循环系统返回重新破碎成更小粒径颗粒,根据需要调整不同粒径骨料生产比例,再通过风选控粉调整小颗粒含量,解决级配“两头多中间少”的问题。

4)风选控粉

细碎后的骨料先进行1次重力风选控粉,将石粉含量控制在10%左右,在成品砂进入料仓前,根据需要调整风选机抽取石粉的风压再次调整石粉含量,满足不同强度混凝土对机制砂石粉含量的要求。

5)自动加湿

在风选工序完成后对机制砂成品自动加湿,将机制砂含水率控制在2.5%~3.5%。稳定的含水率便于混凝土生产及质量控制,可有效避免生产、运输过程扬尘,防止在装卸和运输中造成骨料离析。

3.
环境保护

在矿山开采方面,按照绿色矿山的建设要求做好环境保护、恢复与治理、复绿复垦、节能减排、水土保持、地质灾害预防等工作。

在爆破过程中采用喷雾或水袋覆盖的方式进行粉尘控制。在生产设备选型方面,选择降噪性能优越、产生粉尘少的破碎、筛分设备。在除尘工艺设计与布局方面,每个产生粉尘的部位均设置吸尘装置,再采用箱式与V型除尘机进行集中除尘,半成品及成品料仓用彩钢瓦进行全封闭隔离。

废料再利用方面,将2次脱出的泥石再进行分离,将石料进行二次加工用做路基填料及混凝土砖原料,泥单独堆放用作后期植被恢复,以此提高材料利用率,增加经济效益,减少废渣存放占用土地,减小废渣堆载安全隐患。

面对天然河砂资源日渐枯竭,市场上劣质机制砂质量无法满足铁路工程高性能混凝土用砂要求的突出问题,可在铁路沿线选择矿山或利用隧道弃渣就地生产高品质机制砂替代短缺的河砂用于项目建设,既可大幅降低建设成本,又可减少弃渣对环境的影响,极具经济价值和环保意义。

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