機制砂在綿遂高速公路的生產應用

楊成靜

(中鐵二局股份有限公司,四川 成都 610031)

各地基礎設施建設的大批上馬,迫切需要大量的砂石資源。為了保護生態平衡,國家已明文禁止擅自開挖天然砂,部分地區現有天然砂資源已不能滿足需求,機制砂在工程建設領域的使用越來越受到關注。盡管自上世紀 70、80年代以來機制砂就開始在水利水電工程建設中有所應用,90年代后應用范圍也有擴大趨勢,但在其他建筑領域的使用一直受到局限。直到 2008年公路行業編制出了《機制砂在混凝土中的應用指南》一書,為機制砂在該行業的使用提供了參考,國家標準也于 2010年才正式把機制砂納入建筑用砂范圍。造成這種狀況的主要原因有二:一是對機制砂的認識需要一個逐步深化的過程,二是機制砂品質易受原材料質量和生產設備選型及工藝參數匹配影響,質量難以把控。本文通過對綿遂高速公路機制砂生產和應用情況的介紹,旨在為同類項目施工提供參考。

1 實例工程基本情況

綿遂高速公路遂寧段位于涪江下游。涪江是川內水利資源開發利用較為徹底的河流,上、中游的十幾處大壩和多年“天保工程”實施,使得涪江輸砂、輸石量銳減,現下游天然中粗砂資源匱乏,僅有少量特細砂產出,小粒徑礫石資源也欠缺。本項目橋梁結構混凝土圬工量達 80多萬立方米,標號涉及 C30、C 40、C 50等幾個等級,其中 C50混凝土 12萬立方米,混凝土圬工用粗細集料的需求量極大。為此,施工單位進場后立即著手展開混凝土圬工用粗細集料的保障工作調研。

當地民用建筑普遍采用碎石加工后的副產品——石屑直接作為細骨料拌制混凝土。試驗室對其進行采樣分析,情況如下:一是顆粒粗,細度模數大,一般都在 3.5以上;二是粒形差,扁平狀和楔形狀顆粒多;三是級配不合格,篩分曲線呈“兩頭大中間小”現象。上述因素導致試拌混凝土流動性、和易性和保水性均較差,不能滿足結構物施工的工作性能要求。本地能就近利用的天然中粗砂遠在 130 km以外的地區才有批量生產,到達工地現場的售價高達 160元/m3以上,經濟上非常不劃算。

由于當地多年來對砂石資源的采砂船“水采”,在涪江河心灘和邊岸砂灘廢棄了許多粒徑在80～300mm之間的卵石堆。其母巖絕大部分為硅質或鈣質膠結細砂巖,少量石灰質巖,飽和抗壓強度在 100MPa以上,且潔凈無泥,是理想的混凝土用粗、細骨料生產原料。基于此,施工單位著力從如何開發利用現有卵石資源生產骨料著手,尋求合適設備配型和生產工藝參數,確保混凝土粗、細集料品質和經濟性生產及產量均衡。

2 設備選型與生產工藝

2.1 設備選型

一套完善的沙石料場生產線由給料系統、破碎系統、篩分系統、輸送系統組成,高品質機制砂還需配置沖洗設備分離過多的石粉。其中破碎系統是整套生產線的心臟,直接影響產品品質和生產效率。生產線各系統之間應做到相互協調,以確保生產流暢,產量匹配,實現低消耗、高產出目的。同時,為保證設備運行平穩,不出現堵塞現象,通常后一級機械生產率容量應比前一級容量增大 10%～20%。過軍渡砂石場是本項目主產砂石場之一,生產能力設計為:碎石 1(粒徑 20～40mm)280m3/d,碎石 2(粒徑 5～20mm)250m3/d,機制砂(中砂)350m3/d。其主要設備見表1。

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2.2 生產工藝

生產工藝流程采用三級破碎方案,即一級破碎采用顎式破碎機進行中破,將礦物原料(卵石)初步破碎成 95mm以下的初級產品 A后經由皮帶輸送機輸送至 1#篩分機進行篩分。1#篩分機只設 1層篩網,篩網篩孔尺寸為 31.5mm(僅為參考值),篩網篩余物通過皮帶輸送機輸送至圓錐式破碎機進行細碎,破碎產物通過皮帶輸送至 2#篩分機篩分。2#篩分機設 3層篩網,篩網篩孔尺寸分別為 37.5mm、19mm、4.75mm,篩分產物 4種規格,其中 37.5mm方孔篩篩余物通過皮帶返回圓錐式破碎機再次破碎,粒徑在 19～37.5mm之間的產品通過皮帶直接輸送至碎石成品倉 1,粒徑在 4.75～19mm的產品通過皮帶直接輸送至碎石成品倉 2,4.75mm方孔篩篩下物作為成品砂通過皮帶輸送至“巴馬克”石子粉碎機整形。1#篩分機的篩下物(粒徑在 31.5mm以下)的通過皮帶輸送機直接進入“巴馬克”石子粉碎機(即立軸式沖擊破碎機)進行超細碎,產物經輸送帶輸入 3#振動篩進行篩分分級,3#振動篩只設 1層篩網,篩網篩孔尺寸為 4.75mm,篩下物作為半成品進入高堰式螺旋分級機進行掏洗,篩余物經皮帶運輸機返回至“巴馬克”石子粉碎機再碎。進入高堰式螺旋分級機的半成品機制砂在淘洗槽淘洗后,經由螺旋葉片輸送到皮帶輸送機上,運至成品砂倉貯存。

3 生產控制要領

(1)開車前必須進行設備檢查,確保生產系統各類設備處于完好狀態,設備不允許帶病工作;同時需查驗破碎機排料口寬度是否處于正常位置,輸送帶張緊是否適度;

(2)設備啟動必須空載進行,振動給料機必須待所有設備正常運轉后方可開始給料;

(3)1#篩分機的作用是將初級產出物進行初次篩分,列舉的篩孔尺寸只是參考數,實際使用中可結合需要進行調整,以保證“巴馬克”石子粉碎機的機制砂產量。

(4)兩種規格碎石的產出比可通過調整圓錐式破碎機排料口寬度實現自主調節。當小粒徑碎石需求量大時,可將排料口寬度調窄;反之亦然。

(5)機制砂粒徑大小及相應級配可通過調整“巴馬克”石子粉碎機進料速度與進料量及分流比例等手段實現控制。若有匹配需求,可請廠家調整機子轉盤旋轉速度,可更好控制產成品粒徑。

(6)機制砂在高堰式螺旋分級機內的淘洗需重點控制布料方式和淘洗槽內料漿濃度。機制砂應盡量沿淘洗槽全寬均勻入槽;淘洗槽內料漿濃度應注意保持適度和穩定。料漿濃度可采用比重儀進行檢測控制,一般也可憑經驗把握。料漿濃度小,機制砂淘洗效率低;料漿濃度大,石粉淘洗充分,淘洗效率高,但同時也導致一部份有效顆料,特別是 0.30mm以下顆料的損失,造成浪費。淘洗槽內料漿濃度可通過控制單位時間的入槽水量調整。單位時間的入槽水量大,換水率高,料漿濃度就低。

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4 產品質量驗證及應用情況

機制砂淘洗前、后指標檢測見表2。

數據表明,用“巴馬克”石子粉碎機所生產的機制砂品質較好,高堰式螺旋分級機能有效分離其中超量石粉,并使得砂的級配更趨于合理,質量符合GB/T14684-2001規定。

對所產兩種規格的碎石進行質量檢驗,級配、壓碎指標、針片狀含量、含泥量等各項指標均滿足 GB/T14685-2001要求。

在混凝土配合比試驗中,先后用所生產的機制砂和碎石分別進行了 C30水下混凝土、C30墩柱混凝土和 C40、C 50預制梁混凝土的配制工作,均取得了成功。在試配中,曾出現混凝土流動性稍差現象,但經摻入粉煤灰后,其工作性能得到較好改善。

表3匯總了本項目部分工程采用的混凝土配合比。

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表4匯總了本項目部分工程混凝土強度及彈性模量檢測結果。

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5 經濟效益

據統計,本項目混凝土施工總方量達 80多萬立方米 ,約需中粗砂 40多萬立方米,碎石 60多萬立方米,基本都用涪江中廢棄的卵石加工生產。機制砂出廠價為 45元/m3,到工地均價約 60元/m3,每立方米比淮口中砂便宜近 100元,僅此一項,就降低工程成本約 4000多萬元。

6 結束語

機制砂可作為細骨料廣泛替代天然砂應用于一般混凝土結構物。“巴馬克”石子粉碎機能較方便地獲得施工所需的機制砂成品粒徑及優良級配,適用于優質機制砂生產;同時采用高堰式螺旋分級機對石粉進行分離,可以得到符合質量標準的合格產品,滿足各類混凝土(包括高標號混凝土)對細骨料的要求,并能取得較好的經濟效益和環保效果。

[1]姚望科.石料生產技術[M].北京:人民交通出版社,2001