機制砂的制備工藝及應用分析

高 偉（濟南鮑德爐料有限公司， 山東 濟南 250109）

我國砂石年產量已達到15 億噸，其中砂約6億噸。目前大部分地區應用的砂為天然砂。天然砂資源是短期內不可再生的資源，隨著基本建設的不斷發展，天然砂也面臨著資源枯竭的危險，而且天然砂的價格也節節攀升，在這種背景下，人工砂的出現既解決了市場的供求矛盾又有效的減少了天然砂開采，有利于生態平衡。

1 人工機制砂的定義

2002 年實施的《建筑用砂》國家標準（GB/T14684-2001）條文規定了人工砂的定義、技術要求以及檢驗標準。砂按產源可以分為天然砂以及人工砂兩種。天然砂包括河沙、湖砂、山砂及淡化海砂。人工砂為經除土處理的機制砂和混合砂的統稱。機制砂是指由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石顆粒，但不包括軟質巖、風化巖的顆粒。混合砂是由機制砂和天然砂混合制成的砂。

由于全國機制砂的生產礦源不同，生產的設備及工藝不同，生產的機制砂粒型和級配會有很大差別，但是機制砂的粒型和級配都是可以調的，這與天然砂有本質的區別[1]。

2 機制砂的生產實例

2.1 生產背景

濟南鮑德爐料有限公司翟家莊礦區生產的8mm 以上石灰石主要供應濟鋼總公司及子公司使用，而隨機產生的0 ～8mm 廢料市場無法消化。在國家產業、環保等各項政策的調整下廢料積存壓力變大。為減少廢料積壓，保證正常生產，滿足對總公司石灰石的正常供應，增加經濟效益，促進自身發展，公司利用0 ～8mm 廢料作原料投產建設了水洗機制砂生產線。

2.2 原料

生產機制砂所需的原料全部來自礦區生產的0 ～8mm 廢料。經皮帶機將石粉料倉的石粉輸送VI7000 型立式沖擊破碎機進行破碎整形，該破碎機破碎的物料粒形優異，呈立方體，針片狀含量極低，適宜于骨料整形及人工制砂生產。

2.3 工藝流程

經立式沖擊破碎機破碎出的半成品經皮帶輸送到2YK2160 圓振動篩進行篩分。粒度＞4.75mm 的石灰石經返回皮帶再次輸送至立式沖擊破碎機進行二次破碎形成閉路循環系統，并將該返回皮帶尾部加長，在其上部安裝原料倉，以便兩生產線不能同時作業時，用汽車倒料卸至原礦倉進行水洗砂生產。粒度〈4.75mm 的石粉直接進入XS3200 型輪斗式洗砂機，經過清洗后的水洗砂由皮帶機送入脫水篩進行水沖脫水，以便將附著在砂上的泥水沖掉，經過水沖后的機制砂由皮帶機送至成品堆或成品庫。

表1 水洗砂檢測報告

2.4 生產線主要設備的選擇

（1）由于洗砂機易造成部分細砂流失，不但損失產量，而且還影響砂的顆粒級配，造成級配不合理，細度模數偏大，增加排泥量，因此在工藝設計時考慮增加SS-10-350型細砂回收系統，最大限度的回收排放料中的細顆粒物料。

（2）因原料含土量較大，在立式沖擊破碎機處使用水霧降塵易在破碎腔形成泥團，即影響破碎效率，又影響后續的篩分等工藝，故采用干式破碎。破碎產生的粉塵較大，安裝一套除塵設備。除塵設備采用袋式脈沖除塵器，可以有效地控制粉塵外逸，減少其對操作環境的影響，保證環境衛生。其余部位揚塵均可采用噴水降塵。

（3）由于0 ～8mm 原料含土量較大，為節約用水，使水資源得到最大限度的循環再利用，生產過程中考慮六級沉淀，最大限度的降低新水耗量，使水資源的重復利用率達到95%以上。

3 機制砂的性能檢測

對生產線成品送山東省建筑工程質量監督檢測中心進行了質量認定，結果如表1 所示。

表2 河沙、其他地區機制砂部分物理性能指標[4]

從表1、表2 對比可以看出，該生產線所生產的水洗機制砂較河沙、其他地區機制砂相比石粉含量低，表面能和親水性較好；有完整的級配，尤其具備各種微級配；顆粒級配穩定、可調整；粒形可改善；細度模數符合標準。

4 機制砂應用分析

4.1 機制砂混凝土的特性[2，4]

4.1.1 硬化前性能

機制砂硬化前性能主要包括稠度、和易性、可塑性、可加工性，這些性能互相聯系，從不同角度描述新拌混凝土特性。其中，混凝土和易性是非常重要的特性，它不僅表示混凝土澆灌成型的難易程度，也表示混凝土抵抗材料分層離析的能力。和易性具體表現為坍落度。

在水灰比相同的情況下，機制砂混凝土的坍落度要小于河沙混凝土，這主要是因為機制砂本身具有裂隙、空隙及孔洞，其中一部分為礦物顆粒集合體，這樣就增大了砂的比表面積，吸附大量的水，導致坍落度減小。相同條件下，配制坍落度相同的混凝土，機制砂比天然河沙需水量要增加5～10kg/m3。

機制砂混凝土的和易性還與砂的級配以及細度模數有關。若細度模數太大，級配不合理，可以摻加粉煤灰來彌補；若細度模數偏小，則細粉偏多，需水量增加，混凝土強度降低，水泥用量增加。

4.1.2 力學特性

混凝土力學特性主要包括抗拉、抗壓、抗彎強度以及彈性模量等性能。國內外許多文獻都有相應方面的試驗資料，特別是關于抗壓強度和彈性模量這兩個重要指標的試驗。

由于機制砂采用硬質巖石破碎，機制砂比天然砂的抗壓強度更高。所以機制砂混凝土一般比天然砂混凝土的力學性能指標更好。當然，混凝土的強度、彈性模量與砂的強度有關外，機制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的砂率等也是影響的關鍵因素。石粉含量越高，混凝土強度越低。機制砂砂率小于40%時，拌合物過于粘稠，砂率增大時，工作性能得到改善，砂率在42%～46%時，強度趨于穩定。砂率超過50%時，強度以及靜力彈性模量都顯著降低。

4.2 機制砂應用中的幾個問題

4.2.1 正確認識石粉含量[4，5]

混凝土中大量用水的原因源于石粉，認為石粉是有害成分，這種認識是片面的。資料表明石粉在水泥水化過程中起到一定的晶核作用，誘導水泥的水化產物析晶，從而加速水泥的水化反應，生成水化碳鋁酸鈣，提高水泥水化產物的結晶化程度，進而提高混凝土的致密性，混凝土性能得到改善。

國際中對石粉含量嚴格控制在3%、5%、7%，比天然砂放寬2%，實際生產中石粉含量還可以進一步放寬限制。很多研究表明，用石灰石制成的機制砂，按不同的石粉含量配制等水灰比的混凝土，配制低標號的混凝土石粉含量可以放寬，并且能夠得到工作性能好、綜合性能高的混凝土。

4.2.2 機制砂的質量控制[3]

機制砂在混凝土建設應用中代替天然砂，其性能優越性明顯。生產原料以及工藝方式決定著機制砂的質量，一般情況下原料比較穩定，所以機制砂的質量很大程度上取決于機械設備。新建機制砂生產線，可以選用最近幾年最先研制的高科技、高效破碎機械（如立式沖擊破碎機、圓錐破碎機、高效負支撐鄂式破碎機等），配以提砂機（如X 系列高效提砂機）走投資少、見效快的技術提升路線。當然機制砂的質量還受多種因素制約，2002 年實施的用砂標準規定了顆粒級配、石粉含量、泥塊含量、堅固性檢驗為出廠以及施工現場復試的的必檢項目。所以必須考慮生產中的多種因素，才能生產出質量合格的機制砂。

4.2.3 加強機制砂相關科學研究

研究機制砂的性能是機制砂應用的基礎。系統研究機制砂在混凝土中的影響以及指導人們如何去應用機制砂的特性是應該有相關科學支撐的。政府部門應該在科研立項以及專門機構的設立上，增加政策支持。大力倡導企業積極進行技術研發，改變工程技術人員對機制砂理解的誤區，向技術要效益。

4.2.4 加強機制砂混凝土在工程上的應用監管

相關機構應在地區的重點工程，包括公路、橋梁、水電工程上推廣使用高性能機制砂混凝土，并加強項目的技術監管和指導，為混凝土行業起到很好的典范作用，并全面提升機制砂混凝土的應用水平。

5 結 語

機制砂作為一種重要的建筑資源越來越得到人們的廣泛應用，但是機制砂的推廣與應用必須以質量保障為前提，才能保證建筑物的質量。發展機制砂的同時，也應注意廢棄混凝土及其他建筑廢料的應用科學，這樣才能生產出綜合性能更好的機制砂，走長遠發展的道路。

[1]蔡路，陳太林．人工砂的研究與應用〔J〕．上海建材，2005，（3）：24-25．

[2]龐林太．機制砂混凝土在工程實踐中的應用〔J〕．鐵路工程造價管理，2007，22（4）：28-31．

[3]朱俊利，等．機制砂生產現狀與發展〔J〕．礦冶，2001，10（4）：38-42．

[4]蔣正武，等．機制砂特性及其在混凝土中應用的相關問題研究〔J〕．新型建筑材料，2010（11）：1-4．

[5]趙長軍，等．石粉對機制砂混凝土性能影響試驗研究〔J〕．低溫建筑技術，2009（4）：15-16．