鐵路工程干法與濕法制砂生產工藝對比分析

胡希斌，陳讓利

（中鐵三局集團有限公司貴南項目部，貴州 黔南 558000）

1 鐵路混凝土機制砂成品主要性能要求

（1）機制砂的顆粒級配。《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424—2018）中對細骨料顆粒級配的要求與《建設用砂》（GB/T 14684—2011）中顆粒級配的范圍基本一致，除4.75mm和0.6mm篩檔外，實際顆粒級配與要求的累計篩余百分率相比，允許超出不大于總量的5%。

（2）機制砂的性能指標。《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB 10424—2018）中未對機制砂作出單獨的規定；但對砂的泥塊含量、云母含量、輕物質含量、硫化物及硫酸鹽含量等指標的要求作出了嚴格的規定。另外，細骨料基本達到《建設用砂》（GB/T 14684—2011）中Ⅰ、Ⅱ級砂的要求即可。

2 干法與濕法制砂生產工藝

砂石聯產的干法生產工藝主要通過三級破碎、二次篩分完成，若出現用砂量較大，與其他骨料產能不匹配的情況下，可利用粗骨料進行二次破碎加工制砂。僅生產機制砂的骨料廠，干法制砂工藝所得成品砂的石粉含量可采用風選脫粉機進行調節。濕法制砂宜通過洗砂機、細砂回收裝置等單獨或配合使用，以此來調節機制砂成品級配、細度模數和石粉含量，同時還應控制石粉含量與含水率。

3 干法、濕法制砂設備配置

干法和濕法制砂的機制砂加工系統均包括除土系統、原料供給系統、破碎系統、篩分系統、整形系統、輸送系統、生產質量監測信息化系統、電控系統、除塵系統或水處理系統等。主要的區別在于干法制砂的除塵系統主要采取風選除塵的礦粉分離設備；而濕法制砂采取水洗砂設備，配置螺旋式洗砂機。濕法制砂在粗碎階段配備顎式破碎機，如果是大型加工廠也可配備錘擊破碎機；在中碎階段配備反擊破碎機；在細碎階段配備圓錐整形破碎機。

4 干法、濕法制砂成品質量對比

4.1 樣本數據采集的邊界條件

結合砂石骨料生產情況，優先采用干法制砂生產工藝，輔助濕法制砂生產工藝中的水洗脫粉，以彌補因各種因數對成品砂質量的影響。2種生產工藝成品質量的對比分析樣本采集在相同破碎工藝流程、同一生產時間段、同一批母材及破碎、風選風力（功率90kW）、洗砂機供水量等生產參數不變的前提下提取，分別對2種工藝生產的成品進行取樣分析。為確保樣本更具代表性，對比分析的數據為隨機抽取10d的過程檢驗結論。并在取石時對母材進行初步篩分，基本固化母材顆粒級配和粗細程度，排除因母材破碎程度變化或因母材細粉料含量偏差而影響檢測結果的可能。考慮到母材的含水率不易測定，試驗檢測時采集經第二段破碎（中碎后，粒徑小于45mm）未經篩分的混合料樣本進行數據采集。樣本1～5組，布袋式除塵風機4檔；樣本6～10組，布袋式除塵風機5檔并增開破碎過程粉塵回收機。

4.2 成品機制砂質量控制主要指標分析

機制砂的MB值、石粉含量、顆粒級配、細度模數、含泥量等受生產工藝影響較大，其他質量指標主要受母材組成部分的影響。故重點對取樣成品機制砂的MB值、石粉含量、顆粒級配、細度模數等4項指標進行對比。詳細見表1。

（1）石粉含量分析。經檢測分析，在風選4檔位時，混合料含水率大于0.3%，干法生產工藝生產成品砂的石粉含量均超過15%，僅石粉含量指標不符合鐵路工程混凝土用砂的要求。在同等風選功率和風力的前提下，混合料含水率每增加0.1個百分點，成品砂的石粉含量增加3%～4%。風選在5檔位時，混合料含水率大于0.7%，干法生產工藝生產成品砂的石粉含量不符合鐵路工程混凝土用砂的要求。故在干法工藝生產調節的過程中，應根據母材的含水率波動情況及時地調節風選礦粉分離機的風力大小。干法工藝的試生產階段，成品砂的石粉含量應按不大于10%來進行控制，并調節相關的工藝參數。干法生產工藝實際生產時，石粉含量大于15%后，機制砂的顆粒級配容易在合格砂級配域以外，進而導致砂的顆粒級配不合格。故在進行干法生產時，母材的含水率是影響成品砂質量的關鍵因數。特別，進行干法生產工藝試驗采集樣品時，為確保樣本生產邊界條件的一致性，未根據母材含水率的變化，動態調整風選設備的風力輸出功率，進而出現了樣本級配和石粉含量不合格的現象。

（2）細度模數分析。2種工藝生產機制砂細度模數均在2.3～3.0，均屬于中砂范疇。但濕法生產工藝經水洗后，細度模數增加0.1～0.5。在未改變破碎生產工藝參數的前提下，說明時水洗后1.18mm篩檔以下的細微顆粒降低了篩余率，進而改變了成品砂的細度模數。

表1 干法生產、濕法生產成品砂部分性能指標

（3）級配分析。對每組樣品顆粒級配各篩檔進行對比，發現0.15mm、0.3mm篩檔累計篩余量增加了5%～10%。詳細見下表2。增加且和易性難以得到保證。同時，消耗大量的水資源，排放大量的泥粉污水，設備種類多，生產成本高，在干旱少雨或寒冷結冰的季節均不能正常生產等。（2）干法制砂工藝的優點主要是能有效保留0.3～1.18mm顆粒，級配較好，石粉含量也可以通過不同的風力使其控制在規定范圍內，從而提高混凝土的抗壓強度和混凝土

表2 干法生產、濕法生產成品砂各篩檔累計篩余量

經過水洗后，成品砂的MB值均降低至1.0以下。這說明水洗工藝將機制砂中小于75μm的顆粒中泥土等有害物質含量進一步降低；小于75μm的顆粒大部分為母材成分相同的石粉。貴南項目采用干法生產為主，濕法生產為輔，母材產出比值達到0.93。在不調節制砂產能的情況下，石灰巖產品比例基本穩定為機制砂∶（5～10mm碎石）∶（10～20mm碎石）∶（16～31.5mm碎石）=4∶3∶2∶2。濕法工藝生產合格的機制砂，循環用水的水量應控制在0.07～0.1m3/t。循環用水進入洗砂機的細粉含量控制在0.1%～0.2%，以確保有足夠的細粉顆粒通過循環水回摻至機制砂中，使可控制機制砂水洗工藝造成的級配不連續。否則，應將石粉沉淀脫水后按需回摻機制砂中。

5 結論

（1）濕法工藝制砂的優點主要是成品砂表面清潔，觀感性好、質量較好，生產環境沒有粉塵污染。其缺點主要是會將粒徑在75～600μm的石粉一起洗掉，造成機制砂缺少細集料，影響機制砂的級配，導致水泥用量的和易性。寒冷季節不會出現凍結成塊的現象，能夠全年連續生產。石粉資源可得到高效、綜合利用，無污水處理裝置，所需生產產場地較小、操作管理人員少，易于集中操作控制。缺點主要是對材料來源質量要求較高；對母材含水率要求也較高；機制砂表面感觀性差；選粉機價格較貴；生產過程粉塵大。干法制砂的工藝流程對機制砂連續級配的控制相對穩定，且對環境的影響較小。