水洗法工藝制備凝灰?guī)r機(jī)制砂在工程中的應(yīng)用

肖建業(yè) XIAO Jian-ye；張森林 ZHANG Sen-lin

（中交二公局東萌工程有限公司，西安 710119）

0 引言

隨著全國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展,各種建設(shè)工程量不斷增加,混凝土的需求量旺盛,這導(dǎo)致細(xì)集料的需求量也不斷增加，同時(shí)河砂日益短缺和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，機(jī)制砂受到越來(lái)越多的關(guān)注，逐漸被認(rèn)可并大量應(yīng)用[1]。影響機(jī)制砂性能的因素有很多，比如各種母料差異和生產(chǎn)加工設(shè)備、工藝等都會(huì)對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量和產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響，因此本項(xiàng)目凝灰?guī)r機(jī)制砂的制備工藝要結(jié)合項(xiàng)目的特殊性進(jìn)行慎重考慮比選。

運(yùn)用土石方工程棄石方加工機(jī)制砂既節(jié)約生產(chǎn)用砂的采購(gòu)成本，又解決路基棄方的占地及復(fù)墾的問(wèn)題，符合綠化環(huán)保理念，有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但國(guó)內(nèi)大部分機(jī)制砂制備過(guò)程產(chǎn)生大量粉塵，污染嚴(yán)重，含泥量和粉塵含量超標(biāo)等質(zhì)量問(wèn)題較為突出，整體加工機(jī)制砂成品合格率偏低，因此研究機(jī)制砂的制備工藝具有一定的研究意義，對(duì)后續(xù)工程起到借鑒作用。

1 工程簡(jiǎn)介

太下線儒岙至常臺(tái)高速雙彩道口段改造工程位于浙江省紹興市新昌縣儒岙鎮(zhèn)境內(nèi)。典型山區(qū)項(xiàng)目，本項(xiàng)目挖方量約為56.5萬(wàn)m3，填方量約22.6萬(wàn)m3，棄方約18.8萬(wàn)m3，棄方主要是凝灰?guī)r，致密堅(jiān)硬，強(qiáng)度在110～160MPa之間，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[2]JTG/T3650-2020巖石的抗壓強(qiáng)度不小于1.5倍混凝土強(qiáng)度的規(guī)定，加工的機(jī)制砂具備拌合混凝土條件。

2 制砂工藝比選

凝灰?guī)r是一種火山碎屑巖，本項(xiàng)目凝灰?guī)r分為灰白色、灰青色兩種，結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高，經(jīng)檢測(cè)強(qiáng)度最高達(dá)到160MPa，加工難度大，高強(qiáng)度破碎容易產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，項(xiàng)目棄石方母巖還存在質(zhì)量不穩(wěn)定容易夾雜泥土等雜物的特點(diǎn)，而合格的機(jī)制砂對(duì)含泥量和粉塵含量有較高要求，同時(shí)又要考慮生產(chǎn)機(jī)制砂過(guò)程中產(chǎn)生揚(yáng)塵和水污染等環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。機(jī)制砂制備既要滿足生產(chǎn)合格機(jī)制砂的能力，還要滿足環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)機(jī)制砂制備工藝提出了更高的要求，通過(guò)研究分析制定兩種符合要求的制備方案，一種是較為成熟的干法制砂+噴淋降塵加工工藝，一種是水洗法制砂工藝，主要綜合考慮機(jī)制砂加工質(zhì)量、環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)性等方面，經(jīng)比選水洗法制砂工藝優(yōu)點(diǎn)突出，符合各方面要求，兩種加工工藝特點(diǎn)如下：

水洗法制砂工藝：水洗法制砂工藝主要通過(guò)向振動(dòng)篩篩網(wǎng)噴水，對(duì)石料混合物進(jìn)行沖洗，小于篩網(wǎng)規(guī)格的混合料和污水一塊進(jìn)入洗砂機(jī)，污水和石粉進(jìn)行沉淀池沉淀處理，成品砂進(jìn)入堆場(chǎng)。水洗法工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)母巖含泥量要求不高，機(jī)制砂含泥量和含粉量容易控制，沒(méi)有粉塵污染，生產(chǎn)廢水經(jīng)凈化池凈化后可重復(fù)利用，基本不會(huì)造成環(huán)境污染，生產(chǎn)過(guò)程污染治理成本較低，但其加工設(shè)備成本較高。

干法制砂工藝：主要是從振動(dòng)篩篩分出來(lái)的0-4.5mm細(xì)料進(jìn)入分級(jí)設(shè)備，直接運(yùn)輸成品砂堆，成產(chǎn)區(qū)域采用噴淋降塵。其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)設(shè)備較為低，制砂過(guò)程基本不產(chǎn)生污染，但其對(duì)母巖要求較高，母巖經(jīng)過(guò)水洗后才能加工，成品砂中石粉含量偏高，質(zhì)量控制難度大，后期環(huán)保設(shè)備維護(hù)難度大，廢水不易循環(huán)利用。

3 水洗法制砂工藝

根據(jù)以上比選原則，凝灰?guī)r機(jī)制砂制備采用水洗法加工，母巖選擇路基開(kāi)挖棄方中風(fēng)化凝灰?guī)r，制砂生產(chǎn)線主要由振動(dòng)給料機(jī)、鄂式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)、振動(dòng)篩、膠帶運(yùn)輸機(jī)、集中電控、制砂機(jī)、洗砂池、沉淀池，泥沙分離機(jī)、水凈化循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施組成，生產(chǎn)系統(tǒng)安裝完成后要先進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，進(jìn)行試驗(yàn)性生產(chǎn)，驗(yàn)證各系統(tǒng)工作性能是否符合要求，逐個(gè)檢查驗(yàn)收，生產(chǎn)的成品機(jī)制砂經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)合格，才能進(jìn)行正式成產(chǎn)。具體凝灰?guī)r機(jī)制砂制備流程見(jiàn)圖1。

圖1 制砂工藝流程圖

3.1 原材料選擇及上料

母巖選擇路基挖方整體性好，強(qiáng)度高的中風(fēng)化凝灰?guī)r（110-160MPa），經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)其強(qiáng)度滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[2]JTG/T3650-2020中相關(guān)規(guī)定，母巖開(kāi)挖采用機(jī)械破碎開(kāi)挖解小，經(jīng)篩選破碎塊石小于0.8m，用水沖洗干凈，將塊石內(nèi)雜物清理干凈堆放整齊，采用自卸車運(yùn)輸至加工場(chǎng)地，采用50型裝載機(jī)進(jìn)行上料，上料前將大于0.8m的塊石進(jìn)行剔除破解，避免母料過(guò)大卡膛，影響生產(chǎn)。

3.2 石料破碎

石料破碎由鄂破破碎機(jī)和圓錐式破碎機(jī)兩級(jí)破碎組成，石料破碎全過(guò)程采用噴淋降塵，石料經(jīng)鄂破機(jī)經(jīng)過(guò)初級(jí)破碎，將塊石破碎至15cm以下，經(jīng)過(guò)鄂破機(jī)粗破碎完成的石料經(jīng)過(guò)輸送帶傳送至圓錐機(jī)料斗，經(jīng)圓錐破碎機(jī)加工后將石料破碎至6cm以下，經(jīng)振動(dòng)篩篩選可形成16-31.5mm、10-20mm、5-10mm、0-5mm四個(gè)檔位分別運(yùn)輸存放至成品待檢區(qū)，其中篩選的0-5mm粒徑機(jī)制砂經(jīng)洗沙池水洗后運(yùn)輸至機(jī)制砂成品待檢沙堆。

鄂破破碎機(jī)是將塊石分解破碎制15cm以下，破碎過(guò)程控制對(duì)后續(xù)圓錐破生產(chǎn)成品砂的質(zhì)量及產(chǎn)量尤為關(guān)鍵，因此破碎前要檢查破碎機(jī)內(nèi)是否有塊石等雜物，及時(shí)清理，破碎前鄂破破碎機(jī)空轉(zhuǎn)5分鐘，才能開(kāi)始投料，根據(jù)圓錐破生產(chǎn)砂石材料速度控制裝載機(jī)上料速度和上料粒徑，防止鄂破破碎機(jī)機(jī)卡料死機(jī)。破碎時(shí)，若因破碎機(jī)過(guò)載造成停機(jī)，應(yīng)立即關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，將物料排除后，才進(jìn)行重新啟動(dòng)。停機(jī)前，應(yīng)先停止給料，待破碎腔的料全部破碎完后，才可關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。停機(jī)后，應(yīng)檢查活動(dòng)平板、固定平板和側(cè)付平板的磨損情況。若過(guò)度磨損，活動(dòng)平板或固定平板應(yīng)作調(diào)頭或更換，側(cè)付平板應(yīng)作更換。

圓錐破破碎后直接生產(chǎn)機(jī)制砂成品，破碎機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到機(jī)制砂的質(zhì)量及產(chǎn)量，因此啟動(dòng)前檢查潤(rùn)滑、液壓油箱中的油位、油質(zhì)，檢查、清除破碎腔內(nèi)礦石、雜物，檢查、清除防塵罩及下架體臂架上方礦石、雜物，檢查皮帶松緊并盤車一周以上。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中隨時(shí)檢查潤(rùn)滑、液壓油箱中設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)異響，確保圓錐破運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 振動(dòng)篩篩選

振動(dòng)篩主要由篩箱、激振器、懸掛（或支承）裝置及電動(dòng)機(jī)等組成，電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶，帶動(dòng)激振器主軸回轉(zhuǎn)，由于激振器上不平衡重物的離心慣性力作用，使篩箱獲振動(dòng)，改變激振器偏心重，可獲得不同振幅，在通過(guò)不同尺寸的篩網(wǎng)，振動(dòng)篩選出成品砂石在符合要求的級(jí)配范圍。生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)噴淋降低篩選過(guò)程中散發(fā)的揚(yáng)塵，將圓錐式破碎機(jī)破碎產(chǎn)生的砂石經(jīng)傳送帶傳送至振動(dòng)篩進(jìn)行區(qū)分，并將5-10mm碎石經(jīng)篩網(wǎng)篩選出來(lái)通過(guò)運(yùn)輸帶運(yùn)送至機(jī)制砂機(jī)進(jìn)行二次制砂，0-5mm集料通過(guò)運(yùn)輸帶運(yùn)送至水洗池進(jìn)行水洗堆放至成品砂堆，粒徑較大的由傳送帶返回圓錐破二次加工。振動(dòng)篩的篩孔的大小（磨損程度）對(duì)成品砂的產(chǎn)量和質(zhì)量起點(diǎn)決定作用，因此要經(jīng)常檢查篩孔的大小（磨損程度），做到及時(shí)更換。篩選過(guò)程中要確保噴淋設(shè)施運(yùn)行，防止灰塵逸散。

本項(xiàng)目機(jī)制砂制備全程采用水法加工，其物料含水量高，工作時(shí)振動(dòng)使物料更緊實(shí)的粘附于篩面，容易造成物料擁堵或者被迫停機(jī)，從而影響機(jī)制砂的生產(chǎn)，因此本項(xiàng)目更為強(qiáng)力的TES系列三軸橢圓篩，三軸驅(qū)動(dòng)能使篩機(jī)產(chǎn)生理想的橢圓運(yùn)動(dòng)，它兼有圓振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩的優(yōu)點(diǎn)，且橢圓軌跡、振幅可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際物料狀況選擇振動(dòng)軌跡，對(duì)難篩分的物料更具優(yōu)勢(shì)，三軸驅(qū)動(dòng)強(qiáng)迫同步激振，能使篩機(jī)獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)，對(duì)要求處理量大的篩分尤其有利。

3.4 制砂機(jī)二次制砂

圓錐式破碎產(chǎn)生的0-5mm機(jī)制砂直接由巖石破碎，其產(chǎn)量低，且針片狀較多，質(zhì)量不穩(wěn)定，一般稱為機(jī)口砂，不能滿足施工成產(chǎn)需要，特別是高標(biāo)號(hào)混凝土的制備。因此需對(duì)圓錐破生產(chǎn)的5-10mm碎石進(jìn)行二次研磨整形制砂，經(jīng)二次研磨整形機(jī)制砂，具有強(qiáng)度高，形態(tài)圓潤(rùn)，質(zhì)量及產(chǎn)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。本項(xiàng)目二次制砂機(jī)選擇高效細(xì)碎機(jī)，高效細(xì)碎機(jī)具有產(chǎn)量高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、高效節(jié)能等特點(diǎn)，經(jīng)振動(dòng)篩將篩選的5-10mm碎石傳送至制砂機(jī)，由制砂機(jī)二次研磨，并整形，經(jīng)振動(dòng)篩二次篩選后傳送至洗砂池進(jìn)行水洗堆放至成品待檢砂堆（和圓錐破生產(chǎn)的機(jī)口砂分開(kāi)堆放），經(jīng)檢測(cè)合格后運(yùn)輸至合格成品砂堆，進(jìn)行混凝土拌合，粒徑較大的傳送至制砂機(jī)二次加工。

3.5 洗砂池

經(jīng)圓錐破和制砂機(jī)等制砂設(shè)備經(jīng)振動(dòng)篩產(chǎn)生的0-5mm粒徑的物料用皮帶傳送至洗砂池，通過(guò)洗砂池充分?jǐn)嚢杷矗瑢C(jī)制砂中的泥沙和石粉水洗分離后，經(jīng)撈砂篩撈選后傳送至待檢料倉(cāng)，撈砂篩容易磨損，需要經(jīng)常檢查更換，避免因撈砂篩孔隙過(guò)大，造成生產(chǎn)的機(jī)制砂粒徑過(guò)粗，影響機(jī)制砂的質(zhì)量及產(chǎn)量。

洗沙池減少了機(jī)制砂的中粉塵和泥土含量，同時(shí)也減少了機(jī)制砂在皮帶上運(yùn)輸至料倉(cāng)過(guò)程中的揚(yáng)塵污染，有效降低了機(jī)制砂生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。洗砂池產(chǎn)生的廢水嚴(yán)禁直接流入當(dāng)?shù)睾拥纼?nèi)，通過(guò)排水溝引排至沉淀池，由污水處理系統(tǒng)二次處理。

3.6 污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)由泥沙分離機(jī)、三級(jí)沉淀池、抽水設(shè)備組成，洗砂池產(chǎn)生的污水經(jīng)排水溝排至一級(jí)沉淀池，加入絮凝劑將泥沙加速沉淀后經(jīng)管道將污水和泥沙混合物抽至泥沙分離機(jī)，由泥沙分離機(jī)將泥沙分離，污水排至二級(jí)級(jí)沉淀池繼續(xù)二次沉淀，沉淀物繼續(xù)抽至泥沙分離機(jī)第二次泥沙分離，排至三級(jí)沉淀池變清澈后經(jīng)抽水設(shè)備通過(guò)振動(dòng)篩和洗沙池二次利用，分離后的泥沙經(jīng)晾曬干燥處理后運(yùn)輸至棄土場(chǎng)掩埋，進(jìn)行無(wú)害化處理。

3.7 機(jī)制砂的檢測(cè)

圓錐破生產(chǎn)機(jī)制砂和制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂分別取料進(jìn)行外觀對(duì)比，圓錐破生產(chǎn)的機(jī)制砂針片狀和顆粒感明顯較多，具體見(jiàn)圖2（左側(cè)為制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂，右側(cè)為圓錐破生產(chǎn)的機(jī)口砂）。

圖2 兩種生產(chǎn)方式產(chǎn)品機(jī)制砂外觀對(duì)比

取隨機(jī)取料3批次，其中制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂取1批次（組1），圓錐破直接生產(chǎn)的機(jī)制砂取2批次（組2、組3）經(jīng)工地試驗(yàn)室進(jìn)行級(jí)配篩分試驗(yàn)，經(jīng)檢測(cè)兩種方式生產(chǎn)的機(jī)制砂石粉含量都小于等于10%，細(xì)度模數(shù)2.3-3.0之間，亞甲藍(lán)（MB）值小于1.0，級(jí)配等均符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》[3]（JTG E42-2005）相關(guān)參數(shù)要求，但圓錐破生產(chǎn)機(jī)制砂針片狀較為明顯，級(jí)配相對(duì)較差，細(xì)度模數(shù)及石粉含量相差不大，見(jiàn)表1、圖3。

圖3 機(jī)制砂級(jí)配曲線

表1 機(jī)制砂級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

采用上述工藝生產(chǎn)出的機(jī)制砂在工地試驗(yàn)室經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)其級(jí)配、含粉量、細(xì)度模數(shù)、亞甲藍(lán)值等檢測(cè)參數(shù)均符合規(guī)范要求，產(chǎn)量大而且質(zhì)量穩(wěn)定，基本不產(chǎn)生污染問(wèn)題，能利用于實(shí)體工程建設(shè)，其中圓錐破直接生產(chǎn)的機(jī)制砂可利用于低標(biāo)號(hào)混凝土制備，制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂可利用于高標(biāo)號(hào)混凝土制備。

4 總結(jié)

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)水洗法制備的凝灰?guī)r機(jī)制砂質(zhì)量可靠，能利用于工程實(shí)體混凝土施工。目前太下線儒岙至常臺(tái)高速雙彩道口段改造工程橋梁施工基本結(jié)束，采用水洗法加工的凝灰?guī)r機(jī)制砂經(jīng)工程實(shí)體驗(yàn)證，其性能各方面基本和天然河砂相當(dāng)，且機(jī)制砂制備過(guò)程中未發(fā)生一起污染環(huán)境事故。水洗法加工機(jī)制砂的加工質(zhì)量、環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)性等方面得到了驗(yàn)證。凝灰?guī)r機(jī)制砂的成功制備，實(shí)現(xiàn)了機(jī)制砂的自產(chǎn)，為項(xiàng)目節(jié)約大量成本，減少了原材料不穩(wěn)定對(duì)施工質(zhì)量和進(jìn)度的影響。同時(shí)減少項(xiàng)目棄方及棄土場(chǎng)建設(shè)，少占用土地，節(jié)省項(xiàng)目征地成本，還符合綠色公路理念。目前天人河砂接近枯竭，水洗后凝灰?guī)r機(jī)制砂用于拌合混凝土創(chuàng)造較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的推廣空間。