高性能砂石料篩分加工系統研究

周 慶

(四川興城港瑞建材有限公司, 四川成都 610213)

隨著科技的進步我國的建筑行業得到了快速的發展，混凝土對骨料的要求也越來越高。骨料在混凝土中約占總重70 %，因而正確選擇骨料的品種和性能，具有重要的技術和經濟作用，符合有關技術標準的要求，是配制混凝土的基礎[1-4]。在普通混凝土中，一般骨料的強度高于混凝土的3～4倍，即使骨料不同，混凝土的抗壓強度差別也很小。但是，在高強、高性能混凝土中，隨著混凝土強度的提高，骨料的差別對混凝土的抗壓強度影響很大[5-7]。通常砂石中包含很多雜質，如泥土、粉塵等，而一些高性能混凝土對骨料的要求極高，在去除雜質的同時還要控制好骨料的含水量，即保持骨料的清潔干凈。目前國內現有的砂石料加工篩分機械通常只能篩分一種規格的砂石料，而且加工和篩分系統是分開的，為了得到不同級配的砂石料，浪費了大量人力物力，而且很難保證砂石料中的雜質已清除干凈[8-11]。

在建筑行業中，為了滿足不同種類混凝土的需求，通常需要對不同粒徑的砂石料按一定比例進行配比。傳統的設備在進行配比時，往往需要等砂石料加工完成出料后，再通過一系列皮帶運送，輸送回級配設備完成配比，級配比例通常需要人工進行調整控制，整個設備或系統十分繁雜，效率低下。傳統砂石生產中采用單向工藝流程，經過單個破碎機——次破碎后直接篩分出料，整個工藝流程中碎石破碎效率低下，產出砂石品種有限，目前最多可以生產出四種砂石[12-16]。且細砂的產量低，此外還存在粒徑不均、含粉塵量超標等問題。

在建筑行業不斷發展混凝土對骨料要求不斷提高的形勢下，需要有更高性能的砂石料篩分及加工設備來解決如何生產高性能砂石料、篩分砂石料來得到各種所需級配等問題[17-20]。因此，本新型高性能砂石料篩分加工設備應運而生。

1 技術原理

本新型高性能砂石篩分加工系統，包括破碎系統、骨料堿活性測定設備、集料性能測試、多級滾筒式篩分分級系統、高壓水清洗系統、脫水系統、循環供排水系統、輸送系統，如圖1所示。破碎系統能對天然砂石料進行粗碎、中碎、細碎處理，粗碎裝置為顎破機，中碎裝置為錘破，超細碎裝置為沖擊破。骨料活性測定設備為砂石堿活性測定儀，可以排除堿活性骨料對混凝土的破壞。集料性能測試是在集料性能車間將抽樣的原料進行抗壓強度測定和相關密度的測試，將性能差的原料排除。多級滾筒式篩分分級系統包括進料裝置、多級洗篩滾筒、傾斜式出料裝置。篩分系統的進料裝置包括由電機、螺旋軸、螺旋葉片、過濾板、腔體、進料口、排料斗、排料管、廢料排料口。篩分系統中篩分設備的多級洗篩滾筒包括筒體、圓篩網、減速機、進料口、放料口，圓篩網可以根據所需要級配的砂石更換不同孔徑的圓篩網片，砂石經過進料裝置初步篩選首先進入內層筒體，減速機帶動筒體快速旋轉，砂石在離心力的作用下通過孔徑依次減小的圓篩網片，得到所需要級配的砂石。砂石通過進料裝置可以初步篩選得到粒徑小于過濾板的砂石。高壓水清洗和脫水系統由高壓沖洗管、水泵、加熱裝置、導熱旋轉軸、導熱旋轉葉片組成。安裝在在滾筒轉軸上的高壓沖洗管在滾筒旋轉篩分砂石的同時沖洗砂石；抬升傾斜式出料裝置中的旋轉葉片可以通過加熱裝置進行加熱，在出料的同時烘干砂石。系統中篩分設備的抬升傾斜式出料裝置包括收集斗、箱體、螺旋軸、螺旋葉片、減速機、排水口、出料口。砂石通過旋轉葉片的帶動由收集斗向出料口轉移，砂石中水分由于重力作用回流到收集斗由排水口排出。循環供水排水系統是將清洗砂石后的水回收到沉淀池進行沉淀、過濾后可重新利用于沖洗砂石。輸送系統是由皮帶機來完成的，由皮帶機運送砂石料來完成下一項工序。

圖1 高性能砂石料篩分加工系統原理示意

2 工藝流程與操作要點

本新型高性能砂石篩分加工系統的工藝流程主要是原料堿活性檢測，物理力學性能測試，粗洗、烘干、粗碎、篩分得到50～80 mm大石，中碎、篩分得到25～50 mm，細碎、篩分得到0～5 mm精品砂、5～9 mm精品石、9～19 mm精品石、19～25 mm精品石，具體工藝流程如圖2所示。

圖2 骨料加工系統工藝流程

本新型高性能砂石篩分加工系統的操作要點如下：

(1)天然骨料通過皮帶機運送至堿活性檢測車間，經過砂石堿活性測定儀檢測后為堿活性的骨料通過皮帶機運送至廢料堆放場地，檢測后為無堿活性的骨料運送至無堿活性原料堆場。然后對無堿活性骨料抽樣物理力學性能測試，用強度測定儀測試骨料樣本的抗壓強度，抗壓強度不合格的骨料運送至廢料堆放場地，通定儀器測定樣本骨料，并通過計算得到表觀密度和堆積密度，排除不合格的骨料運送至廢料堆放場地。檢測合格的骨料通過皮帶機運送至粗細、烘干車間，高壓噴水裝置對砂石進行沖洗，再通過烘干設備將骨料烘干。烘干后的骨料通過皮帶機運送至破碎車間。

(2)骨料通過皮帶機送至粗碎車間，通過顎破機粗碎后骨料進行第一次篩分，粒徑大于80 mm通過皮帶機將重新送入顎破機進行粗碎；粒徑小于80 mm的骨料通過皮帶機運送至半成品倉。將半成品倉的骨料通過皮帶機運送至中碎車間，通過錘破機中碎后骨料進行篩分，粒徑小于50 mm的骨料重新送入錘破機進行中碎，粒徑小于50 mm的骨料運送至半成品倉。將半成品倉中粒徑小于50 mm的骨料通過皮帶機送入細碎車間，通過沖擊破細碎，沖擊破后的砂石通過皮帶機送入多級滾筒式篩分分級系統的進料口。進料裝置下部排料管與多級洗篩滾筒連接，多級洗篩滾筒下部與抬升式螺旋脫水裝置連接。 多級洗篩滾筒側面連接驅動電機，依靠驅動電機提供動力帶動多級滾筒高速旋轉。滾筒外部有保護箱體，避免滾筒高速旋轉的危險。滾筒內部通過圓篩網片分隔成多個空間，圓篩網片根據所需要級配砂石可以更換不同孔徑的網片。多級洗篩滾筒旋轉軸上裝有高壓沖洗管，側面管壁可噴出高壓水。水泵將沉淀池中的清潔水泵送到設備。砂石料篩分結束后，切斷驅動電機電源，打開下部放料口將料排入抬升式螺旋脫水裝置的收料斗中。

(4)高壓沖洗管與供水管連接，供水管連接高壓水泵為高壓沖洗管提供高壓水，如圖1所示；出料支架的排水口與水管連接，清潔砂石后的水通過管道流至沉淀池，形成循環供排水系統。

(5)砂石原料在進入滾筒篩分設備前先通過進料裝置初篩分，如圖3所示。砂石原料通過進料口進入進料腔，旋轉軸旋轉葉片在驅動電機帶動下轉動，砂石粒徑小于過濾板孔徑的被排入排料斗，砂石粒徑大于過濾板孔徑在螺旋葉片的帶動下通過左側的廢料排料口排除。排料斗的砂石通過排料管排入多級洗篩滾筒中。

圖3 篩分設備進料裝置結構示意

(6)抬升式螺旋脫水裝置傾斜布置，由支撐架支撐，收料斗一端稍高，如圖4所示。外部箱體由型材焊接形成，左側焊接出料口，右側焊接收料斗。多級洗篩滾筒排除的砂石由收料斗收集，減速機驅動旋轉葉片將砂石向出料口排出。導熱旋轉軸和導熱旋轉葉片可以進行加熱用于烘干砂石。

圖4 抬升傾斜式螺旋脫水裝置結構示意

3 關鍵技術改進與優化研究

(1)本新型高性能砂石篩分加工系統在傳統的砂石料篩分流程的基礎上增加了堿活性檢測、物理力學性能測試等重要部分。在原料進行篩分加工前先甄別其堿活性，避免了混凝土凝固硬化或使用中發生堿骨料反應，提高了混凝土質量，延長了建筑的使用年限。在無堿活性的原料隨機抽樣進行物理力學性能測試，排除部分物理力學性能差的原料，進一步提高了原料的性能。

(2)本新型高性能砂石篩分加工系統可以除雜篩分的同時能控制骨料中的含水量。另外，骨料中的吸水率也能得到控制。也就是說，能夠盡可能保持骨料的清潔干凈。同時，該系統具備烘干的功能，能將砂石的濕度降低到最小范圍，有較明顯的技術效益。

(3)本新型高性能砂石篩分加工系統將篩分系統與加工系統合二為一，在加工篩分的同時清潔并烘干砂石料，功能強大，能篩分加工出含雜質少、級配好的砂石骨料，極大地減少了人力物力的消耗，具有較好的經濟效益。

(4)本新型高性能砂石篩分加工系統將清洗砂石后的水收集后，進行沉淀除雜，達到具備清洗砂石料的標準后再次用于清洗砂石，循環利用節約了水資源，提高了水資源利用率，而且避免了污水亂排放，對環境造成污染。

4 結論

與當前砂石料篩分加工設備相比，本新型高性能砂石篩分加工系統能得到各種所需級配的高性能砂石料。將加工與篩分系統二合一，極大的減少了工作流程，節約了人力；運用先進的生產設備、篩分設備、清洗及烘干設備等，便于維護和保養,達到高效、節能、降本的目的；采用先進的智能化監控、控制系統，提高產品質量控制水平和管理效率，生產運營達到數字化、智能化。