重慶地區鐵路工程機制砂質量控制措施

孫軻

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司，北京 100081；2.中國鐵路成都局集團有限公司 重慶建設指揮部，重慶 400023）

當前，重慶地區不少在建鐵路項目存在用砂緊缺情況。隨著天然砂日漸枯竭，以及一些新規劃鐵路項目陸續開工，工程用砂供需矛盾更加突現。通過對重慶涪陵區至酉陽縣一帶多家砂石廠調查發現，大部分小型砂石廠生產設備落后、生產條件簡陋，影響機制砂產品質量。根據砂石廠生產現狀，有針對性地開展機制砂生產質量控制措施研究，既有利于環境保護、實現砂石廠可持續發展，也有利于保障鐵路工程用機制砂的料源和質量[1-2]。

1 存在的問題

1.1 設備問題

設備問題在重慶地區砂石廠尤為突出。許多砂石廠設備不僅陳舊，而且并非生產機制砂的專業設備，而是利用碎石生產設備，通過調整篩網，將碎石副產品篩成機制砂。破碎設備以顎式破碎機為主，稍好的則采用2級或3級破碎。為便于設備維修和配件互換，許多砂石廠采用同一破碎方式、使用同一品牌破碎機。為提高機制砂產量，砂石廠放寬了篩分中的篩網尺寸，機制砂細度模數多為3.1～3.6，針片狀顆粒較多；壓碎指標不穩定，基本為12～24。

1.2 工藝問題

重慶地區砂石廠主要采用干法、濕法生產工藝，個別采用半干法生產工藝，但與傳統生產工藝流程存在較大差別。

1.2.1 干法生產工藝

采用干法生產工藝的砂石廠缺少母巖篩選或振動除土處理環節，大多未經收塵處理。該工藝生產的機制砂不僅石粉含量高，且質量參數不穩定。試驗結果顯示，機制砂中石粉含量11%～16%、亞藍值（MB值，機制砂中的含泥量）0.4～1.6。部分產品外觀見圖1。

圖1 干法生產工藝機制砂外觀

從圖1可以看出，未經收塵處理的干砂，感官質量較差、石粉含量高。取樣試驗結果顯示，產品1石粉含量14.6%，產品2石粉含量13.7%，不滿足GB/T 14684—2001《建筑用砂》石粉含量上限10%的要求[3]，也不滿足TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》要求[4]。

1.2.2 濕法生產工藝

采用濕法生產工藝的砂石廠，均將成品機制砂轉運至單獨洗砂機進行石粉處理，洗砂后（水洗砂）也未進行脫水處理（見圖2），且工藝不連續。因此，該工藝生產的產品含水率較高。

圖2 洗砂現場的機制砂

取樣試驗結果顯示，圖2中機制砂含水率為14.1%。

由于大多砂石廠沒有儲存場地，都將水洗砂直接送至施工單位的拌和站。產品在拌和站料倉中存放1、2 d后，含水率才趨于穩定（見圖3）。

圖3 料倉中存放2 d的水洗砂

從圖3可以看出，料倉中存放2 d的水洗砂依然較濕潤，取樣試驗結果顯示，機制砂含水率為6.8%。

1.2.3 半干法生產工藝

一些砂石廠采用半干法生產工藝，對生產過程中的母巖進行清洗，同時對機制砂采取水洗方式進行石粉處理，相當于干法、濕法工藝結合，以此克服半干法生產效率低的缺點[5-7]。

1.3 環保問題

一些砂石廠因環保問題關閉，僅保留了有環保措施的、環保效果稍好的砂石廠。但是，仍然不同程度地存在一些環保問題，導致這些砂石廠處于間歇性生產狀態。

1.3.1 揚塵污染

干法生產工藝最突出的問題是揚塵問題，被調查的砂石廠不同程度地存在該問題（見圖4）。

圖4 生產現場的揚塵問題

從圖4可以看出，現場的粉塵含量明顯超出規定濃度，雖然未經儀器測量，但在現場明顯感覺呼吸不暢，且部分區域粉塵已影響視線。

1.3.2 水污染

一些砂石廠利用便利的水資源，將洗砂設備安裝在河道邊，用抽水機直接抽河水洗砂，污水僅經簡單沉淀便向河中排放，不僅用水量較大，且污水未達排放標準，對水資源污染嚴重。

1.3.3 噪聲污染

由于用電高峰期電費較高，許多砂石廠在夜間生產，不僅節省電費，還能避開環保檢查，但產生的噪聲嚴重影響附近居民的正常生活（見圖5）。

圖5 噪聲擾民的砂石廠

從圖5可以看出，砂石廠距離居民較近，圖片右上角位置的居民離砂石場不過百米，且不止1戶。無論白天還是夜間生產，都產生嚴重的噪聲污染。

2 質量控制措施

由于資金問題，重慶地區砂石廠不能一次性投入太多資金解決設備、工藝等問題，但可以結合自身獨有優勢，采取針對性措施，有效控制機制砂質量[8]。

2.1 MB值控制

TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》對機制砂石粉含量的規定進行了調整：當機制砂MB值＜0.5時，石粉含量上限可達15%[2]。例如，擁有良好礦山資源（見圖6、圖7）條件的砂石廠，采取措施控制機制砂MB值，投入少、回報快。

圖6 鉑屹礦山

圖7 靛水礦山

從圖6、圖7可以看出，彭水縣鉑屹砂石廠和靛水砂石廠的礦山整體性較好，無夾層，覆蓋層較薄，沒有較多風化巖、泥塊等，這2處礦石廠擁有良好的資源條件。

2.1.1 除土處理

對彭水縣鉑屹砂石廠的母巖進行簡單篩選：用挖掘機選取粒徑較大、潔凈度較好的干凈母巖進行生產，在不改變工藝流程的情況下，與日常生產的機制砂進行MB值試驗對比，多次試驗結果顯示，經過母巖篩選的機制砂MB值為0.3～0.5，日常生產的機制砂MB值為1.0～1.3，MB值相差明顯。可見，除土處理對機制砂MB值的影響程度較大。除土處理主要包括以下幾方面：

（1）覆蓋層處理。覆蓋層中含植被、風化巖顆粒及泥塊等多種雜質。覆蓋層中的泥塊或單獨存在、或黏附于母巖，需盡量處理。此外，由于重慶地區降水豐富、氣候潮濕，部分泥塊滲入巖石，導致巖石表面產生苔蘚類植被與母巖融為一體，需人工清除。這些雜質不僅影響機制砂中有害物質含量，而且影響機制砂的MB值。

（2）母巖篩選。除一些植被根系外，母巖中較多雜質都以細小顆粒狀態存在（見圖8）。從圖8可以看出，泥土、風化巖等多以細小顆粒形態存在于母巖中，一些粉末狀顆粒黏附于較大石塊表面。基于這些特點，可通過篩選對其清除，主要采取以下方式：

①篩分。在場地內搭設簡易篩分裝置，僅集中篩選中小顆粒母巖。因為較大粒徑的母巖所占比例相對較多、雜質含量較少，且容易單獨裝車，在裝車過程中，可進行針對性篩選，優先運送至喂料口；剩下較小母巖顆粒時再集中篩選。該方法弊端在于需要獨立場地，篩分效果相對較差。在具備場地、資金的情況下，可考慮安設一段較長的振動篩篩選母巖，以達預期效果[9]。母巖篩選后效果見圖9。

圖8 母巖篩選前

圖9 母巖篩選后

②振動除土。即在振動喂料環節中，將進料口的底端改成篩網，在喂料過程中篩除細小顆粒，完成除土處理。

（3）母巖清洗。在覆蓋層處理和篩選后，再對母巖進行清洗，洗掉黏附于母巖上的細小粉塵顆粒，將機制砂MB值控制在較理想的范圍。然而從現場調查情況看，很多砂石廠位于山頂，用水問題突出，存在污水處理問題。礦山條件良好的砂石廠，只簡單處理覆蓋層就可使機制砂MB值＜1.4，砂石廠并不愿意在這些方面投入。利用礦山開挖后的空地修建沉淀池，可實現循環用水清洗母巖，完成除土控制后，機制砂MB值＜0.5，容易生產出滿足鐵路工程使用要求的機制砂。

圖10 彭水縣靛水砂石廠生產工藝流程

2.1.2 增加工序

彭水縣靛水砂石廠生產工藝流程見圖10。從圖10可以看出，該廠生產3種機制砂。第1種機制砂由經過1次破碎的母巖篩分而成，第2種機制砂由1次破碎后的碎石和余料再次破碎篩分而成。對前2種機制砂取樣，進行多次MB值試驗，測得第1種機制砂MB值為1.0～1.3，雨天生產的機制砂MB值可達1.6，而第2種機制砂MB值為0.4～0.6，兩者相差較大。原因在于母巖經破碎、篩分后，更多泥粉、泥塊混入第1種機制砂中被篩分掉，一部分泥粉附著于碎石、余料，一部分泥塊混入碎石、余料，被再次破碎后存在于第2種機制砂中。相對于第1種機制砂，第2種的母巖經過一次較徹底的振動除土，MB值大幅減小。

2.2 石粉含量控制

2.2.1 增加洗砂機

洗砂機可洗掉部分機制砂中的小顆粒，也會沖走部分雜質，而關鍵在于能控制機制砂中的石粉含量。部分砂石廠洗砂設備調查見圖11—圖13。

圖11 龍洞塘自建砂石廠振動式洗砂機

圖12 黔江區海艷砂石廠輪式洗砂機

圖13 武隆區清水砂石廠洗砂機

從圖11—圖13可以看出：龍洞塘自建砂石廠將1個振動篩當作洗砂機，用以控制石粉含量；黔江區海艷砂石廠使用單獨的輪式洗砂機進行石粉控制；武隆區清水石場認為用單獨洗砂機控制效果不好，改用輪式、螺旋式洗砂機組合洗砂。對3家砂石廠機制砂多次取樣進行石粉含量試驗，結果顯示，石粉含量為4%～7%，滿足鐵路工程C50以下等級混凝土使用要求。

通過洗砂機控制石粉含量，費用投入少、占用場地面積小，且能有效控制石粉含量。

2.2.2 增加收塵設備

干法制砂區別于其他2種生產工藝的關鍵在于利用收塵設備處理石粉。被調查的小型砂石廠中，僅彭水縣靛水砂石廠安裝了收塵設備。對收塵后的機制砂取樣進行多次試驗，結果顯示，石粉含量為5%～7%。收塵設備利用風機吸收石粉，可通過調整設備功率改變風力大小，對石粉進行相對準確的控制，其控制效果更有利于質量穩定性。

2.3 增加生產設備、優化生產工藝

針對機制砂質量控制薄弱環節，適當進行設備、工藝優化，是生產質量控制的有效措施。在生產設備、工藝優化前，彭水縣靛水砂石廠按照“錘式破碎→篩分→機制砂（碎石）”的方式生產，其產品質量不符合鐵路工程使用要求。應中鐵二局集團有限公司渝懷鐵路項目經理部要求，增加設備并優化工藝：

（1）增加1臺錘式破碎機，利用碎石進行機制砂生產，1級破碎改為2級破碎。

（2）增加1臺收塵設備（見圖14），對石粉進行處理，彌補干法制砂缺少收塵處理環節的缺陷。

圖14 彭水縣靛水砂石廠的收塵設備

（3）增加1套加濕設備（見圖15），優化生產工藝。該加濕設備與收塵設備同步安裝，加濕后機制砂有利于離析控制。

圖15 彭水縣靛水砂石廠的加濕設備

（4）對篩分設備進行改造。根據機制砂顆粒級配試驗數據分析，多次優化改進機制砂不同孔徑篩板長度，改善機制砂細度模數和顆粒級配情況，使機制砂細度模數控制在2.6～3.0，級配滿足Ⅱ區砂要求。

增加設備、優化工藝前后的機制砂質量參數對比見表1。可以看出，設備和工藝優化后，機制砂的壓碎指標值、MB值、石粉含量、泥塊含量、細度模數均降低，機制砂質量參數指標滿足鐵路工程高強度等級混凝土使用要求[10]。其原因在于，設備和工藝的優化加強了對機制砂顆粒形狀和細度模數的控制；單獨增加1道破碎工藝，相當于增加1次篩分，加強了除土處理控制；增加收塵設備和加濕設備，有效控制了機制砂石粉含量，有效實現了機制砂防離析控制。機制砂質量得到有效提高，對于砂石廠，機制砂售價提升；對于施工單位，機制砂符合鐵路工程高等級混凝土使用要求，取得了雙贏效果。

表1 機制砂質量參數對比

3 結束語

通過以上調研和分析，各砂石廠可采取以下措施控制機制砂質量：

（1）通過除土處理控制機制砂MB值，保證MB值＜0.5；

（2）增加洗砂設備、收塵設備，保證機制砂石粉含量＜7%；

（3）優化生產設備及工藝，保證機制砂滿足鐵路工程高等級混凝土使用要求。

此外，環境保護是可持續發展的根本，如因環保問題導致砂石廠關閉，所有質量控制措施都將化為泡影。各砂石廠應緊密圍繞粉塵控制、污水處理、噪聲擾民等問題，采取有效環境保護措施，實現生產可持續發展。砂石廠應始終堅持做好粉塵處理、污水處理工作，并避免擾民，方能維持經營。