機(jī)制砂石粉變廢為寶的技術(shù)途徑

黃振興，王斌，周云生

（1. 天津市啟源裝配式建筑有限公司，天津 301699；2. 天津祥銘利業(yè)混凝土添加劑有限公司，天津 300000；3. 唐山亮泰混凝土有限公司，河北 唐山 063308）

0 前言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展了 40 多年，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)四大支柱產(chǎn)業(yè)的建筑業(yè)更是以史無(wú)前例的巨大規(guī)模蓬勃發(fā)展。混凝土是建筑業(yè)主材，2020 年全國(guó)的混凝土產(chǎn)量就超過(guò)了 25 億立方，以每立方混凝土用砂 800kg 推算，2020 年砂用量就高達(dá) 20 億噸。如此巨大的砂用量，使得天然砂資源早在幾年前就已經(jīng)枯竭。為了保護(hù)環(huán)境，全國(guó)絕大部分地區(qū)已經(jīng)禁止天然砂開(kāi)采，于是為了滿足建筑行業(yè)用砂的巨大需求，各地紛紛上馬機(jī)制砂生產(chǎn)線，用天然石料生產(chǎn)機(jī)制砂。但由此又會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)問(wèn)題，那就是生產(chǎn)機(jī)制砂時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量石粉，每生產(chǎn)一噸機(jī)制砂就會(huì)產(chǎn)生 300kg 石粉，這些石粉如果不能及時(shí)、合理地使用，就會(huì)增加成本，影響機(jī)制砂生產(chǎn)（石粉庫(kù)滿了機(jī)制砂生產(chǎn)就無(wú)法進(jìn)行），如果亂排亂放還會(huì)影響環(huán)境。

為此，我們與兄弟單位設(shè)立了合理利用機(jī)制砂石粉，使其變廢為寶的研發(fā)部門，通過(guò)理論分析和大量試驗(yàn)，初步找到了有效利用機(jī)制砂石粉的技術(shù)途徑。

1 機(jī)制砂石粉及技術(shù)指標(biāo)

1.1 機(jī)制砂石粉產(chǎn)生的過(guò)程

機(jī)制砂是破碎后的石料通過(guò)皮帶機(jī)輸送到制砂機(jī)，再通過(guò)離心沖擊破碎成微小顆粒而制成砂。制砂機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將石料飛速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，將石料高速拋出，碰撞在耐磨襯板上，同時(shí)高速撞擊不斷通過(guò)皮帶機(jī)輸入的石料，形成了石打石、石打鐵的破碎過(guò)程。石料互相撞擊后破碎成小顆粒，通過(guò)概率篩，將符合要求的小顆粒篩出就成為機(jī)制砂，沒(méi)有通過(guò)概率篩的較大顆粒返流回制砂機(jī)再次碰撞成小顆粒，直到符合機(jī)制砂顆粒級(jí)配的要求。在這個(gè)激烈碰撞過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量石粉，一般會(huì)達(dá)到機(jī)制砂產(chǎn)量的 30%，石粉通過(guò)風(fēng)選進(jìn)入石粉庫(kù)，如果石粉庫(kù)滿了，石粉不能及時(shí)使用掉，機(jī)制砂生產(chǎn)流程就會(huì)停滯，導(dǎo)致停產(chǎn)。一些機(jī)制砂企業(yè)為了不影響生產(chǎn)，只得以低廉價(jià)格賣出石粉，例如，一家企業(yè)每噸石料購(gòu)入價(jià)格為 60 元/噸，而石粉的售價(jià)僅僅 8 元/噸，這就大大提高了機(jī)制砂成本。有些企業(yè)甚至為了不影響生產(chǎn)，偷偷將石粉倒掉，嚴(yán)重污染了環(huán)境。

1.2 機(jī)制砂石粉的技術(shù)指標(biāo)

為了尋找合理利用機(jī)制砂石粉的技術(shù)途徑，我們檢測(cè)了其比表面積，并用檢測(cè)粉煤灰活性的方法檢測(cè)了石粉活性，結(jié)果見(jiàn)表 1。從表 1 可以看出，風(fēng)選的石粉比表面積還是比較大的，與礦粉比表面積接近；但活性很差，幾乎沒(méi)有活性，粉煤灰 28 天活性一般在75%～80%，可見(jiàn)石粉是惰性材料。

表1 機(jī)制砂石粉技術(shù)指標(biāo)

2 硅灰的來(lái)源及技術(shù)指標(biāo)

2.1 硅灰的來(lái)源

硅灰是冶煉硅鐵時(shí)在 2600℃ 高溫下產(chǎn)生的二氧化硅和硅的混合氣體遇到氧氣后迅速氧化和凝結(jié)成的一種超細(xì)硅質(zhì)粉料。

2.2 硅灰的技術(shù)指標(biāo)

為了充分認(rèn)識(shí)硅灰的技術(shù)性能，以便更好的將高活性硅灰與機(jī)制砂石粉配合使用，變廢為寶，我們分別檢測(cè)了硅灰的比表面積及各齡期活性，見(jiàn)表 2。

從表 2 可以看出，硅灰的比表面積幾乎是水泥的60 多倍（水泥 350～360m2/kg），是礦粉的 50 多倍（礦粉 420m2/kg 左右），比水泥和礦粉都細(xì)得多，可以充分填充到水泥石的縫隙中，提高混凝土密實(shí)性，從而提高混凝土耐久性；另外，由于硅灰遠(yuǎn)遠(yuǎn)比水泥細(xì)，這樣就可以把以前充當(dāng)晶核的水泥替換出來(lái)，充分發(fā)揮水泥的強(qiáng)度。同時(shí)，可以看出硅灰無(wú)論早期和長(zhǎng)期活性都非常高，因此混凝土中摻加硅灰后不僅可以提高混凝土早期強(qiáng)度，還能提高混凝土后期強(qiáng)度。

表2 硅灰技術(shù)指標(biāo)

2.3 硅灰的顆粒形態(tài)

由于硅灰形成過(guò)程是 2600℃ 高溫的二氧化硅和硅的混合氣體與氧氣劇烈反應(yīng)迅速凝結(jié)成硅質(zhì)粉料，這個(gè)相變過(guò)程非常劇烈，表面張力非常大，這樣就使硅灰形成了表面非常光滑的玻璃球狀體。硅灰的這種玻璃球狀體對(duì)混凝土是非常有利的，這些大量的微小的硅灰玻璃球狀體在混凝土的粗、細(xì)骨料間會(huì)形成滾珠效應(yīng)，起到潤(rùn)滑作用，會(huì)大幅改善混凝土和易性和流動(dòng)性。

3 合理利用石粉的思路

通過(guò)對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，我們初步形成了利用硅灰的優(yōu)良性能將機(jī)制砂石粉變廢為寶的技術(shù)思路。首先在混凝土中用石粉代替粉煤灰，彌補(bǔ)膠材數(shù)量的不足；其次用硅灰有大量微小玻璃球狀體的特性來(lái)彌補(bǔ)不使用粉煤灰后漿體的潤(rùn)滑和流動(dòng)性能；第三，用硅灰的高活性來(lái)彌補(bǔ)石粉的惰性對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響；第四，用硅灰的高活性來(lái)降低水泥用量，達(dá)到在保證混凝土強(qiáng)度前提下降低成本的目的。

根據(jù)相關(guān)資料，以及我們前期做的試驗(yàn)，硅灰可以1:3、甚至 1:4 取代水泥，因此，我們的技術(shù)思路是用石粉完全取代粉煤灰，同時(shí)硅灰以 1:2、或 1:2.5 比例取代水泥，硅灰計(jì)劃每立方使用 20～30kg，取代 40～60kg水泥。由于目前水泥不斷漲價(jià)，水泥價(jià)格已經(jīng)接近硅灰價(jià)格，因此這樣取代后，如果不影響強(qiáng)度，就可以既消耗掉石粉，變廢為寶，同時(shí)降低混凝土成本。

4 混凝土對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證上述技術(shù)思路的可行性，先做了普通 C30混凝土與石粉和硅灰配合使用的 C30 混凝土對(duì)比試驗(yàn)（見(jiàn)表 3）。由表 3 可以看出，石粉和硅灰配合使用的混凝土在水泥用量減少 40kg 的情況下，各齡期混凝土強(qiáng)度都高于普通混凝土強(qiáng)度。

表3 普通 C30 混凝土與石粉和硅灰配合使用 C30 混凝土的膠材用量和強(qiáng)度

從圖 1 和圖 2 可以看出，使用硅灰后混凝土和易性和流動(dòng)性得到大幅改善，完全滿足施工要求。

圖1 普通混凝土狀態(tài)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，我們又做了各強(qiáng)度等級(jí)普通混凝土與石粉和硅灰配合使用的混凝土對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果與C30 混凝土對(duì)比試驗(yàn)一致，各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)石粉和硅灰配合使用的混凝土在水泥用量減少 40～50kg 的情況下，混凝土強(qiáng)度都高于普通混凝土強(qiáng)度，而且混凝土和易性、流動(dòng)性也大大優(yōu)于普通混凝土。

圖 2 使用硅灰后混凝土狀態(tài)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將硅灰與石粉混合使用，利用硅灰的優(yōu)良性能彌補(bǔ)石粉的不足，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，可將機(jī)制砂石粉變廢為寶，同時(shí)降低混凝土成本。