震動水篩技術在機制砂生產中的應用

摘 要：S35景禮公路項目利用碎石廠石屑生產機制砂，生產中采用震動水篩技術進行生產處理，用以提高機制砂產品質量和生產能力。本文主要結合機制砂的特性對混凝土性能的影響，通過調整生產工藝參數，對各工藝生產的機制砂進行試驗檢測對比，分析總結沉積巖石屑生產機制砂過程中采用震動水篩技術的優點及最佳工藝，以達到提高機制砂產品質量、增加經濟效益、減少環境污染、提高水資源利用率的目的。以期對同類項目機制砂的生產及質量控制有一定的借鑒作用。

關鍵詞：震動水篩；生產；機制砂；質量控制文章編號：2095-4085（2024）04-0040-03

0 引言

根據國家制定的交通強國戰略規劃，交通建設進入新的發展時期［1］。混凝土需求量持續增長，其中砂在混凝土中起填充和骨架的作用，對新拌混凝土的性能有著重要影響。但隨著我國基礎建設步伐的日益加快，很多地方的天然砂已經供不應求，砂荒現象時有發生，導致采購成本持續上漲，質量也不穩定。而機制砂因成本低、料源廣等特點在混凝土生產中的占比持續增加。本文結合S35景禮高速公路7標項目石屑生產機制砂的加工經驗，對震動水篩技術在機制砂生產中的應用進行分析總結。

1 機制砂的應用優勢

隨著基礎建設的快速推進，在混凝土生產中機制砂代替天然砂已經成為混凝土行業可持續發展的必然選擇。機制砂的應用緩解了天然砂短缺的壓力。級配良好的機制砂配制出的混凝土性能相近于甚至可以超過天然砂混凝土。但石屑獨特的級配及過高石粉含量，使混凝土容易出現離析、和易性差、堵管、坍落度損失快等問題。現階段石屑主要用于水穩料、低強度的普通混凝土。想要將石屑用于高性能混凝土的生產，石屑生產機制砂的工藝及質量控制就顯得尤為重要。好的工藝及控制措施才能確保持續生產出質量合格且性能穩定的機制砂。

2 石屑的特點及對混凝土的影響

2.1 石屑的特點

石屑指的是生產碎石所得的粒徑為5mm以下的顆粒，也稱為篩屑，是一種廢棄物，跟機制砂的外觀很相似，但不能直接作為機制砂使用。與天然砂相比，石屑具有質地堅硬、表面粗糙、有尖銳棱角、粘合性良好等特點，且含有大量料徑小于0.075mm的石粉。石屑中含有大顆粒，也含有大量粉粒，這種級配拌合物的強度較高，與水泥的粘結性好，但需水量較高。

2.2 石屑對混凝土性能的影響

（1）石屑形狀的影響。石屑的外形尖銳棱角多，能明顯降低混凝土的流動性能，石屑的表面積大需要更多的粉料進行包裹，石屑對混凝土的和易性影響較大。

（2）石屑粗細的影響。石屑細度模數大，會導致拌制的混凝土黏聚性較差，容易產生離析、泌水現象；同時細度模數大，砂的空隙率就大，在相同水泥使用量的情況下，混凝土的密實度低且空隙大。所以，在相同水泥使用量的情況下，砂過粗，相對強度也就低。

（3）石屑石粉含量的影響。1）石粉顆粒較小還可以起到微滾珠作用，改善混凝土和易性。2）石粉的微集料堆積作用填充于混凝土中的內部空隙，可提高密實性。3）后期石粉以及其他膠凝材料的水化產物相互搭接作用會使混凝土硬化漿體的抗壓強度增大［2］。4）但石粉含量過高會影響砂與水泥的粘結，使混凝土和砂漿達到一定流動性的需水量增加、強度降低、耐久性變差，同時硬化后的干縮性較大。5）石屑砂中適量的石粉對于砂漿是有一定益處的，可以彌補石屑砂形狀和表面特征造成的不足，起到完善砂級配的作用。6）石屑的石粉含量普遍在15%左右，石粉作用于混凝土增加了水泥漿體含量，同時提高了混凝土的流動性［3］。7）查資料得知機制砂中石粉含量在4%～8%時，混凝土和易性較好，施工性能好。隨著石粉含量的升高，機制砂高性能混凝土的坍落度和擴展度先增加后降低，變化趨勢近似于拋物線。石粉含量約為10%時，坍落度和擴展度均達到最大值；超過10%以上時，混凝土較為黏稠，黏聚性過大，流動性能差，在攪拌和泵送過程中需要較大的阻力，且石粉中含有泥，石粉含量越大泥越多，對減水劑有吸附作用，導致混凝土坍落度損失快［4］。

綜上所述，為了確保混凝土的施工性能和混凝土結構的質量，需要對石屑進行二次處理，在滿足標準要求后才能用于混凝土施工。

3 石屑的震動水篩工藝及調整

3.1 石屑的性能

S35景禮項目碎石廠使用的是顎式粗型破碎機，母材屬于沉積巖，抗壓強度96MPa。對碎石廠生產的尾料石屑進行檢測，MB值1.2，石粉含量15.1%，壓碎值18%，細度模數2.8。篩分試驗結果（見表1）。

依據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650-2020）中對機制砂的要求，MB值≤1.4，石粉含量≤10%，壓碎值≤20%，細度模數2.6～2.9。對比上述數據，雖然石屑細度模數、壓碎值滿足要求，但石粉含量超標嚴重，對混凝土性能影響較大，需要進行二次處理。

3.2 震動水篩工藝

項目選用震動水篩工藝對石屑進行二次處理，分為震動篩選、水洗過濾、環保過濾及循環利用四個環節。

第一步，通過傳送帶快慢可調節進入震動篩砂機的送料大小，震動篩砂機對機制砂進行震動篩選并初次沖洗。可根據篩下顆粒大小及時更換篩網，從而控制機制砂的粒徑大小。第一步包含有原料倉、高頻震動篩選設備（見圖1）、 斜皮帶傳輸系統（見圖2）、噴淋系統等設備。

第二步，震動篩選后的機制砂進入輪式洗砂機（SXL2822型），通過調節水流大小和三級沖洗，控制機制砂的石粉含量，同時經過震動過濾，降低機制砂的含水量及部分石粉含量。第二步包含有輪式洗砂機、高頻脫水機等設備（見圖3）。

第三步，將輪式洗砂機中清洗后的污水排至污水池，將污水抽入洗砂壓濾機，通過高壓過濾掉污水中的石粉和泥。第三步包含抽水泵、污水池、高壓隔膜壓濾機（見圖4）等設備設施。

第四步，將過濾后的水循環利用，有效降低環境污染。第四步包含抽水泵、儲水池等設備設施。

3.3 工藝調整及對比

第一次加工選擇參數如下：傳送帶速率調節到中速，使用10mm篩網進行震動篩選，將輪式洗砂機沖洗水量調節至50%，攪拌水洗后再次進行三級沖洗，將污水進行過濾并循環利用。最終石屑利用率74%，最大生產能力35m3/h。該次生產機制砂經檢測，MB值0.9，石粉含量5.7%，壓碎值17%，細度模數3.4，篩分試驗結果（見表2）。

對比上述數據，雖然MB值、石粉含量、壓碎值滿足要求，但細度模數偏大，影響混凝土的施工性能。

經過分析，水流大小滿足沖洗要求，可加大上料速率，增加水流量，同時也能提高生產效率；細度模數偏大，可選用篩孔略小點的篩網。最終確定第二次加工參數如下：傳送帶速率調節到快速，使用5mm篩網進行震動篩選，將輪式洗砂機沖洗水量調節至100%，攪拌水洗后再次進行三級沖洗，將污水進行過濾并循環利用。最終石屑利用率65%，最大生產能力60m3/h。該次生產機制砂經檢測，MB值0.9，石粉含量6.5%，壓碎值17%，細度模數2.9，篩分試驗結果（見表3）。

對比上述數據，機制砂石粉含量、壓碎值、細度模數均滿足要求，可用于混凝土生產，達到生產調節目的。同時石屑利用率雖然降低10%左右，但是生產效率明顯提高，降低了生產成本。

項目已經按照上述工藝進行生產，對碎石廠的石屑進行全部處理，同時將篩上的顆粒用于砂墊層的施工，使得石屑利用率達到80%，在保證施工質量的同時成本降低約40元/方，為項目增加了可觀的經濟效益。

4 結語

采用震動水篩技術對碎石廠的沉積巖石屑進行處理，經試生產對比后確定工藝參數：傳送帶選擇快速檔供料，使用5mm篩網進行震動篩選并初次水洗；將輪式洗砂機（SXL2822型）沖洗水量調節至100%，攪拌水洗后再次進行三級沖洗，對沖洗后的砂進行震動過濾；最終將污水進行高壓過濾并循環利用。生產的機制砂性能滿足施工及標準要求。以往石屑多用于水穩料、級配碎石施工，價格較低，進行二次處理后可用于混凝土生產，增加了碎石廠的經濟效益，提高了生產效率，在河砂資源匱乏地區能有效降低混凝土材料成本。同時降低了環境污染和水資源的消耗，可用于指導實際生產。影響機制砂性能的因素有母材、破碎工藝、篩選工藝等，這是一個復雜的問題，因此相關研究還有待于不斷深化。

參考文獻：

［1］劉三超，石良清.新一輪科技革命對公路交通運輸發展的影響［J］.交通運輸研究，2020（4）：76.

［2］鄭腰華.聚合物機制砂水泥混凝土力學性能的研究［J］.鐵道建筑技術，2020（9）：12.

［3］余澤文，袁飛飛，周孝軍，等.機制砂石粉含量對混凝土性能影響研究［J］.四川建筑，2021（4）：214.

［4］黃民偉.石粉對機制砂混凝土性能的影響研究［J］.湖南交通科技，2019（2）：138.