李元東

(貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽 550006)

人工砂石加工技術(shù)研究與應(yīng)用

李元東

(貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽 550006)

摘要：以干式人工砂石加工技術(shù)、濕式人工砂石加工技術(shù)和綠色環(huán)保高效的半干式人工砂石加工技術(shù)作為研究切入點(diǎn)，分析了破碎、制砂的加工工藝和設(shè)備，并以國內(nèi)某水電站的建筑工程為例分析了半干式人工砂石加工技術(shù)的應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，在工程建筑過程中應(yīng)用半干式人工砂石加工技術(shù)，可以充分發(fā)揮以破代磨的應(yīng)用思路，提高了成砂率和工藝的可靠性。

關(guān)鍵詞：人工砂石；加工技術(shù)；應(yīng)用

我國已開展半個多世紀(jì)的人工砂石加工技術(shù)研究工作，經(jīng)過業(yè)內(nèi)人士的不斷探索，先后研制出3代人工砂石加工技術(shù)，從最初的加工質(zhì)量不穩(wěn)定的干式人工砂石加工到濕式人工砂石加工，實(shí)現(xiàn)了加工質(zhì)量的優(yōu)化提升，并在這2種加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，又研發(fā)出了半干式人工砂石加工技術(shù)。這一加工技術(shù)在優(yōu)化質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能低碳環(huán)保。本文以人工砂石加工技術(shù)的發(fā)展歷程入手，對每種人工砂石加工技術(shù)進(jìn)行分析。

1人工砂石加工技術(shù)的發(fā)展及研究

1.1人工砂石加工技術(shù)的發(fā)展

建國早期的建筑砂石主要為大型江河以及古河床探底。在20世紀(jì)中期，我國大興土木，需要大量砂石，而砂石主要為這些天然石料，由于當(dāng)時沒有先進(jìn)的破碎加工技術(shù)，所以主要通過篩分的方式選用石料，或采用來自前蘇聯(lián)的加工技術(shù)與加工設(shè)備。然而我國很多地區(qū)不具有能夠形成優(yōu)質(zhì)天然砂石的河床灘地，使得很多地區(qū)的建筑工程無法采用天然型砂石[1]。因當(dāng)時技術(shù)條件限制，主要是采用人工的形式制備混凝土粗骨料，即以鐵錘砸碎如石灰石、白云巖等強(qiáng)風(fēng)化層類巖石。

1.2人工砂石加工技術(shù)研究

1.2.1 干式人工砂石加工技術(shù)

干式人工砂石加工技術(shù)是我國第1代人工砂石加工技術(shù)，其引領(lǐng)了人工砂石加工領(lǐng)域近20年的時間。該技術(shù)生產(chǎn)能力為80 t/h，工藝為二級破碎：一級粗破碎設(shè)備采用顎式破碎機(jī)(400 mm×600 mm)，二級破碎設(shè)備采用錘磨機(jī)(400 mm×600 mm)。干式人工砂石加工工藝流程圖如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)干式人工砂石加工工藝流程圖

在20世紀(jì)60年代末，又研發(fā)了三級破碎，生產(chǎn)能力為80 t/h。該技術(shù)雖然能夠使石粉含量得到有效提升，但很多指標(biāo)都不穩(wěn)定，無法滿足當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)要求，如骨料裹粉、<0.08 mm的粉泥難以分離等，都會使混凝土質(zhì)量降低，并造成粉塵污染；因此，需采取措施進(jìn)行進(jìn)一步改良[2]。

1.2.2濕式人工砂石加工技術(shù)

1980年左右，由我國水電九局首先采用了濕式人工砂石加工技術(shù)，并于貴州東風(fēng)水電站構(gòu)建了生產(chǎn)能力為450 t/h的濕式人工砂石加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一級粗碎設(shè)備采用旋回破碎機(jī)，二級中碎設(shè)備采用反擊破碎機(jī)，通過細(xì)圓錐加棒磨機(jī)進(jìn)行制砂。采用該技術(shù)進(jìn)行加工，具有較長的脫水期，對砂的產(chǎn)量有一定影響，且需構(gòu)建較大的倉庫；同時因砂石粉的流失量過大，造成石粉含量小，回收難，其生產(chǎn)廢水還會在一定程度污染環(huán)境[3]。針對上述問題，我國于1993年引入了美國NORDBERG制造的旋盤破碎機(jī)，代替以往的棒磨機(jī)進(jìn)行主要的制砂工作。通過這一技術(shù)改造，改善了以往棒磨機(jī)產(chǎn)量低、消耗大和污染大等問題；但在節(jié)能環(huán)保等方面仍有進(jìn)一步完善的空間。

1.2.3半干式人工砂石加工技術(shù)

近年來，我國在總結(jié)傳統(tǒng)干式及濕式人工砂石加工技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年的加工經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出了低碳環(huán)保的半干式加工技術(shù)[4]。這一加工技術(shù)的總體原則是“以破代磨、先濕后干、節(jié)能環(huán)保”。該加工技術(shù)分為粗、中、細(xì)等3個破碎階段，粗碎階段為開路生產(chǎn)，中、細(xì)破碎階段以閉路循環(huán)的方式進(jìn)行生產(chǎn)[5]。在加工過程中，通過脫泥分級的方式控制材料的含水率，采用立軸制砂設(shè)備進(jìn)行砂石加工，該生產(chǎn)工藝的設(shè)備技術(shù)參數(shù)可以根據(jù)加工需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括骨料連續(xù)級配和針片狀含量，同時還可對砂的含水率、細(xì)度和石粉含量等進(jìn)行調(diào)節(jié)。粗、中碎階段都是采用反擊破碎機(jī)進(jìn)行加工，而細(xì)碎階段則采用立軸破碎機(jī)進(jìn)行加工。

這一加工技術(shù)投入使用后，根據(jù)實(shí)際問題又進(jìn)行了工藝改進(jìn)。例如，對于>2.5 mm的砂石顆粒難以實(shí)現(xiàn)再破碎、有效回收加工時流失粉砂、改善細(xì)度模數(shù)過大以及石粉含量較低等問題，加設(shè)了高速立軸破碎機(jī)，并經(jīng)過半年多的試驗(yàn)，結(jié)果表明，含水率平均為3.8%，細(xì)度模數(shù)為2.73～2.91，細(xì)度模數(shù)與石粉含量均滿足相關(guān)要求[6]。

2人工砂石加工工藝和機(jī)械設(shè)備

2.1破碎

破碎工藝主要包括粗、中碎均開路，粗碎閉路和中碎開路，細(xì)碎閉路和粗碎開路，中、細(xì)碎均閉路等幾種。

粗碎是對料場開采的毛料進(jìn)行加工的工藝流程，主要的機(jī)械設(shè)備包括旋回破碎機(jī)、反擊破碎機(jī)及顎式破碎機(jī)等。每種破碎機(jī)的加工優(yōu)勢及適用范圍都不相同，例如，旋回式破碎機(jī)適用各類巖石，不需要通過振動給料機(jī)進(jìn)行給料，具有良好的處理加工能力，可加工較大粒徑的毛料，破碎料具有均勻的形態(tài)，設(shè)備運(yùn)行可靠，缺點(diǎn)包括其體型笨重、設(shè)備復(fù)雜、檢修難度大和投資大等；反擊式破碎機(jī)相對來說結(jié)構(gòu)簡單，投資較低，且破碎出的產(chǎn)品形狀均勻，但其在破碎過程中需要通過振動給料機(jī)進(jìn)行給料，這種機(jī)械容易出現(xiàn)卡料、錘頭與襯板的操作磨損較大的問題，加工過程中的穩(wěn)定性較差，中斷概率大，通常僅適用于對中硬度以下的毛料進(jìn)行加工；顎式破碎機(jī)具有相對較小的外形，且操作簡便，排料口易調(diào)整，工程量小，易維修，但加工過程中需要通過振動給料機(jī)篩進(jìn)行分次給料，在操作過程中容易出現(xiàn)卡料問題，操作穩(wěn)定性差，加工能力和生產(chǎn)粒形則相對較差，因此僅作為粗碎機(jī)械。

中碎通常采用的機(jī)械設(shè)備包括反擊式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)等，圓錐破碎機(jī)可分為偏心式與慣性式，偏心式圓錐破碎機(jī)應(yīng)用較為廣泛。偏心式還可分成單缸及多缸式，目前大多采用多缸式圓錐破碎機(jī)，這種破碎機(jī)具有較強(qiáng)的加工能力，產(chǎn)品力度均勻，特別適用硬度高的巖石；但其體積大，襯板消耗大，價格高。

2.2制砂

制砂工藝主要分為沖擊式破碎機(jī)加棒磨機(jī)聯(lián)合制砂、棒磨機(jī)單獨(dú)制砂、沖擊式破碎機(jī)物料不分級單獨(dú)制砂以及沖擊式破碎機(jī)物料分級制砂等幾種。制砂加工的常用機(jī)械設(shè)備有沖擊破碎機(jī)和棒磨機(jī)等，有些工程還采用超細(xì)碎圓錐破碎機(jī)，其中以棒磨機(jī)最常見，該機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易操作；但機(jī)體笨重。沖擊破碎機(jī)機(jī)體較小，根據(jù)腔型可分為石打石與石打鐵2種形式，石打石主要使用在硬度較大的石料制砂加工中，石打鐵則適用于軟巖制砂加工。2種機(jī)械的產(chǎn)份率相比，石打鐵相對較高。

3半干式人工砂石加工技術(shù)的應(yīng)用

以2008年始建的國內(nèi)某水電站的建筑工程為例。該水電站采用原石料的砂石主要為粗?；◢弾r，其抗壓強(qiáng)度平均約為145 MPa，密度約為2.8 g/cm3，同時含有2%的綠泥石與5%的云母，松散堆積的平均密度約為1.41 g/cm3，空隙率約為46%。

本次人工砂石加工系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力為440 t/h。采取半干式三段破碎加工技術(shù)[7]。粗碎采用顎式破碎機(jī)進(jìn)行加工，中碎采用圓錐破碎機(jī)進(jìn)行加工，細(xì)碎采用立軸破碎機(jī)進(jìn)行加工。粗骨料成品以“末級出成品”的方案進(jìn)行加工，經(jīng)細(xì)碎成形后的骨料(包括粒形及針片狀等)都滿足相關(guān)指標(biāo)。通過三級篩分的方式，對粗骨料的顆粒級配連續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，每月骨料供應(yīng)料達(dá)到了5.7萬t。

半干式人工砂石加工技術(shù)的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了以破代磨的思路。按照水電站的要求，設(shè)計(jì)中預(yù)留2臺棒磨機(jī)，其中只有1臺進(jìn)行了試驗(yàn)操作，在操作中確保工藝的可靠性。經(jīng)檢驗(yàn)分析，成砂率較高，但2臺棒磨機(jī)都未投入正式運(yùn)行，最終于2010年在沒有使用棒磨機(jī)的情況下，就加工出了高標(biāo)號混凝土的優(yōu)質(zhì)砂石骨料。骨料的取樣結(jié)果見表1。

表1　人工砂石加工的取樣分析結(jié)果

4結(jié)語

我國人工砂石加工技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了砂石加工質(zhì)量的不斷提升，并朝著低碳環(huán)保的方向繼續(xù)前行。隨著近年來以破代磨、低碳環(huán)保的人工砂石加工系統(tǒng)的研發(fā)，使我國人工砂石加工技術(shù)有了大幅度改進(jìn)，從傳統(tǒng)的干式、濕式，逐步發(fā)展到如今的低碳、環(huán)保、高效半干式人工砂石加工工藝，在優(yōu)化砂石加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿計(jì)計(jì),劉余濤,趙成喻. 廢水處理新工藝在江蘇溧陽抽水蓄能電站砂石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 中國水運(yùn)(下半月),2012(3):253-254,256.

[2] 石顯接,鐵朝虎,劉金明,等. 人工砂石系統(tǒng)節(jié)能減排與環(huán)保技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 中國三峽,2013(12):81-85.

[3] 周志強(qiáng),夏軍. 人工砂石加工系統(tǒng)成本控制的途徑與方法[J]. 貴州水力發(fā)電,2011(3):76-80.

[4] 鄧飛,張昌晶. 觀音巖水電站砂石加工系統(tǒng)下運(yùn)帶式輸送機(jī)能量回饋?zhàn)詣涌刂芠J]. 貴州水力發(fā)電,2011(3):66-67，80.

[5] 晉良海,魏雄偉,李華飛,等. 水電工程人工砂石生產(chǎn)的成組作業(yè)排序研究[J]. 水電能源科學(xué),2013(2):154-156.

[6] 趙志剛,王華,李云,等. 人工砂石粉作為混凝土摻和料的研究與應(yīng)用[J]. 混凝土世界,2013(10):76-81.

[7] 陳雁高,鄭崇飛,伊?xí)悦鳎? 天然砂石料加工系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)中的幾個問題[J]. 四川水力發(fā)電,2013(4):97-104.

責(zé)任編輯馬彤

Artificial Aggregate Processing Technology Research and Application

LI Yuandong

(Guizhou Zhongjian Building Research Design Institute Co., Ltd., Guiyang 550006,China)

Abstract：As a research point of dry artificial aggregate processing technology, wet artificial aggregate processing technology, environmental protection and efficient semi-dry artificial aggregate processing technology,analyze the crushing, sand processing technology and equipment. Take a domestic architectural engineering station as an example to analyze semi-dry artificial aggregate processing technology. Application results show that, in the engineering and construction process applications, semi artificial aggregate processing technology can give full play to break instead of grinding application ideas to improve the rate of sand into the reliability and technology.

Key words:artificial sandstone,processing technology,application

收稿日期：2015-02-24

作者簡介：李元東(1976-)，男，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事結(jié)構(gòu)工程等方面的研究。

中圖分類號：TU 521.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A