水利水电工程人工砂石加工技术

摘要：随着我国水电建设事业蓬勃发展，混凝土技术也迅速发展起来，混凝土浇筑强度也越来越高，混凝土对砂的技术要求则越来越高，特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严，按体积计砂石骨料约占水工混凝土的 80%～85%，按重量计约占85%～90%，由此可见砂石骨料的好坏直接影响着混凝土的质量。但同时，能满足其要求的天然砂数量越来越少，甚至没有，严重地制约了高性能混凝土的发展。因此对人工砂石加工系统生产技术提出更高的要求。本文对此进行了探讨。

关键词：水利水电；人工砂石；质量

一、前言

天然砂石是一种地方性材料，是不可再生的。目前在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、甚至无天然砂的情况，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，用砂高峰时还无砂可用，影响了工程建设的进展。由于人工砂石料具有不受洪水条件限制、可以均衡生产、岩种单一、级配调整灵活、对环境影响小等优点，上世纪80年代后人工砂石生产在大化、岩滩、东风、天生桥二级、漫湾、五强溪、隔河岩、宝珠寺、江垭、等工程中得到了广泛应用。上世纪90年代的二滩、三峡等一批巨型、大型工程的兴建，使人工砂石料加工在规模和技术水平上都达到了新的高度。由于工程建设规模的加大和建设周期的缩短，使工程用砂和强度急剧增加也是人工制砂技术发展的动力。人工制砂技术的日趋成熟，对水利水电工程的建设起到了积极的推动作用。

二、水利水电工程人工砂石加工技术的注意事项

1.优选制砂工艺形式

制砂因其重要性和复杂性，是目前国内水利水电工程砂石加工技术投入研究较多的环节，工程实践中常采用的破碎工艺采用如下形式：第一种：冲击式破碎机加棒磨机联合制砂工艺。其工艺集中了立轴破、棒磨机制砂的优点，二种设备生产出的产品相互取长补短，克服了中径含量、石粉过多流失等问题，目前应用最为广泛，技术最为成熟。第二种：棒磨机单独制砂工艺。棒磨机制砂机作为传统的设备，以细度模数可控性强而被水电行业较为普遍应用。棒磨机生产出的产品细度模数、石粉含量可控性强，但产量不高，钢耗、能耗、水耗高，单独使用的情况在中小型系统仍有应用。第三种：冲击式破碎机物料不分级单独制砂；工艺为除了粗中细碎产砂外，立轴破产砂为主要产量点，立轴破出料经筛分后循环料再次进入立轴破破碎，直至物料全部由大解小、符合砂的质量要求为止。过程中补充待破碎物料，满足产量和工况需要。第四种：冲击式破碎机物料分级制砂等。工艺将待破碎物料分级，大物料进入低转速、高产量的立轴破破碎，分级出的较小物料进入高转速、低产量的立轴破进行整形加工，弥补大产量立轴破产品细度模数大、级配不理想的缺点。小产量立轴破的作用近似于第一种工艺中棒磨机的作用，因其含水等工况要求同大产量立轴破相同，布置要求场地小、土建量少等优点而获取了一定应用前景。从目前实践情况来看，选择以棒磨机湿法生产，其余破碎设备干法生产的半干湿法联合生产工艺，可以解决了同一系统内可以满足不同水工混凝土所需砂石料各项质量要求；解决了砂石骨料加工中的资源利用、能源消耗、粉尘、噪音、人工砂分级、细度模数及石粉含量问题，值得推广。

这里着重介绍一下半干式制砂工艺，人工砂石生产技术从干式、湿式发展到节能、低碳、环保的半干式制砂工艺技术，是一个不断发展渐进的过程。

在2004年全国首届砂石生产技术交流会上公布了半干式制砂技术，基于业主对索风营水电站建绿色水电公园的要求，水电九局总结和研究了干式和湿式制砂的优点及缺点，结合43年人工砂石制砂经验，研究出了绿色环保型半干式制砂工艺，其核心是“以破带磨、多破少磨、前湿后干、干湿结合、智能节能、绿色环保”。破碎采用粗、中、细3段破碎，其中粗碎采用开路生产，中、细碎采用闭路循环生产。工艺要解决的主要问题是毛料含泥的控制，半成品加工中的脱泥分级技术，制砂料源的含水率控制，立轴式制砂机产品两头大中间小的技术参数控制，骨料的连续级配、孔隙率、针片状含量、砂的细度模数、可调节的石粉含量、砂的含水率等问题。为此，粗碎、中碎采用反击破，细碎制砂采用立轴破。其中较为典型的是以破代磨、优质低耗、绿色环保半干式制砂技术，2008～2011年，水电九局承建的广东台山核电厂花岗岩人工砂石系统，原石料属中粗粒或中粒似斑状花岗岩，主要由长石晶体和石英晶体镶嵌构造而成，含有约5%的云母和2%的绿泥石。石料的抗压强度为120～235Mpa，密度约为2.6～2.7g/cm3，松散堆积密度约为1.35～1.45g/cm3，松散堆积空隙率约为47%。该砂石加工系统设计处理规模440t/h，成品骨料生产能力为350t/h（其中砂150/h，骨料200t/h）。根据料源岩石岩性和核电高标号混凝土对骨料的需求等情况，采用“3段破碎”工艺，粗碎选用鄂式破碎机，中碎选用圆锥式破碎机，细碎选用立轴式破碎机，螺旋洗砂机洗去部分立轴破制干砂中的石粉。粗骨料成品生产采用“末级出成品”方案，经细碎车间立轴式破碎机整形后的成品中、小石骨料粒形及针片状含量均满足规范要求；采用“3级筛分”工艺，有效调节粗骨料颗粒级配连续，月供应量骨料为5.7万t。目前，半干式制砂技术现已应用于水电、机场、核电、公路、桥梁、码头及特种高品质混凝土的多级骨料生产，经近十年不同规模、不同岩性的实践证明是智能节能、低碳环保的制砂技术，宜大力推广使用。

2.满足环保要求

人工制砂技术在我国已有多年发展历史，但如何使机制砂在达到生产需求的同时又可以保护环境，这是多年来制砂领域的技术问题。在我国传统的制砂工艺中，一种是干法制砂，另一种是湿法制砂，而历年来困绕国内人工制砂的两大难题，一是环境保护问题，二是成品砂细度模数、石粉含量和含水率难以控制的问题，这两大难题，采用干、湿法两种制砂工艺都不能很好地解决。采用干法制砂，虽然可以解决高石粉含量问题。但是生产过程中粉尘很大，对环境污染相当严重，只有实行封闭式生产才能避免粉尘大量扩散，而且石粉含量往往超标，石粉中小于0.08mm的粉泥无法分离，影响混凝土质量，建设成本加大。采用湿法制砂，成品砂的产量低、脱水周期长，需要设置较大容积料仓脱水。石粉流失大、回收难，成品砂的石粉含量低。生产废水对环境污染程度大，水处理费用高，较难实现资源循环使用。因此，在大中型水电站混凝土工程中，选用人工砂石料时必须细致地分析了解岩石性质，并通过小型试验，试验室试验，甚至组合性的半工业性试验来鉴定岩石性质对设备及混凝土的影响，然后经过技术经济比较，作出最终的合理选择。因此需要根据实际情况改进工艺，才能生出既能满足合格砂石料，又能满足环保的要求，生产出既能满足常态混凝土与碾压混凝土的砂石骨料。

3.砂石冲洗技术

由于人工砂石料加工过程中，为得到合格的砂石骨料，必须进行清洗，清洗需要大量的水，就会产生大量的工业废水，并夹带大量的泥砂，这些污水直接排进河道，造成河道淤塞，而且冲洗过程带走了部份石粉，砂进仓后石粉含量不够、含有石粉的砂不容易脱水，脱水周期长，达不到合格的成品砂的要求，满足不了大坝混凝土浇筑强度的要求，尤其是碾压混凝土的浇筑。而且经过冲洗的骨料进入立轴冲击破制砂时，产砂率低。砂石冲洗设备一般为电机直联或通过皮带传动驱动装有螺旋叶片的主轴(单轴或双轴)，将待洗物料表面的附着物冲刷干净，冲洗和分离出的砂石中的泥土和杂物悬浮在水表面溢出，砂石由螺旋轴边翻搅边推出。砂的清洗分级采用振动筛加水冲洗分级工艺，即采用圆振筛或直线振动筛对成品砂进行加水冲洗分级筛分，这一步己经在分级筛分和检查筛分中已完成。螺旋洗砂机则兼有洗砂、分级和脱水的作用。螺旋洗砂机只能起初步脱水，进一步的脱水采用自然堆存脱水或机械脱水。机械脱水中粗砂采用直线振动筛分散脱水，细砂脱水采用真空脱水或旋流真空脱水。为控制石粉含量，根据分级机的工作，补加一定水量。补加水从棒磨机的料浆排料溜槽加入，不直接冲入分级机的沉降区。自然堆存脱水时加强现场分仓，注意堆存时间，对盲沟采取及时清理等管理措施。 洗砂机叶片磨损叶轮变小后，石粉会随溢流水带走，直接影响砂子级配。分级机叶片直径磨损5%时，要更换分级机叶片。

4.破碎加工设备的选择

首先介绍一下旋回破碎机，旋回破碎机设备构造复杂，检修复杂、检修周期长，一般需配备起重设备配合检修，一次性投资大等，但当砂石加工系统的处理规模达到或超过1200t/h时，选用旋回破碎机作一次破碎，可以减少设备安装数量，简化流程，而且能降低后续破碎的负荷，从而降低后续破碎的投资。加工系统处理规模越大，越能充分体现旋回破碎机的优越性。其次，反击式破碎机。反击式破碎机具用设备重量轻，破碎比大，产品粒形方正等优点，效果良好，一般只适用于中硬以下岩石的加工。使用时一般配备振动给料机筛分给料，避免超径物料过破碎，但易卡料，锤头、衬板磨损大，生产中断频率高，稳定性可靠性差。第三，颚式破碎机，颚式破碎机运行一般配置振动给料机筛分给料，避免物料过破碎，但易卡料，生产稳定性可靠性差，处理能力较小，破碎产品粒形较差。由于颚式破碎机比较小，后续工艺较复杂，需采用多段破碎流程才能获得合格的成品砂石料，因此对生产规模较大，砂石质量要求较高的加工系统不常采用。对但当砂石加工系统的处理规模小于800t/h时，由于颚式破碎机具有设备购置费较低，结构简单，自重较轻，安装方便，选用颚式破碎机作一次破碎可以节省投资，运行可靠且运行成本较低的特点；对于中细碎加工设备而言，较为常见的为圆锥破碎机，圆锥破碎机根据工作原理分有偏心式和惯性式破碎机，前者应用较广泛，适合于坚硬岩石破碎，但设备体积大、重量大，衬板消耗量大，设备价格高。其破碎机理为挤压、弯曲破碎，对岩体完整且易碎岩石，能得到较好的粒形，对灰岩适应性较好，而对玄武岩、大理岩适应性较差。

三、结语

人工砂在我国是随着基础建设的迅猛发展起来的建筑材料，人工砂生产是砂石骨料生产中技术含量最高、难度最大的环节，也是砂石生产的核心工艺。从本文讨论中可以看出，今后我国水利水电工程人工砂石加工技术将日益采用高性能破碎加工设备，以提高系统处理能力及产品质量，同时要满足低成本和环保的要求，达到和谐发展的目的。

参考文献：

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【2】陈静，人工砂石粉含量对混凝土性能的影响，科技资讯，2011.08

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