重庆地区铁路工程机制砂质量控制措施

2019-08-20孙轲

中国铁路 2019年8期

孙轲

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081；2.中国铁路成都局集团有限公司重庆建设指挥部，重庆 400023）

当前，重庆地区不少在建铁路项目存在用砂紧缺情况。随着天然砂日渐枯竭，以及一些新规划铁路项目陆续开工，工程用砂供需矛盾更加突现。通过对重庆涪陵区至酉阳县一带多家砂石厂调查发现，大部分小型砂石厂生产设备落后、生产条件简陋，影响机制砂产品质量。根据砂石厂生产现状，有针对性地开展机制砂生产质量控制措施研究，既有利于环境保护、实现砂石厂可持续发展，也有利于保障铁路工程用机制砂的料源和质量[1-2]。

1 存在的问题

1.1 设备问题

设备问题在重庆地区砂石厂尤为突出。许多砂石厂设备不仅陈旧，而且并非生产机制砂的专业设备，而是利用碎石生产设备，通过调整筛网，将碎石副产品筛成机制砂。破碎设备以颚式破碎机为主，稍好的则采用2级或3级破碎。为便于设备维修和配件互换，许多砂石厂采用同一破碎方式、使用同一品牌破碎机。为提高机制砂产量，砂石厂放宽了筛分中的筛网尺寸，机制砂细度模数多为3.1～3.6，针片状颗粒较多；压碎指标不稳定，基本为12～24。

1.2 工艺问题

重庆地区砂石厂主要采用干法、湿法生产工艺，个别采用半干法生产工艺，但与传统生产工艺流程存在较大差别。

1.2.1 干法生产工艺

采用干法生产工艺的砂石厂缺少母岩筛选或振动除土处理环节，大多未经收尘处理。该工艺生产的机制砂不仅石粉含量高，且质量参数不稳定。试验结果显示，机制砂中石粉含量11%～16%、亚蓝值（MB值，机制砂中的含泥量）0.4～1.6。部分产品外观见图1。

图1 干法生产工艺机制砂外观

从图1可以看出，未经收尘处理的干砂，感官质量较差、石粉含量高。取样试验结果显示，产品1石粉含量14.6%，产品2石粉含量13.7%，不满足GB/T 14684—2001《建筑用砂》石粉含量上限10%的要求[3]，也不满足TB 10424—2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》要求[4]。

1.2.2 湿法生产工艺

采用湿法生产工艺的砂石厂，均将成品机制砂转运至单独洗砂机进行石粉处理，洗砂后（水洗砂）也未进行脱水处理（见图2），且工艺不连续。因此，该工艺生产的产品含水率较高。

图2 洗砂现场的机制砂

取样试验结果显示，图2中机制砂含水率为14.1%。

由于大多砂石厂没有储存场地，都将水洗砂直接送至施工单位的拌和站。产品在拌和站料仓中存放1、2 d后，含水率才趋于稳定（见图3）。

图3 料仓中存放2 d的水洗砂

从图3可以看出，料仓中存放2 d的水洗砂依然较湿润，取样试验结果显示，机制砂含水率为6.8%。

1.2.3 半干法生产工艺

一些砂石厂采用半干法生产工艺，对生产过程中的母岩进行清洗，同时对机制砂采取水洗方式进行石粉处理，相当于干法、湿法工艺结合，以此克服半干法生产效率低的缺点[5-7]。

1.3 环保问题

一些砂石厂因环保问题关闭，仅保留了有环保措施的、环保效果稍好的砂石厂。但是，仍然不同程度地存在一些环保问题，导致这些砂石厂处于间歇性生产状态。

1.3.1 扬尘污染

干法生产工艺最突出的问题是扬尘问题，被调查的砂石厂不同程度地存在该问题（见图4）。

图4 生产现场的扬尘问题

从图4可以看出，现场的粉尘含量明显超出规定浓度，虽然未经仪器测量，但在现场明显感觉呼吸不畅，且部分区域粉尘已影响视线。

1.3.2 水污染

一些砂石厂利用便利的水资源，将洗砂设备安装在河道边，用抽水机直接抽河水洗砂，污水仅经简单沉淀便向河中排放，不仅用水量较大，且污水未达排放标准，对水资源污染严重。

1.3.3 噪声污染

由于用电高峰期电费较高，许多砂石厂在夜间生产，不仅节省电费，还能避开环保检查，但产生的噪声严重影响附近居民的正常生活（见图5）。

图5 噪声扰民的砂石厂

从图5可以看出，砂石厂距离居民较近，图片右上角位置的居民离砂石场不过百米，且不止1户。无论白天还是夜间生产，都产生严重的噪声污染。

2 质量控制措施

由于资金问题，重庆地区砂石厂不能一次性投入太多资金解决设备、工艺等问题，但可以结合自身独有优势，采取针对性措施，有效控制机制砂质量[8]。

2.1 MB值控制

TB 10424—2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》对机制砂石粉含量的规定进行了调整：当机制砂MB值＜0.5时，石粉含量上限可达15%[2]。例如，拥有良好矿山资源（见图6、图7）条件的砂石厂，采取措施控制机制砂MB值，投入少、回报快。

图6 铂屹矿山

图7 靛水矿山

从图6、图7可以看出，彭水县铂屹砂石厂和靛水砂石厂的矿山整体性较好，无夹层，覆盖层较薄，没有较多风化岩、泥块等，这2处矿石厂拥有良好的资源条件。

2.1.1 除土处理

对彭水县铂屹砂石厂的母岩进行简单筛选：用挖掘机选取粒径较大、洁净度较好的干净母岩进行生产，在不改变工艺流程的情况下，与日常生产的机制砂进行MB值试验对比，多次试验结果显示，经过母岩筛选的机制砂MB值为0.3～0.5，日常生产的机制砂MB值为1.0～1.3，MB值相差明显。可见，除土处理对机制砂MB值的影响程度较大。除土处理主要包括以下几方面：

（1）覆盖层处理。覆盖层中含植被、风化岩颗粒及泥块等多种杂质。覆盖层中的泥块或单独存在、或黏附于母岩，需尽量处理。此外，由于重庆地区降水丰富、气候潮湿，部分泥块渗入岩石，导致岩石表面产生苔藓类植被与母岩融为一体，需人工清除。这些杂质不仅影响机制砂中有害物质含量，而且影响机制砂的MB值。

（2）母岩筛选。除一些植被根系外，母岩中较多杂质都以细小颗粒状态存在（见图8）。从图8可以看出，泥土、风化岩等多以细小颗粒形态存在于母岩中，一些粉末状颗粒黏附于较大石块表面。基于这些特点，可通过筛选对其清除，主要采取以下方式：

①筛分。在场地内搭设简易筛分装置，仅集中筛选中小颗粒母岩。因为较大粒径的母岩所占比例相对较多、杂质含量较少，且容易单独装车，在装车过程中，可进行针对性筛选，优先运送至喂料口；剩下较小母岩颗粒时再集中筛选。该方法弊端在于需要独立场地，筛分效果相对较差。在具备场地、资金的情况下，可考虑安设一段较长的振动筛筛选母岩，以达预期效果[9]。母岩筛选后效果见图9。

图8 母岩筛选前

图9 母岩筛选后

②振动除土。即在振动喂料环节中，将进料口的底端改成筛网，在喂料过程中筛除细小颗粒，完成除土处理。

（3）母岩清洗。在覆盖层处理和筛选后，再对母岩进行清洗，洗掉黏附于母岩上的细小粉尘颗粒，将机制砂MB值控制在较理想的范围。然而从现场调查情况看，很多砂石厂位于山顶，用水问题突出，存在污水处理问题。矿山条件良好的砂石厂，只简单处理覆盖层就可使机制砂MB值＜1.4，砂石厂并不愿意在这些方面投入。利用矿山开挖后的空地修建沉淀池，可实现循环用水清洗母岩，完成除土控制后，机制砂MB值＜0.5，容易生产出满足铁路工程使用要求的机制砂。

图10 彭水县靛水砂石厂生产工艺流程

2.1.2 增加工序

彭水县靛水砂石厂生产工艺流程见图10。从图10可以看出，该厂生产3种机制砂。第1种机制砂由经过1次破碎的母岩筛分而成，第2种机制砂由1次破碎后的碎石和余料再次破碎筛分而成。对前2种机制砂取样，进行多次MB值试验，测得第1种机制砂MB值为1.0～1.3，雨天生产的机制砂MB值可达1.6，而第2种机制砂MB值为0.4～0.6，两者相差较大。原因在于母岩经破碎、筛分后，更多泥粉、泥块混入第1种机制砂中被筛分掉，一部分泥粉附着于碎石、余料，一部分泥块混入碎石、余料，被再次破碎后存在于第2种机制砂中。相对于第1种机制砂，第2种的母岩经过一次较彻底的振动除土，MB值大幅减小。

2.2 石粉含量控制

2.2.1 增加洗砂机

洗砂机可洗掉部分机制砂中的小颗粒，也会冲走部分杂质，而关键在于能控制机制砂中的石粉含量。部分砂石厂洗砂设备调查见图11—图13。

图11 龙洞塘自建砂石厂振动式洗砂机

图12 黔江区海艳砂石厂轮式洗砂机

图13 武隆区清水砂石厂洗砂机

从图11—图13可以看出：龙洞塘自建砂石厂将1个振动筛当作洗砂机，用以控制石粉含量；黔江区海艳砂石厂使用单独的轮式洗砂机进行石粉控制；武隆区清水石场认为用单独洗砂机控制效果不好，改用轮式、螺旋式洗砂机组合洗砂。对3家砂石厂机制砂多次取样进行石粉含量试验，结果显示，石粉含量为4%～7%，满足铁路工程C50以下等级混凝土使用要求。

通过洗砂机控制石粉含量，费用投入少、占用场地面积小，且能有效控制石粉含量。

2.2.2 增加收尘设备

干法制砂区别于其他2种生产工艺的关键在于利用收尘设备处理石粉。被调查的小型砂石厂中，仅彭水县靛水砂石厂安装了收尘设备。对收尘后的机制砂取样进行多次试验，结果显示，石粉含量为5%～7%。收尘设备利用风机吸收石粉，可通过调整设备功率改变风力大小，对石粉进行相对准确的控制，其控制效果更有利于质量稳定性。

2.3 增加生产设备、优化生产工艺

针对机制砂质量控制薄弱环节，适当进行设备、工艺优化，是生产质量控制的有效措施。在生产设备、工艺优化前，彭水县靛水砂石厂按照“锤式破碎→筛分→机制砂（碎石）”的方式生产，其产品质量不符合铁路工程使用要求。应中铁二局集团有限公司渝怀铁路项目经理部要求，增加设备并优化工艺：

（1）增加1台锤式破碎机，利用碎石进行机制砂生产，1级破碎改为2级破碎。

（2）增加1台收尘设备（见图14），对石粉进行处理，弥补干法制砂缺少收尘处理环节的缺陷。

图14 彭水县靛水砂石厂的收尘设备

（3）增加1套加湿设备（见图15），优化生产工艺。该加湿设备与收尘设备同步安装，加湿后机制砂有利于离析控制。

图15 彭水县靛水砂石厂的加湿设备

（4）对筛分设备进行改造。根据机制砂颗粒级配试验数据分析，多次优化改进机制砂不同孔径筛板长度，改善机制砂细度模数和颗粒级配情况，使机制砂细度模数控制在2.6～3.0，级配满足Ⅱ区砂要求。

增加设备、优化工艺前后的机制砂质量参数对比见表1。可以看出，设备和工艺优化后，机制砂的压碎指标值、MB值、石粉含量、泥块含量、细度模数均降低，机制砂质量参数指标满足铁路工程高强度等级混凝土使用要求[10]。其原因在于，设备和工艺的优化加强了对机制砂颗粒形状和细度模数的控制；单独增加1道破碎工艺，相当于增加1次筛分，加强了除土处理控制；增加收尘设备和加湿设备，有效控制了机制砂石粉含量，有效实现了机制砂防离析控制。机制砂质量得到有效提高，对于砂石厂，机制砂售价提升；对于施工单位，机制砂符合铁路工程高等级混凝土使用要求，取得了双赢效果。