碎石水洗系统应用研究及管控要点分析

廖福勇 陈琳

碎石是混凝土常用粗骨料，其含泥量大小，会直接影响到水泥浆对粗骨料的裹附力。文章结合崇左至水口高速公路工程实例，从项目业主管理角度，对在线水洗系统和离线水洗系统的优缺点进行对比分析，指出在线水洗系统能够缩减施工工序，提高施工效率，改善混凝土强度，具有较好的经济效益及社会效益，并推荐将碎石水洗系统“在线”植入到混凝土拌合楼生产线中。

混凝土;离线与在线碎石水洗系统;对比分析;管控

U415.5A120353

0 引言

崇左至水口高速公路项目沿线地质构造古老，多以泥盆纪、二叠纪和三叠纪为地质基层，以石灰岩占优势，除沥青路面专用石料外，其余各项工程所用石料均可采用沿线自产石料。根据《公路桥涵施工技术规范》和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求，水泥混凝土所用石料的含泥量必须<1%。碎石含泥量的大小，会影响混凝土强度，也会影响早期收缩裂缝数量。2018年，《广西壮族自治区交通运输厅关于印发广西公路品质工程攻关任务试点方案（2018—2020年）的通知》出台，为积极响应自治区交通厅号召，项目业主依托项目开展实践，围绕降低碎石含泥量问题进行品质攻关。项目业主探索在全线5个标段的拌合站安装碎石水洗系统，通过在线水洗和风干，使得石料清洗干净后，再进入混凝土搅拌锅，从而大大降低石料含泥量以满足规范要求。结果表明，经过水洗后碎石混凝土质量和现场结构物的外观、混凝土强度也相应地得到保证。

1 在线水洗系统与离线水洗系统对比分析

目前在国内工程建设领域普遍采用离线式水洗。施工单位在碎石料场单独设置水洗设备，碎石料需全部进行水洗后再运输到拌合楼加工成混凝土。其工艺流程如图1所示。

近年来，市场上出现了在线水洗系统，即将水洗环节植入混凝土生产线内部，在生产水泥混凝土之前，粗集料必须经过强制水洗系统清洁及风干后，才能通过输送带输入拌合楼进入生产程序。在线碎石水洗系统运转流程如图2所示。

为了确保能够在崇水高速公路项目推行碎石水洗设备，切实提升混凝土性能，项目业主在合同清单中单独列出该项费用，在招标合同条款中明确要求各合同段配备碎石水洗系统。除了NoCS-XH合同段水洗系统采用离线水洗系统外，其余四个合同段的水洗系统均配置在混凝土拌合站内，组成在线石料水洗系统。具体应用情况如表1所示。

经过长时间实践，发现在线石料水洗系统有四大优势：

（1）工序简单。缩短了从进料到料仓的时间，省去了中间繁复的水洗、倒运、堆放环节和过程。

（2）水源保证。离线式水洗需设置在碎石加工场，一般比较偏远，取水难度大;而在线水洗设置在拌合站内，水源有充足保证。

（3）占地面积少。避免了石料反复倒运造成的扬尘污染，减少了机械设备的使用，有效地解决了碎石长时间堆放造成二次污染的问题。

（4）符合绿色施工理念。在线水洗采用循环水洗工艺，通过三级沉淀池进行杂质的过滤和泥浆沉淀，定向排放，有效地降低了对环境的污染，属于环境友好型设备。以一座HZS90型混凝土搅拌站为例，在线水洗与离线水洗成本分析对比如表2所示。

以生产10万m3混凝土进行对比，在线水洗所需要的费用共计40万元，而离线水洗所需要的费用110万元。所以在线水洗比离线水洗节省费用70万元左右。

综合生产成本、产能、环保等因素进行对比分析，推荐使用在线水洗系统。

2 在线石料水洗系统应用的管控要点

施工单位在进行在线水洗系统选址与规划时，要按照“工厂化、集约化、专业化、规范化”的原则编写建设方案，明确拌合站设置规模及位置。主要内容包括位置、占地面积、服务内容、功能区划分、场内道路布置、排水设施布置、在线水洗设备型号等，报监理单位初步审查，最终报项目业主审批后实施。为了方便业主管理，重点要做好以下工作：

2.1 场地布设

场内排水根据中间高四周低的原则预设相应的排水坡度，四周设置排水沟，汇集污水排入一级沉淀池，有效防止污水四处漫流，循环利用水资源。同时，设备安装位置应充分考虑装载机上料、卸料及倒运碎石材料的便利性。

2.2 沉淀池设置

拌合楼在线碎石水洗机施工中需要耗费大量水资源，应合理有效地利用循环冲洗水。沉淀池大小應根据处理水量大小条件进行选择，沉淀池大小应大于进水量×设计沉淀池静止时间。

三级沉淀池设在距离振动水洗机横向距离约3 m处，应定期清理一、二级沉淀池，有效减少水中含泥量。此外，第一、二级沉淀池应逐次降低出水口高度，有效沉淀冲洗水中的污泥。在第三级沉淀池处，安装高压水泵，确保冲洗水循环利用。另外，在一级沉淀池池底设置斜坡，方便装载机清淤。

2.3 振动筛和喷淋系统安装

为有效减少0.075 mm以下颗粒含量（粉尘、泥土），振动筛和喷淋系统的安装非常关键。

振动筛安装时需倾斜放置，且筛面倾斜角度为10°～35°，该角度下碎石筛分与水洗两个作业可达到最优化组合。要控制好振动筛的振动频率和振幅，确保在规定范围以内，每颗碎石所有面都能受到水的冲洗，同时充分保证碎石的全面冲洗和充分的冲洗时间。

喷淋系统位于振动筛上方，水管按照不少于D=30 cm间距布设，振动筛振动同时喷淋，确保喷淋到位。

2.4 反向挡板安装和监控视频设置

为了方便项目业主管理，达到强制水洗的目的，在粗集料上料传送带端头应加设挡板，从而保证碎石只能往水洗机方向输送。拌合站每台碎石水洗系统旁均安装有高清远程视频监控系统，24 h与电脑和手机APP客户端联网，方便业主和监理随时抽查是否按要求正常使用，起到动态监管作用。

3 工程实例试验

以C30普通水泥混凝土同一配合比为例，经多次试验，通过在线水洗后碎石含泥量减少1.0%左右，碎石含水率增加1.2%。此外，经过水洗后的碎石更有利于混凝土强度的增加，在减少水泥用量（约22～25 kg/m3）的情况下，强度也达到设计要求（见表3）。

同时，还选取了C15、C20、C25标号混凝土等进行比对试验。结果表明，经过在线碎石水洗以后，在满足相同设计强度下，每1 m3水泥混凝土胶凝材料使用量下降约3.0%～8.3%（见图3）。

同一标号在使用相同水泥掺量下，经过在线碎石水洗以后，水泥混凝土28 d抗压强度提高1.2～6.7 MPa（见图4）。

经过中心试验室的多次专项检查，涵洞盖板、桥梁墩柱、隧道二衬的混凝土回弹强度检测值均比较高。

4 在线碎石水洗系统使用常见问题及应对措施

（1）振动弹簧运转中容易产生因加工、装备方面的误差而引发较强的噪声和振动。

应对措施：选用成熟的产品，减少施工使用困难，调整弹簧刚度，做到动态优良。加强设备维护保养工作，弹簧振断应及时更换。

（2）喷淋系统水压过低，易造成喷淋不充分、冲洗不彻底及出现水压过低情况。

应对措施：应检查水泵入水口是否长时间未更换清理，存在堵塞情况。检查喷淋出水口或滤网是否堵塞，及时疏通;减少输送冲洗水的管道长度。

（3）振动筛偏心块重锤夹角不一致，造成激振力不均，振动筛易出现扭振。

应对措施：振动筛筛面倾角未在10°～35°之间，应及时检查调整筛面倾角;激振器修复使用需要测量激振器偏心块夹角;检查更换振动筛筛孔是否存在破损。

（4）加入在线石料水洗系统后，生产效率有所降低。

应对措施：合理调整振动筛筛面倾角，达到最优组合。合理调整供料速度，水洗系统装载量过小，耗能过多;装载量过大，既增加电耗，又容易损坏电机。适当控制喷淋系统供水速度，避免耗能耗水过多。合理掌握碎石冲洗时间，做到冲洗充分而不浪费。

5 结语

经水洗后的碎石表面洁净不含粉尘，检测含泥量

能控制在0.2%以下，混凝土强度较水洗前各标号的28 d抗压强度有显著增长，水泥用量也得到降低。而且水洗后碎石所制作的混凝土，其流动性、和易性均达到理想水平，保證了各结构物的质量和外观，减少了混凝土的废弃率和返工率，有效提高了项目的经济效益，满足了品质工程要求。在2018年自治区交通厅品质工程攻坚现场会中，该项四新技术也得到了与会人员的高度评价。

随着《广西高速公路网规划（2018—2030年）》批复实施，在原规划的基础上，将新增建设规模8 000 km，广西高速公路又将迎来新的建设高潮，而在线碎石水洗系统是实行现代工程管理的重要举措，值得进一步推广应用。

[1]荆海天.在线水洗机在混凝土拌合中的应用[J].黑龙江交通科技，2017，40（8）：53-54.

[2]周 杰.在线水洗在混凝土制作中的应用[J].交通标准化，2014（17）：146-148.