铁路工程干法与湿法制砂生产工艺对比分析

胡希斌，陈让利

（中铁三局集团有限公司贵南项目部，贵州 黔南 558000）

1 铁路混凝土机制砂成品主要性能要求

（1）机制砂的颗粒级配。《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2018）中对细骨料颗粒级配的要求与《建设用砂》（GB/T 14684—2011）中颗粒级配的范围基本一致，除4.75mm和0.6mm筛档外，实际颗粒级配与要求的累计筛余百分率相比，允许超出不大于总量的5%。

（2）机制砂的性能指标。《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2018）中未对机制砂作出单独的规定；但对砂的泥块含量、云母含量、轻物质含量、硫化物及硫酸盐含量等指标的要求作出了严格的规定。另外，细骨料基本达到《建设用砂》（GB/T 14684—2011）中Ⅰ、Ⅱ级砂的要求即可。

2 干法与湿法制砂生产工艺

砂石联产的干法生产工艺主要通过三级破碎、二次筛分完成，若出现用砂量较大，与其他骨料产能不匹配的情况下，可利用粗骨料进行二次破碎加工制砂。仅生产机制砂的骨料厂，干法制砂工艺所得成品砂的石粉含量可采用风选脱粉机进行调节。湿法制砂宜通过洗砂机、细砂回收装置等单独或配合使用，以此来调节机制砂成品级配、细度模数和石粉含量，同时还应控制石粉含量与含水率。

3 干法、湿法制砂设备配置

干法和湿法制砂的机制砂加工系统均包括除土系统、原料供给系统、破碎系统、筛分系统、整形系统、输送系统、生产质量监测信息化系统、电控系统、除尘系统或水处理系统等。主要的区别在于干法制砂的除尘系统主要采取风选除尘的矿粉分离设备；而湿法制砂采取水洗砂设备，配置螺旋式洗砂机。湿法制砂在粗碎阶段配备颚式破碎机，如果是大型加工厂也可配备锤击破碎机；在中碎阶段配备反击破碎机；在细碎阶段配备圆锥整形破碎机。

4 干法、湿法制砂成品质量对比

4.1 样本数据采集的边界条件

结合砂石骨料生产情况，优先采用干法制砂生产工艺，辅助湿法制砂生产工艺中的水洗脱粉，以弥补因各种因数对成品砂质量的影响。2种生产工艺成品质量的对比分析样本采集在相同破碎工艺流程、同一生产时间段、同一批母材及破碎、风选风力（功率90kW）、洗砂机供水量等生产参数不变的前提下提取，分别对2种工艺生产的成品进行取样分析。为确保样本更具代表性，对比分析的数据为随机抽取10d的过程检验结论。并在取石时对母材进行初步筛分，基本固化母材颗粒级配和粗细程度，排除因母材破碎程度变化或因母材细粉料含量偏差而影响检测结果的可能。考虑到母材的含水率不易测定，试验检测时采集经第二段破碎（中碎后，粒径小于45mm）未经筛分的混合料样本进行数据采集。样本1～5组，布袋式除尘风机4档；样本6～10组，布袋式除尘风机5档并增开破碎过程粉尘回收机。

4.2 成品机制砂质量控制主要指标分析

机制砂的MB值、石粉含量、颗粒级配、细度模数、含泥量等受生产工艺影响较大，其他质量指标主要受母材组成部分的影响。故重点对取样成品机制砂的MB值、石粉含量、颗粒级配、细度模数等4项指标进行对比。详细见表1。

（1）石粉含量分析。经检测分析，在风选4档位时，混合料含水率大于0.3%，干法生产工艺生产成品砂的石粉含量均超过15%，仅石粉含量指标不符合铁路工程混凝土用砂的要求。在同等风选功率和风力的前提下，混合料含水率每增加0.1个百分点，成品砂的石粉含量增加3%～4%。风选在5档位时，混合料含水率大于0.7%，干法生产工艺生产成品砂的石粉含量不符合铁路工程混凝土用砂的要求。故在干法工艺生产调节的过程中，应根据母材的含水率波动情况及时地调节风选矿粉分离机的风力大小。干法工艺的试生产阶段，成品砂的石粉含量应按不大于10%来进行控制，并调节相关的工艺参数。干法生产工艺实际生产时，石粉含量大于15%后，机制砂的颗粒级配容易在合格砂级配域以外，进而导致砂的颗粒级配不合格。故在进行干法生产时，母材的含水率是影响成品砂质量的关键因数。特别，进行干法生产工艺试验采集样品时，为确保样本生产边界条件的一致性，未根据母材含水率的变化，动态调整风选设备的风力输出功率，进而出现了样本级配和石粉含量不合格的现象。

（2）细度模数分析。2种工艺生产机制砂细度模数均在2.3～3.0，均属于中砂范畴。但湿法生产工艺经水洗后，细度模数增加0.1～0.5。在未改变破碎生产工艺参数的前提下，说明时水洗后1.18mm筛档以下的细微颗粒降低了筛余率，进而改变了成品砂的细度模数。

表1 干法生产、湿法生产成品砂部分性能指标

（3）级配分析。对每组样品颗粒级配各筛档进行对比，发现0.15mm、0.3mm筛档累计筛余量增加了5%～10%。详细见下表2。增加且和易性难以得到保证。同时，消耗大量的水资源，排放大量的泥粉污水，设备种类多，生产成本高，在干旱少雨或寒冷结冰的季节均不能正常生产等。（2）干法制砂工艺的优点主要是能有效保留0.3～1.18mm颗粒，级配较好，石粉含量也可以通过不同的风力使其控制在规定范围内，从而提高混凝土的抗压强度和混凝土

表2 干法生产、湿法生产成品砂各筛档累计筛余量

经过水洗后，成品砂的MB值均降低至1.0以下。这说明水洗工艺将机制砂中小于75μm的颗粒中泥土等有害物质含量进一步降低；小于75μm的颗粒大部分为母材成分相同的石粉。贵南项目采用干法生产为主，湿法生产为辅，母材产出比值达到0.93。在不调节制砂产能的情况下，石灰岩产品比例基本稳定为机制砂∶（5～10mm碎石）∶（10～20mm碎石）∶（16～31.5mm碎石）=4∶3∶2∶2。湿法工艺生产合格的机制砂，循环用水的水量应控制在0.07～0.1m3/t。循环用水进入洗砂机的细粉含量控制在0.1%～0.2%，以确保有足够的细粉颗粒通过循环水回掺至机制砂中，使可控制机制砂水洗工艺造成的级配不连续。否则，应将石粉沉淀脱水后按需回掺机制砂中。

5 结论

（1）湿法工艺制砂的优点主要是成品砂表面清洁，观感性好、质量较好，生产环境没有粉尘污染。其缺点主要是会将粒径在75～600μm的石粉一起洗掉，造成机制砂缺少细集料，影响机制砂的级配，导致水泥用量的和易性。寒冷季节不会出现冻结成块的现象，能够全年连续生产。石粉资源可得到高效、综合利用，无污水处理装置，所需生产产场地较小、操作管理人员少，易于集中操作控制。缺点主要是对材料来源质量要求较高；对母材含水率要求也较高；机制砂表面感观性差；选粉机价格较贵；生产过程粉尘大。干法制砂的工艺流程对机制砂连续级配的控制相对稳定，且对环境的影响较小。