精品机制砂试验研究

任继刚 黄 靓 王 林 张丕明 申志伟 徐志辉 马 驷

（1 南方新材料科技有限公司；2 湖南大学；3 中国建筑材料工业规划研究院）

0 引言

随着全国各省市基础设施建设的大力推进，对于砂石骨料的需求迅速增加，也导致了天然砂资源日益枯竭、河流生态破坏严重。随着长江大保护工作的推进以及生态保护理念的践行，各地相继出台禁止开采天然砂并大力推广精品机制砂取代天然砂的相关文件和措施。

湖南省机制砂生产起步较晚，生产工艺较为落后，基本上以湿法工艺为主，大多是将粗骨料加工生产过程中产生的混合料（0-9.5mm）作为原料，采用振动筛+水洗的工艺。该工艺生产机制砂存在以下问题:含粉量不稳定、MB 值高、粒形不好、级配差，从而造成混凝土用水量高、砂率大、保塌性能差、不易泵送、干缩大、容易出现混凝土28d 强度不合格等质量问题；此外，湿法制砂耗水量较大，在生产过程中产生的污水给环保带来巨大压力。

基于上述原因，湖南临澧南方新材料科技有限公司经过长期考察，按照封闭式、标准化、绿色化、环保化的建设理念，采用空气筛选+机械筛选+立轴冲击式破碎机的干法制砂生产工艺，生产出精品机制砂。通过试验表明，这种工艺达到国家环保要求，产品级配合理，细度模数可调、含粉量和MB 值符合国家标准；既提升混凝土质量，又降低商混企业的生产成本。

1 生产工艺

1.1 原料及设备

⑴原料：母岩为石灰岩，CaO 含量50%，抗压强度74.66Mpa，经湖南临澧南方二段破碎二段筛分的干法生产工艺所产生的混合料（粒径0～9.5mm）进行制砂。

⑵制砂设备：伟尔TRIO 给料提升系统、伟尔TRIO空气筛选机、伟尔TRIO 立轴式破碎机、伟尔TRIO 三轴椭圆水平筛、伟尔TRIO 除尘集粉系统、伟尔TRIO 混料加湿器、电控系统、料仓等。

1.2 制砂生产工艺

该生产工艺采用干法制砂，如图1 所示，可对小于10mm 的石灰石混合料进行加工整形，获得精品机制砂和副产品高钙粉，工艺流程如下：

图1 机制砂生产工艺图

⑴原料经组合式空气筛选机筛选后，小于0.075mm的作为含泥粉输送至粉库，0.075～2mm 的作为细砂部分进入成品砂；大于2mm 的给入三轴椭圆水平振动筛。

⑵三轴椭圆筛按筛孔尺寸进行分级，全部大于4.75mm 的物料和部分2.36～4.75mm 的粗物料混合后给入后端的粗料制砂系统；另一部分2.36～4.75mm、筛下的小于2.36mm 以及空气筛选得到的0.075～2mm 的三种物料混合后给入混料加湿器。

⑶粗料给入制砂系统，进入立轴破碎机破碎，破碎后的物料通过斗提给入组合式空气筛选机进行筛选作业。大于2mm 的给入三轴椭圆水平振动筛，小于0.075mm 的作为高钙石粉单独收集，0.075～2mm 的作为细砂部分进入成品砂。

⑷最终全部成品通过皮带机汇合后经斗提给入成品砂库。

1.3 制砂核心技术

1.3.1 工艺特点

混合料中粉料（小于0.075mm 的物料） 和细料（0.075～2mm 的物料）含量较高，容易造成机械振动筛浮筛，影响筛分效率，因此在工艺路线上选择将石屑先给入基于空气动力学的组合式动静态空气筛选机，提前筛选出其中的粉料和细料，再将筛出粉料和细料后的物料（利于筛分）给入机械振动筛进行物料分级，筛分出来的粗料返回至立轴冲击式破碎机进行处理。

上述工艺特点，提高了整个系统的筛分和制砂效率。

1.3.2 含粉量控制技术

采用V 型静态空气分级机+Osepa 动态高效选粉机组合，通过气旋及转子转速的调节配合风量控制，可以精准地将小于0.075mm 的粉料进入收尘器收集，实现机制砂中含粉量根据需要控制在10%以内。

1.3.3 级配控制技术

采用V 型静态空气分级机，通过V 型板角度的调整配合风量控制，可以对给入的物料进行逐级筛分；此外，在三轴椭圆筛配置液压调节翻板阀，可在线调节2.36～4.75mm 的分配比例，便于级配调整，实现机制砂细度模数在2.3～3.1 之间调控。

1.3.4 粒形控制技术

鉴于给入物料粒度较小，立轴冲击式破碎机采用“石打石”破碎腔型，即依赖于石料与石料之间的碰撞，对进入破碎机的针片状粒形石料进行整修，使机制砂中针片状含量控制在5%以内；此外，闭式转子和石料槽（石打石腔型）在运转过程中能形成物料保护垫层，减少机磨损，提高耐用性能。

1.3.5 振动筛分技术

采用三轴椭圆水平振动筛，水平安装方式，安装角为0°，安装高度更低，占用空间少；相比较于同规格斜筛，有效筛分面积更大。

应用三轴联动激振，振动筛振幅可达18mm，比常规振动筛高7～10mm，提升物料的筛分效率。

2 精品机制砂石应用试验对比

2.1 精品机制砂石指标

将临澧南方新材料的石灰岩母岩通过制石生产系统及上述制砂生产系统后，生产的精品机制砂石质量指标检验结果如表1、表2 所示。

表1 临澧南方精品机制砂指标

表2 临澧南方精品机制石指标

2.2 对比试验

2.2.1 试验用原材料

精品机制砂：石灰岩质，质量指标如表1 所示。

精品机制石：石灰岩质，5～25mm 连续级配，质量指标如表2 所示。

精品河砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.6，泥块含量0.1%，含泥量1%。

普通河砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.6，泥块含量0.2%，含泥量2.8%。

水泥：P.O425 普通硅酸盐水泥，28d 强度56.2MPa。

粉煤灰：F 类Ⅱ级，细度21%，需水量102%。

高炉矿渣粉：S95 级，28d 活性指数96%。

高效减水剂：聚羧酸系，减水率20%。

2.2.2 配合比及试验结果

配合比及试验结果见表3。

表3 临澧南方精品机制与精品河砂、普通河砂的配合比试验对比

2.2.3 试验结果与分析

⑴相比普通河砂，精品机制砂的保塌性能更佳，砂石总用量、减水剂掺量也低于普通河砂，抗压强度也要高出一个档次。

⑵相比精品河砂，精品机制砂的经时损失更小，砂石总用量也略低于精品河砂，抗压强度表现更优。

⑶机制砂各项性能优越的主要原因是采用了上述制砂工艺，机制砂粒形为多面圆体，级配合理，空隙率小，含泥量少，与水泥浆体有更良好的粘结能力，混凝土密实性能更好。

综上所述，精品机制砂可以改善混凝土工作性能，提高混凝土强度，降低减水剂掺量。

3 结束语

从生产及试验数据来看，湖南临澧南方新材料科技有限公司采用空气筛选+机械筛选+立轴冲击式破碎机的干法制砂工艺生产的机制砂，石粉含量为7%、细度模数为3.0，达到精品机制砂的要求；从混凝土配合比试验分析，28d 抗压强度达到38.3MPa，可以取代精品河砂；从胶凝材料掺量和塌落度等数据分析，能够有效地改善混凝土工作性能、提升质量、降低生产成本。