震动水筛技术在机制砂生产中的应用

摘 要：S35景礼公路项目利用碎石厂石屑生产机制砂，生产中采用震动水筛技术进行生产处理，用以提高机制砂产品质量和生产能力。本文主要结合机制砂的特性对混凝土性能的影响，通过调整生产工艺参数，对各工艺生产的机制砂进行试验检测对比，分析总结沉积岩石屑生产机制砂过程中采用震动水筛技术的优点及最佳工艺，以达到提高机制砂产品质量、增加经济效益、减少环境污染、提高水资源利用率的目的。以期对同类项目机制砂的生产及质量控制有一定的借鉴作用。

关键词：震动水筛；生产；机制砂；质量控制文章编号：2095-4085（2024）04-0040-03

0 引言

根据国家制定的交通强国战略规划，交通建设进入新的发展时期［1］。混凝土需求量持续增长，其中砂在混凝土中起填充和骨架的作用，对新拌混凝土的性能有着重要影响。但随着我国基础建设步伐的日益加快，很多地方的天然砂已经供不应求，砂荒现象时有发生，导致采购成本持续上涨，质量也不稳定。而机制砂因成本低、料源广等特点在混凝土生产中的占比持续增加。本文结合S35景礼高速公路7标项目石屑生产机制砂的加工经验，对震动水筛技术在机制砂生产中的应用进行分析总结。

1 机制砂的应用优势

随着基础建设的快速推进，在混凝土生产中机制砂代替天然砂已经成为混凝土行业可持续发展的必然选择。机制砂的应用缓解了天然砂短缺的压力。级配良好的机制砂配制出的混凝土性能相近于甚至可以超过天然砂混凝土。但石屑独特的级配及过高石粉含量，使混凝土容易出现离析、和易性差、堵管、坍落度损失快等问题。现阶段石屑主要用于水稳料、低强度的普通混凝土。想要将石屑用于高性能混凝土的生产，石屑生产机制砂的工艺及质量控制就显得尤为重要。好的工艺及控制措施才能确保持续生产出质量合格且性能稳定的机制砂。

2 石屑的特点及对混凝土的影响

2.1 石屑的特点

石屑指的是生产碎石所得的粒径为5mm以下的颗粒，也称为筛屑，是一种废弃物，跟机制砂的外观很相似，但不能直接作为机制砂使用。与天然砂相比，石屑具有质地坚硬、表面粗糙、有尖锐棱角、粘合性良好等特点，且含有大量料径小于0.075mm的石粉。石屑中含有大颗粒，也含有大量粉粒，这种级配拌合物的强度较高，与水泥的粘结性好，但需水量较高。

2.2 石屑对混凝土性能的影响

（1）石屑形状的影响。石屑的外形尖锐棱角多，能明显降低混凝土的流动性能，石屑的表面积大需要更多的粉料进行包裹，石屑对混凝土的和易性影响较大。

（2）石屑粗细的影响。石屑细度模数大，会导致拌制的混凝土黏聚性较差，容易产生离析、泌水现象；同时细度模数大，砂的空隙率就大，在相同水泥使用量的情况下，混凝土的密实度低且空隙大。所以，在相同水泥使用量的情况下，砂过粗，相对强度也就低。

（3）石屑石粉含量的影响。1）石粉颗粒较小还可以起到微滚珠作用，改善混凝土和易性。2）石粉的微集料堆积作用填充于混凝土中的内部空隙，可提高密实性。3）后期石粉以及其他胶凝材料的水化产物相互搭接作用会使混凝土硬化浆体的抗压强度增大［2］。4）但石粉含量过高会影响砂与水泥的粘结，使混凝土和砂浆达到一定流动性的需水量增加、强度降低、耐久性变差，同时硬化后的干缩性较大。5）石屑砂中适量的石粉对于砂浆是有一定益处的，可以弥补石屑砂形状和表面特征造成的不足，起到完善砂级配的作用。6）石屑的石粉含量普遍在15%左右，石粉作用于混凝土增加了水泥浆体含量，同时提高了混凝土的流动性［3］。7）查资料得知机制砂中石粉含量在4%～8%时，混凝土和易性较好，施工性能好。随着石粉含量的升高，机制砂高性能混凝土的坍落度和扩展度先增加后降低，变化趋势近似于抛物线。石粉含量约为10%时，坍落度和扩展度均达到最大值；超过10%以上时，混凝土较为黏稠，黏聚性过大，流动性能差，在搅拌和泵送过程中需要较大的阻力，且石粉中含有泥，石粉含量越大泥越多，对减水剂有吸附作用，导致混凝土坍落度损失快［4］。

综上所述，为了确保混凝土的施工性能和混凝土结构的质量，需要对石屑进行二次处理，在满足标准要求后才能用于混凝土施工。

3 石屑的震动水筛工艺及调整

3.1 石屑的性能

S35景礼项目碎石厂使用的是颚式粗型破碎机，母材属于沉积岩，抗压强度96MPa。对碎石厂生产的尾料石屑进行检测，MB值1.2，石粉含量15.1%，压碎值18%，细度模数2.8。筛分试验结果（见表1）。

依据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）中对机制砂的要求，MB值≤1.4，石粉含量≤10%，压碎值≤20%，细度模数2.6～2.9。对比上述数据，虽然石屑细度模数、压碎值满足要求，但石粉含量超标严重，对混凝土性能影响较大，需要进行二次处理。

3.2 震动水筛工艺

项目选用震动水筛工艺对石屑进行二次处理，分为震动筛选、水洗过滤、环保过滤及循环利用四个环节。

第一步，通过传送带快慢可调节进入震动筛砂机的送料大小，震动筛砂机对机制砂进行震动筛选并初次冲洗。可根据筛下颗粒大小及时更换筛网，从而控制机制砂的粒径大小。第一步包含有原料仓、高频震动筛选设备（见图1）、 斜皮带传输系统（见图2）、喷淋系统等设备。

第二步，震动筛选后的机制砂进入轮式洗砂机（SXL2822型），通过调节水流大小和三级冲洗，控制机制砂的石粉含量，同时经过震动过滤，降低机制砂的含水量及部分石粉含量。第二步包含有轮式洗砂机、高频脱水机等设备（见图3）。

第三步，将轮式洗砂机中清洗后的污水排至污水池，将污水抽入洗砂压滤机，通过高压过滤掉污水中的石粉和泥。第三步包含抽水泵、污水池、高压隔膜压滤机（见图4）等设备设施。

第四步，将过滤后的水循环利用，有效降低环境污染。第四步包含抽水泵、储水池等设备设施。

3.3 工艺调整及对比

第一次加工选择参数如下：传送带速率调节到中速，使用10mm筛网进行震动筛选，将轮式洗砂机冲洗水量调节至50%，搅拌水洗后再次进行三级冲洗，将污水进行过滤并循环利用。最终石屑利用率74%，最大生产能力35m3/h。该次生产机制砂经检测，MB值0.9，石粉含量5.7%，压碎值17%，细度模数3.4，筛分试验结果（见表2）。

对比上述数据，虽然MB值、石粉含量、压碎值满足要求，但细度模数偏大，影响混凝土的施工性能。

经过分析，水流大小满足冲洗要求，可加大上料速率，增加水流量，同时也能提高生产效率；细度模数偏大，可选用筛孔略小点的筛网。最终确定第二次加工参数如下：传送带速率调节到快速，使用5mm筛网进行震动筛选，将轮式洗砂机冲洗水量调节至100%，搅拌水洗后再次进行三级冲洗，将污水进行过滤并循环利用。最终石屑利用率65%，最大生产能力60m3/h。该次生产机制砂经检测，MB值0.9，石粉含量6.5%，压碎值17%，细度模数2.9，筛分试验结果（见表3）。

对比上述数据，机制砂石粉含量、压碎值、细度模数均满足要求，可用于混凝土生产，达到生产调节目的。同时石屑利用率虽然降低10%左右，但是生产效率明显提高，降低了生产成本。

项目已经按照上述工艺进行生产，对碎石厂的石屑进行全部处理，同时将筛上的颗粒用于砂垫层的施工，使得石屑利用率达到80%，在保证施工质量的同时成本降低约40元/方，为项目增加了可观的经济效益。

4 结语

采用震动水筛技术对碎石厂的沉积岩石屑进行处理，经试生产对比后确定工艺参数：传送带选择快速档供料，使用5mm筛网进行震动筛选并初次水洗；将轮式洗砂机（SXL2822型）冲洗水量调节至100%，搅拌水洗后再次进行三级冲洗，对冲洗后的砂进行震动过滤；最终将污水进行高压过滤并循环利用。生产的机制砂性能满足施工及标准要求。以往石屑多用于水稳料、级配碎石施工，价格较低，进行二次处理后可用于混凝土生产，增加了碎石厂的经济效益，提高了生产效率，在河砂资源匮乏地区能有效降低混凝土材料成本。同时降低了环境污染和水资源的消耗，可用于指导实际生产。影响机制砂性能的因素有母材、破碎工艺、筛选工艺等，这是一个复杂的问题，因此相关研究还有待于不断深化。

参考文献：

［1］刘三超，石良清.新一轮科技革命对公路交通运输发展的影响［J］.交通运输研究，2020（4）：76.

［2］郑腰华.聚合物机制砂水泥混凝土力学性能的研究［J］.铁道建筑技术，2020（9）：12.

［3］余泽文，袁飞飞，周孝军，等.机制砂石粉含量对混凝土性能影响研究［J］.四川建筑，2021（4）：214.

［4］黄民伟.石粉对机制砂混凝土性能的影响研究［J］.湖南交通科技，2019（2）：138.