♦王陶昆 陈敬收
摘要：基于天然砂石资源数量逐步减少，品质日益下降以及限采等实际情况，推行机制 砂替代天然砂已是大势所趋。针对川藏铁路建设实际，提出了川藏铁路建设采用机制砂方案，并重点分析了 5种主要制砂工艺，明确机制砂质量控制要点，强调机制砂加工过程中 的环境保护措施，对为川藏铁路工程建设提供优质的机制砂进行了探讨。 关键词：机制砂湿法干法细度模数石粉含量
砂石骨料是铁路、公路、桥梁、水电等工程建 设不可或缺、不可替代的基础材料。据统计，我国 每年砂石骨料需求量约200亿t，居世界第一。随着基本建设的日益发展和天然砂资源的不断开采，天然砂资源作为一种短时间内不可再生、区域分布 不均衡的地方资源已接近枯竭，用储量丰富、质量 优良的机制砂替代天然砂已是大势所趋。
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1新建川藏铁路雅林段工程概况
新建川藏铁路雅安至林芝段新建正线长度约 1011km，新建桥隧合计长958 km，桥隧比95%。经计算，隧道需砂石骨料总计约1亿m3，其中砂 约4 500万刚需巨大。新建川藏铁路沿线天然 砂石资源匮乏，且环境敏感K与生态保护红线密 集交错，作为混凝土主要材料的砂石骨料将成为 影响川藏铁路工程质量的
重要因素，在新建川藏 铁路工程中引人机制砂生产技术、提高机制砂生 产工艺和机制砂生产质量，对落实国家环境政策 意义重大。
2机制砂生产技术发展历程
早在20世纪60年代，美国、英国、日本等 T.业发达国家就已使用机制砂替代天然砂配制混 凝土，形成了完善的机制砂材料、试验、应用的 标准和规范。我国对天然砂使用存在较强的依赖 性，机制砂技术和设备研究起步较晚，20世纪60 年代初开始尝试使用机制砂，但发展缓慢，目前仅水电行业对机制砂的生产和使用相对成熟。
3机制砂生产工艺
机制砂生产工艺可分为湿法和干法两种。我 国主要制砂方式有棒磨机制砂、立轴式冲击破碎 机制砂、立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂、两级立轴式冲击破碎机制砂以及塔式楼系统制砂 等。其中，棒磨机制砂适宜湿法生产，湿法生产 需配置专门净化设备处理泥污水；立轴式冲击破 碎机和塔式制砂楼系统适宜干法生产，干法生产 需设置除尘抑尘设备处理粉尘。 3.1棒磨机制砂
卧式棒磨机是最常见的湿法制砂设备。棒磨机 制砂典型工艺流程为：制砂原料（进料粒径一般 3~25
mm)从棒磨机一端进人，磨细的产品借助连 续注人原料的推力、水力从另一端排出机外。排出 的产品经螺旋分级机分成机制砂和废污泥水，废污 泥水一般自流至旋转式分级机或沉砂池以回收流失 的细砂。棒磨机制砂优点：机制砂粒形较好，颗粒 级配优良，细度模数可调，石粉含量便于控制，生 产稳定。缺点：①设备基础较大，配套设施复杂，需配置污水处理设施，对生产场地面积需求较大；
②耗水量大，每生产I t机制砂需用水l~1.5t，且 细砂流失严重，流失率达30%~35%;③进料粒径 小，一般小于25 mm，产量低，且运行过程中钢棒 消耗量大。其机制砂试验检测成果见表1。
2021-04m g mm3
7
学53与研究
tudy & Research
3.3采用立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂工
艺可解决立轴式冲击破碎机制砂成品中径含量偏 少以及产量不高等问题。立轴式冲击破碎机与棒
磨机联合制砂典型工艺流程：石料经立轴式冲击
破碎机破碎后，进入筛分机分级，大于5 mm 的 石料全部返回转料仓，3〜5 mm 的石料进人棒磨机 破碎、经螺旋分级机与小于3 mm 的石粉混合进 入成品仓。立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂 优点：①机制砂质量稳定、粒形好；②集中了立
筛余量（g )
分计筛余（％)累计
筛余（％)
样本1
样本2
平均
0.30.50.40.10.1136.2
145.2140.728.128.2157.2160.3158.831.860.051.242.847.09.469.431.527.529.5 5.975.32230.326.2 5.280.537.233.735.57.187.664.260.362.312.5100.1-0.2
0.6
0.2
细度模数 3.13石粉含量
19.54%
轴式冲占破碎机与榨濟机联合制砂
表1
机制砂试验检测成果表（棒磨机制砂）
筛孔寸（m m )筛余量（g )
分计筛余（％)累计
筛余（％农药渗透剂
样本1
样本2
平均
1055 4.2 4.60.90.92.530.134.632.4 6.57.41.2584.5100.592.518.525.90.6394.6109.7102.220.446.30.315142.1124.5133.326.773.00.1691.981.686.817.490.30.0836.430.733.6 6.797.1底盘15.514.214.9 3.0100.1损失
0.1
0.1
细度模数 2.41石粉含量
9.68%
机制砂级配曲线
0. 16 0.315 0.63
中砂上下包络线一-
1. 25
2.1010计老婆饼机
201301
40
储压器5060708090100
(mm)
3.2立轴式冲击破碎机制砂
立轴式冲击破碎机工作原理：利用高速自旋 转子将物料加速，从通道抛射腔出与破碎腔 进行撞击，使物料受冲击产生破碎。立轴式冲击 破碎机在物料破碎方式上可分为两类：“石打石” 型和“石打铁”型。立轴式冲击破碎机“石打铁” 破碎腔制砂时，转子总成的线速度在65~76 m /s 时 制砂较好，如
选用“石打石”破碎腔制砂时，转 子线速度可选在68〜80 m /s ，虽然制砂效率稍逊于 “石打铁”型，但砂石粒型较好。
立轴式冲击破碎制砂机制砂典型工艺流程： 进料一破碎一筛分一返回（或进料仓），即制砂原
表2
机制砂试验检测成果表料（进料粒径一般5~40 mm )供给立轴式冲击破 碎机进行破碎，然后从排料斗排;li 后通过输送系 统进入筛分分级设备，其中筛出的大于5 mm 的 碎石和部分3 ~5 mm 的粗砂返回立轴式冲击破碎 机再次破碎加T .，部分3~5 mm 的粗砂和小于3 mm 的细砂进人成品砂仓。立轴式冲击破碎制砂优 点是单位能耗低。缺点：①3~5 mm 粗砂反复循环 破碎，破碎效果差，能量损耗偏大；②机制砂级 配不合理，粗颗粒多细颗粒少，2.5~1.25mm 、 1.25~0.63 mm 粒径的颗粒偏少，即“两头大，中 间小”；③砂细度模数控制难。其机制砂试验检测 成果见表2。
(立轴式冲击破碎机制砂）
机制砂级配曲线
0.16 0. 315 0. 63
1. 25
2.5
中砂上下包络线
累
计筛余X
_
o o o o o o o o
0 1 2 3 4 5 6 7 8100
1
-J
J
筛寸
尺1C 5
2 6 ^ 1 o J i Z .
h
0.0.30.0.底损
38 2021 .〇
4
3.4常速与高速立轴式冲击破碎机联合制砂典型工 艺流程：进料一常速立轴式冲击破碎机破碎一筛 分一返回常速立轴式冲击破碎机破碎（大于5 m m 的碎石）+高速立轴式冲击破碎机破碎（部分3~5 mm 的粗砂>一进料仓，即制砂原料（进料粒径一 般5~40mm )供给常速立轴式冲击破碎机（v =50〜 70 m /s )进行破碎，然后从排料斗排出后通过输送 系统进人筛分分级设备，其中筛出的大于5 mm 的 碎石全部返回常速立轴式冲击破碎机再次破碎加 工，部分3~5 mm 的粗砂通过输送系统进人高速立 轴式冲击破碎机（〃>75m /S)进行整形，经整形的 机制砂和筛分出的小于3 mm 的细砂混合进人成品 仓。常速与高速立轴式冲击破碎机联合制砂优点是 在保证优质砂的前提下，解决了棒磨机制砂运行成 本高、产能低等问题；缺点是流程复杂。3.5制砂楼系统制砂
目前塔式制砂楼系统被誉为顶级制砂技术的代 表、最高等级的机制砂制造设备。塔式制砂楼系统 制砂工艺流程：制砂原料（粒径20 mm 或30 m m 以下）先通过底层整形制砂机进行破碎，然后由制 砂楼侧面的斗提机将破碎后的砂石提升至顶层的扩 散器，最后经过空气振动筛、级配调整机和拌湿机 的共同作用，生产出精品机制砂和石粉，彻底解决 了传统机制砂产品细度模数不合理、级配差、石粉 含量不稳定等问题，进一步保障了工程用砂的质
量。制砂楼制砂优点：①噪音低、无排放；②分离 合格砂与石粉；③返回式闭路系统。该系统可根据 需要使制砂楼通过加水混合机设置产品的含水率， 优化机制砂的粒型和大小。4
机制砂生产质量控制
水火箭制作方法4.1颗粒级配控制
影响机制砂级配的因素是机制砂破碎方式和机 制砂筛分环节。破碎方式取决于所选破碎设备，如 棒磨机生产的机制砂粒形较好，颗粒级配优良；立 轴式冲击破碎机所产机制砂呈圆型颗粒状，粒型较 好，但级配具有“两头多，中间少”的特点。筛分 环节中振动筛的筛孔形状、尺寸以及筛面倾角大小 是影响机制砂质量的关键性参数，振动筛一般都采 用正方形方孔筛，不宜选用长方形或圆形筛孔。根 据经验，为使物料达到良好的筛分效果和处理量， 筛面的倾角一般控制在20°左右为宜，筛孔尺寸控 制在 3.5~4.5 mm 。4.2细度模数控制
细度模数是机制砂质量控制的重点和难点，主 要控制手段是依靠棒磨机、粗砂整形和细砂回收工 艺进行调节，以及检查筛分机有效筛面面积与控制 筛孔尺寸。
湿式生产时，一般配置棒磨机制砂，机制砂细 度模数控制取决于棒磨机和细砂回收工艺；干式生 产时，一般配置立轴式冲击破碎机制砂。在机制砂 质量控制中
，
一
方面处理立轴破碎制砂与经多级破
筛; 尺寸I
轴式冲击破碎机、棒磨机制砂的优点，克服了 流程中仍然保留了棒磨机及其不足之处；②工立轴式冲击破碎机及棒磨机制砂的缺点，如中 艺流程较复杂、设备品种多。其机制砂试验检径含量偏少及石粉流失过多等问题。缺点：①
测成果见表3。
表3
机制砂试验检测成果表（立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂）筛余量（g )
分计筛余（％)累计筛余（％)
样本1
样本2
平均
0.20.30.30.10.162.2
65.363.812.812.8103.8100.2102.020.433.2100.5105.9103.220.653.896.6
98.797.719.573.466.667.867.213.486.833.733.633.7 6.793.536.628.832.7 6.5100.10.2
0.6
0.4
细度模数 2.60石粉含量
KU波可调电衰减器
13.27%
常速与高速立轴式冲击破碎机联合制砂
机制砂级配曲线
10 20
30 40 50 60 70 80
90
100
0.16 0. 315 0. 63 1. 25 2.5 5
10 (u r n )
中砂上下包络线-----------
•
筛佘J
K 5
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0.1O .C
跑
脱2021 -04
r iN H ii 3
9
学53与研究
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碎后的粗砂细度模数偏大问题，在工艺上将筛分出 的3~5 mm的粗颗粒返回立轴式冲击破碎机再次加 工破碎，使其细度得到控制；另一方面，着重分离 处理小于0.16 m m(或0.15 mm)细颗粒含量，以保证控制机制砂细度模数。
为有效控制机制砂细度模数，常采取以下 措施：①通过取样测试砂的细度模数，使其细 度模数控制在规定范围内；②若发现细度模数 偏大、颗粒级配偏差，配置棒磨机的生产线可 调整棒磨机进料粒径、进料量、装棒量等或调 整筛分机的开机组数，调整生产量；配备高速 立轴破碎机的生产线可进行粗砂整形和再破碎，有效调整细度模数；③调整筛分机的筛网孔径 也可调整细度模数。
4.3石粉含量控制
一般采用十法吸尘或湿法水洗的方法去除多余 石粉。其中干法吸尘是指采用收尘效果较好的收尘 器或选粉设备等，按照机制砂中石粉含量的具体要 求对收尘器或选粉设备的T作参数进行确定，以此 去掉机制砂中多余的石粉。该方法简单易行，但因 去除效果差，实际生产中应用较少。湿法水洗法在 去粉效果上远远优于收尘器或选粉机去粉，需控制 好用水量，尽可能满足节水及环保要求。
湿法制砂T.艺中机制砂中石粉流失量较大，大多需回收部分石粉，石粉回收主要有机械和人丁两 种回
收方式。机械回收方式：丁.艺上设计石粉回收 车间，即将筛分车间和制砂车间螺旋分级机溢流水 中带走的石粉通过细粉回收设备如刮砂机、黑旋风 等再回收利用。人工回收方式：对生产过程中洗砂 机排放溢流水进行自然存放脱水，脱水后的细砂掺 配到机制砂中。
4.4含水率控制
采用湿式制砂时，机制砂脱水是生产质量控 制的难题，目前主要采用机械和自然脱水两种方 式。主要控制措施：①通常首先采用机械脱掉砂 中大部分水分。目前一般采用振动筛脱水T.艺，经直线脱水筛脱水后的砂，其含水率可从20%~ 23%降到14%〜17%，另外也可采用真空脱水或离 心脱水，脱水效果好，但投资费用较高。②机制 砂下料、堆存脱水及取料分开进行，一般堆存脱 水3~5天后可使含水率降至6%以内且保持稳定。
③干法生产的机制砂和脱水筛的机制砂混合进人砂仓，也可降低砂的含水率。④在机制砂仓顶部 搭设防雨棚，砂仓底部设盲沟排水设施，并定期 对盲沟进行清理，缩短自然脱水时间，也可有效 降低机制砂含水率。
5环境保护
5.1生产废水综合利用
机制砂湿法生产T/艺用水量较大，若废水直接 排人江河会对河道造成污染，因此必须经综合处理 达标后才能排放，或综合处理后进行回收利用。根据国内制砂生产系统运行管理经验，综合国内外废 水回收丁艺技术，生产废水常用的处理方式包括自 然沉淀法、重力浓缩法、机械处理法等。
5.2粉尘回收与利用
目前砂石系统配置了除尘车间，对制砂车间 等扬尘部位进行密封，并安装除尘设备，降低粉 尘污染。如制砂楼系统配置了袋式除尘器等，对粉尘进行收集储存并回收利用，可改变混凝土的 和易性。
5.3噪卢控制
防声措施主要包括降低声源级、控制噪声外泄 强度和噪声防护等。其中噪声防护方法有吸声、隔声、减振与隔振、消声。如制砂楼系统配置了进口 防震橡胶垫，声音较小。
6结论
结合上述机制砂生产技术的分析及川藏铁路T：程建设实际，得出以下结论：第一，在川藏铁路建 设沿线天然砂资源日渐枯竭的情况下，使用优质机 制砂进行混凝土施工生产是可行的；第二，施T.单位应针对加工料源，合理选择制砂工艺和设备，重点加强机制砂质量控制，为川藏铁路T.程建设提供 优质的机制砂。
参考文献
I苏斌.浅谈机制砂的研究与应用1J1.山西建筑.2007.4.
2中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化1?理委员会.G B/T 14684—201丨建设用砂[S].北京：中国标准出版社，2011. 3阮光华.混凝土骨料制备T程—
—水利水电T.程施T.系统系列t著丨Mj.北京：中国电力出版社，2014.
4蔡肃川，任荣.浅析立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂工艺【J1.水力发电，2007,1.
收稿日期：2020-12-04
作者单位：王陶昆，中国电力建设股份有限公司；陈敬收，中国水利水电第八工程局有限公司=
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