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人工砂的生产工艺与质量控制

2013-01-02 13:19:20 来源：陈运本

人工砂的生产工艺与质量控制

在国际上，开发利用机制砂始于上世纪50年代，发展至今，一些发达国家和地区如日本、英国及我国香港地区等，已100%采用机制砂作为建筑用砂。
我国部分地区天然砂资源逐步匮乏，加之滥采乱挖毁坏良田，造成江、河、湖堤倒塌，洪水泛滥等等，国家不得不限制开采。而我国建筑行业快速发展对砂的需求量越来越大，目前大约每年需建筑用砂50亿吨，供需矛盾必然推动天然砂行业的发展。我国在建筑方面采用机制砂从20世纪60年代起步，目前已扩大到公路、铁路、水电、冶金等系统。带来了人工砂的发展机遇。目前，我国国家重点的三峡工程、黄河小浪底工程、京沪高速铁路均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程实践中，人工砂配制出了从C10—C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送*大高度达400m；能用于配制跨度达64m的预应力混凝土梁。在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155MPa。人工砂可以广泛应用在混凝土、砂浆和制品中。
人工制砂已在全国许多地方开始发展，但由于技术落后、管理不严，人工砂的质量得不到保证。人工砂是指机制砂和机制砂与天然砂混合而成的混合砂。其中机制砂质量是人工砂质量的决定因素。本文就机制砂生产工艺与质量控制问题，提出点意见与人工砂生产企业商讨。
一、建筑用砂的规格及质量要求
（一）建筑用砂的规格
砂用用细度模数MX来表示其粗细程度，MX按式（1）计算，精确至0.01。

A1、A2、A3、A4、A5、A6—分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.600mm、0.300mm、0.150mm筛的累计筛余百分率(％)。
砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：
粗砂：3.7～3.1 中砂：3.0～2.3 细砂：2.2～1.6
（二）建筑用砂的技术要求
根据GB/T14684—2001《建筑用砂》国家标准，砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小C30的混凝土和建筑砂浆。
砂的技术要求包括：颗粒级配，含泥量、石粉含量和泥块含量，有害物质，坚固性，表观密度、堆积密度、空隙率，碱集料反应等几个方面。
1、颗粒级配
Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类砂的颗粒级配要求不同，各类颗粒级配应符合表1的规定。
表1 Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类砂颗粒级配

级配区累计筛余，% 方孔筛	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
9.50mm	0	0	0
4.75mm	10～0	10～0	10～0
2.36mm	35～5	25～0	15～0
1.18mm	65～35	50～10	25～0
0.600mm	85～71	70～41	40～16
0.300mm	95～80	92～70	85～55
0.150mm	100～90	100～90	100～90
1.砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和0.600mm筛挡外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。 2.Ⅰ区人工砂中0.150mm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，Ⅱ区人工砂中期.150mm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，Ⅲ区人工砂中的0.150mm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。

2、含泥量、石粉含量和泥块含量
另外，砂中对含泥量、泥块含量和石粉含量有要求。含泥量是指天然砂中粒径小于0.075mm颗粒含量。泥块含量是指砂中粒径大于1.18mm, 经水浸洗、手捏后小于0.600mm颗粒含量。石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。
天然砂中的含泥量、泥块含量应符合表2的规定。
表2 天然砂中含泥量和泥块含量

项目	指标
项目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
含泥量（按质量计），%	＜1.0	＜3.0	＜5.0
泥块含量（按质量计），%	0	＜1.0	＜2.0

人工砂中石粉含量和泥块含量应符合表3的规定。
表3 人工砂中石粉含量和泥块含量

项目				指标
项目				Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
1	亚甲蓝试验	MB值＜1.40或合格	石粉含量（按质量计），%	＜3.0	＜5.0	＜7.0
2		MB值＜1.40或合格	泥块含量（按质量计），%	0	＜1.0	＜2.0
3		MB值≥1.40或不合格	石粉含量（按质量计），%	＜1.0	＜3.0	＜5.0
4		MB值≥1.40或不合格	泥块含量（按质量计），%	0	＜1.0	＜2.0
根据使用地区和用途，在试验验证的的基础上，可由供需双方协商确定。

亚甲蓝化学式为C16H18ClN3S·3H2O。亚甲蓝试验目的是确定细集料、细粉、矿粉中是否存在膨胀性粘土矿物并确定其含量的整体指标。它的试验原理是向集料与水搅拌制成的悬浊液中不断如入亚甲蓝溶液，每加入一定量的亚甲蓝溶液后，亚甲蓝为细集料中的粉料所吸附，用玻璃棒沾取少许悬浊液滴到滤纸上观察是否有游离的亚甲蓝放射出的浅蓝色色晕，判断集料对染料溶液的吸附情况。通过色晕试验，确定添加亚甲蓝染料的终点，直到该染料停止表面吸附。当出现游离的亚甲蓝(以浅蓝色色晕宽度1㎜左右作为标准)时，计算亚甲蓝值MB，计算结果表示为每1000g试样吸收的亚甲蓝的克数。MB值越大说明小于0.075mm石粉中的粘土矿物含量越高。
3、有害物质
砂不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。砂中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，其含量应符合表4的规定。
表4 有害物质含量

项目	指标
项目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
云母（按质量计）/%	＜1.0	＜2.0	＜2.0
轻物质（按质量计）/%	＜1.0	＜1.0	＜1.0
有机物（比色法）	合格	合格	合格
硫化物及硫酸盐（按SO₃质量计）/%	＜0.5	＜0.5	＜0.5
氯化物（以氯离子质量计）/%	＜0.01	＜0.02	＜0.06

注：轻物质是指表观密度小于2000kg/m³物质。
4、坚固性
天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表5的规定。
表5 坚固性指标

项目	指标
项目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
质量损失/%	＜8	＜8	＜10

人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表6的规定。
表6 压碎指标

项目	指标
项目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
单级*大压碎指标/%	＜20	＜25	＜30

5、表观密度、堆积密度、空隙率
砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3；松散堆积密度大于1350kg/m3；空隙率小于47%。
6、碱集料反应
经碱集料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.01%。
二、人工砂加工工艺及设备的选择
由于人工砂的需求相当大，一些条件不具备的企业用简单的制砂机械生产着劣质的人工砂，不仅致使用者要付出比平常大得多的成本，更严重的是生产的混凝土质量达不到要求而直接影响了建筑工程的质量。从目前的情况看，生产劣质或不合格人工砂的企业除了管理等条件之外，突出的应该是生产工艺的选择和机械的选型。
　　建筑物的建造需要用大量的砂，但对砂的质量要求也不尽相同，人工砂与天然砂相比，外表的粗糙和形状的不良是*主要的差别。外表的粗糙与形状的欠圆，对于混凝土浇注时的流动性造成了不良的影响，这种不良的流动性会造成混凝土之中产生空隙，直接影响了工程的质量。
　　人工砂的外表粗糙与圆形度欠佳，主要由生产设备所决定。从行业协会的角度看，人工砂生产犹如雨后春笋，有一哄而起的现象，从业者多缺乏*知识，加之部分低素质设备生产商只顾利益，市场上出现了大量劣质和不成熟的设备，给人工砂事业的健康发展带来了严重的后果。
　　一些企业生产的设备生产效率低下，而且成本消耗十分惊人，根本不是成熟的生产设备。投资者需要注意的，除了市场需求和前景外，还需要认真地求教对人工砂生产工艺有专门研究的单位的技术人员。
　　目前，我国有部份的人工砂设备制造企业技术和质量都相当不错，而且还对投资企业开展产前培训和售后服务，这一类企业代表了我国人工砂设备生产企业技术的水平。
　　一般地，人工砂有砂石粉碎及分选流程、配级调整工艺流程、砂的细度模数调整工艺等。对人工砂的的制造工艺流程和设备选择应注意以下几点：
　　 1、尽量采用干法生产
干法生产不需大量的水用于脱粉，可节约水资源的消耗，不会对水资源污染；干法生产的产品不需烘干，可节省烘干费用；干法生产所产生的细粉不会流失，可综合利用。
2、选择的设备的必须先进、可靠、环保、节能。
设备的先进性、可靠性必须认真调研、考核。注意设备的制造质量。应该清楚的认识到，人工砂的生产决不是无技术含量之事，如果认为简单地将石块捣碎就是人工砂，在对于该种产品未清楚其技术指标就轻易进入，投资者可能要会付出沉重的代价，必须慎重的进行设备的选择。
（1）粉碎设备的选择
破碎设备应选择破碎产品中粉状物料少的设备。一般产生细粉多的设备，砂的产量低，单位质量砂的电耗高；过多的细粉给分给、选粉机的脱粉带来困难，影响产品质量；会造成资源的浪费，能量的浪费。但细粉可用于本企业的其他产品则例外。
反击式高效制砂机，专用于石料生产线，制砂生产线等高效细碎制砂设备。该高效细碎机独特性能在于结合了反击式与锤式破碎机的优点，并经再优化设计，具有破碎比大，生产能力高，投资经济，应用十分广泛。该设备质量通过国际质量体系认证，设计大方，美观。
反击高效制砂机特点是：高效节能的细碎机设备投资低于同等规模传统工艺装备35%-50%，产出效率高于同等规模传统工艺装备35%-50%。以石灰石为例：一次成品粒度≤5mm占85%以上。长期运行维修费用低于同等规模传统工艺装备35%-50%。出料粒度小、粒型均匀、生产能力大、锤头寿命长、配套功率小、变三级破碎为二级破碎、工艺简化、结构简单、维修方便、运行平稳等特点。
反击高效制砂机广泛应用于机制砂石料（石灰石、河卵石、鹅卵石、花岗岩、石英石）高等级公路、铁路、水利、机场、建筑、水泥、耐材、冶金等等行业生产优质石料，以及建材、化工、煤炭等工业部门中，用于粗、中、细碎中等硬度脆性物料。

（2）分级、选粉机的选择
粉碎设备不可能直接生产出合格的砂，必须用分级、选粉机进行过程产品的分选和搭配，才能生产出合乎用户要求的产品。分级、选粉机应选择能进行多级分选的、分级精度相对高的、脱粉效率高的设备。有利于粗细搭配，使人工砂配成不同级配，适应不同用途砼的要求。
盐城吉能达建材设备有限公司针对人工砂的特点经过多年的研究所生产的人工砂风选分级机。该产品已经列为中国科技部《人工砂石风选脱粉机产业化》创新项目〔批准文号：国科发计字（2010）280号〕；获得江苏省科学技术厅人工砂石风选脱粉机《高新技术产品认定证书》（产品编号100928GO111N）以及《发明专利证书》（专利号：26021383693）。本产品现已使用于釜山核电站高强砼工程项目、二滩水电站锦屏330米世界*高双曲面拦水大坝工程项目、青海玉树海拔4000米国家重点工程重建项目等的专用人工砂制作。
通过破碎机、制砂机制成的粒＜5mm的人工砂，使用输送设备从本机喂料口喂入，进入打散区，在若干组导流板与若干组反击板的作用下，不同粒径的砂在下落过程中，经过多级打散、分级板在风力作用下迅速离开砂的表面，这样就能将粗砂充分地清洗干净。相应较细的砂粉进入细砂分级系统可将细砂分为中砂、细砂和石粉。
该产品的技术特点是：将破碎后产品分为四级；分选原理先进，电耗省；分级精度、分级效率高；操作简便，调节范围大，质量调节方便、灵敏可靠；耐磨部件维护工作量小，寿命长。
注：根据客户要求，实际配置可能与表中配置略有差异，应予以合同为主。
（3）选择合适的除尘设备
破碎机通风速度不应过小，应尽量将破碎过程中的扬尘吸出，减少砂中含粉量，防止粉尘污染。除尘器*好与选粉机合用，将粉尘分级，并且节约投资。
（4）产品的配级调整工艺
人工砂风选分级机将破碎后的产品分为四级，分别存放于不同筒库，根据各库砂的级配计算搭配比例，按比例放料，通过库底绞刀混合成用户要求的砂。
三、人工砂的质量控制
人工砂质量控制总的原则：源头抓起，防患于未然，层层把关，严格检查。
（一）加强原料质量控制
人工砂生产单位应设检验室，对原料、半成品、成品进行检验，管理砂的规格、级配和产品质量，并开出检测数据证明。
1、选择合适的石料
石料的性质是人工砂的质量的*主要因素，应选好石料，对所用石材进行试验。测其密度、小样压碎指标值、碱集料反应（选择结晶较好的石料，困难时可请有条件的单位代检。）、有害物质含量。确认合格后方可使用。
2、控制原料中杂质的掺入
应严格控制石料中泥含量。人工砂的泥块含量、石粉的亚甲蓝MB值都直接与石料有关，把石料中含泥量控制在很小的范围内则砂中泥块含量、石粉的亚甲蓝MB值不会有问题。大块石料的泥含量容易处理，一旦进入破碎机械那就难办了。
产品中的草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣、云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等都是由原料带入的，大都是原料堆放混乱、各种物料混杂引起的。原料的堆放必须加强管理。
（二）加强石料搬运管理
铲车、抓斗都容易将泥土混入石料。只要注意、重视则很容易排除这一影响。
（三）加强生产过程质量管理
1、生产过程中防止雨水漏进设备，严禁喷水
如果物料中有水凝结在砂的表面，细粉料会粘结在砂上，因为粉料的团聚力主要是吸附的液体表面张力，而且比较大，干法脱粉难解决。因此应注意以下几个方面：
（1）大块石料表面有水，水分占石料重量比一般不会超过1%。如果北方冬季结冰，石料必须在棚内存放，防雨水在石料上结冰。
（2）破碎、筛分时有扬尘，应做好吸尘、除尘，采用干法除尘器（旋风、布袋除尘器、电收尘器等）来解决，切不可喷水。
（3）防止生产过程结露。北方做好设备的保温。
2、防止加工过程中油漏入砂中
油也会使细粉粘结在砂表面，一旦油粘上砂会使砂中含粉量超标，有机物含量超标，造成使用时砂和水泥结合力低，影响砼强度。
3、成品砂存放应便于搭配，防止堆放混杂，防止地面雨水渗入带进硫酸盐、氯盐等。硫酸盐易使水泥急凝，硫酸盐过多使水泥膨胀，使砼产生裂纹，造成结构破坏。
综上所述，人工砂生产应进入现代化生产、科学管理阶段。以先进的工艺设备和科学的管理可以不断提高和保证产品质量，为建筑行业提供品质优良人工砂，保证建筑行业对人工砂的依赖，形成良性循环。提高这一行业的经济和社会效益。

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