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人工砂的生產工藝與質量控制

2013-01-02 13:19:20 來源：陳運本

人工砂的生產工藝與質量控制

在國際上，開發(fā)利用機制砂始于上世紀50年代，發(fā)展至今，一些發(fā)達國家和地區(qū)如日本、英國及我國香港地區(qū)等，已100%采用機制砂作為建筑用砂。
我國部分地區(qū)天然砂資源逐步匱乏，加之濫采亂挖毀壞良田，造成江、河、湖堤倒塌，洪水泛濫等等，國家不得不限制開采。而我國建筑行業(yè)快速發(fā)展對砂的需求量越來越大，目前大約每年需建筑用砂50億噸，供需矛盾必然推動天然砂行業(yè)的發(fā)展。我國在建筑方面采用機制砂從20世紀60年代起步，目前已擴大到公路、鐵路、水電、冶金等系統(tǒng)。帶來了人工砂的發(fā)展機遇。目前，我國國家重點的三峽工程、黃河小浪底工程、京滬高速鐵路均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程實踐中，人工砂配制出了從C10—C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送*大高度達400m；能用于配制跨度達64m的預應力混凝土梁。在試驗室設計強度C100的混凝土90天實際強度達到155MPa。人工砂可以廣泛應用在混凝土、砂漿和制品中。
人工制砂已在全國許多地方開始發(fā)展，但由于技術落后、管理不嚴，人工砂的質量得不到保證。人工砂是指機制砂和機制砂與天然砂混合而成的混合砂。其中機制砂質量是人工砂質量的決定因素。本文就機制砂生產工藝與質量控制問題，提出點意見與人工砂生產企業(yè)商討。
一、建筑用砂的規(guī)格及質量要求
（一）建筑用砂的規(guī)格
砂用用細度模數MX來表示其粗細程度，MX按式（1）計算，精確至0.01。

A1、A2、A3、A4、A5、A6—分別為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.600mm、0.300mm、0.150mm篩的累計篩余百分率(％)。
砂按細度模數分為粗、中、細三種規(guī)格，其細度模數分別為：
粗砂：3.7～3.1 中砂：3.0～2.3 細砂：2.2～1.6
（二）建筑用砂的技術要求
根據GB/T14684—2001《建筑用砂》國家標準，砂按技術要求分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。Ⅰ類宜用于強度等級大于C60的混凝土；Ⅱ類宜用于強度等級C30～C60及抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；Ⅲ類宜用于強度等級小C30的混凝土和建筑砂漿。
砂的技術要求包括：顆粒級配，含泥量、石粉含量和泥塊含量，有害物質，堅固性，表觀密度、堆積密度、空隙率，堿集料反應等幾個方面。
1、顆粒級配
Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類砂的顆粒級配要求不同，各類顆粒級配應符合表1的規(guī)定。
表1 Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類砂顆粒級配

級配區(qū) 累計篩余，% 方孔篩	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.砂的實際顆粒級配與表中所列數字相比，除4.75mm和0.600mm篩擋外，可以略有超出，但超出總量應小于5%。 2.Ⅰ區(qū)人工砂中0.150mm篩孔的累計篩余可以放寬到100～85，Ⅱ區(qū)人工砂中期.150mm篩孔的累計篩余可以放寬到100～80，Ⅲ區(qū)人工砂中的0.150mm篩孔的累計篩余可以放寬到100～75。

2、含泥量、石粉含量和泥塊含量
另外，砂中對含泥量、泥塊含量和石粉含量有要求。含泥量是指天然砂中粒徑小于0.075mm顆粒含量。泥塊含量是指砂中粒徑大于1.18mm, 經水浸洗、手捏后小于0.600mm顆粒含量。石粉含量是指人工砂中粒徑小于0.075mm的顆粒含量。
天然砂中的含泥量、泥塊含量應符合表2的規(guī)定。
表2 天然砂中含泥量和泥塊含量

項目	指標
項目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
含泥量（按質量計），%	＜1.0	＜3.0	＜5.0
泥塊含量（按質量計），%	0	＜1.0	＜2.0

人工砂中石粉含量和泥塊含量應符合表3的規(guī)定。
表3 人工砂中石粉含量和泥塊含量

項目				指標
項目				Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
1	亞甲藍試驗	MB值＜1.40或合格	石粉含量（按質量計），%	＜3.0	＜5.0	＜7.0
2		MB值＜1.40或合格	泥塊含量（按質量計），%	0	＜1.0	＜2.0
3		MB值≥1.40或不合格	石粉含量（按質量計），%	＜1.0	＜3.0	＜5.0
4		MB值≥1.40或不合格	泥塊含量（按質量計），%	0	＜1.0	＜2.0
根據使用地區(qū)和用途，在試驗驗證的的基礎上，可由供需雙方協(xié)商確定。

亞甲藍化學式為C16H18ClN3S·3H2O。亞甲藍試驗目的是確定細集料、細粉、礦粉中是否存在膨脹性粘土礦物并確定其含量的整體指標。它的試驗原理是向集料與水攪拌制成的懸濁液中不斷如入亞甲藍溶液，每加入一定量的亞甲藍溶液后，亞甲藍為細集料中的粉料所吸附，用玻璃棒沾取少許懸濁液滴到濾紙上觀察是否有游離的亞甲藍放射出的淺藍色色暈，判斷集料對染料溶液的吸附情況。通過色暈試驗，確定添加亞甲藍染料的終點，直到該染料停止表面吸附。當出現(xiàn)游離的亞甲藍(以淺藍色色暈寬度1㎜左右作為標準)時，計算亞甲藍值MB，計算結果表示為每1000g試樣吸收的亞甲藍的克數。MB值越大說明小于0.075mm石粉中的粘土礦物含量越高。
3、有害物質
砂不應混有草根、樹葉、樹枝、塑料、煤塊、爐渣等雜物。砂中如含有云母、輕物質、有機物、硫化物及硫酸鹽、氯鹽等，其含量應符合表4的規(guī)定。
表4 有害物質含量

項目	指標
項目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
云母（按質量計）/%	＜1.0	＜2.0	＜2.0
輕物質（按質量計）/%	＜1.0	＜1.0	＜1.0
有機物（比色法）	合格	合格	合格
硫化物及硫酸鹽（按SO₃質量計）/%	＜0.5	＜0.5	＜0.5
氯化物（以氯離子質量計）/%	＜0.01	＜0.02	＜0.06

注：輕物質是指表觀密度小于2000kg/m³物質。
4、堅固性
天然砂采用硫酸鈉溶液法進行試驗，砂樣經5次循環(huán)后其質量損失應符合表5的規(guī)定。
表5 堅固性指標

項目	指標
項目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
質量損失/%	＜8	＜8	＜10

人工砂采用壓碎指標法進行試驗，壓碎指標值應符合表6的規(guī)定。
表6 壓碎指標

項目	指標
項目	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
單級*大壓碎指標/%	＜20	＜25	＜30

5、表觀密度、堆積密度、空隙率
砂的表觀密度、堆積密度、空隙率應符合如下規(guī)定：表觀密度大于2500kg/m3；松散堆積密度大于1350kg/m3；空隙率小于47%。
6、堿集料反應
經堿集料反應試驗后，由砂制備的試件無裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象，在規(guī)定的試驗齡期膨脹率應小于0.01%。
二、人工砂加工工藝及設備的選擇
由于人工砂的需求相當大，一些條件不具備的企業(yè)用簡單的制砂機械生產著劣質的人工砂，不僅致使用者要付出比平常大得多的成本，更嚴重的是生產的混凝土質量達不到要求而直接影響了建筑工程的質量。從目前的情況看，生產劣質或不合格人工砂的企業(yè)除了管理等條件之外，突出的應該是生產工藝的選擇和機械的選型。
　　建筑物的建造需要用大量的砂，但對砂的質量要求也不盡相同，人工砂與天然砂相比，外表的粗糙和形狀的不良是*主要的差別。外表的粗糙與形狀的欠圓，對于混凝土澆注時的流動性造成了不良的影響，這種不良的流動性會造成混凝土之中產生空隙，直接影響了工程的質量。
　　人工砂的外表粗糙與圓形度欠佳，主要由生產設備所決定。從行業(yè)協(xié)會的角度看，人工砂生產猶如雨后春筍，有一哄而起的現(xiàn)象，從業(yè)者多缺乏*知識，加之部分低素質設備生產商只顧利益，市場上出現(xiàn)了大量劣質和不成熟的設備，給人工砂事業(yè)的健康發(fā)展帶來了嚴重的后果。
　　一些企業(yè)生產的設備生產效率低下，而且成本消耗十分驚人，根本不是成熟的生產設備。投資者需要注意的，除了市場需求和前景外，還需要認真地求教對人工砂生產工藝有專門研究的單位的技術人員。
　　目前，我國有部份的人工砂設備制造企業(yè)技術和質量都相當不錯，而且還對投資企業(yè)開展產前培訓和售后服務，這一類企業(yè)代表了我國人工砂設備生產企業(yè)技術的水平。
　　一般地，人工砂有砂石粉碎及分選流程、配級調整工藝流程、砂的細度模數調整工藝等。對人工砂的的制造工藝流程和設備選擇應注意以下幾點：
　　 1、盡量采用干法生產
干法生產不需大量的水用于脫粉，可節(jié)約水資源的消耗，不會對水資源污染；干法生產的產品不需烘干，可節(jié)省烘干費用；干法生產所產生的細粉不會流失，可綜合利用。
2、選擇的設備的必須先進、可靠、環(huán)保、節(jié)能。
設備的先進性、可靠性必須認真調研、考核。注意設備的制造質量。應該清楚的認識到，人工砂的生產決不是無技術含量之事，如果認為簡單地將石塊搗碎就是人工砂，在對于該種產品未清楚其技術指標就輕易進入，投資者可能要會付出沉重的代價，必須慎重的進行設備的選擇。
（1）粉碎設備的選擇
破碎設備應選擇破碎產品中粉狀物料少的設備。一般產生細粉多的設備，砂的產量低，單位質量砂的電耗高；過多的細粉給分給、選粉機的脫粉帶來困難，影響產品質量；會造成資源的浪費，能量的浪費。但細粉可用于本企業(yè)的其他產品則例外。
反擊式高效制砂機，專用于石料生產線，制砂生產線等高效細碎制砂設備。該高效細碎機獨特性能在于結合了反擊式與錘式破碎機的優(yōu)點，并經再優(yōu)化設計，具有破碎比大，生產能力高，投資經濟，應用十分廣泛。該設備質量通過國際質量體系認證，設計大方，美觀。
反擊高效制砂機特點是：*的細碎機設備投資低于同等規(guī)模傳統(tǒng)工藝裝備35%-50%，產出效率高于同等規(guī)模傳統(tǒng)工藝裝備35%-50%。以石灰石為例：一次成品粒度≤5mm占85%以上。長期運行維修費用低于同等規(guī)模傳統(tǒng)工藝裝備35%-50%。出料粒度小、粒型均勻、生產能力大、錘頭壽命長、配套功率小、變三級破碎為二級破碎、工藝簡化、結構簡單、維修方便、運行平穩(wěn)等特點。
反擊高效制砂機廣泛應用于機制砂石料（石灰石、河卵石、鵝卵石、花崗巖、石英石）高等級公路、鐵路、水利、機場、建筑、水泥、耐材、冶金等等行業(yè)生產優(yōu)質石料，以及建材、化工、煤炭等工業(yè)部門中，用于粗、中、細碎中等硬度脆性物料。

（2）分級、選粉機的選擇
粉碎設備不可能直接生產出合格的砂，必須用分級、選粉機進行過程產品的分選和搭配，才能生產出合乎用戶要求的產品。分級、選粉機應選擇能進行多級分選的、分級精度相對高的、脫粉效率高的設備。有利于粗細搭配，使人工砂配成不同級配，適應不同用途砼的要求。
鹽城吉能達建材設備有限公司針對人工砂的特點經過多年的研究所生產的人工砂風選分級機。該產品已經列為中國科技部《人工砂石風選脫粉機產業(yè)化》創(chuàng)新項目〔批準文號：國科發(fā)計字（2010）280號〕；獲得江蘇省科學技術廳人工砂石風選脫粉機《高新技術產品認定證書》（產品編號100928GO111N）以及《發(fā)明專利證書》（專利號：26021383693）。本產品現(xiàn)已使用于釜山核電站高強砼工程項目、二灘水電站錦屏330米世界*高雙曲面攔水大壩工程項目、青海玉樹海拔4000米國家重點工程重建項目等的專用人工砂制作。
通過破碎機、制砂機制成的粒＜5mm的人工砂，使用輸送設備從本機喂料口喂入，進入打散區(qū)，在若干組導流板與若干組反擊板的作用下，不同粒徑的砂在下落過程中，經過多級打散、分級板在風力作用下迅速離開砂的表面，這樣就能將粗砂充分地清洗干凈。相應較細的砂粉進入細砂分級系統(tǒng)可將細砂分為中砂、細砂和石粉。
該產品的技術特點是：將破碎后產品分為四級；分選原理先進，電耗��；分級精度、分級效率高；操作簡便，調節(jié)范圍大，質量調節(jié)方便、靈敏可靠；耐磨部件維護工作量小，壽命長。
注：根據客戶要求，實際配置可能與表中配置略有差異，應予以合同為主。
（3）選擇合適的除塵設備
破碎機通風速度不應過小，應盡量將破碎過程中的揚塵吸出，減少砂中含粉量，防止粉塵污染。除塵器*好與選粉機合用，將粉塵分級，并且節(jié)約投資。
（4）產品的配級調整工藝
人工砂風選分級機將破碎后的產品分為四級，分別存放于不同筒庫，根據各庫砂的級配計算搭配比例，按比例放料，通過庫底絞刀混合成用戶要求的砂。
三、人工砂的質量控制
人工砂質量控制總的原則：源頭抓起，防患于未然，層層把關，嚴格檢查。
（一）加強原料質量控制
人工砂生產單位應設檢驗室，對原料、半成品、成品進行檢驗，管理砂的規(guī)格、級配和產品質量，并開出檢測數據證明。
1、選擇合適的石料
石料的性質是人工砂的質量的*主要因素，應選好石料，對所用石材進行試驗。測其密度、小樣壓碎指標值、堿集料反應（選擇結晶較好的石料，困難時可請有條件的單位代檢。）、有害物質含量。確認合格后方可使用。
2、控制原料中雜質的摻入
應嚴格控制石料中泥含量。人工砂的泥塊含量、石粉的亞甲藍MB值都直接與石料有關，把石料中含泥量控制在很小的范圍內則砂中泥塊含量、石粉的亞甲藍MB值不會有問題。大塊石料的泥含量容易處理，一旦進入破碎機械那就難辦了。
產品中的草根、樹葉、樹枝、塑料、煤塊、爐渣、云母、輕物質、有機物、硫化物及硫酸鹽、氯鹽等都是由原料帶入的，大都是原料堆放混亂、各種物料混雜引起的。原料的堆放必須加強管理。
（二）加強石料搬運管理
鏟車、抓斗都容易將泥土混入石料。只要注意、重視則很容易排除這一影響。
（三）加強生產過程質量管理
1、生產過程中防止雨水漏進設備，嚴禁噴水
如果物料中有水凝結在砂的表面，細粉料會粘結在砂上，因為粉料的團聚力主要是吸附的液體表面張力，而且比較大，干法脫粉難解決。因此應注意以下幾個方面：
（1）大塊石料表面有水，水分占石料重量比一般不會超過1%。如果北方冬季結冰，石料必須在棚內存放，防雨水在石料上結冰。
（2）破碎、篩分時有揚塵，應做好吸塵、除塵，采用干法除塵器（旋風、布袋除塵器、電收塵器等）來解決，切不可噴水。
（3）防止生產過程結露。北方做好設備的保溫。
2、防止加工過程中油漏入砂中
油也會使細粉粘結在砂表面，一旦油粘上砂會使砂中含粉量超標，有機物含量超標，造成使用時砂和水泥結合力低，影響砼強度。
3、成品砂存放應便于搭配，防止堆放混雜，防止地面雨水滲入帶進硫酸鹽、氯鹽等。硫酸鹽易使水泥急凝，硫酸鹽過多使水泥膨脹，使砼產生裂紋，造成結構破壞。
綜上所述，人工砂生產應進入現(xiàn)代化生產、科學管理階段。以先進的工藝設備和科學的管理可以不斷提高和保證產品質量，為建筑行業(yè)提供品質優(yōu)良人工砂，保證建筑行業(yè)對人工砂的依賴，形成良性循環(huán)。提高這一行業(yè)的經濟和社會效益。

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