砂石加工系统玄武岩制砂含水率控制技术研究

詹贤聪

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004

【摘要】 通过参建的人工砂石加工系统的实践，论述了我负责的技术团队采取“源头把关、中间过程控制、最终效果检测”的方法解决了砂石加工系统成品砂起团、脱水困难、含水率居高不下等技术难题。本文阐述了有关制砂工艺及技术措施，可为类似工程施工提供参考。

【关键词】 系统试运行期成品砂含水率状况；含水率控制的目的；含水率控制工艺改进措施；含水率控制效果对比和分析。

一、工程概述

参建砂石加工系统项目由石料开采、石料加工、骨料筛分、配电系统、供水系统、废水回收处理系统及胶带机运输系统组成。该系统共需制备砂石骨料约1180万t，其中碎石730万t，碾压混凝土用砂230万t，常态混凝土用砂220万t。根据招标文件要求，主体工程高峰月混凝土浇筑平均强度为22.7万m3,砂石系统毛料处理能力为2000t/h，其中成品砂生产能力为641t/h。

二、系统试运行期成品砂含水率状况

砂石系统投产后试运行期间，成品砂产量可达650t/h，细度模数和石粉含量分别稳定在2.4～2.8和10％～18％之间，能够满足大坝混凝土浇筑及国家规范的质量要求。但经仓内脱水后的成品砂表面含水率高达10％左右，且一直居高不下，直接导致了碾压混凝土在拌和过程中无法加冰，对碾压混凝土浇筑的温控带来致命影响。

经试验研究表明，由于石料场玄武岩原料本身具有“硬、脆、碎”和“易碎难磨”等特性，且石料场出露的岩层分布大量具有吸水性高、保水性强等特点的火山角砾熔岩和凝灰岩断层和夹层。故而，以试运行生产工艺生产的成品砂中所含有的火山角砾熔岩和凝灰岩，延长了成品砂的脱水时间，具体分析如下。

2.1  料场岩石质量影响

玄武岩石料场岩性为火成岩，以玄武岩、杏仁状玄武岩为主，岩层节理发育完全，中间夹有火山角砾熔岩和凝灰岩夹层，厚度为0.5～3m不等。经多次试验研究数据显示，火山角砾熔岩作为混凝土骨料时其饱和面干吸水率偏高，保水性能好，而凝灰岩单轴饱和抗压强度较低，该部分岩石成品砂的饱和面干吸水率高达2.4%（一般为0.8%左右）。

在砂石系统前期生产阶段，石料场毛料开采按常规生产模式进行梯段爆破，梯段高度为12m，爆破孔孔径φ105mm，间排距为5.0m×4.5m，爆破炸药单耗为0.25～0.30kg/m3。按此梯段爆破参数开挖，无法避开梯段中分布的断层和夹层，极易造成爆破后毛料混料，降低了毛料质量。经试验显示，毛料中火山角砾熔岩和凝灰岩成分含量达到了30％以上，而且，火山角砾熔岩和凝灰岩中的80％经一筛、二筛生产加工成为成品砂（180t/h，占砂生产总量的28%），与玄武岩加工的成品砂一同堆存，导致成品砂整体吸水率高、保水性强，脱水困难。

2.2  加工工艺影响

根据系统设计工艺及设备选型情况，成品砂由三种砂组成，按产量按比例，立轴破占35%～45%、棒磨机占20%～30%、一、二筛分车间占20%～30%，混合入仓，形成的人工砂细度模数2.4±0.2、石粉含量10%～18%，入仓含水率12％～17％。经过试验表明，试运行工艺生产的成品砂入仓脱水至7天后，其表面含水率基本稳定在10％左右，脱水时间与含水率的降低不成正比关系，且暴晒45天后的成品砂含水仍然停留在10％左右的水平。由此说明，具有保水性强的火山角砾熔岩及凝灰岩的成品砂严重影响了脱水速率，与成品砂入仓前含水率高低并无直接关系，至少影响不大。为此，形成试运行的加工工艺无法彻底解决成品砂含水率居高不下的现状。国内其他工程的人工砂在成品料仓堆存7～10天后其含水率一般都能稳定在6％～7％，而本工程的人工砂在成品料仓堆存45天后含水率基本都在8％～10％。且成品砂堆存脱水后，表层10～15cm干透起壳形成一层隔离层，10～15cm以下的砂含水率高且起团，这就是暴晒45天后的成品砂含水仍然停留在10％左右的原因。

砂石加工系统工艺图：

砂石加工系统破碎设备配备表：

车间名称	设备名称	型号	单位	数量
粗碎车间	旋回破碎机	MK-Ⅱ-42-65	台	2
中碎车间	圆锥破碎机	HP-500ST-C	台	2
细碎车间	圆锥破碎机	HP-500ST-F	台	3
超细碎车间	立轴式冲击破碎机	B9100	台	4
棒磨机车间	棒磨机	MBZ-2136	台	7

2.3  系统布置及其他影响

该系统受场地条件限制，成品砂仓布置在系统的高程1391m平台，内侧为一期场平开挖形成的高边坡，外侧紧邻系统R11公路，由5m高的浆砌石挡墙与之相隔，砂仓顶部布置了防雨棚。由此，整个砂仓形成为一个较封闭的“仓库”，无法成为通常采用的半敞开式的堆料仓，给成品砂自然脱水造成一定困难。

另外，工程当地雨季雨量集中，空气湿度大，成品砂雨季脱水尤为困难。

三、含水率控制的目的

3.1  通过科技攻关，充分掌握玄武岩制砂的生产工艺特点，尤其针对含有火山角砾熔岩和凝灰岩的玄武岩，总结和推广成品砂含水率控制的成功经验。

3.2  通过现场试验、分析以及系统工艺的局部改造，全面了解成品砂的脱水特点，摸索出一条能够解决成品砂含水率偏高的有效途径。

3.3  利用研究成果，完善系统的生产工艺，稳定成品砂各项技术指标，尤其是控制稳定、合格的含水率，为金安桥大坝碾压混凝土的顺利浇筑打下基础，保证大坝混凝土温控措施的得力执行。

四、含水率控制工艺改进措施

技术团队在系统原有湿法生产工艺的前提下，采用边生产、边改进的方法，逐一落实控制含水率的各项措施。首先，研究成品砂的入仓含水率、仓内脱水曲线以及外来水污染等因素，予以一次性改造和完善。其次，从料源质量把关抓起，着手研究毛料的精细化开采。最后，完善和改进生产工艺，增加干砂系统，将成品砂含水率的研究课题进一步拓宽、加深，取得真实、有效、完整的经验和成果，具体措施如下。

4.1  初期阶段的各项改进措施

第一，改造防雨棚截水槽的排水方式，将雨水引导至砂仓以外，将实验室后排水沟采用管道横穿砂仓，避免沟内的废水进入砂仓，增加廊道内弧门口防水设施，减少地下水进入出厂砂。原则是，尽一切办法杜绝外来水污染成品砂。

第二，控制入仓含水率。利用沉淀原理，在三筛车间采用沉砂箱取代普通料斗，以减少成品砂石粉含量流失的同时，控制来料量，使三筛充分脱水；改造棒磨机脱水筛的角度，以延长物料停留时间，增强脱水效果。经改造，成品砂入仓含水率可降至14％以下。

第三，研究成品砂的脱水渗径。改进成品砂仓的脱水盲沟，将盲沟内铺设的竹板改为钢板网，按颗粒级配铺填碎石，形成过滤层。并在销售空仓后立即清理级配碎石，采用过滤网清除碎石上黏附的石粉，然后将盲沟打扫干净。再者，将砂仓分为上、中、下三个部分，自入仓之日起分别做含水率试验，掌握各部位含水率的变化曲线。最后，采用中空盲管（由土工布包裹）绑缚在砂仓立柱上，增加渗径脱水通道。

经试验发现，待成品砂脱水至7天时，砂仓上、中、下部的含水率分别为6.4％、8.6％和9.9％；砂仓下部的含水率降低速率很小，基本稳定在10％左右；中空盲管的安装并没有显现出渗径脱水减小砂含水率的迹象。

4.2  石料场精细化开采

为尽量减少毛料中所含火山角砾熔岩和凝灰岩，工程技术人员根据现场情况，修订原有的爆破设计参数，以爆破梯段高度12m为控制原则，按照分层造孔、分层爆破的精细化开采方法施工，并总结、掌握爆破参数，以控制毛料的粒径和级配组成，尽最大可能减小毛料中火山角砾熔岩和凝灰岩的比例。

精细化开采爆破参数表：

孔  径	105mm	孔  斜	90°
孔  距	4.5m	排  距	4m
炸药规格品种	φ70乳化炸药	导火索	3m
单  耗	0.30～0.40kg/m3	雷管段数	ms1～ms17

经过现场精细化开采施工，以及大量的试验表明，毛料中凝灰岩和火山角砾熔岩等软弱颗粒含量较原来下降了40％左右，为增强成品砂入仓脱水效果打下了基础。但待成品砂脱水稳定后，表面含水率仍在7.5％～9.0％之间，仍然未能达到合同及规范要求≤6％的标准。

4.3  干湿砂分仓堆存、掺配销售工艺

试运行工艺显示，成品砂共分为三个部分来料，其中第一部分为粗、中、细碎破碎后的物料经一筛、二筛干筛分级的干砂，其干砂汇聚至B25胶带机；第二部分为超细碎破碎物料由三筛分级后的湿砂，经B41胶带机与B25胶带机一同汇入B42胶带机；第三部分为棒磨机所产湿砂进入B57\B58胶带机。之后均为双线、平行胶带机进入两个砂仓。

根据以上特点，在B42胶带机一侧平行布置一条胶带机，将干、湿砂分开运输，并在两个砂仓端头砌筑浆砌石隔墙，各形成一个独立的干砂砂仓，可分别交叉生产和堆存干、湿砂。每个干砂仓堆容为1.2万m3。

湿砂独立堆存后的脱水试验：

堆存时间	第1天	第2天	第3天	第4天	第5天	第6天	第7天
表面含水％	15.7	12.2	10.7	8.5	8.9	7.8	7.5

干、湿砂掺配销售试验

检测项目	第一次试验	第二次试验	第三次试验
湿、干砂比例/（t/h）	980:260（21%）	960:270（22%）	1023:227（19%）
湿、干砂细度模数	2.71(2.98)	2.70(2.99)	2.68(3.03)
湿、干砂石粉含量/%	13.07(6.82)	14.05(7.9)	14.05(6.92)
湿、干砂含水率/%	8.1(2.1)	7.9(2.0)	8.3(2.1)
掺配后细度模数	2.89	2.88	2.86
掺配后石粉含量/%	10.82	11.85	11.69
掺配后含水率/%	5.6	5.9	6.0

注：括号内为干砂检测数据。

由以上试验数据可表明：

（1）成品湿砂因为火山角砾熔岩和凝灰岩含量减少，脱水速率加快，7天后表面含水率基本稳定在8％左右。

（2）干、湿砂在销售皮带上临时掺配，当干砂掺配比例为总量的20％左右时，掺配后的成品砂含水率降低至6％以下，能够达到合同及规范要求的技术标准。

（3）干、湿砂掺配后的成品砂石粉含量略有降低，但仍在10％以上，可满足工程质量要求。

（4）干湿砂掺配后的细度模数有所升高，但干砂掺配比例为20％时，掺配砂的细度模数稳定在2.9以下，满足了国家规范规定的碾压混凝土用砂细度模数为2.2～2.9的质量要求。

4.4  增加干砂生产工艺

经过试验显示，成品砂脱水速度受空气湿度影响较大，在旱季，一筛、二筛产砂量会达到总量的30％以上，且由于空气干燥，成品砂底部脱水、上部水分蒸发较快，脱水7天后成品砂综合含水率可达到7％左右，故而并不影响无温控要求的冬季混凝土的正常浇筑。

但进入雨季后，一筛、二筛干砂产量比例骤降至20％以下，且成品砂脱水周期增加了3天。为此，在系统原有设备和场地的基础上，需要增加干砂生产工艺，在雨季单独生产干砂，提高干砂产量。

系统超细碎车间主要汇集并破碎筛分车间的来料及循环料，其中一筛和二筛来料为干料。为此，对一台B9100立轴式破碎机（巴马克）进行改造，用以破碎一筛、二筛的物料，并增加两条胶带机，运输至三筛车间进行干式筛分。改造后的巴马克出料试验数据见表。

巴马克所产干砂参数表：

产量/（t/h）	细度模数	石粉含量/％	表面含水率/％
42.2	2.66	17.5	1.4

通过增加干砂生产工艺，改变了系统原有工艺成品砂生产的比例，使干砂所占比例增加了近7％，从根本上解决了雨季干砂产量低、脱水难度大的问题。

五、含水率控制效果对比和分析

通过对砂石系统的管理因素、客观因素、生产过程、生产工艺以及堆存过程等方面的全方位、全过程攻关，解决了成品砂含水率偏高的问题，达到了预期目的，试验结果和改进措施归结如下：

（1）在初期阶段的攻关中，更加深入掌握了成品砂的脱水过程，全面杜绝了外在的影响因素，找到了脱水困难的真正原因，为下一步正确的工艺改进提供了参考依据。

（2）从料源开始控制砂石料含水率，采用精细化施工开采毛料后，降低了保水性强的火山角砾熔岩和凝灰岩比例，保证了成品砂料的优质原料，也同样为生产系统的进一步改造打下基础。

（3）由试验数据及监理、业主和使用单位反映的事实证明，雨季增加干砂产量以及干、湿砂按比例（干砂占总量20％）掺配销售的经验是可取的、成功的，为砂石料生产工艺开辟了新途径，更为碾压混凝土浇筑的温控措施提供了基础保障。

六、结束语

目前，在国内建设工程施工范围内，玄武岩制砂的含水率控制仍旧是个科技难题，但通过对我们对砂石加工系统的工艺修正、技术改进等实践经验，玄武岩制砂含水率控制技术有了很大进步和提高，满足了建设工程混凝土高强度浇筑的要求，可为国内人工制砂工艺提供参考。

作者简介？：

詹贤聪、男、1991.01、汉、广东省徐闻县、双学士、工程师

研究方向：人工砂石系统