瓮马铁路机制砂生产设备选型与质量控制

瓮马铁路机制砂生产设备选型与质量控制

杨晓辉 中铁二十局集团第四工程有限公司

【摘要】随着天然砂资源的匮乏及限采,使用机制砂已成为建筑行业必然趋势。如何有效地管控好机制砂，是铁路项目一直研究的课题。以贵州瓮马铁路南北延伸线项目为依托，结合瓮马铁路南北延伸线线长点多的特点,机制砂设备选型及石粉含量控制采用干法分级机除粉。此外,分析了机制砂的生产设备选型及除尘工艺、影响机制砂生产质量的主要因素,分析了机制砂石粉含量对混凝土的影响及作用，除尘设备的选择及作用，提出了机制砂除尘质量控制要点。

【关键词】 机制砂 设备 混凝土 质量

1前言

1.1瓮马铁路南北延伸线项目概况

新建瓮安至马场坪铁路南北延伸线项目可研核准已经省发改委批复，项目位于贵州省中东部，项目由南延伸线马场坪至都匀段和北延伸线瓮安至遵义段组成，经过贵州省遵义市、黔南州、黔东南州,增强了瓮安至马场坪铁路与既有沪昆、黔贵、川黔铁路的联系。铁路等级为国铁Ⅱ级，设计行车速度120km/h，建设总工期4年。全线线路总长145.552km，南延伸线48.93km，北延伸线正线长96.622km。

1.2机制砂生产现状及需求

由于贵州省内地形特殊，且在国家保护自然环境、禁采天然砂的大政方针下，各地方政府纷纷采取政策措施对天然砂进行禁采或限采，导致长期以来省内交通基础设施建设成本较高。建设高标准的机制砂料厂，将不仅为铁路建设项目提供优质可靠的高品质砂石骨料产品和相关技术支持，在提高铁路工程质量的同时，降低铁路项目的投资成本（砂石骨料及混凝土方面的成本）。瓮马铁路南北延伸线机制砂总用量约230万立方米，根据沿线母岩及运距等情况，合理设置机制砂料厂来满足机制砂的需求。

2.机制砂的生产设备选型

根据现场实际情况制定《贵州瓮马铁路南北延伸线有限责任公司机制砂质量认证办法（试行）》指导机制砂厂的建设标准、设备选型、规范生产工艺、强化质量过程控制、明确验收程序。

2.1母材抗压强度设计有要求的，按设计要求执行。设计无要求时，母材岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于 1.5，预应力混凝土强度等级之比不应小于 2.0 或母岩抗压强度不低于 90MPa。母材不应具有潜在碱-集料反应活性。母材按照《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2018）进行型式检验。

2.2 铁路机制砂石粉含量的质量要求，根据TB10424-2018铁路混凝土工程施工质量验收标准规定对石粉含量标准是Ⅰ类砂≤5.0%，Ⅱ类砂≤7.0%，Ⅲ类砂≤10.0%。机制砂厂须设置试验室，试验室内配备仪器应满足机制砂的亚甲蓝值、石粉含量、细度模数、颗粒级配、颗粒形貌、泥块含量、压碎指标、有机物含量、云母含量、轻物质含量等指标的测定。

2.3机制砂厂生产及存储能力：每小时不小于100吨，料仓机制砂储量不小于3000m³。

2.4主要生产设备及生产工艺具体要求如下：

①制砂主机宜采用石打石功能的立轴式冲击破碎机，也可采用圆锥式破碎机和锤式破碎机。

②破碎机生产机制砂时，应采用调整成品砂石细度模数和石粉含量的方法，以及防止粉尘污染的措施。

机制砂生产工艺流程

③机制砂生产企业必须具备保证机制砂产品质量的生产设备与工艺装备，机制砂设备的性能应满足下表中的要求。

机制砂设备的技术要求

2.5除尘设备应满足以下要求：机制砂加工过程，应满足《大气污染综合排放标准》GB16297和当地的环保要求，最高粉尘排放量不高于20mg/m

³.宜采用袋式除尘器进行除尘。

3.机制砂除尘设备的选型

在机制砂制砂工艺中控制石粉含量采用选粉机，其主要功能是分离多余的石粉和有用颗粒，并分别进行处理。选粉机的工作原理是将气、粉混合，形成气固两相流，旋转的撒料盘和高速气流使含粉气流在旋转时获得离心力，不同粒径颗粒获得的离心力不同，从而实现粗细分离。同时，采用相应的方法对粗细粉粒分别进行回收。有用颗粒即为机制砂，细粉则通过粗细粉分离机进入到石粉仓中进行储存，可销售水泥等其它企业再利用。

3.1经选粉机选粉后的机制砂中石粉含量随选粉机主轴转速和风机的风量变化而变化，调整选粉机的技术参数可以很好的控制成品机制砂中的石粉含量。

3.2在母岩质量供应稳定和选粉机在满足技术参数情况下，机制砂的石粉含量可以控制在一个稳定的范围内。

3.3机制砂进料的石粉含量、含水率等都是影响选粉机选粉能力和选粉效果的重要因素。当进料含水率不高于2%时，选粉机能够较好地发挥其效率。

3.4通过调整选粉机主轴转速和风机风量，可以将机制砂石粉含量控制中在标准范围内。

4.机制砂石粉含量对混凝土质量的影响

机制砂比天然砂棱角多，颗粒粗糙，制造的混凝土抗压抗折强度高于天然砂。机制砂亚甲蓝值要求MB≤1.4，宜控制在1.0以下为好。机制砂中的石粉含量会提高机制砂混凝土的和易性和强度，且对抗渗、抗冻等耐久性也有不同程度的提高。不同强度等级的混凝土具有各自不同的机制砂最优石粉含量范围,低强混凝土石粉含量宜控制在10%~15%,高强混凝土不宜超过7%-10%。

4.1对混凝土工作性的影响

机制砂中的石粉使混凝土粘聚性增大,也能有效的提高混凝土的保水性能,降低混凝土泌水率，而且机制砂中的石粉能够填充混凝土中的孔隙，从而增加混凝土的密实性提高混凝土的强度。

4.2对混凝土力学性能的影响

机制砂的石粉含量对混凝土抗压强度产生较大的影响，对于不同等级混凝土来说，机制砂石粉含量的提高，使混凝土抗压强度值先增加后降低。这是因为机制砂的石粉在混凝土中主要起两方面的作用：一方面，少量的机制砂石粉可以填充水泥与骨料之间的缝隙，增加混凝土密实度，随着机制砂石粉含量的增加混凝土强度随着提高；另一方面，随着机制砂石粉含量的不断增加，当机制砂石粉含量超过混凝土强度等级最佳含量时，就会对混凝土的骨料级配产生不利的影响，且石粉的比表面积大，造成混凝土的用水量增加，造成混凝土和易性变差。

4.3机制砂中石粉含量对混凝土抗渗性能的影响

机制砂石粉含量对于混凝土抗渗性能的影响规律与抗压强度相似,当石粉含量含量增加时能够一定程度地增加混凝土的抗渗性，随着石粉含量超过最佳含量时，混凝土的抗渗性将减小。

4.4机制砂石粉含量对抗裂性的影响

机制砂石粉含量的提高将影响混凝土的不断收缩，不利于混凝土塑性开裂的控制。对于低强度等级混凝土试验表明，机制砂石粉含量超过10%时，随着石粉含量的不断增加，混凝土裂缝产生的时间将提前，裂缝产生的数量和宽度不断增加。当高强度等级的混凝土中机制砂石粉含量超过7%以后，混凝土抗裂性变化更加明显，抗裂性持续变差。

5.机制砂质量保证措施

在机制砂料场选择首先进行现场调查，初步选址，尽量靠近延伸线铁路沿线，减少运输成本，母材的储量应大于相关标段的机制砂需求量，其次组织对岩石勘测、岩石检测，根据检测结果和现场地形进行组织设计建厂方案，新建料场规模和设备需满足南北延伸线公司制定的《贵州瓮马铁路南北延伸线有限责任公司机制砂质量认证办法》，此办法机制砂厂认证项目类型分为主控项目6项和一般项目22项。当主控项目全部满足且一般项目不超过10项为建议改进项目时认证通过；当主控项目有1项不满足时或一般项目超过10项为建议改进项目时认证不通过。机制砂厂的质量认证按使用单位或生产单位自验、监理单位初验、公司检查验收三个层次进行，对验收合格料场进入合格机制砂厂名录，公司定期更新合格机制砂厂名录并发布。没有通过终验的，限期整改，整改后按照验收程序重新验收。连续两次验收不合格的，半年内不再验收。对在日常检查和抽检过程中机制砂质量检测不合格的料厂，按要求限期整改，对整改后复检不合格的机制砂料厂，将从合格机制砂厂名录剔除，不允许质量不合格的机制砂进入铁路施工现场。其次在机制砂料厂设置试验室，要求生产厂家配备试验人员，机制砂厂认证时对试验料厂试验人员进行现场考核试验检测能力，对生产的机制砂进行检测，不合格的机制砂禁止出厂，标段试验室在进行二次进场验收试验确保机制砂质量。

6.机制砂在瓮马铁路上的应用

瓮马铁路福泉制梁场T型梁预制通过严格把控原材料进场检测以及对配合比进行优化，成功使用机制砂代替河砂配制出质量优良的C55高强度等级混凝土，并应用于铁路T型梁的预制。延伸线通过机制砂厂增加除尘设备，控制机制砂的石粉含量，通过现场试验和送外委抽检未使用选粉除尘设备机制砂的石粉含量在13%~16%，通过选粉除尘设备可以将石粉含量控制在7%以下，满足铁路机制砂质量标准。

7.总结

机制砂的质量直接影响混凝土的质量及耐久性，通过选粉设备调整机制砂的石粉含量，为铁路建设项目提供优质可靠的高品质机制砂，机制砂生产过程中极少或不用水，节约水资源，采取相应的环保措施后，能够有效地减少项目建设和项目运营对周围环境的影响，石粉集中回收且能够综合利用，保护环境；机制砂混凝土在满足设计要求的基础上，提高铁路工程质量（高性能、长寿命）的同时，降低铁路项目的投资成本（砂石骨料及混凝土方面的成本），其前景广阔。

参考文献：

1. 铁路机制砂应用技术规程（征求意见稿）

2. 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2018）