背景介紹
混凝土用天然砂資源不斷減少，質(zhì)量也無(wú)法保證。開(kāi)發(fā)探索新的材料迫在眉睫，本文重點(diǎn)介紹近幾年開(kāi)始出現的天然砂的替代品機制砂，介紹其與天然砂相比優(yōu)缺點(diǎn)和制備工藝。
一、什么是機制砂?
機制砂是相對于河沙等天然砂而言。天然砂主要是自然力量沖擊而成，如河沙、海沙、山沙等。但受限于環(huán)境保護等原因，天然砂成本越來(lái)越高，且無(wú)法滿(mǎn)足與日俱增的市場(chǎng)需求。在這種情況下，機制砂應運而生。
機制砂，是指經(jīng)除土處理，由機械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒。目前，全國很多地區都在生產(chǎn)和使用機制砂，有些地區還將工業(yè)廢渣、建筑垃圾和廢石進(jìn)行加工，制成再生骨料進(jìn)行再利用。近年來(lái)，這一行業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)既傳統而又嶄新的創(chuàng )業(yè)領(lǐng)域。
二、機制砂與河沙等天然砂的區別
1.穩定供應問(wèn)題，天然砂由于多年的開(kāi)采，資源越來(lái)越少，供不應求，價(jià)格飛漲，且供應和質(zhì)量沒(méi)有保障;而機制砂原料充足，只要有石頭的地方就可以生產(chǎn)機制砂，城市建筑廢料(建筑垃圾)、碎石尾料、下腳料、石屑、石渣、礦山尾礦等都可以作為機制砂原料。
2.價(jià)格問(wèn)題，機制砂在各地的價(jià)格不盡相同，但基本都比河沙便宜很多，與河沙相比，機制砂每噸便宜20元左右。此外，機制砂的利潤也頗為可觀(guān)，以2000噸/天的規模并按照現在市價(jià)來(lái)計算，每月預計毛利潤100萬(wàn)元以上。
3.環(huán)保問(wèn)題，傳統機制砂生產(chǎn)確實(shí)會(huì )帶來(lái)粉塵污染等環(huán)境問(wèn)題，但隨著(zhù)制砂工藝的不斷改進(jìn)，現在生產(chǎn)基本采用全封閉結構，且每個(gè)機口都有噴水設置，粉塵不外溢，而環(huán)保的干法工藝，不需水洗，不產(chǎn)生污水、淤泥、揚塵等問(wèn)題。
4.堅固性與耐久性試驗。機制砂的堅固性能比河沙稍差，但仍然達到國家建筑用砂標準的優(yōu)等品指標，在普通混凝土中使用不存在問(wèn)題。但在經(jīng)常遭受摩擦沖擊的混凝土構件中使用，除必須摻用外加劑，還應控制混凝土的灰砂比和砂的壓碎指標與石粉含量。
5.機制砂石粉含量對水泥拌合物性能的影響。通過(guò)水泥的試驗、砂漿試驗、混凝土試驗，用機制砂配制混凝土與天然砂無(wú)大的區別，一般來(lái)講，同坍落度的前提下，機制砂的用水量要稍大些，但要根據施工條件及結構物和運輸等因素考慮。但對混凝土的強度基本不變，用機制砂配制泵送混凝土等特種混凝土時(shí)注意砂率不宜過(guò)高，防止降低混凝土強度和耐久性等工程質(zhì)量。
6.機制砂的顆粒度更不規則，在使用水泥等結構粘合時(shí)，往往有更好的粘合度，更抗壓，使用壽命也更長(cháng)。
綜上所述，在天然砂資源缺乏的地區，制造使用高品質(zhì)機制砂來(lái)滿(mǎn)足工程建設需求不僅是可行的，其綜合效益也是非?？捎^(guān)的。
三、機制砂的生產(chǎn)工藝
雖然人工砂石料加工已有數十年歷史，但如何正確選擇生產(chǎn)工藝，以保證加工系統的運行可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理，仍是人工砂石加工系統設計所面臨的重要問(wèn)題。本文就為大家介紹當前應用較多的4種制砂工藝。
1.立軸沖擊式破碎機制砂生產(chǎn)工藝
目前國內大多數工程均采用立軸沖擊式破碎機作為制砂的主要生產(chǎn)設備，破碎腔形無(wú)論是“石打石”還是“石打鐵”，其生產(chǎn)工藝均采用“進(jìn)料—破碎—篩分—返回（或進(jìn)倉）”，流程簡(jiǎn)圖如下（下文以2.5mm、5mm等舉例便于說(shuō)明，具體篩分粒度以實(shí)際生產(chǎn)為準）：
采用立軸沖擊式破碎機制砂具有生產(chǎn)效率高、砂粒粒形好、運行成本低、土建及安裝工程量小，且能對中小石進(jìn)行整形等優(yōu)勢，但同樣也存在如下問(wèn)題：
1) 成品砂產(chǎn)出率偏低；
2) 5~2.5mm的石料要經(jīng)反復循環(huán)破碎，破碎效果差，能量損耗略偏大；
3) 成品砂級配不甚理想，為“兩頭多，中間少”的間斷級配；
4) 成品砂的粒度模數控制難(人為因素控制)；
5) 對于常態(tài)混凝土而言，石粉含量可能會(huì )超標。
2. 棒磨機制砂工藝
棒磨機制砂是一種傳統的制砂工藝，通過(guò)棒磨機的轉動(dòng)帶動(dòng)棒磨機中鋼棒轉動(dòng)、跌落等運動(dòng)，對進(jìn)入棒磨機中的制砂母巖擠壓、研磨、撞擊而獲得砂料，具有如下特點(diǎn)：
1）砂的細度模數容易調整，可人為控制(在實(shí)際生產(chǎn)中可做到FM=2.4-3.0的范圍內來(lái)調節生產(chǎn))；
2）砂級配好，粒度分布穩定；
3）生產(chǎn)效率低；
4）運行成本高，土建及安裝工程量大。
3. 立軸沖擊式破碎機與棒磨機聯(lián)合制砂工藝
為了解決立軸式?jīng)_擊破碎機制砂工藝中，中徑砂含量偏少以及提高產(chǎn)量等問(wèn)題，采用了立軸式?jīng)_擊破碎機與棒磨機聯(lián)合的制砂工藝，其工藝流程如下：
石料經(jīng)立軸沖擊式破碎機破碎后，進(jìn)入篩分機分級，＞5mm的石料全部返回轉料倉，5~2.5mm的石料進(jìn)入棒磨機破碎、經(jīng)螺旋分級機后與＜2.5mm的石料混合進(jìn)入成品倉。
此工藝有如下特點(diǎn)：
1) 集中了立軸式?jīng)_擊破碎機、棒磨機制砂的優(yōu)點(diǎn)，克服了立軸式?jīng)_擊破碎機及棒磨機制砂的缺點(diǎn)，解決了中粒徑砂含量少、石粉過(guò)多流失等問(wèn)題；
2) 成品砂質(zhì)量穩定、粒形好；
3) 耗水、耗電量高，鋼棒耗量大；
4) 建安工程量大；
5) 工藝流程復雜、設備品種多。
4. 常速與高速立軸式?jīng)_擊破碎機聯(lián)合制砂工藝
2種速度組合的立軸式?jīng)_擊破碎機制砂工藝流程見(jiàn)下圖：
石料由轉料倉經(jīng)給料機、膠帶機送入立軸式?jīng)_擊破碎機破碎，經(jīng)破碎后進(jìn)入篩分機分級，然后大于5mm的石料返回轉料倉，5~2.5mm的石料送入高速立軸式?jīng)_擊破碎機再破碎，經(jīng)再破碎的石料與小于2.5mm的石料混合后進(jìn)人成品倉。
此生產(chǎn)工藝適用于干法、半干法生產(chǎn)，對于濕法生產(chǎn)需進(jìn)一步研究。
該聯(lián)合制砂工藝可提高成品砂產(chǎn)量與質(zhì)量，實(shí)現“以破代磨”工藝，使完全拋棄棒磨機制砂成為現實(shí)。
1）常速立軸沖擊破的破碎腔可以為“石打鐵”，亦可以為“石打石”。兩者沒(méi)有質(zhì)的變化，只有量的變化。前者產(chǎn)砂量比后者高，但砂的粒型稍差，石粉含量較多，鐵砧磨損多。
2）高速立軸式破碎機的破碎腔體最好為“石打鐵”，給料量要低些，原因是基于5~2.5mm石料粒徑較小，質(zhì)量較輕，要使其破碎必須獲得較多的有效碰撞能力。
3）采用兩種速度的立軸沖擊破制砂，適當增大高速破碎機進(jìn)石料的粒徑，可進(jìn)一步提高成品砂中的石粉含量，以及降低成品砂的粒度模數。
綜上，以上4種制砂工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，立軸沖擊式破碎機制砂，以及與棒磨機聯(lián)合制砂是目前國內采用較多的工藝。而在對成品砂質(zhì)量要求高的工程項目，常采用后者，棒磨機主要起調節作用，生產(chǎn)中砂和細砂。兩種設備生產(chǎn)的砂摻和在一起，從而使成品砂的級配組成趨于更合理，提高了成品砂的質(zhì)量。
