摘要:本文通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)論與《世邦機(jī)器骨料優(yōu)化項(xiàng)目》5年多的研發(fā)成果,探討混凝土與砂的關(guān)系、傳統(tǒng)制砂工藝的局限及新型制砂方案的優(yōu)勢(shì),為骨料、水泥、混凝土產(chǎn)業(yè)鏈的整合研究提供參考,希望為骨料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一種新的思路。
中國(guó)砂石骨料網(wǎng)于5月22日-24日在黃山市主辦“2014中國(guó)砂石骨料行業(yè)技術(shù)發(fā)展論壇”盛大召開并圓滿落幕。為配合本次論壇,中國(guó)砂石骨料網(wǎng)還向全行業(yè)和相關(guān)單位征集有關(guān)經(jīng)驗(yàn)交流材料并匯編成冊(cè),旨在幫助砂石企業(yè)及上下游行業(yè)企業(yè)制定發(fā)展戰(zhàn)略,開展技術(shù)創(chuàng)新,提高產(chǎn)品質(zhì)量,推動(dòng)砂石行業(yè)技術(shù)進(jìn)步及健康穩(wěn)定發(fā)展。材料匯編得到了相關(guān)行業(yè)企業(yè)的大力支持,涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的論文,對(duì)行業(yè)發(fā)展有良好的借鑒作用。
以下為上海世邦機(jī)器有限公司范桂鋒、方立波的《骨料產(chǎn)業(yè)的新模式以VU系統(tǒng)生產(chǎn)高品質(zhì)機(jī)制砂 》,原文如下:
1、引言
行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,近年來砂用量超過50億噸,產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)5000億。然而,天然砂受資源總量、分布和季節(jié)限制,加之政策限采,由此產(chǎn)生了供應(yīng)不足、價(jià)格攀升、運(yùn)輸成本高、質(zhì)量波動(dòng)大等問題,大部分地區(qū)已出現(xiàn)供需矛盾激化的現(xiàn)象。由此,機(jī)制砂受到了前所未有的關(guān)注和追捧,發(fā)展機(jī)制砂已成行業(yè)共識(shí)。另一方面,人們對(duì)砂的認(rèn)識(shí)仍不夠深入,對(duì)砂的性能指標(biāo)及其對(duì)混凝土的影響重視程度不足,而現(xiàn)有的制砂設(shè)備和方案水平參差不齊,不利于骨料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
因此,本文通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)論與《世邦機(jī)器骨料優(yōu)化項(xiàng)目》5年多的研發(fā)成果,探討混凝土與砂的關(guān)系、傳統(tǒng)制砂工藝的局限及新型制砂方案的優(yōu)勢(shì),為骨料、水泥、混凝土產(chǎn)業(yè)鏈的整合研究提供參考,希望為骨料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一種新的思路。
2、機(jī)制砂的核心工藝指標(biāo)
混凝土是由膠凝材料和水,粗、細(xì)骨料(砂)按一定比例配制而成的混合物,經(jīng)攪拌、搗實(shí)、硬化而成的人造石材。如圖1所示,砂石約占混凝土體積的70%,對(duì)混凝土的性能和配制成本影響顯著。詳細(xì)討論砂石對(duì)混凝土的影響規(guī)律已經(jīng)超出本文的范圍,但工程經(jīng)驗(yàn)及我們與多家混凝土企業(yè)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)證明,混凝土(砂漿類似)用機(jī)制砂的核心工藝指標(biāo)是:級(jí)配、粒型和含粉(泥)量。
圖1.混凝土微觀組織圖(砂石約占混凝土體積70%)
總體而言,級(jí)配和粒型綜合影響砂的空隙率、比表面積和流動(dòng)性能(其示意關(guān)系如圖2所示),從而影響混凝土配比中水泥和水的用量。比如,針片狀、棱角尖銳的顆粒,將增大空隙率和比表面積,增大拌合物的流動(dòng)阻力,因此需要更多的水泥漿去填充、包裹和產(chǎn)生流動(dòng)性。級(jí)配組成中0.15-0.6mm部分的細(xì)砂,可以有效填充拌合物的空隙,并充當(dāng)潤(rùn)滑中心,降低流動(dòng)阻力,利于優(yōu)化混凝土配比。
圖2.級(jí)配和粒型對(duì)砂空隙率的影響示意圖
而控制含粉(泥)量主要是為了保證砂的潔凈度,控制膨脹性粘土的含量,以免在拌合過程中發(fā)生吸附反應(yīng)和活性反應(yīng),破壞混凝土的性能。但石粉含量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)節(jié),對(duì)裹挾泥粉、礦物組分活性高的石粉,應(yīng)嚴(yán)格控制;對(duì)剝離干凈、成分無害的石粉,可放寬標(biāo)準(zhǔn)。通過亞甲藍(lán)值測(cè)試可對(duì)砂的潔凈度進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí)確定其石粉的活性和可采用范圍。
實(shí)際上,傳統(tǒng)工藝所產(chǎn)成品砂難以完全符合以上工藝指標(biāo),其與優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂的差異甚至可通過目測(cè)進(jìn)行初步區(qū)分,如圖3所示。取樣自普通沖擊破生產(chǎn)線的花崗巖機(jī)制砂,粗顆粒過多、針片和尖角多、表面附著粉(泥)多;取樣自VU系統(tǒng)的河卵石機(jī)制砂,粗細(xì)均勻、粒型飽滿圓潤(rùn)、表面潔凈。
圖3.普通機(jī)制砂(左,普通沖擊破成品)與優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂(右,VU系統(tǒng)成品)對(duì)比圖
3、傳統(tǒng)制砂工藝的局限
傳統(tǒng)機(jī)制砂性能不足主要是由制砂工藝不合理造成的,主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn):
1、破碎工藝單一,甚至采用擠壓式破碎機(jī)作為終碎設(shè)備。從破碎原理來看,常見的制砂設(shè)備可分成擠壓式破碎和沖擊式破碎兩類。諸如顎破、圓錐破、對(duì)輥破、錘破等擠壓式破碎設(shè)備,雖然可以提供較大的破碎比,但成品針片狀含量高,顆粒棱角尖銳,且磨損后不能產(chǎn)生穩(wěn)定的級(jí)配,一般不能作為制砂終段設(shè)備。相反,沖擊式破碎設(shè)備,特別是VSI沖擊破,能產(chǎn)出粒型基本達(dá)標(biāo)的成品砂,屬于比較合理的制砂設(shè)備選型。但單一采用傳統(tǒng)沖擊破制砂,其成品表面棱角仍過于尖銳,且石粉含量過高、0.15-0.6mm細(xì)砂含量過低(如圖4所示),難以滿足高標(biāo)準(zhǔn)用砂的需求。
2、篩選工藝單一,調(diào)控困難,效率較低。以最常見的濕法生產(chǎn)工藝為例,這種工藝通過振動(dòng)篩控制砂的最大粒徑,通過洗砂機(jī)去除泥、粉。如果篩分設(shè)置合理,水洗徹底并配置細(xì)砂回收裝置,該工藝也可生產(chǎn)出合格的中低標(biāo)準(zhǔn)砂。但這種篩選工藝無法改變沖擊破出料細(xì)砂含量過低的問題,同時(shí),即使配置細(xì)砂回收裝置,水洗也難免帶走較多的細(xì)砂,使成品砂級(jí)配更加不合理(如圖4所示)。另外,整套篩選工藝除了更換篩網(wǎng)尺寸以外,調(diào)控空間小,同時(shí)存在損耗大、易堵塞、效率低、用水量大、污水淤泥處理困難等問題。
圖4.傳統(tǒng)制砂工藝下多種機(jī)制砂級(jí)配的統(tǒng)計(jì)分布情況(難以符合二區(qū)分布)
4、VU干式制砂方案的技術(shù)特點(diǎn)
針對(duì)傳統(tǒng)制砂工藝的局限,世邦機(jī)器結(jié)合自身13年的制砂行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和5年專項(xiàng)研發(fā)成果,在破、磨、選三大技術(shù)領(lǐng)域上取得突破,推出VU系列骨料優(yōu)化系統(tǒng),可解決優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂的生產(chǎn)難題。
破碎增壓技術(shù):VU型沖擊破(針對(duì)VU系統(tǒng)定制設(shè)計(jì))加大了拋料和碰撞頻率,增設(shè)搓磨破碎裝置,相對(duì)于目前業(yè)內(nèi)常規(guī)沖擊破,一次通過成砂率和細(xì)砂產(chǎn)率可提高10%以上,同時(shí)能進(jìn)一步改善砂子粒型。
低能量破碎整型技術(shù):VU粒優(yōu)機(jī)(針對(duì)VU系統(tǒng)定制設(shè)計(jì),可進(jìn)一步優(yōu)化粒型的機(jī)器)模仿天然砂形成過程中的水流沖刷作用,強(qiáng)迫物料形成瀑落磨刷運(yùn)動(dòng),可去除砂顆粒表面的毛刺和棱角,而脫落的碎片成為珍貴的細(xì)砂,進(jìn)一步改善成品的級(jí)配。
一體化干式篩選技術(shù):模控篩(針對(duì)VU系統(tǒng)定制設(shè)計(jì),細(xì)度模數(shù)可控的篩分機(jī))整合了成熟的破碎篩分和磨機(jī)空氣選粉技術(shù),在全封閉腔體中,利用空氣負(fù)壓和機(jī)械振動(dòng)的作用,可同時(shí)完成除粉和篩分的任務(wù)。通過調(diào)節(jié)風(fēng)量、流道等,可實(shí)現(xiàn)在線較精細(xì)的調(diào)節(jié),使成品砂的細(xì)度模數(shù)在2.3-3.0間可控可調(diào)。
我們通過兩個(gè)塔樓結(jié)構(gòu)將上述主要設(shè)備和其他輔助設(shè)備連接起來,其工藝流程圖和三維效果圖如圖5所示。原料經(jīng)過VU型沖擊破破碎整型后,在模控篩和除塵模塊作用下分成三路:石粉、返料和準(zhǔn)成品砂。石粉通過除塵模塊后統(tǒng)一儲(chǔ)存在粉礦倉(cāng)中,準(zhǔn)成品砂進(jìn)入粒優(yōu)機(jī)進(jìn)一步整型,經(jīng)加濕攪拌(可選)后完成加工過程。值得一提的是,VU系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全流程PLC集中控制和負(fù)壓防塵設(shè)計(jì),自動(dòng)化程度和環(huán)保指標(biāo)突出。
圖5.VU系統(tǒng)工藝流程圖(左)和三維效果圖(右)
5、VU干式制砂方案的成效
位于江蘇啟東的VU系統(tǒng)示范線(圖6)于2013年12月正式完成搭建和調(diào)試,其成效完全達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)。生產(chǎn)線通過圖形化觸摸屏控制,簡(jiǎn)單高效;負(fù)壓防塵設(shè)計(jì)十分成功,運(yùn)轉(zhuǎn)過程無可見揚(yáng)塵;各主機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,至今無異常記錄。
圖6.江蘇啟東VU系統(tǒng)示范線
第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果顯示,VU系統(tǒng)所產(chǎn)成品砂在級(jí)配、粒型和含粉(泥)量三大指標(biāo)上表現(xiàn)出色。如圖7所示,VU砂級(jí)配不但符合二區(qū)中砂分布,且0.15-0.6mm細(xì)砂含量高,<0.15mm細(xì)粉比例小,級(jí)配曲線位于二區(qū)中值附近,是常見混凝土用砂的“理想”級(jí)配。如圖8所示,VU砂粒型圓潤(rùn),表面棱角、毛刺最大程度地減少,表面潔凈,亞甲藍(lán)值<0.5。另外,現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)不同需求,在不更換任何硬件的情況下,實(shí)現(xiàn)了細(xì)度模數(shù)從2.3-2.9、含粉量從5-13%之間的調(diào)控。實(shí)驗(yàn)表明,VU砂完全符合混凝土用砂的標(biāo)準(zhǔn),可有效提高其強(qiáng)度、工作性,并能節(jié)省水泥,性能媲美天然中砂。特別是,VU砂的性能指標(biāo)十分穩(wěn)定,這點(diǎn)對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)和應(yīng)用的重要性不言而喻。
圖7.VU砂可達(dá)到二區(qū)中值“理想”級(jí)配
圖8.相對(duì)于普通機(jī)制砂,VU砂粒型圓潤(rùn)、表面潔凈
6、VU干式制砂方案的應(yīng)用價(jià)值
VU系統(tǒng)可適用于石灰石、河卵石、花崗巖等不同巖性原料制砂,所產(chǎn)成品砂在級(jí)配、粒型和含粉(泥)量等性能指標(biāo)出眾,可明顯提高機(jī)制砂的價(jià)值,解決混凝土用優(yōu)質(zhì)砂供應(yīng)不足的問題,為骨料產(chǎn)業(yè)帶來以下兩種新的模式:
攪拌站、干混砂漿、制品工廠等可自行配套制砂:VU系統(tǒng)塔樓式的布置形式、全環(huán)保設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制等特點(diǎn),符合下游用砂產(chǎn)業(yè)的需求,使其可增加集成制砂環(huán)節(jié),解決優(yōu)質(zhì)砂的來源問題,保證攪拌站和砂漿系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,利于優(yōu)化配合比,做出低成本、高性能的混凝土產(chǎn)品。
砂石場(chǎng)或骨料礦山可供應(yīng)高品質(zhì)機(jī)制砂:VU系統(tǒng)可單獨(dú)作為完整生產(chǎn)線處理小碎石,也可作為其中一個(gè)模塊,與其他成熟的破碎設(shè)備配合,處理不同粒徑的物料。配套VU系統(tǒng)后,砂石場(chǎng)或骨料礦山可供應(yīng)高價(jià)值的優(yōu)質(zhì)砂,調(diào)節(jié)礦山各品類成品的比例,使其可滿足混凝土全部骨料使用的需求,在原有的渠道和管理下明顯增加銷售額和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
7、結(jié)論
混凝土用機(jī)制砂對(duì)級(jí)配、粒型和含粉(泥)量等工藝指標(biāo)提出了較高要求,VU系列骨料優(yōu)化系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)工藝破碎和篩選單一的問題,以環(huán)保、智能、可調(diào)控的干法工藝生產(chǎn)出高品質(zhì)的機(jī)制砂。在用砂需求持續(xù)高漲、天然砂供應(yīng)不足的背景下,VU系統(tǒng)所帶來的新工藝和優(yōu)質(zhì)成品砂,可為骨料產(chǎn)業(yè)帶來新的模式和應(yīng)用價(jià)值。
(上海世邦機(jī)器有限公司范桂鋒、方立波)
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