0 引言

建设用砂石是构筑混凝土骨架的关键原料、我国是世界最大的砂石生产国和消费国，砂石年产量高达200亿吨。随着环境保护观念的日益增强，对天然砂石资源约束不断趋紧，机制砂石逐渐成为我国建设用砂石的主要来源。机制砂具有产量和质量可控以及生产成本低的优势，逐步成为天然河砂的绿色替代建筑材料。目前其占比已达80%以上。

机制砂在我国的混凝土行业已有六十多年应用史，在各项工程中得到了广泛的应用，但是机制砂的生产工艺仍需要提升和改进。一方面，各个地区岩石种类及抗压强度不同，另一方面，机制砂生产设备差异造成机制砂质量不同。基于不同地区机制砂选取母材要求和施工工艺存在差异，所以不同地区机制砂应用于混凝土中，因机制砂的级配、石粉含量、粒型等技术指标对混凝土工作性能、力学性能均会有不同程度的影响，尤其是机制砂的级配和石粉含量对机制砂混凝土性能的影响最大。

1 机制砂的定义

表 1为各标准对机制砂的要求。

2022年最新发布的国家标准《建设用砂》GB/T 14684—2022关于机制砂定义为：以岩石、卵石、矿山废石和尾矿等为原料，经除土处理，由机械破碎、整形、筛分、粉控等工艺制成的，级配、粒型和石粉含量满足要求且粒径小于4.75mm的颗粒。在2011年实施的国家标准《建设用砂》GB/T 14684—2011基础上增加了整形、粉控工艺，对级配、粒型和石粉含量提出要求，目的在于推动机制砂技术指标不断完善，保障机制砂质量。

2 目前搅拌站机制砂产品现状

2.1 机制砂产品现状

通过对5家搅拌站用机制砂的筛分分析可知：

(1)机制砂级配部分搅拌站用的机制砂2.36mm以上略微偏高，0.6mm和0.3mm两档分计筛余不满足国家标准要求。筛底<0.075mm石粉部分略微偏高。

(2)级配呈现中间小，无连续级配。

(3)5种砂在不考虑粒型的情况下，单从数据上分析适合做普通砂，距离高性能混凝土用砂标准均有一定差距。

2.2 原因分析

前述5种机制砂样不能作为混凝土搅拌站制备高性能混凝土用砂，其原因多种多样，主要原因还是制砂设备和制砂工艺的不稳定或者不完善而引起的，机制砂成品达不到GB/T 14684—2022国家最新标准要求。5组砂石样品的中2.36mm筛余均超于标准，0.6mm、0.3mm筛余均低于标准。因此可以分析出上述机制砂，基本来自于同一类型的制砂设备。级配上呈现出“两头大、中间小”的哑铃形分布。这样的数据特性符合立轴式冲击破碎机的特点。立轴式冲击破碎机一般搭配振动筛分设备这种制砂工艺比较常见。

2.3 应对方式

(1)采用不同尺寸筛网，例如3mm、4mm、5mm筛网等，便于提高筛分效率、调整级配。

(2)调整制砂机破碎腔型，将“石打石”破碎腔改为“石打铁”，增加立轴式冲击破碎机的破碎效率，可便于调整机制砂级配。但是针片状含量会有一定量的增加。

(3)调整制砂机转子转速，将电机皮带轮直径加宽，增加转子转速、增加物料甩出速度，提高破碎效率，增加1.18～0.3mm颗粒的含量。

(4)增加一台高速立轴式冲击破碎机，专门负责处理5mm左右的返回料，提高制砂成品率。

(5)增加风选系统，提高控粉能力。

上述方法是从石灰石机制砂样品数据上分析。结合实际的应对方式，加上制砂企业的实际操作和管理方式均不一样，并不一定能完全解决机制砂级配上呈现出两头大、中间小的哑铃形分布。主要是由于立轴式冲击破碎机的设备性能、制砂原理决定了会产生上述类型机制砂。高速的冲击破碎，加上一次成砂率≯40%(以普通石灰石为例)，所以会产生一定量的小于0.075mm以下的石粉，大约比例在20%～30%之间，对原材料的利用率还有一定的提升空间。如果要想彻底解决石粉产生过多，提高成品砂中0.6mm、0.3mm区间的占比，要从根本上解决就需要寻找一款更适合于此类型的制砂设备和筛分设备。

3 改进方法

目前市场上适合石灰石制砂设备除立轴式冲击破碎机以外，有棒磨机、对辊机、锤式破碎机、齿辊式破碎机、立磨等，以上设备在制砂方面都有各自的特点。配套筛分设备：滚筒筛分、振动筛分、高频筛分设备等，有少数的搭配风选设备。但是根据目前新国标的要求，连续级配的要求大部分设备都并不能满足，或者投资过大。像棒磨机、立磨产生的0.6mm细颗粒部分较多，投资较大且并不适合完全采用干法制砂的工艺;锤式破碎机、齿辊式破碎机等，虽然石粉产量不高，但是0.6mm、0.3mm区间的占比略微较低;对辊机的0.6mm、0.3mm占比相对较多，但是粒型相对较差，球形度不高。根据即将实施的GB/T 14684—2022最新标准要求，机制砂有连续级配、0.15mm粒径的产生比例控制在20%左右，而且工艺中需要有粉控设备。如若完全满足上述要求，需要一款无论是设备原理、产量、连续级配、粒型或者新增石粉比例都需要在合理的范围的制砂设备及筛分、粉控设备。

目前市场上有一种新型制砂装备——柱碎机，该设备原理结合了各制砂机的优点，采用料层碾压、搓揉、剪切式破碎的原理。适合于0～5mm石屑、小于31.5mm的石子制砂。其料层碾压破碎在破碎腔内物料之间相互磋磨，保证成品机制砂粒型的同时，0.6mm以下的占比均可以满足国家标准要求，提高成砂率。通过强制挤压排料的方式，抑制了新增石粉的产生，新增石粉在10%以内。

设备破得好，分选设备也要搭配得当，才可以发挥制砂工艺的最大优势。企业自主研发生产了一种风选设备——高效多级选砂机。该设备原理：完全采用气体进行粗细颗粒的分选，且自带粉控装置。通过调节风量、风速、风压，可以实现在线级配调整。完全打破常规的筛分理念，无堵筛、粉尘控制精度高。分离效率可以达到80%～90%。与机制砂接触部位采用耐磨钢板，与粉尘接触部位采用耐磨陶瓷，易损件寿命长达3年以上。

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