劉德生，王剛

（煙臺華森混凝土有限公司，山東 煙臺 264000）

［摘 要］本文通過對骨料整形對混凝土性能影響的研究，發(fā)現(xiàn)骨料整形的優(yōu)越性，包括粗骨料和細骨料，為骨料在混凝土應用提供一定的理論支持。

［關鍵詞］骨料；整形；MB值；干混抹灰砂漿

1 粗骨料整形的研究粗骨料整形的研究

目前中國市場上，利用整形破碎機對粗骨料（石子）進行生產(chǎn)的廠家少之又少，而利用整形破碎機進行機制砂生產(chǎn)的廠家已經(jīng)有很多廠家，且市場技術逐漸成熟。國內已經(jīng)有部分科研單位及高校利用整形破碎機對再生粗骨科進行一定研究，并進行市場化生產(chǎn)。下面對粗顆粒進行整形研究作一定分析。

1.1 粗顆粒整形的必要性

下面是部分高校的一些研究內容分析：

將碎石與卵石對混凝土的影響和簡單破碎再生粗骨料與顆粒整形再生粗骨料對混凝土的影響分別從粒形和界面上進行對比，如表1、表 2 所示。

表 1 碎石與卵石對混凝土的影響

表 2 簡單破碎再生粗骨料與顆粒
整形再生粗骨料對混凝土的影響

由表 1 可知，卵石在粒形上有優(yōu)勢，碎石在界面上有優(yōu)勢。從卵石和碎石分別對混凝土工作性和力學性能、耐久性影響，并結合國外一些先進的混凝土配合比（水泥用量非常低，卵石粗骨料所占比例較多，且粗細骨料顆粒形貌、粒形、級配、針片狀顆粒含量都比較合理）可知，卵石粒形的優(yōu)點掩蓋了界面的不足，卵石混凝土性能優(yōu)于碎石混凝土，且成本較低。

由表 2 可知，顆粒整形再生粗骨料與簡單破碎再生粗骨料相比，粒形和界面均得到了改善，能夠大幅提高混凝土的性能。為了充分利用再生混凝土資源，應對再生粗骨料進行整形處理，避免直接使用簡單破碎的低品質再生粗骨料。

通過碎石與卵石對混凝土的影響和簡單破碎再生粗骨料與顆粒整形再生粗骨料對混凝土的影響，分別從粒形和界面上進行對比，可得出以下結論：

（1）卵石在粒形上有優(yōu)勢，碎石在界面上有優(yōu)勢。卵石粒形的優(yōu)點掩蓋了界面的不足，卵石混凝土性能優(yōu)于碎石混凝土。

（2）經(jīng)過整形處理后的再生粗骨料同整形前相比，既具備了粒形優(yōu)勢，又具備了界面優(yōu)勢，能夠顯著提高混凝土的性能。因此有必要對再生粗骨料進行整形處理，避免直接使用未經(jīng)整形處理的再生粗骨料。

（3）綜合（1）和（2）所得，若對碎石骨料進行整形處理，整形后碎石的顆粒形貌、粒形、級配、針片狀顆粒含量均會發(fā)生很大改變，使用此碎石所配制的混凝土的性能（工作性、力學性能和耐久性）將會大大提高。因此，需對碎石進行整形研究。

1.2 粗顆粒整形設備的研究

顆粒整形設備的結構和工作原理見圖 1。

目前，一些企業(yè)已經(jīng)使用此設備進行再生粗骨料進行整形生產(chǎn)。

所謂顆粒整形，就是利用高速運動的顆粒間的相互沖擊與摩擦作用，有效地打掉顆粒上較為突出的棱角的一種新技術。整形設備由主機系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和壓力密封系統(tǒng)組成，主機系統(tǒng)內裝有一個立軸式旋轉葉輪，工作時物料由上端進料口進入主機內，一部分物料經(jīng)葉輪頂部進入葉輪內腔，由于受離心力作用而加速并被高速拋射出去；另一部分物料同時由主機內的分料系統(tǒng)沿葉輪四周落下，并與葉輪拋射出的物料相碰撞實現(xiàn)粉碎。被粉碎的物料在粉碎腔內通過反復撞擊、剪切和磨擦后，達到對其顆粒整形的目的。

破碎整形設備的性能特點：

（1）被粉碎物料的顆粒形狀好，無針狀和片狀顆粒，粉碎物料的堆積密度高，顆粒表面清潔度好；

（2）合理的粉碎結構，實現(xiàn)了物料與物料之間的碰撞，沒有其它介質摻入，物料純度高；

（3）無粉塵、低污染。本機配有袋式除塵器，使工作環(huán)境無粉塵污染；

（4）該機壓力密封系統(tǒng)保證了主機工作正常和運行穩(wěn)定，延長軸承的使用壽命；

（5）設備體積小、產(chǎn)量大、操作簡便、噪音低，安裝和維修方便，易損件及動力消耗低。

1.3 粗骨料整形后對混凝土性能的影響

根據(jù)卵石與碎石、簡單破碎再生粗骨料與顆粒整形再生粗骨料分別對混凝土性能的影響，以及國外與國內混凝土配合比的差異，并結合骨料整形原理，粗顆粒整形后可對混凝土性能產(chǎn)生以下影響：

（1）簡單破碎的粗骨料顆粒棱角多，表面粗糙，且含有較多的微裂縫，導致粗骨料的吸水率大、堆積密度和密實密度小。

（2）顆粒整形不僅可以改變粗骨料的粒形，減少骨料中的微裂縫含量，同時也使粗骨料中的較小顆粒增多。

（3）顆粒整形后的粗骨料級配好、粒型較好，顆粒堆積密度較整形前平均提高 15% 左右，甚至提高更多。

（4）顆粒整形后的粗骨料的堆積密度和密實密度均較整形前提高了約 100～200kg/m³，空隙率降低10% 左右，壓碎指標降低 30%～40%。

（5）顆粒整形后粗骨料的表觀密度、吸水率較簡單破碎的粗骨料有提高。

（6）顆粒整形技術與國外常用的機械研磨法和加熱研磨法相比，具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量高等諸多優(yōu)點，可以產(chǎn)業(yè)化。

2 機制砂整形的研究據(jù)現(xiàn)行市場調查和分析：全國已經(jīng)有不少地區(qū)和混凝土單位使用機制砂部分或全部取代黃砂生產(chǎn)混凝土，但由于不同地區(qū)材料的情況，造成所使用機制砂的質量偏差太大、且質量穩(wěn)定性非常差，有很多單位所用機制砂質量遠遠偏離混凝土標準用砂要求的范圍。不過，在最近幾年內，不少企業(yè)已經(jīng)對機制砂的生產(chǎn)工藝進行改進，對其質量加以控制，但是，還有不少混凝土單位使用的機制砂質量問題沒有得到解決，如顆粒級配不合理，石粉含量和泥粉含量波動較大，細度模數(shù)不穩(wěn)定，顆粒形貌受石子和季節(jié)、地區(qū)影響較大。根據(jù)目前部分廠家的實際生產(chǎn)使用情況可知：使用技術較好的就是使用整形破碎機和風選機同時對機制砂的生產(chǎn)進行控制。下面是本項目使用比較先進的整形破碎機和風選機生產(chǎn)機制砂的工藝生產(chǎn)流程和分析：

（1）所用 2YK1860 振動篩，該振動篩為多層數(shù)、圓運動性振動，該機型物料篩淌線長、篩分規(guī)格多、各檔規(guī)格篩選清晰，在結構上采用桶體式激振器及魂偏心重調機，具有結構可靠、激振力強、篩分效率高，振動噪音小等優(yōu)點，本機堅固耐用、維修方便、使用安全，廣泛應用于采石場篩分料石。

（2）機制砂中通常含有大量針片狀小顆粒，影響機制砂的壓碎指標，因此，應先通過機制砂整形機進行整形處理，消除過多的針片狀小顆粒，從而降低機制砂的壓碎指標。

目前，所用機制砂整形機大部分為 VS 石料整形機，此整形機由進料斗、分料器、渦流破碎腔、葉輪體、主軸總成、底座、傳動裝置及電機等部分組成。其工作原理為：物料由進料斗進入破碎機，經(jīng)分料器將物料分成兩部分，部分由分料器中間進入高速旋轉的葉輪，在葉輪內被盡速加速，其加速可達數(shù)百倍重力加速度，然后以60～75m/s 的速度從葉輪周圍的流道內拋射出去，首先同分料器四周自由落體的一部分物料沖擊破碎，然后一起沖擊到渦流內渦腔襯層上，被物料襯層反彈，斜向上沖擊到渦流腔的頂部，又改變其運動方向，偏轉向下運動，與從葉輪流發(fā)射出來的物料形成連續(xù)的物料幕。這樣，一塊物料在渦流破碎腔內受到兩次至多次機率撞擊、摩擦和研磨破碎作用。被破碎的物料由下部排料口排出。經(jīng)循環(huán)篩分系統(tǒng)形成閉路，一般循環(huán)三次即可將物料破碎成20 目以下。渦流腔內巧妙的氣流自循環(huán)，消除了粉塵污染。

此整形機的工作特點：結構簡單、造價低廉；高效節(jié)能、破碎效率高；具有細碎、粗磨功能；可破碎中硬、特硬物料；產(chǎn)品呈立方體；工作噪音低、粉塵污染少；操作、維修、安裝方便。

（3）由于不同機制砂產(chǎn)品的顆粒級配相差很大，部分產(chǎn)品顆粒級配極差，通過整形機可以減少針片狀小顆粒含量，可以改善部分顆粒級配，但對于顆粒級配很差的樣品很難達到預期效果，因此，需通過機制砂級配調整機進行級配調整，使顆粒級配合理化。

本項目所用機制砂級配調整機為 DG900 級配調整機，此級配調整機的破碎機構是由一對相互平行、水平安裝的圓柱形輥子組成的。當這對輥子做相對旋轉時，加入喂料口內的物料，落在輥子上面，在輥子表面摩擦力和自身重力的作用下，被卷扯進兩輥之間，受到來自輥子的擠壓沖擊、剪切劈裂和搓揉，當這些力的綜合作用大于物料晶格之間的聚合力時，物料散裂成小塊而達到破碎的目的。粉碎后的物料被轉動的輥子推出，向下卸落。由此可見，級配調整機是具有連續(xù)工作、均勻出料、強制卸料、不易堵塞的性能優(yōu)良的破碎機械。因此，它有較強的物料適應性，可以應對干、濕、軟、硬變化比較大的各類物料。

兩個輥子分別由兩套彼此獨立的動力裝置驅動，由于動力裝置的獨立性，使兩輥都具有強勁的動力性能，因而較老式的輥破有比較大的負荷能力，在也不會發(fā)生物料噎死的現(xiàn)象。

活動輥的設置方便調整出料粒度，方便調整輥壓，以適用于不同的用戶需求和物料性質；又可有效保護輥子不受進入的小塊鐵器損壞。由液壓缸的外力作用于活動輥上，使之壓力更加恒定，還可以根據(jù)物料的不同進行壓力的調整，以便破碎出符合要求的粒度。

（4）由于機制砂中含有大量石粉，如果直接利用，將會影響混凝土的各種性能，需采用石粉分選機選粉進行處理。

本項目所用機制砂石粉分選機為 KRX 高效砂石粉分離機，其工作原理為：原料由上部進入料口，落到與轉子成一體的撒料盤上，轉子隨主軸轉動時，撒料盤上的物料在離心力的作用下沿徑向甩出而分散于分選室內與旋轉上升的氣流相遇，在分選室內，分級圈下面附近的氣流及分散于氣流中的物料在分級圈一起做高速旋轉，而使氣流中的物料受較強的離心力，該力的大小可以通過調節(jié)主軸的轉速來調節(jié)。當轉速增大時，該力也增大；此時如果保持處理風量一定，則此時的切割粒徑減小，產(chǎn)品變細，如轉速降低則產(chǎn)品變粗。物料中的砂粒質量較大，受撒料盤和分級圈作用，落到滴流裝置時，再次受上升氣流的分選，落到內錐，從砂管排出，通過分級圈的石粉經(jīng)旋風筒收集落入集灰斗，經(jīng)石粉管排出，清除石粉后的空氣則從旋風筒中心經(jīng)風管返回節(jié)能減震機形成氣流閉路循環(huán)。

此高效砂石粉分離機的性能特點為：采用高拋撒能力撒料盤，強化了撒料與旋流能力，使物料顆粒能充分分散揚起，增強了物料的分級、分散性能；合理調整了分選區(qū)與提升區(qū)的部位，提高了分離效率；采用了新型高效低阻旋風筒，減少氣流阻力，提高石粉收集能力；主機主軸可以進行無極調速；多級襯板保護延長了主機使用壽命；采用了先進的分辨式可拆卸籠形轉子，大大節(jié)省了維護時間和維護難度；砂管和石粉管采用雙聯(lián)鎖風閥，大大地降低了漏風率，克服了運轉過程中揚塵大的缺點。

高效砂石粉分離機的兩大作用：1）可以調節(jié)產(chǎn)品的細度，通常采用調節(jié)主軸轉速的方法進行；除特別需要外，一般不采用調節(jié)風量的辦法調節(jié)細度；一般情況下，在試生產(chǎn)時，通常將主風閥全部打開，通過改變主軸轉速來調節(jié)細度：轉速越高，細度越細，轉速越低則細度越粗；如果此時不能將細度調節(jié)到規(guī)范要求，則可以調節(jié)主風閥的位置，改變循環(huán)風量，一旦細度合乎要求后，即將風閥固定好，在正常生產(chǎn)過程中，不應隨意調整。2）可以調節(jié)石粉含量的高低，通常采用改變喂料量和增減進風量的方法進行，如石粉呈灰白色、無土時，可加大喂料量，適當減少進風量，可得機制砂中石粉含量稍高一些；石粉土呈黃色、含粘土時，可減少喂料量，適當增大進風量，可得機制砂中石粉含量稍低一些。

（5）機制砂在整個生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)不可避免地產(chǎn)生部分廢塵，需對各過程中的廢塵進行處理。

本項目所用除塵器為 FP600 集中除塵器，該集中除塵器是吸收國內外同類產(chǎn)品經(jīng)改性后設計而成的除塵器，采用脈沖噴吹的清灰方式，具有清灰效果好、凈化效率高、濾袋壽命長、維修工作量小、運行安全可靠的優(yōu)點。其工作原理為：1）過濾原理：在系統(tǒng)主風機作用下，含塵氣體從除塵器的進風口進入，經(jīng)過氣流均化裝置，轉而向下進入灰斗。由于流速減緩，加上慣性及粉塵的自重作用，使氣體中大顆粒粉塵受慣性力作用被分離出來，直接落入灰斗。含塵氣體通過灰斗后進入濾袋過濾區(qū)，氣體穿過濾袋，粉塵被留在濾袋外表面。凈化后的氣體經(jīng)濾袋口進入凈氣室，再由出風口排出。2）清灰原理：隨著過濾時間的延長，濾袋上的粉塵層不斷積厚，阻力不斷上升，當阻力上升到設定值時，清灰裝置開始進行清灰。清灰時，壓縮空氣以極短促的時間按順序通過各脈沖閥，經(jīng)噴吹管嘴向濾袋噴射，使濾袋迅速膨脹產(chǎn)生振動，并在逆向氣流的作用下，附著在濾袋外表面上的粉塵被剝離落入灰斗中。3）粉塵收集：經(jīng)過濾和清灰被截留下來的粉塵均落入灰斗，再由灰斗口集中排出。

集中除塵器的主要性能及特點：1）收塵效率高：收塵效率達 99.99%，排放濃度完全滿足國家環(huán)保新的排放標準要求。2）維護費用低：由于結構設計的先進，采用可靠和高品質的關鍵件，提高了設備的可靠性，保證除塵器的長期穩(wěn)定運行，維護費用僅為一般除塵器的70% 左右。3）過濾袋使用壽命長：先進的脈沖清灰方式以及高質量的濾袋及附件，使濾袋的使用壽命大大延長。

（6）選粉后的機制砂進行拌濕機拌濕處理，得到含不同水分含量的機制砂。

（7）機制砂生產(chǎn)工藝流程圖，見圖 2。

3 結論

通過調查可知，使用本文推薦的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來的機制砂，其機制砂質量比較穩(wěn)定，表現(xiàn)為：顆粒形貌較好、針片狀顆粒含量低、壓碎指標低、石粉含量和泥粉含量可以根據(jù)需要進行控制、細度模數(shù)偏差較??；當使用此機制砂配制混凝土時，其混凝土質量較好，如工作性好，生產(chǎn)質量穩(wěn)定，強度和耐久性高，且在滿足質量要求和標準的情況下，降低生產(chǎn)原材料成本，尤其是降低混凝土單方水泥用量。另外，使用此種機制砂，得到混凝土單位和施工單位的認可，且社會政府也給予大量支持。