劉德生，王剛

（煙臺(tái)華森混凝土有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

［摘 要］本文通過(guò)對(duì)骨料整形對(duì)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(xì)骨料，為骨料在混凝土應(yīng)用提供一定的理論支持。

［關(guān)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(guó)市場(chǎng)上，利用整形破碎機(jī)對(duì)粗骨料（石子）進(jìn)行生產(chǎn)的廠家少之又少，而利用整形破碎機(jī)進(jìn)行機(jī)制砂生產(chǎn)的廠家已經(jīng)有很多廠家，且市場(chǎng)技術(shù)逐漸成熟。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分科研單位及高校利用整形破碎機(jī)對(duì)再生粗骨科進(jìn)行一定研究，并進(jìn)行市場(chǎng)化生產(chǎn)。下面對(duì)粗顆粒進(jìn)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?jī)?nèi)容分析：

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

表 1 碎石與卵石對(duì)混凝土的影響

表 2 簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料與顆粒
整形再生粗骨料對(duì)混凝土的影響

由表 1 可知，卵石在粒形上有優(yōu)勢(shì)，碎石在界面上有優(yōu)勢(shì)。從卵石和碎石分別對(duì)混凝土工作性和力學(xué)性能、耐久性影響，并結(jié)合國(guó)外一些先進(jìn)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(xì)骨料顆粒形貌、粒形、級(jí)配、針片狀顆粒含量都比較合理）可知，卵石粒形的優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)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(yīng)對(duì)再生粗骨料進(jìn)行整形處理，避免直接使用簡(jiǎn)單破碎的低品質(zhì)再生粗骨料。

通過(guò)碎石與卵石對(duì)混凝土的影響和簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料與顆粒整形再生粗骨料對(duì)混凝土的影響，分別從粒形和界面上進(jìn)行對(duì)比，可得出以下結(jié)論：

（1）卵石在粒形上有優(yōu)勢(shì)，碎石在界面上有優(yōu)勢(shì)。卵石粒形的優(yōu)點(diǎn)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(guò)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(shì)，又具備了界面優(yōu)勢(shì)，能夠顯著提高混凝土的性能。因此有必要對(duì)再生粗骨料進(jìn)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(duì)碎石骨料進(jìn)行整形處理，整形后碎石的顆粒形貌、粒形、級(jí)配、針片狀顆粒含量均會(huì)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(xué)性能和耐久性）將會(huì)大大提高。因此，需對(duì)碎石進(jìn)行整形研究。

1.2 粗顆粒整形設(shè)備的研究

顆粒整形設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理見(jiàn)圖 1。

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

所謂顆粒整形，就是利用高速運(yùn)動(dòng)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(shù)。整形設(shè)備由主機(jī)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和壓力密封系統(tǒng)組成，主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)裝有一個(gè)立軸式旋轉(zhuǎn)葉輪，工作時(shí)物料由上端進(jìn)料口進(jìn)入主機(jī)內(nèi)，一部分物料經(jīng)葉輪頂部進(jìn)入葉輪內(nèi)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(shí)由主機(jī)內(nèi)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(shí)現(xiàn)粉碎。被粉碎的物料在粉碎腔內(nèi)通過(guò)反復(fù)撞擊、剪切和磨擦后，達(dá)到對(duì)其顆粒整形的目的。

破碎整形設(shè)備的性能特點(diǎn)：

（1）被粉碎物料的顆粒形狀好，無(wú)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(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了物料與物料之間的碰撞，沒(méi)有其它介質(zhì)摻入，物料純度高；

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

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

（5）設(shè)備體積小、產(chǎn)量大、操作簡(jiǎn)便、噪音低，安裝和維修方便，易損件及動(dòng)力消耗低。

1.3 粗骨料整形后對(duì)混凝土性能的影響

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

（1）簡(jiǎn)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(dǎo)致粗骨料的吸水率大、堆積密度和密實(shí)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(shí)也使粗骨料中的較小顆粒增多。

（3）顆粒整形后的粗骨料級(jí)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(shí)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(biāo)降低 30%～40%。

（5）顆粒整形后粗骨料的表觀密度、吸水率較簡(jiǎn)單破碎的粗骨料有提高。

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

2 機(jī)制砂整形的研究據(jù)現(xiàn)行市場(chǎng)調(diào)查和分析：全國(guó)已經(jīng)有不少地區(qū)和混凝土單位使用機(jī)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(jī)制砂的質(zhì)量偏差太大、且質(zhì)量穩(wěn)定性非常差，有很多單位所用機(jī)制砂質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離混凝土標(biāo)準(zhǔn)用砂要求的范圍。不過(guò)，在最近幾年內(nèi)，不少企業(yè)已經(jīng)對(duì)機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)其質(zhì)量加以控制，但是，還有不少混凝土單位使用的機(jī)制砂質(zhì)量問(wèn)題沒(méi)有得到解決，如顆粒級(jí)配不合理，石粉含量和泥粉含量波動(dòng)較大，細(xì)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(shí)際生產(chǎn)使用情況可知：使用技術(shù)較好的就是使用整形破碎機(jī)和風(fēng)選機(jī)同時(shí)對(duì)機(jī)制砂的生產(chǎn)進(jìn)行控制。下面是本項(xiàng)目使用比較先進(jìn)的整形破碎機(jī)和風(fēng)選機(jī)生產(chǎn)機(jī)制砂的工藝生產(chǎn)流程和分析：

（1）所用 2YK1860 振動(dòng)篩，該振動(dòng)篩為多層數(shù)、圓運(yùn)動(dòng)性振動(dòng)，該機(jī)型物料篩淌線長(zhǎng)、篩分規(guī)格多、各檔規(guī)格篩選清晰，在結(jié)構(gòu)上采用桶體式激振器及魂偏心重調(diào)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)可靠、激振力強(qiáng)、篩分效率高，振動(dòng)噪音小等優(yōu)點(diǎn)，本機(jī)堅(jiān)固耐用、維修方便、使用安全，廣泛應(yīng)用于采石場(chǎng)篩分料石。

（2）機(jī)制砂中通常含有大量針片狀小顆粒，影響機(jī)制砂的壓碎指標(biāo)，因此，應(yīng)先通過(guò)機(jī)制砂整形機(jī)進(jìn)行整形處理，消除過(guò)多的針片狀小顆粒，從而降低機(jī)制砂的壓碎指標(biāo)。

目前，所用機(jī)制砂整形機(jī)大部分為 VS 石料整形機(jī)，此整形機(jī)由進(jìn)料斗、分料器、渦流破碎腔、葉輪體、主軸總成、底座、傳動(dòng)裝置及電機(jī)等部分組成。其工作原理為：物料由進(jìn)料斗進(jìn)入破碎機(jī)，經(jīng)分料器將物料分成兩部分，部分由分料器中間進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，在葉輪內(nèi)被盡速加速，其加速可達(dá)數(shù)百倍重力加速度，然后以60～75m/s 的速度從葉輪周?chē)牧鞯纼?nèi)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(nèi)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(yùn)動(dòng)方向，偏轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，與從葉輪流發(fā)射出來(lái)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(nèi)受到兩次至多次機(jī)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(nèi)巧妙的氣流自循環(huán)，消除了粉塵污染。

此整形機(jī)的工作特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉；高效節(jié)能、破碎效率高；具有細(xì)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(jī)制砂產(chǎn)品的顆粒級(jí)配相差很大，部分產(chǎn)品顆粒級(jí)配極差，通過(guò)整形機(jī)可以減少針片狀小顆粒含量，可以改善部分顆粒級(jí)配，但對(duì)于顆粒級(jí)配很差的樣品很難達(dá)到預(yù)期效果，因此，需通過(guò)機(jī)制砂級(jí)配調(diào)整機(jī)進(jìn)行級(jí)配調(diào)整，使顆粒級(jí)配合理化。

本項(xiàng)目所用機(jī)制砂級(jí)配調(diào)整機(jī)為 DG900 級(jí)配調(diào)整機(jī)，此級(jí)配調(diào)整機(jī)的破碎機(jī)構(gòu)是由一對(duì)相互平行、水平安裝的圓柱形輥?zhàn)咏M成的。當(dāng)這對(duì)輥?zhàn)幼鱿鄬?duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，加入喂料口內(nèi)的物料，落在輥?zhàn)由厦妫谳佔(zhàn)颖砻婺Σ亮妥陨碇亓Φ淖饔孟?，被卷扯進(jìn)兩輥之間，受到來(lái)自輥?zhàn)拥臄D壓沖擊、剪切劈裂和搓揉，當(dāng)這些力的綜合作用大于物料晶格之間的聚合力時(shí)，物料散裂成小塊而達(dá)到破碎的目的。粉碎后的物料被轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)油瞥?，向下卸落。由此可?jiàn)，級(jí)配調(diào)整機(jī)是具有連續(xù)工作、均勻出料、強(qiáng)制卸料、不易堵塞的性能優(yōu)良的破碎機(jī)械。因此，它有較強(qiáng)的物料適應(yīng)性，可以應(yīng)對(duì)干、濕、軟、硬變化比較大的各類(lèi)物料。

兩個(gè)輥?zhàn)臃謩e由兩套彼此獨(dú)立的動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，由于動(dòng)力裝置的獨(dú)立性，使兩輥都具有強(qiáng)勁的動(dòng)力性能，因而較老式的輥破有比較大的負(fù)荷能力，在也不會(huì)發(fā)生物料噎死的現(xiàn)象。

活動(dòng)輥的設(shè)置方便調(diào)整出料粒度，方便調(diào)整輥壓，以適用于不同的用戶需求和物料性質(zhì)；又可有效保護(hù)輥?zhàn)硬皇苓M(jìn)入的小塊鐵器損壞。由液壓缸的外力作用于活動(dòng)輥上，使之壓力更加恒定，還可以根據(jù)物料的不同進(jìn)行壓力的調(diào)整，以便破碎出符合要求的粒度。

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

本項(xiàng)目所用機(jī)制砂石粉分選機(jī)為 KRX 高效砂石粉分離機(jī)，其工作原理為：原料由上部進(jìn)入料口，落到與轉(zhuǎn)子成一體的撒料盤(pán)上，轉(zhuǎn)子隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，撒料盤(pán)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(nèi)與旋轉(zhuǎn)上升的氣流相遇，在分選室內(nèi)，分級(jí)圈下面附近的氣流及分散于氣流中的物料在分級(jí)圈一起做高速旋轉(zhuǎn)，而使氣流中的物料受較強(qiáng)的離心力，該力的大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，該力也增大；此時(shí)如果保持處理風(fēng)量一定，則此時(shí)的切割粒徑減小，產(chǎn)品變細(xì)，如轉(zhuǎn)速降低則產(chǎn)品變粗。物料中的砂粒質(zhì)量較大，受撒料盤(pán)和分級(jí)圈作用，落到滴流裝置時(shí)，再次受上升氣流的分選，落到內(nèi)錐，從砂管排出，通過(guò)分級(jí)圈的石粉經(jīng)旋風(fēng)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(fēng)筒中心經(jīng)風(fēng)管返回節(jié)能減震機(jī)形成氣流閉路循環(huán)。

此高效砂石粉分離機(jī)的性能特點(diǎn)為：采用高拋撒能力撒料盤(pán)，強(qiáng)化了撒料與旋流能力，使物料顆粒能充分分散揚(yáng)起，增強(qiáng)了物料的分級(jí)、分散性能；合理調(diào)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(fēng)筒，減少氣流阻力，提高石粉收集能力；主機(jī)主軸可以進(jìn)行無(wú)極調(diào)速；多級(jí)襯板保護(hù)延長(zhǎng)了主機(jī)使用壽命；采用了先進(jìn)的分辨式可拆卸籠形轉(zhuǎn)子，大大節(jié)省了維護(hù)時(shí)間和維護(hù)難度；砂管和石粉管采用雙聯(lián)鎖風(fēng)閥，大大地降低了漏風(fēng)率，克服了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中揚(yáng)塵大的缺點(diǎn)。

高效砂石粉分離機(jī)的兩大作用：1）可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品的細(xì)度，通常采用調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速的方法進(jìn)行；除特別需要外，一般不采用調(diào)節(jié)風(fēng)量的辦法調(diào)節(jié)細(xì)度；一般情況下，在試生產(chǎn)時(shí)，通常將主風(fēng)閥全部打開(kāi)，通過(guò)改變主軸轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)度：轉(zhuǎn)速越高，細(xì)度越細(xì)，轉(zhuǎn)速越低則細(xì)度越粗；如果此時(shí)不能將細(xì)度調(diào)節(jié)到規(guī)范要求，則可以調(diào)節(jié)主風(fēng)閥的位置，改變循環(huán)風(fēng)量，一旦細(xì)度合乎要求后，即將風(fēng)閥固定好，在正常生產(chǎn)過(guò)程中，不應(yīng)隨意調(diào)整。2）可以調(diào)節(jié)石粉含量的高低，通常采用改變喂料量和增減進(jìn)風(fēng)量的方法進(jìn)行，如石粉呈灰白色、無(wú)土?xí)r，可加大喂料量，適當(dāng)減少進(jìn)風(fēng)量，可得機(jī)制砂中石粉含量稍高一些；石粉土呈黃色、含粘土?xí)r，可減少喂料量，適當(dāng)增大進(jìn)風(fēng)量，可得機(jī)制砂中石粉含量稍低一些。

（5）機(jī)制砂在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)不可避免地產(chǎn)生部分廢塵，需對(duì)各過(guò)程中的廢塵進(jìn)行處理。

本項(xiàng)目所用除塵器為 FP600 集中除塵器，該集中除塵器是吸收國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品經(jīng)改性后設(shè)計(jì)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(zhǎng)、維修工作量小、運(yùn)行安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。其工作原理為：1）過(guò)濾原理：在系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)作用下，含塵氣體從除塵器的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)氣流均化裝置，轉(zhuǎn)而向下進(jìn)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(lái)，直接落入灰斗。含塵氣體通過(guò)灰斗后進(jìn)入濾袋過(guò)濾區(qū)，氣體穿過(guò)濾袋，粉塵被留在濾袋外表面。凈化后的氣體經(jīng)濾袋口進(jìn)入凈氣室，再由出風(fēng)口排出。2）清灰原理：隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)，濾袋上的粉塵層不斷積厚，阻力不斷上升，當(dāng)阻力上升到設(shè)定值時(shí)，清灰裝置開(kāi)始進(jìn)行清灰。清灰時(shí)，壓縮空氣以極短促的時(shí)間按順序通過(guò)各脈沖閥，經(jīng)噴吹管嘴向?yàn)V袋噴射，使濾袋迅速膨脹產(chǎn)生振動(dòng)，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(guò)濾和清灰被截留下來(lái)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(diǎn)：1）收塵效率高：收塵效率達(dá) 99.99%，排放濃度完全滿足國(guó)家環(huán)保新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。2）維護(hù)費(fèi)用低：由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)，采用可靠和高品質(zhì)的關(guān)鍵件，提高了設(shè)備的可靠性，保證除塵器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)費(fèi)用僅為一般除塵器的70% 左右。3）過(guò)濾袋使用壽命長(zhǎng)：先進(jìn)的脈沖清灰方式以及高質(zhì)量的濾袋及附件，使濾袋的使用壽命大大延長(zhǎng)。

（6）選粉后的機(jī)制砂進(jìn)行拌濕機(jī)拌濕處理，得到含不同水分含量的機(jī)制砂。

（7）機(jī)制砂生產(chǎn)工藝流程圖，見(jiàn)圖 2。

3 結(jié)論

通過(guò)調(diào)查可知，使用本文推薦的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)制砂，其機(jī)制砂質(zhì)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(biāo)低、石粉含量和泥粉含量可以根據(jù)需要進(jìn)行控制、細(xì)度模數(shù)偏差較小；當(dāng)使用此機(jī)制砂配制混凝土?xí)r，其混凝土質(zhì)量較好，如工作性好，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，強(qiáng)度和耐久性高，且在滿足質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)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(jī)制砂，得到混凝土單位和施工單位的認(rèn)可，且社會(huì)政府也給予大量支持。