骨料颗粒整形必要性的研究

刘德生，王刚

（烟台华森混凝土有限公司，山东 烟台 264000）

综合评论

骨料颗粒整形必要性的研究

刘德生，王刚

（烟台华森混凝土有限公司，山东 烟台 264000）

本文通过对骨料整形对混凝土性能影响的研究，发现骨料整形的优越性，包括粗骨料和细骨料，为骨料在混凝土应用提供一定的理论支持。

骨料；整形；MB值；干混抹灰砂浆

1 粗骨料整形的研究

目前中国市场上，利用整形破碎机对粗骨料（石子）进行生产的厂家少之又少，而利用整形破碎机进行机制砂生产的厂家已经有很多厂家，且市场技术逐渐成熟。国内已经有部分科研单位及高校利用整形破碎机对再生粗骨科进行一定研究，并进行市场化生产。下面对粗颗粒进行整形研究作一定分析。

1.1 粗颗粒整形的必要性

下面是部分高校的一些研究内容分析：

将碎石与卵石对混凝土的影响和简单破碎再生粗骨料与颗粒整形再生粗骨料对混凝土的影响分别从粒形和界面上进行对比，如表 1、表 2 所示。

表 1 碎石与卵石对混凝土的影响

表 2 简单破碎再生粗骨料与颗粒整形再生粗骨料对混凝土的影响

由表 1 可知，卵石在粒形上有优势，碎石在界面上有优势。从卵石和碎石分别对混凝土工作性和力学性能、耐久性影响，并结合国外一些先进的混凝土配合比（水泥用量非常低，卵石粗骨料所占比例较多，且粗细骨料颗粒形貌、粒形、级配、针片状颗粒含量都比较合理）可知，卵石粒形的优点掩盖了界面的不足，卵石混凝土性能优于碎石混凝土，且成本较低。

由表 2 可知，颗粒整形再生粗骨料与简单破碎再生粗骨料相比，粒形和界面均得到了改善，能够大幅提高混凝土的性能。为了充分利用再生混凝土资源，应对再生粗骨料进行整形处理，避免直接使用简单破碎的低品质再生粗骨料。

通过碎石与卵石对混凝土的影响和简单破碎再生粗骨料与颗粒整形再生粗骨料对混凝土的影响，分别从粒形和界面上进行对比，可得出以下结论：

（1）卵石在粒形上有优势，碎石在界面上有优势。卵石粒形的优点掩盖了界面的不足，卵石混凝土性能优于碎石混凝土。

（2）经过整形处理后的再生粗骨料同整形前相比，既具备了粒形优势，又具备了界面优势，能够显著提高混凝土的性能。因此有必要对再生粗骨料进行整形处理，避免直接使用未经整形处理的再生粗骨料。

（3）综合（1）和（2）所得，若对碎石骨料进行整形处理，整形后碎石的颗粒形貌、粒形、级配、针片状颗粒含量均会发生很大改变，使用此碎石所配制的混凝土的性能（工作性、力学性能和耐久性）将会大大提高。因此，需对碎石进行整形研究。

1.2 粗颗粒整形设备的研究

颗粒整形设备的结构和工作原理见图 1。

图 1 颗粒整形设备结构图

目前，一些企业已经使用此设备进行再生粗骨料进行整形生产。

所谓颗粒整形，就是利用高速运动的颗粒间的相互冲击与摩擦作用，有效地打掉颗粒上较为突出的棱角的一种新技术。整形设备由主机系统、除尘系统、电控系统、润滑系统和压力密封系统组成，主机系统内装有一个立轴式旋转叶轮，工作时物料由上端进料口进入主机内，一部分物料经叶轮顶部进入叶轮内腔，由于受离心力作用而加速并被高速抛射出去；另一部分物料同时由主机内的分料系统沿叶轮四周落下，并与叶轮抛射出的物料相碰撞实现粉碎。被粉碎的物料在粉碎腔内通过反复撞击、剪切和磨擦后，达到对其颗粒整形的目的。

破碎整形设备的性能特点：

（1）被粉碎物料的颗粒形状好，无针状和片状颗粒，粉碎物料的堆积密度高，颗粒表面清洁度好；

（2）合理的粉碎结构，实现了物料与物料之间的碰撞，没有其它介质掺入，物料纯度高；

（3）无粉尘、低污染。本机配有袋式除尘器，使工作环境无粉尘污染；

（4）该机压力密封系统保证了主机工作正常和运行稳定，延长轴承的使用寿命；

（5）设备体积小、产量大、操作简便、噪音低，安装和维修方便，易损件及动力消耗低。

1.3 粗骨料整形后对混凝土性能的影响

根据卵石与碎石、简单破碎再生粗骨料与颗粒整形再生粗骨料分别对混凝土性能的影响，以及国外与国内混凝土配合比的差异，并结合骨料整形原理，粗颗粒整形后可对混凝土性能产生以下影响：

（1）简单破碎的粗骨料颗粒棱角多，表面粗糙，且含有较多的微裂缝，导致粗骨料的吸水率大、堆积密度和密实密度小。

（2）颗粒整形不仅可以改变粗骨料的粒形，减少骨料中的微裂缝含量，同时也使粗骨料中的较小颗粒增多。

（3）颗粒整形后的粗骨料级配好、粒型较好，颗粒堆积密度较整形前平均提高 15% 左右，甚至提高更多。

（4）颗粒整形后的粗骨料的堆积密度和密实密度均较整形前提高了约 100～200kg/m3，空隙率降低 10% 左右，压碎指标降低 30%～40%。

（5）颗粒整形后粗骨料的表观密度、吸水率较简单破碎的粗骨料有提高。

（6）颗粒整形技术与国外常用的机械研磨法和加热研磨法相比，具有工艺简单、生产成本低、产量高等诸多优点，可以产业化。

2 机制砂整形的研究

据现行市场调查和分析：全国已经有不少地区和混凝土单位使用机制砂部分或全部取代黄砂生产混凝土，但由于不同地区材料的情况，造成所使用机制砂的质量偏差太大、且质量稳定性非常差，有很多单位所用机制砂质量远远偏离混凝土标准用砂要求的范围。不过，在最近几年内，不少企业已经对机制砂的生产工艺进行改进，对其质量加以控制，但是，还有不少混凝土单位使用的机制砂质量问题没有得到解决，如颗粒级配不合理，石粉含量和泥粉含量波动较大，细度模数不稳定，颗粒形貌受石子和季节、地区影响较大。根据目前部分厂家的实际生产使用情况可知：使用技术较好的就是使用整形破碎机和风选机同时对机制砂的生产进行控制。下面是本项目使用比较先进的整形破碎机和风选机生产机制砂的工艺生产流程和分析：

（1）所用 2YK1860 振动筛，该振动筛为多层数、圆运动性振动，该机型物料筛淌线长、筛分规格多、各档规格筛选清晰，在结构上采用桶体式激振器及魂偏心重调机，具有结构可靠、激振力强、筛分效率高，振动噪音小等优点，本机坚固耐用、维修方便、使用安全，广泛应用于采石场筛分料石。

（2）机制砂中通常含有大量针片状小颗粒，影响机制砂的压碎指标，因此，应先通过机制砂整形机进行整形处理，消除过多的针片状小颗粒，从而降低机制砂的压碎指标。

目前，所用机制砂整形机大部分为 VS 石料整形机，此整形机由进料斗、分料器、涡流破碎腔、叶轮体、主轴总成、底座、传动装置及电机等部分组成。其工作原理为：物料由进料斗进入破碎机，经分料器将物料分成两部分，部分由分料器中间进入高速旋转的叶轮，在叶轮内被尽速加速，其加速可达数百倍重力加速度，然后以 60～75m/s 的速度从叶轮周围的流道内抛射出去，首先同分料器四周自由落体的一部分物料冲击破碎，然后一起冲击到涡流内涡腔衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡流腔的顶部，又改变其运动方向，偏转向下运动，与从叶轮流发射出来的物料形成连续的物料幕。这样，一块物料在涡流破碎腔内受到两次至多次机率撞击、摩擦和研磨破碎作用。被破碎的物料由下部排料口排出。经循环筛分系统形成闭路，一般循环三次即可将物料破碎成 20 目以下。涡流腔内巧妙的气流自循环，消除了粉尘污染。

此整形机的工作特点：结构简单、造价低廉；高效节能、破碎效率高；具有细碎、粗磨功能；可破碎中硬、特硬物料；产品呈立方体；工作噪音低、粉尘污染少；操作、维修、安装方便。

（3）由于不同机制砂产品的颗粒级配相差很大，部分产品颗粒级配极差，通过整形机可以减少针片状小颗粒含量，可以改善部分颗粒级配，但对于颗粒级配很差的样品很难达到预期效果，因此，需通过机制砂级配调整机进行级配调整，使颗粒级配合理化。

本项目所用机制砂级配调整机为 DG900 级配调整机，此级配调整机的破碎机构是由一对相互平行、水平安装的圆柱形辊子组成的。当这对辊子做相对旋转时，加入喂料口内的物料，落在辊子上面，在辊子表面摩擦力和自身重力的作用下，被卷扯进两辊之间，受到来自辊子的挤压冲击、剪切劈裂和搓揉，当这些力的综合作用大于物料晶格之间的聚合力时，物料散裂成小块而达到破碎的目的。粉碎后的物料被转动的辊子推出，向下卸落。由此可见，级配调整机是具有连续工作、均匀出料、强制卸料、不易堵塞的性能优良的破碎机械。因此，它有较强的物料适应性，可以应对干、湿、软、硬变化比较大的各类物料。

两个辊子分别由两套彼此独立的动力装置驱动，由于动力装置的独立性，使两辊都具有强劲的动力性能，因而较老式的辊破有比较大的负荷能力，在也不会发生物料噎死的现象。

活动辊的设置方便调整出料粒度，方便调整辊压，以适用于不同的用户需求和物料性质；又可有效保护辊子不受进入的小块铁器损坏。由液压缸的外力作用于活动辊上，使之压力更加恒定，还可以根据物料的不同进行压力的调整，以便破碎出符合要求的粒度。

（4）由于机制砂中含有大量石粉，如果直接利用，将会影响混凝土的各种性能，需采用石粉分选机选粉进行处理。

本项目所用机制砂石粉分选机为 KRX 高效砂石粉分离机，其工作原理为：原料由上部进入料口，落到与转子成一体的撒料盘上，转子随主轴转动时，撒料盘上的物料在离心力的作用下沿径向甩出而分散于分选室内与旋转上升的气流相遇，在分选室内，分级圈下面附近的气流及分散于气流中的物料在分级圈一起做高速旋转，而使气流中的物料受较强的离心力，该力的大小可以通过调节主轴的转速来调节。当转速增大时，该力也增大；此时如果保持处理风量一定，则此时的切割粒径减小，产品变细，如转速降低则产品变粗。物料中的砂粒质量较大，受撒料盘和分级圈作用，落到滴流装置时，再次受上升气流的分选，落到内锥，从砂管排出，通过分级圈的石粉经旋风筒收集落入集灰斗，经石粉管排出，清除石粉后的空气则从旋风筒中心经风管返回节能减震机形成气流闭路循环。

此高效砂石粉分离机的性能特点为：采用高抛撒能力撒料盘，强化了撒料与旋流能力，使物料颗粒能充分分散扬起，增强了物料的分级、分散性能；合理调整了分选区与提升区的部位，提高了分离效率；采用了新型高效低阻旋风筒，减少气流阻力，提高石粉收集能力；主机主轴可以进行无极调速；多级衬板保护延长了主机使用寿命；采用了先进的分辨式可拆卸笼形转子，大大节省了维护时间和维护难度；砂管和石粉管采用双联锁风阀，大大地降低了漏风率，克服了运转过程中扬尘大的缺点。

高效砂石粉分离机的两大作用：1）可以调节产品的细度，通常采用调节主轴转速的方法进行；除特别需要外，一般不采用调节风量的办法调节细度；一般情况下，在试生产时，通常将主风阀全部打开，通过改变主轴转速来调节细度：转速越高，细度越细，转速越低则细度越粗；如果此时不能将细度调节到规范要求，则可以调节主风阀的位置，改变循环风量，一旦细度合乎要求后，即将风阀固定好，在正常生产过程中，不应随意调整。2）可以调节石粉含量的高低，通常采用改变喂料量和增减进风量的方法进行，如石粉呈灰白色、无土时，可加大喂料量，适当减少进风量，可得机制砂中石粉含量稍高一些；石粉土呈黄色、含粘土时，可减少喂料量，适当增大进风量，可得机制砂中石粉含量稍低一些。

（5）机制砂在整个生产过程中的每个环节不可避免地产生部分废尘，需对各过程中的废尘进行处理。

本项目所用除尘器为 FP600 集中除尘器，该集中除尘器是吸收国内外同类产品经改性后设计而成的除尘器，采用脉冲喷吹的清灰方式，具有清灰效果好、净化效率高、滤袋寿命长、维修工作量小、运行安全可靠的优点。其工作原理为：1）过滤原理：在系统主风机作用下，含尘气体从除尘器的进风口进入，经过气流均化装置，转而向下进入灰斗。由于流速减缓，加上惯性及粉尘的自重作用，使气体中大颗粒粉尘受惯性力作用被分离出来，直接落入灰斗。含尘气体通过灰斗后进入滤袋过滤区，气体穿过滤袋，粉尘被留在滤袋外表面。净化后的气体经滤袋口进入净气室，再由出风口排出。2）清灰原理：随着过滤时间的延长，滤袋上的粉尘层不断积厚，阻力不断上升，当阻力上升到设定值时，清灰装置开始进行清灰。清灰时，压缩空气以极短促的时间按顺序通过各脉冲阀，经喷吹管嘴向滤袋喷射，使滤袋迅速膨胀产生振动，并在逆向气流的作用下，附着在滤袋外表面上的粉尘被剥离落入灰斗中。3）粉尘收集：经过滤和清灰被截留下来的粉尘均落入灰斗，再由灰斗口集中排出。

集中除尘器的主要性能及特点：1）收尘效率高：收尘效率达 99.99%，排放浓度完全满足国家环保新的排放标准要求。2）维护费用低：由于结构设计的先进，采用可靠和高品质的关键件，提高了设备的可靠性，保证除尘器的长期稳定运行，维护费用仅为一般除尘器的 70% 左右。3）过滤袋使用寿命长：先进的脉冲清灰方式以及高质量的滤袋及附件，使滤袋的使用寿命大大延长。

（6）选粉后的机制砂进行拌湿机拌湿处理，得到含不同水分含量的机制砂。

（7）机制砂生产工艺流程图，见图 2。

图 2 砂生产工艺流程图

3 结论

通过调查可知，使用本文推荐的生产工艺生产出来的机制砂，其机制砂质量比较稳定，表现为：颗粒形貌较好、针片状颗粒含量低、压碎指标低、石粉含量和泥粉含量可以根据需要进行控制、细度模数偏差较小；当使用此机制砂配制混凝土时，其混凝土质量较好，如工作性好，生产质量稳定，强度和耐久性高，且在满足质量要求和标准的情况下，降低生产原材料成本，尤其是降低混凝土单方水泥用量。另外，使用此种机制砂，得到混凝土单位和施工单位的认可，且社会政府也给予大量支持。

［通讯地址］山东省烟台市莱山区盛泉工业园盛泉西路 9 号（264000）

刘德生（1977—），男，山东海阳人，助工，主要从事混凝土产品的研究。