中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410007
摘要:针对天然砂资源逐步减少，品质日益下降以及限采等现实情况，推行机制砂替代天然砂已是大势所趋，因此机制砂生产工艺和合理的设备选型也得到了砂石骨料业界内外前所未有的关注。我国经历的主要制砂方式为棒磨机、立轴冲击式破碎机、立轴冲击式破碎机与棒磨机联合，两级立轴冲击式破碎机以及最新推广使用的塔式制砂楼系统制砂等。
关键词：机制砂 湿法 干法 细度模数 石粉含量
1前言
随着基本建设的日益发展，天然砂资源的不断开采，品质日益下降。加之国家出于防洪和资源保护考虑，明文限制或禁止一些河段天然砂的采掘，使得天然砂资源日渐紧缺，供需矛盾日益突出。因此用资源更丰富、质量更优良的机制砂替代天然砂已是大势所趋，机制砂生产工艺和合理的设备选型也得到了砂石骨料业界内外前所未有的关注。
2机制砂生产技术发展历程
机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，俗称人工砂。早在20世纪60年代，美国、英国、日本等工业发达国家就已使用机制砂替代天然砂配制混凝土，形成了完善的机制砂材料、试验、应用的标准和规范。
我国对天然砂使用存在较强的依赖性，机制砂技术和设备的研究起步较晚，发展缓慢。目前仅水电行业对机制砂的生产和使用最为成熟，以水电为例，我国机制砂技术发展历程大致分为摸索、成熟和不断创新广泛应用三个阶段。
3机制砂生产工艺
机制砂可分为湿法和干法两种制砂工艺。我国经历的主要制砂方式：棒磨机、立轴冲击式破碎机、立轴冲击式破碎机与棒磨机联合，两级立轴冲击式破碎机以及最近使用的塔式制砂楼系统制砂等。其中棒磨机制砂适宜湿法生产，立轴冲击式破碎机和塔式制砂楼系统适宜干法生产。
（1）棒磨机制砂
棒磨机是最常见的湿法制砂设备，主要由进料部、筒体部、出料部等工作部分及轴承部、传动部、基础部等组成。当筒体回转时，装在筒体内的钢棒在摩擦力和离心力作用下，随筒体回转被提升到一定高度，然后使其按一定的线速度而抛落，对筒内制砂原料产生冲击、磨削和挤压使其成砂。
优点：机制砂粒形好，颗粒级配优良，细度模数可调，石粉含量便于控制。缺点：①设备基础较大，配套设施复杂，需配置污水处理设施，生产场地需求大；②耗水量大，每生产lt机制砂需耗水约1～1.5t，且细砂流失严重达30%～35%；③进料粒径小，一般小于25mm，产量低，且运行过程中钢棒消耗量大。三峡下岸溪斑状花岗岩采用棒磨机制砂，单机平均产砂量约25～35t/h，钢棒消耗量约0.5～0.9kg/t。
（2）立轴冲击式破碎机制砂
以“石打石”立轴冲击式破碎机代表的新一代制砂设备，使机制砂生产技术产生了质的飞跃。立轴冲击式破碎机利用高速自旋转子将制砂物料加速，然后使其从通道抛射腔口射出与破碎腔进行撞击，物料受冲击而进一步破碎。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆典型工艺流程：进料-破碎-筛分-返回（或进料仓），即制砂原料（进料粒径一般5～40mm）供给立轴冲击式破碎机进行破碎，然后从排料斗排出后通过输送系统进入筛分分级设备，其中筛分的大于5mm物料和部分3～5mm粗砂返回立轴冲击式破碎机再次破碎，部分3～5mm粗砂和小于3mm细砂进入机制砂仓。
优点：单位能耗低。缺点：①3～5mm粗砂反复循环破碎，破碎效果差，能量损耗略偏大；②机制砂级配不合理，粗颗粒多细颗粒少，俗称 “两头大，中间小”；③砂细度模数难控制，石粉含量普遍偏高。
（3）立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂
为解决立轴冲击式破碎机制砂时，机制砂中径含量偏少等问题，采用立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂工艺。典型工艺流程：制砂原料经立轴冲击式破碎机破碎后进入筛分机分级，大于5mm物料全部返回立轴冲击式破碎机再次破碎，3～5mm粗砂进入棒磨机破碎整形后与立轴冲击式破碎机产生的小于3mm细砂混合进入机制砂仓。
优点：机制砂质量稳定、粒形好。集中了立轴冲击式破碎机、棒磨机制砂优点，如中径含量偏少及石粉流失过多等问题。缺点：①流程中仍保留了棒磨机及其不足之处；②流程复杂、设备种类多。
（4）常速与高速立轴冲击式破碎机联合制砂
典型工艺流程：进料-常速立轴冲击式破碎机破碎-筛分-返回常速立轴冲击式破碎机破碎（大于5mm物料）+高速立轴冲击式破碎机破碎（部分3～5mm粗砂）-进料仓，即制砂原料（进料粒径一般5～40mm）供给常速立轴冲击式破碎机（V=50～70m/s）进行破碎，然后从排料斗排出后通过输送系统进入筛分分级设备，其中筛分的大于5mm物料全部返回常速立轴冲击式破碎机再次破碎，部分3～5mm粗砂经输送系统进入高速立轴冲击式破碎机（V＞75m/s）进行整形，经整形的机制砂和筛分出的小于3mm细砂混合进入机制砂仓。
优点：在保证优质砂的前提下，解决了棒磨机制砂运行成本高，产能低等问题。缺点：流程复杂。
（5）塔式制砂楼系统制砂
塔式制砂楼系统为目前最高等级的制砂设备，被誉为顶级制砂代表。该楼采用全封闭式输送、生产及负压除尘设计，以制砂机和空气筛为核心生产装备，并由给料机、除尘器、调控板、鼓风机、回收过滤器等组成。典型工艺流程：制砂原料（粒径一般30mm以下）先通过底层整形制砂机进行进一步破碎，然后由制砂楼侧面的斗提机将破碎后的砂石提升至顶层的扩散器，最后经空气振动筛、级配调整机和拌湿机的共同作用，生产出精品机制砂，彻底解决了传统机制砂级配不合理、石粉含量不稳定的问题。
制砂楼优势：①制砂楼采用全封闭结构，完全与外界隔绝，具有防尘、隔绝噪音的优势；②制砂楼采用空气筛，比一般制砂生产线的分级精度更细、更准确，并可通过设备调控进行级配调整。
4机制砂生产技术发展趋势
（1）创新环保智能型发展趋势
创新环保型机制砂生产线更符号绿色矿山发展理念，也是未来制砂行业发展趋势。要想机制砂粒形好，级配更优，就需对机制砂生产线不断创新。设计方面，在保持原有设计理念的基础上进行有效的整合分离，使整条机制砂生产线更系统更便捷；设备自动化程度方面，通过对制砂设备融入更多的新技术，提高其自动化程度，确保整个生产流程更稳定更安全；生产过程中产生的粉尘不仅影响操作人员身体健康，还污染环境，因此制砂机生产线要环保，无粉尘污染，这样才符合未来创新环保、环境友好型生产线发展趋势。
（2）大破碎比、塔式制砂楼发展趋势
尽管目前机制砂生产工艺已经成熟，也有了众多制砂设备，制砂设备向自动化、集成化、环保、节能等方向发展。目前塔式制砂楼是未来制砂发展趋势，制砂楼采用干式制砂的模式，主要通过破碎主机和选粉筛（空气筛）为生产核心的制砂设备，目前被誉为当前顶级制砂设备代表。
5结语
在工程建设过程中，砂作为混凝土结构材料的重要组成部分，其质量优劣对整个工程的质量及耐久性具有举足轻重的影响。在天然砂资源日渐枯竭的局面下， 需大力推广机制砂使用力度，并加强机制砂科学研究，提高机制砂产品质量，加大机制砂宣传力度，综合促进混凝土行业中机制砂持续、健康发展，机制砂代替天然砂是混凝土技术可持续发展的必经之路。
参考文献
[1]《浅谈机制砂的研究与应用》，发表于《山西建筑》2007年2月第33卷 第4期，作者：苏斌
[2]《浅析立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂工艺》，发表于《水力发电》2007年1月第33卷 第1期，作者：蔡肃川 任荣
作者简介
陈敬收，男，汉族，1982年04月出生，山东济宁人，工程师，本科，从事水电工程施工。
论文作者:陈敬收
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/29
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