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    ?高速鐵路隧道洞渣加工利用干法生產機制砂

    時間:2021-07-31 10:24 編輯:中華砂石網 點擊量:

    摘  要:本文依托昌景黃高速鐵路項目自建干法加工機制砂生產線,是國內首個環?;?、自動化、智能化程度最高的大型機制砂加工場,通過應用實踐,紹干法機制砂加工過程母巖選擇、破碎與制砂設備、加工工藝控制要點,為機制砂的加工及工藝優化提供借鑒經驗。

    關鍵詞:高速鐵路,隧道洞渣,干法,機制砂,環保,智能化

    機制砂是指巖石、卵石、未經化學處理過的礦山尾礦經除土、機械破碎、整形、篩分、粉控等工藝制成的,粒徑小于4.75mm的顆粒,但不包括軟質、風化的巖石顆粒。機制砂加工一般分濕法和干法兩種,本文依托昌景黃鐵路項目自建干法加工機制砂生產線,通過應用實踐,介紹干法機制砂加工過程母巖選擇、破碎與制砂設備、加工工藝控制要點,為機制砂的加工及工藝優化提供借鑒經驗。

    1、工程應用背景

    昌景黃鐵路安徽段位于贛東北和皖南地區,西起江西省南昌市,途經江西省上饒市、景德鎮市,東至安徽省黃山市,全長289.807千米,設計速度350千米/小時。本項目位于安徽省黃山市境內,經對工程周邊地區砂資源的市場調查,安徽省內天然河砂較少且合格率低。特別是近幾年天然砂需用量較大,需從江西贛江及鄱陽湖調運,運距長、價格高且供應量無法有效保證。當地市場機制砂生產“小亂差”,品質不一,調研一些企業生產的機制砂品質難以滿足鐵路工程混凝土技術要求,不同批次生產的機制砂性能也存在很大差異。

    本項目高速鐵路隧道洞渣機制砂加工場位于安徽省休寧縣龍源村境內,利用棄渣場征地建設,是國內首個環?;?、自動化、智能化程度最高的大型機制砂加工場,占地約45畝,設計加工能力300t/h,主要承擔東山隧道進口、東山隧道橫洞和云頭山隧道進口等隧道棄渣的綜合利用,設計加工總量約120萬噸。

    2、原材料母巖選擇

    2.1母巖技術指標

    機制砂加工生產母巖為項目隧道出渣,母巖材質以深成的火成巖和變質巖為主,具體選擇可用的母巖為花崗巖為主、綠泥絹云千枚狀板巖為輔,是生產機制砂較好的母材,料源相對穩定。

    母巖質量是機制砂質量控制的源頭,生產機制砂的母巖強度應符合《人工砂混凝土應用技術規程》JGJ/T241-2011 的規定:火成巖≥100MPa、變質巖≥80MPa、沉積巖≥60MPa。本項目隧道洞渣母巖抗壓強度為128~150MPa;堿活性為非堿碳酸反應骨料,骨料快速砂漿棒法結果0.04~0.14%,完全滿足鐵路C50以下細骨料應用母巖要求。需要注意的是花崗巖具有機制骨料粒形好、壓碎值低、石粉易于控制的特點,但采用花崗巖為主的母巖應加強對母巖及成品云母和石英含量的檢測。

    2.2母巖質量控制

    隧道圍巖變化頻繁,出渣質量波動較大,利用隧道洞渣作為生產原料的控制要點之一是對母巖的出渣分選。選好料是前提,也是關鍵,重點落實質量控制環節。洞渣的巖性、潔凈程度、含泥量、含水率、破碎程度均對機制砂的成品質量產生很大的影響。

    (1)安排專人經培訓,通過目測識別、留樣比對,對出渣進行目測判定,選擇Ⅲ級及以下圍巖作為加工原料,對Ⅲ級以上或夾泥、破碎嚴重的出渣轉為路基填料加工。根據不同巖性分類運輸,杜絕不同母巖混裝混堆,發現巖性與留樣不符,應及時取樣檢測。

    (2)每個隧道口的母巖均需要進行取樣檢測,實時了解母材質量,保證原材料質量合格。每個洞口出渣滿600t檢測母巖強度1次,每半年或母巖發生變化時,對其物理化學性能進行型式檢測,檢測巖性、母巖強度及堿活性,巖性變化時,增加取樣檢測。對不符合規定的母巖不得運送至加工廠,嚴禁砂巖、軟巖、風化巖用于機制砂生產,嚴把源頭質量控制關。

    (3)加工喂料之前,對母巖進行清洗與臨時存儲,源頭減少含泥量及石粉含量,為成品機制砂亞甲藍及石粉含量的控制提供保證。

    3、機制砂干法生產

    3.1廠區規劃

    機制砂加工場根據“分區規劃,整齊有序”的原則進行總平面布置,主要分為洞渣堆放區、生產區、成品料區、維修區、石粉堆放區、過磅沖洗區和辦公生活區。洞渣原料庫、生產車間、成品庫均采用裝配式鋼結構廠房,辦公、生活樓采取裝配式玻璃幕墻集裝箱房屋,維修庫房、集中控制室、配電房、門衛崗亭均采用裝配式集裝箱房屋。

    3.2設備選型

    機制砂加工場采用國內領先的三次破碎+三次篩分工藝,有效保證了產成品質量、提高了洞渣綜合利用率。主要生產5-10mm碎石、10-16mm碎石、16-31.5mm碎石、機制砂和石粉五種產品,機制砂加工場采用制石制砂一體機,洞渣綜合利用率可達95%以上。礦料綜合利用率是考核綠色礦山的一個重要指標,本項目由于能夠生產機制砂且石粉能夠得到綜合利用,洞渣綜合利用率可達90-95%,完全滿足國家對綠色礦山的要求。

     

    主要根據母巖巖性、塊石尺寸、母巖強度選擇破碎設備。該機制砂加工場根據母巖強度及出渣塊石尺寸選擇顎式破碎與2次圓錐破碎,主要生產及控制設備有:顎式破碎機、圓錐式破碎機、整形制砂一體機(立軸沖擊式破碎機)、降噪除塵系統和智能控制系統。

    3.3工藝流程

    洞渣石料經喂料機均勻地送進鄂式破碎機,進行第一次破碎,輸送至圓錐破進行第二次破碎篩分,>31.5mm部分經返料輸送帶送至圓錐破再次破碎,0-31.5mm碎石進入整形制砂一體機破碎整形,經風選篩分,形成3石(5-10mm,10-16mm,16-31.5mm)2砂(機制砂、石粉)輸送至成品區儲存。

    整個機制砂生產線采用干法破碎制砂工藝,通過除塵器抑塵除粉和風選方式除去機制砂中大量粉塵,直至滿足質量要求,其中石粉采用全封閉皮帶機輸送至石粉儲存區。加工過程控制要點,重點在母巖分選及清洗、抑塵水量、風壓除塵壓力等幾個方面。為實現效益最大化,通過生產數據統計,機制砂生產成品比例達到40%。

    3.4智能控制與環境保護

    機制砂加工場通過智能控制中心,還可以實現以下功能:

    (1)綠色生產。通過加裝PM2.5監測設施,當生產區域PM2.5超標時,智能控制系統將啟動霧化空氣炮、噴淋設備等降塵設備將進行自動噴淋、降塵。

    (2)無人化生產?;緦崿F了生產區生產過程無人化、磅房過磅無人化。

    (3)安全生產。通過加裝監控探頭,實時監控現場生產及設備運行情況,發現異常及時報警;并通過設置電子圍欄,防止生產區生產過程無關人員的非法闖入。

    (4)智慧用電。通過讀取加工設備底層運行數據,合理規劃用電、減少能耗。

    3.4主要生產工藝參數

    在選定破碎與制砂設備后,施工加工過程中影響因素,主要是母巖含水率、抑塵用水量、分選風壓、制砂機篩孔尺寸等主要因素,影響機制砂成品質量和制砂效果。

    (1)母巖含水率

    直接影響分選效果,含水率過大或雨天加工,是干法加工的弊端之一,并根據天氣變化及加工量,提前儲備、清洗、暫存,確保含水率不過濕,影響除塵效果。

    (2)抑塵用水量

    是石粉含量控制、成品砂含水率的影響因素,也是環保施工的必要。實踐經驗證明,干法工藝,應控制合理的成品機制砂含水率,以確保機制砂不離析,確保使用效果。

    (3)分選風壓

    風壓是石粉含量控制的關鍵,是成品砂石粉含量控制的重要手段,當石粉含量高時,應適當調高風壓以降低石粉含量;當石粉含量偏低或母巖潔凈時,可適當降低風壓以減少石粉產出、提高生產效率。

    (4)制砂尺寸

    為達到制砂效果細度模數為2.8-3.2,制砂篩孔尺寸宜為0.3-0.4mm,生產過程并根據磨損程度、成品砂細度模數的變化及時檢查、更換篩網。

    4、成品質量控制

    4.1機制砂的顆粒級配范圍

    機制砂應經專門機組生產,并且級配合理、質地堅固、吸水率低、空隙率小。顆粒級配應符合 GB/T14684-2011 的規定,優先選用下表中機制砂Ⅱ區的顆粒級配范圍。機制砂的實際顆粒級配除4.75 mm 和 600μm 篩檔外,可以略有超出,但各級累計篩余超出值總和應不大于 5%。

    表1 機制砂的顆粒級配范圍

    圖片

    4.2機制砂的其它性能和檢驗方法依據

    凍融破壞環境下,含泥量應不大于 2.0%,吸水率應不大于 1%。當機制砂中含有顆粒狀的硫酸鹽或硫化物雜質時,應進行專門檢驗,確認能滿足混凝土耐久性要求時,方能采用。

    機制砂的堿活性應先按《鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法 巖相法》TB/T 2922.1-1998對骨料的礦物組成和類型進行檢驗,再按《鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法 快速砂漿棒法》 TB/T 2922.5-2002 對骨料的快速砂漿棒膨脹率進行檢驗。機制砂的快速砂漿棒膨脹率應小于 0.30%。當機制砂的快速砂漿棒膨脹率大于等于 0.10%且小于 0.20%時,混凝土的堿含量應滿足《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》TB10424-2018 的規定;當細骨料的快速砂漿棒膨脹率大于等于 0.20%且小于 0.30%時,除混凝土的堿含量應滿足《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》 TB10424-2018 的規定外,還應對混凝土采取抑制堿—骨料反應的技術措施,并經試驗證明抑制有效。

    表2 機制砂的其它性能和檢驗方法依據

    圖片

    4.3場內質量控制

    除日常對母巖進行檢測外,機制砂生產過程中重要控制措施為過程質量檢測及出廠檢驗。一是試生產工藝參數調整及成品檢驗。每工班生產前,應根據日常確定的生產參數進行試生產,試生產過程中,隨時對機制砂成品質量進行檢測,并反饋修正施工控制參數,每4h不少于1次,生產出現異常時,應立即進行抽檢,發現問題,停止生產。二是建立內部出廠檢驗制度。機制砂加工場建立內部出廠檢驗制度,配置專門試驗檢測人員,并經培訓合格,每工班對生產機制砂進行隨機取樣,對亞甲藍、石粉含量、顆粒級配進行出廠檢測,每三個月進行委外型式檢驗。

    4.4成品質量

    隧道可用洞渣石質多為砂巖、花崗巖,生產的機制砂主要指標控制在細度模數3.0±0.2、石粉含量7-10%、亞甲藍值1.0-1.2,機制砂壓碎值12%-16%,其他指標均滿TB10424-2018中細骨料的要求??煽紤]不同專業、不同強度與環境等級應用的需要,細度模數、石粉含量等成品參數均可以根據施工需求進行調整。

    5、結論與建議

    高速鐵路工程加工機制砂應用成為必然趨勢,干法生產具有成品砂級配與石粉含量可控的特點,且生產過程工藝綠色環保,推廣前景可觀。

    (1)機制砂加工場應根據母巖巖性、強度、塊石尺寸選擇加工破碎工藝,工程棄渣潔凈度較低,棄渣的利用需采取適當的除雜去土措施。

    (2)加大了母材的差異性和復雜性,難以保證母材的質量及其穩定性,母巖分選、清洗環節是加工機制砂成品質量的重要前提保證。

    (3)母巖含水率、潔凈程度,分選風壓、霧化噴水量、篩孔尺寸是干法加工機制砂砂的關鍵工藝參數,需根據實際情況確定。

    (4)增加線上快速檢測設備可減少場內控制工作量及工作效率,是產業化、智能化生產的趨勢檢測手段。

    [參考文獻]

    1、《建設用砂》,GB/T14684-2011,中國國家標準化管理委員會,2011年

    2、《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》,TB10424-2018,中華人民共和國行業標準,2019年2月

    3、《鐵路天然建筑材料工程地質勘察規程》,TB10084-2007,中華人民共和國行業標準,2007年8月

    4、《鐵路工程巖石試驗規程》,TB10115-2014,中華人民共和國行業標準,2015年2月

    5、《人工砂混凝土應用技術規程》,JGJ/T241-2011,中華人民共和國行業標準,2011年12月

    6、《鐵路機制砂場建設技術規程》,Q/CR9570-2020,中華人民共和國企業標準,2020年11月

    7、工程棄渣制備砂石骨料技術研究和應用,《中國鐵路》,2019年第8期,陳敬收

    8、我國鐵路工程機制砂混凝土應用現狀及存在問題,《中國鐵路》,2019年第8期,趙有明

    作者簡介:章國輝(1969-),男,安徽績溪人,畢業于合肥工業大學巖土工程專業,本科,高級工程師。專業方向:試驗檢測。

     

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