孫軻

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2.中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司 重慶建設(shè)指揮部，重慶 400023）

當(dāng)前，重慶地區(qū)不少在建鐵路項(xiàng)目存在用砂緊缺情況。隨著天然砂日漸枯竭，以及一些新規(guī)劃鐵路項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)工，工程用砂供需矛盾更加突現(xiàn)。通過(guò)對(duì)重慶涪陵區(qū)至酉陽(yáng)縣一帶多家砂石廠調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分小型砂石廠生產(chǎn)設(shè)備落后、生產(chǎn)條件簡(jiǎn)陋，影響機(jī)制砂產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)砂石廠生產(chǎn)現(xiàn)狀，有針對(duì)性地開(kāi)展機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量控制措施研究，既有利于環(huán)境保護(hù)、實(shí)現(xiàn)砂石廠可持續(xù)發(fā)展，也有利于保障鐵路工程用機(jī)制砂的料源和質(zhì)量[1-2]。

1 存在的問(wèn)題

1.1 設(shè)備問(wèn)題

設(shè)備問(wèn)題在重慶地區(qū)砂石廠尤為突出。許多砂石廠設(shè)備不僅陳舊，而且并非生產(chǎn)機(jī)制砂的專業(yè)設(shè)備，而是利用碎石生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)調(diào)整篩網(wǎng)，將碎石副產(chǎn)品篩成機(jī)制砂。破碎設(shè)備以顎式破碎機(jī)為主，稍好的則采用2級(jí)或3級(jí)破碎。為便于設(shè)備維修和配件互換，許多砂石廠采用同一破碎方式、使用同一品牌破碎機(jī)。為提高機(jī)制砂產(chǎn)量，砂石廠放寬了篩分中的篩網(wǎng)尺寸，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)多為3.1～3.6，針片狀顆粒較多；壓碎指標(biāo)不穩(wěn)定，基本為12～24。

1.2 工藝問(wèn)題

重慶地區(qū)砂石廠主要采用干法、濕法生產(chǎn)工藝，個(gè)別采用半干法生產(chǎn)工藝，但與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程存在較大差別。

1.2.1 干法生產(chǎn)工藝

采用干法生產(chǎn)工藝的砂石廠缺少母巖篩選或振動(dòng)除土處理環(huán)節(jié)，大多未經(jīng)收塵處理。該工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂不僅石粉含量高，且質(zhì)量參數(shù)不穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果顯示，機(jī)制砂中石粉含量11%～16%、亞藍(lán)值（MB值，機(jī)制砂中的含泥量）0.4～1.6。部分產(chǎn)品外觀見(jiàn)圖1。

圖1 干法生產(chǎn)工藝機(jī)制砂外觀

從圖1可以看出，未經(jīng)收塵處理的干砂，感官質(zhì)量較差、石粉含量高。取樣試驗(yàn)結(jié)果顯示，產(chǎn)品1石粉含量14.6%，產(chǎn)品2石粉含量13.7%，不滿足GB/T 14684—2001《建筑用砂》石粉含量上限10%的要求[3]，也不滿足TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求[4]。

1.2.2 濕法生產(chǎn)工藝

采用濕法生產(chǎn)工藝的砂石廠，均將成品機(jī)制砂轉(zhuǎn)運(yùn)至單獨(dú)洗砂機(jī)進(jìn)行石粉處理，洗砂后（水洗砂）也未進(jìn)行脫水處理（見(jiàn)圖2），且工藝不連續(xù)。因此，該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品含水率較高。

圖2 洗砂現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)制砂

取樣試驗(yàn)結(jié)果顯示，圖2中機(jī)制砂含水率為14.1%。

由于大多砂石廠沒(méi)有儲(chǔ)存場(chǎng)地，都將水洗砂直接送至施工單位的拌和站。產(chǎn)品在拌和站料倉(cāng)中存放1、2 d后，含水率才趨于穩(wěn)定（見(jiàn)圖3）。

圖3 料倉(cāng)中存放2 d的水洗砂

從圖3可以看出，料倉(cāng)中存放2 d的水洗砂依然較濕潤(rùn)，取樣試驗(yàn)結(jié)果顯示，機(jī)制砂含水率為6.8%。

1.2.3 半干法生產(chǎn)工藝

一些砂石廠采用半干法生產(chǎn)工藝，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的母巖進(jìn)行清洗，同時(shí)對(duì)機(jī)制砂采取水洗方式進(jìn)行石粉處理，相當(dāng)于干法、濕法工藝結(jié)合，以此克服半干法生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)[5-7]。

1.3 環(huán)保問(wèn)題

一些砂石廠因環(huán)保問(wèn)題關(guān)閉，僅保留了有環(huán)保措施的、環(huán)保效果稍好的砂石廠。但是，仍然不同程度地存在一些環(huán)保問(wèn)題，導(dǎo)致這些砂石廠處于間歇性生產(chǎn)狀態(tài)。

1.3.1 揚(yáng)塵污染

干法生產(chǎn)工藝最突出的問(wèn)題是揚(yáng)塵問(wèn)題，被調(diào)查的砂石廠不同程度地存在該問(wèn)題（見(jiàn)圖4）。

圖4 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵問(wèn)題

從圖4可以看出，現(xiàn)場(chǎng)的粉塵含量明顯超出規(guī)定濃度，雖然未經(jīng)儀器測(cè)量，但在現(xiàn)場(chǎng)明顯感覺(jué)呼吸不暢，且部分區(qū)域粉塵已影響視線。

1.3.2 水污染

一些砂石廠利用便利的水資源，將洗砂設(shè)備安裝在河道邊，用抽水機(jī)直接抽河水洗砂，污水僅經(jīng)簡(jiǎn)單沉淀便向河中排放，不僅用水量較大，且污水未達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水資源污染嚴(yán)重。

1.3.3 噪聲污染

由于用電高峰期電費(fèi)較高，許多砂石廠在夜間生產(chǎn)，不僅節(jié)省電費(fèi)，還能避開(kāi)環(huán)保檢查，但產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重影響附近居民的正常生活（見(jiàn)圖5）。

圖5 噪聲擾民的砂石廠

從圖5可以看出，砂石廠距離居民較近，圖片右上角位置的居民離砂石場(chǎng)不過(guò)百米，且不止1戶。無(wú)論白天還是夜間生產(chǎn)，都產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。

2 質(zhì)量控制措施

由于資金問(wèn)題，重慶地區(qū)砂石廠不能一次性投入太多資金解決設(shè)備、工藝等問(wèn)題，但可以結(jié)合自身獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，采取針對(duì)性措施，有效控制機(jī)制砂質(zhì)量[8]。

2.1 MB值控制

TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)機(jī)制砂石粉含量的規(guī)定進(jìn)行了調(diào)整：當(dāng)機(jī)制砂MB值＜0.5時(shí)，石粉含量上限可達(dá)15%[2]。例如，擁有良好礦山資源（見(jiàn)圖6、圖7）條件的砂石廠，采取措施控制機(jī)制砂MB值，投入少、回報(bào)快。

圖6 鉑屹礦山

圖7 靛水礦山

從圖6、圖7可以看出，彭水縣鉑屹砂石廠和靛水砂石廠的礦山整體性較好，無(wú)夾層，覆蓋層較薄，沒(méi)有較多風(fēng)化巖、泥塊等，這2處礦石廠擁有良好的資源條件。

2.1.1 除土處理

對(duì)彭水縣鉑屹砂石廠的母巖進(jìn)行簡(jiǎn)單篩選：用挖掘機(jī)選取粒徑較大、潔凈度較好的干凈母巖進(jìn)行生產(chǎn)，在不改變工藝流程的情況下，與日常生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行MB值試驗(yàn)對(duì)比，多次試驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)母巖篩選的機(jī)制砂MB值為0.3～0.5，日常生產(chǎn)的機(jī)制砂MB值為1.0～1.3，MB值相差明顯。可見(jiàn)，除土處理對(duì)機(jī)制砂MB值的影響程度較大。除土處理主要包括以下幾方面：

（1）覆蓋層處理。覆蓋層中含植被、風(fēng)化巖顆粒及泥塊等多種雜質(zhì)。覆蓋層中的泥塊或單獨(dú)存在、或黏附于母巖，需盡量處理。此外，由于重慶地區(qū)降水豐富、氣候潮濕，部分泥塊滲入巖石，導(dǎo)致巖石表面產(chǎn)生苔蘚類植被與母巖融為一體，需人工清除。這些雜質(zhì)不僅影響機(jī)制砂中有害物質(zhì)含量，而且影響機(jī)制砂的MB值。

（2）母巖篩選。除一些植被根系外，母巖中較多雜質(zhì)都以細(xì)小顆粒狀態(tài)存在（見(jiàn)圖8）。從圖8可以看出，泥土、風(fēng)化巖等多以細(xì)小顆粒形態(tài)存在于母巖中，一些粉末狀顆粒黏附于較大石塊表面?；谶@些特點(diǎn)，可通過(guò)篩選對(duì)其清除，主要采取以下方式：

①篩分。在場(chǎng)地內(nèi)搭設(shè)簡(jiǎn)易篩分裝置，僅集中篩選中小顆粒母巖。因?yàn)檩^大粒徑的母巖所占比例相對(duì)較多、雜質(zhì)含量較少，且容易單獨(dú)裝車，在裝車過(guò)程中，可進(jìn)行針對(duì)性篩選，優(yōu)先運(yùn)送至喂料口；剩下較小母巖顆粒時(shí)再集中篩選。該方法弊端在于需要獨(dú)立場(chǎng)地，篩分效果相對(duì)較差。在具備場(chǎng)地、資金的情況下，可考慮安設(shè)一段較長(zhǎng)的振動(dòng)篩篩選母巖，以達(dá)預(yù)期效果[9]。母巖篩選后效果見(jiàn)圖9。

圖8 母巖篩選前

圖9 母巖篩選后

②振動(dòng)除土。即在振動(dòng)喂料環(huán)節(jié)中，將進(jìn)料口的底端改成篩網(wǎng)，在喂料過(guò)程中篩除細(xì)小顆粒，完成除土處理。

（3）母巖清洗。在覆蓋層處理和篩選后，再對(duì)母巖進(jìn)行清洗，洗掉黏附于母巖上的細(xì)小粉塵顆粒，將機(jī)制砂MB值控制在較理想的范圍。然而從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況看，很多砂石廠位于山頂，用水問(wèn)題突出，存在污水處理問(wèn)題。礦山條件良好的砂石廠，只簡(jiǎn)單處理覆蓋層就可使機(jī)制砂MB值＜1.4，砂石廠并不愿意在這些方面投入。利用礦山開(kāi)挖后的空地修建沉淀池，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)用水清洗母巖，完成除土控制后，機(jī)制砂MB值＜0.5，容易生產(chǎn)出滿足鐵路工程使用要求的機(jī)制砂。

圖10 彭水縣靛水砂石廠生產(chǎn)工藝流程

2.1.2 增加工序

彭水縣靛水砂石廠生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖10。從圖10可以看出，該廠生產(chǎn)3種機(jī)制砂。第1種機(jī)制砂由經(jīng)過(guò)1次破碎的母巖篩分而成，第2種機(jī)制砂由1次破碎后的碎石和余料再次破碎篩分而成。對(duì)前2種機(jī)制砂取樣，進(jìn)行多次MB值試驗(yàn)，測(cè)得第1種機(jī)制砂MB值為1.0～1.3，雨天生產(chǎn)的機(jī)制砂MB值可達(dá)1.6，而第2種機(jī)制砂MB值為0.4～0.6，兩者相差較大。原因在于母巖經(jīng)破碎、篩分后，更多泥粉、泥塊混入第1種機(jī)制砂中被篩分掉，一部分泥粉附著于碎石、余料，一部分泥塊混入碎石、余料，被再次破碎后存在于第2種機(jī)制砂中。相對(duì)于第1種機(jī)制砂，第2種的母巖經(jīng)過(guò)一次較徹底的振動(dòng)除土，MB值大幅減小。

2.2 石粉含量控制

2.2.1 增加洗砂機(jī)

洗砂機(jī)可洗掉部分機(jī)制砂中的小顆粒，也會(huì)沖走部分雜質(zhì)，而關(guān)鍵在于能控制機(jī)制砂中的石粉含量。部分砂石廠洗砂設(shè)備調(diào)查見(jiàn)圖11—圖13。

圖11 龍洞塘自建砂石廠振動(dòng)式洗砂機(jī)

圖12 黔江區(qū)海艷砂石廠輪式洗砂機(jī)

圖13 武隆區(qū)清水砂石廠洗砂機(jī)

從圖11—圖13可以看出：龍洞塘自建砂石廠將1個(gè)振動(dòng)篩當(dāng)作洗砂機(jī)，用以控制石粉含量；黔江區(qū)海艷砂石廠使用單獨(dú)的輪式洗砂機(jī)進(jìn)行石粉控制；武隆區(qū)清水石場(chǎng)認(rèn)為用單獨(dú)洗砂機(jī)控制效果不好，改用輪式、螺旋式洗砂機(jī)組合洗砂。對(duì)3家砂石廠機(jī)制砂多次取樣進(jìn)行石粉含量試驗(yàn)，結(jié)果顯示，石粉含量為4%～7%，滿足鐵路工程C50以下等級(jí)混凝土使用要求。

通過(guò)洗砂機(jī)控制石粉含量，費(fèi)用投入少、占用場(chǎng)地面積小，且能有效控制石粉含量。

2.2.2 增加收塵設(shè)備

干法制砂區(qū)別于其他2種生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵在于利用收塵設(shè)備處理石粉。被調(diào)查的小型砂石廠中，僅彭水縣靛水砂石廠安裝了收塵設(shè)備。對(duì)收塵后的機(jī)制砂取樣進(jìn)行多次試驗(yàn)，結(jié)果顯示，石粉含量為5%～7%。收塵設(shè)備利用風(fēng)機(jī)吸收石粉，可通過(guò)調(diào)整設(shè)備功率改變風(fēng)力大小，對(duì)石粉進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的控制，其控制效果更有利于質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.3 增加生產(chǎn)設(shè)備、優(yōu)化生產(chǎn)工藝

針對(duì)機(jī)制砂質(zhì)量控制薄弱環(huán)節(jié)，適當(dāng)進(jìn)行設(shè)備、工藝優(yōu)化，是生產(chǎn)質(zhì)量控制的有效措施。在生產(chǎn)設(shè)備、工藝優(yōu)化前，彭水縣靛水砂石廠按照“錘式破碎→篩分→機(jī)制砂（碎石）”的方式生產(chǎn)，其產(chǎn)品質(zhì)量不符合鐵路工程使用要求。應(yīng)中鐵二局集團(tuán)有限公司渝懷鐵路項(xiàng)目經(jīng)理部要求，增加設(shè)備并優(yōu)化工藝：

（1）增加1臺(tái)錘式破碎機(jī)，利用碎石進(jìn)行機(jī)制砂生產(chǎn)，1級(jí)破碎改為2級(jí)破碎。

（2）增加1臺(tái)收塵設(shè)備（見(jiàn)圖14），對(duì)石粉進(jìn)行處理，彌補(bǔ)干法制砂缺少收塵處理環(huán)節(jié)的缺陷。

圖14 彭水縣靛水砂石廠的收塵設(shè)備

（3）增加1套加濕設(shè)備（見(jiàn)圖15），優(yōu)化生產(chǎn)工藝。該加濕設(shè)備與收塵設(shè)備同步安裝，加濕后機(jī)制砂有利于離析控制。

圖15 彭水縣靛水砂石廠的加濕設(shè)備

（4）對(duì)篩分設(shè)備進(jìn)行改造。根據(jù)機(jī)制砂顆粒級(jí)配試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，多次優(yōu)化改進(jìn)機(jī)制砂不同孔徑篩板長(zhǎng)度，改善機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)和顆粒級(jí)配情況，使機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)控制在2.6～3.0，級(jí)配滿足Ⅱ區(qū)砂要求。

增加設(shè)備、優(yōu)化工藝前后的機(jī)制砂質(zhì)量參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1?？梢钥闯觯O(shè)備和工藝優(yōu)化后，機(jī)制砂的壓碎指標(biāo)值、MB值、石粉含量、泥塊含量、細(xì)度模數(shù)均降低，機(jī)制砂質(zhì)量參數(shù)指標(biāo)滿足鐵路工程高強(qiáng)度等級(jí)混凝土使用要求[10]。其原因在于，設(shè)備和工藝的優(yōu)化加強(qiáng)了對(duì)機(jī)制砂顆粒形狀和細(xì)度模數(shù)的控制；單獨(dú)增加1道破碎工藝，相當(dāng)于增加1次篩分，加強(qiáng)了除土處理控制；增加收塵設(shè)備和加濕設(shè)備，有效控制了機(jī)制砂石粉含量，有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)制砂防離析控制。機(jī)制砂質(zhì)量得到有效提高，對(duì)于砂石廠，機(jī)制砂售價(jià)提升；對(duì)于施工單位，機(jī)制砂符合鐵路工程高等級(jí)混凝土使用要求，取得了雙贏效果。

表1 機(jī)制砂質(zhì)量參數(shù)對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上調(diào)研和分析，各砂石廠可采取以下措施控制機(jī)制砂質(zhì)量：

（1）通過(guò)除土處理控制機(jī)制砂MB值，保證MB值＜0.5；

（2）增加洗砂設(shè)備、收塵設(shè)備，保證機(jī)制砂石粉含量＜7%；

（3）優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備及工藝，保證機(jī)制砂滿足鐵路工程高等級(jí)混凝土使用要求。

此外，環(huán)境保護(hù)是可持續(xù)發(fā)展的根本，如因環(huán)保問(wèn)題導(dǎo)致砂石廠關(guān)閉，所有質(zhì)量控制措施都將化為泡影。各砂石廠應(yīng)緊密圍繞粉塵控制、污水處理、噪聲擾民等問(wèn)題，采取有效環(huán)境保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。砂石廠應(yīng)始終堅(jiān)持做好粉塵處理、污水處理工作，并避免擾民，方能維持經(jīng)營(yíng)。