公路工程混凝土用机制砂复合处理生产工法.pdf

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1、公路工程混凝土用机制砂复合处理生产工法公路工程混凝土用机制砂复合处理生产工法1.前言前言目前工程建设领域的混凝土细集料主要采用河砂，因规范中要求混凝土用细集料优先选用河砂且是中砂；我国正处于基础设施大干时期，混凝土工程量之大，导致各地区河砂资源大量开采，日益短缺，使河砂的市场供应逐渐成为制约部分地区工程进展的重要因素；倘若不选用中砂而单纯使用粗砂、细砂、特细砂，容易使混凝土工作性不良，混凝土质量通病大面积呈现，混凝土配合比成本增加。机制砂的应用可以很好地缓解河砂资源不足的问题，但由于各地区机制砂制作工艺的差异，生产工艺及流程控制不严，导致机制砂合格率低下，一般只在 C30 以下普通混凝土中应用

2、。在福建省政府倡导推广使用机制砂的社会背景下，我部通过走访周边破碎场，结合项目自身特色，研究出一套新的机制砂生产工艺，使机制砂各项指标满足规范要求，并成功在普通混凝土、水下混凝土、泵送混凝土、预应力混凝土、海工混凝土中应用实施，为减少河砂开采、保护环境、节约工程造价作出贡献。我部在建项目地处福建闽江流域下游及沿海区域，河砂资源匮乏；淡水河砂开采严重，政府为了保护环境在管理过程中加强采量控制，经常出现河砂供不应求，且河砂单价极高，还不能确保持续供应，随时面临停工的可能。而周边社会破碎场生产的机制砂普遍存在级配不良，细度模数、石粉含量超标等问题，无法满足高速公路混凝土用砂标准。本项目通过对机制砂生

3、产工艺的研究，研发形成一套与众不同的机制砂生产线，其研究成果直接运用于长平高速公路隧道洞渣、路基石方爆破洞渣消耗，以及全线普通混凝土使用及松下跨海特大桥海工混凝土的施工应用，为长平高速公路在河砂资源匮乏情况下优质、高效、节源的建成提供技术保障。2.特点特点2.0.1 机制砂生产线技术改进。改进常规的生产线布置，由颚式破碎机（头破）圆锥破碎机（二破）振动筛（初筛）整形机（细碎、制砂）振动筛（水洗筛分）螺旋式机制砂水洗机机制砂滤水机泥浆压滤机污水处理系统组成。2.0.2 机制砂各项指标均合格。使用该工法生产出来的机制砂有以下优点：粒径规则，级配良好，细度模数 2.8-3.0 达中砂水平，石粉含量

4、3-5%，亚甲蓝指标小于 1.4，其余指标也均符合规范要求。2.0.3 机制砂含水率得到有效控制。采用普通工艺生产出来的机制砂含水率高达17-20%，采用本工艺生产的机制砂含水率达 10%左右，有效的控制其含水率，使生产出的混凝土质量得到较好的控制。2.0.4 降尘除尘效果明显。采用全过程水洗机制砂工艺，在各个环节均实现无尘生产，降低对周边环境的粉尘污染。2.0.5 水洗后产生的泥浆零排放。通过压滤设备对泥浆进行发酵、脱水并压制成泥块处理，实现特定区域的泥浆零排放。2.0.6 实现污水零排放。通过添加试剂，对压滤后的污水进行沉淀、澄清，澄清后的水达到排放标准，循环用于进行冲洗机制砂、碎石，有效

5、的节约水资源，并对周边水资源环境形成保护。2.0.7 可减少后期的污染治理。采用该工艺生产机制砂，可减少工程结束后期治理，实现环保目标。2.0.8 自生产机制砂质量可控，不受外界因素干扰。自产机制砂与外购相比，能够更加有效的管控产品质量，项目部对机制砂支配有自主权，减少对当地地材市场的依赖，为现场混凝土顺利施工提供保障。3.适用范围适用范围 本工法适用于类似隧道工程、路基石方工程的洞渣消耗及碎石、机制砂生产。本工法实用性强，在环境保护区域与自然区域均适用。当河砂资源严重匮乏，水资源使用受限制时采用本工法技术、经济实现最佳。4.工艺原理工艺原理 机制砂复合处理生产工艺原理：通过头破进入圆锥破，经

6、圆锥破破型后进入整形机；通过整形机夹板及碎石间互相挤压碰撞实现粒径规则，增加机制砂细料含量；再经过水洗筛分，小于 4.75mm 的细料进入机制砂螺旋水洗机进行冲洗及细料回收、振筛过滤，实现机制砂的细度模数、级配、石粉含量以及洁净度的质量指标合格；冲洗机制砂产生的泥浆进行发酵、压滤处理，形成泥饼；对压滤后的污水进行沉淀、澄清，最终实现机制砂的质量目标以及环保目标。如图 4.1.1。图图 4.1.1 机制砂复合处理生产工艺原理及生产线布设机制砂复合处理生产工艺原理及生产线布设 1头破鄂破；2圆锥破；3初筛，大粒径二次圆锥破；4初筛后中小粒径整形；5整形后水洗筛分；6出 0-5 料；7出 1-2 料

7、；8出 1-3 料；9水洗机制砂；10成品机制砂；11泥浆压滤处理 5.工艺流程工艺流程及操作要点及操作要点 5.1 工艺流程工艺流程 公路混凝土用机制砂复合处理生产工艺流程见图 5.1.1：头破鄂破圆锥破二次破型进行初筛整形机整形、制砂水洗碎石并筛分水洗机制砂洞渣堆放，铲车喂料泥浆压滤处理大粒径返回圆锥破细料回收、机制砂振滤出碎石：0-5 料、1-2料、1-3 料 图图 5.1.1 机制砂复合处理生产工艺流程图机制砂复合处理生产工艺流程图 5.2 操作要点操作要点 5.2.1 施工准备 1 场地选址。选址要设置在场地较空旷处面积 8000m2 以上，地理位置相对较高处，周边不容易发生地质灾害

8、处，电力方便且能够取到水源，若无现成的沟渠取水，可以进行打井蓄水。2 设备安装。安装生产需要配备的设备，并进行调试，设备之间要有足够的集料生产堆放空间，材料装运空间，其他机械设备迂回行驶空间。5.2.2 生产过程 1 洞渣由装载机缓慢推进入口处，进入头破工序进行鄂式破碎，对块石进行粒径分解，由块石变成片石，由片石变成石渣。在喂料口设置缓冲轮胎，用于控制喂料速度。鄂式破碎机一侧为固定板，另一侧为活动板，对块石进行冲击夹破。图图 5.2.2-1 铲车喂料，设置缓冲限流轮胎铲车喂料，设置缓冲限流轮胎 图图 5.2.2-2 鄂式破碎，左侧为固定板，右侧为活动板鄂式破碎，左侧为固定板，右侧为活动板 图图

9、 5.2.2-3 鄂式破碎机内部构造鄂式破碎机内部构造 2 鄂式破碎后的石渣进入圆锥破进行二次破碎，使石渣粒径进一步细碎并产生 4.75mm以下的细料。图图 5.2.2-4 圆锥破圆锥破 图图 5.2.2-5 圆锥式破碎机内部构造圆锥式破碎机内部构造 3 圆锥二次破碎后的石渣经过初筛，粒径大于 34mm 的碎石返回圆锥破进行第三次破碎，使碎石粒径小于 34mm，并产生 4.75mm 以下的细料；图图 5.2.2-6 初筛初筛 图图 5.2.2-7 大于大于 34mm 粒径返回圆锥破粒径返回圆锥破 4 初筛后小于 34mm 的碎石输送到整形机进行整形，物料由机器上部垂直落入高速旋转的叶轮内，在高

10、速离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料产生高速撞击破碎，物料在相互撞击后，又会在叶轮和机壳之间以物料形成涡流多次的互相撞击，摩擦而粉碎，从下部直通排出，使碎石粒径规则，减少碎石针片状含量，提高碎石的抗压碎能力；同时产生大量粒径规则的 4.75mm 以下的细集料，用于制造机制砂；与圆锥破相比，整形机整形后的机制砂级配更加良好，细度模数达 2.8-3.0 左右。在皮带轮下方设置细料回收刮板，增加机制砂产量及细料含量，减少抖落在地上的污染。图图 5.2.2-8 整形机整形、制砂整形机整形、制砂 图图 5.2.2-9 整形机内部结构整形机内部结构 5 整形后的碎石进行第二次筛分并水

11、洗，根据预定的规格生产出 0-5 料、1-2 料，1-3 料，对小于 4.75mm 以下的细集料用于生产机制砂；图图 5.2.2-10 整形后水洗筛分整形后水洗筛分 图图 5.2.2-11 筛分出三档碎石筛分出三档碎石 6 对 4.75mm 以下细集料进行二次螺旋水洗，冲洗水管顺着螺旋水洗机由低到高一字排开，共设 15 个水龙头，水龙头开放个数可以有效的调控机制砂石粉含量；在泥浆池中设置两台泥浆泵，开动泥浆泵，对泥浆池中 0.075-0.6mm 的粉料进行循环回收，与前序机制砂一起循环冲洗，再经过机制砂振滤机滤水后生产出机制砂，振滤机采用 80 目筛网，筛网尺寸不宜大，大了导致机制砂细料少，细

12、度模数变粗；筛网尺寸也不宜太小，小了容易导致石粉含量超标。图 14 螺旋式机制砂水洗机 图 15 机制砂水份振滤机 7 采用三个 80t 水泥罐作为泥浆发酵罐、污水沉淀罐、净水循环罐，通过在发酵罐内添加聚氯化铝与絮凝剂等化学试剂，对泥浆发酵后进入压滤机进行压滤处理，形成泥饼后转运；将压滤后的污水抽至沉淀罐进污水沉淀，下部沉淀后的泥浆进行压滤，上部澄清的水流入净水罐，净水罐内的水循环用于机制砂冲洗，实现污水零排放。图图 5.2.2-14 清水罐、泥浆、污水发酵罐清水罐、泥浆、污水发酵罐 图图 5.2.2-15 泥浆压滤设备泥浆压滤设备 1清水储存罐；2泥浆储存罐；3压滤后产生的污水沉淀、净化罐；

13、4泥浆压滤机；图图 5.2.2-16 压滤后的泥浆压滤后的泥浆 5.3 劳动力组织劳动力组织 该生产工艺劳动力组织见下表 5.3。表 5.3 劳动力组织情况表 序号 工 种 所需人数（人）序号 工 种 所需人数（人）1 生产技术负责人 1 4 电 工 1 2 技术工人 3 5 焊 工 1 3 铲车、挖机司机 3 6 机修工 2 6.原材料与设备原材料与设备 6.0.1 原材料原材料 用于生产机制砂的原材料为隧道洞渣或者路基石方爆破洞渣，要求母岩抗压强度及碱活性反应满足：I 类不宜小于 80MPa，母岩应不具有碱活性反应；II 类不宜小于 60MPa，III类不宜小于 30MPa，母岩若含有碱-

14、硅酸反应活性矿物且具有碱活性反应性，应根据使用要求进行碱集料反应试验；不宜使用具有碱-碳酸盐反应活性的岩石制作机制砂。6.0.2 设备配置设备配置 机制砂复合处理生产工艺机械设备见下表：表 6.2.1 机械设备配置表 施工设备 型号 单位 数量 用途 箱式变压器 800KW/630KW 台 2 三相电接入 装载机 龙工 CDM 855N 台 3 上料、装运集料 鄂破 韶瑞 1060 台 1 头破 圆锥破 韶瑞 S215 台 1 二破 整形机 韶瑞 SR-1200 台 1 粒径整形、制砂 振动筛 1 2270 型二层筛 台 1 初筛 振动筛 2 2270 型三层筛 台 1 三档集料筛分 水洗制砂

15、机 1.5 米10 米螺旋洗砂机 台 1 水洗机制砂 过滤筛 1 米2 米 80 目 台 1 机制砂滤水设备 泥浆压滤设备 2000 型 2 米7.2 米 台 1 泥浆发酵、压滤处理 泥浆泵 15KW 台 2 机制砂 0.075-0.6mm 细料回收 挖掘机 小松 360-7 台 1 装运、场地整修 7.质量控制质量控制 7.1 质量控制标准质量控制标准 7.1.1 岩石母材抗压强度应满足公路工程 水泥混凝土用机制砂（JT/T819-2011）标准中第 5.1.1 条款要求以及公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）规范第 6.4.1条款要求。7.1.2 机制砂各项指标应满足公路工

16、程 水泥混凝土用机制砂（JT/T819-2011）标准要求，其中石粉含量、吸水率应满足建设用砂（GB/T14684-2011）标准要求，该标准引用“福建省闽高路工【2015】36 号关于统一全省在建高速公路项目机制砂使用执行标准的通知”文件要求。7.1.3 根据规范要求的试验检测频率，对该工法生产的机制砂进行抽样检测，检测结果均符合上述质量控制标准，可用于各强度等级的混凝土工程。7.2 质量保证措施质量保证措施 7.2.1 生产前由生产队长组织工人对工艺流程进行生产技术交底，明确机制砂生产质量控制要点。7.2.2 生产全过程由生产队长进行管控，以确保生产的机制砂质量满足规范要求，落实过程控制。

17、7.2.3 对成品机制砂进行检测，包括破碎场自检与试验室抽检，特别是对关键指标细度模数、级配、石粉含量及亚甲蓝 MB 值加大抽检频率，针对检测出的不合格指标及时调整生产过程中影响质量的环节，使最终检测结果符合规范要求。8.安全措施安全措施 8.1 生产安全措施生产安全措施 1 场地内设置灭火器，在显眼位置张贴安全文明施工标语标牌。2 针对新进场人员和在岗转换新岗位的人员，在上岗前对其进行安全交底，确保安全生产。3 每班生产前由生产队长组织工人进行班前安全技术交底，要求工人进入场地时佩戴安全帽，要求工人按章操作，规范生产。4 建立安全监督责任机制，由管理人员监督工人履行安全生产义务，对违反安全生

18、产规定的人员进行警训、处罚。8.2 特殊安全管理措施特殊安全管理措施 1 电工、焊工等国家规定的特种作业人员，必须经过专业培训，取得特种作业操作资格证书后方可上岗。2 配电箱及其内部开关、器件的安装应端正、牢固，安装在生产线上的配电箱为固定式配电箱，维护用移动式配电箱不得置于地面上随意拉拽，应固定在可移动支架上。3 生产线临时用电采用三相五线布设，采用标准电箱，做好防雨防水防嗮密闭措施，分闸均设漏电保护器，安装高度统一，进出线整齐布设。4 生产线机械设备安装、维修时应断开主电源，并且悬挂“设备维修，禁止合闸”等标志牌。9.环保措施环保措施 1 生产全过程降尘，未对周边环境产生粉尘污染。从鄂破圆

19、锥破整形机，均进行喷雾洒水达到降尘目标；从初筛至三档分筛，在筛网上设置管排式冲洗系统，达到完全除尘目标；采用螺旋式水洗机制砂，使生产机制砂全过程不产生粉尘污染。2 设置泥浆压滤设备，对冲洗过程中产生的污水进行压滤处理，并转运至场外集中放置。3 设置沉淀罐，对压滤后的污水通过添加絮凝剂、聚氯化铝进行沉淀、净化，达到排放标准并通过水泵抽送用于全过程冲洗，循环使用，有效保护水资源，实现污水不乱排。4 严格执行国家环保法律、法规，对破碎场内及周边环境进行保护，施工现场醒目位置设置卫生及环境保护标志标牌。5 生产现场落实卫生包干制度，及时清理垃圾和边角余料，不准乱堆垃圾及余物，应在指定地点集中堆放，专人

20、管理并定期外运。6 运输道路安排专人维护、清扫并增设晒水车，防止道路破损以及扬尘给地方群众带来生产与生活的不便。10.资源节约资源节约 1 本工法用隧道洞渣生产机制砂，减少了隧道洞渣弃方，减少弃渣场征地。2 本工法生产的机制砂完全等量取代了河砂，且混凝土中其他材料用量与河砂配合比一致，减少了河砂资源的开采，节约了混凝土成本。11.效益分析效益分析 11.1 经济效益经济效益 本工法自产机制砂供应长平高速公路全线混凝土使用，普通混凝土本次暂不统计在内，仅统计在 CPA1、CPA2、CPA3 合同段预应力混凝土中使用量，全线预应力混凝土有96870m3，其中 CPA3 预应力高性能海工混凝土共有

21、37694m3，根据施工配合比计算，预应力混凝土需要砂用量约 68777t。自产机制砂、外购机制砂、外购河砂综合成本计算见表 11.1.1。表 11.1.1 各类砂成本计算表 类别 合同原始单价(元/吨)场地相关费用（元/吨）变压器等电力建设费用（元/吨）泥浆外运费用摊销（元/吨）综合单价(元/吨)备 注 自产 机制砂 32 4.35 1.315 4.42 42.1 含人工费、设备费管理费、电费等，以及该工艺增加的设备费用（整形机、水洗设备、压滤设备和絮凝剂、氯化铝等材料）的摊销 外购 机制砂 68 无 无 无 68 周边机制砂质量不稳定，合格率低，不能用于预应力混凝土 外购河砂 105 无

22、无 无 105 到拌合站场地价 通过对自产机制砂、外购机制砂、外购河砂之间发生的成本进行计算分析，自产机制砂产生的效益如下表 11.1.2。表 11.1.2 自产机制砂效益计算表 序号 类别 综合单价(元/吨)砂用量（t）产生的成本（元）备注 外购河砂 105 68777 7221585 可用于全部混凝土 外购机制砂 68 68777 4676836 虽不能用于预应力混凝土，但进行成本对比 自产机制砂 42.1 68777 2895511 可用于全部混凝土 节约的成本（元）-=4326074，-=1781325，-=2544749 综上所述，本课题研究成果的机制砂直接替代河砂用于预应力混凝土，

23、通过试验室配合比数据统计，机制砂等量替换河砂使用，其他材料用量一致，混凝土各项指标均满足配合比设计及规范要求。与外购河砂相比节约 432.6 万元；自产机制砂折算综合成本后，单价较低，套用外购机制砂计算成本，与河砂相比之下可以节约 254.5 万元。由此可见，本课题研究成果取得的经济效果可观。11.2 社会效益社会效益 隧道及路基爆破洞渣常规处理方法是：征地弃方或经破碎后用于工程建设，前者会造成大量土地资源浪费，后者则带来粉尘污染，即便后者对破碎设备加装水洗系统，泥浆一般也会直接排入河道，形成堵塞和水资源污染，后期不得不进行费用昂贵的治理，得不偿失，这些方法对环境带来巨大影响，且先污染后治理的

24、做法，违背了可持续发展战略。4 号破碎场处于长乐市九龙山漂流景区和石门水库上游，在洞渣破碎环节中采用机制砂复合处理生产工艺带来了一系列的社会效益，降低了生产过程中的粉尘污染，对景区和周边环境影响降到最低程度；水洗筛分产生的泥浆通过压滤净化系统，将泥浆与水干湿分离，泥浆压滤成饼块状运输至场外集中存放，污水经高效聚氯化铝澄清滤净沉淀，现场取样检验达到排放标准，确保石门村水库水资源不受污染；同时澄清滤净处理后的水可用于机制砂生产循环使用，有效减少水污染和节约水资源；机制砂复合处理生产工艺及机制砂成品质量在福建省、市各级质量监督检查中受到高度赞誉。12.应用实例应用实例 12.1 工程实例一：工程实例

25、一：长平高速公路长平高速公路 CPA1 合同段工程合同段工程 12.1.1 工程概况 长平高速公路是国高网京台高速公路的延伸线，也是平潭第二进岛通道，起于长乐市古槐镇，与福州绕城高速公路东南段前塘互通相连，终于平潭海坛海峡长乐岸，与在建的公铁合建特大桥相接。项目全长 21.703 公里，设计为双向六车道，设计行车速度100 Km/h。CPA1 合同段起于福州东南绕城高速 12 标钱塘枢纽互通 K0+850，经井门大桥、竹田大桥、江田互通主线桥、江田互通路基，终于淇园隧道，全长 5.264Km。其中风淇园隧道全长 902m，开挖洞渣共 22 万方；路基挖方 42 万方，1 号破碎场负责消耗 64

26、 万方洞渣用于生产机制砂与碎石。12.1.2 生产情况 本工法在 CPA1 合同段 1 号破碎场成功应用，生产过程中机制砂质量稳定，成品机制砂成功应用于各强度等级的混凝土生产，并在该标段 C50 预应力混凝土中应用，证明了该机制砂工艺的成熟可靠。图图 12.1.2 CPA1 合同段机制砂生产线合同段机制砂生产线 12.1.3 工法评价 机制砂复合处理生产工法生产出来的机制砂取代河砂应用于各强度等级混凝土中，克服了项目生产过程中河砂资源短缺的困难，节省了施工成本，解决了洞渣破碎带来的粉尘污染和水洗带来的水污染难题，保护了当地的生态环境。本工艺安全有保障，经济效益显著，在类似工程地域值得推广使用！

27、12.2 工程实例二：工程实例二：长平高速公路长平高速公路 CPA2 合同段工程合同段工程 12.2.1 工程概况 长平高速公路是国高网京台高速公路的延伸线，也是平潭第二进岛通道，起于长乐市古槐镇，与福州绕城高速公路东南段前塘互通相连，终于平潭海坛海峡长乐岸，与在建的公铁合建特大桥相接。项目全长 21.703 公里，设计为双向六车道，设计行车速度 100 Km/h。CPA2 合同段起于淇园隧道出口，经三溪大桥、邦上隧道、邦上大桥、旗门隧道、石门大桥、龟山隧道、龟山大桥、旗门隧道、岭顶大桥、风洞山特长隧道、西皋大桥，终于松下互通，全长 13.756Km。其中风洞山特长隧道全长 4906.5m，采

28、用双头开挖掘进施工，进口段掘进 2200m 开挖洞渣共 53 万方，4 号破碎场负责消耗 53 万方洞渣用于生产机制砂与碎石。12.2.2 生产情况 本工艺在 CPA2 合同段 3 号破碎场成功应用，生产过程中机制砂质量稳定，成品的机制砂成功应用于各强度等级的混凝土生产。根据 3 号破碎场的生产工艺，在其基础之上建设了2 号破碎场，均得到很好应用，证明了该工艺的成熟可靠。图图 12.2.2 CPA2 合同段机制砂生产线合同段机制砂生产线 12.2.3 工艺评价 机制砂复合处理生产工法生产出来的机制砂取代河砂应用于各强度等级混凝土中，克服了项目生产过程中河砂资源短缺的困难，节省了施工成本，解决了

29、洞渣破碎带来的粉尘污染和水洗带来的水污染难题，保护了当地的生态环境。本工艺安全有保障，经济效益显著，在类似工程地域值得推广使用！12.3 工程实例三：工程实例三：长平高速公路长平高速公路 CPA3 合同段工程合同段工程 12.3.1 工程概况 长平高速公路是国高网京台高速公路的延伸线，也是平潭第二进岛通道，起于长乐市古槐镇，与福州绕城高速公路东南段前塘互通相连，终于平潭海坛海峡长乐岸，与在建的公铁合建特大桥相接。项目全长 21.703 公里，设计为双向六车道，设计行车速度 100 Km/h。CPA3 合同段路线全长 2.69km，主要工程包括 3 座大桥和一座跨海大桥，本合同段使用机制砂、碎石

30、洞渣来自风洞山特长隧道，进口段掘进 2200m 开挖洞渣共 53 万方，4号破碎场负责消耗 53 万方洞渣用于生产机制砂与碎石。12.3.2 生产情况 本工艺在 4 号破碎场成功应用，生产过程中机制砂质量稳定，成品的机制砂成功应用于各强度等级的混凝土生产，其中包括预应力混凝土以及预应力高性能海工混凝土，其混凝土质量指标合格，证明了该机制砂工艺的成熟可靠。图图 12.3.2 CPA3 合同段机制砂生产线合同段机制砂生产线 12.3.3 工艺评价 机制砂复合处理生产工法生产出来的机制砂取代河砂应用于各强度等级混凝土中，克服了项目生产过程中河砂资源短缺的困难，节省了施工成本，解决了洞渣破碎带来的粉尘污染和水洗带来的水污染难题，保护了当地的生态环境。本工艺安全有保障，经济效益显著，在类似工程地域值得推广使用！