CN116237110B - 基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，包括以下步骤：S1、洞渣母材三级筛分；S2、四级破碎及四级筛分；S3、主动式选粉；S4、产品拌湿；S5、生产过程智能化管理及成品检测，以工艺流程为基础，并依托传感器、摄像头和生产设备硬件，形成信息收集和控制指令执行的智能化平台，实现了机制砂工艺的封闭生产、无人生产等方式，形成智能化的生产控制系统；依据国标规定的抽检方法，并对精品机制砂的各项性能指标进行试验检测分析。本发明所提供的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，能有效控制母材成分，去除小粒径岩石、夹尘及石屑，合理调控含泥量。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法。
背景技术
近年来，我国河砂资源逐渐枯竭，开采过程中极易对生态环境造成破坏，因此各级政府不断加大对河砂开采的监管力度，由机制砂替代天然河砂已经成为必然趋势。在隧道施工过程中，通过将隧道洞渣加工成机制砂并用于混凝土的配制，能有效地解决天然砂资源短缺和大量隧道洞渣处理困难之间的矛盾。但洞渣制备精品机制砂的技术还有较大改进空间，从洞渣利用现状来看，尚未形成广泛接受的加工、检测和品控方案。
在料源固定的状态下，机械化的生产方式保证了机制砂的质量稳定、可调、可控。从机制砂性能来看，与天然河沙相比，精品机制砂具有以下特点：①颗粒形状为立方多棱体，咬合性好；②粒度数分布均匀；③含粉量可控可调，无污染，无废料；④级配稳定可调。机制砂具备较高的表面能和亲水性，可选的多种矿物成分，稳定可调的颗粒级配和良好改善的粒型。
从机制砂混凝土性能来看，精品机制砂配制的混凝土初始坍落度表现更佳，扩展度更大，经时损失更小，混凝土性能表现更为优越。机制砂混凝土的轴心抗压强度、静弹性模量、抗渗、抗冻性、碳化钢筋锈蚀性、收缩、徐变等力学和长期耐久性能均等于或略高于天然砂混凝土。因此，相较于天然砂，机制砂不仅来源广泛，材质稳定，易于操控和控制，性能良好，完全能够满足建设需求。
据统计，中国市场砂石每年消耗约100亿吨，以30元/吨市场价格计算，砂石产业早在2011年产值就超过3000亿元，可带动运输业产值达2000多亿元，在全国范围内是仅次于水泥的第二大建材行业。机制砂在100亿吨消耗的砂石中占五成以上，未来的市场占有率有可能达到70-80％。目前河砂的价位约为机制砂的2倍，如果按照每个月生产2万立方米的混凝土，需要消耗的河砂约达1.7万吨，而如果掺入50％的机制砂，则可以显著减少河砂0.85万吨，降低了生产成本，经济效益显著。
为攻克现有洞渣制备机制砂工艺不合理、质量不稳定的难题，许多专家及学者对此进行了深入研究，经过对现有的文献及专利检索发现，佘志清等(公布号：CN102806133B)利用多级有序的破碎及筛分装置对块石进行加工，使得机制砂产品各项性能均能满足高性能混凝土对机制砂的技术指标。邵建峰等(公布号：CN103304171B)将四种或四种以上不同规格半成品砂进行混合，制成产品工艺质量完全符合建设用砂标准的成品机制砂。郑永生等(公布号：CN104370485A)基于骨料输送系统连接建立了机制砂生产系统，该系统能通过控制合理级配，提高满足所需细度模数的机制砂产量，提高机制砂质量。杨安民等(公布号：CN207238203U)在制砂机和筛分机之间设有用于分选物料的选料分级系统，降低了筛分机的负荷，避免了含水量较大时粉尘堵塞筛网，增加了系统产量。何广振等(公布号：CN109365102A)构建包含初预分控制室和精细控制室的机制砂生产工艺，可精确调整细度模数和石粉含量，粒形圆润，棱角少，降低机制砂生产难度。聂文海等(公布号：CN110732383A)建立了机制砂立磨生产精品砂的工艺系统，可满足任何细度模数要求的机制砂的生产，显著提高产品质量，且设备智能化程度高，利于规模化生产。李季晖等(公布号：CN113019657A)建立了通过三次破碎、两次筛分、至少两次水洗，两次整形，确保砂石料的粒径达标，粒度形状良好，出料均匀，高产低耗。上述研究虽可部分实现质量优异的机制砂规模化生产，但主要是针对机制砂生产工艺的部分环节进行优化调整，难以在机制砂全流程层面上实现统筹管理，实现质量稳定可控的精品机制砂规模化、批量化生产，同时目前工艺对机制砂的原料要求较高，缺乏成熟的原料处理技术方案。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种洞渣制备机制砂工艺合理、质量稳定、能够形成完善的机制砂生产工艺体系、构筑完备的智能化生产系统，并基于生产全流程统筹管理实现对机制砂品质的有效调控，避免单一因素控制带来的局限性，打通母岩筛选、工艺匹配、管理调度三大关键环节，以期实现质量可控的精品机制砂规模化、批量化生产，满足施工需求的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，包括以下步骤：
S1、洞渣母材三级筛分，其中洞渣母材选择饱和抗压强度大于90MPa，点载荷强度指数大于4.0MPa和回弹硬度大于65的岩石块体，并使用通过格栅式挖斗机去除粒径10mm以下的小块岩石、夹尘及石屑，且利用泥岩分离机来对含泥量进行控制，控制其含泥量小于0.2％；
S2、四级破碎及四级筛分；
S3、主动式选粉，机制砂中石粉含量由主动式选粉机来控制完成，确保机制砂石粉含量低于5.0％；
S4、产品拌湿，在机制砂的石粉含量获得良好控制后，通过1％-3％喷淋水拌湿来控制机制砂的颗粒级配，使机制砂具备连续良好的颗粒级配，并保证机制砂的细度模数在2.6-2.9之间；
S5、生产过程智能化管理及成品检测，以工艺流程为基础，并依托传感器、摄像头和生产设备硬件，形成信息收集和控制指令执行的智能化平台，实现了机制砂工艺的封闭生产、无人生产等方式，形成智能化的生产控制系统；依据国标规定的抽检方法，并对精品机制砂的各项性能指标进行试验检测分析，确保石粉含量小于5.0％、泥块含量小于0.2％、机制砂压碎指标小于20％、表观密度大于2550kg/m3、饱和面干吸水率小于1.0％、硫化物及硫酸盐含量(以SO3质量计)小于0.2％、氯化物含量(以Cl-质量计)小于0.01％、云母含量(按质量计)小于0.5％、轻物质含量(按质量计)小于0.5％、有机物含量浅于标准色、颗粒圆形度大于0.80、颗粒长径比小于1.60、流动度比大于85％、坚固性小于5％和快速砂浆棒膨胀率小于0.20％。
进一步地，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、母岩初级破碎及筛分，母岩初级破碎采用颚式破碎机，破碎后的碎石、石粉、砂石等混合产品经传送带送至初级振动式分选筛以筛分粒径颗粒达到20-31.5mm的砂石，颚式破碎机与初级振动式分选筛出口分别放置有除尘器除尘口，初级破碎过程产生的石粉被吸入除尘口并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石等则被输送装置送至二级破碎设备；
S22、二级破碎及筛分，母岩二级破碎采用圆锥式破碎机，碎石、砂石等混合产品经传送带送至具有不同孔径的二级振动式分选筛以筛分粒径达到5-20mm的砂石颗粒，圆锥式破碎机与二级振动式分选筛出口同样放置有除尘器除尘口，二级破碎过程产生的石粉被吸入除尘口并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石等则被输送装置送至三级破碎设备；
S23、三级破碎及筛分，砂石的三级破碎采用高效冲击式破碎机，碎石、砂石等混合产品经传送带送至三级振动式分选筛以筛分粒径0-5mm合格碎石颗粒，高效立式破碎机与三级振动式分选筛出口的除尘器除尘口将三级破碎过程产生的石粉吸入，并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石等则被输送装置送回高效冲击式破碎机料仓进行四级冲击破碎；
S24、矿石四级破碎及筛分，冲击式破碎机料仓对料仓内碎石、砂石等混合产品进行再次破碎至0-5mm并经传送带送至三级振动式分选筛进行筛选，剩余步骤与三级破碎及筛分相同。
进一步地，所述步骤S1中洞渣母材选自隧道项目中开挖出来的石料废渣，一般属于不可再用或废弃抛弃的物体。
进一步地，所述步骤S1中挖斗机应采用网径在2～10mm的可拆卸式梯度格栅，以实现不同粒径岩石及石屑的筛选。
进一步地，所述步骤S1中在完成洞渣母岩的各项综合性能检测及多级筛选后，将洞渣母岩运输至毛料堆放场分批分类进行堆放，应保证堆放场干燥通风，避免受潮，环境湿度控制在30％以下。
进一步地，所述步骤S5中对机制砂成品的颗粒级配、细度模数、亚甲蓝MB值和石粉含量进行检测后，依据检测结果，对洞渣筛选及机制砂工艺等进行实时智能化动态调整。
本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，针对隧道洞渣复杂性、多样性和波动性的特点，基于洞渣母岩评价指标，建立多级筛选的规范化流程，能有效控制母材成分，去除小粒径岩石、夹尘及石屑，合理调控含泥量，从源头上助力高质量精品机制砂的生产，与其他已知方法相比，本方法可选择的原料范围广、原料质量控制好。
2、本方法通过对母岩特性和机制砂用途的综合考虑，可动态选择不同的生产流程如给料、输送、破碎、制砂、筛分等环节，实现了精品机制砂的定制化、规模化、批量化的生产，提高了生产过程的灵活性、适应性，达到了优质降本的生产目标。
3、本方法通过生产全流程统筹管理实现对机制砂品质的有效调控，实现了隧道洞渣充分利用，形成了对机制砂抗压强度、粒径、颗粒级配和亚甲蓝MB值等指标的有效调控，保证了机制砂的质量稳定、可调、可控，经济效益可观，社会效益明显，环保、节能效益显著。
附图说明
图1是本发明基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法的加工工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本发明提供的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，包括以下步骤：
S1、洞渣母材三级筛分，其中洞渣母材选择饱和抗压强度大于90MPa，点载荷强度指数大于4.0MPa和回弹硬度大于65的岩石块体，并使用通过格栅式挖斗机去除粒径10mm以下的小块岩石、夹尘及石屑，且利用泥岩分离机来对含泥量进行控制，控制其含泥量小于0.2％。
在本步骤中洞渣母材选自隧道项目中开挖出来的石料废渣，一般属于不可再用或废弃抛弃的物体。
选用符合要求的块体岩石，其饱和抗压强度要满足表Ⅰ和表Ⅱ中Ⅰ类要求，并使用通过格栅式挖斗机去除粒径10mm以下的小块岩石、夹尘及石屑，且利用泥岩分离机来对含泥量进行控制，使其含泥量满足表Ⅲ中Ⅰ类要求。
表1：母岩的力学性能
表2：母岩的点载荷强度指数和回弹硬度
表3：机制砂的石粉含量和泥块含量
挖斗机应采用网径在2～10mm的可拆卸式梯度格栅，以实现不同粒径岩石及石屑的筛选。
在完成洞渣母岩的各项综合性能检测及多级筛选后，将洞渣母岩运输至毛料堆放场分批分类进行堆放，应保证堆放场干燥通风，避免受潮，环境湿度控制在30％以下。
在本实施例中，以TBM掘进过程产生的洞渣(如大理岩)为例，依据Q/CR 865-2022《铁路混凝土用机制砂》标准，选择洞渣中饱和抗压强度大于90MPa、点载荷强度指数大于4.0MPa和回弹硬度大于65的岩石块体，并使用通过格栅式挖斗机去除粒径10mm以下的小块岩石、夹尘及石屑，且利用泥岩分离机来对含泥量进行控制，控制其含泥量小于0.2％。
S2、四级破碎及四级筛分。
在本实施例中，步骤S2包括以下分步骤：
S21、母岩初级破碎及筛分，母岩初级破碎采用颚式破碎机，破碎后的碎石、石粉、砂石等混合产品经传送带送至初级振动式分选筛以筛分粒径颗粒达到20-31.5mm的砂石，颚式破碎机与初级振动式分选筛出口分别放置有除尘器除尘口，初级破碎过程产生的石粉被吸入除尘口并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石等则被输送装置送至二级破碎设备。在本实施例中，母岩为大理岩。
S22、二级破碎及筛分，母岩二级破碎采用圆锥式破碎机，碎石、砂石等混合产品经传送带送至具有不同孔径的二级振动式分选筛以筛分粒径达到5-20mm的砂石颗粒，圆锥式破碎机与二级振动式分选筛出口同样放置有除尘器除尘口，二级破碎过程产生的石粉被吸入除尘口并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石等则被输送装置送至三级破碎设备。
S23、三级破碎及筛分，砂石的三级破碎采用高效冲击式破碎机，碎石、砂石等混合产品经传送带送至三级振动式分选筛以筛分粒径0-5mm合格碎石颗粒，高效立式破碎机与三级振动式分选筛出口的除尘器除尘口将三级破碎过程产生的石粉吸入，并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石等则被输送装置送回高效冲击式破碎机料仓进行四级冲击破碎。本步骤中的砂石为大理石岩。
S24、矿石四级破碎及筛分，冲击式破碎机料仓对料仓内碎石、砂石等混合产品进行再次破碎至0-5mm并经传送带送至三级振动式分选筛进行筛选，剩余步骤与三级破碎及筛分相同。
S3、主动式选粉，机制砂中石粉含量由主动式选粉机来控制完成，确保机制砂石粉含量低于5.0％。
机制砂中石粉含量由主动式选粉机来控制完成，确保机制砂石粉含量满足表Ⅲ中Ⅰ类要求。
S4、产品拌湿，在机制砂的石粉含量获得良好控制后，通过1％-3％喷淋水拌湿来控制机制砂的颗粒级配，使机制砂具备连续良好的颗粒级配，并保证机制砂的细度模数在2.6-2.9之间。
在本实施例中，通过1％-3％喷淋水拌湿，使机制砂颗粒级配达到表4中Ⅰ类要求。
表4：机制砂的颗粒级配
表4(机制砂的颗粒级配)是依据Q/CR 865-2022《铁路混凝土用机制砂》标准。
S5、生产过程智能化管理及成品检测，以工艺流程为基础，并依托传感器、摄像头和生产设备硬件，形成信息收集和控制指令执行的智能化平台，实现了机制砂工艺的封闭生产、无人生产等方式，形成智能化的生产控制系统；依据国标规定的抽检方法，并对精品机制砂的各项性能指标进行试验检测分析，确保石粉含量小于5.0％、泥块含量小于0.2％、机制砂压碎指标小于20％、表观密度大于2550kg/m3、饱和面干吸水率小于1.0％、硫化物及硫酸盐含量(以SO3质量计)小于0.2％、氯化物含量(以Cl-质量计)小于0.01％、云母含量(按质量计)小于0.5％、轻物质含量(按质量计)小于0.5％、有机物含量浅于标准色、颗粒圆形度大于0.80、颗粒长径比小于1.60、流动度比大于85％、坚固性小于5％和快速砂浆棒膨胀率小于0.20％。
以工艺流程为基础，并依托传感器、摄像头和生产设备等硬件，形成信息收集和控制指令执行的智能化平台，实现了机制砂工艺的封闭生产、无人生产等方式，形成智能化的生产控制系统。依据国标规定的抽检方法，对精品机制砂的各项性能指标进行试验检测分析，以检测精品机制砂成品是否达到表5中Ⅰ类要求。
表5：机制砂性能检测指标
表5(机制砂性能检测指标)是依据Q/CR 865-2022《铁路混凝土用机制砂》标准。国标规定的抽检方法是依据GB/T 14684-2011《建设用砂》标准。
在步骤S5中对机制砂成品的颗粒级配、细度模数、亚甲蓝MB值和石粉含量进行检测后，依据检测结果，对洞渣筛选及机制砂工艺等进行实时智能化动态调整。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、洞渣母材三级筛分，其中洞渣母材选择饱和抗压强度大于90MPa，点载荷强度指数大于4.0MPa和回弹硬度大于65的岩石块体，并使用通过格栅式挖斗机去除粒径10mm以下的小块岩石、夹尘及石屑，且利用泥岩分离机来对含泥量进行控制，控制其含泥量小于0.2％；
S2、四级破碎及四级筛分；
S3、主动式选粉，机制砂中石粉含量由主动式选粉机来控制完成，确保机制砂石粉含量低于5.0％；
S4、产品拌湿，在机制砂的石粉含量获得良好控制后，通过1％-3％喷淋水拌湿来控制机制砂的颗粒级配，使机制砂具备连续良好的颗粒级配，并保证机制砂的细度模数在2.6-2.9之间；
S5、生产过程智能化管理及成品检测，以工艺流程为基础，并依托传感器、摄像头和生产设备硬件，形成信息收集和控制指令执行的智能化平台，实现了机制砂工艺的封闭生产、无人生产方式，形成智能化的生产控制系统；依据国标规定的抽检方法，并对精品机制砂的各项性能指标进行试验检测分析，确保石粉含量小于5.0％、泥块含量小于0.2％、机制砂压碎指标小于20％、表观密度大于2550kg/m3、饱和面干吸水率小于1.0％、硫化物及硫酸盐含量以SO3质量计小于0.2％、氯化物含量以Cl-质量计小于0.01％、云母含量按质量计小于0.5％、轻物质含量按质量计小于0.5％、有机物含量浅于标准色、颗粒圆形度大于0.80、颗粒长径比小于1.60、流动度比大于85％、坚固性小于5％和快速砂浆棒膨胀率小于0.20％。
2.根据权利要求1所述的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、母岩初级破碎及筛分，母岩初级破碎采用颚式破碎机，破碎后的碎石、石粉、砂石混合产品经传送带送至初级振动式分选筛以筛分粒径颗粒达到20-31.5mm的砂石，颚式破碎机与初级振动式分选筛出口分别放置有除尘器除尘口，初级破碎过程产生的石粉被吸入除尘口并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石则被输送装置送至二级破碎设备；
S22、二级破碎及筛分，母岩二级破碎采用圆锥式破碎机，碎石、砂石混合产品经传送带送至具有不同孔径的二级振动式分选筛以筛分粒径达到5-20mm的砂石颗粒，圆锥式破碎机与二级振动式分选筛出口同样放置有除尘器除尘口，二级破碎过程产生的石粉被吸入除尘口并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石则被输送装置送至三级破碎设备；
S23、三级破碎及筛分，砂石的三级破碎采用高效冲击式破碎机，碎石、砂石混合产品经传送带送至三级振动式分选筛以筛分粒径0-5mm合格碎石颗粒，高效冲击式破碎机与三级振动式分选筛出口设有除尘器，通过除尘器的除尘口将三级破碎过程产生的石粉吸入，并经管道收集到存储仓中，碎石、砂石则被输送装置送回高效冲击式破碎机料仓进行四级冲击破碎；
S24、矿石四级破碎及筛分，高效冲击式破碎机料仓对料仓内碎石、砂石混合产品进行再次破碎至0-5mm并经传送带送至三级振动式分选筛进行筛选，剩余步骤与三级破碎及筛分相同。
3.根据权利要求1所述的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，其特征在于：所述步骤S1中洞渣母材选自隧道项目中开挖出来的石料废渣，一般属于不可再用或废弃抛弃的物体。
4.根据权利要求1所述的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，其特征在于：所述步骤S1中挖斗机应采用网径在2～10mm的可拆卸式梯度格栅，以实现不同粒径岩石及石屑的筛选。
5.根据权利要求1所述的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，其特征在于：所述步骤S1中在完成洞渣母岩的各项综合性能检测及多级筛选后，将洞渣母岩运输至毛料堆放场分批分类进行堆放，应保证堆放场干燥通风，避免受潮，环境湿度控制在30％以下。
6.根据权利要求1所述的基于全流程管理的洞渣制备精品机制砂生产工艺方法，其特征在于：所述步骤S5中对机制砂成品的颗粒级配、细度模数、亚甲蓝MB值和石粉含量进行检测后，依据检测结果，对洞渣筛选及机制砂工艺进行实时智能化动态调整。
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