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摘 要：水电工程混凝土砂石骨料用量大，且品质要求高。常采用人工加工骨料的方法来解决工程需求，骨料加工系统的工艺设计和运行质量控制对系统的技术、经济效果起着决定性作用。功果桥水电站左岸人工骨料加工系统工艺及运行情况表明，合理的工艺和严格的运行质量控制能够较好地解决人工骨料中常见的主要质量问题，在类似水电工程砂石加工系统设计和运行中值得借鉴和参考。
关键词：混凝土骨料；砂石加工系统；工艺设计；质量控制
一、前言
混凝土中的砂和石子称为骨料，是混凝土的主要组成材料，约占混凝土总体积的70%左右，作用是构成混凝土的骨架，并对水泥石的体积变形起一定的抑制作用。水电工程的混凝土数量大、种类多，需用的砂石骨料数量大。在我国水电资源分布比较丰富的西南地区高山峡谷中修建水电工程，大部分河流缺乏可供用的天然砂石料。采用开采石料加工成人工骨料生产混凝土，在我国大、中型水电站工程中已大量成功应用，为天然砂石料缺乏的地区加工人工骨料积累了经验和教训。但对于中小型水电工程来说，由于受工程投资、前期料场勘察工作深度、施工队伍技术和管理水平等各种条件限制和因素影响，导致在工程建设过程中，对人工砂石加工系统的工艺设计重视不够、设备选型配置不合理、系统运行后管理不善、质量控制不力，造成生产出的成品骨料質量不能满足水工混凝土相关标准和技术规范要求的情况屡见不鲜，导致混凝土品质下降，给工程运行埋下了质量安全隐患的同时，严重影响工程施工的顺利进行，同时也增加了单位混凝土的胶凝材料用量和工程建设成本。特别是当人工砂石料的料源为岩性硬度大、抗压强度较高、磨蚀性大的石料，例如玄武岩、花岗岩、砂岩等制砂相对较为困难的石料时，砂石加工系统的工艺设计和运行控制对成品骨料、混凝土工程质量和工程成本的影响更大。
砂石加工系统作为水电工程最重要的附属设施之一，系统保质、足量地提供工程施工所需的人工骨料是工程顺施工的基本保障。笔者通过对功果桥水电站左岸人工骨料加工系统设计和运行情况的分析和总结，对影响人工砂石系统成品骨料质量特征的主要问题进行探讨。
二、骨料加工系统的工艺设计
1.工程概况
功果桥水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的最上游一级电站，总装机容量900MW，混凝土总量约177.7万m3，其中碾压混凝土85.83万m3，常态混凝土22.25万m3。混凝土施工骨料由左岸人工砂石加工系统生产。该系统采用的石料岩性为青灰色变质砂岩与灰白色变质石英砂岩组成，间夹灰黑色砂质板岩，其中青灰色变质砂岩占37%，灰白色变质石英砂岩占41%，灰黑色砂质板岩占22%。变质砂岩与变质石英砂岩分布较为集中。
2.工艺方案与主要设备配置
砂石料加工系统具有生产强度高，既生产常态砂又生产RCC砂，砂料石粉含量高（常态砂17.5%、碾压砂20%），不同时段需要的骨料级配有所变化的特点。系统破碎的岩石岩性为砂岩，砂岩具有抗压强度相对较高、磨蚀性较大等特点。考虑到人工骨料的质量和产量要求，以及人工砂的分级处理、脱水工艺的要求，将工艺流程设计为粗碎、中碎、细碎、超细碎（制砂）四段破碎，其中粗碎开路生产，中碎、细碎、超细碎（制砂）设有闭路调节的工艺流程，第一筛分为湿法生产，制砂采用立式冲击破碎机与棒磨机联合制砂，人工干砂采用高频筛进行分级，并设有专门处理石粉的洗石粉工艺，系统还设有细砂回收装置。系统的生产工艺流程见图1。
据工艺方案和系统的特点，所选用的主要设备型号、规格见表1，其加工能力满足工程要求。
三、系统运行与质量控制状况
为了能按混凝土工程进度计划要求提供质量合格、足够数量的成品骨料，系统投入试生产后，运行管理单位加强了对成品料的抽样检测，并根据检测结果和系统运行中反映出的问题，对系统进行了适当地调整和改造，从系统投入正常生产后的砂石成品检测结果以及拌制的混凝土性能看，人工砂石料质量满足设计技术指标要求。
图1工艺流程图
（1）超、逊径及针片状的控制。系统运行初期，粗骨料检测数据表明：40～80mm大石级骨料超径为0，逊径最高到15%，针片状达到21%；20～40mm中石级骨料超径为0，逊径最高到22%，针片状达
到25%；5～20mm小石级骨料超径<5%，逊径最高
到16%，针片状<15%；粗骨料抽检结果均远远超出
了水工混凝土规范中对骨料质量的技术要求，给混凝土拌制质量控制带来较大困难。在此种情况下，为避免对已建系统进行大的土建、安装改造，采取的对策是对中碎两台设备的给料方式进行改造，加大给料量，以实现设备满负荷生产；对细碎两套国产圆锥破碎机设备进行更换腔型工作，将另一台国产圆锥破碎机更换为MetsoHP400型；
同时，根据粗骨料逊径检测结果超标较为严重的情况，适当调整了筛分楼振动筛筛网孔径。根据系统运行后期骨料检测结果，统计结果见表2，粗骨料超、逊径及针片状指标均在规范允许范围内，同时降低了系统循环负荷量，节约了运行成本。
表1 系统主要设备表
车间名称 设备名称 规格型号 数量（台）
粗碎车间 鄂式破碎机 C125 2
中碎车间 圆锥破碎机 GP300SEC 2
第一筛分 单层圆振动筛分机 YKRH2060 4
双层圆振动筛分机 2YKR2460 4
螺旋洗砂机 FC-12 4
细碎车间 圆锥破碎机 PYFB1620 2
圆锥破碎机 HP400 1
第二筛分 双层圆振动筛分机 2YKR2460 3
超细碎间 立轴式破碎机 PL9500SD 2
立轴式破碎机 VS1500A 2
第三筛分 单层圆振动筛分机 YKR1852 8 高频双层圆振动筛分机 2HFS1860 8
棒磨机间 棒磨机 MBZ2136 3
表2 人工粗骨料生产质量抽检结果统计表
统计项目 超径含量/% 逊径含量/% 针片状含量/%
最大/最小值 0/0 12/2 15/4
平均值 0 7 10.5
规范要求 <5 <10 <15
（2）砂的细度模数和颗粒级配。石料经粗碎、中碎时所产生的粒径<5mm的部分物料，经一筛螺旋洗砂机水洗除泥后为较粗的颗粒，石粉及细小颗粒已流失，实质为石屑，按砂细度模数试验方法对其进行检测，其值在2.9～3.4之间，典型抽样检测的级配曲线见图2（细度模数为3.12）。
鉴于此系统工艺特点，此部分石屑不宜直接进入成品砂仓中，系统生产时经胶带机输送到棒磨机制砂调节仓，经制砂机再次破碎，以优化人工砂的颗粒级配组成。
检测结果表明，立轴冲击式破碎机生产的砂颗粒较粗，不经筛分分级处理时，其细度模数均在2.8～3.0之间，其中粒径>2.5mm颗粒含量达36.2%，石粉含量为26.4%以上甚至更多。但在砂筛分设备上设置孔径为3mm的检查调整筛网，控制粒径>3mm的粗砂进入成品砂的比例并在胶带机上混合后，人工砂的細度模数得到了有效的控制，砂石加工系统中连续进行的105组人工砂（碾压砂）质量检测结果统计情况见表3。
图2 一筛螺旋洗砂机产砂（石屑）级配曲线图
表3 人工砂生产质量抽检结果统计表
统计项目 细度模数 石粉含量/% 5.0mm筛余/% 0.63mm累计筛余/%
最大/最小值 3.0/2.5 21.2/11 4/0 64.4/53.1
平均值 2.8 16.1 2 58.75
规范要求 2.4～2.9 6～22 <10 <70
为掌握砂岩、砂板岩石料在采用立轴冲击破碎机制砂时破碎后的物料粒度特性，更好地控制成品砂质量，在生产过程中，对通过检查筛的粒径<3mm部分进行了抽样检验，其典型的级配曲线见图3（细度模数2.28）。从检测结果可以看出，对砂岩而言，单独采用立轴冲击式破碎机制砂，即使控制成品砂颗粒的最大粒径不大于3mm，砂的细度模数得到降低，但3mm筛下砂颗粒级配中的2.5mm粒径累计筛余量仍然相对较高。
（3）骨料含泥量。系统工艺虽然设置了一次筛分时集中水洗和中石、小石冲洗筛分工艺，但石料料源为工程前期开挖利用料，石料来源复杂，料源中夹杂的难洗及易碎岩石无法完全剔除，在多次破碎后所形成的成品料的裹粉、含泥问题解决仍不甚理想，时有波动。
图3 <3mm物料颗粒级配曲线
四、人工砂石料生产中主要质量问题的探讨
砂、石料作为混凝土的基本组成材料，其性能对混凝土的和易性、力学性能、变形性能和耐久性能有着重要的影响。满足水工混凝土质量技术要求的骨料是保障混凝土工程质量的基础，级配良好的骨料，可以有效的改善混凝土的抗裂性能。通过功果桥水电站左岸人工砂石加工系统运行的经验和教训，为了实现以尽可能低的系统建设、运行成本和尽可能高的成品率生产合格人工砂石料的目的，在中小型砂石系统设计时，应充分考虑骨料的含泥量、砂细度模数及颗粒级配的控制问题，这也是系统生产时质量控制的难点和重点。
1.粗骨料的含泥和裹粉
粗骨料的含泥量系指粒径小于0.08mm颗粒的含量。大量的实验研究表明，骨料中含泥量低于1.0%时对混凝土的性能影响不大，超过1.0%时对混凝土的强度、干缩、徐变及和易性等都将产生不利影响。被含泥包裹的石料会严重影响骨料与浆体之间的粘接力，降低和易性，增加用水量，引起混凝土抗拉强度的降低，对混凝土抗裂十分不利。因此，规范要求粗骨料的裹粉、裹泥及其他污染应清除。
人工骨料加工系统中，在集中设置的主筛分车间或分段设置的各粒径级成品料筛分时设置高压水冲洗工序，基本能够清除粗骨料的裹粉；但对于料源中夹杂的黏性泥团、岩石裂隙中的黏土所形成的骨料表面的含泥，需采用专用的处泥设备进行清洗才能满足质量要求。对于粗、中碎筛分后的粒径<5mm的石屑，采用宽槽式长螺旋分级机进行水洗分级，能够有效去除其中的泥土和黏粒。当料源为砂岩或板岩时，极易由于二次破碎形成粗骨料严重裹粉，导致成品料的含泥量超标。因此，无论是集中还是分段设置筛分，除了在粗碎车间结合振动给料机配置弃泥土装置外，还应在各粒径级成品的分级筛分时设置水洗工序，以去除成品粗骨料或用于制砂的半成品物料中的黏土质成分和裹粉，从而有效解决粗骨料的含泥问题。
2.人工砂细度模数与颗粒级配
砂子的颗粒级配是指不同粒径砂粒的组合情况。当砂子由适当比例的不同粒径颗粒组成时，细颗粒填充在粗、中颗粒间，使其空隙率及总表面积都较小，即构成良好的级配。使用较好级配的砂子，不仅节约水泥，而且可以提高混凝土的强度及密实性。在配合比相同的情况下，若砂子过粗，拌出的混凝土粘聚性差，容易产生分离、泌水现象；若砂子过细，虽然拌制的混凝土粘聚性较好，但流动性显著减小，为满足流动性要求，需耗用较多的水泥，混凝土强度也较低。因此混凝土用砂不宜过粗，也不宜过细，以中砂较为合适。实践证明，仅仅采用立轴冲击式破碎机单一类型制砂设备干式制砂，成品砂缺少中间粒径级颗粒，细度模数大；采用通过检查筛调节砂中粒径>3mm颗粒含量的单一方式也难以达到理想的效果，同时还带来了生产循环量大、成品砂产量低、生产成本高等问题。
为了探讨料源岩性为砂岩时采用干法制砂工艺，以立轴冲击式破碎机为主、辅以其他破碎设备制砂的可能性与效果。在系统中选用3台棒磨机进行了进料粒径5～20mm的砂岩制砂试验，并对破碎后的产品进行了连续检测，典型细度模数为2.69，级配曲线见图4。
图4 棒磨机制砂级配曲线 级配曲线反映出砂中1.25～0.315级颗粒较多，可以部分补充、调整立轴冲击式破碎机生产的砂颗粒组成。系统运行表明采用棒磨机和立轴式破碎机联合制砂工艺，成品砂的细度模数能得到稳定控制。
由此可见，若选用合适的制砂设备组合，利用各自的破碎特性互相补充，成品砂细度模数、颗粒级配及石粉含量均能够稳定在合适的范围，系统成品砂的质量、产量、制砂的经济性都将得到提高。
3.人工砂石粉含量与含泥
现行水工混凝土规范（DL/T5144-2001）中所称含泥量是指天然砂中粒径小于0.08mm颗粒的总量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.16mm的颗粒含量，其中包括了粒径小于0.08mm的颗粒。人工砂颗粒多棱角，对集料与水泥之间的粘接有利，但间隙较多，对混凝土和易性不利。颗粒外形多棱角的特点决定了人工砂需要有特定的粒度分布，级配中细颗粒组分即石粉较天然砂需要适当提高，才能更好的用于混凝土中。石粉由粒径<0.16mm的细颗粒组成，完善了砂的级配，起到了微骨料的作用，从而改善了混凝土的工作性，提高了混凝土的黏聚性、保水性，进而起到了提高混凝土综合性能的效果。由于人工砂中粗颗粒一般含量较多，当将细度模数控制在理想范围（中砂）时，若粒径<0.16mm的石粉含量过少，往往混凝土拌合物的粘聚性较差；但若石粉含量过多，又会使混凝土用水量增大并影响混凝土强度及耐久性，故将石粉含量一般控制在6%～12%为宜。用于碾压混凝土时，砂中的石粉可以提高混凝土的可碾性能，根据不同岩性可以控制在<22%。干法制砂工艺具有石粉流失很少的优点，合理的加工工艺能够保证人工砂的石粉含量满足施工要求。
与天然砂一样，人工砂也必须严格控制含泥量。采用洁净、坚硬岩石加工而成的人工砂，其石粉中虽然有部分粒径<0.08mm的颗粒，但与通常所说的天然砂中含泥的成分不同、粒度分布不同、在混凝土中所起的作用也不同。砂中的含泥（粘土质）对混凝土是有害的，会大大增加混凝土的用水量，导致混凝土收缩增大、密实度降低、混凝土拌和物塌落度损失快。但传统含泥量筛洗试验方法无法判定人工砂中粒径<0.08mm的细小颗粒是含泥还是石粉。亚甲藍对矿物颗粒的吸附为物理吸附，对岩石性质不敏感。试验研究表明：所检测的含泥量与亚甲蓝吸附量有高度的相关性，可以区分出人工砂中的泥和石粉。GB/T14681-2001《建筑用砂》标准中规定，用亚甲蓝MB值试验方法判定人工砂中含泥量的多少，规定Ⅱ类砂亚甲蓝MB值<1.4。目前水工混凝土相关标准和规范中虽然没有规定人工砂中含泥量的试验方法和MB值控制标准，但对用于加工骨料的料源质量做出了严格的规定，要求料场的覆盖层、风化层必须剥离后开采，夹层无用料予以剔除，在生产过程中有可靠的除泥工序，以保证用于加工砂石的石料洁净、岩石抗压强度满足要求。
对于采用干法制砂工艺而言，只有控制了用于骨料加工的石料及用于制砂的半成品料源中的泥土、黏土质成分、原料洁净，才能保障成品砂的含泥量满足水工混凝土对砂石骨料的技术指标要求。
五、结语
人工砂石加工的最终目的是为拌制混凝土提供合格的成品骨料，合理的加工工艺则是保障成品骨料质量和系统运行经济性的基础。总结砂石系统建设和运行管理的经验，对于中小型砂石加工系统，笔者希望以下几点体会能对读者具有一定的参考价值：
（1）应高度重视料场的勘察和复勘工作，提供可靠的勘察和实验结果，除料场储量、分布外，还应全面了解拟用于加工骨料的岩石的各种物理力学性能，包括坚固性、磨蚀性、可加工性能等，为加工系统的设计提供全面、可靠的基础资料，以便能够根据工地的实际情况有针对性的进行工艺设计和设备的选型。
（2）工艺设计时应充分考虑现场的自然环境条件，例如地形、水源、料场岩性、岩石分化与裂隙发育情况，选择不同的加工工艺。对于干法加工系统，在粗碎车间，宜结合振动给料机设置弃泥装置，对泥土、裹泥的细屑予以剔除。采用干法制砂工艺时，水洗工序宜设置在制砂工序前的主筛分车间，以解决成品骨料的裹粉、含泥，同时降低用于制砂的半成品料的含泥量，以利于有效降低人工砂石粉中的粘土质含量。同时，为控制粗骨料的裹粉问题，宜在出成品料前的胶带机前设置专用的冲洗设备，用于洗去骨料表面的裹粉。
（3）人工砂质量和产砂率是系统设计和运行质量控制的重点和难点。采用干法制砂工艺时，宜在采用检查筛分控制成品砂质量的同时，配置其他合适类型的破碎机作为辅助制砂设备，与检查筛分形成小闭路循环，对部分大于检查筛分孔径的颗粒与半成品物料一起进行再次破碎，以调整成品砂中<2.5mm各粒径级颗粒含量的比例，改善人工砂的细度模数、颗粒级配以及石粉含量，提高主制砂设备的有效产砂率。
（4）为保证砂石骨料满足质量要求，必须加强砂石骨料加工生产过程中的质量跟踪检测，每天进行检测数据的适时发布，这样可以及时发现加工过程中的质量问题，快速调整工艺生产过程的各种参数，对加工生产起到指导作用。
（5）采用机械脱水和自然脱水相结合的运行方式来稳定和降低人工砂的含水率是可行的，但在自然脱水运行管理中应严格按照堆存、脱水、取料的分仓运行方式加强现场管理。
关键词：混凝土骨料；砂石加工系统；工艺设计；质量控制
一、前言
混凝土中的砂和石子称为骨料，是混凝土的主要组成材料，约占混凝土总体积的70%左右，作用是构成混凝土的骨架，并对水泥石的体积变形起一定的抑制作用。水电工程的混凝土数量大、种类多，需用的砂石骨料数量大。在我国水电资源分布比较丰富的西南地区高山峡谷中修建水电工程，大部分河流缺乏可供用的天然砂石料。采用开采石料加工成人工骨料生产混凝土，在我国大、中型水电站工程中已大量成功应用，为天然砂石料缺乏的地区加工人工骨料积累了经验和教训。但对于中小型水电工程来说，由于受工程投资、前期料场勘察工作深度、施工队伍技术和管理水平等各种条件限制和因素影响，导致在工程建设过程中，对人工砂石加工系统的工艺设计重视不够、设备选型配置不合理、系统运行后管理不善、质量控制不力，造成生产出的成品骨料質量不能满足水工混凝土相关标准和技术规范要求的情况屡见不鲜，导致混凝土品质下降，给工程运行埋下了质量安全隐患的同时，严重影响工程施工的顺利进行，同时也增加了单位混凝土的胶凝材料用量和工程建设成本。特别是当人工砂石料的料源为岩性硬度大、抗压强度较高、磨蚀性大的石料，例如玄武岩、花岗岩、砂岩等制砂相对较为困难的石料时，砂石加工系统的工艺设计和运行控制对成品骨料、混凝土工程质量和工程成本的影响更大。
砂石加工系统作为水电工程最重要的附属设施之一，系统保质、足量地提供工程施工所需的人工骨料是工程顺施工的基本保障。笔者通过对功果桥水电站左岸人工骨料加工系统设计和运行情况的分析和总结，对影响人工砂石系统成品骨料质量特征的主要问题进行探讨。
二、骨料加工系统的工艺设计
1.工程概况
功果桥水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的最上游一级电站，总装机容量900MW，混凝土总量约177.7万m3，其中碾压混凝土85.83万m3，常态混凝土22.25万m3。混凝土施工骨料由左岸人工砂石加工系统生产。该系统采用的石料岩性为青灰色变质砂岩与灰白色变质石英砂岩组成，间夹灰黑色砂质板岩，其中青灰色变质砂岩占37%，灰白色变质石英砂岩占41%，灰黑色砂质板岩占22%。变质砂岩与变质石英砂岩分布较为集中。
2.工艺方案与主要设备配置
砂石料加工系统具有生产强度高，既生产常态砂又生产RCC砂，砂料石粉含量高（常态砂17.5%、碾压砂20%），不同时段需要的骨料级配有所变化的特点。系统破碎的岩石岩性为砂岩，砂岩具有抗压强度相对较高、磨蚀性较大等特点。考虑到人工骨料的质量和产量要求，以及人工砂的分级处理、脱水工艺的要求，将工艺流程设计为粗碎、中碎、细碎、超细碎（制砂）四段破碎，其中粗碎开路生产，中碎、细碎、超细碎（制砂）设有闭路调节的工艺流程，第一筛分为湿法生产，制砂采用立式冲击破碎机与棒磨机联合制砂，人工干砂采用高频筛进行分级，并设有专门处理石粉的洗石粉工艺，系统还设有细砂回收装置。系统的生产工艺流程见图1。
据工艺方案和系统的特点，所选用的主要设备型号、规格见表1，其加工能力满足工程要求。
三、系统运行与质量控制状况
为了能按混凝土工程进度计划要求提供质量合格、足够数量的成品骨料，系统投入试生产后，运行管理单位加强了对成品料的抽样检测，并根据检测结果和系统运行中反映出的问题，对系统进行了适当地调整和改造，从系统投入正常生产后的砂石成品检测结果以及拌制的混凝土性能看，人工砂石料质量满足设计技术指标要求。
图1工艺流程图
（1）超、逊径及针片状的控制。系统运行初期，粗骨料检测数据表明：40～80mm大石级骨料超径为0，逊径最高到15%，针片状达到21%；20～40mm中石级骨料超径为0，逊径最高到22%，针片状达
到25%；5～20mm小石级骨料超径<5%，逊径最高
到16%，针片状<15%；粗骨料抽检结果均远远超出
了水工混凝土规范中对骨料质量的技术要求，给混凝土拌制质量控制带来较大困难。在此种情况下，为避免对已建系统进行大的土建、安装改造，采取的对策是对中碎两台设备的给料方式进行改造，加大给料量，以实现设备满负荷生产；对细碎两套国产圆锥破碎机设备进行更换腔型工作，将另一台国产圆锥破碎机更换为MetsoHP400型；
同时，根据粗骨料逊径检测结果超标较为严重的情况，适当调整了筛分楼振动筛筛网孔径。根据系统运行后期骨料检测结果，统计结果见表2，粗骨料超、逊径及针片状指标均在规范允许范围内，同时降低了系统循环负荷量，节约了运行成本。
表1 系统主要设备表
车间名称 设备名称 规格型号 数量（台）
粗碎车间 鄂式破碎机 C125 2
中碎车间 圆锥破碎机 GP300SEC 2
第一筛分 单层圆振动筛分机 YKRH2060 4
双层圆振动筛分机 2YKR2460 4
螺旋洗砂机 FC-12 4
细碎车间 圆锥破碎机 PYFB1620 2
圆锥破碎机 HP400 1
第二筛分 双层圆振动筛分机 2YKR2460 3
超细碎间 立轴式破碎机 PL9500SD 2
立轴式破碎机 VS1500A 2
第三筛分 单层圆振动筛分机 YKR1852 8 高频双层圆振动筛分机 2HFS1860 8
棒磨机间 棒磨机 MBZ2136 3
表2 人工粗骨料生产质量抽检结果统计表
统计项目 超径含量/% 逊径含量/% 针片状含量/%
最大/最小值 0/0 12/2 15/4
平均值 0 7 10.5
规范要求 <5 <10 <15
（2）砂的细度模数和颗粒级配。石料经粗碎、中碎时所产生的粒径<5mm的部分物料，经一筛螺旋洗砂机水洗除泥后为较粗的颗粒，石粉及细小颗粒已流失，实质为石屑，按砂细度模数试验方法对其进行检测，其值在2.9～3.4之间，典型抽样检测的级配曲线见图2（细度模数为3.12）。
鉴于此系统工艺特点，此部分石屑不宜直接进入成品砂仓中，系统生产时经胶带机输送到棒磨机制砂调节仓，经制砂机再次破碎，以优化人工砂的颗粒级配组成。
检测结果表明，立轴冲击式破碎机生产的砂颗粒较粗，不经筛分分级处理时，其细度模数均在2.8～3.0之间，其中粒径>2.5mm颗粒含量达36.2%，石粉含量为26.4%以上甚至更多。但在砂筛分设备上设置孔径为3mm的检查调整筛网，控制粒径>3mm的粗砂进入成品砂的比例并在胶带机上混合后，人工砂的細度模数得到了有效的控制，砂石加工系统中连续进行的105组人工砂（碾压砂）质量检测结果统计情况见表3。
图2 一筛螺旋洗砂机产砂（石屑）级配曲线图
表3 人工砂生产质量抽检结果统计表
统计项目 细度模数 石粉含量/% 5.0mm筛余/% 0.63mm累计筛余/%
最大/最小值 3.0/2.5 21.2/11 4/0 64.4/53.1
平均值 2.8 16.1 2 58.75
规范要求 2.4～2.9 6～22 <10 <70
为掌握砂岩、砂板岩石料在采用立轴冲击破碎机制砂时破碎后的物料粒度特性，更好地控制成品砂质量，在生产过程中，对通过检查筛的粒径<3mm部分进行了抽样检验，其典型的级配曲线见图3（细度模数2.28）。从检测结果可以看出，对砂岩而言，单独采用立轴冲击式破碎机制砂，即使控制成品砂颗粒的最大粒径不大于3mm，砂的细度模数得到降低，但3mm筛下砂颗粒级配中的2.5mm粒径累计筛余量仍然相对较高。
（3）骨料含泥量。系统工艺虽然设置了一次筛分时集中水洗和中石、小石冲洗筛分工艺，但石料料源为工程前期开挖利用料，石料来源复杂，料源中夹杂的难洗及易碎岩石无法完全剔除，在多次破碎后所形成的成品料的裹粉、含泥问题解决仍不甚理想，时有波动。
图3 <3mm物料颗粒级配曲线
四、人工砂石料生产中主要质量问题的探讨
砂、石料作为混凝土的基本组成材料，其性能对混凝土的和易性、力学性能、变形性能和耐久性能有着重要的影响。满足水工混凝土质量技术要求的骨料是保障混凝土工程质量的基础，级配良好的骨料，可以有效的改善混凝土的抗裂性能。通过功果桥水电站左岸人工砂石加工系统运行的经验和教训，为了实现以尽可能低的系统建设、运行成本和尽可能高的成品率生产合格人工砂石料的目的，在中小型砂石系统设计时，应充分考虑骨料的含泥量、砂细度模数及颗粒级配的控制问题，这也是系统生产时质量控制的难点和重点。
1.粗骨料的含泥和裹粉
粗骨料的含泥量系指粒径小于0.08mm颗粒的含量。大量的实验研究表明，骨料中含泥量低于1.0%时对混凝土的性能影响不大，超过1.0%时对混凝土的强度、干缩、徐变及和易性等都将产生不利影响。被含泥包裹的石料会严重影响骨料与浆体之间的粘接力，降低和易性，增加用水量，引起混凝土抗拉强度的降低，对混凝土抗裂十分不利。因此，规范要求粗骨料的裹粉、裹泥及其他污染应清除。
人工骨料加工系统中，在集中设置的主筛分车间或分段设置的各粒径级成品料筛分时设置高压水冲洗工序，基本能够清除粗骨料的裹粉；但对于料源中夹杂的黏性泥团、岩石裂隙中的黏土所形成的骨料表面的含泥，需采用专用的处泥设备进行清洗才能满足质量要求。对于粗、中碎筛分后的粒径<5mm的石屑，采用宽槽式长螺旋分级机进行水洗分级，能够有效去除其中的泥土和黏粒。当料源为砂岩或板岩时，极易由于二次破碎形成粗骨料严重裹粉，导致成品料的含泥量超标。因此，无论是集中还是分段设置筛分，除了在粗碎车间结合振动给料机配置弃泥土装置外，还应在各粒径级成品的分级筛分时设置水洗工序，以去除成品粗骨料或用于制砂的半成品物料中的黏土质成分和裹粉，从而有效解决粗骨料的含泥问题。
2.人工砂细度模数与颗粒级配
砂子的颗粒级配是指不同粒径砂粒的组合情况。当砂子由适当比例的不同粒径颗粒组成时，细颗粒填充在粗、中颗粒间，使其空隙率及总表面积都较小，即构成良好的级配。使用较好级配的砂子，不仅节约水泥，而且可以提高混凝土的强度及密实性。在配合比相同的情况下，若砂子过粗，拌出的混凝土粘聚性差，容易产生分离、泌水现象；若砂子过细，虽然拌制的混凝土粘聚性较好，但流动性显著减小，为满足流动性要求，需耗用较多的水泥，混凝土强度也较低。因此混凝土用砂不宜过粗，也不宜过细，以中砂较为合适。实践证明，仅仅采用立轴冲击式破碎机单一类型制砂设备干式制砂，成品砂缺少中间粒径级颗粒，细度模数大；采用通过检查筛调节砂中粒径>3mm颗粒含量的单一方式也难以达到理想的效果，同时还带来了生产循环量大、成品砂产量低、生产成本高等问题。
为了探讨料源岩性为砂岩时采用干法制砂工艺，以立轴冲击式破碎机为主、辅以其他破碎设备制砂的可能性与效果。在系统中选用3台棒磨机进行了进料粒径5～20mm的砂岩制砂试验，并对破碎后的产品进行了连续检测，典型细度模数为2.69，级配曲线见图4。
图4 棒磨机制砂级配曲线 级配曲线反映出砂中1.25～0.315级颗粒较多，可以部分补充、调整立轴冲击式破碎机生产的砂颗粒组成。系统运行表明采用棒磨机和立轴式破碎机联合制砂工艺，成品砂的细度模数能得到稳定控制。
由此可见，若选用合适的制砂设备组合，利用各自的破碎特性互相补充，成品砂细度模数、颗粒级配及石粉含量均能够稳定在合适的范围，系统成品砂的质量、产量、制砂的经济性都将得到提高。
3.人工砂石粉含量与含泥
现行水工混凝土规范（DL/T5144-2001）中所称含泥量是指天然砂中粒径小于0.08mm颗粒的总量；石粉含量是指人工砂中粒径小于0.16mm的颗粒含量，其中包括了粒径小于0.08mm的颗粒。人工砂颗粒多棱角，对集料与水泥之间的粘接有利，但间隙较多，对混凝土和易性不利。颗粒外形多棱角的特点决定了人工砂需要有特定的粒度分布，级配中细颗粒组分即石粉较天然砂需要适当提高，才能更好的用于混凝土中。石粉由粒径<0.16mm的细颗粒组成，完善了砂的级配，起到了微骨料的作用，从而改善了混凝土的工作性，提高了混凝土的黏聚性、保水性，进而起到了提高混凝土综合性能的效果。由于人工砂中粗颗粒一般含量较多，当将细度模数控制在理想范围（中砂）时，若粒径<0.16mm的石粉含量过少，往往混凝土拌合物的粘聚性较差；但若石粉含量过多，又会使混凝土用水量增大并影响混凝土强度及耐久性，故将石粉含量一般控制在6%～12%为宜。用于碾压混凝土时，砂中的石粉可以提高混凝土的可碾性能，根据不同岩性可以控制在<22%。干法制砂工艺具有石粉流失很少的优点，合理的加工工艺能够保证人工砂的石粉含量满足施工要求。
与天然砂一样，人工砂也必须严格控制含泥量。采用洁净、坚硬岩石加工而成的人工砂，其石粉中虽然有部分粒径<0.08mm的颗粒，但与通常所说的天然砂中含泥的成分不同、粒度分布不同、在混凝土中所起的作用也不同。砂中的含泥（粘土质）对混凝土是有害的，会大大增加混凝土的用水量，导致混凝土收缩增大、密实度降低、混凝土拌和物塌落度损失快。但传统含泥量筛洗试验方法无法判定人工砂中粒径<0.08mm的细小颗粒是含泥还是石粉。亚甲藍对矿物颗粒的吸附为物理吸附，对岩石性质不敏感。试验研究表明：所检测的含泥量与亚甲蓝吸附量有高度的相关性，可以区分出人工砂中的泥和石粉。GB/T14681-2001《建筑用砂》标准中规定，用亚甲蓝MB值试验方法判定人工砂中含泥量的多少，规定Ⅱ类砂亚甲蓝MB值<1.4。目前水工混凝土相关标准和规范中虽然没有规定人工砂中含泥量的试验方法和MB值控制标准，但对用于加工骨料的料源质量做出了严格的规定，要求料场的覆盖层、风化层必须剥离后开采，夹层无用料予以剔除，在生产过程中有可靠的除泥工序，以保证用于加工砂石的石料洁净、岩石抗压强度满足要求。
对于采用干法制砂工艺而言，只有控制了用于骨料加工的石料及用于制砂的半成品料源中的泥土、黏土质成分、原料洁净，才能保障成品砂的含泥量满足水工混凝土对砂石骨料的技术指标要求。
五、结语
人工砂石加工的最终目的是为拌制混凝土提供合格的成品骨料，合理的加工工艺则是保障成品骨料质量和系统运行经济性的基础。总结砂石系统建设和运行管理的经验，对于中小型砂石加工系统，笔者希望以下几点体会能对读者具有一定的参考价值：
（1）应高度重视料场的勘察和复勘工作，提供可靠的勘察和实验结果，除料场储量、分布外，还应全面了解拟用于加工骨料的岩石的各种物理力学性能，包括坚固性、磨蚀性、可加工性能等，为加工系统的设计提供全面、可靠的基础资料，以便能够根据工地的实际情况有针对性的进行工艺设计和设备的选型。
（2）工艺设计时应充分考虑现场的自然环境条件，例如地形、水源、料场岩性、岩石分化与裂隙发育情况，选择不同的加工工艺。对于干法加工系统，在粗碎车间，宜结合振动给料机设置弃泥装置，对泥土、裹泥的细屑予以剔除。采用干法制砂工艺时，水洗工序宜设置在制砂工序前的主筛分车间，以解决成品骨料的裹粉、含泥，同时降低用于制砂的半成品料的含泥量，以利于有效降低人工砂石粉中的粘土质含量。同时，为控制粗骨料的裹粉问题，宜在出成品料前的胶带机前设置专用的冲洗设备，用于洗去骨料表面的裹粉。
（3）人工砂质量和产砂率是系统设计和运行质量控制的重点和难点。采用干法制砂工艺时，宜在采用检查筛分控制成品砂质量的同时，配置其他合适类型的破碎机作为辅助制砂设备，与检查筛分形成小闭路循环，对部分大于检查筛分孔径的颗粒与半成品物料一起进行再次破碎，以调整成品砂中<2.5mm各粒径级颗粒含量的比例，改善人工砂的细度模数、颗粒级配以及石粉含量，提高主制砂设备的有效产砂率。
（4）为保证砂石骨料满足质量要求，必须加强砂石骨料加工生产过程中的质量跟踪检测，每天进行检测数据的适时发布，这样可以及时发现加工过程中的质量问题，快速调整工艺生产过程的各种参数，对加工生产起到指导作用。
（5）采用机械脱水和自然脱水相结合的运行方式来稳定和降低人工砂的含水率是可行的，但在自然脱水运行管理中应严格按照堆存、脱水、取料的分仓运行方式加强现场管理。