中国砂石骨料网于5月22日-24日在黄山市主办“2014中国砂石骨料行业技术发展论坛”盛大召开并圆满落幕。为配合本次论坛，中国砂石骨料网还向全行业和相关单位征集有关经验交流材料并汇编成册，旨在帮助砂石企业及上下游行业企业制定发展战略，开展技术创新，提高产品质量，推动砂石行业技术进步及健康稳定发展。材料汇编得到了相关行业企业的大力支持，涌现出许多优秀的论文，对行业发展有良好的借鉴作用。

　　
　　以下为上海世邦机器有限公司范桂锋、方立波的《骨料产业的新模式以VU系统生产高品质机制砂 》，原文如下：

　　1、引言

　　
　　行业统计数据显示，近年来砂用量超过50亿吨，产业规模达5000亿。然而，天然砂受资源总量、分布和季节限制，加之政策限采，由此产生了供应不足、价格攀升、运输成本高、质量波动大等问题，大部分地区已出现供需矛盾激化的现象。由此，机制砂受到了前所未有的关注和追捧，发展机制砂已成行业共识。另一方面，人们对砂的认识仍不够深入，对砂的性能指标及其对混凝土的影响重视程度不足，而现有的制砂设备和方案水平参差不齐，不利于骨料产业的转型升级。
　　
　　因此，本文通过总结国内外研究结论与《世邦机器骨料优化项目》5年多的研发成果，探讨混凝土与砂的关系、传统制砂工艺的局限及新型制砂方案的优势，为骨料、水泥、混凝土产业链的整合研究提供参考，希望为骨料产业的发展提供一种新的思路。
　　
　　2、机制砂的核心工艺指标
　　
　　混凝土是由胶凝材料和水，粗、细骨料（砂）按一定比例配制而成的混合物，经搅拌、捣实、硬化而成的人造石材。如图1所示，砂石约占混凝土体积的70%，对混凝土的性能和配制成本影响显著。详细讨论砂石对混凝土的影响规律已经超出本文的范围，但工程经验及我们与多家混凝土企业的联合实验证明，混凝土（砂浆类似）用机制砂的核心工艺指标是：级配、粒型和含粉(泥)量。

　　
　　总体而言，级配和粒型综合影响砂的空隙率、比表面积和流动性能（其示意关系如图2所示），从而影响混凝土配比中水泥和水的用量。比如，针片状、棱角尖锐的颗粒，将增大空隙率和比表面积，增大拌合物的流动阻力，因此需要更多的水泥浆去填充、包裹和产生流动性。级配组成中0.15-0.6mm部分的细砂，可以有效填充拌合物的空隙，并充当润滑中心，降低流动阻力，利于优化混凝土配比。

　　
　　而控制含粉(泥)量主要是为了保证砂的洁净度，控制膨胀性粘土的含量，以免在拌合过程中发生吸附反应和活性反应，破坏混凝土的性能。但石粉含量应根据实际情况进行灵活调节，对裹挟泥粉、矿物组分活性高的石粉，应严格控制；对剥离干净、成分无害的石粉，可放宽标准。通过亚甲蓝值测试可对砂的洁净度进行评价，同时确定其石粉的活性和可采用范围。
　　
　　实际上，传统工艺所产成品砂难以完全符合以上工艺指标，其与优质机制砂的差异甚至可通过目测进行初步区分，如图3所示。取样自普通冲击破生产线的花岗岩机制砂，粗颗粒过多、针片和尖角多、表面附着粉（泥）多；取样自VU系统的河卵石机制砂，粗细均匀、粒型饱满圆润、表面洁净。

　　

　　3、传统制砂工艺的局限

　　
　　传统机制砂性能不足主要是由制砂工艺不合理造成的，主要表现为以下两点：
　　
　　1、破碎工艺单一，甚至采用挤压式破碎机作为终碎设备。从破碎原理来看，常见的制砂设备可分成挤压式破碎和冲击式破碎两类。诸如颚破、圆锥破、对辊破、锤破等挤压式破碎设备，虽然可以提供较大的破碎比，但成品针片状含量高，颗粒棱角尖锐，且磨损后不能产生稳定的级配，一般不能作为制砂终段设备。相反，冲击式破碎设备，特别是VSI冲击破，能产出粒型基本达标的成品砂，属于比较合理的制砂设备选型。但单一采用传统冲击破制砂，其成品表面棱角仍过于尖锐，且石粉含量过高、0.15-0.6mm细砂含量过低(如图4所示)，难以满足高标准用砂的需求。
　　
　　2、筛选工艺单一，调控困难，效率较低。以最常见的湿法生产工艺为例，这种工艺通过振动筛控制砂的最大粒径，通过洗砂机去除泥、粉。如果筛分设置合理，水洗彻底并配置细砂回收装置，该工艺也可生产出合格的中低标准砂。但这种筛选工艺无法改变冲击破出料细砂含量过低的问题，同时，即使配置细砂回收装置，水洗也难免带走较多的细砂，使成品砂级配更加不合理(如图4所示)。另外，整套筛选工艺除了更换筛网尺寸以外，调控空间小，同时存在损耗大、易堵塞、效率低、用水量大、污水淤泥处理困难等问题。
　　

　　图4.传统制砂工艺下多种机制砂级配的统计分布情况（难以符合二区分布）

　　
　　4、VU干式制砂方案的技术特点
　　
　　针对传统制砂工艺的局限，世邦机器结合自身13年的制砂行业经验和5年专项研发成果，在破、磨、选三大技术领域上取得突破，推出VU系列骨料优化系统，可解决优质机制砂的生产难题。
　　
　　破碎增压技术：VU型冲击破（针对VU系统定制设计）加大了抛料和碰撞频率，增设搓磨破碎装置，相对于目前业内常规冲击破，一次通过成砂率和细砂产率可提高10%以上，同时能进一步改善砂子粒型。
　　
　　低能量破碎整型技术：VU粒优机（针对VU系统定制设计，可进一步优化粒型的机器）模仿天然砂形成过程中的水流冲刷作用，强迫物料形成瀑落磨刷运动，可去除砂颗粒表面的毛刺和棱角，而脱落的碎片成为珍贵的细砂，进一步改善成品的级配。
　　
　　一体化干式筛选技术：模控筛（针对VU系统定制设计，细度模数可控的筛分机）整合了成熟的破碎筛分和磨机空气选粉技术，在全封闭腔体中，利用空气负压和机械振动的作用，可同时完成除粉和筛分的任务。通过调节风量、流道等，可实现在线较精细的调节，使成品砂的细度模数在2.3-3.0间可控可调。
　　
　　我们通过两个塔楼结构将上述主要设备和其他辅助设备连接起来，其工艺流程图和三维效果图如图5所示。原料经过VU型冲击破破碎整型后，在模控筛和除尘模块作用下分成三路：石粉、返料和准成品砂。石粉通过除尘模块后统一储存在粉矿仓中，准成品砂进入粒优机进一步整型，经加湿搅拌（可选）后完成加工过程。值得一提的是，VU系统实现了全流程PLC集中控制和负压防尘设计，自动化程度和环保指标突出。
　　

　

　图5.VU系统工艺流程图(左)和三维效果图(右)

　　
　　5、VU干式制砂方案的成效
　　
　　位于江苏启东的VU系统示范线（图6）于2013年12月正式完成搭建和调试，其成效完全达到我们的设计目标。生产线通过图形化触摸屏控制，简单高效；负压防尘设计十分成功，运转过程无可见扬尘；各主机设备运转正常，至今无异常记录。

　

　　
　　第三方机构检测结果显示，VU系统所产成品砂在级配、粒型和含粉（泥）量三大指标上表现出色。如图7所示，VU砂级配不但符合二区中砂分布，且0.15-0.6mm细砂含量高，<0.15mm细粉比例小，级配曲线位于二区中值附近，是常见混凝土用砂的“理想”级配。如图8所示，VU砂粒型圆润，表面棱角、毛刺最大程度地减少，表面洁净，亚甲蓝值<0.5。另外，现场根据不同需求，在不更换任何硬件的情况下，实现了细度模数从2.3-2.9、含粉量从5-13%之间的调控。实验表明，VU砂完全符合混凝土用砂的标准，可有效提高其强度、工作性，并能节省水泥，性能媲美天然中砂。特别是，VU砂的性能指标十分稳定，这点对混凝土配合比设计和应用的重要性不言而喻。
　　

　　图7.VU砂可达到二区中值“理想”级配

　　

图8.相对于普通机制砂，VU砂粒型圆润、表面洁净

　　6、VU干式制砂方案的应用价值
　　
　　VU系统可适用于石灰石、河卵石、花岗岩等不同岩性原料制砂，所产成品砂在级配、粒型和含粉(泥)量等性能指标出众，可明显提高机制砂的价值，解决混凝土用优质砂供应不足的问题，为骨料产业带来以下两种新的模式：
　　
　　搅拌站、干混砂浆、制品工厂等可自行配套制砂：VU系统塔楼式的布置形式、全环保设计、自动化控制等特点，符合下游用砂产业的需求，使其可增加集成制砂环节，解决优质砂的来源问题，保证搅拌站和砂浆系统的稳定运行，利于优化配合比，做出低成本、高性能的混凝土产品。
　　
　　砂石场或骨料矿山可供应高品质机制砂：VU系统可单独作为完整生产线处理小碎石，也可作为其中一个模块，与其他成熟的破碎设备配合，处理不同粒径的物料。配套VU系统后，砂石场或骨料矿山可供应高价值的优质砂，调节矿山各品类成品的比例，使其可满足混凝土全部骨料使用的需求，在原有的渠道和管理下明显增加销售额和市场竞争力。
　　
　　7、结论
　　
　　混凝土用机制砂对级配、粒型和含粉(泥)量等工艺指标提出了较高要求，VU系列骨料优化系统可以解决传统工艺破碎和筛选单一的问题，以环保、智能、可调控的干法工艺生产出高品质的机制砂。在用砂需求持续高涨、天然砂供应不足的背景下，VU系统所带来的新工艺和优质成品砂，可为骨料产业带来新的模式和应用价值。
　　

　　（上海世邦机器有限公司范桂锋、方立波）

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