石屑怎么使用？——颗粒整形对石屑性能改善的试验研究

颗粒整形对石屑性能改善的试验研究

谭世霖、蒋雪琴、杨医博等

摘要：石场在不同的加工机械与工艺条件下得到的石屑性能差别较大，导致可在混凝土中利用的石屑数量非常有限。为了增加石屑的可利用性能，进行了石屑颗粒整形的研究。研究结果表明，对石屑进行颗粒整形，能够将不满足建设用砂要求的石屑，加工成除石粉含量略高外，其它性能均满足建设用砂要求的整形石屑。

关键词：颗粒整形；石屑；性能改善；资源化

0 前言

随着基础设施建设的快速发展，我国砂石资源大量消耗，导致河砂资源匮乏，河砂价格飞涨。加强河砂替代品的研究，多渠道拓展砂子的供应，降低砂子的价格已成为建筑业的迫切要求。

石屑是生产碎石过程中筛出的副产品，是较好的河砂替代品之一，一些缺砂地区已将石屑应用到实际工程中。实践中发现，石屑的性能直接影响混凝土的工作性能与力学性能。然而，石场直接产出的石屑多存在棱角尖锐、粒形欠佳、级配不良等问题，加之人们的观念影响，使石屑难以在混凝土中推广应用。为了提高石屑的利用率，笔者开展了石屑颗粒整形研究，探索整形工艺对石屑性能改善的效果。

1 石屑的特点与选用

1.1 石屑的特点

从前期研究中发现，由于石场原岩性能不同和采用的破碎设备生产不同，导致生产的石屑性能存在较大差异：石屑表观密度介于2560～2760千克每立方米之间；松散堆积密度介于1387～1669千克每立方米之间；空隙率介于39.2%～48.0％之间；石屑的细度模数在2.29~4.27之间；石屑中石粉的含量范围在4.7％～22.2％之间。

1.2 石屑的选用

目前，石场加工碎石的方法主要有两种：采用颚式破碎机和反击式破碎机生产碎石。笔者从前期研究中发现，从石场直接产出的石屑在两种不同的加工条件下，性能有较大差别。因此，在选用石屑进行整形试验研究时，针对两种碎石生产工艺选取了三种石屑进行研究，选用石屑情况见表1。

表1 石屑样品表

2 石屑颗粒整形的试验方法

石屑整形采用专门设计的设备加工完成，整形设备见图1，该设备由给料机、振动筛、高效制砂机、传送带等几部分组成。

石屑的加工过程：石屑进入给料机后通过传送带输送到振动筛，用振动筛对石屑进行筛选，将小于5mm的颗粒直接出料，将大于5mm的颗粒运送到高效制砂机中进行加工整形；制砂机加工后的石屑再次输送到振筛机进行筛选，循环直至全部石屑小于5mm。将全部加工后的石屑混合均匀后，得到整形石屑。

图1 石屑整形设备
 

3 颗粒整形对石屑性能的影响

3.1 石屑的外观

三种石屑整形前后的形状见图2~图4。

图2 清远贵田石场石屑形貌

图3 韶关冷水角石场石屑形貌

图4 新会云丰石场石屑形貌
 

由图可见，石场产出的石屑颗粒棱角较多，尤其是颚式设备加工的石屑棱角更为明显，而整形后的石屑颗粒棱角较少、粒形较好，但粉体明显增加。

3.2 石屑的颗粒级配

三种石屑加工前后颗粒级配数据列于表2。三种石屑加工前后颗粒级配的筛分曲线与GB/T14684—2011《建设用砂》[5]中玩滚球的十大平台的分区绘制筛分曲线见图5～图7。

表2 石屑筛分结果

图5 清远贵田石场石屑筛分曲线
 

由表2可知，石屑A1颗粒在2.36mm以上的比例非常高，累计筛余为69％，总体粒径偏粗。石屑A1按玩滚球的十大平台级配区评价见图5（a）。由图5（a）可见，石屑A1整体级配不良，不符合级配要求，按细度模数划分为粗砂。石屑A2不含4.75mm以上颗粒，而含有15％小于0.15mm的细颗粒，总体颗粒偏细。

石屑A2按玩滚球的十大平台级配区评价见图5（b）。由图5（b）可见，石屑A2级配曲线全部落在Ⅱ区，颗粒整体级配良好，按细度模数划分为中砂，表明A石屑整形效果良好。

由表2可知，石屑B1在2.36mm粒径含量比例很高，分计筛余占56%，而大于2.36mm的颗粒占64％，总体上粒径偏粗。石屑B1按玩滚球的十大平台级配区评价见图6（a）。由图6（a）可见，石屑B1的整体级配不良，不符合级配要求，按细度模数划分为粗砂。

图6 韶关冷水角石场石屑筛分曲线
 

石屑B2不含4.75mm以上颗粒，而含有10％小于0.15mm的细颗粒，总体颗粒偏细。石屑B2按玩滚球的十大平台级配区评价见图6（b）。由图6（b）可见，石屑B2的级配曲线全部落在Ⅰ区，颗粒整体级配良好，按细度模数划分为粗砂，表明B石屑整形效果良好。由表2可知，石屑C1中不含超过9.5mm的颗粒，但2.36mm以上粒径含量偏高，累计筛余为49%，总体上粒径偏粗。

图7 新会云丰石场石屑筛分曲线
 

石屑C1按玩滚球的十大平台级配区评价见图7（a）。由图7（a）可见，石屑C1的整体级配不良，不符合级配要求，按细度模数划分为粗砂。石屑C2不含4.75mm以上颗粒，而含有14％粒径小于0.15mm的细颗粒，总体颗粒偏细。石屑C2按玩滚球的十大平台级配区评价见图7（b）。由图7（b）可见，石屑C2的级配曲线全部落在Ⅱ区，颗粒整体级配良好，按细度模数可划分为中砂，表明C石屑颗粒整形效果良好。

通过以上分析可知，三种石屑在加工前均不满足GB/T14684—2011规定的玩滚球的十大平台级配的要求。颗粒整形加工以后，三种石屑均可满足GB/T14684—2011规定的玩滚球的十大平台级配的要求，表明三种石屑颗粒的整形效果均良好。

3.3 物理性能

三种石屑加工整形前后的堆积密度、紧密密度、空隙率、石粉含量、坭块含量、吸水率和棱角性等物理性能试验结果见表3。

3.3.1 表观密度

由表3可以看出，三种石屑整形前后的表观密度均大于2500千克每立方米，符合GB/T14684—2011的规定，但三种石屑整形后的表观密度比整形前均有所减少，减少率介于1.5%~4.8%之间。这主要是由于石屑颗粒整形以后其中的石粉含量增多、石屑粒径减少所致。

表3 样品石屑整性前后的各项性能对比

3.3.2 松散堆积密度和紧密堆积密度

由表3可知，三种石屑整形前后的松散堆积密度均大于1400千克每立方米，符合建设用砂的规定；三种石屑整形后的松散堆积密度与紧密堆积密度均有所提高，其中，松散堆积密度提高幅度4.1%~5.6%，紧密堆积密度提高幅度4.9%~6.9%，说明整形效果良好。这是因为石屑在整形破碎后，大颗粒减少、小颗粒增多，在石屑堆积时，空隙会被小颗粒填充，使得石屑堆积更加密实。

3.3.3 空隙率

由表3可知，三种石屑在整形前的空隙率均大于44%，达不到GB/T14684—2011的要求；整形以后三种石屑的空隙率均有所降低，均可满足GB/T14684—2011的要求，其中，松散堆积空隙率降低介于2%~3%之间，紧密堆积空隙率降低介于3%~4%之间，这主要是因为整形后的石屑松散堆积密度、紧密堆积密度变大，颗粒之间的空隙变小，松散堆积空隙率和紧密堆积空隙率变小。

3.3.4 石粉含量与泥块含量

由表3可知，三种石屑在整形前，除C石屑以外，其余两种石屑的石粉含量满足GB/T14684—2011的要求；在整形加工以后，三种石屑中的石粉含量均较整形前增多，石粉含量增加介于1.2%~5.5%之间，石粉含量超过了玩滚球的十大平台的要求。这主要是石屑整形加工以后，大的颗粒进一步被压碎，从而造成石粉增加。

三种石屑整形前的泥块含量均满足玩滚球的十大平台所规定泥块含量的要求，整形后泥块含量降低，降低介于0.1%~0.4%之间；整形后三种石屑的泥块含量均比整形前降低，这主要是因为整形以后泥块进一步被压碎成更小的微粒。

3.3.5 吸水率

由表3可知，三种石屑整形后，吸水率均比整形前有所增加，增加幅度0.1%~1.1%。这主要是因为随着石屑的整形破碎，表面积增大，石粉含量的增大，石屑的吸水率也随之增大。

3.3.6 棱角性

由表3可知，三种石屑整形后的棱角性均比整形前的棱角性降低。石屑本来具有尖锐棱角的颗粒经过整形后，粒径尺寸变小，粒形变得圆滑，石屑的棱角性流动时间也明显减少，减少幅度7.7~20.5S；其中石屑A棱角性流出时间降低量最大，只有整形前的43.4%。三种整形后石屑的棱角性流出时间较为接近，说明通过加工整形，可以保证石屑具有稳定的粒形。

3.4 力学性能分析

三种石屑整形前后的压碎值试验结果见表4。由表4可见，三种石屑整形前压碎值除石屑C不满足玩滚球的十大平台的要求以外，其余两种均满足玩滚球的十大平台的要求。三种石屑整形后的压碎值均满足玩滚球的十大平台的要求，压碎值12%~15%，压碎值有明显下降，降低幅度7%~8%。

表4 石屑整形前后压碎值指标试验结果

结合表3与表4，分析石屑的棱角性和压碎值指标数据可知，石屑的棱角性大时压碎值指标也同样大，而棱角性小时压碎值指标会随之变小。说明石屑的棱角性会对压碎值指标造成不利影响，而通过石屑加工整形，减少石屑的棱角，有利于增加石屑抗压强度。

4 结论

（1）加工前的石屑颗粒棱角多、粒形较差、颗粒级配较差，不能满足GB/T14684—2011的要求。

（2）石屑颗粒整形后，石屑的性能得到了很大改善，除石粉含量略高外，其它各项性能指标均能满足GB/T14684—2011的要求。整形后颗粒粒形得到改善，颗粒级配较好；由于大颗粒的破碎和大量小颗粒的生成，其堆积密度和紧密密度提高、空隙率降低；泥块含量、压碎值、棱角性降低；石屑颗粒整形后石粉含量和吸水率增加。
 

来源：中国知网