隨著混凝土用天然砂資源日趨減少，龐大廢料堆也成為骨料生產(chǎn)商的棘手難題。砂石骨料行業(yè)迫切需要機制砂的生產(chǎn)技術(shù)，來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

骨料的價格、銷售及生產(chǎn)技術(shù)，一直是采石場經(jīng)理們的熱門話題，還有就是產(chǎn)品比例問題。作為破碎骨料生產(chǎn)工藝的一部分，原料中多達30%（巖石性質(zhì)）的物料被破碎成小于4mm的顆粒，因而不能用作粗骨料。

對于經(jīng)營者而言，這個粒級的共生物料最為不利，不但難尋銷路，甚至難以處理。因此，在許多采石場，都可以看到這種龐大的“廢”料堆，不僅影響盈利能力，而且還會導(dǎo)致環(huán)境問題。

另一方面，在過去的幾十年里，全世界許多人口稠密地區(qū)的混凝土用天然砂資源幾近枯竭。因此，需要尋找可替代物料。破碎產(chǎn)生的上述廢細(xì)料資源龐大且物理特性合適，預(yù)計未來將成為天然砂的最佳替代品。

天然砂與采石場“廢”細(xì)料之間的顯著差異

此前，人們也曾嘗試將這些共生物料用為細(xì)骨料應(yīng)用，但未獲得成功。現(xiàn)在，骨料生產(chǎn)商對“廢”料與天然砂之間的重要差異已非常了解，而且通過與美卓的密切合作，已有生產(chǎn)商克服挑戰(zhàn)，成功利用這些“廢”料。

關(guān)于顆粒形狀，通過優(yōu)化破碎工藝并利用立軸沖擊式（VSI）破碎機的石打石特性，可獲得與天然砂粒型極為相近的機制砂產(chǎn)品。

細(xì)粉含量高的問題則可通過濕式或干式工藝得到解決，如洗砂技術(shù)或空氣分級工藝。最終，如果砂石粒度經(jīng)篩選和分級為粒型良好的合理窄粒級分布，便可成功作為優(yōu)質(zhì)的機制砂使用。

具有挑戰(zhàn)性的機制砂開發(fā)新的機制砂生產(chǎn)工藝并增加其市場份額絕非易事，原因錯綜復(fù)雜。這涉及全“產(chǎn)業(yè)鏈”的各個環(huán)節(jié)，從采石場的巖石爆破、破碎與篩選，到預(yù)拌混凝土生產(chǎn)商，最后直至建筑工地，需由諸如工程承包商這樣的最終用戶來評判機制砂混凝土的質(zhì)量。

為了使各相關(guān)方共同解決這一挑戰(zhàn)，COIN混凝土技術(shù)創(chuàng)新中心于2006年成立。自2009年以來，美卓一直是COIN “優(yōu)質(zhì)混凝土用機制砂”項目的積極參與者。該中心的主要作用是提供資金，及為相關(guān)不同行業(yè)的專業(yè)人員、高校與研究機構(gòu)搭建溝通橋梁，目標(biāo)旨在開發(fā)更好的機制砂解決方案。

不同類別的細(xì)骨料：（1）挪威產(chǎn)優(yōu)質(zhì)0/8mm冰水沉積天然砂；（2）劣質(zhì)的0/8mm破碎粗骨料共生物料（不應(yīng)稱為機制砂）；（3）利用優(yōu)化破碎工藝和VSI整形的優(yōu)質(zhì)0/8mm機制砂。

機制砂生產(chǎn)的最新趨勢

機制砂生產(chǎn)的兩種新途徑：一是，選擇最適用的地質(zhì)資源，然后通過骨料整形和設(shè)計級配曲線，來努力復(fù)制“自然特性”。

二是，通過利用其內(nèi)在性質(zhì)，找到等于或好于天然砂的機制砂生產(chǎn)途徑。同時，還包括開發(fā)新的混凝土配比理念，使其適應(yīng)機制砂特性。后者是目前COIN項目的研究方向。

值得注意的是，如果比較諸如抗壓強度和抗拉強度等最重要的凝固混凝土性能，則機制細(xì)骨料通常優(yōu)于天然砂。但是，受到配比的經(jīng)濟性與混凝土和易性（新拌混凝土性能）的制約，機制砂的推廣面臨重重阻力。

機制砂性能的最新研究成果

提高自密實混凝土的市場份額是混凝土行業(yè)的當(dāng)前發(fā)展趨勢。這是一種20年前發(fā)明于日本的特殊混凝土，其具有很好的流動性，可自行密實和平鋪于模板中，無需任何外部振動力。

在前期所實施的COIN項目研究中，作者認(rèn)為細(xì)粒含量很高的機制砂非常適用于這種混凝土。原因是其良好的流動性以及自密實混凝土所要求的高細(xì)粒（≤0.125mm或120目）含量，以保證混凝土中水與顆粒間的良好凝聚，從而避免離析和防止粗骨料顆粒間的咬合作用。

在其他地方所進行的研究也表明：與天然砂混凝土相比，提高機制砂混凝土中細(xì)粒含量在很多情況下效果令人滿意。因為，天然砂中的高細(xì)粒含量通常表示粉砂、粘土或頁巖比例高，這對于混凝土攪拌和凝固都是有害的。

機制砂中幾乎沒有這些有害雜質(zhì)（至少在斯堪的納維亞地區(qū)），而且一定量的細(xì)粒通常會提高填料水泥漿的含量，從而促進較粗骨料顆粒（≤0.125mm或120目）間的潤滑。如果超過細(xì)粒的最佳含量，則會降低水泥漿的流動性，進而導(dǎo)致粗骨料間的潤滑作用失效。

COIN項目的進一步試驗表明，細(xì)粒的類型也非常重要。這就意味著，不僅前述的低于0.250mm（60目）、0.125mm（120目）或0.063mm（230目）的細(xì)粒總比例是一個重要指標(biāo)，而且其所具有的特性也同樣重要。對于不同的破碎細(xì)骨料，特性差異較大。細(xì)粒的最重要特性是粒度分布（比表面積）、礦物成份、顆粒形狀和表面結(jié)構(gòu)。

例如，如果分級（假設(shè)水洗）改變了來自同一礦坑的細(xì)粒（≤0.125mm）的級配，而且這是兩種混凝土配比間僅有的變量（例如，總細(xì)粒含量保持不變），則會對混凝土坍落流動度值產(chǎn)生極大影響（參見下圖）。

機制砂中細(xì)粒級配對新拌混凝土流動特性的影響。如圖所示，對采用來自同一礦坑的兩種級配的已破碎花崗巖/片麻巖細(xì)粒（≤0.125mm）進行的試驗，水和水泥配比為0.5。本例中，細(xì)粒僅占0/16mm骨料總體積的3.3%（57kg/m3），然而，級配不同對坍落流動度值的影響達130mm。

從混凝土技術(shù)的角度來看，可以解釋為： 粒級越細(xì)， 表面積越大，游離水吸附其上，導(dǎo)致水泥漿潤滑的可用水分減少。最新研究結(jié)果還表明，改變較粗機制砂（0.125/2mm和2/4mm）的粒級特性（片狀），對新拌混凝土性能影響不明顯。此外，對于（≤0.125mm）細(xì)粒級如形狀、表面結(jié)構(gòu)和礦物成份等特性，與級配（比表面積）的影響類似。

進一步提高混凝土性能

目前最先進的機制砂生產(chǎn)技術(shù)是VSI整形和濕式或干式分級，以降低總細(xì)粒含量。然而，我們相信，并且我們的研究也顯示：通過改善機制砂細(xì)粒（≤0.125mm）的特性，可以進一步提高混凝土的性能。

這里，必須解決兩個問題，以核實我們的理論是否適用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。第一個問題是混凝土技術(shù)，需要全面了解細(xì)粒的特性及如何影響新拌混凝土的性能。第二是找到工業(yè)化解決方案，可以在骨料采石場對填料特性進行有控制的改善和優(yōu)化。

否則， 我們的研究成果只有科學(xué)性，而其實用性有限。利用美卓提供的設(shè)備驗證其可行性，似乎不是一項艱巨的任務(wù)。因為，如果利用美卓靜態(tài)空氣分級機將機制砂中的細(xì)粒（≤0.125mm）分選為不同的粒度，并儲存于料倉，我們只需要找到之后將其混合在一起的最佳方法即可。

再者，兩級干式空氣分級是如今已廣泛使用的一種技術(shù)，可產(chǎn)出4種粒級的干燥填料，可在混凝土生產(chǎn)之前或之中將其混合在一起。靜態(tài)空氣分級機無任何運動部件，并內(nèi)襯陶瓷襯板，即使是高磨蝕性給料，也可確保很低的磨損成本；因此，其最適用于骨料生產(chǎn)。

同時，該設(shè)備可根據(jù)骨料生產(chǎn)能力進行設(shè)計。而且，不存在與濕式分級工藝（洗礦）有關(guān)的問題，例如脫水槽安裝空間和環(huán)境問題、以及冬季低溫導(dǎo)致的操作故障等。

美卓在開發(fā)未來機制砂解決方案中的角色

通過進行試驗進一步闡述所提出的理論，我們精心制備了一組標(biāo)準(zhǔn)物料（碎石填料），其代表了斯堪的納維亞當(dāng)?shù)氐娜娴刭|(zhì)種類。收集了10個不同采石場的4/22mm石子樣本。然后，巴馬克VSI用同一控制方式將其破碎為細(xì)粒，并篩選出0/4mm機制砂。

本項目以及在其他地方所進行的研究結(jié)果表明，利用破碎工藝，可以改變≤0.125mm細(xì)粒的幾何特性（比如粒型）。例如，增大VSI拋料頭線速度可改善顆粒特性以及減小填料（≤0.125mm或120目）粒度，進而使新拌混凝土性能產(chǎn)生可測量的變化。

經(jīng)VSI破碎后，0/4mm機制砂物料被進一步篩選為-2/4mm和0/2mm兩個粒級。近9噸0/2mm物料被送至美卓設(shè)在美國賓夕法尼亞州Lebanon的空氣分級實驗室，去除填料并改變填料級配。也就是說，最大限度地分選出小于0.125mm的顆粒，并進一步分級為0.063/0.125、0.020/0.0630和0/0.020mm的粒級。

這是美卓設(shè)在美國賓夕法尼亞州Lebanon的空氣分級實驗室，實驗室技術(shù)員和現(xiàn)場服務(wù)工程師John Gettle正在操作干式分級機。

在工業(yè)生產(chǎn)中，通過串聯(lián)1臺重力式慣性（GI）分級機和2臺離心式（C）分級機，可以實現(xiàn)此目的，參見上圖。正如前面所提到的，現(xiàn)在已有一些骨料生產(chǎn)商使用兩臺串聯(lián)的美卓靜態(tài)空氣分級機（GI和C），生產(chǎn)多個不同粒級的細(xì)填料。美卓Lebanon空氣分級實驗室的試驗流程圖。

目前，已完成這10種物料的空氣分級試驗。結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)分級工藝參數(shù)，設(shè)備的分級工藝完全可以達到理想的窄粒級分布效果，即通過一次空氣入口閥和二次空氣入口閥調(diào)節(jié)空氣流（一次和二次空氣比）。

下面的三個曲線圖可以說明試驗結(jié)果，分別為一次分級后全部10種機制砂的初始級配、完全分級級配（填料被全部分離出來）和當(dāng)某個初始級配被選為基準(zhǔn)級配時的混合級配。

研究報告

利用重力式慣性GI空氣分級機一次分級后，全部10種碎石砂中填料的固有級配。100靘處曲線的明顯“折曲”是所采用PSD測量方法的一種假象。

石英石物料完整空氣分級的示例（0/2mm給料分級為0.125/2、0.063/0.125、0.020/0.0630和0/0.020mm的粒級）。

如果以石英石的初始級配作為基準(zhǔn)曲線，試著重組所獲得的粒級，便可實現(xiàn)具有相同精確度的大量更廣范圍的其他曲線。100靘處曲線的明顯“折曲”是所采用PSD測量方法的一種假象。

現(xiàn)在，所獲得的填料已送至挪威科技大學(xué)做進一步研究，以揭示不同填料特性對新拌混凝土性能的影響。

骨料市場中機制砂的應(yīng)用

在已擁有“很成熟”機制砂技術(shù)的情況下，為什么要尋找新的和更復(fù)雜的解決方案？答案很簡單。在許多地方，除天然砂外，骨料價格有時甚至趕不上通貨膨脹的速度。

天然砂價格之所以高于破碎骨料價格，主要有兩個原因。首先，優(yōu)質(zhì)砂決定著達到混凝土標(biāo)號所需水泥的消耗量（在混凝土價格中占比最大）；第二，世界很多地方的優(yōu)質(zhì)天然砂資源幾近枯竭。因此，關(guān)注點集中在機制砂的兩種可能的生產(chǎn)方法上（哪種方法可取，事實上決定于其在所有行業(yè)中的適用性）。

第一種方法也許是最常用的：生產(chǎn)粗骨料，并努力保持競爭性價格。這也是其他供應(yīng)商的共同做法。但是，其每噸的利潤很少，只能依靠大批量生產(chǎn)和銷售，來保持經(jīng)營利潤。

這種經(jīng)營模式對于許多大型采石場難以維系。尤其是去年金融危機后，采用上述經(jīng)營模式的很多特大級采石場產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。提高價格顯然是不可能，因為競爭對手也銷售同樣的產(chǎn)品，且產(chǎn)能過剩。

第二種方法是根據(jù)市場行情銷售高附加值的破碎骨料產(chǎn)品。

從骨料生產(chǎn)商的角度來看，機制砂未來解決方案的基本商業(yè)理念是：開發(fā)生產(chǎn)不同骨料的技術(shù)。這樣，不僅可以保持競爭性價格，而且可生產(chǎn)具有獨特品牌效應(yīng)的高附加值產(chǎn)品。這對于天然砂或普通骨料而言都是不同尋常的。

這種趨勢最近開始取得進展。投資于大幅提高機制砂質(zhì)量的那些生產(chǎn)商注重利用粗骨料生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料，生產(chǎn)不同的機制砂。據(jù)作者了解，目前已有兩個機制砂品牌，分別是美國弗吉尼亞Luck Stone公司生產(chǎn)的ADVANTA@工程混凝土砂，和印度Robo Silicon公司的RoboSand?。事實上，美卓的靜態(tài)空氣分級解決方案ADVANTA@在機制砂生產(chǎn)中已得到應(yīng)用。

Luck Stone公司Goose Creek采石場的兩臺美卓AC22.5GI靜態(tài)空氣分級機，最高產(chǎn)能100tph。Goose Creek采石場雙AC22.5GI靜態(tài)空氣分級機的標(biāo)準(zhǔn)給料和產(chǎn)品。

圖中GI重力分級機的陶瓷襯板與葉片在應(yīng)用8年后仍完好無損。

選擇最佳機制砂生產(chǎn)工藝

證明優(yōu)質(zhì)機制砂物有所值不是一件簡單和容易的事情（即便事實如此！），有兩點原因：如上文所提到的，第一是此前嘗試破碎共生細(xì)料用于混凝土未獲得成功；其次，世界許多地方的立法要求：如果專門用于特殊性能的混凝土，可以區(qū)別使用機制砂，但機制砂不是天然砂的替代品。

盡管如此，每個粗骨料生產(chǎn)商仍有廣泛的選擇途徑來利用廢細(xì)料，例如堆存于貯料堆、低價或不計成本銷售、或者利用各種適用的機制砂生產(chǎn)技術(shù)變廢為寶。

在任何情況下，最佳選擇取決于當(dāng)?shù)厥袌霈F(xiàn)狀以及生產(chǎn)商愿意在產(chǎn)品開發(fā)上所付出的投入。這不僅僅涉及技術(shù)，還有技術(shù)支持、銷售和促銷方面的問題。也就是說，不可能采用與破碎粗骨料相同的方式來銷售機制砂。因為，需要向潛在客戶提供報價書和介紹機制砂的性能，且必須采取大量的市場營銷技術(shù)手段，才能取得成功。

來源：網(wǎng)絡(luò)信息搜集與整理