淺析立軸沖擊破碎機(jī)在石料整形方面的認(rèn)識

時間：2014-12-18作者：上海巍立路橋設(shè)備有限公司瀏覽：38

目前我國公路工程施工中采用的幾乎都是沒有經(jīng)過整形的石料，其具有銳尖、邊棱等特點(diǎn)。用未經(jīng)整形的石料鋪路，路面強(qiáng)度難以**， 究其原因，一是強(qiáng)度不同的銳尖和邊棱會對瀝青粘結(jié)處瀝青膜造成一定的破壞；二是針尖片狀石料容易折碎，也會使路面強(qiáng)度下降； 三是由于石料是由各個規(guī)模不的一石料加工廠生產(chǎn)的，規(guī)格不統(tǒng)一，石料大小不均。
下面對砂石骨料整形研究作一定分析。

     砂石骨料整形的必要性
     將碎石與卵石對混凝土的影響和簡單破碎砂石骨料與石料整形砂石骨料對混凝土的影響分別從粒形和界面上進(jìn)行對比，如表 1、表 2 所示。

表 1 碎石與卵石對混凝土的影響

項目	碎石	卵石
粒型	棱角多，拌合物流動性差	粒形接近球形，拌合物的流動性好
界面	界面粗糙，與砂漿黏結(jié)強(qiáng)度高	界面光滑，與砂漿黏結(jié)強(qiáng)度低

表 2 簡單破碎砂石骨料與顆粒
整形砂石骨料對混凝土的影響

項目	簡單破碎	石料整形
粒型	棱角多，拌合物流動性差	粒形接近球形，拌合物的流動性好
界面	黏附有較多的低強(qiáng)度老砂漿，形成黏結(jié)薄弱點(diǎn)，影響與新砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度	低強(qiáng)度老砂漿被剝離，與新砂漿黏結(jié)強(qiáng)度得到提高

       由表 1 可知，卵石在粒形上有優(yōu)勢，碎石在界面上有優(yōu)勢。從卵石和碎石分別對混凝土工作性和力學(xué)性能、耐久性影響，并結(jié)合國外一些**的混凝土配合比（水泥用量非 常低，卵石砂石骨料所占比例較多，且粗砂石骨料顆粒形貌、粒形、級配、針片狀顆粒含量都比較合理）可知，卵石粒形的優(yōu)點(diǎn)掩蓋了界面的不足，卵石混凝土性能 **碎石混凝土，且成本較低。由表 2 可知，石料整形砂石骨料與簡單破碎砂石骨料相比，粒形和界面均得到了改善，能夠大幅提高混凝土的性能。為了充分利用碎石資源，應(yīng)對砂石骨料進(jìn)行整形處理， 避免直接使用簡單破碎的低品質(zhì)砂石骨料。通過碎石與卵石對混凝土的影響和簡單破碎砂石骨料與石料整形砂石骨料對混凝土的影響，分別從粒形和界面上進(jìn)行對 比，可得出以下結(jié)論：
       （1）卵石在粒形上有優(yōu)勢，碎石在界面上有優(yōu)勢。卵石粒形的優(yōu)點(diǎn)掩蓋了界面的不足，卵石混凝土性能**碎石混凝土。
       （2）經(jīng)過整形處理后的砂石骨料同整形前相比，既具備了粒形優(yōu)勢，又具備了界面優(yōu)勢，能夠顯著提高混凝土的性能。因此有必要對砂石砂石骨料進(jìn)行整形處理，避免直接使用未經(jīng)整形處理的砂石骨料。
       （3）綜合（1）和（2）所得，若對碎石骨料進(jìn)行整形處理，整形后碎石的顆粒形貌、粒形、級配、針片狀顆粒含量均會發(fā)生很大改變，使用此碎石所配制的混凝土的性能（工作性、力學(xué)性能和耐久性）將會大大提高。因此，需對碎石進(jìn)行整形研究。
 
       1.2 砂石骨料整形設(shè)備的研究
      砂石骨料整形設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理見圖 1。

 
       目前市場上，利用整形破碎機(jī)進(jìn)行碎石制砂生產(chǎn)的廠家已經(jīng)有很多，且整形技術(shù)逐漸成熟。PCL立軸沖擊破碎機(jī)（也 稱PCL制砂機(jī)）是上海巍立路橋設(shè)備有限公司研制的一種對石料進(jìn)行綜合處理的設(shè)備。該破碎機(jī)從研發(fā)至今，前后共經(jīng)歷3代，目前已推向市場，該機(jī)是目前砂石 骨料行業(yè)較**的整形制砂設(shè)備之一，在國內(nèi)各大制砂生產(chǎn)線中得到廣泛的應(yīng)用。PCL立軸沖擊破碎機(jī)對原材料的處理入手，將石料的強(qiáng)度、規(guī)范化提高了一個等 級，從而為提高路面質(zhì)量和延長路面使用壽命提供了設(shè)備**。PCL立軸沖擊破碎機(jī)是一種利用高速運(yùn)動的顆粒間的相互沖擊與摩擦作用，有效地打掉顆粒上較為 **的棱角的一種新技術(shù)。PCL立軸沖擊破碎機(jī)由主機(jī)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和壓力密封系統(tǒng)組成，主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)裝有一個立軸式旋轉(zhuǎn)葉輪，工作時 物料由上端進(jìn)料口進(jìn)入主機(jī)內(nèi)，一部分物料經(jīng)葉輪**部進(jìn)入葉輪內(nèi)腔，由于受離心力作用而加速并被高速拋射出去；另一部分物料同時由主機(jī)內(nèi)的分料系統(tǒng)沿葉輪四 周落下，并與葉輪拋射出的物料相碰撞實現(xiàn)粉碎。被粉碎的物料在粉碎腔內(nèi)通過反復(fù)撞擊、剪切和磨擦后，達(dá)到對其石料整形的目的。PCL立軸沖擊破碎機(jī)的性能 特點(diǎn)：
       （1）被粉碎物料的顆粒形狀好，無針狀和片狀顆粒，粉碎物料的堆積密度高，顆粒表面清潔度好；
       （2）合理的粉碎結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了物料與物料之間的碰撞，沒有其它介質(zhì)摻入，物料純度高；
       （3）該機(jī)壓力密封系統(tǒng)保證了主機(jī)工作正常和運(yùn)行穩(wěn)定，延長軸承的使用壽命；
       （4）設(shè)備體積小、產(chǎn)量大、操作簡便、噪音低，安裝和維修方便，易損件及動力消耗低。
 
        PCL立軸沖擊式破碎機(jī)用于碎石整形制砂現(xiàn)場
 
        1.3 砂石骨料整形后對混凝土性能的影響
        根據(jù)卵石與碎石、簡單破碎砂石骨料與石料整形砂石骨料分別對混凝土性能的影響，以及國外與國內(nèi)混凝土配合比的差異，并結(jié)合砂石骨料整形原理，粗顆粒砂石骨料整形后可對混凝土性能產(chǎn)生以下影響：
       （1）簡單破碎的砂石骨料顆粒棱角多，表面粗糙，且含有較多的微裂縫，導(dǎo)致砂石骨料的吸水率大、堆積密度和密實密度小。
       （2）石料整形不僅可以改變砂石骨料的粒形，減少骨料中的微裂縫含量，同時也使砂石骨料中的較小顆粒增多。
       （3）石料整形后的砂石骨料級配好、粒型較好，顆粒堆積密度較整形前平均提高 15% 左右，甚至提高更多。
       （4）石料整形后的砂石骨料的堆積密度和密實密度均較整形前提高了約 100～200kg/m3，空隙率降低 10% 左右，壓碎指標(biāo)降低 30%～40%。
       （5）石料整形后砂石骨料的表觀密度、吸水率較簡單破碎的砂石骨料有提高。
 
       2.砂石骨料整形后的粒形變化
       簡單破碎后的砂石骨料粒形差、表面粗糙、棱角較多，表面含有大量的水泥砂漿塊( 如圖3 所示)。經(jīng)過顆粒整形后的砂石骨料與簡單破碎的砂石骨料相比:表面干凈、光滑，棱角較少，水泥砂漿塊含量減少(如圖4 所示)。
表3 砂石骨料的吸水率%

粒徑范圍/mm	簡單破碎砂石骨料	顆粒整形砂石骨料
2． 5 ～ 5． 0	6.7	5.3
1． 25 ～ 2． 5	7.6	6.2
0． 63 ～ 1． 25	7.1	6.7
0． 315 ～ 0． 63	9.1	8.2
0． 16 ～ 0． 315	11.1	10.1
平均	8.3	7.8

 
        2.2 砂石骨料的顆粒級配
       通過試驗測出簡單破碎的砂石骨料和顆粒整形的砂石骨料的顆粒級配，級配情況見表4。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:兩種砂石骨料的級配均能滿足JGJ 53-92 普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法的要求。
表4 砂石骨料顆粒級配%

粒徑范圍/mm	簡單破碎的砂石骨料		破碎整形的砂石骨料
	分計篩余	累計篩余	分計篩余	累計篩余
25 ～ 31． 5	5． 0	5.0	3.6	3.6
20 ～ 25	13.4	18.4	18.0	21.6
16 ～ 20	24.0	42.4	17.9	39.5
10 ～ 16	32.8	75.2	32.8	72.3
5 ～ 10	24.8	100	27.6	100

 
        2.3 砂石骨料的堆積密度
        經(jīng)測試不同粒級的簡單破碎的砂石骨料和顆粒整形的砂石骨料的堆積密度見表5。數(shù)據(jù)分析表明，通過整形處理可以使砂石骨料的堆積密度提高4%～14.5%，整形的效果是十分顯著的。
表5 砂石骨料堆積密度kg /m3

粒徑范圍/mm	簡單砂石骨料	顆粒整形砂石骨料
5． 0 ～ 10	1 057	1210
10． 0 ～ 16	1 132	1270
16． 0 ～ 20	1 197	1244
20． 0 ～ 25	1182	1291
25． 0 ～ 31． 5	1170	1248

 
        2.4 砂石骨料的堆積密度和密實密度
       砂石骨料混凝土的配合比直接受連續(xù)級配砂石骨料的堆積密度大小的影響。砂石骨料的堆積密度愈大，由其配制的混凝土的砂率則愈小，水泥用量也相對減少。連續(xù)級配的**砂石骨料、簡單破碎砂石骨料及顆粒整形砂石骨料的堆積密度實驗結(jié)果見表6。
表6 砂石骨料的堆積密度和密實密度kg /m3

砂石骨料種類	**砂石骨料	簡單破碎的砂石骨料	顆粒整形的砂石骨料
粒級	5 mm ～ 31． 5 mm	5 mm ～ 31． 5 mm	5 mm ～ 31． 5 mm
堆積密度	1330	1195	1335
密實密度	1480	1355	1525

       實驗數(shù)據(jù)表明，顆粒整形砂石骨料的堆積密度和密實密度較大，**砂石骨料的堆積密度和密實密度次之，簡單破碎的再生砂石骨料的堆積密度和密實密度較小。
 
       2.5 砂石骨料的表觀密度
       砂石骨料的堆積密度和表觀密度均比**碎石骨料要低，這是由于砂石骨料表面粗糙、多棱角，內(nèi)部存在大量微裂縫，表面裹著大量的水泥砂漿的緣故。在混凝土中 較薄弱的部位是界面，通過顆粒的整形處理，既把粘附在骨料表面的部分水泥砂漿從界面處剝離掉了，又改變了砂石骨料的顆粒形態(tài)，不僅使再生砂石骨料的表觀密 度提高了，而且降低了吸水率。砂石骨料的表觀密度試驗數(shù)據(jù)表明( 見表7)，經(jīng)過整形處理后表觀密度略有提高。砂石骨料的堆積空隙率試驗結(jié)果見表8，表明通過整形處理砂石骨料的堆積空隙率下降比較明顯，堆積密度提高，整 形效果顯著。
表7 砂石骨料的表觀密度g /cm3

粒級/mm	簡單破碎的骨料	破碎整形的骨料
25 ～ 31． 5	2． 58	2． 57
20 ～ 25	2． 52	2． 60
16 ～ 20	2． 59	2． 63
10 ～ 16	2． 58	2． 60
5 ～ 10	2． 54	2． 57
5 ～ 31． 5	2． 56	2． 59

表8 砂石骨料的空隙率%

粒級/mm	簡單破碎的骨料	破碎整形的骨料
25 ～ 31． 5	0． 547	0． 514
20 ～ 25	0． 531	0． 503
16 ～ 20	0． 538	0． 527
10 ～ 16	0． 561	0． 512
5 ～ 10	0． 584	0． 529
5 ～ 31． 5	0． 533	0． 485

 
       2.6 砂石骨料的吸水率
       由于整形處理把粘附在骨料表面的水泥砂漿從界面處剝離掉了，因而降低了砂石骨料的吸水率。砂石骨料的吸水率試驗結(jié)果見表9，表明整形處理后的砂石骨料比簡單破碎的再生砂石骨料的吸水率顯著降低。
表9 砂石骨料的吸水率

粒級/mm	簡單破碎的骨料	破碎整形的骨料
25 ～ 31． 5	2． 41	1.21
20 ～ 25	3． 08	1.34
16 ～ 20	*	2.14
10 ～ 16	4.86	3.50
5 ～ 10	7.52	4.26
5 ～ 31． 5	4.70	2.90

 
        2.7 壓碎指標(biāo)
        壓碎指標(biāo)是衡量砂石骨料強(qiáng)度的一個重要參數(shù)。因為受再生砂石骨料表面包裹物(即水泥石和水泥砂漿)的影響，砂石骨料的壓碎指標(biāo)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于**砂石骨料。原 混凝土的強(qiáng)度和制備方法等因素影響了砂石骨料壓碎指標(biāo)值的大小。簡單破碎再生粗骨料、顆粒整形砂石骨料和**砂石骨料的壓碎指標(biāo)值的試驗結(jié)果見表10。試 驗表明:砂石骨料顆粒的三維尺寸愈接近，則壓碎指標(biāo)值愈低;原混凝土的強(qiáng)度愈高，砂石骨料的壓碎指標(biāo)值則愈低;砂石骨料表面水泥石和水泥砂漿附著率愈小， 則壓碎指標(biāo)值愈低。這說明整形處理可以顯著地降低砂石骨料的壓碎指標(biāo)值，提高砂石骨料的強(qiáng)度，其值完全滿足JGJ 53-92 普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法的所有規(guī)定，JGJ 53-92 普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法要求的碎石壓碎指標(biāo)值如表11所示。
表10砂石骨料的壓碎指標(biāo)%

序號	簡單破碎的砂石骨料	破碎整形的砂石骨料	**骨料
1	16.2	9.8	6.3
2	16.8	9.6	5.4
3	14.4	8.8	5.6
平均值	15.8	9.4	5.8

表11 碎石的壓碎指標(biāo)(JGJ 53-92) %

巖石品種	混凝土強(qiáng)度等級	壓碎指標(biāo)值
水成巖	C55 ～ C40	≤10
	≤C35	≤16
變質(zhì)巖或深成的火成巖	C55 ～ C40	≤12
	≤C35	≤20
火成巖	C55 ～ C40	≤13
	≤C35	≤30

         2.8 針片狀顆粒的含量
         針片狀顆粒的含量是影響砂石骨料性能的一個重要指標(biāo)，在再生砂石骨料中存在大量的片狀顆粒。砂石骨料顆粒整形前后針片狀顆粒含量的變化值見表12，試驗表明砂石骨料的顆粒整形效果顯著。
表12 針片狀顆粒含量%

骨料種類	簡單破碎的砂石骨料	顆粒整形的砂石骨料
實測值	5.1	1.5
JGJ 53-92 要求	≥C30 的混凝土，≤15

 
        通過PCL立軸沖擊式破碎機(jī)整形過的砂石骨料較簡單破碎砂石骨料的級配好、粒形好，堆積密度、密實密度和表觀密度提高，吸水率降低，砂石骨料的細(xì)度模數(shù)減小，砂石骨料的壓碎指標(biāo)值降低，針片狀顆粒含量比**碎石骨料還少。顆粒整形后的砂石骨料完全符合混凝土用砂( 中砂)和石的要求。

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