人工骨料五十年

翁定伯(国电杭州机械设计研究所，浙江杭州)

    人工骨料机械化生产始于1955年的狮子滩工程，至今已有五十年。棒磨机制砂始于1966年的映秀湾，也有四十年历史，我有幸主持了这两个系统的设计，参加这两个系统的试验、建设和使用的全过程。今天我国的人工骨料系统无论从技术，设备和规模上说都不是与当年同日而语的，在当今世界上也是无以论比的。本人有幸见证了这五十年的巨变，我为人工骨料技术的发展而振奋，为我国的人才辈出而骄傲。从我参加一些工程的评标和研讨看，在我们高速发展的同时，也还存在着一些值得探讨和商榷的课题。为了降低能源和资源的过度消耗，就我近年的所见所闻，提几点不成熟的感想，与在座的同行磋商。

   (1)我国的砂石系统设计一开始就受前苏联，后来又受矿山部门的影响，这些影响今天依然在某些工程存在

例如按工序设立车间(工厂)，有车间就有厂房，以车间为中心划分多个工段。矿山选矿系统的产品单一，常以粉料为其产品，破碎级数多，筛分又分预筛分，分级筛分和检查筛分。再加上设容量较大的转料仓，形成许多生产单元。现在一个人工骨料系统，常常有4个以上的筛分“车间”，系统显得过于复杂。只要翻开国外著名厂商的破碎筛分设备样本，即可看到西方国家的砂石系统，比我们简单多了。本来筛分机出来石料即可直接进入破碎机的，如果分成筛分、破碎两个“车间”，物料的提升次数和高度都要增加，平面展开还要占用相当场地。设备、能耗和土建设施都要增多，环保和运行管理也将复杂化。

   (2)砂石系统是个多产品(级配)的生产设施，需要随时保持级配平衡

我们在50年代就吃过开路生产的亏。60年代的映秀湾人工砂系统，就吸取教训，首次采用闭路系统，满足不同时期，不同的级配要求。然而21世纪的今天，仍然有的工程受级配平衡的困扰。依靠控制排料口来控制超径石和调节级配，既难保证不同时期或同一时间内的级配要求，又将恶化同级骨料的粒径分布。

   (3)棒磨机制砂和冲击式制砂机再砂石骨料生产中的作用

我们在65-66年间，对棒磨机制砂作了大量的试验研究，当时由水电总局牵头，组织了全国包括施工研究所、水科院、成都院等8个科研、设计和工程单位20-30人参加的人工砂研究组，对人工砂的设备、原岩、产品特性和人工砂的混凝土性能作了长达10个月的国外资料收集和试验研究。由于当时在国内第一次应用棒磨机制砂，利用类似矿山的原型机，专门设计了周边排料的900 x 1500试验棒磨机和小型模型机对原石料进行大量的试验研究，取得了大量的试验数据。这些成果对设计和生产运行是有重要意义的。从料源选择和设备选型看，真正有价值的是试验机和模型机的试验成果。它可以花较小的代价取得系统的数据。至于类似“原型机”的试验，常常要采集数以百十吨计的原石料，运送千公里去做"原型机"的破碎制砂试验，演示性多于科学性，定性多于定量。设想一个尚未开拓的料场，试料怎么取，取多少，有多少代表性?百来吨的试料能做多少组试验?一个小时处理能力数以百吨计的系统，也许试验条件尚未稳定，试验已经结束了。然而，现在差不多每个工程都要在料源选择阶段做原型机的“生产性”试验。这样做究竟要达到什么目的?起什么作用?是否值得?有此必要吗?取得的数据科学有用吗?我看是有疑问的。从国外的经验看，测定原石的可碎性和磨蚀性指数，都是由专业试验室，采用标准的试验机，按照一定操作程序和规范进行。为了取得混凝土试验用料，可以采用小型试验机生产。如果有关部门建立一个专业试验室，也许目前1～2个工程的试验费用，就可补偿全部投资。此外，40年来，我们应用了多种原石和设备，建有数以十计的系统，生产了致以千万上亿吨计的人工骨料，积累了极其丰富的经验，再辅以实验室的试验，完全可以对科源选择和设备选型作出适当的判断。

   (4)80年代的后期我国大坝工程实行招投标，有的工程在招标文件中，对人工砂提出了分级要求，井限制砂的含水率在6%以下

我们知道机械的方法对砂分级，效率很低，一般需要水力分级。分级不调整级配(不去除其中某些粒径録)，对砂的粒度改善非常有限。而且分级大大增加了工艺流程的复杂性，致使用水量增多，细砂脱水困难，石粉含量难以稳定，环境条件恶化。由于棒磨机制砂，砂的粒度稳定，而粒径分布均匀，虽然湿法生产，但与水力分级相比，用水不多，当前人工砂生产广泛采用立式破碎机，立破产品本来可以是干的，为了分级，人为加水，然后再设法脱水，主要原因就是砂要分级。立式破碎机制品粒径偏粗，稳定性稍差，但能耗和钢耗低，处理能力高。目前国内大多采用立破和棒磨机制品搭配使用，达到取长补短的效果。将砂分级后再按比例配合，与立破和棒磨机两种制品(砂)按比例配合使用，都可改善砂的级配，在本质上差别不大。但后者可以是干砂和湿砂结合，含水量也就大为降低并且可控了。个人认为在制订规范和招标文件的时候，应该打破专业界限，全面衡量细骨料分级和粗细砂搭配的利弊，还要兼顾含水率控制的经济性和可行性。大家知道含水量的稳定和控制，对混凝土，特别是碾压混凝土质量和预冷控制的重要性。

     干法生产的关键在于解决立破的原石含水量控制和砂的干法筛分。粉尘可通过密闭和粉尘量理解决，这方面我国已有许多成功的经验。目前立破系统常采用闭路生产，加之双料流立破的成品率低，致使循环负荷倍增，不仅増加能耗和粉料，也给筛分机带来重荷。在当前大多采用立破和棒磨机联合制砂的情况下，是否可以考虑改闭路为开路，结合原石岩性，全面衡量单料流立破的合理性。单料流立破的产砂率高，开路系统又无循环负荷，筛分的难度也就大大降低。破碎系统的石屑经立破后5 mm以上的超径石都可用作棒磨机原石，配置适当份额的棒磨机制砂，以保证开路系统的料流平衡。目前用的2136捧磨机原是40年前根据映秀湾改装试验数据，为龚嘴工程特订的。龚嘴没有用后来用到乌江渡。我国人工砂规模这么大，仍然用这样的中型机也是太小了。

    (5)砂石系统用水非常可观

一个大型系统，需水量常在每小时千吨以上，回收利用一般也只有一半。虽然取自大江回归大江，但是消耗了能题，污染了大江。人工骨料系统用水，主要用于防尘、排除污泥和腐植质、冲洗骨料、提高细料的筛分效率和棒磨机的制砂能力、作为载体进行分级和输送。二滩在节约用水方面为我们做出了典范。由于二滩原岩没有夹泥，大石不洗，中小石也只用少量水喷淋，回收砂的同时回收水，就连二次筛分的喷淋水也用砂泵送回制冷和砂处理系统再利用。大量水主要用于砂子分级和输送。由于“污水”中的主要成分是石粉和石屑，补充水控制浓度在许可范围内，反复用作输送和湿法处理的载体。只是最后一级锥形沉砂斗的高浓度溢流水及第一级沉砂斗(较脏)溢流水才作为污水排放到沉砂池。根据我们现场的分析，损耗不超过百分之几。用水少了，排污问题也简单了。如果系统能够避免过粉碎，减少石粉生成，总体水的运载量减少，水耗、能耗也都降低。建议对二滩的节水经验好好总结，完善我们的人工骨料系统。

收稿日期：2005-04-21

作者简介：翁定伯(1934-)，男，教授级高2，国电杭州机械设计研究所原副所长。长期从事水利水电工程施工组织设计及施工机械研发，担任工程技术咨询，曾有多篇有关工程施工系统的论文在有关刊物发表。担任施工组织设计手册第4篇的主编。