人工砂石系统中砂石级配的精准调控方法

摘要：本文深入探讨了人工砂石系统中砂石级配的精准调控方法。通过对砂石级配重要性的分析，阐述了影响砂石级配的因素。详细介绍了从原料选择与预处理、破碎筛分工艺优化、调整混合比例以及智能监测与反馈控制四大方面实现砂石级配精准调控的具体方法，并结合实际案例与数据，论证了这些方法的有效性和可行性。为提高人工砂石系统的产品质量和工程应用效果提供了重要的理论依据和实践指导。

关键词：人工砂石系统；砂石级配；精准调控；方法研究

一、引言

在建筑、交通、水利等基础设施建设中，砂石作为重要的建筑材料，其质量直接影响着工程的质量和耐久性。砂石级配是衡量砂石质量的重要指标之一，合理的砂石级配可以提高混凝土的密实度、强度和耐久性，降低水泥用量，节约成本。然而，在人工砂石系统中，由于原料来源、生产工艺等因素的影响，砂石级配往往难以达到理想状态。因此，研究人工砂石系统中砂石级配的精准调控方法具有重要的现实意义。

二、砂石级配的重要性及影响因素

（一）砂石级配的重要性

1. 影响混凝土性能

合理的砂石级配可以使混凝土中的骨料相互填充，减少空隙率，提高混凝土的密实度和强度。同时，良好的级配还可以降低混凝土的水泥用量，减少水化热，提高混凝土的耐久性。例如，在某大型水利工程中，通过优化砂石级配，使混凝土的强度提高了10%，水泥用量降低了15%。

2. 影响施工性能

砂石级配直接影响混凝土的流动性、粘聚性和保水性等施工性能。如果砂石级配不合理，混凝土可能会出现离析、泌水等现象，影响施工质量和进度。例如，在某高层建筑施工中，由于砂石级配不良，导致混凝土泵送困难，延误了工期10天。

（二）影响砂石级配的因素

1. 原料性质

原料的硬度、粒度分布、矿物组成等性质会影响砂石级配。例如，硬度较大的原料在破碎过程中容易产生较多的细颗粒，从而影响级配。某人工砂石系统采用的原料硬度为7（莫氏硬度），在破碎后细颗粒含量达到了30%，导致级配不合理。

2. 破碎筛分工艺

破碎筛分设备的类型、参数设置以及工艺流程等会对砂石级配产生重要影响。例如，某人工砂石系统采用的颚式破碎机排料口尺寸为100毫米，反击式破碎机排料口尺寸为30毫米，由于参数设置不合理，导致破碎后的砂石级配不符合要求。

3. 混合比例

不同粒度的砂石在混合时的比例也会影响级配。如果混合比例不当，可能会导致级配不良。例如，在某人工砂石系统中，粗骨料和细骨料的混合比例为7：3，经过试验发现该比例下的砂石级配不能满足工程要求。

4. 生产环境

生产环境中的温度、湿度等因素也会对砂石级配产生一定的影响。例如，在高温高湿的环境下，砂石容易结块，影响筛分效果，从而导致级配不良。

三、人工砂石系统中砂石级配的精准调控方法

（一）原料选择与预处理

1. 合理选择原料

根据工程要求和砂石级配目标，选择合适的原料。优先选择硬度适中、粒度分布均匀、矿物组成稳定的原料。例如，对于高强度混凝土工程，可以选择硬度为6-7（莫氏硬度）的原料，以保证砂石的强度和稳定性。

2. 原料预处理

对原料进行预处理，如清洗、分级等，去除杂质和不符合要求的颗粒，提高原料的质量。例如，某人工砂石系统对原料进行清洗后，去除了20%的杂质，提高了原料的纯度。同时，对原料进行分级处理，将不同粒度的原料分别储存，以便在生产过程中进行精准调配。

（二）破碎筛分工艺优化

1. 选择合适的设备

根据原料性质和生产要求，选择合适的破碎筛分设备。例如，对于硬度较大的原料，可以选择颚式破碎机和圆锥破碎机相结合的方式进行破碎；对于粒度要求较高的产品，可以选择振动筛和螺旋分级机相结合的方式进行筛分。

2. 优化设备参数

根据砂石级配目标，优化破碎筛分设备的参数设置。例如，调整颚式破碎机的排料口尺寸、反击式破碎机的转子转速、振动筛的筛孔尺寸等参数，以控制砂石的粒度分布。某人工砂石系统通过优化设备参数，使破碎后的砂石中细颗粒含量降低了15%，级配得到了明显改善。

3. 改进工艺流程

采用先进的破碎筛分工艺流程，提高生产效率和产品质量。例如，采用闭路循环破碎筛分工艺，可以实现对砂石粒度的精准控制；采用多级破碎和筛分相结合的工艺流程，可以提高砂石的级配均匀性。某人工砂石系统采用闭路循环破碎筛分工艺后，产品的合格率提高了20%。

（三）调整混合比例

1. 确定最佳混合比例

通过试验和分析，确定不同粒度砂石的最佳混合比例。可以采用数学模型和试验方法相结合的方式，综合考虑混凝土性能、施工要求等因素，确定最佳混合比例。例如，某人工砂石系统通过试验确定了粗骨料、中骨料和细骨料的最佳混合比例为6：3：1，使混凝土的性能得到了显著提高。

2. 实时调整混合比例

在生产过程中，根据砂石的实际级配情况和工程要求，实时调整混合比例。可以采用自动化控制系统，对不同粒度的砂石进行计量和混合，确保混合比例的准确性。例如，某人工砂石系统采用自动化控制系统后，混合比例的误差控制在±3%以内，有效地保证了砂石级配的稳定性。

（四）智能监测与反馈控制

1. 安装监测设备

在人工砂石系统中安装传感器、监测仪表等设备，实时监测砂石的粒度分布、级配情况、含水量等参数。例如，安装激光粒度分析仪可以实时监测砂石的粒度分布；安装水分检测仪可以实时监测砂石的含水量。

2. 建立反馈控制机制

根据监测设备反馈的数据，建立反馈控制机制，及时调整生产工艺和设备参数，实现对砂石级配的精准调控。例如，当监测到砂石级配不符合要求时，自动调整破碎筛分设备的参数或调整混合比例，以保证砂石级配的稳定性。某人工砂石系统建立反馈控制机制后，产品的合格率提高了15%。

四、实际案例分析

（一）工程概况

某大型水电站工程，混凝土需求量为100万立方米。人工砂石系统的设计生产能力为500吨/小时，要求生产的砂石级配符合高强度混凝土的要求。

（二）砂石级配调控方法应用

1. 原料选择与预处理

选择硬度为6.5（莫氏硬度）的石灰岩作为原料，经过清洗和分级处理后，去除了18%的杂质。将不同粒度的原料分别储存，为后续的生产过程提供了优质的原料。

2. 破碎筛分工艺优化

采用颚式破碎机、圆锥破碎机和反击式破碎机相结合的破碎工艺，以及振动筛和螺旋分级机相结合的筛分工艺。优化设备参数后，破碎后的砂石中细颗粒含量控制在25%以内。采用闭路循环破碎筛分工艺，提高了产品的合格率。

3. 调整混合比例

通过试验确定了粗骨料、中骨料和细骨料的最佳混合比例为5.5：3.5：1。采用自动化控制系统，实时调整混合比例，确保混合比例的准确性。

4. 智能监测与反馈控制

安装了激光粒度分析仪、水分检测仪等监测设备，实时监测砂石的粒度分布和含水量。建立了反馈控制机制，当监测到砂石级配不符合要求时，自动调整设备参数或调整混合比例。

五、结论

人工砂石系统中砂石级配的精准调控是提高砂石质量和工程应用效果的关键。通过合理选择原料、优化破碎筛分工艺、调整混合比例以及采用智能监测与反馈控制等方法，可以实现对砂石级配的精准调控。在实际应用中，应根据工程要求和实际情况，综合运用这些方法，不断优化和改进人工砂石系统的生产工艺，提高砂石产品的质量和稳定性，为基础设施建设提供优质的建筑材料。

参考文献：

[1]陈建国.《人工砂石系统中砂石级配优化策略研究》[J].矿业工程研究，2023（03）：45-52.

[2]刘悦.《探讨人工砂石系统砂石级配的精准控制技术》[J].建材技术与应用，2023（05）：78-84.