本文以烏東德水電站雙曲拱壩混凝土砂石骨料生產(chǎn)為例，介紹如何通過工藝改進粗、細骨料的質(zhì)量。

 

 

 

　　施期料場作為烏東德大壩混凝土唯一料源，料場開采范圍內(nèi)，地層巖性相對簡單，垂直方向巖性存在明顯差異，上部為灰色薄層－厚層白云巖夾淺灰白色薄層－厚層大理化白云巖;中、下部以灰色中厚層(20～50cm)－厚層(50～100cm)灰?guī)r為主，偶夾淺灰白色中厚層大理巖，巖質(zhì)堅硬、強度高。因其巖體層狀結(jié)構(gòu)特性，使得在傳統(tǒng)工藝下，加工過程中更容易出現(xiàn)針片狀顆粒含量超標、骨料粒型不佳等問題。針片狀顆粒的存在不僅影響混凝土的和易性，而且由于本身易折斷，其抗壓強度相對較低，對硬化后混凝土的物理力學(xué)性能亦存在不利影響。

 

　　設(shè)計爆破環(huán)節(jié)粗骨料生產(chǎn)問題

 

　　施期料場原始爆破開挖過程中，在設(shè)計環(huán)節(jié)未結(jié)合層狀灰?guī)r特點，針對性開展爆破設(shè)計，而采用統(tǒng)一的爆破設(shè)計參數(shù)，對爆破后毛料粒徑進行篩分試驗發(fā)現(xiàn)，粒徑在150mm以上的塊石占比約為53%，表明爆破后毛料粒徑級配一般。

 

　　設(shè)計粗碎、中碎、細碎環(huán)節(jié)粗骨料生產(chǎn)問題

 

　　粗碎環(huán)節(jié)的問題：施期系統(tǒng)顎式破碎機配置6根棒條給料機進行初步篩分，棒條給料機棒條間距約為150mm，經(jīng)棒條預(yù)分級后＞150mm的進入顎式破碎機破碎，＜150mm的毛料通過膠帶機進入后續(xù)加工環(huán)節(jié)，導(dǎo)致部分針片狀骨料未進行破碎直接進入成品料堆，造成成品料堆中針片狀含量升高，甚至部分骨料超徑，特大石針片狀含量合格率僅為50.1%，超徑合格率為80.9%，遜徑合格率為85.5%。

 

　　中碎及一篩環(huán)節(jié)的問題：經(jīng)一篩分離出的特大石超徑料(＞150mm石料)及特大石富余成品料進入中碎車間，一篩車間上層篩網(wǎng)通常為158mm(安裝角度20°時水平投影尺寸約為150mm)的方孔聚氨酯篩網(wǎng)，為特大石超徑篩，負責分離出＞150mm的石料，篩網(wǎng)孔排布如圖1所示。但方孔對角線長度＞150mm，實際生產(chǎn)過程中因“對角線效應(yīng)”極易導(dǎo)致＞150mm的石料也能穿過篩孔，造成部分成品特大石出現(xiàn)超徑，導(dǎo)致中碎進料量小，特大石、大石整形效果不佳。

 

 

　　細碎及二篩環(huán)節(jié)的問題：經(jīng)二篩分離出的大石超徑料(＞80mm石料)及大石成品料，進入細碎車間及大石成品堆場。設(shè)計細碎車間出料開口為40mm，導(dǎo)致部分半成品骨料加工過程中未進入細碎環(huán)節(jié)，經(jīng)二篩直接進入成品料堆，造成大石成品料針片狀含量升高。

 

　　二篩車間下層設(shè)置三層篩網(wǎng)的振動篩，二臺振動篩為一組，分級粒徑分別為30～40mm、20～30mm、5～20mm和20～40mm、10～20mm、5～10mm。通過2組振動篩出料溜槽的調(diào)整，可同時篩分出中石和小石，但由于細碎(反擊式破碎機)僅對中石、小石等稍大粒徑石料有整形作用，而對小石沒有全整形作用，導(dǎo)致通過以上工藝流程分級出的小石針片狀含量較高。大石針片狀含量合格率為56.5%，超徑合格率為52.2%，遜徑合格率為77.8%;中石針片狀含量合格率為62.5%，超徑合格率為81.3%，遜徑合格率為81.3%。

 

　　細骨料生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)

 

　　施期系統(tǒng)按供應(yīng)混凝土高峰澆筑強度13萬方/月進行設(shè)計，2018年7—12月，大壩、二道壩混凝土澆筑高峰疊加，混凝土實際需求達到了15.5萬方/月，2019年9月，850混凝土系統(tǒng)、880混凝土系統(tǒng)拆除后，大壩、地廠、導(dǎo)流洞封堵、泄洪洞、水墊塘邊坡等關(guān)鍵部位混凝土施工高峰疊加，混凝土實際需求達到了18萬方/月，相應(yīng)的綜合砂率由原設(shè)計的28.0%要提高至36.3%。同時，為嚴格執(zhí)行烏東德細骨料控制標準，2019年9—12月份混凝土高峰生產(chǎn)時，施期系統(tǒng)生產(chǎn)帶來一系列困難，具體表現(xiàn)為:

 

　　①當滿足了高峰產(chǎn)量，會導(dǎo)致成品砂細度模數(shù)超標;

 

　?、诋敿毝饶?shù)滿足烏東德標準，成品砂產(chǎn)量受影響，同時微粒含量超標。

 

　　系統(tǒng)前期調(diào)試階段時采用二篩、三篩由4.5mm和3.5mm2種孔徑的篩網(wǎng)組合、三臺棒磨機運行，粗、細骨料生產(chǎn)能力滿足原設(shè)計要求，生產(chǎn)質(zhì)量滿足水工規(guī)范要求，制砂能力可達到252.5t/h，但“細度模數(shù)”“石粉含量”“微粒含量”按照烏東德標準評價時，合格率比較低，成品砂質(zhì)量合格率僅為42.7%。系統(tǒng)原制砂各環(huán)節(jié)存在的問題具體表現(xiàn)為:

 

　　(1)原二篩、三篩制砂細度模數(shù)偏大。二篩車間由2臺反擊式破碎機和4組振動篩組成兩條生產(chǎn)線，二篩環(huán)節(jié)產(chǎn)砂量為50～90t/h，占成品砂總量的20%～35%。三篩車間由5臺立軸式?jīng)_擊破碎機和6組振動篩構(gòu)成3條生產(chǎn)線，單條線產(chǎn)砂量為45～55t/h，兩條線生產(chǎn)時，占成品砂總量的40%～50%。原設(shè)計組合砂篩網(wǎng)為2種孔徑，分別為4.5mm和3.5mm，該種組合篩網(wǎng)產(chǎn)砂粒徑整體偏粗，細度模數(shù)偏高(3.10～3.37)，石粉含量約12.5%，石粉中微粒含量約42.0%。

 

　　(2)原棒磨制砂環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)能力不足。棒磨車間主要用于調(diào)節(jié)成品砂的細度模數(shù)，配置3臺棒磨機(正常運行時“兩用一備”)，其制砂粒徑整體偏小，細度模數(shù)為2.0～2.45，石粉含量約16.6%，石粉中微粒含量約44.7%。棒磨機單臺產(chǎn)量約為20～25t/h，2臺運行時，制砂占比較低，占成品砂總量的23%～29%，對成品砂顆粒級配及細度模數(shù)的調(diào)節(jié)能力不足。

 

　　(3)原石粉回收環(huán)節(jié)回摻不均勻。石粉回收車間主要用于調(diào)整砂的石粉含量，配置2臺石粉回收裝置，單臺產(chǎn)量約為10～15t/h，占成品砂總量的2%～6%，石粉含量約56.0%，石粉中微粒含量約59.5%。調(diào)試階段，回摻石粉存在板結(jié)、結(jié)團現(xiàn)象，導(dǎo)致石粉回摻不均勻，石粉含量合格率較低，約為61.4%。

 

　　(4)石粉含量及微粒含量控制難度較大。①灰?guī)r料源加工過程中極易產(chǎn)生石粉及微粒，尤其是四級配骨料聯(lián)動生產(chǎn)時，石粉及微粒含量極易超標。②成品砂的石粉、微粒由二篩、三篩、棒磨機和石粉回收車間共同產(chǎn)生，生產(chǎn)流程長、影響因素多，控制難度大。③系統(tǒng)采用濕法生產(chǎn)，石粉及微量大部分進入廢水，并通過石粉回收車間回收利用，該環(huán)節(jié)控制難度較大。

 

 

　　粗骨料粒型控制工藝改進

 

　　(1)按層設(shè)計料源爆破參數(shù)。由于料場灰?guī)r為層狀陡傾地層，巖石構(gòu)造為互層－中厚層－厚層狀，爆破開挖過程中，結(jié)合順巖層和垂直巖層2種抵抗線特點微調(diào)裝藥量，并將原來的3排炮孔優(yōu)化為2排，在滿足粗碎進料口粒徑750mm以下盡可能增大毛料塊徑。

 

　　順巖層抵抗線使用第1組爆破參數(shù)。爆破孔2排，孔徑115mm，藥卷直徑70mm，單元爆破孔數(shù)量＜40個，排距、孔距呈4.0m×6.0m梅花形布置，控制單耗≈0.35kg/m3，單孔藥量126kg，梯段爆破高度≤15m，堵塞長度4m。

 

　　垂直巖層抵抗線使用第2組爆破參數(shù)?？刂茊魏?asymp;0.36kg/m3，單孔藥量130kg，其他參數(shù)同第1組爆破參數(shù)。

 

　　(2)調(diào)整粗碎棒條給料機棒條間距。將棒條給料機原有的6根棒條增加至7根，原棒條間距約150mm調(diào)整為約100mm(圖2)，增大顎式破碎機的給料量，使＞100mm的毛料進入顎式破碎機破碎，最大限度地增加破碎機對骨料的擠壓和破碎，減少毛料中的針片狀含量。

 

 

　　(3)調(diào)整篩網(wǎng)形式。在滿足特大石產(chǎn)量的前提下，將一篩方孔篩網(wǎng)調(diào)整為圓孔篩網(wǎng)(圖3)，保證篩孔各方向孔徑均相同，防止超徑石料進入特大石成品骨料中，同時增加中碎環(huán)節(jié)進料量，改善特大石及大石骨料粒型。

 

　　(4)增大細碎進料量及出料開口。在滿足大石產(chǎn)量的情況下，利用翻板門可將其中任意一組大石導(dǎo)入細碎料倉(圖4)，增大細碎車間進料量，增加循環(huán)流量，促進骨料整形，減少大石及后續(xù)成品骨料的針片狀含量。

 

振動篩出料端翻板門示意圖

 

　　(5)增設(shè)小石超細碎全整形工藝。經(jīng)二篩分分級后，富余的20～40mm及5～20mm骨料全部進入超細碎調(diào)節(jié)堆場，該部分骨料再經(jīng)立軸破碎機加工整形，經(jīng)三篩環(huán)節(jié)篩選出全整形的成品小石(圖5)。

 

 

圖5 小石超細碎整形工藝流程

 

　　(6)嚴格控制超遜徑及中徑篩余指標。將中徑篩網(wǎng)調(diào)整為超遜徑組合篩網(wǎng)，將特大石方孔篩網(wǎng)改為圓孔鋼板篩網(wǎng);生產(chǎn)環(huán)節(jié)，保證成品料倉高料位生產(chǎn)，降低骨料跌落高度。

 

　　(1)提出了成品砂產(chǎn)量和質(zhì)量控制模型。烏東德工程成品砂產(chǎn)量和質(zhì)量控制模型，如式(1)所示。

 

　　(A+B+C)·FM=A·FM1+B·FM2+C·FM3。(1)式中:FM為成品砂細度模數(shù);FM1為二篩、三篩產(chǎn)砂的細度模數(shù);FM2為棒磨機產(chǎn)砂的細度模數(shù);FM3為回摻石粉的細度模數(shù);A+B+C為成品砂小時產(chǎn)量，其中A為二篩、三篩小時產(chǎn)砂量，B為棒磨機小時產(chǎn)砂量，C為石粉小時回收摻量。

 

　　通過整體調(diào)整二篩、三篩、棒磨機產(chǎn)砂及回摻石粉量，綜合指導(dǎo)成品砂細度模數(shù)的控制。

 

　　(2)合理調(diào)整二篩、三篩篩網(wǎng)孔徑組合，降低二篩、三篩產(chǎn)砂的細度模數(shù)。將原二篩、三篩2種孔徑(4.5、3.5mm)的篩網(wǎng)組合調(diào)整為4種孔徑(2.8、3、3.5、4mm)的篩網(wǎng)組合，將二篩、三篩產(chǎn)砂的細度模數(shù)控制在3.0以下。

 

　　(3)改進石粉回摻工藝，保證石粉回摻均勻。通過在石粉回收車間直線脫水篩下部新增螺旋粉碎機，對結(jié)塊、結(jié)團石粉進行粉碎;并在石粉回摻皮帶端頭增設(shè)翻板，調(diào)節(jié)回摻量，保證石粉回摻均勻、可控，提高石粉含量的合格率。

 

　　(4)增加棒磨制砂設(shè)備，提高棒磨制砂產(chǎn)能及其綜合調(diào)節(jié)能力。在原棒磨制砂環(huán)節(jié)，增加2臺棒磨機，將棒磨制砂產(chǎn)能提高至100～125t/h，成品砂占比提高至30%～40%，同時提高棒磨制砂對二篩、三篩制砂顆粒級配的調(diào)節(jié)能力，改善成品砂顆粒級配和細度模數(shù)。

 

　　(5)精細化管理棒磨機運行參數(shù)，保證微粒含量穩(wěn)定可控。在保證棒磨機產(chǎn)砂量的前提下，通過在進水管處加裝流量表、改裝進料弧門、調(diào)整加棒量的比例，結(jié)合微粒含量與進水量、進料量、加棒量的定量關(guān)系，精細化管理棒磨機運行參數(shù)，保證微粒含量滿足烏東德標準。

 

　　通過對砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的改進，使粗、細骨料既能滿足烏東德工程大壩混凝土生產(chǎn)需求量，且骨料關(guān)鍵技術(shù)指標也能達到烏東德工程高標準要求，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，保證了大壩混凝土的品質(zhì)與工程進度。