砂石混凝土系统设计与生产

摘要: 水利水电工程建设中，砂石混凝土生产系统的良好规划与实施对保证工程混凝土生产强度与质量、优化混凝土综合技术经济指标起着重要作用。银盘水电站工程混凝土工程量大、施工强度高，砂石混凝土生产系统综合技术经济指标对工程的造价、工程质量、施工进度都有重大影响。介绍了银盘水电站砂石加工系统与混凝土生产系统的规划设计与运行状况，对砂石混凝土系统的设计与生产运行有一定的借鉴作用。

　　1 概述
　　　　 水利水电工程施工中，混凝土生产系统和砂石加工系统是生产优质混凝土的重要保证，亦是确保工程建设工期的关键所在。银盘水电站工程混凝土量较大，混凝土施工强度较高，混凝土质量要求严格，砂石加工系统与混凝土生产系统的规划与设计是保证其工程质量与施工进度的关键。根据工程施工总体规划，在左岸集中设置了董家沟砂石加工系统集中生产混凝土骨料，以满足工程对混凝土骨料的要求。在左岸盐店嘴设置一座混凝土生产系统，主要供应大坝、电站厂房等建筑物施工所需的混凝土;在上游银盘大桥右岸桥头设置一座混凝土生产系统，主要供应一期导流工程、三期通航建筑物施工所需混凝土。
　　　　 银盘水电站工程一期施工已完成，二期工程正在进行，1a多的生产实践表明，砂石混凝土生产系统的设计工艺流畅、布置合理，设备选型正确，运行状况良好，能满足银盘工程施工的需要。

　　2 董家沟砂石加工系统设计
　　　　 银盘水电站工程施工中规划的董家沟砂石加工系统位于银盘左岸、坝轴线下游，是银盘水电站工程施工所需混凝土骨料生产基地，原料为余家店子料场灰岩。系统布置靠近料场，在料场可开采高程以下，左岸盐店嘴混凝土生产系统布置高程之上。系统规模按满足15万m3／月混凝土生产强度设计，毛料处理能力1450t／h，成品砂石料生产能力1100t／h，其中成品砂生产能力350t／h。
　　2。1 主要工艺
　　　　 根据银盘水电站工程施工的特点和工程对混凝土骨料的质量要求，骨料加工总体工艺为3段破碎、湿法生产、立轴制砂的生产工艺，其中粗碎开路、中碎闭路，立轴冲击破制砂和第3筛分构成闭路、并补充棒磨机开路生产以调节砂的细度模数、回收石粉。其工艺要点为:
　　（1）粗碎、中碎采用反击式破碎机，细碎制砂采用立轴冲击破与棒磨机联合;
　　（2）一筛筛下设置洗泥、二筛干筛、三筛湿筛;
　　（3）设置石粉回收，碾压混凝土与常态混凝土用砂分别堆存;
　　（4）采用转料仓和转运竖井降低高差;
　　（5）砂石加工系统与混凝土生产系统之间成品骨料由胶带机连接。
　　2。2 工艺特点
　　　　 董家沟砂石加工工艺流程设计，综合考虑了工程混凝土施工所需砂石料的各种要求，在满足高峰生产强度需要的基础上，重点考虑了系统长期运行可靠性的要求，并在工艺设计和设备选用配置上予以充分的考虑:
　　（1）系统关键加工设备采用技术先进、质量可靠、单机生产能力大的设备，且同类型主要设备配置数量均不少于3台，提高了系统长期运行的可靠性。
　　（2）工程需要的成品混凝土骨料为四级配，粗碎和中碎采用破碎比大的反击式破碎机，能减少破碎工序，优化设备配置。根据工艺流程，系统能灵活调整砂石生产级配，使之与混凝土需用级配相适应，系统循环负荷相对较小。
　　（3）采用立式冲击破与棒磨机联合制砂工艺，成品砂质量稳定，级配均匀，砂的细度模数和石粉含量较易控制。
　　（4）借鉴了其他工程先进的成品砂脱水处理工艺，采用机械脱水部分取代传统的自然脱水方法，占地小，脱水速度快，能确保成品砂含水率的稳定，特别是石粉回收能有效保证成品砂中石粉含量均匀、稳定。
　　（5）采用转运竖井与胶带机联合运输降低砂石混凝土系统的高差，同时通过转运来降低成品砂的含水率。
　　2。3 主要设备选型
　　　　 破碎设备的选型涉及到包括原材料的物理性能、系统的工艺流程、系统前后工序的匹配、系统需要的生产能力等诸多因素，银盘水电站董家沟砂石加工系统主要设备选型包括以下要点:
　　（1）粗碎设备主要处理料场汽车运输来料，需要有较大的处理能力，并能处理较大块度的岩石。适合作粗碎的设备较多，有颚式破碎机、旋回破碎机、反击式破碎机等，颚式破碎机因破碎比小，后续工艺也较复杂，需要采用多段破碎流程才能获得合格的成品砂石料，因此对生产规模较大、砂石料质量要求较高的加工系统不常采用;旋回破碎机具有运行平稳、进料粒径和处理能力大、适应性强、破碎料粒径较好的优点，但其设备基础工程量大，一次性投资高;反击破碎机的优点是结构较简单，基础工程量较少，而破碎机的破碎比大、产品粒形好，特别适合灰岩等比较软的岩石。董家沟砂石加工系统粗碎要求生产能力为1450t／h，选择3台P500反击式破碎机，单台处理能力可达560t／h，最大可处理1000mm块度的原料，破碎比为4。2，设备负荷率为87％。
　　（2）中碎的功能主要是处理半成品中的超径石和各级成品料的多余料，不仅要求有处理大径石的能力，同时要求对系统生产不同级配的骨料时进行调整。中碎设备可以选择反击破碎机，也可以选择圆锥破碎机。由于反击式破碎机的破碎比大，破碎后粒形好，对于磨蚀性较小的灰岩，有其独特的优势，特别是允许进料尺寸较大，产品粒径小于80mm。因此选择3台NP1315反击破碎机作为中碎设备，大大简化了工艺流程，设备破碎比为3。5，设备负荷率为77％。
　　（3）人工砂的生产，可分为棒磨机制砂和破碎机制砂两大类，棒磨机制砂具有工艺稳定、成熟的特点;破碎机制砂有立式冲击破碎制砂和旋盘层压破碎等类形式，但目前应用较多的是立式冲击破碎机。立式冲击破碎机比棒磨机体积小、基础简单、制砂效率较高的优点，但立式冲击破碎机制砂是不完全制砂，需要闭路循环，流程中循环量较大，成品砂的细度模数较大、颗粒较粗，且颗粒级配不甚理想，尤其是在采用石灰岩制砂时，有粗砂与石粉较多、中间级别颗粒偏少的缺点。为此需要辅以容易控制、质量稳定的棒磨机制砂作为调节，互相补充。实际上，成品砂是由立式冲击破制砂、棒磨机制砂和部分小于5mm的筛下料、以及回收石粉4大部分掺和而成的，使砂产品的颗粒组成更合理。董家沟砂石加工系统制砂采用4台立式冲击破与4台棒磨机联合制砂，成品砂生产能力可达390t／h。
　　（4）董家沟砂石加工系统制砂作业中采用湿法生产工艺，通过螺旋洗砂机进行砂水分离的过程中，有一部份细砂流失，不仅造成成品砂中细砂颗粒偏少，而且会给后续的水处理工艺造成困难。因此工艺上设计了细砂回收工序，采用2套细砂回收装置。棒磨车间中螺旋洗砂机的溢流水和第3级筛分车间的螺旋洗砂机的溢流水中会有一部份石粉和细砂，溢流水通过自流渠道流入集浆池，集浆池底部的管道与砂泵连接，砂泵将砂浆泵入细砂回收装置，经处理后的石粉进入石粉回收胶带机。经回收装置的溢流水通过管渠排入废水处理车间。细砂回收装置的处理能力为170m3／h，可回收石粉40～50t／h。
　　2。4 主要布置特点
　　　　 砂石加工系统的布置需综合考虑工程施工总体布置、料源情况、水文、地质、环境保护等因素，在具体布置时需与料场位置、骨料运输方案、工程分期、施工标段等条件综合比较选定。董家沟砂石加工系统的布置有如下特点:
　　（1）砂石加工系统选址在余家店子料场的下方、左岸盐店嘴混凝土生产系统的上方，减少物料的运输线路，物料的运输可采用输送成本较低的胶带机。
　　（2）根据地形自上而下进行系统布置，充分利用地形，利用物料自上而下输送的势能，减少了系统输送设备的功率，减少了系统的运行费用。
　　（3）系统布置在料场以下的坡地上，场地狭窄，但充分利用了马鞍型地形作为堆场。
　　（4）砂石系统粗碎车间与混凝土系统的拌和楼高差170m，为了物料的平稳运行，降低物料的输送高差，设置了4条直径8m（输送粗骨料）、2条直径5m（输送砂）、深度约90m的物料输送竖井（兼作部分储料功能），不仅有效地降低了高差，并缩短了物料的运距。

　　3 混凝土生产系统设计
　　　　 混凝土生产系统是保证生产合格的混凝土和提供施工需要的混凝土强度，提高混凝土生产的经济性、技术性，是降低工程造价、保证工程工期的关键所在。银盘水电站工程混凝土量较大，左、右岸分散，需要左、右岸分别设置混凝土生产系统，系统均采用二次筛分技术、二次风冷技术、骨料配料自动化以及质量控制实现全过程监控，实践证明，这些新技术、新工艺的应用对保证混凝土的拌和质量、提高混凝土的技术经济性能起着重要作用。混凝土生产系统中的主要设施包括拌和楼、骨料储运设施、胶凝材料储运设施、二次冲洗筛分设施、实验室、外加剂车间、其他辅助车间等。这些设施如何能有机地组织起来，充分发挥他们各自的功能，保障混凝土生产系统能协调一致地工作，充分发挥混凝土生产系统的生产能力，保证混凝土生产能顺利进行，是设计的关键。
　　3。1 系统生产能力的配置
　　　　 右岸桥头混凝土生产系统设置1座4×3m3 自落式拌和楼，铭牌常态生产能力为240m3／h，月生产能力可达7万m3 ，碾压混凝土为200m3／h，12～14℃预冷混凝土生产能力135m3／h，可满足工程一、三期施工的需要;左岸盐店嘴混凝土生产系统设置4×3m3 拌和楼和3×1。5m3 自落式拌和楼各1座，铭牌常态生产能力为355m3／h，月生产能力可达11万m3 ，12～14℃预冷混凝土生产能力260m3／h可满足工程二期施工的需要。
　　3。2 胶凝材料储运设施
　　　　 银盘水电站工程建设没有规划胶凝材料中转库，但在右岸桥头混凝土生产系统设置4个1100m3 大型胶凝材料储罐，其中2个储存水泥，2个储存粉煤灰，可满足系统高峰月5～8d的用量;在左岸盐店嘴混凝土生产系统设置7座1100m3 大型胶凝材料储罐，其中4个储存水泥，3个储存粉煤灰，可满足系统高峰月8～10d的用量。胶凝材料通过汽车或水路运输，采用专用胶凝材料罐装运。系统内胶凝材料为气力输送，能自由地布置管路、维修维护少、并能较好地防止粉尘污染。胶凝材料这些储运设施确保了混凝土生产系统的正常运转。
　　3。3 骨料储运设施与二次筛分
　　　　 右岸桥头混凝土生产系统设置专用混凝土骨料堆场，采用汽车从董家沟砂石加工系统装车运输;左岸盐店嘴混凝土生产系统与董家沟砂石加工系统共用堆场，所需骨料采用胶带机运输。为确保混凝土骨料的质量，两系统均采用地面二次筛分系统，可确保混凝土粗骨料表面干净、超逊径满足规范要求。
　　3。4 骨料预冷新技术的应用
　　　　 两次风冷骨料技术是设计利用地面设置的一次风冷料仓对骨料进行第一次风冷，以代替以往工程中常规采用的水冷骨料工艺。骨料一次风冷完成后，再通过保温上料胶带机进入拌和楼储料仓，并在仓内进行二次风冷，以达到所需的骨料温度。银盘水电站两混凝土生产系统采用二次风冷技术进行混凝土骨料预冷，可使混凝土出机口温度控制在14℃以下，对满足工程施工的需要、提高混凝土质量、降低单价起到了关键作用。

　　4 砂石混凝土系统运行状况
　　　　 董家沟砂石加工系统采用反击式破碎机作为粗、中碎，立式冲击破制砂与棒磨机联合制砂的湿式生产工艺，采用多个堆场堆存、竖井降低高差的储运方案。系统于2006年11月建成投产，从生产的状况看，可以归纳以下几点:
　　（1）粗碎、中碎、制砂设备的选型及匹配是合适的，能满足高峰生产的需要和不同级配调节的需要，但从粗碎后的半成品料分析，80～40mm料偏少，这和反击式破碎机产品特性也相一致，目前通过生产调试，已改变了这一状况。
　　（2）从现有资料分析，粗骨料的针片状远小于15％，满足规范要求。董家沟砂石加工系统正是利用反击式破碎机产品粒形方正的优点，可以大大减少大中石针片状含量，这对于保证混凝土的质量是十分有利的。
　　（3）砂细度模数的调整采用棒磨机制砂和掺加石粉，既能保证砂的产量，又能保证成品砂中级配的连续和石粉含量。由于粗碎、中碎采用反击式破碎机，在粗骨料分级后小于5mm的石渣所占总处理量的比例高达15％～25％，这部分石渣的细度模数高达3。3～3。7，如果弃之不用，则可能造成浪费和污染，采用冲击式破碎机与棒磨机联合制砂可以将石渣中大于3mm的物料进入冲击式破碎机进行整形，不仅使砂有较好的粒形，同时也增加砂中石粉的含量。
　　（4）由于高差较大，转运环节较多，且运行期间没有严格按竖井储满给料的运行规程，竖井转运粗骨料有一定的破损，逊径较多，在混凝土生产系统中设置二次筛分设施，可确保混凝土骨料的质量。
　　目前，右岸桥头混凝土生产系统一期任务已经完成，从运行状况看，达到了系统的设计要求，但由于骨料经过多次转运，造成的骨料破损较大，二次筛分后产生的渣量较大。如能将其运至砂石加工系统进行再加工成成品砂，变废为宝，不失为一条很好的处理途径。

　　5 结语
　　　　 砂石加工系统与混凝土生产系统的规划与设计是水利水电工程施工规划的重要内容，是直接影响工程质量和工程进度的关键因素;同时砂石混凝土生产系统的运行维护是确保按设计生产合格产品的重要保证。
　　（1）砂石加工系统与混凝土生产系统的规划应根据主体工程的布置、施工总体规划、现场的地形与地质条件、混凝土骨料料场的位置与开采运输方式等因素进行综合考虑。
　　（2）砂石加工系统根据料场的条件可将整个系统或半成品加工就近在料场附近布置，但混凝土生产系统应尽量靠近混凝土浇筑仓面，以保证混凝土的快速运输。
　　（3）在水资源集中的西南地区，水电站施工区的地形、地质条件较差，合理规划大型施工工厂对降低工程造价、保证工程质量和工程进度有着重要的意义。
　　（4）砂石混凝土系统的运行维护是保证生产合格混凝土骨料的关键。