溪洛渡大壩混凝土粗骨料針片狀中小石含量控制及生產工藝改造

鐘建軍，曾 麗，向 飛

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡水電站大壩混凝土粗骨料從塘房坪有用料渣場回采，由塘房坪加工系統生產，巖石成分為玄武巖;細骨料由大戲廠山體開采，馬家河壩加工系統生產，成分為石灰巖骨料。

塘房坪人工粗骨料加工系統設計成品生產能力約1 410t/h，毛料處理能力約1 880 t/h，二班制生產。成品粗骨料級配參考值:特大石∶大石∶中石∶小石 =26∶23∶25∶26。加工系統的原料為導流洞、泄洪洞、放空洞、引水發電系統等地下洞室開挖的石渣，巖性以玄武巖為主，角礫熔巖占20% ～30%，巖石為非活性骨料，料源不富裕。經檢測分析，其中超徑石約占16%～28%，料徑小于20mm的約占12%，針片狀粒形為主要形狀。

2 粗骨料針片狀含量對大壩混凝土質量的影響

大壩混凝土強度等級為C18030F300W13、C18035F300W14、C18040 F300W15三類。C18040F300W15為主要使用混凝土，以四級配為主，設計水膠比0.41，水泥用量不超過130kg，用水量不超過85kg，施工工作度為2～4cm。基于以上要求，粗骨料中針片狀含量應得到優化和嚴格控制，且針片狀含量降低有利于改善混凝土工作性能、降低骨料空隙率、提高混凝土強度、減少用水量和提高經濟效益。

塘房坪粗骨料加工系統于2008年10月16日通過專家組驗收，骨料生產質量滿足規范要求及合同要求。為了進一步提高混凝土質量和改善大壩混凝土工作性能，溪洛渡專家組對大壩骨料質量提出更高要求，將粗骨料針片狀含量由15%降低到10%，且保證率為95%。

3 影響針片狀含量的因素

特大石、大石針片狀含量易于控制和優化，用目前國產設備經過一、二段破碎就能滿足要求。但要降低中、小石的針片狀含量難度較大，尤以小石為甚。影響針片狀含量的因素較多，如工藝流程、設備選型、系統布置、骨料級配比例、過程控制、運行管理、經濟效益等。在諸多復雜因素和環境條件下，監理工程師需要分析研究其關鍵要素及各要素的管理點。同時，要不斷學習吸收先進技術和管理理念，了解國內外先進設備信息，并與承包人密切協作配合，共同實現針片狀粒形含量的控制目標。

4 粗骨料工藝系統改造設計

要降低中、小石的針片狀含量，監理工程師在工藝設計改造審核方面應考慮到:(1)塘房坪粗骨料加工系統不生產砂，料源中及加工過程中產生的小于5mm粒徑的骨料將全部作為棄料，而料源卻不富裕，棄料不能太多;(2)大壩混凝土粗骨料級配需求雖然有一個平均值，但在大壩澆筑的不同時段、不同部位對骨料級配需求是變化的，而成品堆場調節容量有限，各級成品料生產應適應拌和樓需求;(3)不能增加太大運行成本，節約投資。

4.1 工藝流程優化設計

根據研究，在流程設計時可以有兩種形式——三段破碎和四段破碎。

三段破碎工藝設置時主要采取以下方式:粗碎后的石料進入預篩分車間。預篩車間設置135mm、80mm、20mm和5mm四種篩網，預篩后大于135mm和多余的135～80mm的石料進入中碎車間;20～0mm的石料全部進入超細碎整形車間;80～20mm的石料經過中碎和細碎車間破碎整形后進入主篩分車間。主篩車間設置40mm、20mm和5mm三種篩網，篩分后除進入相應的成品骨料堆場外，多余的80～40mm的石料返回中碎車間進行循環;多余的40～20mm的石料返回細碎整形車間進行循環;小于5mm的顆粒經脫水后運往棄料堆場。

四段破碎在三段破碎的基礎上增加了一級細碎，主篩分后多余的80～40mm的石料不再返回中碎車間進行循環，而是進入細碎車間破碎后進行循環。

四段破碎與三段破碎相比較，增加一級細碎后降低了中碎的處理量，中碎以對物料破碎為主、以調整特大石骨料的級配為輔，兼對大、中石的整形，這樣有利于破碎開口的相對穩定，對保證大石中徑含量的穩定是有利的;同時增加的細碎專門用于調節級配，細碎的開口可以更靈活調整，既可以減少篩分過程的循環量，也有利于各級骨料的級配調整，兼對中、小石整形。

因此，本加工系統優選四段破碎的工藝方案。

4.2 設備選型

(1)粗碎設備的選型。根據經驗，粗碎選用進口鄂式破碎機，其破碎超徑石的工藝流程良好地適應了本工程實際，有效地解決了原料中特大石甚至大石不足的問題，且故障率低，易于維修，對中小石粒形有利。顎式破碎機方案成熟可靠，不再贅述。

(2)整形工藝設備選型。由于料源中小于或等于80mm粒級的粒形較差，因此成品中小于或等于80mm的各級配碎石必須通過后續工藝的處理才能有效地控制各粒徑石料的針片狀含量。具體措施如下:一是采用產生針片狀含量少、粒形好的中細碎設備機型(如圓錐破碎機);二是采用立軸沖擊式破碎機對小于20mm的粗骨料進行整形。

本工程采用的碎石原料強度很高，如果采用反擊破作中碎，在運行時，由于玄武巖是難破碎、硬度高、磨蝕性指數高的巖石，鋼耗大，維修次數多，生產沒保障且很不經濟。

圓錐破碎機具有工作可靠和磨損輕，揚塵少，不易過粉碎的優點，因此選用圓錐破碎機作為中細碎的破碎與整形設備，對產品粒形的改善大有益處。

立軸沖擊式破碎機有雙料流和單料流沖擊式兩種。前者加工原料通過料斗分成兩股料流，一路從中心管進入旋沖盤加速，借離心力甩向四周與另一路直接從四周落下的石料相遇，經多次反復沖撞而破碎。單料流沖擊式破碎機石料直接從中心管進入旋沖盤，通過盤上導料板將石料均勻地按一定角度甩向外壁的鐵砧上，破碎后從排料口排出，其產砂率比雙料流高。針對本工藝不要求制砂、只要求對石料進行整形的特點，決定采用雙料流立軸沖擊破碎機對石料進行整形，可產生優質的立方體碎石，達到中、小石針片狀含量的要求。

4.3 系統改造

為根本解決中、小石針片狀含量的問題，最終決定對系統再進行優化改造，新增了整形子系統。新增的整形系統由檢查篩分車間、立軸整形車間及相關膠帶機組成。工藝流程是通過檢查篩分分離出中碎、細碎、超細碎車間產品中粒徑小于或等于40mm的物料，并將其中針片狀含量較大的物料送入立軸整形車間再次處理，達到降低中、小石針片狀含量的目的。

檢查篩分車間配置2臺2YKR1860圓振動篩，立軸整形車間配置2臺PL－1200D沖擊破碎機，一用一備。

4.4 工藝流程優化改造效果

工藝系統改造完成后，進行了調試、試生產、生產，從出料膠帶機上取樣檢測系統改造整形效果。檢測結果見表1。

表1 PL－1200D沖擊破碎機進出料中小石針片狀含量檢測結果

從表1可以看出，新增的整形系統整形效果理想，徹底解決了骨料經中、細碎車間破碎后針片狀含量偏高的問題。整形后的中、小石的針片狀含量穩定在10%以下，達到了業主對粒形指標的要求。

5 粗骨料針片狀含量控制管理措施

顯然，設備工藝設計及設備選型已決定了骨料的生產質量。抓好運行過程中的質量控制管理，是生產合格產品的保障。

5.1 設備管理

破碎設備決定了中、小石針片狀含量，工藝設計則保障其指標合格。設備運行質量對中、小石針片狀含量影響是顯而易見的。為此，監理工程師加強了對設備管理。首先督促承包人制定設備管理制度和操作規程;其次嚴格落實設備維護保養制度，使每個機械操作人員熟知設備性能、運行管理規定、操作規程和保養部位、保養要點等要求，定期對設備操作人員進行設備故障分析和設備檢修方法等專業培訓或考核，對進口的破碎、整形設備，由廠家的技術專家對設備的操作、維護、保養、管理等進行認真培訓，對關鍵設備的維護保養進行旁站;最后關注設備備品(件)的管理，每月入庫審核備品和備件的采購計劃、消耗清單、貯備清單，對中、小石針片狀含量有影響的鐵砧等耐磨件嚴格按報廢標準報廢，及時更換備品(件)。

5.2 生產工藝技術控制

為保證成品料質量，粗碎設備采用了進口鄂式破碎機;中細破碎設備也選用了國外的圓錐破碎機，在擠滿給料的條件下可以比較好地降低破碎產品的針片狀含量，得到優良的產品粒形。將中碎工藝設置于預篩分與主篩分之間，預篩分除了滿足生產需要的135～80mm特大石外，大于80mm的破碎石料都經過中碎圓錐破碎機第二次加工，在擠滿給料的情況下，可對碎石顆粒進行首次整形加工，減少針片狀顆粒的含量。細碎與主篩分閉路生產工藝，大于40mm的破碎石料都經過細碎圓錐破碎機第三次加工，在擠滿給料的情況下，可對碎石顆粒進行再次整形加工，盡可能減少80～40mm大石針片狀顆粒的含量。系統設置超細碎，將小于或等于40mm的破碎石料經過超細碎立軸沖擊式破碎機第四次加工，利用沖擊破石打石的原理，對碎石顆粒進行三次整形加工，盡可能減少小于或等于40mm的中、小石的針片狀顆粒含量。在新增的整形子系統中，細碎車間的破碎料經檢查篩分分級，大于80mm的碎石通過膠帶機送入細碎車間，大于40mm的碎石通過膠帶機送入主篩調節堆，小于40mm混合料通過膠帶機送入立軸沖擊破整形車間進行第四次整形。

采用通過中、細碎、超細碎破碎獲得80～20mm各粒級成品的工藝，可有效地控制各粒徑石料的針片狀的含量。優化設計方案的生產工藝流程中各級粗骨料除了135～80mm的特大石由一段破碎后產生外，80～40mm大石經粗、中碎二段整形破碎后產生，40～20mm中石經粗、中、細碎三段整形破碎后產生，20～5mm的粗骨料經中細碎和超細碎四段破碎整形后產生。該方案實現了80～40mm、40～20mm、20～5mm各粒級的全整形工藝，其工藝優于投標方案中的整形工藝，有效降低了中小石針片狀含量。

5.3 加工過程質量控制

為保證加工過程中中、小石針片狀含量不發生系統性波動，根據系統工藝流程、設備性能及運行方式，制定了運行管理制度和相關措施:

(1)塘房坪人工骨料加工系統按照制定的工藝流程、設備生產技術參數、設備開機組合、沖水壓力及水量規范系統生產，任何人未經現場質量管理人員許可，不得任意更改工藝及設備組合。

(2)每天設備保養時應檢查振動篩網有無受損、破壞，或孔徑超標現象;檢查振動篩下料口尺寸有無磨損、無指令調整、無故變化、進破碎整形車間膠帶機流量的變化;質量(試驗室)人員根據檢測情況，安排運行人員檢查機械狀況，發現問題及時恢復既定狀況。

(3)運行人員在設備維修時還應該經常測量破碎機開口，發現變化及時調整恢復。

(4)在抽查時一旦發現中、小石針片狀含量超標，應立即停機檢查，對系統生產工藝、設備組合、技術參數、設備附件等因素進行全面分析，發現問題及時處理。在經過檢查處理后，對再次生產的成品進行檢查，當產品滿足技術要求后系統可正常生產，否則將繼續整頓。

(5)成品堆場料位長期保持高位運行。加工系統采用二班制24h運行狀態，及時開機生產補料;并在特大石、大石成品堆場設置緩降器，減少或避免成品從高處跌落破碎，新產生針片狀粒形。

(6)定期組織參建三方召開質量專題會、質量月例會分析質量狀況，及時制定預防措施，消除質量隱患，保證中、小石針片狀含量不超標。

(7)嚴格執行業主規定的質量獎罰制度。

根據各加工車間性能還制定了工藝明白卡，統一各方認識，規范操作，按卡檢查。各加工車間中、小石針片狀產生控制點及控制內容詳見表2。

5.4 粗骨料中小石針片狀含量評價

在運行期，塘房坪人工粗骨料加工系統共計銷售成品料1 000萬t，監理工程師共取樣檢測中、小石針片狀1 230組，合格率為99.1%，達到并超過了細化指標。

表2 骨料加工系統運行過程中小石針片狀含量控制明白卡

6 結束語

溪洛渡水電站采用洞挖玄武巖石渣作為大壩混凝土骨料的料源，在不生產砂料且料源不足的情況下，為降低中、小石針片狀粒形含量，通過工藝優化改造、設備優選、加強過程控制等措施，達到了既定目標。