王述銀,覃理利,鄧建武(長江科學(xué)院材料研究所,武漢430010)

龍灘水電站骨料質(zhì)量改進(jìn)的措施及效果

王述銀,覃理利,鄧建武
(長江科學(xué)院材料研究所,武漢430010)

龍灘水電站大法坪砂石加工系統(tǒng)在試生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)期,通過質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn)一些問題后,對加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝及設(shè)備進(jìn)行了調(diào)試和改進(jìn)。實(shí)踐證明,改進(jìn)后的大法坪砂石系統(tǒng)骨料從數(shù)量上和質(zhì)量上均完全滿足龍灘水電站大壩的建設(shè)要求。總結(jié)了龍灘工程骨料生產(chǎn)過程中,增設(shè)刮砂機(jī)以提高碾壓混凝土用砂中石粉含量;加強(qiáng)一次篩分水洗力度、增設(shè)二次篩分水洗系統(tǒng)以改善粗骨料的裹粉程度;研究了造成骨料裹粉的原因,提出了裹粉質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn);為控制粗骨料超遜徑合格率和中徑篩余合格率,改進(jìn)了粗骨料跌落緩降設(shè)備,并允許成品料場粗骨料有一定的超徑等措施及效果。

骨料;石粉含量;檢測;裹粉

龍灘大壩是第一座200 m級碾壓混凝土壩,壩址附近缺乏天然砂石骨料。通過混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,選擇距壩址下游4.8 km處的大法坪為人工砂石骨料加工基地。大法坪灰?guī)r巖性主要為二疊系下統(tǒng)厚～巨厚層灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。大法坪砂石加工系統(tǒng)于2004年1月投入正式運(yùn)行,按計(jì)劃共需生產(chǎn)成品砂石料1 412萬t,其中粗骨料939萬t,細(xì)骨料473萬t。骨料設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 600 t/h。經(jīng)半年圍堰施工的試運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)能力及質(zhì)量存在不足,為迎接龍灘大壩碾壓混凝土施工高峰的挑戰(zhàn),于2004年5月至8月對人工砂石加工系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容整改,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力提高至2 250 t/h。

骨料由長4.18 km、帶寬1 200 mm、帶速4 m/s的高速皮帶機(jī),從大法坪輸送到壩址附近的EL360、EL308拌和系統(tǒng),設(shè)計(jì)輸送能力2 000 t/h,平均強(qiáng)度為2 800 t/h。經(jīng)過長距離高速皮帶機(jī)運(yùn)輸后,發(fā)現(xiàn)骨料裹粉現(xiàn)象嚴(yán)重。

碾壓混凝土用砂設(shè)計(jì)指標(biāo)要求其石粉含量為16%～20%,因受龍灘制砂工藝的限制,石粉含量難以滿足設(shè)計(jì)要求,需要采取補(bǔ)救措施。自2003年11月開始,對大法坪砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的成品料、二次篩分后進(jìn)入拌合樓的骨料定期進(jìn)行了質(zhì)量檢驗(yàn)。本文根據(jù)3年來的檢驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù),加以統(tǒng)計(jì)分析,據(jù)此總結(jié)龍灘工程骨料質(zhì)量控制的措施及效果。

1 細(xì)骨料生產(chǎn)方式

龍灘大法坪制砂系統(tǒng)采取了立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂,配備4臺(tái)Sandvik RP109立軸沖擊式破碎機(jī)和8臺(tái)棒磨機(jī),充分利用了立軸沖擊式破碎機(jī)產(chǎn)量高、棒磨機(jī)粒型好級配優(yōu)的特性。由于碾壓混凝土用砂石粉含量要求達(dá)到16%～20%,設(shè)計(jì)配備了3臺(tái)DERRICK公司的2SG48120W4A細(xì)物料回收裝置來回收石粉。每套回收裝置有2組旋流器,旋流器的直徑是100 mm,每套設(shè)計(jì)流量600 t/h,壓力2.6～2.8 kg/cm2,回收能力為25～30 t/h。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),這種旋流器直徑小,出料口的直徑只有15 mm當(dāng)出料顆粒大于2 mm或大于1 mm的顆粒達(dá)到25%以上時(shí),出料口就會(huì)被堵塞,不能正常工作。而且,當(dāng)料漿濃度小于13%時(shí),基本回收不到石粉。如果廢水流量不穩(wěn)定或達(dá)不到流量要求時(shí),回收效果也不好。為了達(dá)到較好的回收效果,試運(yùn)行后,石粉的回收工藝改造為同時(shí)采用旋流器和刮砂機(jī)來回收石粉的工藝方法。在旋流器回收石粉的基礎(chǔ)上增加3臺(tái)刮砂機(jī),其中一臺(tái)設(shè)于旋流器的流程前,另兩臺(tái)設(shè)于旋流器的流程后。這樣,廢水在進(jìn)入旋流器之前,先要經(jīng)過刮砂機(jī),可以沉淀、刮除部分粗顆粒。而旋流器的溢流水或沒有經(jīng)過旋流器的多余廢水,可以通過后段設(shè)置的刮砂機(jī)進(jìn)一步沉淀、回收部分石粉。復(fù)合回收工藝的應(yīng)用充分利用了旋流器回收石粉效率高、產(chǎn)量大以及刮砂機(jī)投資少、設(shè)置方便、故障少的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)解決了旋流器容易堵塞的問題。石粉的回收量有較大的提高,從而保證了碾壓混凝土用砂高石粉含量的要求,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 細(xì)骨料的質(zhì)量

2.1 改造前的質(zhì)量

自2003年11月至2004年5月20日,共抽檢碾壓混凝土用砂樣45組,常態(tài)混凝土用砂樣14組。砂的4項(xiàng)主要指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表1。從表1可以看出,碾壓混凝土用砂細(xì)度模數(shù)在2.2～3.0范圍內(nèi)波動(dòng),合格率為75.6%;石粉含量合格率為19.3%;表面含水率合格率為58.3%。常態(tài)混凝土用砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量、微粒含量合格率均為85.7%,表面含水率合格率為71.4%。

表1 試生產(chǎn)時(shí)期砂檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 1 The sand test results during the pre-production

從砂的檢驗(yàn)結(jié)果來看,存在的問題是:其一,碾壓砂石粉含量的合格率太低,且均勻性差,與生產(chǎn)系統(tǒng)缺乏均化設(shè)備和手段有關(guān);其二,砂表面含水合格率低,不利于混凝土拌和質(zhì)量控制。

2.2 改造后的質(zhì)量

鑒于質(zhì)量合格率偏低的狀況,對大法坪骨料加工系統(tǒng)進(jìn)行了改造。表面含水率質(zhì)量控制整改措施,包括①改造砂料倉的底部排水設(shè)施、成品砂料倉頂部防雨棚及排水管,使其完好;成品料運(yùn)輸皮帶機(jī)上設(shè)防雨棚,防止雨水或滲水進(jìn)入成品料;②提高砂的產(chǎn)量,采取分倉堆存,保證砂脫水所需要時(shí)間,碾壓砂脫水需5～6 d,常態(tài)砂需4～5 d,以提高砂的表面含水合格率。

(2)拱部支護(hù)。錨桿形式、規(guī)格及錨固方式：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為500號(hào)，長度2.4 m，桿尾螺紋M24，樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，另一支規(guī)格為MSZ2360，鉆孔直徑為Ф30 mm，錨固長度為1 300 mm，錨固力200 kN。

石粉含量控制措施:①調(diào)整立軸式破碎機(jī)、棒磨機(jī)、Derrick石粉回收機(jī)的參數(shù),提高石粉含量;②增加石粉的回收設(shè)備和回收措施,使碾壓砂的平均石粉含量達(dá)到18%。刮砂機(jī)的設(shè)備簡單實(shí)用,回收效果很好。

大法坪骨料加工系統(tǒng)改造完成后,對2004年8月25日至2005年2月20日生產(chǎn)的砂質(zhì)量,按品種進(jìn)行了抽檢,常態(tài)砂61組,碾壓砂42組。改造后的砂質(zhì)量抽檢結(jié)果列于表2。檢驗(yàn)結(jié)果表明:常態(tài)砂細(xì)度模數(shù)合格率為90.2%,石粉含量合格率為82.0%,表面含水合格率為100%,能較好地滿足要求。碾壓砂細(xì)度模數(shù)合格率為88.1%,石粉含量合格率為81.0%,表面含水合格率為86.7%,3項(xiàng)指標(biāo)的合格率較整改前有較大的提高。

表2 整改后砂檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 The sand test results after improvement

3 粗骨料的質(zhì)量

3.1 試運(yùn)行時(shí)的質(zhì)量

自2004年9月至2004年5月20日,在大法坪成品料倉出料處共抽樣檢驗(yàn)3種骨料樣102組。3種骨料的主要指標(biāo)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表3。

表3 3種骨料的主要指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 The test results of three aggregates during the pre-production

從表3可以看出:D80級骨料檢驗(yàn)35組,存在的問題是中徑篩余的合格率為3.0%,遜徑合格率為44.1%,偏低,含泥量的合格率偏低,其最大值達(dá)1.6%;D40級骨料檢驗(yàn)34組,存在的問題也是中徑篩余的合格率低,為39.4%,遜徑的合格率為54.5%,偏低;D20級骨料檢驗(yàn)33組,在3級中相對來說較好。粗骨料的通病是,其一遜徑含量大,合格率低;其二是中徑篩余值(骨料分離性指標(biāo))不在控制指標(biāo)40%～70%范圍內(nèi),合格率很低;其三是D80和D40級的裹粉現(xiàn)象較嚴(yán)重,反映在含泥量指標(biāo)時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 改造后的質(zhì)量

整改措施包括:①增加骨料的清洗力度。根據(jù)巖石抗磨耗性能較差,骨料在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中易產(chǎn)生裹粉的特點(diǎn),在加大骨料篩分沖洗水量的同時(shí),對篩分后的成品粗骨料在進(jìn)入成品料堆場之前所經(jīng)過的各皮帶機(jī)機(jī)頭部增設(shè)了篩網(wǎng)、沖洗噴頭和截水槽,通過加大沖洗力度和截住流入成品倉內(nèi)的沖洗水,減少進(jìn)入成品料倉內(nèi)的粗骨料的石粉含量。②在大石、中石的出料皮帶機(jī)下料口處增設(shè)跌落緩降設(shè)施,減少高跌落造成的骨料破碎和碰撞,造成骨料遜徑和裹粉產(chǎn)生。③為滿足長距離運(yùn)輸中骨料破碎和碰撞,骨料生產(chǎn)過程適當(dāng)加大篩網(wǎng)的孔徑,在成品料場的骨料允許存在一定的超徑。④巖石巖性的軟弱已無法改變,不可能改換料場,皮帶運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的裹粉,由拌和樓前二次篩分樓中安裝清洗設(shè)備解決。⑤通過試驗(yàn),確定篩分機(jī)的最佳振幅、頻率、傾角、不同孔徑的篩網(wǎng)搭配,控制粗骨料的超遜徑和中徑篩余指標(biāo)。

大法坪骨料生產(chǎn)系統(tǒng)改造完成后,對2004年8月25日至2005年2月20日生產(chǎn)的骨料,同時(shí)在成品料倉、二次篩分樓前、二次篩分后和拌合系統(tǒng)稱料斗內(nèi)進(jìn)行了抽樣,檢驗(yàn)整改后的效果。

3.2.1 大法坪成品料倉

在大法坪成品料倉、大法坪進(jìn)料倉皮帶及大法坪廊道皮帶取大、中、小石各61組,3種骨料的檢驗(yàn)結(jié)果列于表4。檢驗(yàn)結(jié)果表明,除小石的超徑、中徑篩余及中石的超徑合格率(56%～66%)較低,有待完善,其它各項(xiàng)指標(biāo)合格率均在80%以上,能較好地滿足要求。

3.2.2 二次篩分前的質(zhì)量狀況

為獲取成品倉的合格骨料經(jīng)高速皮帶機(jī)長距離運(yùn)輸后的質(zhì)量變化情況,在308拌和系統(tǒng)的二次篩分樓前皮帶上取大、中、小石各10組,3種骨料的檢驗(yàn)結(jié)果列于表5。檢驗(yàn)結(jié)果表明:除超徑及小石的中徑篩余合格率在90%以上外,其它各項(xiàng)指標(biāo)合格率均很差,且各級骨料裹粉現(xiàn)象較嚴(yán)重,小石的裹粉合格率為0,中石的裹粉合格率為60%,大石的裹粉合格率為30%;小石的遜徑合格率為40%,中石的遜徑合格率為0,大石的遜徑合格率為20%;中石的中徑篩余合格率為10%,大石的中徑篩余合格率為0。

表4 大法坪成品料倉骨料檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 4 The test results of three aggregates afterimprovement at Dafaping product yard

表5 二次篩分前的骨料檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 5 The test results of three aggregates before secondary sieving

3.2.3 二次篩分后的質(zhì)量狀況

在308拌和系統(tǒng)二次篩分樓后皮帶上取大、中、小石各10組,3種骨料的檢驗(yàn)結(jié)果列于表6。檢驗(yàn)結(jié)果表明:除中石的遜徑合格率為60%,中徑篩篩余合格率為50%,大石的中徑篩篩余合格率為0外,其它各項(xiàng)指標(biāo)合格率均較高,相對二次篩分前有了很大改善,且骨料裹粉含量較小。

表6 二次篩分后的骨料檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 6 The test results of three aggregates after the secondary sieving

3.3 骨料裹粉的原因及控制標(biāo)準(zhǔn)

大法坪骨料在長距離皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至拌和樓過程中不斷相互碰撞、擠壓、跌落,導(dǎo)致粗骨料遜徑含量增加,并且粗骨料中石粉(顆粒粒徑＜0.16 mm)含量也增加,石粉和水結(jié)合,使骨料出現(xiàn)裹粉現(xiàn)象;經(jīng)過拌和樓前二次篩分樓沖洗、篩分、入風(fēng)冷倉,再轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入拌和樓的粗骨料仍存在裹粉現(xiàn)象。

2004年10月27日至11月4日在308拌和系統(tǒng)的二次篩分前、二次篩分后及拌和系統(tǒng)稱料斗內(nèi)分別取樣,對粗骨料進(jìn)行了裹粉含量(顆粒粒徑＜0.16 mm)、含泥量(顆粒粒徑＜0.08 mm)的兩項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果列于表7。

表7 308拌和系統(tǒng)骨料裹粉檢驗(yàn)結(jié)果Table 7 The test results of wrapped powder aggregate at 308 Mixing System

試驗(yàn)結(jié)果表明,二次篩分前的骨料裹粉含量較嚴(yán)重,最高達(dá)2.02%;二次篩分后,骨料裹粉含量明顯減少,最高僅0.34%,目測骨料較干凈;但二次篩分后的骨料經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)拌和系統(tǒng)稱料斗后,裹粉含量又有所增大,裹粉含量在0.10%～1.02%范圍。含泥量指標(biāo)是《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)規(guī)定的控制指標(biāo),從表7中可看出,小石、中石經(jīng)二次篩分、沖洗后輸送到拌和樓的稱料斗內(nèi)時(shí),其含泥量指標(biāo)在0.06%～0.94%范圍,滿足施工規(guī)范的要求;而大石的測值范圍為0.31%～0.60%,稍有超標(biāo),基本能滿足施工規(guī)范的技術(shù)要求。從裹粉顆粒級配可看出,裹粉中小于0.08 mm的顆粒占多數(shù),平均占裹粉總量的92%左右。規(guī)范中無裹粉含量控制指標(biāo),所以裹粉含量的控制指標(biāo)選擇含泥量指標(biāo)來控制是合適的。

骨料的磨耗試驗(yàn)結(jié)果表明,其200轉(zhuǎn)和1 000轉(zhuǎn)的磨耗率超過或接近控制指標(biāo)值,說明巖石的巖性較軟弱,抗磨耗性能差。因此,骨料巖性的軟弱和運(yùn)輸過程中的跌落、碰撞是產(chǎn)生石粉的主要原因,石粉與水相結(jié)合,形成骨料裹粉現(xiàn)象。

4 結(jié)語

龍灘工程重視對骨料的質(zhì)量檢測控制,檢測是促進(jìn)質(zhì)量提高的重要手段。從檢測結(jié)果反饋發(fā)現(xiàn)骨料質(zhì)量存在問題,通過改進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)工藝和增加設(shè)備來提高骨料生產(chǎn)質(zhì)量。

刮砂機(jī)簡單實(shí)用,回收石粉效果很好,尤其是碾壓砂的石粉合格率從19%提高到80%。大法坪常態(tài)砂石粉含量、細(xì)度模數(shù)和表面含水率的合格率都在88%以上;碾壓砂的石粉含量,細(xì)度模數(shù)、微粒含量和表面含水率的合格率都在80%以上。

大法坪料倉3種規(guī)格的粗骨料合格率均在83%以上。骨料裹粉曾是困擾龍灘建設(shè)者的一個(gè)大問題,通過增加一次清洗力度,增設(shè)二次水洗系統(tǒng),二次篩分后除中石的遜徑、中徑篩篩余合格率為79%外,其它各項(xiàng)指標(biāo)合格率均在86%以上,裹粉得到了有效的控制。

二次篩分對進(jìn)入拌和樓骨料的品質(zhì)指標(biāo)改善有重要作用。骨料長距離運(yùn)輸后,建議進(jìn)行二次篩分,有裹粉現(xiàn)象時(shí)還應(yīng)該安裝沖洗設(shè)備。

[1]DL/T5144-2001,水工混凝土施工規(guī)范[S].

(編輯:劉運(yùn)飛)

WANG Shu-yin,QIN Li-li,DENG Jian-wu

(Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China)

Improving Measures and Effects of Aggregate Quality for Longtan Project

In pre-production period of Dafaping Gravel Processing System of the Longtan Hydropower Station, after a number of issues being found through quality inspection,the production technology and equipment were debugged and improved.By summarizing the Longtan Project aggregate preduction process,the sand blowing machine to improve the stone powder content in RCC was adopted,and for strengthening the force of water washing of the first screening,the water washing system of the secondary screening was set up.Controlling quality standard of wrapped powder is presented on the basis of the reason caused by the aggregates being wrapped with powder.In order to control the qualified rates of oversize and midsize screened-remainder of aggregates,the coarse aggregate equipment is improved,through which aggregates can be slowly fallen down,and the produced material is permitted to remain a certain content of oversize aggregates.The test results prove that the improved aggregate system,quantitatively and qualitatively,can completely satisfy the Longtan Hydropower Station dam construction requirements.

aggregate powder content;inspection;wrapped powder

TV422

A

1001-5485(2009)05-0037-05

2008-03-18;

2009-01-06

王述銀(1963-),男,湖南湘鄉(xiāng)人,教授級高級工程師,主要從事水工混凝土及其原材料研究、現(xiàn)場試驗(yàn)室管理,(電話)027-82926355(電子郵箱)nick6176@sina.com。