摘 要：依托水利工程項目進(jìn)行就地取材可以降低建設(shè)成本，本文以水庫砂石拌合問題為研究對象，進(jìn)行了具體工藝流程設(shè)計和試驗驗證。首先，分別建立3個計算模型，用于分析砂石拌合過程中的拌合料總需求量、拌合料的單位時間產(chǎn)出量以及拌合裝置的最大容量。其次，設(shè)計砂石拌合流程，多次破碎和三次冷卻是本工藝流程的重要特點。最后，對混合料強(qiáng)度和滲透系數(shù)進(jìn)行性能測試，結(jié)果表明，采用本文工藝后，砂石拌合料的性能更好。

關(guān)鍵詞：山西垣曲；抽水蓄能電站；水庫砂拌系統(tǒng)

中圖分類號：TV 62" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在水利水電工程項目的施工建設(shè)過程中，砂石拌合系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)具有十分重要的作用[1]。砂石拌合系統(tǒng)本身規(guī)模大、復(fù)雜程度高，開發(fā)和建設(shè)必須根據(jù)水利水電工程項目的實際情況，對工程項目的地理位置、空間布局、地質(zhì)情況和水文特征進(jìn)行充分考慮[2]。同時，在砂石拌合系統(tǒng)建設(shè)過程中也必須采用先進(jìn)的技術(shù)，選擇配置工作效率高、性能可靠的設(shè)備。考慮工作環(huán)境影響和需要反復(fù)多次使用，涉及設(shè)備還必須配套有效的保養(yǎng)措施和維修手段[3]。在砂石拌合系統(tǒng)建設(shè)施工前，必須充分考慮整套砂石拌合的工藝流程，而系統(tǒng)中各種設(shè)備、硬件和軟件的配置都應(yīng)該為這套流程服務(wù)。可見，砂石拌合工藝是砂石拌合系統(tǒng)建設(shè)的核心，也是砂石拌合系統(tǒng)施工的基礎(chǔ)。本文以山西某抽水蓄能電站下水庫砂拌系統(tǒng)建設(shè)為具體研究對象，針對砂石拌合問題提出新的工藝，并通過試驗加以驗證。

1 水庫砂石拌合模型和參數(shù)計算

抽水蓄能電站是重要的水利工程項目，包括5個重要組成部分，即重力大壩段、船閘、泄洪閘、發(fā)電廠房以及升壓開關(guān)站。在水利水電工程項目建設(shè)過程中，要充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源條件，通過合理的砂石拌合獲得建設(shè)所需原材料。

一個水利工程項目的砂石拌合料總需求量與所在地的毛料單位時間開采強(qiáng)度有關(guān)，該計算模型如公式（1）所示。

Qmh=k1Qh （1）

式中：Qmh為一個水利工程項目中單位時間的毛料開采量，t/h；k1為從毛料開采量到最終開采量的損耗系數(shù)，是一個無量綱單位；Qh為一個水利工程項目中單位時間的最終開采量，t/h。

根據(jù)公式（1），如果一個水利工程項目中單位時間的毛料開采量為80.5t/h，毛料開采量到最終開采量的損耗系數(shù)為1.15，就可以計算出該水利工程項目中單位時間的最終開采量為69.56t/h。

一個水利工程項目的砂石拌合料的單位時間產(chǎn)出量還可以根據(jù)如公式（2）所示的模型計算。

（2）

式中：Q為一個水利工程項目的砂石拌合料的單位時間產(chǎn)出量；K為單位時間生產(chǎn)不均勻度系數(shù)；Qm為一個水利工程項目的砂石拌合料的月度產(chǎn)出量；d為砂石拌合料生產(chǎn)的月度有效總天數(shù)；h為砂石拌合料生產(chǎn)的每天有效總工作時數(shù)。

根據(jù)公式（2），設(shè)定單位時間生產(chǎn)不均勻度系數(shù)為1.5，水利工程項目的砂石拌合料的月度產(chǎn)出量為12000t/h，砂石拌合料生產(chǎn)的月度有效總天數(shù)為25d，砂石拌合料生產(chǎn)的每天有效總工作時數(shù)為20h，就可以計算出這個水利工程項目的砂石拌合料的單位時間產(chǎn)出量為36t/h。

在砂石拌合過程中，還要考慮砂石拌合裝置如罐體的最大容量，其計算過程如公式（3）所示。

（3）

式中：w為砂石拌合裝置的最大容量；n為砂石拌合料的儲備天數(shù)；Q為水利工程項目月度所需的砂石拌合料最大量；q為砂石混合料的單位用水量；m為月度有效工作天數(shù)。

根據(jù)公式（3），設(shè)定砂石拌合料的儲備天數(shù)為7d，水利工程項目月度所需砂石拌合料最大量為9550t/h，砂石混合料的單位用水量為0.21t，度有效工作天數(shù)為25d，則砂石拌合裝置的最大容量為529t。

2 水庫砂石拌合的新工藝設(shè)計

水庫砂石拌合的工藝設(shè)計流程比較復(fù)雜，本文將復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行拆解，將該流程劃分為2個子部分，分別加以設(shè)計。第一個子部分是砂石破碎的工藝流程設(shè)計，第二個部分是砂石拌合的工藝流程設(shè)計。其中，砂石破碎工藝流程設(shè)計如圖1所示。

砂石破碎的處理應(yīng)放置在砂石拌合之前，主要目的是將體積較大的砂石進(jìn)行破碎處理，以便于在骨料中進(jìn)行拌合處理。在這一工藝流程中，需要采用特殊的工具進(jìn)行大塊料篩分，可以采用比較常見的篦條篩。根據(jù)經(jīng)驗，直徑在300mm以上的砂石都屬于大塊料，篦條篩的篩分處理無法將其透篩。為了充分利用砂石原料，在篩分過程中，過篩的進(jìn)入下一步處理，沒有過篩被留存的大塊料進(jìn)行破碎處理，再用篦條篩進(jìn)行篩分。經(jīng)過破碎且符合小塊料標(biāo)準(zhǔn)的材料，連同之前過篩的材料一同送入毛料堆場。毛料堆場的小塊料送入顎式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎處理，并再次篩選。在二次過篩處理中，直徑在80mm以上的再次破碎，直徑＜80mm的砂石送入粗骨料車間進(jìn)行粗碎處理。粗碎處理后進(jìn)行3次過篩處理，直徑在40mm以上的再次破碎，直徑＜40mm的砂石送入圓錐破碎機(jī)執(zhí)行中碎處理。中碎處理后，直徑在5mm以上的再次破碎，直徑＜5mm的砂石送入立軸破碎機(jī)執(zhí)行細(xì)碎處理，形成細(xì)骨料。

經(jīng)過上述多次破碎處理，水庫砂石原料成為拌合料所需的粗骨料和細(xì)骨料，再進(jìn)行拌合處理，形成混凝土等水壩建筑所需的材料。拌合工藝流程的設(shè)計結(jié)果如圖2所示。

經(jīng)過多道冷卻處理工藝，可確保拌合料的有效凝結(jié)。如圖2所示，將砂石破碎后得到的粗骨料和細(xì)骨料送入拌合裝置中，再將混凝土制備所需粉料也送入拌合裝置。如果此時的骨料或粉料溫度較高，需要通過風(fēng)冷進(jìn)行第一次冷卻處理。為了確保拌合過程中的溫度不至于過高，采用螺旋傳送機(jī)向拌合裝置外圍傳送片冰，對拌合裝置整體進(jìn)行冰冷降溫，從而實現(xiàn)對其內(nèi)的混合料進(jìn)行冰冷處理。在進(jìn)一步的攪拌過程中注入水和調(diào)節(jié)劑，并對混合料進(jìn)行第三次冷處理，即水冷處理，再次均勻攪拌后形成拌合料，并出料。

3 水庫砂石拌合的新工藝性能評價

在上述研究工作中，針對水庫砂石拌合成料的問題，本文分別給出了參數(shù)模型和計算樣例，進(jìn)行了砂石破碎的工藝流程設(shè)計和砂石拌合的工藝流程設(shè)計。下文將通過試驗對提出的新工藝性能進(jìn)行評價。試驗裝置如圖3所示。

該砂石料拌合裝置采用雙電機(jī)加載旋轉(zhuǎn)拌合的方式，可使拌合料出料更均勻。拌合裝置是一個長方形箱體結(jié)構(gòu)，具備足夠的長度和高度，可滿足填料空間需求。為了更好地取得拌合過程中的減震效果，配置了一定厚度的底座。拌合裝置左側(cè)配置了進(jìn)水口，右側(cè)配置了出水口和細(xì)?；旌狭铣隹?，底部配置了排水口。砂石料在拌合裝置內(nèi)接受2個電機(jī)的旋轉(zhuǎn)攪拌作用，最終完成骨料和粉料的拌合。

第一組試驗測試在本文拌合工藝下，混合料的強(qiáng)度提升，將傳統(tǒng)拌合工藝作為參照。2種工藝下混合料的強(qiáng)度提升比較如圖4所示。

從圖4中2條曲線的變化情況來看，隨著拌合時間增加，2種工藝下混合料的拌合強(qiáng)度都在不斷增加，但提升幅度逐漸變緩、趨于飽和。經(jīng)過100min拌合，傳統(tǒng)工藝拌合下混合料的強(qiáng)度提升了27%，本文工藝拌合下混合料的強(qiáng)度提升了29%。從整個拌合過程來看，本文工藝拌合下混合料的強(qiáng)度提升幅度一直在傳統(tǒng)工藝上，從而證明了本文砂石拌合工藝的有效性。

第二組試驗測試在本文拌合工藝下，混合料滲透系數(shù)下降的幅度。仍然選擇傳統(tǒng)拌合工藝為參照，2種工藝下混合料的滲透系數(shù)下降幅度比較如圖5所示。

從圖5中2條曲線的變化情況來看，隨著拌合時間增加，2種工藝下混合料的滲透系數(shù)都呈先上升、再下降的趨勢，但下降幅度都越來越大。經(jīng)過140min拌合，傳統(tǒng)工藝拌合下混合料的滲透系數(shù)從0.05以上降至0.05以下，本文工藝拌合下混合料的滲透系數(shù)則從接近0.04降至0.03以下。這充分表明，經(jīng)過本文工藝拌合處理，混合料的透水性顯著降低。

4 結(jié)論

砂石拌合系統(tǒng)規(guī)模大、復(fù)雜程度高，對其進(jìn)行開發(fā)和建立必須根據(jù)依托水利水電工程項目的實際情況。本文針對水庫砂石拌合問題，設(shè)計了一種新的工藝流程。首先，從砂石拌合料總需求量、砂石拌合料的單位時間產(chǎn)出量和砂石拌合裝置的最大容量3個方面，建立了數(shù)學(xué)模型，并分析了相關(guān)參數(shù)。其次，對砂石粉碎過程和砂石拌合過程分別進(jìn)行了工藝流程設(shè)計。試驗過程中，給出了砂石拌合裝置的結(jié)構(gòu)配置，并從混合料強(qiáng)度和滲透系數(shù)2個方面進(jìn)行了試驗驗證。結(jié)果顯示，本文的砂石拌合工藝明顯優(yōu)于傳統(tǒng)拌合工藝。

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