砂板岩混凝土骨料加工生产技术

混凝土工程
本栏目审稿人：姬脉兴
砂板岩混凝土骨料加工生产技术
练新军郭新海/中国水利水电第十二工程局有限公司
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【摘要】两河口水电站主体工程混凝土骨料加工系统采用砂板岩生产骨料。

由于目前国内砂板岩混凝土骨料加工系统工艺及设备选型尚无成熟经验，该系统采取了多项针对岩性的改进工艺措施，提高了生产效率，保证了产話质量，可供类似工程借鉴。

【关键词】两河口水电站砂板岩砂石加工生产技术
1概述
两河口水电站位于四川省甘孜藏族自治州雅江县境内的雅著江干流上，为我国大型水电能源基地雅著江干流中下游的控制性水库电站工程。

电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪。

电站采用坝式开发，电站装机容量300万kW,拦河大坝采用砾石土直心墙堆石坝，坝顶高程为2875.00m,最大坝高为295.00m,为I等大(1)型工程。

瓦支沟混凝土骨料加工系统主要生产两河口水电站电站厂房和泄洪主体等工程部位的混凝土骨料985.05万t(其中人工砂305.58万t),骨料加工系统由粗碎车间、半成品料仓、中碎车间、第一筛分车间、预筛车间、细碎车间、超细碎制砂车间调节料仓、超细碎制砂车间、第二筛分车间、洗砂车间、第三筛分车间、小石冲洗车间、棒磨机制砂车间调节料仓、棒磨机制砂车间、供电系统、供水系统、除尘系统、废水处理系统等组成。

2生产背景及难点
该系统料源来自瓦支沟石料场，瓦支沟石料场不同部位开采毛料的变质粉砂岩与变质粉砂质板岩，其质量存在波动情况。

已建成运行的左下沟前期混凝土骨料加工系统生产的混凝土成品料质量状况如下：
(1)人工砂石粉含量在23.3%〜&1%之间，平均值为13.8%。

(2)人工砂细度模数在3.79-2.3之间，平均值为3.05。

(3)成品粗骨料针片状颗粒含量在8%〜40%之间，平均值为18%〜19%。

(4)骨料中含一种油性炭物质，该物质对混凝土用水量及含气量的影响较明显，且该油性碳物质黏附性强，分散于成品砂表面，成品砂堆内部饱和脱水难度大、时间长。

上述成果反映出采用变质粉砂岩与变质粉砂质板岩生产混凝土骨料易产生针片含量高、骨料粒型较差、人工砂细度模数偏大、质量波动较大等质量问题。

另外，系统的规模与骨料的品种要求与合同相比，也有较大变动。

3工艺设计及优化改进
针对砂板岩的特性及前期标段骨料加工系统的经验教训，针对混凝土工程的需求，对原设计的规模、骨料品种规格、工艺流程、设备配置进行了优化，对生产中发现的问题及时改进，主要措施如下。

3.1系统工艺设计
3.1.1系统生产规模
按招标文件要求，结合新的总体规划方案和实际混凝土对骨料的需求，系统设计处理能力为1400t/h,生产能力为1100t/h,砂率为45%,系统所有毛料主要为
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瓦支沟石料场开采的砂板岩，属大型砂石加工系统。

骨料系统按此生产规模进行工艺流程设计、加工设备配置和工艺布置。

3.1.2加工工艺流程
针对骨料料源特性，借鉴左下沟临时砂石加工系统、庆大河掺砾料及反滤料加工系统的生产经验和教训，瓦支沟骨料系统的工艺流程设计的关键是如何有效控制成品粗骨料的针片状含量、清除成品粗骨料裹粉和有效控制成品砂的细度模数、粒度级配和石粉含量。

料源岩性物理力学试验成果见表lo
表1料源岩性物理力学试验成果表
料场名称天然密度
/(g/cm3)
干密度
/(g/cm3)
饱和密度
/(g/cm3)
吸水率
/%
饱和吸
水率
/%
最小抗压强度
/MPa
最大抗压强度
/MPa
平均抗压强度
/MPa软化
系数
冻融
损失
/%
干饱和干饱和干饱和
瓦支沟料场2.66〜
2.71
2.65〜
2.70
2.66〜
2.71
0.09〜
0.17
0.13〜
0.35
77.457.5138.497.5102.980.20.790.06
瓦支沟骨料系统采用粗碎开路，中细碎与筛分构成闭路生产大石，超细碎与筛分构成闭路生产中、小石和成品砂，辅以棒磨机制砂调整细度模数，干湿结合的生产工艺流程。

该流程具有所有成品砂石均通过冲击式破碎机整形、物流相对简单顺畅、能灵活调节各级配骨料生产能力的特点。

粗碎采用顒式破碎机、中细碎采用反击式破碎机，大石从中细碎产品筛分获得，中、小石从超细碎产品筛分获得。

反击式破碎机和超细碎立轴破碎机都属于冲击式破碎机，具有明显改善破碎产品粒形的效果，是控制成品粗骨料针片状含量的有效手段。

采用湿法与干法相结合的生产工艺流程，仅对各级成品粗骨料采用小型筛进行冲洗，加上棒磨机生产用水，洗砂车间用水，砂石系统总用水量为650n?/h,在保证成品砂石质量的前提下，可有效降低生产用水费用和废水处理费用，且满足环保要求。

3.1.3主要设备选型与配置
瓦支沟骨料系统的粗碎设备、中细碎设备、超细碎设备选用进口设备(美卓或山特维克)。

(1)粗碎设备：与瓦支沟反滤料、掺砾料加工系统共用粗碎车间，设计处理能力2400t/h(其中大于200mm物料约1600t/h),配置4台C130型顒式破碎机，用于破碎大于200mm物料，单台处理能力470t/h(排料口175mm),设备负荷率约85%。

(2)中细碎设备：设计处理能力1700t/h,配置4台CI532型反击式破碎机，单台处理能力500t/h,设备负荷率约85%。

用于破碎粗碎后的全部物料，以改善成品砂石粒形。

中细碎设备采用同一规格型号，可简化砂石加工工艺流程，有利于设备的维修保养。

(3)超细碎设备：设计处理能力2600t/h,配置6台B9100SE型立轴冲击式破碎机，单台处理能力500t/h,设备负荷率约87%。

用于破碎所有小于40mm物料，生产中石、小石和中粗砂。

(4)棒磨机：设计处理能力130t/h,配置4台MBZ2136型棒磨机(其中1台备用)、4台FC15螺旋分级机(其中1台备用)，单台处理能力50t/h,其中1台备用。

采用3〜5mm物料生产中细砂，可改善成品砂的粒度级配。

(5)第一筛分设备：设计处理能力1700t/h,配置4台3YKR2460型圆振动筛(筛孑L80mm、40mm、20mtn),单台处理能力500t/h,设备负荷率约85%。

(6)在第一筛分车间下部预留螺旋洗石机的布置位置，将根据瓦支沟料场石料实际含泥情况，确定是否安装螺旋洗石机。

(7)第二筛分设备：设计处理能力2600t/h,配置6台3618VM型高频筛(筛孔20mm、5mm、3mm),单台处理能力500t/h,设备负荷率约87%。

主要设备配置见表2。

表2瓦支沟混凝土骨料加工系统主要设备配置表
序号设备名称规格型号单位数量单机功率/kW备注
1额式破碎机C130台4160粗碎车间(与反滤料及掺砾料系统共用) 2反击式破碎机CI532台4400中细碎车间
3立轴冲击式破碎机B9100SE厶6280X2超细碎车间
4棒磨机MBZ2136台4210棒磨制砂车间，备用1台
5棒条式给料机HPF1560(S)台430粗碎车间
6圆振动筛3YKR2460台437第一筛分车间
7圆振动筛3YKR2060台130第三筛分车间
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续表序号设备名称规格型号单位数量单机功率/kW备注
8高频振动筛3618VM台637第二筛分车间
9螺旋分级机FC-15台47.5棒磨制砂车间
10螺旋分级机FC-20台422第二筛分车间
11直线振动筛ZKR1237台42X5.5棒磨制砂车间
12直线振动筛ZKR1645台62X7.5第一筛分车间
13电机振动给料机GZG125-160台402X1.5半成品堆场
14电机振动给料机GZG110-150台122X1.1超细碎车间调节料仓
15电机振动给料机GZG60-100台82X0.55棒磨制砂车间调节料仓
16电动弧门800X800台18成品堆场
17电磁除铁器JZWB10.0套13
18带式输送机£=1400条1613501200m
19带式输送机B=1200条6600630m
20带式输送机B=1000条12580580m
21带式输送机B=800条16460710m
22带式输送机B=65O条13220640m
23带式输送机B=500条43068m
24除尘器SZMC-6/5/18台2110中细碎、第一筛分车间
25除尘器SZMC-8/5/18台1150超细碎、第二筛分车间
3.2生产中的工艺改进
3.2.1中碎车间增加圆锥式破碎机
系统运行过程中发现，经现场实测，饱和抗压强度平均值为160.4MPa,干抗压强度平均值为184.8MPa,二氧化硅含量为79.14%,原岩抗压强度较合同增加100%,二氧化硅含量超过合同提供的上限值，毛料抗压强度发生较大变化，毛料可碎性由中等可碎性石料变为难碎性石料，原系统设计按照中等可碎性石料设计，故在系统实际运行中.中碎反击破板锤磨损严重，更换频繁，影响系统连续运行。

为减少反击式破碎机的板锤更换，确保中碎车间生产能力达到设计要求，在中碎车间再增加一级破碎.以减少反击式破碎机负荷。

在中碎车间反击式破碎机前新增配置4台1650型圆锥破碎机.半成品料场的混合料通过胶带机输送至2台1650型圆锥破碎机。

混合料经圆锥破碎机破碎后，通过胶带机将混合料输送至4台CI532型反击式破碎机。

经4台CI532型反击式破碎机破碎，再经第一筛分车间筛分后，将大于80mm以上和部分40〜80mm物料通过胶带机输送至2台1650型圆锥破碎机(3井、4#),经2台圆锥破碎机破碎后的混合料通过胶带机输送至4台CI532型反击式破碎机，形成闭合回路。

3.2.2增设细碎车间
经第一筛分车间筛分后的物料有大于80mm、40~ 80mm、20〜40mm及小于20mm物料。

根据电站建设实际情况，大石基本不供应，大石供应比例由15.08%降至目前实际统计的0.34%,为了解决系统供料比例变化，大石必须经中碎闭路破碎，同时中碎有40%大于80mm物料需闭路破碎。

为此.在第一筛分车间后增设1台圆锥破碎机和2条皮带机，将一筛车间一部分40〜80mm的物料送入圆锥破碎机进行破碎，破碎后的物料送入超细碎车间调节料仓；一部分40~80mm的物料直接送入大石仓。

3.2.3增设小石二次冲洗车间
经检测.小石裹粉含量最大值为0.8%,最小值为0.3%,平均值为0.6%,合格率为100%。

但经使用单位反映，使用前取样检测的小石裹粉含量略有超标，其他单位检测合格率87%。

经分析，原因如下：
(1)在瓦支沟系统小石装车过程中，由于小石与小石之间碰撞，产生了一部分裹粉。

(2)其他标段运输至该标段的料仓，自卸车卸料过程中，由于有一定的高差，在小石卸料中石碰石产生一部分裹粉。

(3)泄水标采用地弄胶带机供应小石，胶带机机头至泄水标小石料仓有一定的高差，跌落时，产生大量的裹粉。

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为进一步提高小石品质，满足使用单位在使用前的规范要求，在系统第三筛分车间后增加1台小石冲洗设备及配套设施，对小石进行二次冲洗。

具体技改方案如下：
在第三筛分车间旁边增加1台3YKR2460型圆振动筛，功率30kW,安装5mm X5mm筛网，从第三筛分车间分流的5〜20mm物料再经过3YKR2460型圆振动筛加水二次冲洗，进入小石堆仓。

将小于5mm粒径的物料进入集水池，再由集水池通过细砂回收装置回收，进入成品砂仓。

3.2.4增设预筛车间
在系统运行中发现，砂生产能力低，达不到额定产能。

经分析，由于进立轴破物料中含小于3mm物料，占15%〜20%,导致立轴破制砂效率降低。

为解决这一问题，在第一筛分车间后增加预筛车间，预筛车间配置2台3YKR2460型圆振动筛，将第一筛分车间小于20mm物料筛分后，大于3mm物料进入立轴破.小于3mm物料进入洗砂车间，洗砂车间冲洗后进人成品砂堆。

经产能测试，预筛车间小于3mm物料占进料量的15%,立轴破制砂效率提高5%。

4创新成果
由于采用了改进的生产工艺，并及时改造生产中的不足，其生产的骨料：
(1)大石、中石采用中碎反击式破碎机整形，针片状含量不大于12%,满足合同要求且标准高于规范要求，合格率达100%。

(2)小石采用中碎反击式破碎机和细碎立轴式破碎机整形，针片状含量不大于12%,满足合同要求且标准高于规范要求，合格率达100%.
(3)针对粗骨料裹粉问题，采用粗骨料二次破碎和冲洗措施，使粗骨料裹粉满足规范和设计要求。

(4)成品砂采用超细碎车间、棒磨机车间、细砂回收装置车间三部分组成.保证了成品砂的级配连续、细度模数稳定、粒型好，且满足规范要求，石粉含量满足规范要求。

(5)研制了对人工砂控制加水量冲洗的方法，有效降低油性碳物质含量，成品砂油性碳物质含量控制在0.015%之内。

并研制了人工砂人工干扰插管脱水法，控制了人工砂脱水时间，保障了骨料质量。

(6)人工砂、小石、中石品质检査合格率详见表3〜表5。

表3人工砂检测统计表
检测
项目
细度
模数
石粉
含it
泥块
含量
含水率
饱和面
干表观
密度
堆积
密度
坚固
性
饱和面
干吸
水率合格率
/%
98.8100100—100—100一
表4小石(5〜20mm)检测统计表
检测
项目
超径逊径中径
含泥
量
针片状
含址
饱和面
干表观
密度
堆积
密度
饱和面
干吸
水率
坚固性
合格率
/%
100100100100100100—100100表5中石(20〜40mm)检测统计表
检测
项目
超径逊径中径
含泥
量
针片状
含童
饱和面
干表观
密度
堆积
密度
饱和面
干吸
水率
坚固性
合格率
/%
10010099.6100100100—100100 5结语
两河口水电站瓦支沟骨料加工系统出现问题的主要原因是料源的强度不均衡、石料的磨蚀性差、含有油性炭物质。

规模品种的调整原因是，根据实际的生产需要将生产二级、三级配骨料为主调整为生产二级配骨料为主。

对系统改造后，形成了一套可满足砂板岩生产骨料控制针片状含量高的工艺。

中碎选用CI532型反击式破碎机和细碎选用B9100SE型立轴式破碎机整形，有效降低了粗骨料的针片状含量；釆用粗骨料二次破碎的冲洗措施和三车间组合砂级配方案.较好地解决了骨料裹粉和砂质量欠佳的矛盾，检测质量指标均满足设计和规范要求。

两河口水电站采用的砂板岩骨料在配制混凝土中效果明显，表现在水胶比较高、用水量较少、含砂率较低，进而降低整体胶凝材料用量，经济效益和社会效益明显。

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