龙滩水电站骨料质量改进的措施及效果

王述银,覃理利,邓建武(长江科学院材料研究所,武汉430010)

龙滩水电站骨料质量改进的措施及效果

王述银,覃理利,邓建武
(长江科学院材料研究所,武汉430010)

龙滩水电站大法坪砂石加工系统在试生产运行时期,通过质量检测发现一些问题后,对加工系统生产工艺及设备进行了调试和改进。实践证明,改进后的大法坪砂石系统骨料从数量上和质量上均完全满足龙滩水电站大坝的建设要求。总结了龙滩工程骨料生产过程中,增设刮砂机以提高碾压混凝土用砂中石粉含量;加强一次筛分水洗力度、增设二次筛分水洗系统以改善粗骨料的裹粉程度;研究了造成骨料裹粉的原因,提出了裹粉质量控制标准;为控制粗骨料超逊径合格率和中径筛余合格率,改进了粗骨料跌落缓降设备,并允许成品料场粗骨料有一定的超径等措施及效果。

骨料;石粉含量;检测;裹粉

龙滩大坝是第一座200 m级碾压混凝土坝,坝址附近缺乏天然砂石骨料。通过混凝土力学性能试验和技术经济比较,选择距坝址下游4.8 km处的大法坪为人工砂石骨料加工基地。大法坪灰岩岩性主要为二叠系下统厚～巨厚层灰岩和白云质灰岩。大法坪砂石加工系统于2004年1月投入正式运行,按计划共需生产成品砂石料1 412万t,其中粗骨料939万t,细骨料473万t。骨料设计生产能力1 600 t/h。经半年围堰施工的试运行,发现生产能力及质量存在不足,为迎接龙滩大坝碾压混凝土施工高峰的挑战,于2004年5月至8月对人工砂石加工系统进行扩容整改,设计生产能力提高至2 250 t/h。

骨料由长4.18 km、带宽1 200 mm、带速4 m/s的高速皮带机,从大法坪输送到坝址附近的EL360、EL308拌和系统,设计输送能力2 000 t/h,平均强度为2 800 t/h。经过长距离高速皮带机运输后,发现骨料裹粉现象严重。

碾压混凝土用砂设计指标要求其石粉含量为16%～20%,因受龙滩制砂工艺的限制,石粉含量难以满足设计要求,需要采取补救措施。自2003年11月开始,对大法坪砂石加工系统生产的成品料、二次筛分后进入拌合楼的骨料定期进行了质量检验。本文根据3年来的检验和试验数据,加以统计分析,据此总结龙滩工程骨料质量控制的措施及效果。

1 细骨料生产方式

龙滩大法坪制砂系统采取了立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂,配备4台Sandvik RP109立轴冲击式破碎机和8台棒磨机,充分利用了立轴冲击式破碎机产量高、棒磨机粒型好级配优的特性。由于碾压混凝土用砂石粉含量要求达到16%～20%,设计配备了3台DERRICK公司的2SG48120W4A细物料回收装置来回收石粉。每套回收装置有2组旋流器,旋流器的直径是100 mm,每套设计流量600 t/h,压力2.6～2.8 kg/cm2,回收能力为25～30 t/h。在实践中发现,这种旋流器直径小,出料口的直径只有15 mm当出料颗粒大于2 mm或大于1 mm的颗粒达到25%以上时,出料口就会被堵塞,不能正常工作。而且,当料浆浓度小于13%时,基本回收不到石粉。如果废水流量不稳定或达不到流量要求时,回收效果也不好。为了达到较好的回收效果,试运行后,石粉的回收工艺改造为同时采用旋流器和刮砂机来回收石粉的工艺方法。在旋流器回收石粉的基础上增加3台刮砂机,其中一台设于旋流器的流程前,另两台设于旋流器的流程后。这样,废水在进入旋流器之前,先要经过刮砂机,可以沉淀、刮除部分粗颗粒。而旋流器的溢流水或没有经过旋流器的多余废水,可以通过后段设置的刮砂机进一步沉淀、回收部分石粉。复合回收工艺的应用充分利用了旋流器回收石粉效率高、产量大以及刮砂机投资少、设置方便、故障少的优点,同时解决了旋流器容易堵塞的问题。石粉的回收量有较大的提高,从而保证了碾压混凝土用砂高石粉含量的要求,具有较高的经济价值。

2 细骨料的质量

2.1 改造前的质量

自2003年11月至2004年5月20日,共抽检碾压混凝土用砂样45组,常态混凝土用砂样14组。砂的4项主要指标的统计结果列于表1。从表1可以看出,碾压混凝土用砂细度模数在2.2～3.0范围内波动,合格率为75.6%;石粉含量合格率为19.3%;表面含水率合格率为58.3%。常态混凝土用砂细度模数、石粉含量、微粒含量合格率均为85.7%,表面含水率合格率为71.4%。

表1 试生产时期砂检验结果统计Table 1 The sand test results during the pre-production

从砂的检验结果来看,存在的问题是:其一,碾压砂石粉含量的合格率太低,且均匀性差,与生产系统缺乏均化设备和手段有关;其二,砂表面含水合格率低,不利于混凝土拌和质量控制。

2.2 改造后的质量

鉴于质量合格率偏低的状况,对大法坪骨料加工系统进行了改造。表面含水率质量控制整改措施,包括①改造砂料仓的底部排水设施、成品砂料仓顶部防雨棚及排水管,使其完好;成品料运输皮带机上设防雨棚,防止雨水或渗水进入成品料;②提高砂的产量,采取分仓堆存,保证砂脱水所需要时间,碾压砂脱水需5～6 d,常态砂需4～5 d,以提高砂的表面含水合格率。

(2)拱部支护。锚杆形式、规格及锚固方式：杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为500号，长度2.4 m，杆尾螺纹M24，树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360，钻孔直径为Ф30 mm，锚固长度为1 300 mm，锚固力200 kN。

石粉含量控制措施:①调整立轴式破碎机、棒磨机、Derrick石粉回收机的参数,提高石粉含量;②增加石粉的回收设备和回收措施,使碾压砂的平均石粉含量达到18%。刮砂机的设备简单实用,回收效果很好。

大法坪骨料加工系统改造完成后,对2004年8月25日至2005年2月20日生产的砂质量,按品种进行了抽检,常态砂61组,碾压砂42组。改造后的砂质量抽检结果列于表2。检验结果表明:常态砂细度模数合格率为90.2%,石粉含量合格率为82.0%,表面含水合格率为100%,能较好地满足要求。碾压砂细度模数合格率为88.1%,石粉含量合格率为81.0%,表面含水合格率为86.7%,3项指标的合格率较整改前有较大的提高。

表2 整改后砂检验结果统计Table 2 The sand test results after improvement

3 粗骨料的质量

3.1 试运行时的质量

自2004年9月至2004年5月20日,在大法坪成品料仓出料处共抽样检验3种骨料样102组。3种骨料的主要指标检验统计结果列于表3。

表3 3种骨料的主要指标的统计结果Table 3 The test results of three aggregates during the pre-production

从表3可以看出:D80级骨料检验35组,存在的问题是中径筛余的合格率为3.0%,逊径合格率为44.1%,偏低,含泥量的合格率偏低,其最大值达1.6%;D40级骨料检验34组,存在的问题也是中径筛余的合格率低,为39.4%,逊径的合格率为54.5%,偏低;D20级骨料检验33组,在3级中相对来说较好。粗骨料的通病是,其一逊径含量大,合格率低;其二是中径筛余值(骨料分离性指标)不在控制指标40%～70%范围内,合格率很低;其三是D80和D40级的裹粉现象较严重,反映在含泥量指标时有超标现象发生。

3.2 改造后的质量

整改措施包括:①增加骨料的清洗力度。根据岩石抗磨耗性能较差,骨料在转运过程中易产生裹粉的特点,在加大骨料筛分冲洗水量的同时,对筛分后的成品粗骨料在进入成品料堆场之前所经过的各皮带机机头部增设了筛网、冲洗喷头和截水槽,通过加大冲洗力度和截住流入成品仓内的冲洗水,减少进入成品料仓内的粗骨料的石粉含量。②在大石、中石的出料皮带机下料口处增设跌落缓降设施,减少高跌落造成的骨料破碎和碰撞,造成骨料逊径和裹粉产生。③为满足长距离运输中骨料破碎和碰撞,骨料生产过程适当加大筛网的孔径,在成品料场的骨料允许存在一定的超径。④岩石岩性的软弱已无法改变,不可能改换料场,皮带运输过程中产生的裹粉,由拌和楼前二次筛分楼中安装清洗设备解决。⑤通过试验,确定筛分机的最佳振幅、频率、倾角、不同孔径的筛网搭配,控制粗骨料的超逊径和中径筛余指标。

大法坪骨料生产系统改造完成后,对2004年8月25日至2005年2月20日生产的骨料,同时在成品料仓、二次筛分楼前、二次筛分后和拌合系统称料斗内进行了抽样,检验整改后的效果。

3.2.1 大法坪成品料仓

在大法坪成品料仓、大法坪进料仓皮带及大法坪廊道皮带取大、中、小石各61组,3种骨料的检验结果列于表4。检验结果表明,除小石的超径、中径筛余及中石的超径合格率(56%～66%)较低,有待完善,其它各项指标合格率均在80%以上,能较好地满足要求。

3.2.2 二次筛分前的质量状况

为获取成品仓的合格骨料经高速皮带机长距离运输后的质量变化情况,在308拌和系统的二次筛分楼前皮带上取大、中、小石各10组,3种骨料的检验结果列于表5。检验结果表明:除超径及小石的中径筛余合格率在90%以上外,其它各项指标合格率均很差,且各级骨料裹粉现象较严重,小石的裹粉合格率为0,中石的裹粉合格率为60%,大石的裹粉合格率为30%;小石的逊径合格率为40%,中石的逊径合格率为0,大石的逊径合格率为20%;中石的中径筛余合格率为10%,大石的中径筛余合格率为0。

表4 大法坪成品料仓骨料检验结果统计Table 4 The test results of three aggregates afterimprovement at Dafaping product yard

表5 二次筛分前的骨料检验结果统计Table 5 The test results of three aggregates before secondary sieving

3.2.3 二次筛分后的质量状况

在308拌和系统二次筛分楼后皮带上取大、中、小石各10组,3种骨料的检验结果列于表6。检验结果表明:除中石的逊径合格率为60%,中径筛筛余合格率为50%,大石的中径筛筛余合格率为0外,其它各项指标合格率均较高,相对二次筛分前有了很大改善,且骨料裹粉含量较小。

表6 二次筛分后的骨料检验结果统计Table 6 The test results of three aggregates after the secondary sieving

3.3 骨料裹粉的原因及控制标准

大法坪骨料在长距离皮带转运至拌和楼过程中不断相互碰撞、挤压、跌落,导致粗骨料逊径含量增加,并且粗骨料中石粉(颗粒粒径＜0.16 mm)含量也增加,石粉和水结合,使骨料出现裹粉现象;经过拌和楼前二次筛分楼冲洗、筛分、入风冷仓,再转运进入拌和楼的粗骨料仍存在裹粉现象。

2004年10月27日至11月4日在308拌和系统的二次筛分前、二次筛分后及拌和系统称料斗内分别取样,对粗骨料进行了裹粉含量(颗粒粒径＜0.16 mm)、含泥量(颗粒粒径＜0.08 mm)的两项指标检验,检验结果列于表7。

表7 308拌和系统骨料裹粉检验结果Table 7 The test results of wrapped powder aggregate at 308 Mixing System

试验结果表明,二次筛分前的骨料裹粉含量较严重,最高达2.02%;二次筛分后,骨料裹粉含量明显减少,最高仅0.34%,目测骨料较干净;但二次筛分后的骨料经转运到达拌和系统称料斗后,裹粉含量又有所增大,裹粉含量在0.10%～1.02%范围。含泥量指标是《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)规定的控制指标,从表7中可看出,小石、中石经二次筛分、冲洗后输送到拌和楼的称料斗内时,其含泥量指标在0.06%～0.94%范围,满足施工规范的要求;而大石的测值范围为0.31%～0.60%,稍有超标,基本能满足施工规范的技术要求。从裹粉颗粒级配可看出,裹粉中小于0.08 mm的颗粒占多数,平均占裹粉总量的92%左右。规范中无裹粉含量控制指标,所以裹粉含量的控制指标选择含泥量指标来控制是合适的。

骨料的磨耗试验结果表明,其200转和1 000转的磨耗率超过或接近控制指标值,说明岩石的岩性较软弱,抗磨耗性能差。因此,骨料岩性的软弱和运输过程中的跌落、碰撞是产生石粉的主要原因,石粉与水相结合,形成骨料裹粉现象。

4 结语

龙滩工程重视对骨料的质量检测控制,检测是促进质量提高的重要手段。从检测结果反馈发现骨料质量存在问题,通过改进生产系统工艺和增加设备来提高骨料生产质量。

刮砂机简单实用,回收石粉效果很好,尤其是碾压砂的石粉合格率从19%提高到80%。大法坪常态砂石粉含量、细度模数和表面含水率的合格率都在88%以上;碾压砂的石粉含量,细度模数、微粒含量和表面含水率的合格率都在80%以上。

大法坪料仓3种规格的粗骨料合格率均在83%以上。骨料裹粉曾是困扰龙滩建设者的一个大问题,通过增加一次清洗力度,增设二次水洗系统,二次筛分后除中石的逊径、中径筛筛余合格率为79%外,其它各项指标合格率均在86%以上,裹粉得到了有效的控制。

二次筛分对进入拌和楼骨料的品质指标改善有重要作用。骨料长距离运输后,建议进行二次筛分,有裹粉现象时还应该安装冲洗设备。

[1]DL/T5144-2001,水工混凝土施工规范[S].

(编辑:刘运飞)

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

王述银(1963-),男,湖南湘乡人,教授级高级工程师,主要从事水工混凝土及其原材料研究、现场试验室管理,(电话)027-82926355(电子邮箱)nick6176@sina.com。