沐若水电站大坝混凝土拌和系统设计规划

2015-11-28黄贤德李跃兴郭大军

湖南水利水电 2015年6期

关键词：胶带机风冷预冷

黄贤德李跃兴郭大军

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市 410007）

1 概述

1.1 工程概况

沐若水电站大坝混凝土拌和系统布置于大坝下游左岸200 m 处，高程为（502.0～535.0）m。主要承担混凝土重力坝、坝身表孔溢洪道的碾压混凝土和常态混凝土的生产任务。

根据施工总进度安排，本系统承担混凝土供应总量约166 万m3，其中大坝碾压混凝土约152 万m3。混凝土系统生产能力需满足混凝土月高峰浇筑强度12.9 万m3，其中碾压混凝土为12.7 万m3/月，常态混凝土0.2 万m3/月，最大骨料直径为80 mm（三级配混凝土）。系统设计生产能力：常态混凝土600 m3/h，预冷碾压混凝土450 m3/h。混凝土出机口温度：常温混凝土30℃、预冷碾压混凝土21.0℃。

1.2 水文、气象条件

沐若水电站大坝坝址属热带季风气候，降雨呈微弱性季节性，一般旱季7～9月，雨季降雨高峰出现在12月～次年3月之间。平均最旱月份的降雨量约为60 mm，平均月降雨量表明，季节分布不均匀，在12月～次年1月，东北季风带来大量雨水。平均年降雨量约为4 456 mm。最低温度高于18℃，季节性温度变化不大，而相对湿度全年都比较高。见表1。

表1 当地气温特性表

1.3 混凝土配合比

沐若大坝温控的重点难点均为碾压混凝土，常态混凝土量较小，除基础垫层混凝土外其他部位均为结构混凝土，大坝碾压混凝土施工配合比如表2。

表2 推荐碾压混凝土配合比

2 混凝土拌和系统布置

混凝土拌和系统布置于左坝下游，共分502 m高程、515 m 高程、535 m 高程、543 m 高程4个平台布置。主要建筑物包括：1 座HZ300-2S4500L 的强制式拌和楼，2 座HZ150-1S4500L 的强制式拌和楼，1 座制冷车间，2 组骨料风冷料仓，骨料输送胶带机，外加剂车间，空压机站，胶凝材料罐，变电所、办公室、修理车间等。

3 座混凝土拌和楼均布置在502 m 高程的平台上，混凝土出料高程为502 m。每座楼出料线均采用互不干扰、相互独立的环形布置，出料通畅。

大坝混凝土施工前期全部采用汽车运输混凝土，中、后期配合采用胶带机出料。2#、3#拌和楼在主楼下安装移动式胶带机，可以同时满足胶带机和汽车运输混凝土要求，1#拌和楼设能全部移动的胶带机。中、后期2#、3#混凝土拌和站主要生产大坝碾压混凝土，1#混凝土拌和站主要生产大坝常态压混凝土。大坝拌和系统平面布置见图1。

图1 大坝拌和系统平面布置图

3 混凝土拌和系统工艺流程

大坝混凝土粗、细骨料由人工砂石加工系统供应，骨料采用B=800 mm，V=2.5 m/s 的两组皮带机自砂石加工系统的成品料仓运输至混凝土系统的风冷料仓，其中3个仓储存粗骨料，1个仓储存细骨料。骨料仓大石仓设缓降器，料仓下设出料胶带机，粗骨料由骨料调节料仓下设的变频电动振动给料机按施工时混凝土配合比将各级混凝土粗骨料混合给出料胶带机供料。细骨料料仓下设出料胶带机，采用电控气动弧门给料，通过胶带机给拌和楼供料。

大坝混凝土拌和系统工艺流程图见图2。

4 砂石骨料储运设施

混凝土拌和系统的风冷料仓（配料仓）布置在515 m 高程的平台上，考虑到砂石成品料仓紧靠混凝土系统，粗、细骨料采用2 组胶带机由砂石加工系统的成品储料仓直接给混凝土拌和系统风冷料仓供料，每组胶带机分别运送粗、细骨料能给任意一个料仓供料。运送骨料胶带机技术参数：B=800 mm、带速V=2.5 m/s、运输能力600 t/h。

系统共设2个风冷料仓，1#风冷料仓分隔为4个仓，单仓尺寸为5 m×6 m×12.3 m，分别储存大、中、小石和碾压混凝土砂，给1#拌和楼供料；2#风冷料仓分隔为5个仓，粗骨料仓单仓尺寸为5 m×6 m×12.3 m，分别储存大、中、小石、常态混凝土和碾压混凝土用砂，给2#、3#拌和楼供料。风冷料仓下的气动弧门、骨料秤量装置、集料胶带机和上主楼胶带机由拌和楼附属配置。

图2 大坝拌和系统工艺流程图

5 胶凝材料储运系统

系统共设6个水泥、粉煤灰罐，其规格均为Φ10 000 mm 的钢罐，其中2个为水泥罐，4个为粉煤灰罐，均布置在535 m 高程平台上。水泥、粉煤灰罐罐顶之间均设钢栈桥，以便检查维修。水泥、粉煤灰卸料平台为543 m 高程，并设有1 台80 t 的水泥、粉煤灰计量衡。

混凝土胶凝材料由散装罐车将其运输至左岸下游混凝土拌和系统543 m 高程平台，经胶凝材料称量站计量后，利用罐车自带气力输送装置送进储料罐中储存。每个罐的储存情况可通过导波雷达料位指示装置进行控制，采用下引仓式泵输送装置将水泥煤灰输送至拌和楼，该仓式泵输送装置方便PLC程控。

水泥、粉煤灰罐储存量按高峰生产7 天考虑，其储量需分别达到2 528 t 和3 612 t。系统内布置有2个1 500 t 水泥储存罐，可储存水泥量为3 000 t；4个1 000 t 粉煤灰储存罐，可储存粉煤灰4 000 t，储备量均满足混凝土浇筑强度要求。

6 供气系统

系统供风项目主要有散装水泥罐车卸灰供气及除尘、外加剂车间搅拌、各罐除尘、各胶凝材料储罐破拱、风冷料仓气动弧门及气阀等的供气、胶凝材料气力输送入罐以及上楼以及排堵装置的二次进气阀等。混凝土系统的供风装机容量为120 m3/min。空压机站配置2 台LGD-40/7 螺杆空压机，2 台LGD-22/7 螺杆空压机，以及附属油水分离器、无热再生干燥器、粉尘过滤器及贮气罐等。

7 外加剂储运系统

系统外加剂车间布置在535 m 高程的平台上，由库房、搅拌间、储液池、值班室组成。减水剂、引气剂的储量按满足混凝土浇筑30 天的用量考虑。搅拌间布置4个配药池进行外加剂的配制，设4个结构尺寸为3.00 m×6.00 m×2.5 m 的储液池，4个结构尺寸为3.0 m×3.0 m×2.0 m 的搅拌池。贮液池顶部低于搅拌池底10 cm，配制好的外加剂溶液可自流入贮液池。外加剂溶液通过自流输送至拌和楼。

8 混凝土预冷系统设计

8.1 设计条件

（1）气温、水温、相对湿度。见设计依据气象资料。

（2）水泥、粉煤灰。参考当月气温取值（表3）。

表3 水泥、粉煤灰温度表 ℃

（3）混凝土级配。见设计依据混凝土参考配合比（表2）。

（4）混凝土原材料物理热学性质参考表4。

表4 混凝土原材料热物理性质表

（5）其它相关参数。该系统设计以5月份多年月平均气温、多年月平均水温及混凝土各原材料配比为依据进行计算，其相关参数如下：

①夏季室外计算气温：27.1℃

②混凝土拌和机械热：6 281 kJ/m3

③粗骨料温度：27.1℃

④细骨料温度：25.1℃

8.2 预冷工艺设计

混凝土生产系统设计生产能力：常态混凝土600 m3/h，预冷碾压混凝土450 m3/h。混凝土出机口温度：常温混凝土30℃、预冷碾压混凝土21.0℃。风冷骨料仓单仓容积为300 m3，在风冷骨料仓内有足够的时间使粗骨料冷却到设计值。根据生产预冷混凝土的经验和混凝土出机口温度的计算，本工程预冷混凝土采用以“风冷粗骨料、加低温水拌和混凝土”的预冷工艺，可以满足混凝土的温控要求。

8.2.1 混凝土出机口温度计算

将选定的各参数计算混凝土出机口温度。

根据热平衡原理按下式计算：

式中 To——混凝土出机口温度；

Wi——每m3混凝土中各种原材料的重量（kg／m3）；

Ci——混凝土各种原材料的比热（kJ／kg·℃）；

Ti——混凝土各种原材料的温度（℃）；

Gc——每立方米混凝土的加冰量（kg），本项目不加冰，Gc=0；

η——冰的冷量利用率，0.8～0.9；

q——混凝土拌和时的机械热（kJ/m3），q=6 281 kJ/m3；

本工程计算得：To=20.35℃，满足设计的要求。

8.2.2 混凝土预冷措施

根据本工程确定的预冷工艺：一次风冷粗骨料为主、加低温水拌和混凝土，混凝土预冷措施为：

（1）系统粗骨料风冷。骨料风冷由搅拌楼的粗骨料仓、空气冷却器、离心风机及相应的制冷设施等组成。骨料风冷料仓分4个料仓，可分别存放G1、G2、G3、砂4 种骨料，砂不进行风冷，粗骨料仓由上而下也分成进料区、冷却区、储料区3个区域，通过风冷使骨料温度进一步降到设计值。空气冷却器、离心风机与搅拌楼粗骨料仓一对一配置，组成各自独立的冷风循环系统。将粗骨大石、中石、小石由27.1℃冷却至所需的终温平均10℃（混凝土拌和时粗骨料的初始温度）。空气冷却器的冷源由制冷车间提供。

（2）加（3～5）℃冷水拌和。混凝土拌和用冷水由设于制冷车间内的螺旋蒸发器生产，冷水经水泵输送到拌和楼的冷水箱，经称量斗称量后进入集料斗加入拌和机。

8.2.3 混凝土预冷系统技术指标

混凝土制冷系统的制冷容量根据预冷混凝土系统生产能力450 m3/h，出机口温度21℃的要求以及其它相关参数，通过以往制冷系统施工的经验和详细计算并考虑一定的富余量，确定本工程制冷容量4 326 kW（350×104 kCal/h）。

主要技术指标见表5。