中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 我国混凝土骨料加工技术的进展 阮光华 提要：本文扼要介绍了近几年我国水电工程砂石生产中在料源、开采技术、制砂技术、砂石运输、 环保及污水处理等方面的进展情况，并提出了存在问题和努力方向。 关键词：岩性竖井两级立轴破制砂国产长胶带机 自2005年我国首届水利水电工程砂石生产技术交流会召开以来，随着一批大中型 水电工程混凝土坝工程的兴建，混凝土骨料加工技术获得了长足发展，本文仅从以下几 方面叙述。 1 料源及料场开采技术 1．1料源 我国水电工程遇到的混凝土骨料料源岩性是十分复杂的，从最初的xx骨料，到上 世纪七十、八十年代用得较多的石灰岩、花岗岩，到后来的石英砂岩、流纹岩、凝灰岩、 片麻岩、正长岩、玄武岩、辉绿岩等，最近几个工程又用了砂板岩、大理岩、白云岩等。 即使是同一种岩性，其物理性质、化学成分、矿物组成及晶体结构还有很大变化，现在， 对料源的碱骨料活性反应已普遍比较重视，而对不同工程料源加工特性的差别却关注不 够。从几个工程发生过的情况应有所认识。 (1)龙滩工程。大法坪灰岩料场，湿抗压强度平均值仅40MPa左右，原方案粗碎 采用颚式破碎机，中碎采用反击式破碎机，系统投产后发现产品中大石的中径含量严重 不够。后将部分反击破更换为圆锥破，问题才得到解决。其原因除其他工序使岩石过粉 碎外，主要是岩性过软、强度过低所造成。 (2)小湾工程。孔雀沟料场，岩性为黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩。湿抗压 强度91．0,---153．2MPa，左砂系统采用立轴破碎机与棒磨机联合制砂，投产后发现立轴破 碎机的砂产品中石粉含量高达28％-----30％，在系统已建成的条件下，被迫增加螺旋洗砂机 去除大量多余石粉，造成较大经济损失。如事先能对此认识得更清楚些，就可采取更合 适的对策。 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 (3)百色工程。辉绿岩料源，抗压强度180MPa，岩石密度达3．04t／m3，砂石系统采 用与棉花滩工程相同的生产线和设备，B9000型立轴破碎机制砂。结果砂的含粉率达到 24％---26％，且石粉的颗粒极细，最小达到2---3∥m，这种细粉有一定活性，致使大坝碾压混 凝土夏季施工时产生早凝现象，后采用特种外加剂才解决混凝土初凝时间过短问题。 (4)浙江西溪水库碾压混凝土坝。熔结凝灰岩料源，抗压强度140MPa以上，石英 含量34．6％，长石含量59％，折算当量石英含量为83％，由于石英含量极高，造成砂石系统 各种设备超常磨损，例如PL8500型立式冲击破分料板的使用时间仅为8．57h，而且产砂 率低，产品粒形差，影响碾压混凝土质量。 还可以举出一些由于对料源岩性认识不够给砂石系统运行乃至整个工程带来影响 的例子，但仅从这四个工程实例的教训就足以引起对料源岩性的重视，今后在工程前期 设计阶段必须做岩石有关指标的小型试验，取得科学数据，作为砂石系统设计的依据。 1．2开采技术 料场运输方案过去采用公路运输较多、近几年由于一些工程料场的地形条件不适用 公路运输，开始采用竖(斜)井运输方式。采用竖(斜)井运输方式在矿山开采中用得 较多，我国水电工程首先在龙滩麻村砂石系统灰岩料场采用竖井运输，开始使用阶段曾 发生过堵井，随着运行经验的积累，竖井正常运行。以后龙滩大法坪料场扩容改造时又 增加了一个80m深的竖井。 (1)采用竖(斜)井运输方式值得一提的是小湾工程。 小湾左岸孑L雀沟人工砂石加工系统布置在8。山梁下游侧至瓦斜路沟支沟地段陡竣 山坡上，料源主要从临近加工系统的孔雀沟石料场开采。料源岩性以黑云母花岗片麻岩 为主，夹有角闪斜长片麻岩。 根据规划，孔雀沟石料场为相对独立的山脊，其地理位置离左砂加工系统直线距离 约700m，揭项高程为1700m，终采高程为1240m。石料场采区面积小、开采高差大、开 采道路布置困难。大坝混凝土{zd0}月浇筑强度达23×104mZ／mon，有用料开采运输强度达 25×104m3／mon，加上无用料剥离，开挖强度{zg}达到45×1043m／mon。考虑沿山体分层布 置运输道路难以满足工程需要，为确保料源的开采和运输强度满足工程需要并降低安全 隐患，借鉴了国内外矿山溜矿竖井和美国德沃歇克水电站、二滩水电站以及龙滩麻村砂 石系统灰岩料场使用溜渣竖井的成功经验，经研究比选，确定在料场中心部位采用溜渣 2 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 竖井溜渣。结合开采规划，有用料开采按1 2m梯段分层进行，运输方式通过在料场中心 部位15 12m高程对称布置2个直径由6m深194m的溜渣竖井，经溜渣竖井直接进入竖井底 部粗碎车间破碎，破碎后的产品由底部胶带机运输至砂石系统半成品料仓，单个竖井运 输渣料能力为1600t／h；料场剥离主要采用翻渣措施至高线1360m拦渣平台并经高线公 路转运至孔雀沟渣场。本工程项目通过采用深溜渣竖井方案，将开采的毛料由常规水平 运输变为垂直运输，解决了受地形条件制约出渣道路布置困难的难题，确保了开采运输 强度，降低了安全隐患。溜渣竖井在建成投入运行后解决了初期的堵井问题，至今共运 输开采有用料源500×104m3，7效果显著。 (2)锦屏一级印把子沟人工骨料生产系统采用竖(斜)井运输方式是另一个典型 例子。 锦屏一级印把子沟人工骨料生产系统处理能力2000t／h，成品生产能力1600t／h。 料场开采高差、料场地质地貌在国内水电站石料场开采规划难有借鉴之处，料场区自然 岸坡为倾角55，一--65。的顺向边坡，坡脚河床高程1620m，‘坡顶{zd0}高程2400m，{zd0}坡 高780m；该段岸坡三面临空，岩体卸荷变形较强烈，尤其坡项孤峰矗立，岩石裸露，植 被稀少，受地表水的长期冻融作用，表部岩体较破碎；而区内又属构造作用较强烈区， 岩层褶曲，断层、层间错动及裂隙发育，又有局部高地应力特点，地质条件较复杂。因 此设计建安重点主要在料场开采规划上，针对施工工期、施工安全等前提下实施了一个 目前国内水电站料场运输通道的新模式，采用了地下洞室群和井下旋回机的布置方式。 其中料场地下通道长度约9．8km，竖井{zd0}高度约280m，料场边坡高达450m，单井处理 能力约2000t／h。目前施工进展按预定工期进行推进，系统已投入试运行，料场预计2008 年9月开始进行揭项和支护施工。 2制砂技术 2．1 制砂工艺是砂石生产的核心工艺，前几年国内大多数工程制砂主要采用三种形式： 棒磨机制砂、立轴破制砂、立轴破和棒磨机联合制砂。 棒磨机制砂的特点是： (1)成品砂质量稳定、粒形好； (2)耗水、耗电量高、钢棒耗量大； 3 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 (3)建筑安装量大； (4)石粉损失量大、水处理费用高。 立轴破制砂的特点是： (1)工艺流程简单，单位能量消耗低； (2)5～2．5mm的石料反复循环破碎，破碎效果差，能量消耗略偏大； (3)成品砂中2．5～1．25ram、1．25～0．63ram粒径的石料偏少； (4)成品砂的粒度模数控制难； (5)成品砂率偏低。 立轴破和棒磨机联合制砂的特点是： (1)集中了立轴破、棒磨机制砂的优点，克服了中径含量问题、石粉过多流失问题 等； (2)流程中仍然保留了棒磨机及其不足之处： (3)工艺流程复杂、设备品种多。 由于以上三种制砂方式都存在不同的缺点，根据立轴破碎机破碎岩石的机理，对于 不同的岩性，不同的给料量，不同的给料粒径和级配，不同的转子线速度，甚至进料的 含水率变化，都将对产砂量和砂的粒度组成、细度模数、石粉含量等质量指标产生影响。 因此，研究试验应用两种不同转子速度的立轴破联合制砂的思路就成了必然的选择。 2．2按照这一思路，水电九局在其承担的一些工程项目中，如湖南皂市、贵州索风营、 沙沱等水电站进行了一系列的试验研究和生产实践，取得了比较理想的成果。该制砂工 艺的主要内容是： (1)经破碎后的石料(5一--40mm)送入常速度(v=50～70m／s)的立轴破碎机破碎， 破碎后进入筛分机分级，>5mm的石料返回转料仓，5，--．2．5mm的石料送入高速(v>75m／s) 的立轴破碎机再破碎，经再破碎的石料与<2．5mm的石料混合后进入成品仓。实际上第二 级高速立轴破碎机起了比棒磨机更大的调整粒度组成和石粉含量的作用。 (2)破碎物料含水量的影响 破碎物料含水量在一定范围内时，对除尘效果起到重要作用。但含水量较高时会降 低产砂量。经测试分析： ①当物料含水量控制在≤2％时，扬尘污染严重，必须采取除尘设施。 4 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 ②当物料含水量控制在>5％时，产砂率明显降低。且随着含水量的增加，产量急 剧降低。当含水率达到9～11％时，产砂率几乎为零。 ③当物料含水量控制在2"--5％时，物料的破碎效果{zj0}。 ④当物料含水量>11％时，宜采用湿法生产，但产量比半干法低。 (3)给料量对砂产量的影响 当给料量较小时，产砂量随给料量的增加而增加；产砂率有所降低。当给料量达到 一定量时，产砂量达到{zd0}值。如PL8500型机{zj0}给料量值为70"-90t／h(物料：灰岩， “石打铁”破碎腔)。 当给料量超过一定值后，产砂量增加不多，而产砂率降低较多，如PL8500型机给 料量超过1lOt／h时，产砂量增加很小(物料：灰岩，“石打铁”破碎腔)。其原因是： 破碎腔内的石料流较大，转子抛出的石料大部分打在石料流上而不是打在铁砧上。 (4)给料量、给料粒径、含水率、转子速度、砂的细度模数、石粉含量间的关系 ①在相同的物料粒径、含水率、及转子速度(即线速度)相同的情况下，给料量 增加，成品砂中的石粉含量降低，砂的细度模数增大，当给料量达到一定值后基本稳定。 ②当物料的含水率、给料量稳定，转子速度(即线速度)相同的情况下，物料粒 径(≤60ram)增大，其石粉含量增加，细度模数降低。 ③在相同的物料粒径、含水率、给料量下，随着破碎机转子速度(即线速度)上 升，砂中石粉含量增加，细度模数降低。 2．3两种速度立轴破碎机制砂要点 经试验分析，采用常速与高速立轴破碎机联合制砂，可提高成品砂产量与质量，可以 实现“以破代磨”工艺，使xx抛弃棒磨机制砂成为现实。 (1)常速立轴破碎机的破碎腔体可以为“石打铁”型，亦可以为“石打石"型，两者 没有质的变化，只有量上的变化。“石打铁’’型产砂量比“石打石"型高，而前者砂的 粒形稍差，石粉含量较多，铁砧磨损多。 (2)高速立轴破碎机的破碎腔体{zh0}为“石打铁”型，给料量要低些，原因是基于 5"-2．5mm石料粒径较小、质量较轻，要使其破碎必须获得较多的碰撞能量。 (3)采用两种速度的立轴破碎机制砂，适当增加高速立轴破碎机的进料粒径，可进 一步提高成品砂的石粉含量及降低成品砂的细度模数。 5 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 2．4沙沱电站砂石系统的生产检验成果 沙沱电站砂石系统规模为1500t／h，采用两种速度的立轴破碎机联合制砂，投产已一 年多，成品砂质量稳定，经2008年4、5、6月生产检测，砂的细度模数均值为2．67，石粉 含量均值为18．62％，指标良好、稳定。 2．5结论 从以上所述采用两种速度的立轴破碎机联合制砂工艺的试验研究分析和工程生产 实践，说明一般情况下砂石系统采用该工艺是可行的，并能获得较好的产品质量，较高的 经济效益。 2．6石粉控制工艺 石粉是制砂过程的伴生物，常态混凝土和碾压混凝土对石粉含量有不同的要求，石 粉控制也是制砂工艺的一部分。锦屏工程采用大理岩制砂，三滩前期系统生产的成品砂 级配严重不合格，含粉率高达40％～50％，用水洗工艺去粉，造成有用颗粒的大量流失， 经专家咨询，建议改用干法去粉，后施工单位找到选粉机生产厂家，并进行了生产性试 验，取得比较理想的成果，初步结论是： (1)经选粉机选粉后的成品砂中石粉含量随选粉机主轴转速和风机的风量变化而 变化，说明通过调整选粉机的技术参数来控制成品砂中的石粉含量是可行的。 (2)从试验可知，在保证供料稳定和选粉机在同一技术参数的情况下，成品砂中石 粉含量在一个稳定的范围内是有可能的。 (3)进料含水率在2．2％时，选粉机仍可以正常工作。 (4)通过调整选粉机主轴转速和风机风量可控制成品砂中石粉含量在6，--18％范围 内的任一值。 (5)经过选粉机剔除粉后，成品砂中的细度模数和中间颗粒级配比例相应有所提 高。 综上所述，人工砂中含有的石粉xx可以通过干法风选来剔除，而且剔除的效果湿 法水洗要明显优越，它不但可以保留成品砂中对混凝土有用的石粉，而且可以使得石粉 级配呈连续分布。目前锦屏二级东端系统已采用选粉机去粉，锦屏一级三滩制砂系统也 安装了选粉机，阿海水电站砂石系统也相继采用这一选粉工。 6 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 3砂石料运输 ， 混凝土砂石骨料和开挖渣料的运输量占水利水电工程施工总运量的90％以上，选择 一个经济合理的运输方案，对工程造价和环保有着举足轻重的意义。过去大宗物料运输 一般都采用公路汽车方案。但西部水电工程恶劣的地形、地质条件往往使得公路汽车运 输方案不但造价高昂，还会造成大量环保问题。龙滩、向家坝两大水电工程相继采用长 胶带机运输砂石骨料，从此为考虑大运量方案打开了新的思路。 胶带机制造技术国内都能解决，价钱也不高，但长胶带机的关键技术：可控软起动 装置，可控制动装置等仍需依赖进口国外设备，不但价钱高，维修也不便，往往成为采 用长胶带机运输方案的瓶颈。 3．1长胶带机概况 在现代散装物料的连续输送中，带式输送机是主要的运输设备，使用范围相当广泛， 具有运输成本低、运量大、无地形限制及维护简便等优势，在矿山、建材、化工、港口、 粮食、电力、煤炭等工矿企业越来越显现其重要的作用。随着国民经济的飞速发展，对 散状物料的输送提出了新的要求，即长距离(指单机输送长度，国内单机最长15．8km， 南京金阳水泥厂)、大运量(高带速和大带宽)和大倾角输送物料，同时提出无公害环 保输送散体物料。因此，带式输送机已成为可以与汽车运输相竞争的输送设备。无论国 外还是国内的建材及矿山行业，在这二者对比选择后，最终还是较多地选择以长距离、 大运量的带式输送机代替汽车运输的方案。其原因是采用汽车运输不仅要修建公路，购 买汽车一次性投资大，而且日常的公路和汽车维修费用也很高：带式输送机输送散状 物料是连续的物料流，生产效率高。 上世纪80年xx始，我国带式输送机有了很大发展，对其关键技术研究和新产品的 开发都取得了可喜的成果，输送机产品系列不断增多，从定型的SDJ、SSJ、ST3、DT等 系列发展到多功能、适应特种用途的各种带式输送机系列。进入90年代后，随着现代 物流技术的发展和需要，我国对大倾角上、下运带式输送机，可弯曲带式输送机，长运 距、大运量、多点驱动带式输送机及其关键技术、关键零部件进行了理论研究和产品开 发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了软起动和制动装置 以及PLC控制为核心的电控装置等，xx可与国际技术相比美，实现了各式带式输送机 技术的国产化。 7 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 3．2长胶带机的应用 长胶带机已在国内矿山、水泥、码头等行业广泛应用，水电工程龙滩、向家坝两大 水电工程相继采用长胶带机运输砂石骨料，但其关键部件仍为进口。最近金沙江龙开口 水电站已采用6．4km长、有4个水平转弯的下行国产长胶带机运输成品砂石料，目前正 进行土建施工。以下列出其他行业使用国产长胶带机的统计资料。 4环境保护 砂石加工系统在生产过程中都会产生较多的废水、废渣、粉尘，需进行有效的处理 才能满足环保要求。废水处理工艺目前有多种形式，在湿法生产中以刮砂机作预处理， 压滤机作最终处理，将污水处理与石粉回收相结合的工艺(如银盘工程)取得较好效果； 在半干法生产中采用预沉池、螺旋分级机、链板刮砂机、竖流沉淀池、斜管沉淀池等相 结合的方法也取得可喜的成果，其回收利用率达到85％以上，排放水的悬浮物浓度低于 200mg／1，，配合圆盘式真空过滤机进行固液分离处理后，可实现零排放(如沙沱工程)。 5存在问题和努力方向 5．1必须清楚地认识到料源岩性对于决定加工系统工艺流程和设备选型的重要性。砂 石系统加工的对象是岩石，如果对岩石的性状没有从本质上认识清楚，必然导致设计方 案的盲目性。除了前面提到过的龙滩、小湾、百色、浙江西溪四个工程外，过去的五强 溪(石英砂岩)、现在的锦屏(大理岩)，都是由于对岩性还没有吃透造成砂石系统的被 动局面。国外水电工程和国内矿冶行业都要做矿石的小型试验，决定选矿厂流程和破碎 设备选型。对岩性的定量分析应在工程的勘测设计前期进行，通过岩样的小型试验取得 定量指标(如可磨性指数、可碎性指数等)。现行《水利水电工程xx建筑材料勘察规 程》未包含这些内容，应予补充。 5．2两级立轴破碎机制砂工艺在以灰岩为料源的工程已取得可喜的成果，但对硬岩加 工实施的工程还仅有三个(云南苏家河、云南松江河、广东台山)。该工艺xx符合国家 提倡的节能、降耗、减排的产业政策，应该积极深入研究，扩大使用范围。特别要重点 突破玄武岩制砂产砂率低、细度模数大、粒度组成差，石粉含量少的问题。玄武岩不但 广泛分布在水电工程集中的西南地区，而且其他行业混凝土骨料也需用到，如这一问题 8 鏊鼍 臀捏 琴鲻 剥靼 嚣星 器目 麓 ∞ 王姬 星“ Z o 錾是姐N o 加o H Lf' o o ∞∞ ∞h 8 _o o o' 扣门 o U， 曷姐 ‘P一 ，_ ∽ N 8姐 呻d o h o o 寸。 篮∞ 》_H N 中国水利水电工程第二届砂石生产技术交流会 星晋 呙姐 N n o o甘 吲I ∞至 ，。 ∞ N 2 qⅡ ∞∞ 薹苫 N 2如 ∞N 薹苫 U， N oooN-∽ ooo U’ h∞ 乏魏＆I { 中2 9 N ’一 ooN o∞ ＼ 鲞量 一 N ，。 8 qⅡ ∞∞ ∞吲 蔓l 蟹N 如o ∞ ∞ 譬姬 ∞∞ 薹三 ∞ ∞ g姐 甘N 薹至 ∞．甘ooN oN＼o．【．一，IN扣 。旧口Nz砷 o．I．甘ooN oN＼ooN．．【一N} ∞＼o．【．NrlN扣 冁辍 啦N ooN．【．山z)I 姐N o崎∞，山N譬 姐∞ oo甘loN笛 姐n oo卜●山扣∞ 姐n o∞甘B笛NJI 姐N oo∞白口笛NJI 姐∞ oonⅡ|口Ⅳ—蚕 姐n ∞。rI扣∞ 转墨弛∞譬西躲馨三鸯量N鹱蕊．彘鞲 姐∞ ∞．9n．∞【}I∽∞∞ 姐N 崎．．【∞●甘一}I∞n∞ 姐∞ 田．9nI田_【王∽∞}I 姐∞ ∞甘．oo田扣吕 牛N 。。。一奇 七N 。。=寺÷N 。。。_【寺 牛N oo=寺牛N ooo_【寺 幂煳簿 o。。N铳 。。= _I。。H H_【。K噼 。。∞．【 熙长rTl靶佰靼馨锹 暴毅簿坦骱 。∞_【工S 。o。H N∞①∞ 。．【．K略 。。∞．【 熙*蝼双龄∽刚对臣 oo∞N卜∞ 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系统投产后产品指标与原试验结果大相庭径，造成工程很被动的局面。关于对异地大型 生产性试验的意见，笔者和其他学者曾有另文叙述，这里就不再展开了。 5．4水电工程对砂石的需求量大而集中，水工混凝土对砂石也有较高的要求，因而水电 队伍对砂石的研究也最深，形成了一套系统的技术和规范。现在随着大规模水电工程的 建设，这项技术还在向前发展，走在国内其他行业之前。我们有的工程局已经开始承接核 电、高铁、高速公路等领域的工程，接触到不同的技术要求和规范，我们更应努力研究 生产出更优质的混凝土骨料来扩展市场。观音岩工程已经向承建单位提出研究优质砂石 骨料的指标，例如砂的细度模数波动值要小于±0．15，并争取达到小于±0．1，还要求砂 以1．25ram为分级界限，分成两级，然后再xx混合，使砂的细度模数保持稳定。 5．5砂石料的运输占了工程运输量的很大比例，积极发展应用长胶带机运输砂石料是 经济合理的方案。特别是长胶带机的关键技术国内已经解决，不再受制于国外。龙开口 工程已率先使用国产长胶带机，随着经验积累，一定会有更多的工程研究采用这一节能、 环保的技术。 作者简介： 阮光华，男，教授级高工，现任中国水力发电工程学会施工专业委员会副主任兼秘书长，华东 勘测设计研究院技术委员会委员． |
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