龙滩工程大法坪砂石加工系统人工砂质量优化

兰 芳

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：大法坪砂石加工系统是广西龙滩水电站的特大型砂石系统，主要承担Ⅲ标(大坝和围堰工程) 641.63万m3混凝土所需的1412万t砂石骨料的加工任务，其中粗骨料939万t，细骨料473万t，是国内外水电建设史已建最大的砂石加工系统。由葛洲坝集团与广西局组建葛桂联营体承担设计、施工、运行任务。本文主要从人工砂的粒形细度模数、石粉含量、含水率三个方面来介绍大法坪人工砂的质量控制。

关键词：人工砂　质量控制　加工技术　龙滩工程

1 概述

总投资243亿元、总装机容量为540万kw的龙滩水电站，坐落于珠江上游干流红水河的广西天峨县境内，计划于2009年竣工。它是我国计划在红水河上修建的十座梯级电站中的第4座，是国家西部大开发和“西电东送”的标志性工程。

龙滩工程的三项世界之最之一——216.5m世界最高的碾压混凝土坝，已于2005年11月、12月成功经受了混凝土浇筑强度38.6万m3和43.2万m3考验，年浇筑总量332万m3。

如此长高峰期、高高峰强度的混凝土浇筑圆满，大法坪砂石加工系统高强度，高品质的人工骨料供应功绩卓著。在2005年11月、12月分别创造了月供料强度85万t和95万t的国内水电行业的高产纪录 （其中12月细骨料供应41.27万t），连续两月刷新了全国水电工程砂石生产供料记录，年总供量729.8万t，为特大型人工砂石加工系统的设计、建设及运行管理提供了有力的借鉴。

尤其值得重视的是，大法坪人工砂的质量。质量指标 （以2005年的统计资料说明）：孔隙率约0.34，细度模数稳定在2.6±1，石粉含量稳定在17%～19.5% （碾压混凝土用砂），13%～14.5% （碾压混凝土用砂），含水率稳定在3%～5%。这是水电建设史上的先例，得到了潘家铮院士、谭靖夷院士及各方专家院士的高度评价。

高品质的人工砂带来的是优质的混凝土质量。品质稳定的人工砂带来的是均衡的混凝土质量，带来的是稳定的混凝土建筑物。品质稳定更重要。

下面从大法坪砂石加工系统的人工砂的加工技术，介绍人工砂的粒形细度模数、石粉含量、含水率三个方面的质量控制。

2 大法坪砂石加工系统加工工艺

2.1 系统规模

大法坪砂石加工系统位于坝址右岸下游4.5km处，扩容后按满足高峰月浇筑强度32.5万m3混凝土所需的人工骨料设计，处理能力2750t/h，成品骨料生产能力2250t/h。

2.2 系统料源

料源取至大法坪灰岩料场，料场岩性为二迭系灰岩。

技术指标：岩石密度ρ=2.685～2.722，干密度ρd=2.535～2.711g/cm3，湿密度ρW=2.599～2.715g/cm3，天然密度ρ0=2.539～2.712g/cm3，饱和吸水率多为W2α=0.04～0.49，少量为0.85～2.54，孔隙率n=0.22～2.62，饱和抗压强度RW=26.9～89.5MPa，干燥抗压强度RD=36.4～114MPa，软化系数KR=0.52～0.89，饱和吸水率和孔隙率均较小。

2.3 系统工艺流程

系统母岩灰岩，磨蚀性较小；工艺流程设计为4段破碎。其中粗碎和中碎开路，细碎和超细碎闭路。立式冲击破和棒磨机联合“湿法”制砂，设置料场弃泥和洗石机洗泥，石粉回收装置和刮砂机回收石粉。设置直线振动脱水筛预脱水结合自然堆存保证砂的含水率。

3 人工砂质量控制

根据龙滩水电站标准，对砂石骨料的质量要求见表1。

表1 细骨料产品质量技术要求

由上表可知，大法坪砂石加工系统人工砂的质量技术水平。人工砂的高品质，离不开砂石加工系统的先进的加工技术。

3.1 人工砂粒形、细度模数控制

（1） 粒形控制

粒形用针状率、片状率、形状系统来表示。孔隙率是粒形衡量标准。不同的粒形将影响骨料的孔隙率，从而影响混凝土配合比、力学性能和拌制混凝土的经济性。对于新鲜的混凝土，骨料的颗粒形状、棱角性及骨料表面构成影响水泥胶浆用量。

粒形方正的颗粒比针片状的颗粒更适合做混凝土骨料；单位体积中表面积小，压实后的密实度高；胶浆量小。

粒形控制重要的因素：破碎设备选择、合理地设置破碎设备的运行参数和供料条件。

针对系统母岩石灰岩特性，保证人工砂粒形。

系统制砂设备配置见表2。

表2 制砂设备配置表

主要制砂设备采用进口的立式冲击破及国产的棒磨机。立式冲击式破碎机，利用带有动能的颗粒碰撞冲击和能量转换的原理来破碎物料，产品粒形好；棒磨机生产工艺简便易控制，产品粒形优良。

（2） 细度模数控制

人工砂的级配稳定，有着严格的保证。一是依靠工艺灵活可调，在生产过程中严格控制。对大法坪砂石加工系统的生产工艺进行了全面系统的调试，通过对产量和粒径组成数据的测试，找出最佳生产设备组合，满足生产强度和质量要求。

立式冲击破和棒磨机联合“湿法”制砂。棒磨机产品的细度模数稳定，可调性好。立式冲击破成品粒径偏粗，级配不连续，通过筛除多余的3～5mm的粒级进入棒磨车间，调整细度模数。通过水力分级，调整细度模数。(www.xing528.com)

二是分部稳定控制细度模数。水力分级：二筛、三筛下的洗砂机，对给水量大小，倾角，浓缩器结构区配等进行调整。棒磨机制砂：投棒量、棒径比、进料量、进料粒径、供水量等来控制。立式冲击破制砂：进料粒径，进料量、线速度等来控制；通过合理给料料径比例，调节产品粒度组成。

大量分析各工艺环节砂量级配，进料级配，进料量，成品料量；参考过往运行成果，联合生产厂家；设定目标模型，不断试验，合理组合，严格控制，不断调整，保持稳定。细度模数稳定在2.6±1。

3.2 石粉含量控制

根据工程试验经验：石灰岩的石粉含量在18%～20%时，堆积密度最大，空隙率最小。同时砂中小于0.08mm颗粒达到8%～12%。

大法坪砂石系统的成品砂的堆积密度见表3。

表3 成品砂的堆积密度(t/m3)

人工砂中的石粉含量，能显著改善混凝土的和易性、保水性、提高混凝土的匀质性、密实性、抗渗性、力学指标。

采用湿法工艺制砂，洗砂机水力分级工艺，人工砂中的石粉含量达9.5%～11.30%，达不到碾压混凝土用砂对石粉含量的要求，回收部分石粉混掺。

大法坪砂石加工系统选用了美国德瑞克Derrick强力高效细物料脱水回收装置，利用筛分、制砂车间排放的尾水，通过排浆沟槽，利用渣浆泵抽入石粉回收装置，经强力高效脱水筛脱水进行石粉回收。

为保证石粉回收量的平稳及RCC混凝土用砂质量，对设备的工作压力、来料的浓度、来料粒径、来料量进行了严格的控制。

工作压力：旋流器开始工作时，旋流器开启个数在20以内，压力将在2.6～2.8 kg/cm2左右；当压力达2.8～3.5kg/cm2时，开启其余旋流器阀门；设备压力基本稳定在2.8～3.0kg/cm2，石粉回收效果最佳。

浆液浓度：在集入排浆沟槽的浆液浓度需达13%以上，至16%以上时效果最佳。回收池浆液浓度越低，小于0.08mm粒径石粉含量越高、成品石粉含水量也越高。回收池浆液浓度越高，小于0.08mm粒径石粉含量越低、成品石粉含水量也越低。

浆液粒度：旋流器组中是严禁大于5mm的粗颗粒进入的，旋流器中的大于1mm粒级达到2.32%～25.1%时，旋流器将完全堵塞。

浆液量：来浆量稳定，浆液在渣浆泵吸料口高度为600－400mm以内时，回收效果最佳。

进浆液前配合链板式刮砂机处理1mm以上的粗颗粒，以防回收装置堵塞。链板式给料机可通过水箱内水位的高低和链板前进的速度来调控产品的粗细和含水量。

系统设置每套回收装置回收量在20～27t/h，满足系统需求，石粉含量稳定在17%～19.5% （碾压混凝土用砂），13%～14.5% （碾压混凝土用砂）。系统石粉回收设备配置见表4。

表4 石粉回收设备配置表

3.3 含水率控制

砂含水率的稳定控制，对混凝土，特别是碾压混凝土质量和预冷控制尤为重要。

大法坪砂石系统制砂工艺——立轴棒磨联合“湿法”制砂，掺混回收石粉。含水率控制难度高，采用传统的机械预脱水与自然堆存脱水方式。

机械预脱水：螺旋洗砂机出料端，设置直线振动筛，达到机械预脱水。将20%～25%含水率降至14%～18%。

自然堆存脱水：砂仓严格按照下料、脱水、取料的分仓运行方式。含水率稳定在3%～5%。

砂堆底部设置盲沟，场内外排水完善。砂堆顶部及输砂胶带机设置防雨棚。

当石粉含量为14.8%，初始含水率为17.96%时，堆存153h后砂子含水率降至5.8%；当石粉含量为17.95%而初始含水率为16.59%时，堆存186h后含水率降到5.93%。碾压砂堆场中部及以上，脱水3.5d，含水率可达3%～5.77%；而距底部1m段部分，含水饱和，含水率仍达8%～10%，需7d脱水。

加强检测控制，及时调整，在保证质量稳定前提下，最经济时段输出。

3.4 含泥量控制

此外，设置料场弃泥和圆筒洗石机洗泥，控制人工砂含泥量。

4 系统管理

先进的设备，先进的技术，离不开先进的管理。大法坪项目部不断完善质量保证体系，严格执行《砂石料生产质量管理办法》、《砂石料生产奖惩细则》等一系列制度。加强砂石料检测试验工作，认真落实质量责任制，同时开展砂石料质量控制点抽样检测工作。根据砂石料质量检测数据，项目部通过大量技术改造、设备技术参数调整，保证骨料质量合格。

系统2003年12月投产至2005年12月，共供应合格骨料1077.2万t。

5 结语

人工砂的质量直接影响混凝土的质量及其生产成本。高质量的人工砂为提高混凝土的品质提供可能，同时大幅度降低混凝土的生产成本 （如水泥用量、温控设施等）。

◎作者简介：

兰 芳，女，葛洲坝五公司砂石科学研究所高级工程师，副所长。