沐若水電站大壩混凝土拌和系統設計規劃

黃賢德 李躍興 郭大軍

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 概述

1.1 工程概況

沐若水電站大壩混凝土拌和系統布置于大壩下游左岸200 m 處，高程為（502.0～535.0）m。主要承擔混凝土重力壩、壩身表孔溢洪道的碾壓混凝土和常態混凝土的生產任務。

根據施工總進度安排，本系統承擔混凝土供應總量約166 萬m3，其中大壩碾壓混凝土約152 萬m3。混凝土系統生產能力需滿足混凝土月高峰澆筑強度12.9 萬m3，其中碾壓混凝土為12.7 萬m3/月，常態混凝土0.2 萬m3/月，最大骨料直徑為80 mm（三級配混凝土）。系統設計生產能力：常態混凝土600 m3/h，預冷碾壓混凝土450 m3/h。混凝土出機口溫度：常溫混凝土30℃、預冷碾壓混凝土21.0℃。

1.2 水文、氣象條件

沐若水電站大壩壩址屬熱帶季風氣候，降雨呈微弱性季節性，一般旱季7～9月，雨季降雨高峰出現在12月～次年3月之間。平均最旱月份的降雨量約為60 mm，平均月降雨量表明，季節分布不均勻，在12月～次年1月，東北季風帶來大量雨水。平均年降雨量約為4 456 mm。最低溫度高于18℃，季節性溫度變化不大，而相對濕度全年都比較高。見表1。

表1 當地氣溫特性表

1.3 混凝土配合比

沐若大壩溫控的重點難點均為碾壓混凝土，常態混凝土量較小，除基礎墊層混凝土外其他部位均為結構混凝土，大壩碾壓混凝土施工配合比如表2。

表2 推薦碾壓混凝土配合比

2 混凝土拌和系統布置

混凝土拌和系統布置于左壩下游，共分502 m高程、515 m 高程、535 m 高程、543 m 高程4個平臺布置。主要建筑物包括：1 座HZ300-2S4500L 的強制式拌和樓，2 座HZ150-1S4500L 的強制式拌和樓，1 座制冷車間，2 組骨料風冷料倉，骨料輸送膠帶機，外加劑車間，空壓機站，膠凝材料罐，變電所、辦公室、修理車間等。

3 座混凝土拌和樓均布置在502 m 高程的平臺上，混凝土出料高程為502 m。每座樓出料線均采用互不干擾、相互獨立的環形布置，出料通暢。

大壩混凝土施工前期全部采用汽車運輸混凝土，中、后期配合采用膠帶機出料。2#、3#拌和樓在主樓下安裝移動式膠帶機，可以同時滿足膠帶機和汽車運輸混凝土要求，1#拌和樓設能全部移動的膠帶機。中、后期2#、3#混凝土拌和站主要生產大壩碾壓混凝土，1#混凝土拌和站主要生產大壩常態壓混凝土。大壩拌和系統平面布置見圖1。

圖1 大壩拌和系統平面布置圖

3 混凝土拌和系統工藝流程

大壩混凝土粗、細骨料由人工砂石加工系統供應，骨料采用B=800 mm，V=2.5 m/s 的兩組皮帶機自砂石加工系統的成品料倉運輸至混凝土系統的風冷料倉，其中3個倉儲存粗骨料，1個倉儲存細骨料。骨料倉大石倉設緩降器，料倉下設出料膠帶機，粗骨料由骨料調節料倉下設的變頻電動振動給料機按施工時混凝土配合比將各級混凝土粗骨料混合給出料膠帶機供料。細骨料料倉下設出料膠帶機，采用電控氣動弧門給料，通過膠帶機給拌和樓供料。

大壩混凝土拌和系統工藝流程圖見圖2。

4 砂石骨料儲運設施

混凝土拌和系統的風冷料倉（配料倉）布置在515 m 高程的平臺上，考慮到砂石成品料倉緊靠混凝土系統，粗、細骨料采用2 組膠帶機由砂石加工系統的成品儲料倉直接給混凝土拌和系統風冷料倉供料，每組膠帶機分別運送粗、細骨料能給任意一個料倉供料。運送骨料膠帶機技術參數：B=800 mm、帶速V=2.5 m/s、運輸能力600 t/h。

系統共設2個風冷料倉，1#風冷料倉分隔為4個倉，單倉尺寸為5 m×6 m×12.3 m，分別儲存大、中、小石和碾壓混凝土砂，給1#拌和樓供料；2#風冷料倉分隔為5個倉，粗骨料倉單倉尺寸為5 m×6 m×12.3 m，分別儲存大、中、小石、常態混凝土和碾壓混凝土用砂，給2#、3#拌和樓供料。風冷料倉下的氣動弧門、骨料秤量裝置、集料膠帶機和上主樓膠帶機由拌和樓附屬配置。

圖2 大壩拌和系統工藝流程圖

5 膠凝材料儲運系統

系統共設6個水泥、粉煤灰罐，其規格均為Φ10 000 mm 的鋼罐，其中2個為水泥罐，4個為粉煤灰罐，均布置在535 m 高程平臺上。水泥、粉煤灰罐罐頂之間均設鋼棧橋，以便檢查維修。水泥、粉煤灰卸料平臺為543 m 高程，并設有1 臺80 t 的水泥、粉煤灰計量衡。

混凝土膠凝材料由散裝罐車將其運輸至左岸下游混凝土拌和系統543 m 高程平臺，經膠凝材料稱量站計量后，利用罐車自帶氣力輸送裝置送進儲料罐中儲存。每個罐的儲存情況可通過導波雷達料位指示裝置進行控制，采用下引倉式泵輸送裝置將水泥煤灰輸送至拌和樓，該倉式泵輸送裝置方便PLC程控。

水泥、粉煤灰罐儲存量按高峰生產7 天考慮，其儲量需分別達到2 528 t 和3 612 t。系統內布置有2個1 500 t 水泥儲存罐，可儲存水泥量為3 000 t；4個1 000 t 粉煤灰儲存罐，可儲存粉煤灰4 000 t，儲備量均滿足混凝土澆筑強度要求。

6 供氣系統

系統供風項目主要有散裝水泥罐車卸灰供氣及除塵、外加劑車間攪拌、各罐除塵、各膠凝材料儲罐破拱、風冷料倉氣動弧門及氣閥等的供氣、膠凝材料氣力輸送入罐以及上樓以及排堵裝置的二次進氣閥等。混凝土系統的供風裝機容量為120 m3/min。空壓機站配置2 臺LGD-40/7 螺桿空壓機，2 臺LGD-22/7 螺桿空壓機，以及附屬油水分離器、無熱再生干燥器、粉塵過濾器及貯氣罐等。

7 外加劑儲運系統

系統外加劑車間布置在535 m 高程的平臺上，由庫房、攪拌間、儲液池、值班室組成。減水劑、引氣劑的儲量按滿足混凝土澆筑30 天的用量考慮。攪拌間布置4個配藥池進行外加劑的配制，設4個結構尺寸為3.00 m×6.00 m×2.5 m 的儲液池，4個結構尺寸為3.0 m×3.0 m×2.0 m 的攪拌池。貯液池頂部低于攪拌池底10 cm，配制好的外加劑溶液可自流入貯液池。外加劑溶液通過自流輸送至拌和樓。

8 混凝土預冷系統設計

8.1 設計條件

（1）氣溫、水溫、相對濕度。見設計依據氣象資料。

（2）水泥、粉煤灰。參考當月氣溫取值（表3）。

表3 水泥、粉煤灰溫度表 ℃

（3）混凝土級配。見設計依據混凝土參考配合比（表2）。

（4）混凝土原材料物理熱學性質參考表4。

表4 混凝土原材料熱物理性質表

（5）其它相關參數。該系統設計以5月份多年月平均氣溫、多年月平均水溫及混凝土各原材料配比為依據進行計算，其相關參數如下：

①夏季室外計算氣溫：27.1℃

②混凝土拌和機械熱：6 281 kJ/m3

③粗骨料溫度：27.1℃

④細骨料溫度：25.1℃

8.2 預冷工藝設計

混凝土生產系統設計生產能力：常態混凝土600 m3/h，預冷碾壓混凝土450 m3/h。混凝土出機口溫度：常溫混凝土30℃、預冷碾壓混凝土21.0℃。風冷骨料倉單倉容積為300 m3，在風冷骨料倉內有足夠的時間使粗骨料冷卻到設計值。根據生產預冷混凝土的經驗和混凝土出機口溫度的計算，本工程預冷混凝土采用以“風冷粗骨料、加低溫水拌和混凝土”的預冷工藝，可以滿足混凝土的溫控要求。

8.2.1 混凝土出機口溫度計算

將選定的各參數計算混凝土出機口溫度。

根據熱平衡原理按下式計算：

式中 To——混凝土出機口溫度；

Wi——每m3混凝土中各種原材料的重量（kg／m3）；

Ci——混凝土各種原材料的比熱（kJ／kg·℃）；

Ti——混凝土各種原材料的溫度（℃）；

Gc——每立方米混凝土的加冰量（kg），本項目不加冰，Gc=0；

η——冰的冷量利用率，0.8～0.9；

q——混凝土拌和時的機械熱（kJ/m3），q=6 281 kJ/m3；

本工程計算得：To=20.35℃，滿足設計的要求。

8.2.2 混凝土預冷措施

根據本工程確定的預冷工藝：一次風冷粗骨料為主、加低溫水拌和混凝土，混凝土預冷措施為：

（1）系統粗骨料風冷。骨料風冷由攪拌樓的粗骨料倉、空氣冷卻器、離心風機及相應的制冷設施等組成。骨料風冷料倉分4個料倉，可分別存放G1、G2、G3、砂4 種骨料，砂不進行風冷，粗骨料倉由上而下也分成進料區、冷卻區、儲料區3個區域，通過風冷使骨料溫度進一步降到設計值。空氣冷卻器、離心風機與攪拌樓粗骨料倉一對一配置，組成各自獨立的冷風循環系統。將粗骨大石、中石、小石由27.1℃冷卻至所需的終溫平均10℃（混凝土拌和時粗骨料的初始溫度）。空氣冷卻器的冷源由制冷車間提供。

（2）加（3～5）℃冷水拌和。混凝土拌和用冷水由設于制冷車間內的螺旋蒸發器生產，冷水經水泵輸送到拌和樓的冷水箱，經稱量斗稱量后進入集料斗加入拌和機。

8.2.3 混凝土預冷系統技術指標

混凝土制冷系統的制冷容量根據預冷混凝土系統生產能力450 m3/h，出機口溫度21℃的要求以及其它相關參數，通過以往制冷系統施工的經驗和詳細計算并考慮一定的富余量，確定本工程制冷容量4 326 kW（350×104 kCal/h）。

主要技術指標見表5。

表5 混凝土制冷系統主要技術指標

9 結語

大壩混凝土拌和系統于2010年10月30日調試成功投入生產，各項技術指標控制在設計范圍內，系統運行狀況良好，運行管理應注意做好以下幾點：

（1）在運行過程中應使粗骨料在風冷料倉內有一定的料高，使粗骨料充分冷卻后達到設計溫度的連續性，保證混凝土出機口溫度的穩定。

（2）由于本混凝土生產系統沒有采用二次篩分，粗骨料含粉塵比較大，本身對骨料冷卻不利，同時又會有部分石粉隨回風進入空氣冷卻器附著在空氣冷卻器的散熱片上，影響空氣冷卻器的傳熱效果，為了減小石粉附著在空氣冷卻器散熱片上的不利影響，提高空氣冷卻器的效率，要經常沖霜。

（3）控制砂和粗骨料的含水率，在骨料倉處做好排水處理，不讓遮陽防雨棚上和外界的雨水流入骨料倉，砂倉卸料口輪流放料。