花崗巖砂石系統(tǒng)骨料質(zhì)量控制的研究與應(yīng)用

張洪義

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 引言

砂石加工系統(tǒng)作為水電工程的臨建工程，大部分管理者對(duì)臨建工程的重視程度都很低，在加上臨建工程投資、勘察工作深度、施工隊(duì)伍技術(shù)和管理水平等各種條件限制和因素影響，導(dǎo)致在工程建設(shè)過(guò)程中，對(duì)人工砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)重視不夠、設(shè)備選型配置不合理，系統(tǒng)運(yùn)行管理不善、質(zhì)量控制不力，造成生產(chǎn)出來(lái)的成品砂石料質(zhì)量不能滿足水工混凝土相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中技術(shù)要求的情況屢見(jiàn)不鮮，導(dǎo)致混凝土性能不良，嚴(yán)重影響了工程施工的順利進(jìn)行，給工程質(zhì)量帶來(lái)隱患。

各大水電站的巖石巖性各有不同，主要以玄武巖、花崗巖及石灰?guī)r等居多，巖石巖性不同，人工砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程和質(zhì)量控制方法隨之不同，本論文主要針對(duì)花崗巖砂石加工系統(tǒng)的工藝及質(zhì)量控制進(jìn)行研究。因花崗巖屬于巖性硬度大、抗壓強(qiáng)度較高、磨蝕性大的石料，故砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理對(duì)成品骨料、混凝土工程質(zhì)量和工程成本影響較大，需根據(jù)加工原料自身特性設(shè)計(jì)砂石加工系統(tǒng)的工藝流程，提高砂石系統(tǒng)一次達(dá)標(biāo)投產(chǎn)成功率。通過(guò)對(duì)梅州抽水蓄能電站下庫(kù)花崗巖砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況進(jìn)行分析和總結(jié)，對(duì)影響成品骨料質(zhì)量控制的問(wèn)題進(jìn)行了梳理和研究。

2 砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

2.1 工程概述

梅州抽水蓄能電站位于廣東省梅州市五華縣南部的龍村鎮(zhèn)黃獅村境內(nèi)，一期裝機(jī)容量1 200 MW，混凝土骨料總量約71.83萬(wàn)m3，混凝土所需的成品骨料均為下庫(kù)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)。下庫(kù)砂石加工系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模為：設(shè)計(jì)處理能力350 t/h，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力280 t/h。該系統(tǒng)料源采用地下室洞開(kāi)挖料，巖石為堅(jiān)硬的花崗巖，巖石單軸抗壓強(qiáng)度和力學(xué)性能試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。試驗(yàn)成果表明：巖石平均飽和抗壓強(qiáng)度為118 MPa，平均軟化系數(shù)為0.85，平均抗壓彈性模量50.8 GPa，平均飽和吸水率0.28%。

表1 巖石單軸抗壓強(qiáng)度和力學(xué)性能試驗(yàn)成果表

2.2 成品骨料質(zhì)量指標(biāo)

依據(jù)DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》水工混凝土骨料指標(biāo)要求[1]，具體參數(shù)見(jiàn)表2、表3。

表2 水工混凝土細(xì)骨料（砂）的質(zhì)量技術(shù)要求

表3 水工混凝土粗骨料質(zhì)量技術(shù)要求

2.3 花崗巖砂石加工系統(tǒng)工藝流程

本系統(tǒng)生產(chǎn)主要以大壩三級(jí)配碾壓混凝土、二級(jí)配常態(tài)混凝土及噴射混凝土骨料為主，混凝土澆筑高峰期間，常態(tài)、碾壓及噴射混凝土骨料同時(shí)使用，為了靈活調(diào)整骨料生產(chǎn)級(jí)配，滿足混凝土澆筑的需求，降低工藝流程循環(huán)負(fù)荷量，砂石加工系統(tǒng)采用了 “三段破碎+立軸破制砂+成品中、小、豆石沖洗+干、濕砂混合”生產(chǎn)工藝[2]。

在工藝流程設(shè)計(jì)中，骨料的生產(chǎn)采用粗碎開(kāi)路，中碎與第一篩分構(gòu)成閉路生產(chǎn)大石，超細(xì)碎(制砂)與第二篩分構(gòu)成閉路生產(chǎn)中石、小石、豆石和砂。在第三篩分車間篩分過(guò)程及膠帶機(jī)轉(zhuǎn)接梭槽對(duì)成品大石、中石、小石、豆石進(jìn)行沖洗，以控制成品大石、中石、小石、豆石的裹粉含量[3]。花崗巖砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 花崗巖砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)工藝方案和系統(tǒng)的特點(diǎn)，為提高砂石系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，砂石系統(tǒng)加工關(guān)鍵設(shè)備采用技術(shù)領(lǐng)先、質(zhì)量可靠、單機(jī)生產(chǎn)能力大、使用經(jīng)驗(yàn)成熟的先進(jìn)設(shè)備。所選用的主要設(shè)備型號(hào)如下：

（1）粗碎為1臺(tái)JC1100鄂式破碎，棒條篩上大于150 mm料進(jìn)入粗碎設(shè)備進(jìn)行破碎后，再經(jīng)一條B1膠帶機(jī)輸送至半成品料堆上料膠帶機(jī)上。棒條篩下小于150 mm料導(dǎo)入粗碎破碎機(jī)的出料膠帶機(jī)，和破碎料混和一起上半成品料堆。

（2）細(xì)碎為1臺(tái)山特維克H4800 EC圓錐機(jī)；中碎為1臺(tái)CC200S型圓錐破碎機(jī)，一篩車間分級(jí)后，大于80 mm料直接由溜槽經(jīng)膠帶機(jī)送往中碎車間破碎；部分20～80 mm料直接由溜槽經(jīng)膠帶機(jī)送往細(xì)碎車間破碎；中細(xì)碎破碎后物料與半成品料倉(cāng)物料一起經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸至一篩車間分級(jí)，中碎、細(xì)碎與一篩車間構(gòu)成閉路循環(huán)。

（3）制砂為2臺(tái)VS1400R型立軸沖擊破碎機(jī)。制砂調(diào)節(jié)料倉(cāng)的0～40 mm料經(jīng)料倉(cāng)下的振動(dòng)給料機(jī)給料分別進(jìn)入2臺(tái)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)進(jìn)行破碎加工，破碎后產(chǎn)品輸送到第二篩分車間作分級(jí)處理，制砂車間與二篩車間構(gòu)成閉路循環(huán)。

（4）洗砂為2臺(tái)FC-1500螺旋洗砂機(jī)。根據(jù)成品砂的石粉含量不同，對(duì)成品砂進(jìn)行水洗去除石粉。

（5）篩分設(shè)備中，第一、二、三篩分車間各配備2臺(tái)、4臺(tái)、1臺(tái)3YKR2460圓振動(dòng)篩，骨料由篩分機(jī)進(jìn)行篩分分級(jí)，再通過(guò)膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)運(yùn)送至各車間及成品料堆。

3 本系統(tǒng)工藝特點(diǎn)及生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制

為了按照混凝土工程施工進(jìn)度提供質(zhì)量合格、數(shù)量充足的成品骨料，梅州抽水蓄能電站花崗巖砂石加工系統(tǒng)投入試運(yùn)行后，運(yùn)行管理單位加工了成品骨料并試驗(yàn)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和系統(tǒng)運(yùn)行中反映出的問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，從系統(tǒng)投產(chǎn)后的成品骨料檢測(cè)結(jié)果及混凝土性能看，該系統(tǒng)所生產(chǎn)的成品骨料粒型較好、各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足要求。

3.1 成品骨料質(zhì)量控制關(guān)鍵生產(chǎn)工藝流程

砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝處理方式是成品骨料的關(guān)鍵，只有合格的生產(chǎn)工藝才能得到合格成品骨料。

（1）主要破碎設(shè)備選型：花崗巖料源屬于難碎巖石，因此，系統(tǒng)的主要破碎設(shè)備采用顎式破碎機(jī)、圓錐破、石打石立軸破。

（2）制砂工藝：根據(jù)花崗巖強(qiáng)度（大）、磨損系數(shù)（較大）及巖石結(jié)晶情況，并結(jié)合多套砂石系統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，該系統(tǒng)選用2臺(tái)石打石立軸破。

（3）成品砂質(zhì)量控制：成品砂采用“干、濕砂混合”生產(chǎn)工藝，此生產(chǎn)工藝較為靈活，可確保成品砂質(zhì)量受控。

（4）成品大石質(zhì)量控制：大石采用“中碎破碎+一篩篩分+成品沖洗”生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。

（5）成品中石、小石、豆石質(zhì)量控制：為了進(jìn)一步確保花崗巖巖石破碎針片狀含量及成品骨料粒形滿足要求，將中石、小石、豆石均通過(guò)石打石立軸破進(jìn)行整形，考慮成品中石、小石、豆石整形造成骨料裹粉，故將成品中石、小石、豆石均通過(guò)三篩沖洗篩分后進(jìn)入成品骨料堆。

3.2 生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制

梅蓄電站砂石系統(tǒng)對(duì)成品骨料的質(zhì)量進(jìn)行了過(guò)程控制，項(xiàng)目部試驗(yàn)室在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)成品骨料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)反映到生產(chǎn)部門，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。業(yè)主中心試驗(yàn)室和各用料單位試驗(yàn)室按批量對(duì)出廠成品骨料質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督控制。

3.2.1 毛料的質(zhì)量控制

本系統(tǒng)采用的毛料來(lái)源主要為梅蓄電站地下洞室的開(kāi)挖料，巖石比較新鮮干凈，含雜質(zhì)、含泥的情況較少，僅需加強(qiáng)毛料回采過(guò)程管理，就可以滿足質(zhì)量要求。本工程毛料控制的重點(diǎn)為超徑石控制，砂石加工系統(tǒng)粗碎車間破碎機(jī)最大進(jìn)料粒徑為750 mm，為了保證該設(shè)備正常可靠運(yùn)行，在毛料回采過(guò)程中，將超徑石進(jìn)行挑出，集中采用破碎錘沖擊破碎，禁止超徑石卸入進(jìn)料口。

3.2.2 粗骨料的質(zhì)量控制

砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中主要控制的粗骨料質(zhì)量指標(biāo)共計(jì)3個(gè)：①骨料含泥量指標(biāo)；②針片狀顆粒含量；③骨料超、中、遜徑指標(biāo)。其中，第3項(xiàng)指標(biāo)為系統(tǒng)生產(chǎn)控制的難點(diǎn)。

（1）粗骨料含泥量及針片狀控制

本系統(tǒng)的毛料為洞挖料，巖石比較新鮮干凈，故未對(duì)毛料進(jìn)行除泥處理，僅針對(duì)成品骨料進(jìn)行了篩面高壓水沖洗，保證了骨料的含泥量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

本系統(tǒng)粗骨料經(jīng)中細(xì)碎兩臺(tái)圓錐破破碎生產(chǎn)，其中，中石、小石均通過(guò)石打石立軸破的整形，針片狀檢測(cè)含量均為0%，針片狀含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于合同要求的15%。

（2）超、中、遜徑控制

根據(jù)系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)，主要利用篩分車間進(jìn)行骨料篩分分級(jí)的特點(diǎn)，通過(guò)將各級(jí)配骨料進(jìn)行混料，從而保證粗骨料級(jí)配控制指標(biāo)。骨料級(jí)配控制指標(biāo)關(guān)鍵方法主要分為兩種，第一種選擇合適的篩網(wǎng)篩孔尺寸；第二種利用篩分分級(jí)骨料按比例混料的生產(chǎn)工藝。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，粗骨料的超、遜徑指標(biāo)控制較為容易，僅需要控制篩孔尺寸就可以滿足要求。但粗骨料中徑指標(biāo)生產(chǎn)控制難度較大，僅通過(guò)調(diào)整篩網(wǎng)尺寸有時(shí)不能滿足要求，若想準(zhǔn)確控制中徑含量指標(biāo)，需在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用“篩分分級(jí)骨料+按比例混合”的篩分生產(chǎn)工藝，才能保證其指標(biāo)滿足要求。

梅州抽水蓄能電站花崗巖砂石加工系統(tǒng)粗骨料超、中、遜徑控制指標(biāo)采用了上述兩種方法，確保了粗骨料此3項(xiàng)指標(biāo)滿足合同要求。本套系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行解決處理方案如下:

第一篩分車間采用2臺(tái)3YKR2460H篩分機(jī),原上層篩網(wǎng)篩孔為80 mm×80 mm、中層篩網(wǎng)篩孔為40 mm×40 mm，為了進(jìn)一步改進(jìn)大石骨料中徑指標(biāo)需對(duì)上層篩網(wǎng)更換為篩孔84 mm×84 mm的篩網(wǎng)，中層篩網(wǎng)更換44 mm×44 mm的篩網(wǎng)，進(jìn)一步調(diào)高大石中徑占比，同時(shí)，通過(guò)調(diào)試中碎車間的排料口，進(jìn)一步改變大石顆粒曲線，確保大石骨料滿足要求。

根據(jù)工藝流程中、小石骨料顆粒篩分特性，為了能更穩(wěn)定更有效的調(diào)控中、小石中徑指標(biāo)，需對(duì)第二篩分車間的上層篩網(wǎng)、中層篩網(wǎng)及底層篩網(wǎng)篩孔尺寸進(jìn)行調(diào)整，篩網(wǎng)篩孔調(diào)整為上層30 mm×30 mm、中層10 mm×10 mm、底層5 mm×5 mm，篩網(wǎng)調(diào)整后的第二篩分車生產(chǎn)工藝如下：

（1）小于5 mm的細(xì)骨料直接進(jìn)入成品砂倉(cāng)。

（2）30 mm～40 mm粒徑骨料經(jīng)B13膠帶機(jī)進(jìn)入第三篩車間，也可根據(jù)中徑含量調(diào)整此粒徑料經(jīng)B6膠帶機(jī)返回至制砂調(diào)節(jié)料堆。

（3）10 mm～30 mm粒徑骨料分料至B6、B13膠帶機(jī)，此級(jí)配骨料根據(jù)骨料級(jí)配情況選擇部分骨料返回制砂，大多部分進(jìn)入第三篩分車間。

（4）5 mm～10 mm粒徑骨料分料至B6、B13膠帶機(jī)，此級(jí)配骨料根據(jù)小石及豆石級(jí)配情況，選擇部分骨料返回制砂調(diào)節(jié)料堆，部分進(jìn)入第三篩分車間。

3.2.3 成品砂的質(zhì)量控制

成品砂的質(zhì)量控制為砂石加工系統(tǒng)控制的最大難點(diǎn)，傳統(tǒng)水工混凝土成品砂質(zhì)量控制主要是“立軸破+棒磨機(jī)”聯(lián)合制砂模式，可以滿足成品砂質(zhì)量要求，但此生產(chǎn)工藝能耗較大，用水量較大，運(yùn)行成本較高。本系統(tǒng)為了做到既節(jié)約成本又滿足質(zhì)量要求，采用了“立軸破制砂+干濕砂混合”生產(chǎn)模式，該生產(chǎn)模式經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)3年多的考驗(yàn)，充分證明此生產(chǎn)模式完全滿足成品砂質(zhì)量控制要求。具體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際方案及要點(diǎn)如下：

本系統(tǒng)制砂為2臺(tái)VS1400R型石打石立軸沖擊破碎機(jī)，制砂工藝采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)干法制砂，立軸破車間原料來(lái)自第一篩分車間的20～40 mm、0～20 mm料以及第二篩分車間5～40 mm料。本系統(tǒng)制砂關(guān)鍵點(diǎn)是將第一篩分車間篩分出料的0～40 mm骨料全部進(jìn)入石打石立軸破生產(chǎn)，通過(guò)高速立軸破再次破碎。破碎的石料通過(guò)第二篩分車間底層5 mm×5 mm篩網(wǎng)篩分后匯入干濕混合車間。混合車間要求根據(jù)成品砂的石粉含量選擇洗砂量，確保干濕混合的砂石粉控制在16%～18%，盡可能減少細(xì)級(jí)配骨料流失。本系統(tǒng)制砂原料為花崗巖，干法制砂石粉含量在18%～20%，成品砂要求去除的石粉量較小，僅需對(duì)一小部分成品砂進(jìn)行水洗，通過(guò)水洗的砂和干砂進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)石粉含量，因干砂占比在85%左右，干濕砂混合后成品砂石含水率在6%以下，滿足含水率6%的要求。

制砂生產(chǎn)模式控制要點(diǎn)如下：

（1）成品0～40 mm骨料全部進(jìn)入石打石立軸破生產(chǎn)，減少反打料，反打料增加會(huì)導(dǎo)致成品砂細(xì)度模數(shù)增大，石粉含量減低。

（2）成品砂篩分車間底層篩網(wǎng)可根據(jù)成品砂質(zhì)量情況進(jìn)行篩網(wǎng)組合生產(chǎn)模式，可設(shè)置3 mm×3 mm或4 mm×4 mm或5 mm×5 mm孔徑篩網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試試驗(yàn)擬定。

（3）干濕混合車間是控制成品砂石粉含量和含水率的關(guān)鍵，要分配好成品砂洗砂量和干砂混合比例，混合后的石粉含量盡量控制在成品石粉含量上限附近。

4 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和質(zhì)量控制成果分析

系統(tǒng)投產(chǎn)至2022年4月累計(jì)生產(chǎn)粗骨料103萬(wàn)t，粗骨料生產(chǎn)過(guò)程中小石檢測(cè)896組，一次合格892組，一次合格率99.6%；中石檢測(cè)880組，一次合格876組，一次合格率99.5%；大石檢測(cè)157組，合格157組，合格率100%；累計(jì)生產(chǎn)細(xì)骨料82萬(wàn)t，細(xì)骨料生產(chǎn)過(guò)程中常態(tài)砂檢測(cè)1 124組，一次合格1 118組，一次合格率99.5%。 成品骨料質(zhì)量整體受控，生產(chǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)成品骨料質(zhì)量波動(dòng)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝，滿足成品骨料質(zhì)量要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本花崗巖砂石加工系統(tǒng)采用半干法生產(chǎn)工藝，結(jié)合花崗巖巖石特性，在實(shí)施過(guò)程中充分考慮了成品骨料質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程質(zhì)量控制。經(jīng)過(guò)了3年多的運(yùn)行考驗(yàn)，系統(tǒng)生產(chǎn)的骨料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足合同要求，為梅州抽水蓄能電站混凝土工程質(zhì)量提供了保障，為電站創(chuàng)優(yōu)奠定了基礎(chǔ)。