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          如何通過工藝改進粗、細骨料的質量?以烏東德水電站大壩混凝土骨料生產為例

          2021-08-31來源:環球破碎機網

             粗、細骨料作為混凝土的骨架,約占混凝土體積70%~80%,其質量直接影響到混凝土的和易性、強度、彈模、抗滲性等。骨料級配越好,緊密度越大、空隙率和比表面積越小,配制混凝土時,用水量相對少,可提高混凝土的力學性能和耐久性。

           
            本文以烏東德水電站雙曲拱壩混凝土砂石骨料生產為例,介紹如何通過工藝改進粗、細骨料的質量。
           
           
          粗骨料生產面臨的挑戰
           
            施期料場作為烏東德大壩混凝土唯一料源,料場開采范圍內,地層巖性相對簡單,垂直方向巖性存在明顯差異,上部為灰色薄層-厚層白云巖夾淺灰白色薄層-厚層大理化白云巖;中、下部以灰色中厚層(20~50cm)-厚層(50~100cm)灰巖為主,偶夾淺灰白色中厚層大理巖,巖質堅硬、強度高。因其巖體層狀結構特性,使得在傳統工藝下,加工過程中更容易出現針片狀顆粒含量超標、骨料粒型不佳等問題。針片狀顆粒的存在不僅影響混凝土的和易性,而且由于本身易折斷,其抗壓強度相對較低,對硬化后混凝土的物理力學性能亦存在不利影響。
           
            設計爆破環節粗骨料生產問題
           
            施期料場原始爆破開挖過程中,在設計環節未結合層狀灰巖特點,針對性開展爆破設計,而采用統一的爆破設計參數,對爆破后毛料粒徑進行篩分試驗發現,粒徑在150mm以上的塊石占比約為53%,表明爆破后毛料粒徑級配一般。
           
            設計粗碎、中碎、細碎環節粗骨料生產問題
           
            粗碎環節的問題:施期系統顎式破碎機配置6根棒條給料機進行初步篩分,棒條給料機棒條間距約為150mm,經棒條預分級后>150mm的進入顎式破碎機破碎,<150mm的毛料通過膠帶機進入后續加工環節,導致部分針片狀骨料未進行破碎直接進入成品料堆,造成成品料堆中針片狀含量升高,甚至部分骨料超徑,特大石針片狀含量合格率僅為50.1%,超徑合格率為80.9%,遜徑合格率為85.5%。
           
            中碎及一篩環節的問題:經一篩分離出的特大石超徑料(>150mm石料)及特大石富余成品料進入中碎車間,一篩車間上層篩網通常為158mm(安裝角度20°時水平投影尺寸約為150mm)的方孔聚氨酯篩網,為特大石超徑篩,負責分離出>150mm的石料,篩網孔排布如圖1所示。但方孔對角線長度>150mm,實際生產過程中因“對角線效應”極易導致>150mm的石料也能穿過篩孔,造成部分成品特大石出現超徑,導致中碎進料量小,特大石、大石整形效果不佳。
           
           
            細碎及二篩環節的問題:經二篩分離出的大石超徑料(>80mm石料)及大石成品料,進入細碎車間及大石成品堆場。設計細碎車間出料開口為40mm,導致部分半成品骨料加工過程中未進入細碎環節,經二篩直接進入成品料堆,造成大石成品料針片狀含量升高。
           
            二篩車間下層設置三層篩網的振動篩,二臺振動篩為一組,分級粒徑分別為30~40mm、20~30mm、5~20mm和20~40mm、10~20mm、5~10mm。通過2組振動篩出料溜槽的調整,可同時篩分出中石和小石,但由于細碎(反擊式破碎機)僅對中石、小石等稍大粒徑石料有整形作用,而對小石沒有全整形作用,導致通過以上工藝流程分級出的小石針片狀含量較高。大石針片狀含量合格率為56.5%,超徑合格率為52.2%,遜徑合格率為77.8%;中石針片狀含量合格率為62.5%,超徑合格率為81.3%,遜徑合格率為81.3%。
           
            細骨料生產面臨的挑戰
           
            施期系統按供應混凝土高峰澆筑強度13萬方/月進行設計,2018年7—12月,大壩、二道壩混凝土澆筑高峰疊加,混凝土實際需求達到了15.5萬方/月,2019年9月,850混凝土系統、880混凝土系統拆除后,大壩、地廠、導流洞封堵、泄洪洞、水墊塘邊坡等關鍵部位混凝土施工高峰疊加,混凝土實際需求達到了18萬方/月,相應的綜合砂率由原設計的28.0%要提高至36.3%。同時,為嚴格執行烏東德細骨料控制標準,2019年9—12月份混凝土高峰生產時,施期系統生產帶來一系列困難,具體表現為:
           
           ?、佼敐M足了高峰產量,會導致成品砂細度模數超標;
           
           ?、诋敿毝饶禎M足烏東德標準,成品砂產量受影響,同時微粒含量超標。
           
            系統前期調試階段時采用二篩、三篩由4.5mm和3.5mm2種孔徑的篩網組合、三臺棒磨機運行,粗、細骨料生產能力滿足原設計要求,生產質量滿足水工規范要求,制砂能力可達到252.5t/h,但“細度模數”“石粉含量”“微粒含量”按照烏東德標準評價時,合格率比較低,成品砂質量合格率僅為42.7%。系統原制砂各環節存在的問題具體表現為:
           
            (1)原二篩、三篩制砂細度模數偏大。二篩車間由2臺反擊式破碎機和4組振動篩組成兩條生產線,二篩環節產砂量為50~90t/h,占成品砂總量的20%~35%。三篩車間由5臺立軸式沖擊破碎機和6組振動篩構成3條生產線,單條線產砂量為45~55t/h,兩條線生產時,占成品砂總量的40%~50%。原設計組合砂篩網為2種孔徑,分別為4.5mm和3.5mm,該種組合篩網產砂粒徑整體偏粗,細度模數偏高(3.10~3.37),石粉含量約12.5%,石粉中微粒含量約42.0%。
           
            (2)原棒磨制砂環節調節能力不足。棒磨車間主要用于調節成品砂的細度模數,配置3臺棒磨機(正常運行時“兩用一備”),其制砂粒徑整體偏小,細度模數為2.0~2.45,石粉含量約16.6%,石粉中微粒含量約44.7%。棒磨機單臺產量約為20~25t/h,2臺運行時,制砂占比較低,占成品砂總量的23%~29%,對成品砂顆粒級配及細度模數的調節能力不足。
           
            (3)原石粉回收環節回摻不均勻。石粉回收車間主要用于調整砂的石粉含量,配置2臺石粉回收裝置,單臺產量約為10~15t/h,占成品砂總量的2%~6%,石粉含量約56.0%,石粉中微粒含量約59.5%。調試階段,回摻石粉存在板結、結團現象,導致石粉回摻不均勻,石粉含量合格率較低,約為61.4%。
           
            (4)石粉含量及微粒含量控制難度較大。①灰巖料源加工過程中極易產生石粉及微粒,尤其是四級配骨料聯動生產時,石粉及微粒含量極易超標。②成品砂的石粉、微粒由二篩、三篩、棒磨機和石粉回收車間共同產生,生產流程長、影響因素多,控制難度大。③系統采用濕法生產,石粉及微量大部分進入廢水,并通過石粉回收車間回收利用,該環節控制難度較大。
           
           
            粗骨料粒型控制工藝改進
           
            (1)按層設計料源爆破參數。由于料場灰巖為層狀陡傾地層,巖石構造為互層-中厚層-厚層狀,爆破開挖過程中,結合順巖層和垂直巖層2種抵抗線特點微調裝藥量,并將原來的3排炮孔優化為2排,在滿足粗碎進料口粒徑750mm以下盡可能增大毛料塊徑。
           
            順巖層抵抗線使用第1組爆破參數。爆破孔2排,孔徑115mm,藥卷直徑70mm,單元爆破孔數量<40個,排距、孔距呈4.0m×6.0m梅花形布置,控制單耗≈0.35kg/m3,單孔藥量126kg,梯段爆破高度≤15m,堵塞長度4m。
           
            垂直巖層抵抗線使用第2組爆破參數??刂茊魏?asymp;0.36kg/m3,單孔藥量130kg,其他參數同第1組爆破參數。
           
            (2)調整粗碎棒條給料機棒條間距。將棒條給料機原有的6根棒條增加至7根,原棒條間距約150mm調整為約100mm(圖2),增大顎式破碎機的給料量,使>100mm的毛料進入顎式破碎機破碎,最大限度地增加破碎機對骨料的擠壓和破碎,減少毛料中的針片狀含量。
           
           
            (3)調整篩網形式。在滿足特大石產量的前提下,將一篩方孔篩網調整為圓孔篩網(圖3),保證篩孔各方向孔徑均相同,防止超徑石料進入特大石成品骨料中,同時增加中碎環節進料量,改善特大石及大石骨料粒型。
           
            (4)增大細碎進料量及出料開口。在滿足大石產量的情況下,利用翻板門可將其中任意一組大石導入細碎料倉(圖4),增大細碎車間進料量,增加循環流量,促進骨料整形,減少大石及后續成品骨料的針片狀含量。
           
          振動篩出料端翻板門示意圖
           
            (5)增設小石超細碎全整形工藝。經二篩分分級后,富余的20~40mm及5~20mm骨料全部進入超細碎調節堆場,該部分骨料再經立軸破碎機加工整形,經三篩環節篩選出全整形的成品小石(圖5)。
           
           
          圖5 小石超細碎整形工藝流程
           
            (6)嚴格控制超遜徑及中徑篩余指標。將中徑篩網調整為超遜徑組合篩網,將特大石方孔篩網改為圓孔鋼板篩網;生產環節,保證成品料倉高料位生產,降低骨料跌落高度。

          細骨料生產工藝改進
           
            (1)提出了成品砂產量和質量控制模型。烏東德工程成品砂產量和質量控制模型,如式(1)所示。
           
            (A+B+C)·FM=A·FM1+B·FM2+C·FM3。(1)式中:FM為成品砂細度模數;FM1為二篩、三篩產砂的細度模數;FM2為棒磨機產砂的細度模數;FM3為回摻石粉的細度模數;A+B+C為成品砂小時產量,其中A為二篩、三篩小時產砂量,B為棒磨機小時產砂量,C為石粉小時回收摻量。
           
            通過整體調整二篩、三篩、棒磨機產砂及回摻石粉量,綜合指導成品砂細度模數的控制。
           
            (2)合理調整二篩、三篩篩網孔徑組合,降低二篩、三篩產砂的細度模數。將原二篩、三篩2種孔徑(4.5、3.5mm)的篩網組合調整為4種孔徑(2.8、3、3.5、4mm)的篩網組合,將二篩、三篩產砂的細度模數控制在3.0以下。
           
            (3)改進石粉回摻工藝,保證石粉回摻均勻。通過在石粉回收車間直線脫水篩下部新增螺旋粉碎機,對結塊、結團石粉進行粉碎;并在石粉回摻皮帶端頭增設翻板,調節回摻量,保證石粉回摻均勻、可控,提高石粉含量的合格率。
           
            (4)增加棒磨制砂設備,提高棒磨制砂產能及其綜合調節能力。在原棒磨制砂環節,增加2臺棒磨機,將棒磨制砂產能提高至100~125t/h,成品砂占比提高至30%~40%,同時提高棒磨制砂對二篩、三篩制砂顆粒級配的調節能力,改善成品砂顆粒級配和細度模數。
           
            (5)精細化管理棒磨機運行參數,保證微粒含量穩定可控。在保證棒磨機產砂量的前提下,通過在進水管處加裝流量表、改裝進料弧門、調整加棒量的比例,結合微粒含量與進水量、進料量、加棒量的定量關系,精細化管理棒磨機運行參數,保證微粒含量滿足烏東德標準。
           
            通過對砂石系統生產工藝的改進,使粗、細骨料既能滿足烏東德工程大壩混凝土生產需求量,且骨料關鍵技術指標也能達到烏東德工程高標準要求,實現高效、優質生產,保證了大壩混凝土的品質與工程進度。

          文關鍵詞:

          混凝土 砂石骨料

          責任編輯:王子祺
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