復(fù)雜料源石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)研究與應(yīng)用

王 雷，鄧 兵，洛 旦

(1.華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南，856000；2.中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081)

1 研究背景

DG水電站砂石加工及混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃布置于壩址左岸下游1.2km處的達(dá)古村Ⅱ期場(chǎng)地，主要承擔(dān)導(dǎo)流隧洞和大壩、廠房等主體工程280萬m3混凝土生產(chǎn)任務(wù)，砂石加工系統(tǒng)按滿足混凝土高峰時(shí)段強(qiáng)度14萬m3/月設(shè)計(jì)，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)按滿足混凝土高峰月強(qiáng)度16萬m3/月設(shè)計(jì)[1]，生產(chǎn)砂石骨料的料源主要以導(dǎo)流隧洞、大壩和廠房等工程開挖料作為料源。本工程擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，砂石加工系統(tǒng)需同時(shí)生產(chǎn)碾壓砂和常態(tài)砂，在生產(chǎn)過程中因?yàn)榱显促|(zhì)量波動(dòng)引起成品砂石粉含量值波動(dòng)范圍較大。

人工砂中的石粉主要是增加混凝土和易性、保水性、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B能力[2]。在機(jī)制砂石生產(chǎn)過程中，需要控制砂石骨料中的石粉含量?，F(xiàn)有石粉含量控制方式為，在制砂過程中將石粉從砂石骨料中單向剔除，得到純凈的砂石。在后期混凝土生產(chǎn)配置過程中，再將制粉系統(tǒng)生產(chǎn)的石粉添加到純凈砂石中，以得到所需石粉含量的砂石骨料。現(xiàn)有的砂石生產(chǎn)系統(tǒng)不能根據(jù)不同混凝土的生產(chǎn)需求，自動(dòng)調(diào)整砂石骨料中的石粉含量，導(dǎo)致砂石骨料或混凝土生產(chǎn)成本增加，傳統(tǒng)工藝進(jìn)行砂石骨料生產(chǎn)時(shí)，因料源質(zhì)量穩(wěn)定，在系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定后，只進(jìn)行單向石粉回收工作。

DG水電站骨料因多種因素影響形成復(fù)雜料源，在生產(chǎn)過程中會(huì)因?yàn)榱显促|(zhì)量波動(dòng)引起成品砂石粉含量值的上下波動(dòng)，因此在砂石骨料生產(chǎn)工藝中，要保證砂石骨料的質(zhì)量穩(wěn)定，就必須要對(duì)成品砂的石粉含量進(jìn)行控制。為保證石粉含量的穩(wěn)定性，本工程研發(fā)一種復(fù)雜料源石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)，利用變頻選粉機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)普通選粉機(jī)且利用變頻螺旋輸送機(jī)雙向石粉輸送系統(tǒng)，解決了石粉含量的穩(wěn)定性，保證了水工混凝土質(zhì)量。

2 人工制砂石粉含量波動(dòng)大的問題分析與論證

在水工混凝土用砂石骨料的生產(chǎn)過程中，特別是有碾壓混凝土用砂石骨料的系統(tǒng)，砂石粉含量的穩(wěn)定性直接影響到混凝土的質(zhì)量，因此，砂石系統(tǒng)生產(chǎn)過程中要控制石粉含量的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)工藝進(jìn)行砂石骨料生產(chǎn)時(shí)，料源質(zhì)量穩(wěn)定，因此在系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定后，只進(jìn)行單向石粉回收工作，而本項(xiàng)目依托工程料源質(zhì)量波動(dòng)較大，在生產(chǎn)過程中，需進(jìn)行石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證人工砂質(zhì)量的穩(wěn)定性。

根據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5112-2009)要求，碾壓砂石粉含量滿足12%～22%，常態(tài)砂石粉含量滿足6%～18%[3]。DG水電站骨料料源采用工程開挖料，料源復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)人工砂石粉含量波動(dòng)較大，雖石粉含量滿足規(guī)范要求，但根據(jù)試驗(yàn)混凝土配合比結(jié)果顯示，常態(tài)砂石粉含量宜在16%±1%，碾壓砂石粉含量宜在20%±1%時(shí)混凝土的和易性最佳[4]。

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中對(duì)各類料源情況下的石粉含量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 成品砂石粉含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由圖1可以看出，人工砂石粉含量波動(dòng)較大，影響人工砂的質(zhì)量。根據(jù)圖1統(tǒng)計(jì)顯示，成品砂石粉含量波動(dòng)大，部分成品砂石粉含量偏低。

解決混凝土質(zhì)量波動(dòng)較大的問題，最好的方法是利用復(fù)雜料源生產(chǎn)的細(xì)骨料(常態(tài)砂、碾壓砂)石粉含量穩(wěn)定，混凝土生產(chǎn)時(shí)不因細(xì)骨料石粉含量的原因調(diào)整混凝土其他摻和料；將常態(tài)砂石粉含量控制在16%±1%，碾壓砂石粉含量控制在20±1%。

3 石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法

復(fù)雜料源石粉含量的雙向控制方法，包括以下步驟：①通過破碎機(jī)和制砂機(jī)進(jìn)行制砂，破碎機(jī)制得的砂石骨料直接進(jìn)入下一工序，制砂機(jī)制得的砂石骨料經(jīng)氣力石粉分離裝置后進(jìn)入下一工序；②通過混合器對(duì)破碎機(jī)和制砂機(jī)制得的砂石骨料進(jìn)行均化處理；③對(duì)均化處理后的砂石骨料進(jìn)行石粉含量在線檢測(cè)，并將相關(guān)信息傳輸給CPU，CPU將數(shù)據(jù)分析、比對(duì)結(jié)果發(fā)送給PLC，PLC向石粉添加裝置和氣力石粉分離裝置發(fā)送相關(guān)指令；④制得石粉含量偏差在±2%范圍內(nèi)的砂石骨料。

3.1 石粉回收

石粉分離裝置包括分級(jí)選粉機(jī)和吸粉機(jī)，分級(jí)選粉機(jī)和吸粉機(jī)均與PLC電性連接，通過分級(jí)選粉機(jī)將砂石骨料中的砂石和石粉篩分開，通過吸粉機(jī)將分級(jí)選粉機(jī)中的石粉定量抽吸到石粉儲(chǔ)存罐中。

3.2 石粉儲(chǔ)存及中轉(zhuǎn)

石粉儲(chǔ)存罐內(nèi)設(shè)有雷達(dá)料位計(jì)，雷達(dá)料位計(jì)與PLC電性連接，當(dāng)石粉儲(chǔ)存罐內(nèi)的料位過低時(shí)，PLC提高制砂機(jī)的頻率，并啟動(dòng)氣力石粉分離裝置，以提高石粉儲(chǔ)存罐內(nèi)的石粉儲(chǔ)備量。PLC就是通過調(diào)節(jié)吸粉機(jī)的運(yùn)行頻率，來調(diào)節(jié)單位時(shí)間內(nèi)的石粉抽吸量。混合器包括外殼和轉(zhuǎn)子，外殼的頂部設(shè)有進(jìn)料口，底部設(shè)有出料口，轉(zhuǎn)子水平布置在外殼內(nèi)，轉(zhuǎn)子的端部與外殼轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)子的外圓上均布設(shè)有多個(gè)葉片。

3.3 石粉添加

石粉含量在線檢測(cè)方法包括以下步驟：

(1)定量采集均化處理后的砂石骨料樣品；

(2)將樣品投入攪拌桶中，向攪拌桶內(nèi)加入定量水，并攪拌一段時(shí)間；

(3)對(duì)攪拌桶中的懸浮物濃度進(jìn)行在線檢測(cè)；

(4)CPU計(jì)算得到砂石骨料中的石粉含量。

若砂石骨料中的石粉含量在所需范圍內(nèi)，則PLC向石粉添加裝置和氣力石粉分離裝置發(fā)送保持原工作狀態(tài)的指令；若砂石骨料中的石粉含量偏高，則PLC控制石粉添加裝置保持關(guān)閉，啟動(dòng)氣力石粉分離裝置或提高氣力石粉分離裝置的運(yùn)行頻率，將砂石骨料中多余的石粉抽吸到石粉儲(chǔ)存罐中；若砂石骨料中的石粉含量偏低，則PLC控制氣力石粉分離裝置保持關(guān)閉，則PLC降低氣力石粉分離裝置的運(yùn)行頻率或關(guān)閉氣力石粉分離裝置，并啟動(dòng)石粉添加裝置，將石粉儲(chǔ)存罐中的石粉定量投加到混合器中。石粉添加裝置包括變頻式螺旋給料機(jī)和皮帶秤，變頻式螺旋給料機(jī)和皮帶秤均與PLC電性連接，變頻式螺旋給料機(jī)的進(jìn)料口與石粉儲(chǔ)存罐的出料口連接，皮帶秤的進(jìn)料口與變頻式螺旋給料機(jī)的出料口連接，出料口與混合器的進(jìn)料口連接。

3.4 石粉儲(chǔ)存

為了保證成品砂的質(zhì)量，根據(jù)料源特性進(jìn)行生產(chǎn)工藝參數(shù)預(yù)設(shè)置及生產(chǎn)過程中成品砂石粉含量在線監(jiān)測(cè)，在添加或回收石粉過程中，石粉都需有足夠的存貯空間，原設(shè)計(jì)中選粉機(jī)石粉的庫存能力為200t，根據(jù)砂石系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和石粉的變化范圍10.2%～24.7%。按本項(xiàng)目的試驗(yàn)配合比最優(yōu)石粉含量要求，常態(tài)混凝土為16%±1%，碾壓混凝土20%±2%，石粉需要調(diào)節(jié)在5%以上，按砂石系統(tǒng)320t/h設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力計(jì)算，200t的儲(chǔ)存罐無法滿足一天生產(chǎn)調(diào)節(jié)能力。而系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，從料源開始調(diào)整，經(jīng)半成品料倉，需2d的時(shí)間才能調(diào)節(jié)過來。為了保證系統(tǒng)生產(chǎn)過程中石粉有充分的調(diào)節(jié)時(shí)間，因此在系統(tǒng)內(nèi)增加了1個(gè)1000t散灰罐，將選粉機(jī)選取的石粉通過螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到1000t罐中[4]。

選粉量主要是根據(jù)生產(chǎn)的碾壓砂和常態(tài)砂不同的石粉含量要求。其中石粉回收通過控制選粉機(jī)風(fēng)機(jī)的頻率調(diào)節(jié)風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。添加石粉主要采用布置1臺(tái)1000t粉灰罐底部的變頻螺旋輸送機(jī)來實(shí)現(xiàn)?？刂屏鞒倘鐖D2所示。

圖2 石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工藝流程

4 工藝效果及效益分析

4.1 工藝效果

生產(chǎn)過程中通過檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)石粉含量進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，抽取了2018年10月1日-2019年1月30日測(cè)量數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

圖3 常態(tài)砂石粉含量檢測(cè)結(jié)果

圖4 碾壓砂石粉含量檢測(cè)結(jié)果

通過石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工藝的應(yīng)用，成品砂石粉含量得到控制，石粉含量偏差控制在±2%內(nèi)(常態(tài)砂石粉含量控制在16%±1%，碾壓砂石粉含量控制在20%±1%)，使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效的提高。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)在砂石骨料生產(chǎn)過程中，對(duì)砂石骨料中的石粉含量進(jìn)行雙向控制，將石粉含量偏差控制在±2%，提高了成品砂石骨料的質(zhì)量穩(wěn)定性，降低了混凝土生產(chǎn)過程中凝膠材料的使用量，降低了因成品砂石骨料中石粉含量波動(dòng)大導(dǎo)致的混凝土廢料產(chǎn)生概率，提高了混凝土成品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

(2)石粉儲(chǔ)存罐中的石粉含量可以通過PLC控制制砂機(jī)的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少了制粉系統(tǒng)的設(shè)備投資，提高了砂石生產(chǎn)原料的利用率。

(3)根據(jù)混凝土生產(chǎn)需要，通過PLC設(shè)置成品砂石骨料中石粉的含量范圍，即可自動(dòng)生產(chǎn)制得所需石粉含量范圍內(nèi)的成品砂石骨料，自動(dòng)化程度高，實(shí)用性強(qiáng)。

5 結(jié)語

機(jī)制砂石骨料生產(chǎn)過程中利用復(fù)雜料源石粉含量雙向動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)。解決了復(fù)雜料源生產(chǎn)砂石骨料帶來的成品砂石骨料質(zhì)量波動(dòng)大，產(chǎn)品級(jí)配、石粉含量不穩(wěn)定，原料利用率低等難題；降低了混凝土生產(chǎn)過程中凝膠材料的使用量，降低了因成品砂石骨料中石粉含量波動(dòng)大導(dǎo)致的混凝土廢料產(chǎn)生概率，提高了混凝土成品的質(zhì)量。