王 雷，邓 兵，洛 旦

(1.华电西藏能源有限公司大古水电分公司，西藏 山南，856000；2.中国水利水电第九工程局有限公司，贵阳，550081)

1 研究背景

DG水电站砂石加工及混凝土生产系统规划布置于坝址左岸下游1.2km处的达古村Ⅱ期场地，主要承担导流隧洞和大坝、厂房等主体工程280万m3混凝土生产任务，砂石加工系统按满足混凝土高峰时段强度14万m3/月设计，混凝土生产系统按满足混凝土高峰月强度16万m3/月设计[1]，生产砂石骨料的料源主要以导流隧洞、大坝和厂房等工程开挖料作为料源。本工程挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，砂石加工系统需同时生产碾压砂和常态砂，在生产过程中因为料源质量波动引起成品砂石粉含量值波动范围较大。

人工砂中的石粉主要是增加混凝土和易性、保水性、抗压强度、抗渗能力[2]。在机制砂石生产过程中，需要控制砂石骨料中的石粉含量。现有石粉含量控制方式为，在制砂过程中将石粉从砂石骨料中单向剔除，得到纯净的砂石。在后期混凝土生产配置过程中，再将制粉系统生产的石粉添加到纯净砂石中，以得到所需石粉含量的砂石骨料。现有的砂石生产系统不能根据不同混凝土的生产需求，自动调整砂石骨料中的石粉含量，导致砂石骨料或混凝土生产成本增加，传统工艺进行砂石骨料生产时，因料源质量稳定，在系统生产稳定后，只进行单向石粉回收工作。

DG水电站骨料因多种因素影响形成复杂料源，在生产过程中会因为料源质量波动引起成品砂石粉含量值的上下波动，因此在砂石骨料生产工艺中，要保证砂石骨料的质量稳定，就必须要对成品砂的石粉含量进行控制。为保证石粉含量的稳定性，本工程研发一种复杂料源石粉含量双向动态调节技术，利用变频选粉机代替传统普通选粉机且利用变频螺旋输送机双向石粉输送系统，解决了石粉含量的稳定性，保证了水工混凝土质量。

2 人工制砂石粉含量波动大的问题分析与论证

在水工混凝土用砂石骨料的生产过程中，特别是有碾压混凝土用砂石骨料的系统，砂石粉含量的稳定性直接影响到混凝土的质量，因此，砂石系统生产过程中要控制石粉含量的稳定性。传统工艺进行砂石骨料生产时，料源质量稳定，因此在系统生产稳定后，只进行单向石粉回收工作，而本项目依托工程料源质量波动较大，在生产过程中，需进行石粉含量双向动态调节，保证人工砂质量的稳定性。

根据《水工碾压混凝土施工规范》(DL/T 5112-2009)要求，碾压砂石粉含量满足12%～22%，常态砂石粉含量满足6%～18%[3]。DG水电站骨料料源采用工程开挖料，料源复杂，导致生产人工砂石粉含量波动较大，虽石粉含量满足规范要求，但根据试验混凝土配合比结果显示，常态砂石粉含量宜在16%±1%，碾压砂石粉含量宜在20%±1%时混凝土的和易性最佳[4]。

现场生产过程中对各类料源情况下的石粉含量进行检测统计如图1所示。

图1 成品砂石粉含量试验数据统计

由图1可以看出，人工砂石粉含量波动较大，影响人工砂的质量。根据图1统计显示，成品砂石粉含量波动大，部分成品砂石粉含量偏低。

解决混凝土质量波动较大的问题，最好的方法是利用复杂料源生产的细骨料(常态砂、碾压砂)石粉含量稳定，混凝土生产时不因细骨料石粉含量的原因调整混凝土其他掺和料；将常态砂石粉含量控制在16%±1%，碾压砂石粉含量控制在20±1%。

3 石粉含量双向动态调节方法

复杂料源石粉含量的双向控制方法，包括以下步骤：①通过破碎机和制砂机进行制砂，破碎机制得的砂石骨料直接进入下一工序，制砂机制得的砂石骨料经气力石粉分离装置后进入下一工序；②通过混合器对破碎机和制砂机制得的砂石骨料进行均化处理；③对均化处理后的砂石骨料进行石粉含量在线检测，并将相关信息传输给CPU，CPU将数据分析、比对结果发送给PLC，PLC向石粉添加装置和气力石粉分离装置发送相关指令；④制得石粉含量偏差在±2%范围内的砂石骨料。

3.1 石粉回收

石粉分离装置包括分级选粉机和吸粉机，分级选粉机和吸粉机均与PLC电性连接，通过分级选粉机将砂石骨料中的砂石和石粉筛分开，通过吸粉机将分级选粉机中的石粉定量抽吸到石粉储存罐中。

3.2 石粉储存及中转

石粉储存罐内设有雷达料位计，雷达料位计与PLC电性连接，当石粉储存罐内的料位过低时，PLC提高制砂机的频率，并启动气力石粉分离装置，以提高石粉储存罐内的石粉储备量。PLC就是通过调节吸粉机的运行频率，来调节单位时间内的石粉抽吸量。混合器包括外壳和转子，外壳的顶部设有进料口，底部设有出料口，转子水平布置在外壳内，转子的端部与外壳转动连接，转子的外圆上均布设有多个叶片。

3.3 石粉添加

石粉含量在线检测方法包括以下步骤：

(1)定量采集均化处理后的砂石骨料样品；

(2)将样品投入搅拌桶中，向搅拌桶内加入定量水，并搅拌一段时间；

(3)对搅拌桶中的悬浮物浓度进行在线检测；

(4)CPU计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围内，则PLC向石粉添加装置和气力石粉分离装置发送保持原工作状态的指令；若砂石骨料中的石粉含量偏高，则PLC控制石粉添加装置保持关闭，启动气力石粉分离装置或提高气力石粉分离装置的运行频率，将砂石骨料中多余的石粉抽吸到石粉储存罐中；若砂石骨料中的石粉含量偏低，则PLC控制气力石粉分离装置保持关闭，则PLC降低气力石粉分离装置的运行频率或关闭气力石粉分离装置，并启动石粉添加装置，将石粉储存罐中的石粉定量投加到混合器中。石粉添加装置包括变频式螺旋给料机和皮带秤，变频式螺旋给料机和皮带秤均与PLC电性连接，变频式螺旋给料机的进料口与石粉储存罐的出料口连接，皮带秤的进料口与变频式螺旋给料机的出料口连接，出料口与混合器的进料口连接。

3.4 石粉储存

为了保证成品砂的质量，根据料源特性进行生产工艺参数预设置及生产过程中成品砂石粉含量在线监测，在添加或回收石粉过程中，石粉都需有足够的存贮空间，原设计中选粉机石粉的库存能力为200t，根据砂石系统的生产能力和石粉的变化范围10.2%～24.7%。按本项目的试验配合比最优石粉含量要求，常态混凝土为16%±1%，碾压混凝土20%±2%，石粉需要调节在5%以上，按砂石系统320t/h设计生产能力计算，200t的储存罐无法满足一天生产调节能力。而系统生产过程中，从料源开始调整，经半成品料仓，需2d的时间才能调节过来。为了保证系统生产过程中石粉有充分的调节时间，因此在系统内增加了1个1000t散灰罐，将选粉机选取的石粉通过螺旋输送机转运到1000t罐中[4]。

选粉量主要是根据生产的碾压砂和常态砂不同的石粉含量要求。其中石粉回收通过控制选粉机风机的频率调节风量来实现。添加石粉主要采用布置1台1000t粉灰罐底部的变频螺旋输送机来实现。控制流程如图2所示。

图2 石粉含量双向动态调节工艺流程

4 工艺效果及效益分析

4.1 工艺效果

生产过程中通过检测系统对石粉含量进行实施检测，抽取了2018年10月1日-2019年1月30日测量数据如图3、图4所示。

图3 常态砂石粉含量检测结果

图4 碾压砂石粉含量检测结果

通过石粉含量双向动态调节工艺的应用，成品砂石粉含量得到控制，石粉含量偏差控制在±2%内(常态砂石粉含量控制在16%±1%，碾压砂石粉含量控制在20%±1%)，使产品质量得到有效的提高。

4.2 经济效益分析

(1)在砂石骨料生产过程中，对砂石骨料中的石粉含量进行双向控制，将石粉含量偏差控制在±2%，提高了成品砂石骨料的质量稳定性，降低了混凝土生产过程中凝胶材料的使用量，降低了因成品砂石骨料中石粉含量波动大导致的混凝土废料产生概率，提高了混凝土成品的质量稳定性。

(2)石粉储存罐中的石粉含量可以通过PLC控制制砂机的频率进行调节，减少了制粉系统的设备投资，提高了砂石生产原料的利用率。

(3)根据混凝土生产需要，通过PLC设置成品砂石骨料中石粉的含量范围，即可自动生产制得所需石粉含量范围内的成品砂石骨料，自动化程度高，实用性强。

5 结语

机制砂石骨料生产过程中利用复杂料源石粉含量双向动态调节技术。解决了复杂料源生产砂石骨料带来的成品砂石骨料质量波动大，产品级配、石粉含量不稳定，原料利用率低等难题；降低了混凝土生产过程中凝胶材料的使用量，降低了因成品砂石骨料中石粉含量波动大导致的混凝土废料产生概率，提高了混凝土成品的质量。