三峡工程人工砂质量控制

车公义 赵明华 陈绪贵
(中国三峡工程开发总公司)

　　摘要：下岸溪是供应三峡工程人工砂的主要生产基地。料源为斑状花岗岩。经过三次破碎后，采用棒磨机和Bamac生产人工砂。互相级配后，可以满足细度模数2.6±0.2的要求。对采石场覆盖风化层和开挖后弱风化岩以下可用毛料，严格加以区分，加强料源质量控制。采用机械脱水及自然脱水方式，能满足且稳定砂子含水率6%的要求。
　　关键词：人工砂；细度模数；含水率；质量控制

1 概述

　　下岸溪人工砂加工系统是三峡工程二、三期混凝土所需砂的生产基地，二期工程需生产成品砂910万m³，三期工程需生产成品砂261万m³。人工砂系统位于长江右岸坝址下游12km处。

　　按照人工砂生产系统生产总量1171万m³计算，共需开采石料938万m³(自然方)，所需石料采自下岸溪人工砂料场，料场岩性为前震旦系斑状花岗岩。

　　人工砂生产系统采取从设计、施工到运行管理全过程招标方式，由三七八联总中标承建，系统建安总投资4300余万元，成品砂单价45.55元/t(汽车运距12km)，系统于1995年4月1日正式开工，1996年6月14日投产运行。

2 下岸溪人工砂生产规模及工艺流程

　　(1)加工系统能力：

　　按三峡二期工程混凝土高峰月浇筑强度55.59万m³/月设计，成品砂生产能力为782t/h(三班制生产)。

　　(2)加工系统的组成

　　加工系统由粗碎、预筛分、中碎、筛分冲洗、制砂及半成品堆场，成品堆料场组成。

　　(3)工艺流程

　　采石场清除植被及覆盖层后，分梯段钻孔爆破，将石料用4m³电铲或液压铲装25t或32t自卸汽车，经1.5km运输，卸入粗碎车间受料坑(粗碎为PX900/150和50-65Ⅱ型旋回式破碎机)。粗碎后的半成品运至6万m³半成品堆料场，经皮带机运输到预筛分车间进行筛分，大于80mm以上的碎石进行二次破碎(中碎破碎机型号为HP500破碎机)，经过中碎后的碎石进入筛分分料堆(分料堆4万m³)，经筛分楼洗后出现了两种产品，一种是筛分楼筛底的石屑，一种是各级碎石，大于40mm的碎石经胶带机进入细碎(三破)进行再次破碎，破碎后进入筛分料堆；小于40mm料径的碎石经胶带机输送到制砂原料仓，供棒磨机及巴马克(Barmac)制砂用(见P12附图2)。

3 人工砂的质量控制

3.1 混凝土用细骨料质量标准

　　按照表1的要求，经过几年的实践，下岸溪人工砂除细度模数和含水率不稳定外，其余均满足混凝土细骨料质量标准。

表1 细骨科质量标准

3.2 采石场岩石质量控制措施

　　(1)下岸溪采石场主要岩石为斑状花岗岩，另有少量辉绿岩斑状花岗岩，一般呈灰色或肉红色粗粒斑状结构，块状构造。岩石物理力学性能见表2。

表2 下岸溪料场岩石物理力学性能

　　斑状花岗岩矿物成份主要为石英、斜长石、钾长石、云母、绿泥石等。

　　(2)采石场岩石开挖质量控制的原则：由于采石场斑状花岗岩普遍存在一层厚度不一的风化壳，一般覆盖为7～8m厚，最大近20m厚，为了保证弱风化带下部以下有用料源不与覆盖土混杂，采石场开挖的质量控制原则是：先利离覆盖土，后开采有用岩石，判断标准是以弱风化带下部作为料场无用层与有用层的分界线，即人工砂料源为弱风化带下部以下岩石。

　　(3)岩石质量控制的几点措施

　　每个爆块开采前监理工程师严格审查爆破设计方案，对爆破的岩石等级，地质情况进行严格鉴定，界线模糊部位，全部作为剥离料，毛料区与剥离料区设立明显的开挖区分标志。

　　在采挖毛料部位，特别是毛料与覆盖层剥离分界部位，质检人员及监理人员跟踪旁站检查。采石场作业采用挂牌作业制度，挖、装、运设备全部挂牌，区分毛料和覆盖土。

3.3 人工砂细度模数控制

　　根据下岸溪人工砂生产工艺布置，生产的成品砂由三个部分按一定的比例混合而成的。三种砂的产量分配统计为：筛分楼筛底部，筛余下来的石屑占20%～30%，棒磨机产砂占20%～28%，Barmac产砂占40%～45%。

　　三种砂的细度模数统计为，筛分楼底部石屑3.0～3.3为粗砂；棒磨机产砂2.4左右为细砂，Barmac产砂2.7～2.9为中粗砂。

　　三种砂的混合工艺是：筛分楼底部粗砂先与Barmac检查筛筛底中砂混合，再与棒磨机细砂混合后进入成品砂仓堆存。通过成品砂仓地弄皮带送到装车平台。最终测试砂的细度模数、颗粒级配和石粉含量均在装车平台堆场进行，如发现细度模数、石粉含量偏大或偏小，颗粒级配比例偏差时，及时反馈到生产车间，调整设备组合等。下岸溪人工砂细度模数调整的几点措施：

　　(1)按照下岸溪人工砂生产混合工艺，细度模数调整是用棒磨机细砂来调整筛分楼底部粗砂。因此，如发现细度模数偏大，颗粒级配偏差，应调整棒磨机进料粒径，进料量、装棒量等或调整筛分楼的开机组数，调整生产量。

　　(2)调整Barmac进料粒径，进料流量，降低细度模数和调整颗粒级配。

　　(3)为了使人工砂入仓含水率有所降低，在筛分楼，Barmac检查筛分楼安装了直线振动筛脱水，这样部分石粉被水带走，经测试石粉含量下降2%左右，为了改善提高砂颗粒级配及石粉含量，生产过程中利用洗砂机直接回收石粉和对下游废水池的石粉进行回收两种办法，废水池回收采用的方法是石粉到废水池后经沉淀、脱水、干化后用汽车运到成品砂进仓皮带上，通过振动漏斗均匀掺合。

3.4 人工砂含水率的控制

　　按照水工混凝土规范要求，进入拌和楼的人工砂含水率须稳定且小于6%，为了使含水率降低到规定范围内且稳定，采取了机械脱水和自然脱水相结合的方法。

　　(1)机械脱水：目前国内水电工程用于人工砂脱水的方法和工艺主要有筛分脱水，真空脱水，离心脱水等方式，其中真空脱水和离心脱水脱水效果好，但处理能力低，投资较高；筛分脱水均采用振动筛脱水，脱水处理能力高，但脱水效果较差。由于下岸溪人工砂生产能力高达782t/h，且安装脱水筛是生产加工系统已经投产运行后增加的，受现场布置等原因，最后，选择采用直线振动筛脱水，在筛分楼洗砂机出口，检查筛洗砂机出口下部安装直线振动筛，经试验可使砂的含水率由初期25%左右降低到15%左右。

　　(2)自然脱水：

　　人工砂自然脱水，目前国内水电工程自然脱水采用的方法和工艺是人工砂下料，堆存脱水及人工砂取料分开进行的，一般堆存脱水3～5d后可使含水降低到6%以内且稳定。受人工砂石粉含量多少及初始含水率的不同而不同，一般情况石粉含量在10%～17%范围内，砂的初始含水率15%～17%时，初期约48h内脱水速度快，一般可使含水率降低到8%～10%，当降到8%～10%的含水率时，再降低到6%左右脱水速度明显减慢，一般需要3～5d时间，下岸溪人工砂自然脱水试验如表3。

　　按每天生产1.5万t成品砂和每天1～1.5万t用砂量推算，成品砂仓堆存5万m3，自然脱水时间有5d左右，但由于下岸溪成品砂仓是一个大仓、下料、堆存脱水、皮带输送在同一个仓进行，推土机喂料中，难免使已经脱水较长的砂与脱水时间短的砂混合，造成砂含水率不稳定和脱水效果差。

表3 下岸溪人工砂自然脱水试验结果(%)

　　下岸溪人工砂为保持机械脱水和自然脱水的效果，采取了如下措施。

　　①在成品砂仓顶部搭设了防雨棚，砂仓底部浇筑了混凝土地板和盲沟排水设施。每仓放完料后对盲沟进行一次清理，加快自然脱水时间。

　　②在成品砂石料皮带地弄搭设了截水板或截水槽，使地弄廊道顶板漏水不能进入成品料输送带。

　　③采用分仓运行工艺，用堆土机喂料的方式，可延长砂的脱水时间。

　　厂坝二期120拌和楼1999年7月1日至8月25日95组砂含水率测试为4.8%～6.6%，因此，采取机械脱水后，自然脱水要加强现场分仓用堆土机喂料，对盲沟及时清理等管理措施，完全可以使制砂的含水率稳定在6%左右。

4 几点体会

　　(1)人工砂产品质量好坏，直接影响着混凝土质量，因此人工砂的生产工艺设计是非常重要的。

　　(2)人工砂石粉在脱水及洗砂机洗砂中流失较多，需要研究设计可靠的细砂回收工艺，既能降低人工砂生产成本，又可提高人工砂生产量和调整人工砂细度模数。

　　(3)人工砂的含水率控制必须在人工砂生产工艺设计中考虑机械脱水和自然脱水联合运行的方式，自然脱水运行中必须加强现场管理。砂仓应严格按照下料、脱水、取料的分仓运行方式。