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1、第一节 骨料料场规划和生产加工 砂石骨料是混凝土最基本的组成成份 。通常每 1m 3 的混凝土需 要 1.31.5m 3 的松散砂石骨料，所以对混凝土用量很大的混凝土 坝工程，砂石骨料的需要量也是相当大的。骨料质量的好坏直 接影响混凝土强度、水泥用量和温控要求，从而影响大坝的质 量和造价。为此，在 混凝土的设计施工中应统筹规划，认真研 究砂石骨料的储量、物理力学指标、杂质含量以及开采、运 输、堆存和加工 等各个环节。 一、骨料料场规划 二、骨料的生产三、骨料加工及加工设备 四、骨料的堆存 一、骨料料场规划 骨料 料场规划是骨料生产系统设计的基础 。伴随设计阶段的深入，料场勘探精度的提高，要提出
2、相应的最佳用料方案。 最佳用料方案取决于料场的分布、高程，骨料的质量、储量、天然级配、开采条件、加工要求、弃料多少、运输方式、运距远近、生产成本等因素 。 骨料料场的规划、优选，应通过全面技术经济论证 。 ? 砂石骨料的 质量是料场选择的首要前提 。骨料的 质量要求包括：强度、抗 冻、化学成分、颗粒形状、级配和杂质含量等 。水工现浇混凝土粗骨料多用 四级配，即 5 20 、 20 40 、 40 80 、 80 120 （或 150 ） mm 。砂子为细 骨料，通常分为粗砂和细砂两级，其大小级配由细度模数控制，合理取值为 2.4 3.2 。增大骨料颗粒尺寸、改善级配，对于减少水泥用量，提高混凝
3、土 质量，特别是对大体积混凝土的控温防裂具有积极意义。然而， 骨料的天然 级配和设计级配要求总有差异 ，各种级配的储量往往不能同时满足要求。这 就需要多采或通过加工来调整级配及其相应的产量。水利工程中， 骨料来源 有三种：天然骨料 ； 人工骨料 ； 组合骨料 。 骨料料场规划的原则 搞好砂石料场规划应遵循如下原则。 满足 水工混凝土对骨料的各项 质量要求 ，其 储量力求满足各设计级配的需要 ，并有必要的富裕量。 选用的 料场 ， 特别是主要料场 ， 应场地开阔，高程适宜，储量大，质量好，开采季节长 ，主辅料场应能兼顾洪枯季节互为备用的要求。 选择可采率高，天然级配与设计级配较为接近 ，用人工骨
4、料调整级配数量少 的料场 。 料场附近有足够的回车和堆料场地，且占用农田少 。 选择 开采准备工作量小，施工简便的料场 。 骨料料场规划原则的运用 如 以上要求难以同时满足，应以满足主要要求，即以满足质 量、数量为基础 ，寻求开采、运输、加工成本费用低的方案， 确定采用天然骨料，人工骨料还是组合骨料用料方案。 若是组合骨料，则需确定天然和人工骨料的最佳搭配方案。通 常对天然料场中的超径料，通过加工补充短缺级配，形成生产 系统的闭路循环，这是减少弃料，降低成本的好办法。 若采用天然骨料方案，为减少弃料应考虑各料场级配的搭配， 满足料场的最佳组合。显然，质好、量大、运距短的天然料场 应优先采用。只
5、有在天然料运距太远，成本太高时，才考虑采用人工骨料方案。 人工骨料的特点 人工骨料通过机械加工，级配比较容易调整以满足设计要求。人工破碎的碎石，表面粗糙，与水泥砂浆胶结强度高，可以提高混凝土的抗拉强度，对防止混凝土开裂有利。但在相同水灰比情况下，同等水泥用量的碎石混凝土较卵石混凝土的和易性和工作度要差一些。 随着大型、高效、耐用的骨料加工机械的发展，管理水平的提高，使 人工骨料的成本接近甚至低于天然骨料 。采用人工骨料尚有许多天然 骨料生产不具备的优点，如级配可按需调整，质量稳定，管理相对集 中，受自然因素影响小，有利于均衡生产，减少设备用量，减少堆料 场地，同时尚可利用有效开挖料。因此，采用
6、人工骨料的工程越来越 多，例如四川的映秀湾，贵州的乌江渡、东风，云南的漫湾，广西的 大化、岩滩等工程均采用人工骨料或用机械加工骨料搭配，在实践中 取得了明显的技术经济效果。 人工骨料的发展使用 20 世纪 50 、 60 年代，混凝土骨料以天然砂石料为主，如三门峡、新安江、 丹江口、刘家峡等工程。 70 、 80 年代兴建的葛洲坝、铜街子、龙羊峡、李 家峡等大型水电站和 90 年代兴建的黄河小浪底水利枢纽，也都采用天然砂石 骨料。葛洲坝一、二期工程砂石骨料生产系统月生产 49.5 万 m 3 ，年产 395 万 m 3 ，生产总量达 2600 万 m 3 。我国西南、中南一些地区缺少天然砂石料
7、资源， 20 世纪 50 年代修建的狮子 滩、上犹江、流溪河等工程，都曾建人工碎石系统。 60 年代，映秀湾工程采 用棒磨制砂。 70 年代，乌江渡采用规模较大的人工砂石料生产系统，生产的 人工砂石骨料质优价廉。借鉴乌江渡的经验， 80 年代后，广西岩滩、云南漫 湾、贵州东风、湖南五强溪、湖北隔河岩、四川宝珠寺等大型水电站工程相 继采用人工砂石骨料，并取得较好的社会经济效益。五强溪工程在采用强磨 蚀性石英砂岩生产人工骨料方面有了新的突破。 90 年代的二滩水电站建成较 先进的人工砂石系统，长江三峡水利枢纽建成了世界上规模最大的月生产成 品砂 39 万 t 的下岸溪人工砂系统和月生产成品粗骨料
8、76 万 t 的古树岭人工碎石 加工系统，采用新型液压圆锥破碎机和立式冲击破碎机等先进的砂石生产设 备。 二、骨料的生产 本部分主要解决以下问题： 1.骨料的加工过程 2.骨料开采量的确定 3.骨料生产能力的确定 4 .天然骨料的开采设备 1.骨料的加工过程 天然骨料需要通过筛分分级，人工骨料需要通过破碎、筛分加工，其生产流程如图 5-2 所示。 ?骨料生产工艺流程的设计，主要根据骨料来源，级配要求，生 产强度，堆料场地以及有无商品用料要求等全面分析比较确 定 。同时尚应根据开采加工条件及机械设备供应情况，确定各 生产环节所需要的机械设备种类、数量和型号，按流程组成自 动化或半自动化的生产流水
9、线。 骨料加工的生产工艺流程骨料开采 ，对于 天然砂砾料有陆地和水下两种开采方式 ，陆地开采与土料开采类似。水下开采，水深较大时，可采用采砂船或铲扬船，在浅水或河漫滩多用索铲或反向铲开采。索铲较反向开采定位难于准确，装车不便，常用以卸料至岸边，集成料堆再由反向铲或正向铲装车，无疑多耗费了人力和机械。对采砂船和铲扬船在江心采料，可用砂驳装料，由机动船拖至岸边专用码头卸料。对于 人工骨料开采宜采用深孔微差挤压爆破，控制其块度大小 。破碎加工块石，不仅应满足设计级配要求，尚应以整个砂石系统的运输、加工以及原料和半成品的总费用最低为目标，确定最佳方案。 骨料运输多用大吨位自卸汽车 。在骨料用量大且修筑
10、道路投资高的情况下， 采用皮带机 运料最理想，不仅效率高，运费低，且管理也比较简便。 骨料加工厂的位置应尽可能接近料源 ，且附近有足够的毛料和净料堆放场 地。 破碎和筛分设备的基础应稳固 ， 高程设置 应根据地形和运输要求通盘考 虑确定， 尽量减少垂直提升运料 ，免受洪水威胁。 2.骨料开采量的确定 骨料开采量取决于混凝土中各种粒径料的需要量 。若 第 i 组骨料所需的净料量为 q i ，则要求开采天然骨料的总量 Q i 可按下式计算 。Q i =(1+k)q i /p i (t) (5-1) 式中 k骨料生产过程的损失系数，为各生产环节损失系数的总和，即 k=k 1 +k 2 +k 3 +k
11、 4 ；其中 k 1 、k 2 、k 3 、k 4 参见表 5-1；p i 天然骨料中第 i 种骨料粒径含量的百分数。 第 i 种骨料净料需要量 q i 与第 j 种标号混凝土的工程量 V j 有关，也与该标号混凝土中 i 种粒径骨料的单位用量 e ij 有关。于是，第 i 组骨料的净料需要量 q i 可表达为：q i =(1+k c )e ij V j (t) (5-2) ? 式中，k c 为混凝土出机后运输、浇筑中的损失系数，约为 12。 减少开采总量采取的措施 由于 天然级配与混凝土的设计级配难以吻合 ，其中总有一些粒径的骨料含量较多，另一些粒径短缺。若为了满足短缺粒径的需要而增大开采量
12、，将导致其余各粒径的弃料增加，造成浪费。 为了避免浪费，减少开采总量，可采取如下措施 。 调整混凝土骨料的设计级配 ，在允许的情况下，减少短缺骨料的用量，但随之可能会使水泥用量增加，引起水化热温升增高、温度控制困难等一系列问题，故需通过比较才能确定。 用人工骨料搭配短缺料 ，天然骨料中大石多于中小石比较常见，故可将大 石破碎一部分去满足短缺的中小石。采用这种措施，应利用破碎机的破碎特 性，调整破碎机的出料口，使出料中短缺骨料达到最多，尽量减少二次破碎 和新的弃料，以降低加工费用。总之，骨料设计优化方案，应使生产总费用 最小为目标，经系统分析确定。 石料开采量 如需要利用开采石料作为人工骨料料源
13、，则石料开采量 V r 可按下式计算： （ m 3 ，实方） （ 5-3 ） ? 式中 k 人工骨料损失系数；对碎石，加工损失为 2% 4%, ，对人工砂，加工损失为 8% 20% ；运输储存损失为 2% 6% 。 e 每方混凝土的骨料用量， t/m 3 ；V 0 混凝土的总需用量， m 3 ； 块石开采成品获得率，取 80% 95% ； ? 块石容重， t/m 3 。在采用或部分采用人工骨料方案时，若有有效开挖石料可供利用时，应将利用部分扣除，确定实际开采石料量。 3 . 骨料生产能力的确定 严格说来， 骨料生产能力由其需求量来确定 ， 实际需求量 与各阶段混凝土浇筑强度有关，也与上一阶段结
14、 束时的储存量有关。若骨料还须销售，则销售量也是供需平 衡的一个因素。 这里我们仅 介绍考虑储存影响，如何确定骨料的生产能力 。 可 根据混凝土浇筑进度对骨料的用料要求，用供需累计过程 线确定各阶段要求的骨料生产能力 。如图 5-3 所示。先根据混 凝土浇筑进度，绘制骨料需用量累计过程线 1 ，再绘制骨料计 划生产累计过程线 2 ，并使累计过程线 1 、 2 之间的最大距 离，即最大储存量不大于成品料堆的最大容量；但最小储存 量又不少于保证连续生产的最小安全储量，通常， 此储量应 满足 10 15 天的用料要求 。另外，尚应使 产量累计过程线的 起点提前 10 15 天，而终点 也应相应提前
15、。骨料生产能力的计算 骨料产量累计过程线的斜率就是加工厂的生产强度 ，斜率最大的时段就是骨料的高峰生产时段。据此可确定 骨料加工的生产能力 P(m 3 /h)(5-4) ? 式中 V 骨料生产高峰期的总产量， m 3 ；T 骨料生产高峰时段的月数；K 1 高峰时段骨料生产的不均匀系数，可取 1.0 1.4 ； K 2 时间利用系数，可取 0.8 0.9 ；m 每日有效工作时数，可取 20h ；n 每月有效工作日数，可取 25 28d 。4 . 天然骨料的开采设备（一） 天然骨料开采， 在河漫滩多采用 索铲 ，如图 5-4 所示，它是正向铲挖掘机工作机构改装为索具操纵的铲斗。采料时将铲斗抛出，斗
16、齿下切砂砾层，然后由牵引索拉土斗，让土斗装满，卸料时，牵引索放松，土斗垂直向下，土料卸出。整个操作循环要求司机操作技术熟练，否则，其生产能力不能正常发挥。 采砂船 是在一定水深中采掘砂砾石的机械 。它是将 斗链式挖掘机 的工作机构装在特制的船上进行工作的，如图 5-5 所示。其砂斗固定在随主动轮转动的链条上。砂斗接连不断地运转至工作大梁底端进行挖掘，上升至工作大梁顶端，卸料至接砂斗中，再通过由吊杆悬吊的皮带机卸料。皮带机架通过悬索控制其仰俯角度，借助提升索调整工作大梁的位置，以控制其开挖深度。船体内装有平衡水箱，调整箱内的水量以保持船体的平衡。采砂船采挖粘性较大的土时，砂斗易装满，却不易卸尽，挖砂砾料则恰好相反。为此，挖粘性大的土时宜用口大身浅的砂斗，挖砂砾料时，宜用口小身深的砂斗。 索铲挖掘机工作图多斗式采砂船工构造图 多斗式采砂船工构造图 4 . 天然骨料的开采设备
