硅粉混凝土生产工艺的研究与应用

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摘 要：在拌和楼生产普通混凝土的基础上，对硅粉混凝土生产工艺进行研究，介绍了硅粉混凝土生产工艺设计、流程设定和过程控制，寻找合适的硅粉混凝土生产方法，确保生产的硅粉混凝土质量合格。

关键词：硅粉混凝土；生产工艺；研究；应用；溪洛渡水电站

中图分类号： TU37 文献标识码： A

1工程概况

溪洛渡水电站泄洪洞洞内泄洪消能采用"龙落尾"方式结构布置，龙落尾段具有“大断面、大流量、高流速”的工程特点，其对混凝土强度等级要求和抗冲耐磨标准高，优良的硅粉混凝土质量不仅能保证现场正常浇筑施工，更为后期泄洪洞正常泄洪提供了坚实的保证。

硅粉混凝土为C9060硅粉抗冲耐磨混凝土，由中心场混凝土系统负责生产。中心场混凝土系统位于溪洛渡水电站下游永久大桥左桥头，其混凝土生产总量约250万m3，常温、预冷混凝土月生产的高峰强度约8万m3，其预冷混凝土出机口温度按12~14℃。系统配置2座4×3m3自落式拌和楼。

2硅粉混凝土生产工艺设计

2.1设计原则

硅粉混凝土国内外普遍采用浆液法和干法生产两种方式，由于中心场混凝土生产系统条件限制，适合、也只能选取干法生产，并且拌和楼需要增设一套硅粉混凝土生产装置。

由于硅粉易受潮结块，采用袋装储存于仓库内，人工拆包后通过斗式提升机垂直运输进入副楼外新建料罐，料罐放料由螺旋机运输至拌和楼增设硅粉称量斗，修改拌和楼生产操作程序，实现袋装硅粉人工拆包、机械运输上楼，实现机械自动送料、称量、自动投料。

2.2设备选型

（1）斗式提升机

选用提升水泥、粉煤灰等粉料常用的D型橡胶运输带，按2t/h的运输量进行配置，选用最小型号的D160，胶带宽度为200mm，4层，电机功率7.5KW。

料斗选用适用于输送干燥的、松散的、易于投出的物料的S型―深圆底形进料斗，并且采用不锈钢斗子。

卸料口选用X1―带有倾斜45°法兰盘的；进料口选用J1―45°倾角。

（2）硅粉罐

根据实际生产情况，拌和楼副楼外增加一个10m3储料罐；硅粉的容重为600~650kg/m3，一个罐按70%可装4 t左右。每方砼的硅粉掺加量为胶材用量的5%，每方砼按照20 kg左右添加时，一个罐可生产砼200m3，满足一个班的用量。硅粉罐采用直径2米的圆筒罐体，高度3米，顶部设置收尘袋、排气孔。

（3）螺旋输送机

硅粉设计输送能力2t/h，螺旋输送机选择φ250直径的，螺距采用“D”法与直径相等。检修孔间距（螺旋节）为1.5m，电机功率18.5KW。

螺旋机倾角越大，输送能力减少，电机功率越大，螺旋输送机采用水平设置。

（4）称量装置

在楼内增加一套称量装置，包括150kg称量斗（3×150的传感器，动态误差±1%）、气动蝶阀、破拱装置等。称量斗采用粉料圆筒封闭形式，通过放料溜管接入集中料斗。

（5）电气控制

在控制台上增设硅粉罐放料弧门按钮、螺旋机启动按钮、楼内称量斗放料弧门按钮等。螺旋输送机及称量、送料系统的电气控制系统，增加硅粉的称量、显示界面，电控开关联锁控制及称量画面、校称等一系列的生产（拌制）操作程序修改。实现自动控制输料、称量、投料。

3硅粉混凝土生产流程设定

硅粉混凝土生产原材料为：粗骨料、细砂、低热水泥、粉煤灰、硅粉、水、高性能减水剂、引气剂。

硅粉混凝土采用干法生产，干法生产较浆液法生产最需要解决的就是从工艺上保证其拌制均匀性，所以工艺流程较为复杂、过程控制较为严格、生产难度相对较大。干法生产拌制工艺与普通混凝土差别较大，干法生产硅粉混凝土比较普通混凝土的最大区别是采用一次称量，分批次下料、二次拌制，且拌制时间延长，这样就降低了生产效率和单位生产量。

3.1普通砼生产流程

投料顺序为：“小石、外加剂+水粉煤灰、水泥、砂中石”拌制2.5min。

普通砼生产流程为：

各项作业逻辑关系为“完成―开始”，单线作业。

每盘料之间为周期性流水作业，只有等上一盘料“称量卸料”完成后，才能开始下一盘的称量。

普通砼一盘料用时：自动称量（30s）+自动卸料（30s）+ 拌制（150s）+ 翻罐回罐（20s）+ 放料（150s）= 380s (即6.33min)

3.2硅粉砼生产流程

生产初期确定投料顺序为：“砂+小石（干拌15s）水泥、粉煤灰、硅粉、外加剂+水中石”搅拌3.5min 。

后经依据生产情况，投料顺序调整为：“水+外加剂+中石粉煤灰、硅粉、水泥小石”搅拌3.5min 。

硅粉砼生产流程为：

各项作业逻辑关系为“完成―开始”，单线作业。

硅粉砼一盘料用时：称量（120s）+ 手动卸料（135s）+ 拌制（210s）+ 翻罐回罐（20s）+ 放料（240s）= 725s (即12.08 min)

3.3硅粉砼与普通砼生产对比

硅粉砼与普通砼生产环节比较如下表：

硅粉砼与普通砼生产环节比较

生产

环节

砼种类 生产环节（秒）

自动称量 手动卸料 拌制 翻罐 放料 合计（秒）

硅粉砼 120 135 210 20 240 725

普通砼 30 30 150 20 150 380

差值 90 105 60 0 90 345

一盘硅粉砼比普通砼多出：称量时间多出90 s，手动卸料时间多出105 s，拌制时间多出60s，放料时间多出90s。

一盘硅粉砼比普通砼的生产时间多出：“硅粉自动称量”（90s）+ 手动卸料（105 s）+ 拌制时间增加（60s）+ 放料时间增加（90s）= 345s （即5.75 min）

3.4硅粉砼与普通砼差异分析

（1）自动称量：由于硅粉容重轻，螺旋机运输及称量过程较慢，只有称量完成后再接下一流程。

（2）手动卸料：依据生产试验，硅粉砼的投料顺序与普通砼不一样，每种材料需要人工逐一卸料。

（3）生产量：由于硅粉容重轻，不易流动，螺旋机运输、称量、卸料等环节时间相应增长，拌和楼的生产能力影响较大。

（4）拌制时间：为保证硅粉的拌制均匀性，硅粉砼拌制时间较普通砼延长60s。

（5）放料时间：硅粉砼的流动较普通砼较差，硅粉砼放料时间较普通砼延长90s。

每盘料之间为周期性流水作业，只有等上一盘料“称量卸料”完成后，才能开始下一盘的称量。拌制一车料（两罐）的时间为120+135+725=980s（即16.33min）。仅拌制硅粉混凝土，单座拌和楼最大小时生产能力为：3600s/(120+135s)×3.0 = 42.35 m3/h；

4硅粉混凝土生产过程控制

4.1混凝土出机口温度的控制

与普通低强度混凝土相比，C9060高强度硅粉混凝土的温度控制难度更大、要求更严格，温控防裂，也是困扰高性能硅粉混凝土施工的一大难题，因此需采取更为严格的温控措施，以预防和缓解裂缝的产生。

（1）配合比设计

针对溪洛渡泄洪洞无压段上平段及龙落尾不同衬砌型式衬砌混凝土的温度控制标准要求，配合比设计方案粉煤灰掺量为30%，突破《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》（DL/ T5207-2005）表6.3.3中粉煤灰最大掺量为25%的规定值，主要是想通过试验论证――高掺粉煤灰是否能在满足混凝土抗冲磨性能的同时满足其耐久性能要求，最大限度合理利用粉煤灰优势，减少混凝土需水量，降低胶凝材料用量，从而有效降低水化热，缓解温控压力。

掺加高性能减水剂，也是设计达到温控要求的一个重要目的，高性能减水剂的最大特点是高减水率、高保塑性，在减少胶凝材料用量、减小水化热的同时，其高保塑性也有利于满足现场施工，可获得良好的经济效益并推动混凝土科学与技术的进步。

（2）原材料

硅粉混凝土生产原材料尽可能采用水化热速率小、水化热低的低热硅酸盐水泥，有利于主要发热源――水泥含量高的大体积高性能硅粉混凝土的温度控制，严格控制水泥温度；选择线膨胀系数小的骨料，粗骨料入混凝土拌和机前应充分水饱和与冷却，细骨料含水量和细度模数应严格控制；每批次硅粉入库前，必须检查《产品合格证》和《检测报告》，检测报告合格的方可入库，有新批次时，试验人员必须取样检测，待检测合格后，再行投入使用。

（3）拌和楼温控措施

硅粉混凝土生产应采用“片冰+冷却水+骨料预冷”措施，以降低硅粉混凝土出机口温度。中心场系统只配备了楼上风冷加冷水和冰的制冷方式，满足C40以下混凝土12~14度的温度要求，为了满足C9060高性能硅粉混凝土同样的温度要求，拌和楼采取降低效率进行生产，采取加大制冷量和延长骨料冷却时间，采取加大加冰量的生产方式，让骨料由原来的骨料冷却到5~8度生产温控混凝变为骨料冷却到3~5度生产，加冰量普遍高出10~15公斤。

4.2混凝土拌制生产的控制

按照商品混凝土要料生产的程序，要料单位正确填写《要料通知单》，注明所需硅粉混凝土的性能参数；试验室依据原材料质量情况开具相应的配合比；调度室进行识别卡配比录入和生产安排；试验员到拌和楼定称，定称时试验员将生产配合比告知拌和楼控制室操作员，操作员调出标准配合比进行数据修改，试验员与操作员对数据二次确认。

生产硅粉混凝土，操作系统按照配合比进行自动配料称量，保证各种材料的称量误差在合格范围内。投料次序为：“水+外加剂+中石粉煤灰、硅粉、水泥小石”搅拌3.5min。

混凝土拌好的象征是：各种材料拌和均匀，流动性好，不离析。待仓号收仓后，硅粉混凝土的搅拌罐进行冲洗，因硅粉的干缩性，影响其他混凝土的塌落度。为避免人工投料错误和频繁洗罐，拌和楼应留一个车道单独进行硅粉混凝土生产比较好。

4.3原材料的计量控制

拌和楼称量装置，必须每月进行称量斗的校核，校核的砝码必须经过当地计量部门的计量检定，以确保称量斗计量准确。粗、细骨料的称量误差控制在±2%以内，水泥、粉煤灰、水、外加剂、硅粉称量误差控制在±2%以内。同时定期检查传感器和气动蝶阀的质量，确保生产的硅粉混凝土质量合格。

4.4粗、细骨料含水率的控制

混凝土生产过程中应持续检测粗、细骨料的含水率的变化，并根据其检测结果对生产配合比进行微调，调整砂含水率、搅拌用水量及粗、细骨料的用量，保证硅粉混凝土生产质量合格。

4.5取样、检测、试验的控制

硅粉混凝土的前三盘，及时取样作混凝土的塌落度、含气量、温度等出机口性能试验，待各项指标检测合格后，再开始生产；若发现指标偏高或超标，及时微调用水量和引气剂用量。混凝土生产过程中依据仓号和浇筑量，取样作混凝土强度和抗渗性、抗冻性、抗磨蚀性、抗化学浸蚀性、抑制碱骨料反应能力等耐久性试验。

4.6混凝土运输入仓的控制

特别注意防范混凝土产生塑性开裂和早期收缩。

（1）运输

硅粉混凝土运输采用搅拌车，以减少运输途中的温度回升。拌好的硅粉混凝土水平运输和垂直运输时间不得超过30min。

（2）入仓浇筑

浇筑过程应1次浇完，不得中途停止。由于机械故障等原因产生冷缝，应停止浇筑，等先浇混凝土具有一定强度(一般等24h后)，按施工缝处理后(处理方法与基面处理相同)，再浇筑剩余部分混凝土。浇筑宜从左或右向一个方向入仓，经平仓后，先用插入式振捣器，后用平板振捣器提浆，振捣时间较普通混凝土稍长一些，要振捣密实不能漏振。平仓振捣后收抹面的工人应抓紧拍打出浆并抹面，一般应收抹3次～4次，使其表面光滑平整，无空洞、麻面和无贯穿性裂缝，不平整度控制在5mm以内。

（3）养护

新浇硅粉混凝土经振捣收抹后停1h～3h（根据现场气温具体确定），立即加盖塑料薄膜，防止雨淋和表面蒸发产生裂缝，24h内严禁人踩或堆放杂物。经36h～48h后，去掉塑料膜，加盖草袋，按水工混凝土养护规程及时洒水养护。

5结语

在溪洛渡水电站中心场混凝土生产系统中，通过硅粉混凝土生产工艺的设计，实现袋装硅粉人工拆包、机械运输上楼，实现机械自动送料、称量、自动投料。通过对生产工艺、生产流程和生产过程控制的研究，得出适当的硅粉混凝土生产方法，保证生产的硅粉混凝土质量合格。

参考文献：

[1]水利电力部水利水电建设总局，《水利水电施工组织设计手册第四卷：附属企业设计》，中国水利水电出版社，1991（2009重印）.

[2]吕玉娥，李学峰，陈柯朴.溪洛渡水电站泄洪洞C9060硅粉抗冲耐磨混凝土配合比研究.成都：四川水力发电，2010年增刊（2）.

作者简介：

刘晓阳（1974-），男，湖北宜昌人，工区主任，工程师，从事水利水电工程砂石拌和系统技术与管理工作；

袁强强（1984-），男，江西南昌人，工区工程部副主任，助理工程师，从事水利水电工程砂石拌和系统技术与管理工作。