水利水电施工组织设计专项方案模块35混凝土生产系统.docx
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水利水电施工组织设计专项方案模块35混凝土生产系统
混凝土生产系统
第1节混凝土拌和系统
水利水电工程，一般都具有混凝土工程量较大，要求浇筑速度快,施工强度高，并且质量要求严的特点。
要生产大量品质优良的混凝土，就必须采用高度机械化、自动化的设备来完成。
混凝土拌和楼（站）是一种生产新鲜混凝土的大型机械设备，它能将组成混凝土的材料水泥、砂、骨料、外加剂以及掺合料，按一定的配合比，自动拌和成塑性和干硬性的混凝土，故在已建和在建的大、中型水利水电工程中，都设置一定规模的混凝土生产系统来完成混凝土生产。
但在工程前期及小型水利水电工程，也有使用单台混凝土拌和机组成的混凝土拌和站。
1．混凝土拌和系统的规划与布置
混凝土生产系统能否按时、按量、高速、优质地向大坝输送混凝土，对保证工程顺利实施具有决定性的意义。
因此，在工程的施工组织设计阶段和工程实施阶段都必需进行规划，并且根据不同施工期主客观条件的变化进行相应的调整，以求充分满足施工的需要和取得整体上的最大经济效益。
混凝土生产系统规划主要有两个内容：
一是确定系统设置方式，为集中与分散；一岸与两岸（包括基坑）；二是选择系统的位置。
规划应根据工程导流方案和施工总进度的安排，结合各建筑物的特点、施工程序、施工方法、施工强度、坝区地形地质条件以及原材料的供给条件等具体情况进行研究，对不同方案进行技术经济比较后确定。
三峡一期工程采用两岸各设置一个混凝土生产系统（使用天然砂石料），二期工程则集中左岸分散设立四个系统（使用人工砂石料），各系统之间通过塔带机和汽车可以互相支援。
为配合矛坪溪防护大坝施工，另行专门设立沥青混凝土生产系统。
1.1混凝土拌和系统的位置选择
在水利水电工程中混凝土拌和系统的位置选择，主要依据地形及地质条件而定。
但必须充分合理地利用地形特点，来满足工艺要求，尽量减少建厂工程量，运输距离要短，运输线路通畅，并考虑建厂时设备堆放及拼装场地。
为便于混凝土拌和楼（站）接受各种材料和混凝土运出，混凝土拌和楼一般主要在建筑物附近500米以内，要尽量靠近混凝土浇筑地点。
充分利用自然地形高差，可以缩小系统内各个环节之间的距离。
混凝土拌和系统建筑物应建在施工期设计洪水位以上。
混凝土生产系统设于沟口时，要保证不受山洪和泥石流的威胁。
骨料受料仓、卸载站、廊道等地下部分的建筑物，一般应设在地下水位以上。
1.2混凝土拌和系统布置的一般原则
在确定混凝土拌和楼（站）的位置时，混凝土拌和楼（站）的地基必须坚实，当一个混凝土拌和系统布置两座或两座以上拌和楼时，应特别注意拌和楼的组合方式，常见的各种类型混凝土拌和楼的组合方式如图5-1-1所示。
图5-1-1多楼组合布置方式
4-4×1.5；2-3×1.0；3-3×1.5；2-4×3.0
多楼布置的组合基本要求是：
每座混凝土拌和楼最好有单独的出料线，出料线应互不干扰，砂石和水泥要从砂石料堆场和水泥库一侧进料。
对于混凝土有降温要求的拌和楼，一般要设制冷楼（厂）供冷水、冷风和片冰。
制冷楼应布置在紧靠混凝土拌和楼的进冰侧，但拌和楼控制室不应离制冷楼太近，以防氨泄漏对控制室接点造成影响。
如图5-1-2所示就是一座冷冻楼向两座混凝土拌和楼供冰的布置。
图5-1-2制冷楼向两座拌和楼供冰的布置
在水利水电大、中型工程中，混凝土拌和系统的水泥贮存仓库一般都是采用水泥贮存罐，其位置要结合水泥卸载方式和混凝土拌和楼考虑，从水泥贮存罐到混凝土拌和楼如采用机械输送时，一般水平距离不应超过100m。
水泥进料方向应与混凝土拌和楼的结构相适应。
气力输送布置比较灵活，水平输送距离可达500m。
近距离的机械输送和远距离的气力输送的混凝土生产系统的布置如图5-1-3所示。
图5-1-3某工程混凝土生产系统平面布置图
混凝土拌和系统骨料堆料场宜布置在地形平坦和排水良好的地段，以便受料和向混凝土拌和楼供料。
当地形条件不允许时，也可用料罐贮存砂石骨料，并可在坡地上布置。
堆料场的活容积一般为3～5d的需要量，场地困难的条件下，也可减少到1d的需用量。
1.3混凝土拌和系统生产能力的确定
混凝土拌和系统的基本生产能力，一般情况下是用满足浇筑强度而选择配置混凝土拌和设备的总生产能力来表示，生产规模的大小按SDJ338－89（规范）的有关规定划分，见表5-1-1。
表5-1-1混凝土拌和系统规模划分标准
规模定型
小时生产能力（m3）
月生产能力（万m3）
大型
＞200
＞6
中型
50~200
1.5~6
小型
＜50
＜1.5
1.3.1混凝土拌和系统小时生产能力
Qh＝KhQm/（ｍ.ｎ）（5-1-1）
式中Qh——小时生产能力，m3/h；
Kh——小时不均匀系数，可取1.3～1.5；
Qm——混凝土高峰浇筑强度,m3/月；
ｍ――每月工作天数，ｄ；
ｎ――每天工作小时数，ｎ。
1.3.2混凝土初凝条件校核小时生产能力
Qh≥1.1FD/（t1-t2）（5-1-2）
式中F——最大混凝土块的浇筑面积，m2；
D——最大混凝土块的浇筑分层厚度，m；
t1——混凝土的初凝时间，h，与所用水泥种类、气温、混凝土的浇筑温度、外加剂等因素有关，在没有试验资料的情况下参照表5-1-2选取。
表5-1-2混凝土初凝时间（未掺外加剂）
浇筑温度（℃）
初凝时间（h）
普通水泥
矿渣水泥
30
2
2.5
20
3
3.5
10
4
4.0
t2——混凝土出机后到浇筑入仓所经历的时间.
1.4混凝土系统的主要指标
部分工程混凝土系统的主要技术指标如表5-1-3，供参考
表5-1-3部分工程混凝土系统主要技术指标
项目
水口
五强溪
漫湾
二滩
岩滩
最高月产量（万m3）
12.4
16.4
8.3
23.3
12.3
设备标称能力（m3/h）
612
2×240
2×90
2×360
555
堆料场容量（万t）
15.7
9.35
-
13.8
23
水泥库容量（t）
13800
6000
18000
6000
9500
制冷标准容量（kW）
8139
8744
2710
-
5814
人员总数（人）
578
300
310
189
600
人均月产量（m3）
214
547
90
1233
205
电机容量（kW）
11000
5000
5000
4511
15000
土石方（万m3）
9.7
8.94
5
-
90
混凝土（m3）
9850
9220
-
37800
13610
占地面积（m2）
15000
31800
11000
13850
57000
金属结构（t）
2640
1945.6
3500
-
1132
2.混凝土拌和楼（站）
2.1拌和楼（站）的选型
一般水利水电工程施工场地狭窄，混凝土的浇筑强度大，常采用拌和楼为生产混凝土的主要设备。
对于工程规模较小，服务期短及分散和早期临建工程，可采用拌和站。
混凝土的生产按其配料和拌和工艺分有连续式和间隙式两类。
连续生产的混凝土搅拌设备生产能力大、安装拆卸快、生产成本低，在国外已有40年左右的使用历史，有的工程（例如前苏联的英古里双曲拱坝）以这种设备作为混凝土生产的主要设备，完成了整个大坝建设。
其主要缺点是改变级配、标号不够灵活。
我国的水利水电工程过去基本上都用间隙生产的拌和楼（站）。
随着碾压混凝土的发展，愈来愈多的工程需要生产干硬性混凝土。
国外已大量采用连续搅拌设备生产碾压混凝土（见表5-1-4），泰国的科龙塔丹碾压混凝土坝目前正在使用该种设备生产碾压混凝土。
我国在1999年试制成混凝土连续搅拌装置用于四川沙牌碾压混凝土坝施工（坝高130m），共生产混凝土36万m3,混凝土质量指标均满足规范要求。
其技术参数见表5-1-5。
近年国内已有专业厂家生产该型设备用于公路施工，其技术性能亦可适应水利水电工程的要求（见表5-1-6）。
间隙生产的拌和楼和拌和站在生产工艺上的主要区别，是物料在配料、拌和作业中的提升次数不同。
物料一次提升后，全部利用重力进行储料、配料、装入搅拌机，并通过集中料斗向运输工具发料。
由于建筑物较高，习惯上称拌和楼。
物料需提升两次以上或配料后再作水平运送，配料、拌和两部分分设两处。
这种装置的结构物高度较低，通称拌和站。
一般拌和楼的技术经济指标要优于拌和站，参见表5-1-7。
表5-1-4部分使用连续搅拌设备的RCC坝
工程名称
所在国家
坝高（m）
体积（万m3）
竣工日期
柳溪
美国
52
33.1
1982
温彻斯特
美国
21
2.5
1984
中岔
美国
38
4.2
1984
柯波菲尔德
澳大利亚
40
11.8
1984
盖尔斯维尔
美国
51
16.1
1985
柯维尔
美国
7
1.7
1985
塞可
巴西
56
13.2
1986
蒙克斯维尔
美国
46
23.9
1986
格林斯顿
美国
42
8.8
1986
上静水
美国
87
107
1987
表5-1-5200m3/h连续强制式混凝土搅拌设备主要参数表
名称
指标
砂石骨料仓容积
4×72m3
水泥、粉煤灰容积
2×20m3
水箱容积
10m3
减水剂容积
1.5m3
引气剂容积
1.0m3
搅拌机
形式
双卧轴连续强制式混凝土搅拌机
型号
JLQ200-900×3800
生产能力
100～200m3/h
最大骨料粒径
65mm
纯搅拌时间
10～13s
电机功率
2×45kw
砼出料斗容量
6m3
控制方式
PC-PLC自动控制+电视监视
电源
3N50HZ400V/230V
设备总功率
155kw
设备总重
110t
生产能力
100～200m3/h
表5-1-6MODUMIX-600型集装箱式连续搅拌设备性能
名称
指标
适用材料
水泥稳定砂砾
碾压混凝土
常态混凝土
标准产量
600t/h
计量精度
水泥，水±1%
砂石等骨料±2%
外加剂±1%
搅拌机
双卧轴式强制搅拌机APMM-610L型
搅拌器轴心距：
610mm
搅拌箱长度：
4150mm
搅拌轴直径：
250mm
搅拌叶片：
镍合金片，可更换，固定间距
动力源：
2台75kw电机
2台减速比为25.4：
1的SEW减速机
骨料仓
4个
单仓容积：
12m3
4台900mm骨料用胶带输送机
4套胶带电子称量机构
粉料仓
2个
容积：
60m3
可用于水泥或石灰粉
水计量系统
1台可变速供水泵
1套计量系统（计量精度≤1%）
卸料输送机
一条宽1000mm的高速胶带输送机
卸料斗
1.5m3（6m3）
外加剂
1套外加剂供给系统
控制系统
计算机全自动控制系统，可随时打印生产数据
安全控制
本机设有报警系统，保证工作系统安全正常运行
污染控制
粉料仓设有标准可逆集尘扇。
搅拌器注水口具有除尘能力
安装运输
集装箱模块式安装，5个标准40′集装箱
整机重量
87t
总装机容量
210Kw
外形尺寸
25282mm×4876mm×16261mm
表5-1-7拌和楼与拌和站技术经济比较
项目
拌和接
拌和站
指标
比较
指标
比较
建筑面积（m2）
380
100%
985
260%
建筑容积（m3）
12500
100%
15000
120%
工艺设备（t）
225
100%
265
118%
电机容量（Kw）
550
100%
857
156%
为了适应大型水利水电工程的需要，90年代以来，我国研究和制造的混凝土拌和楼，总的趋势是向大型化、计算机控制全自动化方面发展。
金属结构按设备的要求以单阶式分层布置，机电设备分别安装在各层，集中控制。
目前使用的混凝土拌和楼，不论是进口的或是国产的，其基本工艺流程大致是相同的，混凝土拌和楼的生产工艺流程如图5-1-4所示。
图5-1-4混凝土拌和楼工艺流程图
为加快施工速度和确保质量，应尽早建成混凝土拌和楼作为生产混凝土的主要设备。
但工程初期，混凝土工程量小而分散，且大都是前期临建工程，可采用混凝土拌和站作为过渡设备。
2.2混凝土拌和楼（站）生产能力的确定
混凝土拌和楼的生产能力是选型的重要因素。
由于受水利水电工程条件的制约，影响混凝土拌和楼进行均衡生产。
因此，混凝土拌和楼的生产能力必须满足施工强度的变化,适应生产多品种混凝土的需要。
各类混凝土拌和楼一般条件下的生产能力见表5-1-8。
表5-1-8主要混凝土拌和楼生产能力
型号
拌和机容量
（L）
标称生产能力（m3/h）
生产能力
小时（m3/h）
日（m3/d）
月（m3/月）
HL50-2F1000
2×1000
48~60
50
800
16000
HL115-3F1500
3×1500
108~135
115
1600
34000
HL240-4F3000
4×3000
240
240
4000
80000
HL360-4F4500
4×4500
360
360
自行设计混凝土拌和站时，其小时生产能力：
Qh=60VNK/（t1+t2+t3）（5-1-3）
式中Qh——小时生产能力，m3/h；
V——拌和机容量，m3，按出料容量；
N——拌和机台数；
K——时间利用系数，一般取0.85～0.90；
t1——装料时间，可取0.25～0.33min；
t2——卸料时间，可取0.17～0.33min；
t3——净拌和时间，对普通混凝土可按表5-1-9选取。
表5-1-9普通混凝土净拌和时间
拌和机出料容量
（m3）
最大骨料粒径
（mm）
t3（min）
塌落度2～5（cm）
塌落度5～8（cm）
塌落度>8（cm）
0.75
80
2.0
1.5
1.5
1.00
120
2.5
2.0
1.5
1.50
150
2.5
2.0
2.0
3.00
150
3.0
2.5
2.5
2.3混凝土拌和楼的技术性能
目前使用的混凝土拌和楼有HL50-2F1000、HL115-3F1500、HL240-4F3000、HL360-4F4500型等多种规格型号，控制方式有半自动、全自动和计算机控制全自动。
各种规格型号的混凝土拌和楼的主要技术性能如表5-1-10﹑5-1-11所示。
表5-1-10混凝土拌和楼的主要技术性能
指标
拌和楼型号
HL50-2F1000
HL115-3F1500A
HL240-4F3000LB
HL360-4F4500L
拌和楼总高（m）
25.145
29.448
35
37.25
拌和楼总功率（kW）
83
90
640
429
拌和楼总重（t）
117.96
205.6
580
680
压缩空气消耗量（m3/min）
3
4
8
4
压缩空气工作压力（MPa）
0.69
0.49--0.69
≥0.6
≥0.6
额定
常态混凝土（m3/h）
48—60
108—135
240
320--360
生产
碾压混凝土（m3/h）
200
300
率
预冷混凝土（m3/h）
60
180
250
控制方式
电气自动集中控制
电气自动集中控制
微机自动控制
微机自动控制
混
凝
土
拌
和
机
台数及型式
2台自落式
3台自落式
4台自落式
4台自落式
单机进料容量（L）
1600
2400
4700
7500
出料容量（捣实后m3）
1
1.5
3
4.5
允许最大骨料粒径（mm）
120
150
150
150
每小时拌和次数（次）
2台44—54
3台72--90
电机功率
每台拌和机
2×7.5
2×7.5
2×22
2×22
（kW）
总功率
30
45
176
176
减速机型号
XwD75-6-1/17
XwD75-6-1/17
混凝土出料斗容量（m3/只）
6.8×1
12×2
15×2
配
料
装
置
电子称总台数（台）
8
11
12
12
称
量
范
围
（kg/
台数）
特大石80-150（mm）
0--1500×1
0--1500×1
0--2000×1
0--3000×1
大石40-809（mm）
0--1500×1
0--1500×1
0--2500×1
0--4000×1
中石20-40（mm）
0--1500×1
0--1500×1
0--2500×1
0--4000×1
小石5-20（mm）
0--1500×1
0--1500×1
0--2500×1
0--4000×1
粗砂
0--1500×1
0--3000×1
0--3000×1
细砂
0--1000×1
0--1500×1
0--2000×1
0--3000×1
水泥
0--500×1
0--500×1
0--1000×1
0--2000×1
掺合料
0--500×1
0--400×1
0--600×1
水
0--300×1
0--300×1
0--700×1
0--750×1
外加剂
0-15×1
0-15×1
0--30×10--10×1
0--50×10--15×1
冰
0--150×1
0--400×1
0--300×1
料仓总容积（m3）
132
448
875
1270
储
料
仓
容
量
容
积
（m3/
仓数）
特大石
22×1
60×1
130×1
200×1
大石
22×1
60×1
130×1
200×1
中石
22×1
60×1
130×1
200×1
小石
22×1
60×1
130×1
200×1
粗砂
60×1
130×1
100×1
细砂
22×1
60×1
100×1
水泥
11×2
30×2
75×2
90×2
掺合料
28×1
75×1
90×1
出料斗高度（mm）
4000
4500
5100
注：
本表引自产品使用说明书。
表5-1-11部分进口混凝土拌和楼主要技术性能
指标
拌和楼型号
T-4496
VCM3604×6m3
2×4.5m3
拌和楼总高（m）
40.45
39.78
39.3
拌和楼总功率（Kw）
470
268.13
430
拌和楼总重（t）
750
～700
～650
压缩空气消耗量（m3/min）
4
压缩空气工作压力（MPa）
≥0.6
≥0.6
0.55～0.7
额定生产率
常态混凝土（m3/h）
360
360
324
碾压混凝土（m3/h）
300
320
344.6
预冷混凝土（m3/h）
250
250
300
控制方式
微机自动控制
微机自动控制
微机自动控制
混
凝
土
拌
和
机
台数及型式
4台自落式
4台自落式
2台强制式
单机进料容量（L）
7500
7050
出料容量（捣实后，m3）
4.5
6
4.5
允许最大骨料最大粒径（mm）
每小时拌和次数（次）
电机功率
（Kw）
每台拌和机功率
2×22
2×37.5
2×90
总功率
176
300
360
减速机型号
混凝土出料斗容量（m3）
15×2
14×2
10×2
配
料
装
置
电子称总台数（台）
12
12
12
称
量
范
围
（kg/台数）
特大石80-150（mm）
0-3000×1
0-4500×1
0-3000×1
大石40-80（mm）
0-4000×1
0-4800×1
0-4000×1
中石20-40（mm）
0-4000×1
0-4500×1
0-4000×1
小石5-20（mm）
0-4000×1
0-4500×1
0-4000×1
粗砂
0-3000×1
0-4500×1
0-4000×1
细砂
0-3000×1
水泥
0-2000×1
0-3000×2
0-2000×2
掺合料
0-600×1
0-2000×1
0-600×1
水
0-750×1
0-1500×1
0-750×1
外加剂
0-50×10-15×1
0-60×10-30×1
0-50×10-15×1
冰
0-300×1
0-1200×1
0-300×1
料仓总容积（m3）
1230
1320
1227
储
料
仓
容
量
容
积
（m3/仓数）
特大石
200×1
200×1
200×1
大石
200×1
200×1
200×1
中石
180×1
200×1
150×1
小石
180×1
200×1
150×1
粗砂
100×1
160×1
200×1
细砂
100×1
水泥
90×2
120×2
109×2
掺合料
90×1
120×1
109×1
出料斗高度（mm）
5100
4610
4500
HL50-2F1000型混凝土拌和楼用来拌和塑性混凝土，适用于水利水电工程，也适用于施工地点比较集中的建筑工程及城市商品混凝土工厂，拌和混凝土最大骨料粒径120mm,其结构是大组件方型混凝土拌和楼，如图5-1-5所示。
图5-1-5HL50-2F1000型混凝土拌和楼
HL115-3F1500A型混凝土拌和楼，是大组件组装的方型结构，全楼采用拼装、圆柱钢管结构。
结构简单，安、卸方便，便于转移。
拌和楼两侧设有钢平台，放置冷风机设备。
该拌和楼骨料仓设置了通冷风所必须的设施，有冷风出、进口法兰，考虑了从冰楼输入片冰的设施位置，因此，拌和楼通冷风和加片冰后能满足低温混凝土的要求。
混凝土拌和楼如图5-1-6所示。
图5-1-6HL115-3F1500型混凝土拌和楼
HL240-4F3000LB型混凝土拌和楼是采用计算机全自动控制，可在骨料仓安装冷、热风和片冰等温控措施，是我国自行设计制造的新型的温控混凝土拌和楼，适用于大、中型混凝土水电工程，拌和楼采用双线出料，可以同时生产两种不同标号的混凝土，如图5-1-7所示。
图5-1-7HL240-4F3000LB型混凝
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