3.拌和系統設計

3.1　拌和樓（站）選擇

3.1.1　混凝土攪拌機

混凝土攪拌機是混凝土生產的主要設備，用于將一定配比的砂石骨料、水泥等混凝土原材料拌制成混凝土。國內外對攪拌機有許多標稱方法，我國的攪拌機的代號見表3－1。

混凝土攪拌機的類型繁多，按工作性質不同分為周期式和連續式兩大類；按攪拌原理不同分為自落式和強制式兩個機種?？梢怨潭ɑ蛞苿邮褂?。對于周期式生產的，又有傾翻和非傾翻兩種出料方式。大、中型工程的混凝土生產常用的是周期錐形自落傾翻式和雙臥軸強制式攪拌機。連續式攪拌機已在我國一些工程（如沙牌工程）成功應用。

（1）自落式攪拌機。在20世紀初，由蒸汽機驅動的鼓筒式混凝土攪拌機已開始出現，50年代后，反轉出料式和傾翻出料式的雙錐形攪拌機以及裂筒式攪拌機等相繼問世并獲得發展。自落式攪拌機利用旋轉筒體內的葉片將部分物料提升到一定高度，然后自由拋落和筒底的物料混合，不斷地提升拋落，最后達到均勻混合。選用攪拌機的容量應滿足混凝土的生產能力要求，與運輸工具容量配套，混凝土攪拌機允許最大骨料粒徑見表3－2。在我國水利水電工程中，通常采用0．8m3、1．5m3、3．0m3、4．5m3、6．0m3容量，混凝土攪拌機允許最大骨料粒徑見表3－2。

1）鼓形攪拌機。鼓形攪拌機有反轉出料和擺動料槽出料等形式，容量多在0．8m3以下?？梢怨潭ㄊ褂?，也可安裝在底盤上用作移動式。這種攪拌機容量較小，廣泛運用于水電站的前期臨建工程和小型工程上，瀑布溝水電站、糯扎渡水電站的前期臨建工程都采用該型號的攪拌機。鼓形混凝土攪拌機主要技術參數見表3－3。

2）雙錐形反轉出料攪拌機。該攪拌機也廣泛運行用水電站的前期臨建工程和小型工程上。錐形反轉出料攪拌機技術參數見表3－4。

3）雙錐形傾翻出料攪拌機。雙錐形傾翻式攪拌機結構簡單，工作可靠，磨損零件少，卸料快，能攪拌大骨料低流態混凝土，在國內廣泛應用在混凝土拌和樓（攪拌樓）上。如三峽水利樞紐工程高程98．70m混凝土生產系統中的自落式拌和樓（4×3m3拌和樓）、龍灘水電站高程382．00m混凝土生產系統中的自落式拌和樓（3×1．5m3拌和樓）、糯扎渡水電站火燒寨混凝土生產中的自落式拌和樓（2×3m3拌和樓）、阿海水電站左岸上游混凝土拌和樓及制冷系統中的自落式拌和樓（4×3m3拌和樓）都采用了該類型的攪拌機。國外最大的容量已達到12m3攪拌機的出料容量。

部分雙錐形傾翻出料攪拌機技術參數見表3－5。

（2）強制式攪拌機。從20世紀50年代初開始出現，最先出現的是圓盤立軸式強制混凝土攪拌機，這種攪拌機分為渦槳式和行星式兩種。70年代后，隨著輕骨料的應用，出現了圓槽臥軸式強制攪拌機（又稱臥軸式攪拌機），它又分單臥軸式和雙臥軸式兩種，兼有自落和強制兩種攪拌的特點。大中型強制式攪拌機一般為雙臥軸攪拌機，由于葉片的相（反）向運動，迫使物料強烈地作徑向和軸抽擾動，是真正有攪拌作用的攪拌機。因此，攪拌后的混凝土熟料的離差系數小，均勻性與和易性好，灰漿的附著性強。經水口、三峽和龍灘水利工程使用，不僅適用于攪拌低坍落度混凝土或無坍落度的碾壓混凝土，且適當型號的攪拌機還可攪拌特大骨料（150mm）的大壩常態混凝土。

雙臥軸強制式攪拌機雖品種很多，但比較適用于大壩混凝土的產品主要為德國的BHS和日本IHI的HD型攪拌機。

需說明的是用于低坍落度（8cm以下）和骨料粒徑（80mm以上）的混凝土，在攪拌機的容量、葉片夾角、功率配置以及耐磨部位都要采取相應的措施。

BHS最早推出強制式攪拌機，其他廠商開發的強制式攪拌機大多與BHS的類似。IHI的攪拌機采用液壓驅動、特殊的進料攪拌程序，提供了較好的混凝土質量，這兩種攪拌機的主要特點，以6m3為例（見表3－6）。

1）IHI的強制式攪拌機分普通混凝土和大壩混凝土兩類，雖然大壩用攪拌機，廠家資料2m3以下也可攪拌150mm骨料，而水口工程2．25m3強制攪拌機雖曾用于攪拌150mm骨料，但振動很大，磨損非常嚴重。

2）為適應大壩混凝土的需要，需要采用較大一級的攪拌機，即4m3機當3m3機用。IHI還要將攪拌臂夾角加大到90°。BHS攪拌機由于軸襯較小，軸與內襯間的空間較大，無論骨料大小、坍落度高低，除4m3以下也須將攪拌臂夾角調整到90°外，4．5m3以上的攪拌機仍可采用60°夾角。長期以來人們普遍懷疑強制式攪拌四級配混凝土的可行性，但從水口、三峽和龍灘等水利工程的實際使用看是可行的。

3）IHI攪拌機采用液壓驅動。由于有一套特有的加料攪拌控制程序，可充分利用液壓驅動的衡功率自動變速特性，預拌砂漿，提高混凝土質量，降低峰值負荷，減少設備磨損。其主要做法：加料程序是先加水、外加劑、水泥、混合材料和砂，然后逐級由小到大加入骨料。

由于開始攪拌水泥灰漿的阻力小，負荷輕，攪拌機以高速運轉（30r/min），使得水泥很好地分散和水混合，起到裹砂的作用（灰漿的附著性好）。砂漿初步混合后，隨著骨料加入，負荷增高，液壓系統將自動降低攪拌速度，至特大石進入，轉速降到正常攪拌速度20r/min。由于先前物料已初步混合，起到一定的潤滑作用，物料體積有所減少，從而降低了高峰負荷，特大骨料投入后的攪拌時間短，對葉片和襯板的磨損也就減輕了。隨著混凝土拌熟，負荷減輕，轉速回升（顯示混凝土拌熟）。出料時使轉速降到8r/min。因此，能耗和磨損都有所下降。即使卡料，也因液壓驅動可以停轉和反轉排除故障。這是IHI攪拌機的突出優點。這種加料方式雖然延長了進料時間，其實加料期間物料是在逐級攪拌，進料時間也是攪拌時間，所以不會因此影響混凝土的生產能力。這種加料攪拌程序特別適宜大骨料塑性混凝土。然而對于用水量很少的RCC混凝土，初期加入的水和砂的表面水都被水泥吸收了，再要將水泥均勻吸附到骨料表面，難度較大。預拌的潤滑作用不大，物料體積較大，需要攪拌時間較長。

4）BHS則按完全不同的程序加料。該設備要求先進水和粗骨料，水泥和粉煤灰必須在80%～90%以上的骨料進入后才開始加料。讓骨料表面濕潤，骨料表面濕潤了，水泥很快分散均勻地黏附在骨料表面，可以大大縮短攪拌時間。所以BHS推薦的攪拌時間只有30～45s。這樣，攪拌機有很高的生產能力。對于用水量少的RCC混凝土，可能更適宜采用BHS的加料程序。

BHS和IHI兩種攪拌機技術參數見表3－7和表3－8。

意大利士高瑪（Sicoma）雙臥軸強制式攪拌機技術參數見表3－9。

隨著制造業的技術發展，大型強制攪拌機已實現國產化，2008年福建南方路面機械有限公司已能生產9m3以內的雙臥軸強制式攪拌機。南方路機雙臥軸強制式攪拌機技術參數見表3－10。

（3）連續式攪拌機。連續式混凝土攪拌機也有自落式和強制式兩類。自落式類似于自落式鼓形攪拌機，一般長度較長，一端進料；另一端出料，攪拌葉片呈螺旋狀排列，多數向出口傾斜，為了提高混凝土的均勻性，少數葉片反向傾斜。這種攪拌機早在20世紀50年代，蘇聯就開始應用，可以攪拌150mm骨料混凝土，但生產能力較低。雙臥軸強制連續式攪拌機首先在沙牌工程，然后在招來河等工程得到成功應用。幾種雙臥軸強制連續式攪拌機技術參數見表3－11。

3.1.2　拌和樓（站）的生產工藝

混凝土的生產按其配料和拌和工藝分為連續式和間隙式兩類，各可配置自落式和強制式攪拌機，按拌和樓、拌和站設置。由于大壩工程混凝土的質量要求嚴格，目前大多采用周期生產方式（即間隙式生產方式）。連續生產的混凝土攪拌設備生產能力大、安裝拆卸快、生產成本低，但其主要缺點是改變級配、標號不夠靈活。

間隙生產的拌和樓和拌和站在生產工藝上的主要區別是物料在配料、拌和作業中的提升次數不同。物料一次提升后，全部利用重力進行儲料、配料、裝入攪拌機，并通過集中料斗向運輸工具發料（即立式布置），由于建筑物較高，習慣上稱拌和樓。物料需提升兩次以上或配料后再作水平運送，配料、拌和兩部分分設兩處（即水平布置），這種裝置的結構物高度較低，通稱拌和站。一般拌和樓的技術經濟指標要優于拌和站，拌和樓與拌和站技術經濟比較見表3－12。

根據《周期式混凝土攪拌樓（站）》（SL　242—2009）的規定，混凝土攪拌樓（站）的型號表示方法為：

混凝土攪拌樓（站）型號中的代號含義見表3－13。

例如HL360－2S6000型為生產能力360m3/h，裝有2臺6m3雙臥軸強制式攪拌機的拌和樓。

為了適應大型水利水電工程的需要，20世紀90年代以來，我國研究和制造的混凝土拌和樓總的趨勢是向大型化、計算機控制全自動化方面發展。金屬結構按設備的要求以單階式分層布置，機電設備分別安裝在各層，同時又能集中控制。目前使用的混凝土拌和樓，不論是進口的或是國產的，其自上而下均為進料層、儲料層、配料層、拌和及出料五層布置，基本工藝流程大致相同?；炷涟韬蜆枪に嚵鞒桃妶D3－1。

為加快施工速度和確保質量，應盡早建成混凝土拌和樓作為生產混凝土的主要設備。但工程初期，混凝土工程量小而分散，且大多是前期臨建工程，可采用混凝土拌和站作為過渡設備。

3.1.3　拌和樓（站）生產能力的確定

混凝土拌和樓的生產能力是選型的重要因素。由于受水利水電工程條件的制約，影響混凝土拌和樓進行均衡生產。因此，混凝土拌和樓的生產能力必須滿足施工強度的變化，適應生產多品種混凝土的需要。主要混凝土拌和樓生產能力見表3－14。

在拌和樓內干摻粉煤灰時，國內一般按延長攪拌時間約0．5～1．0min考慮，國外廠商則認為生產能力不受影響。對風冷骨料則應按骨料的冷卻要求、儲倉容量和供風供冷的能力專門計算確定；摻加片冰時，一般不需增加攪拌時間，但若摻加粒冰，則需增加攪拌時間約1～1．5min。加粒冰同時干摻粉煤灰時，攪拌時間以較長者為準，不應重復計算。部分工程加塊冰實際采用的攪拌時間見表3－15。

自行設計混凝土拌和站時，其小時生產能力：

3.1.4　拌和樓（站）選型

一般水利水電工程施工現場狹窄，混凝土的澆筑強度大，常采用拌和樓為生產混凝土的主要設備。對于工程規模較小，服務期短且分散，以及早期臨建工程，可采用拌和站。

選擇拌和樓時應注意：

（1）按最大骨料粒徑選用相應容量的攪拌機。

（2）主體工程用的混凝土，由于質量要求較高，稱量三種和三種以上骨料的累計秤精度較差，一般不宜采用。

（3）一個混凝土系統配置的拌和樓以1～2座為宜，一般不超過3座。

（4）盡量采用通用的拌和樓。如工程有特殊要求時，亦可提出要求專門訂購，但須考慮后續工程利用的可能性和合理性。

（5）拌和樓（站）選定以后，砂石、水泥、外加劑和摻合料的供應均應按拌和樓（站）的生產能力進行配置。供熱、供冷設施則可按實際需要配置。

3.1.5　拌和樓（站）的技術性能

（1）周期式拌和樓技術性能。水利水電工程中目前使用的自落式混凝土拌和樓有HL50－2F1000、HL115－3F1500、HL240－4F3000、HL360－4F4500型等多種規格型號，控制方式有半自動、全自動和計算機控制全自動。強制式混凝土拌和樓主要有HL240－2S3000L、HL320－2S4500LB、HL360－2S6000L等規格型號，控制方式已全部實現微機全自動控制。各種規格型號的混凝土拌和樓的主要技術性能見表3－17。

HL50－2F1000型混凝土拌和樓用來拌和塑性混凝土，適用于水利水電工程，也適用于施工地點比較集中的建筑工程及城市商品混凝土工廠，拌和混凝土最大骨料粒徑為120mm，它的結構是大組件的方形混凝土拌和樓，混凝土拌和樓見圖3－2。

HL115－3F1500A型混凝土拌和樓是大組件組裝的方形結構，全樓采用裝、卸圓柱鋼管結構。結構簡單，安卸方便，便于隨工程轉移施工。拌和樓兩側設有鋼平臺，放置冷風機設備。該拌和樓骨料倉設置了通冷風所必需的設施，布置有冷風進口和出口法蘭，考慮了從冰樓輸入片冰的設施位置。因此，拌和樓通冷風和加片冰后能滿足低溫混凝土的要求，混凝土拌和樓見圖3－3。

HL240－4F3000B型混凝土拌和樓是采用計算機全自動控制，可在骨料倉安裝冷風、熱風和片冰等溫控措施，是我國自行設計制造的新型的溫控混凝土拌和樓，適用于大、中型混凝土水電工程，混凝土拌和樓采用雙線出料。因此，可以同時生產兩種不同標號的混凝土，混凝土拌和樓見圖3－4。

HL360－4F4500L型混凝土拌和樓，樓體是大桿件鋼桁架結構。采用雙錐傾翻自落式攪拌機，攪拌機支撐在獨立的鋼排架結構上，膠凝材料在副樓，混凝土生產采用計算機全自動控制，混凝土拌和樓見圖3－5。

目前在建的大、中型水電站中，由于工程的需要，越來越多采用強制式拌和樓進行混凝土的生產。其中以HL240－2S3000L、HL320－2S4500L和HL360－2S6000L居多。各種型號強制式拌和樓主要技術參數見表3－18。

HL240－2S3000L型混凝土拌和樓是采用微機全自動控制，周期式拌制常態混凝土及塑性或低流態RCC混凝土的成套設備，可配置骨料倉冷風機和加片冰裝置等溫控設備，是新型可生產溫控混凝土的拌和樓，適用于大中型混凝土工程。拌和樓采用雙線出料，可同時生產兩種不同標號的混凝土，混凝土拌和樓見圖3－6。

HL320－2S4500L型混凝土拌和樓采用微機全自動控制，周期式拌制塑性或低流態碾壓混凝土的成套設備，是新型可生產溫控混凝土的特大型強制式攪拌樓，配置有骨料倉冷風機和片冰裝置等溫控設備。常規混凝土生產能力為320m3/h，最大骨料粒徑為150mm。攪拌樓采用雙線出料。因此，可以同時生產兩種不同標號的混凝土。攪拌樓的上料方式，粗骨料采用B＝1000mm的膠帶機，細骨料采用B＝800mm的膠帶機，混凝土拌和樓見圖3－7。

HL360－2S6000L型混凝土攪拌樓是采用微機全自動控制，周期式拌制塑性或低流態碾壓混凝土的成套設備，最大特點為用獨立的攪拌機支架支承攪拌機，以避免攪拌機的振動傳給主結構。主結構總重約為500t，最大運輸單元是水泥、粉煤灰倉及其支架中的倉座平臺，其尺寸為3300mm×12200mm，最重運輸單元是骨料倉之砂倉段，重量14．4t。配置有骨料倉冷風機和加片冰裝置等溫控設備，是新型可生產溫控混凝土的攪拌樓，適用于大中型混凝土工程，可以攪拌150mm大骨料的水工混凝土和RCC混凝土，混凝土拌和樓見圖3－8。

（2）周期式拌和站的技術性能。目前，混凝土拌和站大多數是傳統的周期式拌和站。多在小型或大、中型水利水電工程的前期臨建工程施工中采用，作為一種臨時性的設備，便于安裝和拆卸。周期式混凝土拌和站有固定式、移動式和裝配式三種形式。

周期式混凝土拌和站布置見圖3－9。它的建筑高度低、結構簡單、投資少、安、拆快。

目前，我國已有多家混凝土拌和站專業制造廠，生產10多種型號規格產品，大多數是近幾年開發的新產品，產品技術水平基本上接近世界先進水平?；炷涟韬驼局饕夹g性能見表3－19。

20世紀80年代我國研制了HZ50－2F1000型系列混凝土拌和站，均以雙錐傾翻自落式混凝土攪拌機為主機。到了90年代我國又先后研制了以雙臥軸強制式攪拌機為主機的多種規格型號的混凝土拌和站，現已在水利水電工程中使用。各種混凝土拌和站見圖3－10～圖3－14。

（3）連續式拌和站的技術性能。國內強制式的連續式拌和站，首先在沙牌電站工程應用，小時生產能力為200m3/h。國內已有廠家開發了生產能力90m3/h、120m3/h、150m3/h、200m3/h四擋的連續式強制式拌和站系列，配備2～4個砂石料斗（可按用戶要求配置），100t、300t粉料貯倉，固體物料和外加劑配置計量按減量原理計算，通過調頻電機控制盤式給料機（粉料）轉速或帶式輸送機帶速調節計量值，水用渦輪流量計計量，根據《水工混凝土施工規范》（DL/T 5144—2001）計量精度：骨料±2%，粉料和液體±1%，采用強制式連續拌和站，攪拌機長度3900mm，物料在機內逗留時間約20s。連續強制式拌和站，主要技術參數見表3－20。DW系列連續強制式混凝土拌和站配置見圖3－15。