3.拌和系统设计

3.1　拌和楼（站）选择

3.1.1　混凝土搅拌机

混凝土搅拌机是混凝土生产的主要设备，用于将一定配比的砂石骨料、水泥等混凝土原材料拌制成混凝土。国内外对搅拌机有许多标称方法，我国的搅拌机的代号见表3－1。

混凝土搅拌机的类型繁多，按工作性质不同分为周期式和连续式两大类；按搅拌原理不同分为自落式和强制式两个机种。可以固定或移动使用。对于周期式生产的，又有倾翻和非倾翻两种出料方式。大、中型工程的混凝土生产常用的是周期锥形自落倾翻式和双卧轴强制式搅拌机。连续式搅拌机已在我国一些工程（如沙牌工程）成功应用。

（1）自落式搅拌机。在20世纪初，由蒸汽机驱动的鼓筒式混凝土搅拌机已开始出现，50年代后，反转出料式和倾翻出料式的双锥形搅拌机以及裂筒式搅拌机等相继问世并获得发展。自落式搅拌机利用旋转筒体内的叶片将部分物料提升到一定高度，然后自由抛落和筒底的物料混合，不断地提升抛落，最后达到均匀混合。选用搅拌机的容量应满足混凝土的生产能力要求，与运输工具容量配套，混凝土搅拌机允许最大骨料粒径见表3－2。在我国水利水电工程中，通常采用0．8m3、1．5m3、3．0m3、4．5m3、6．0m3容量，混凝土搅拌机允许最大骨料粒径见表3－2。

1）鼓形搅拌机。鼓形搅拌机有反转出料和摆动料槽出料等形式，容量多在0．8m3以下。可以固定使用，也可安装在底盘上用作移动式。这种搅拌机容量较小，广泛运用于水电站的前期临建工程和小型工程上，瀑布沟水电站、糯扎渡水电站的前期临建工程都采用该型号的搅拌机。鼓形混凝土搅拌机主要技术参数见表3－3。

2）双锥形反转出料搅拌机。该搅拌机也广泛运行用水电站的前期临建工程和小型工程上。锥形反转出料搅拌机技术参数见表3－4。

3）双锥形倾翻出料搅拌机。双锥形倾翻式搅拌机结构简单，工作可靠，磨损零件少，卸料快，能搅拌大骨料低流态混凝土，在国内广泛应用在混凝土拌和楼（搅拌楼）上。如三峡水利枢纽工程高程98．70m混凝土生产系统中的自落式拌和楼（4×3m3拌和楼）、龙滩水电站高程382．00m混凝土生产系统中的自落式拌和楼（3×1．5m3拌和楼）、糯扎渡水电站火烧寨混凝土生产中的自落式拌和楼（2×3m3拌和楼）、阿海水电站左岸上游混凝土拌和楼及制冷系统中的自落式拌和楼（4×3m3拌和楼）都采用了该类型的搅拌机。国外最大的容量已达到12m3搅拌机的出料容量。

部分双锥形倾翻出料搅拌机技术参数见表3－5。

（2）强制式搅拌机。从20世纪50年代初开始出现，最先出现的是圆盘立轴式强制混凝土搅拌机，这种搅拌机分为涡桨式和行星式两种。70年代后，随着轻骨料的应用，出现了圆槽卧轴式强制搅拌机（又称卧轴式搅拌机），它又分单卧轴式和双卧轴式两种，兼有自落和强制两种搅拌的特点。大中型强制式搅拌机一般为双卧轴搅拌机，由于叶片的相（反）向运动，迫使物料强烈地作径向和轴抽扰动，是真正有搅拌作用的搅拌机。因此，搅拌后的混凝土熟料的离差系数小，均匀性与和易性好，灰浆的附着性强。经水口、三峡和龙滩水利工程使用，不仅适用于搅拌低坍落度混凝土或无坍落度的碾压混凝土，且适当型号的搅拌机还可搅拌特大骨料（150mm）的大坝常态混凝土。

双卧轴强制式搅拌机虽品种很多，但比较适用于大坝混凝土的产品主要为德国的BHS和日本IHI的HD型搅拌机。

需说明的是用于低坍落度（8cm以下）和骨料粒径（80mm以上）的混凝土，在搅拌机的容量、叶片夹角、功率配置以及耐磨部位都要采取相应的措施。

BHS最早推出强制式搅拌机，其他厂商开发的强制式搅拌机大多与BHS的类似。IHI的搅拌机采用液压驱动、特殊的进料搅拌程序，提供了较好的混凝土质量，这两种搅拌机的主要特点，以6m3为例（见表3－6）。

1）IHI的强制式搅拌机分普通混凝土和大坝混凝土两类，虽然大坝用搅拌机，厂家资料2m3以下也可搅拌150mm骨料，而水口工程2．25m3强制搅拌机虽曾用于搅拌150mm骨料，但振动很大，磨损非常严重。

2）为适应大坝混凝土的需要，需要采用较大一级的搅拌机，即4m3机当3m3机用。IHI还要将搅拌臂夹角加大到90°。BHS搅拌机由于轴衬较小，轴与内衬间的空间较大，无论骨料大小、坍落度高低，除4m3以下也须将搅拌臂夹角调整到90°外，4．5m3以上的搅拌机仍可采用60°夹角。长期以来人们普遍怀疑强制式搅拌四级配混凝土的可行性，但从水口、三峡和龙滩等水利工程的实际使用看是可行的。

3）IHI搅拌机采用液压驱动。由于有一套特有的加料搅拌控制程序，可充分利用液压驱动的衡功率自动变速特性，预拌砂浆，提高混凝土质量，降低峰值负荷，减少设备磨损。其主要做法：加料程序是先加水、外加剂、水泥、混合材料和砂，然后逐级由小到大加入骨料。

由于开始搅拌水泥灰浆的阻力小，负荷轻，搅拌机以高速运转（30r/min），使得水泥很好地分散和水混合，起到裹砂的作用（灰浆的附着性好）。砂浆初步混合后，随着骨料加入，负荷增高，液压系统将自动降低搅拌速度，至特大石进入，转速降到正常搅拌速度20r/min。由于先前物料已初步混合，起到一定的润滑作用，物料体积有所减少，从而降低了高峰负荷，特大骨料投入后的搅拌时间短，对叶片和衬板的磨损也就减轻了。随着混凝土拌熟，负荷减轻，转速回升（显示混凝土拌熟）。出料时使转速降到8r/min。因此，能耗和磨损都有所下降。即使卡料，也因液压驱动可以停转和反转排除故障。这是IHI搅拌机的突出优点。这种加料方式虽然延长了进料时间，其实加料期间物料是在逐级搅拌，进料时间也是搅拌时间，所以不会因此影响混凝土的生产能力。这种加料搅拌程序特别适宜大骨料塑性混凝土。然而对于用水量很少的RCC混凝土，初期加入的水和砂的表面水都被水泥吸收了，再要将水泥均匀吸附到骨料表面，难度较大。预拌的润滑作用不大，物料体积较大，需要搅拌时间较长。

4）BHS则按完全不同的程序加料。该设备要求先进水和粗骨料，水泥和粉煤灰必须在80%～90%以上的骨料进入后才开始加料。让骨料表面湿润，骨料表面湿润了，水泥很快分散均匀地黏附在骨料表面，可以大大缩短搅拌时间。所以BHS推荐的搅拌时间只有30～45s。这样，搅拌机有很高的生产能力。对于用水量少的RCC混凝土，可能更适宜采用BHS的加料程序。

BHS和IHI两种搅拌机技术参数见表3－7和表3－8。

意大利士高玛（Sicoma）双卧轴强制式搅拌机技术参数见表3－9。

随着制造业的技术发展，大型强制搅拌机已实现国产化，2008年福建南方路面机械有限公司已能生产9m3以内的双卧轴强制式搅拌机。南方路机双卧轴强制式搅拌机技术参数见表3－10。

（3）连续式搅拌机。连续式混凝土搅拌机也有自落式和强制式两类。自落式类似于自落式鼓形搅拌机，一般长度较长，一端进料；另一端出料，搅拌叶片呈螺旋状排列，多数向出口倾斜，为了提高混凝土的均匀性，少数叶片反向倾斜。这种搅拌机早在20世纪50年代，苏联就开始应用，可以搅拌150mm骨料混凝土，但生产能力较低。双卧轴强制连续式搅拌机首先在沙牌工程，然后在招来河等工程得到成功应用。几种双卧轴强制连续式搅拌机技术参数见表3－11。

3.1.2　拌和楼（站）的生产工艺

混凝土的生产按其配料和拌和工艺分为连续式和间隙式两类，各可配置自落式和强制式搅拌机，按拌和楼、拌和站设置。由于大坝工程混凝土的质量要求严格，目前大多采用周期生产方式（即间隙式生产方式）。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，但其主要缺点是改变级配、标号不够灵活。

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（即立式布置），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（即水平布置），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，拌和楼与拌和站技术经济比较见表3－12。

根据《周期式混凝土搅拌楼（站）》（SL　242—2009）的规定，混凝土搅拌楼（站）的型号表示方法为：

混凝土搅拌楼（站）型号中的代号含义见表3－13。

例如HL360－2S6000型为生产能力360m3/h，装有2台6m3双卧轴强制式搅拌机的拌和楼。

为了适应大型水利水电工程的需要，20世纪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，同时又能集中控制。目前使用的混凝土拌和楼，不论是进口的或是国产的，其自上而下均为进料层、储料层、配料层、拌和及出料五层布置，基本工艺流程大致相同。混凝土拌和楼工艺流程见图3－1。

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，且大多是前期临建工程，可采用混凝土拌和站作为过渡设备。

3.1.3　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。主要混凝土拌和楼生产能力见表3－14。

在拌和楼内干掺粉煤灰时，国内一般按延长搅拌时间约0．5～1．0min考虑，国外厂商则认为生产能力不受影响。对风冷骨料则应按骨料的冷却要求、储仓容量和供风供冷的能力专门计算确定；掺加片冰时，一般不需增加搅拌时间，但若掺加粒冰，则需增加搅拌时间约1～1．5min。加粒冰同时干掺粉煤灰时，搅拌时间以较长者为准，不应重复计算。部分工程加块冰实际采用的搅拌时间见表3－15。

自行设计混凝土拌和站时，其小时生产能力：

3.1.4　拌和楼（站）选型

一般水利水电工程施工现场狭窄，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，服务期短且分散，以及早期临建工程，可采用拌和站。

选择拌和楼时应注意：

（1）按最大骨料粒径选用相应容量的搅拌机。

（2）主体工程用的混凝土，由于质量要求较高，称量三种和三种以上骨料的累计秤精度较差，一般不宜采用。

（3）一个混凝土系统配置的拌和楼以1～2座为宜，一般不超过3座。

（4）尽量采用通用的拌和楼。如工程有特殊要求时，亦可提出要求专门订购，但须考虑后续工程利用的可能性和合理性。

（5）拌和楼（站）选定以后，砂石、水泥、外加剂和掺合料的供应均应按拌和楼（站）的生产能力进行配置。供热、供冷设施则可按实际需要配置。

3.1.5　拌和楼（站）的技术性能

（1）周期式拌和楼技术性能。水利水电工程中目前使用的自落式混凝土拌和楼有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。强制式混凝土拌和楼主要有HL240－2S3000L、HL320－2S4500LB、HL360－2S6000L等规格型号，控制方式已全部实现微机全自动控制。各种规格型号的混凝土拌和楼的主要技术性能见表3－17。

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为120mm，它的结构是大组件的方形混凝土拌和楼，混凝土拌和楼见图3－2。

HL115－3F1500A型混凝土拌和楼是大组件组装的方形结构，全楼采用装、卸圆柱钢管结构。结构简单，安卸方便，便于随工程转移施工。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需的设施，布置有冷风进口和出口法兰，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，混凝土拌和楼见图3－3。

HL240－4F3000B型混凝土拌和楼是采用计算机全自动控制，可在骨料仓安装冷风、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，混凝土拌和楼采用双线出料。因此，可以同时生产两种不同标号的混凝土，混凝土拌和楼见图3－4。

HL360－4F4500L型混凝土拌和楼，楼体是大杆件钢桁架结构。采用双锥倾翻自落式搅拌机，搅拌机支撑在独立的钢排架结构上，胶凝材料在副楼，混凝土生产采用计算机全自动控制，混凝土拌和楼见图3－5。

目前在建的大、中型水电站中，由于工程的需要，越来越多采用强制式拌和楼进行混凝土的生产。其中以HL240－2S3000L、HL320－2S4500L和HL360－2S6000L居多。各种型号强制式拌和楼主要技术参数见表3－18。

HL240－2S3000L型混凝土拌和楼是采用微机全自动控制，周期式拌制常态混凝土及塑性或低流态RCC混凝土的成套设备，可配置骨料仓冷风机和加片冰装置等温控设备，是新型可生产温控混凝土的拌和楼，适用于大中型混凝土工程。拌和楼采用双线出料，可同时生产两种不同标号的混凝土，混凝土拌和楼见图3－6。

HL320－2S4500L型混凝土拌和楼采用微机全自动控制，周期式拌制塑性或低流态碾压混凝土的成套设备，是新型可生产温控混凝土的特大型强制式搅拌楼，配置有骨料仓冷风机和片冰装置等温控设备。常规混凝土生产能力为320m3/h，最大骨料粒径为150mm。搅拌楼采用双线出料。因此，可以同时生产两种不同标号的混凝土。搅拌楼的上料方式，粗骨料采用B＝1000mm的胶带机，细骨料采用B＝800mm的胶带机，混凝土拌和楼见图3－7。

HL360－2S6000L型混凝土搅拌楼是采用微机全自动控制，周期式拌制塑性或低流态碾压混凝土的成套设备，最大特点为用独立的搅拌机支架支承搅拌机，以避免搅拌机的振动传给主结构。主结构总重约为500t，最大运输单元是水泥、粉煤灰仓及其支架中的仓座平台，其尺寸为3300mm×12200mm，最重运输单元是骨料仓之砂仓段，重量14．4t。配置有骨料仓冷风机和加片冰装置等温控设备，是新型可生产温控混凝土的搅拌楼，适用于大中型混凝土工程，可以搅拌150mm大骨料的水工混凝土和RCC混凝土，混凝土拌和楼见图3－8。

（2）周期式拌和站的技术性能。目前，混凝土拌和站大多数是传统的周期式拌和站。多在小型或大、中型水利水电工程的前期临建工程施工中采用，作为一种临时性的设备，便于安装和拆卸。周期式混凝土拌和站有固定式、移动式和装配式三种形式。

周期式混凝土拌和站布置见图3－9。它的建筑高度低、结构简单、投资少、安、拆快。

目前，我国已有多家混凝土拌和站专业制造厂，生产10多种型号规格产品，大多数是近几年开发的新产品，产品技术水平基本上接近世界先进水平。混凝土拌和站主要技术性能见表3－19。

20世纪80年代我国研制了HZ50－2F1000型系列混凝土拌和站，均以双锥倾翻自落式混凝土搅拌机为主机。到了90年代我国又先后研制了以双卧轴强制式搅拌机为主机的多种规格型号的混凝土拌和站，现已在水利水电工程中使用。各种混凝土拌和站见图3－10～图3－14。

（3）连续式拌和站的技术性能。国内强制式的连续式拌和站，首先在沙牌电站工程应用，小时生产能力为200m3/h。国内已有厂家开发了生产能力90m3/h、120m3/h、150m3/h、200m3/h四挡的连续式强制式拌和站系列，配备2～4个砂石料斗（可按用户要求配置），100t、300t粉料贮仓，固体物料和外加剂配置计量按减量原理计算，通过调频电机控制盘式给料机（粉料）转速或带式输送机带速调节计量值，水用涡轮流量计计量，根据《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）计量精度：骨料±2%，粉料和液体±1%，采用强制式连续拌和站，搅拌机长度3900mm，物料在机内逗留时间约20s。连续强制式拌和站，主要技术参数见表3－20。DW系列连续强制式混凝土拌和站配置见图3－15。