乐昌峡水利枢纽工程大坝碾压混凝土用人工砂的质量监测与控制.pdf

第 1期 2 0 1 2年 1月 广东水利水 电 GUAN GD0NG W A TE R RE S 0 URC ES AND HYDROP OWER No 1 J a n 2 0 1 2 乐昌峡水利枢纽工程大坝碾压混凝土 用人工砂的质量监测与控制 彭海波 ， 王立华 ， 陈理达 ， 杨永 民 ( 1 广 东省 乐昌峡水利枢纽管理处， 广 东 乐昌 5 1 2 2 0 0； 2 广东省水利水 电科学研究院， 广 东省水利重点科研基地 ， 广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 ： 该文介绍 了乐昌峡 水利 枢纽工程大坝碾压混凝 土用人 工砂 的生产工 艺， 并对其品质指标 进行 了监 测和控 制。经研 究分析 ， 该工程人工砂各项 品质指标 均合 格 ， 细度模数和 石粉 含 量 变异 系数较 小 ， 质量稳 定 ， 生产控 制 良好 ； 人 工砂 细度模 数和石粉含 量在 平均值 附近 高度集 中， 这是生产质量控制 的结果 ； 在 该 工程人 工砂 生产 过程 中引入控 制 图， 对保 证人 工砂 质量稳 定发挥 了重要作 用。 关键字 ： 人工砂 ； 质量监测 ； 质 量控 制 中图分 类号 ： T 4 2 3 文献 标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 0 1 1 2 l 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 3 4 0 3 前 言 广东省乐昌峡水利枢纽工程拦河坝为碾 压混凝 土 重力坝 ， 由两岸重力坝段和河床溢流坝段组成 ， 最 大坝 高为 8 4 6 m， 坝顶 长为 2 5 6 m； 主体工程 常态混 凝 土为 2 3 8 7万 m 、 碾压混凝土为 3 0万 m ， 混凝土 总量 约为 5 4 9万 IT I 。考虑损耗 ， 成品砂料约需要 2 8万 m 。 碾压混凝土大坝施工工期仅 1 2个 月， 工期 紧张 ， 材 料的供应时问集中且供应量大。根据 国内其它工程的 经验 ， 天然 砂 中微细颗粒 (0 1 6 mm) 少 ， 碾压混 凝土 可碾性和抗渗性能较差 ， 往往需要添加部分人工砂或石 粉 ， 在碾压混凝土中使用人工砂细骨料较天然砂有利。 因此乐昌峡水利枢纽工程决定采用人工砂 ， 料场选定为 将军 山石场 ， 分别生产碾压混凝土用砂和普通混凝土用 砂 。根据项 目进度安排 ， 大坝砼施工时间不足 1 a ， 要求 超常规的施工速度 ， 砂石骨料作为应用量最大的建筑材 料 ， 确保人工砂质量均匀稳定 ， 及时供应将成为保证工 程质量 、 工期和投资的关键因素 ， 为此， 进行人工砂 的性 能研究与监测是非常重要的。 1 乐昌峡人工砂生产工艺 乐昌峡人工砂生产系统生产加工 区布置在将军山 石场旁， 由粗碎车间、 第一筛分车间、 中碎车间、 第二筛 分车间 、 制砂车间、 第三筛分车间 、 粉砂车间、 成品料仓 、 供排水系统 、 供电系统、 除尘系统 、 污水处理系统及相应 的辅助设施等组成。 主要生产设备包括粗碎车间( 反击破 C F 4 5 0、 腭式 破 P E 9 0 0 1 2 0 0 ) 、 中碎 车 间 ( 反 击 破 P F S 1 3 1 5 、 反 击 破 C F 2 5 0 ) 、 制砂车间 ( 立轴 式冲击破 ) 、 粉砂车间 ( 高 频立 轴破 ) 、 洗砂 机、 筛分 系统 等组成。砂石 料生产流程见 图 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 11 1 2 1 作者简介： 彭海波( 1 9 6 8一) ， 男 ， 高级工程师 ， 从事水利水电工程建设与管理工作。 3 4 图 1 砂、 石料 生产 流程示意 2 0 1 2年 1月 第 1期 彭海波， 等 ： 乐昌峡水利枢纽工程大坝碾压混凝土用人工砂的质量监测与控制 2人工砂性能指标 根据 D I MT 5 1 1 3 8 2 0 0 0 水 电水利基本建设工程 单工程质量等级评定标准( 八) 水工碾压混凝土工程 的规定 ， 碾压混凝土用人工砂的性能应符合表 1的规 定 。 表 1 碾压混凝土用人工砂 的主要品质指标 3 人 工砂 性 能监测 根据 S L 3 5 22 0 0 6 水工混凝土试验规程 的规 定 ， 进行人工砂 的性能测试 ， 测试结果见表 2 。 表 2 碾压混凝土 用人工砂 的主要性能测试结果 由表 2可知 ， 人工砂的各项性能测试结果均能满足 规范要求 ， 按细度模数分 ， 属于中粗砂 ， 表观密度平均值 为 2 7 0 0 k g m ， 比天然砂和普通 花岗岩大 ， 有利于提高 碾压混凝土的表观密度 ， 对大坝的稳定性有利。表观密 度 、 吸水率和硫化物及硫酸盐含量均与人工砂母岩的性 能有关 ， 而与人工砂的生产过程影响较小 ； 有机质含量 主要与开采过程中覆盖层的剥离有关 ， 覆盖层剥离不干 净 ， 容易导致人工砂的有机质含量和粘土含 量超标 ； 人 工砂生产主要控制细度模数 、 石粉含量和微 粒含量 ， 是 人工砂 的主要品质指标 ， 对人工砂混凝土的配合 比、 物 理力学性能、 耐久性能和经济性等具有重要影 响， 生产 过程中需要严格控制。石粉含量较规范规定偏高 ， 但工 程实践表明 ， 适 当提高石粉含量 ， 有利 于改善碾压混凝 土的性能 。本文将以石粉含量和细度模数为主要性 能 指标就人工砂生产的质量控制进行研究 。 人工砂细度模数检测 4 8 1组 ， 试验结果介于 2 3 3 5， 平均值为 2 8 ， 标准差为 0 1 6 2， 变异系数为0 0 5 8 ， 频率直方图见图 3 。石粉含量检测 4 7 8组 ， 试验结果介 于 1 2 9 2 5 3 ， 平均值为 1 7 1 ， 标准差为 i 7 6 ， 变异系数 0 1 0 3 ， 频率直方 图见图 2 。两个性能指标 变 异系数均较小 ， 说明人工砂质量稳定 ， 波动较小 ， 生产控 制 良好 。由图 2和图 3可见 ， 细度模数和石粉含量在平 均值附近高度集 中， 这主要是 由于生产过程中为了保证 细度模数和石粉含量的稳定 ， 对人工砂的生产进行 了控 制、 调整 ， 这是生产质量控制的结果 。 1 0 0 8 0 6 O 4 0 2 O O 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 O 0 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 3 4 细度模数 图 2 人工砂细度模数试验结果频率直方 图示意 l 4 2 1 6 7 1 9 2 21 7 2 4 2 石粉含量， 图 3人工砂石粉含量试验结果频率直方 图示意 4人工砂生产的质量控制与调整 人工砂生产质量管理强调以预防为主， 要求在质量 形成 的整个生产过程 中， 尽量少 出或不出不合格品 ， 这 需要研究两个问题： 一是如何使生产过程中具有保证不 出不合格品的能力 ； 二是如何把保证不出不合格品的能 力保持下去 ， 一旦这种保证质量 的能力 不能维持下去 ， 3 5 2 0 1 2年 1月第 1期 广东水利水电 N o 1 J a n 2 0 1 2 应能尽早发现 ， 及时得到情况 ， 查 明原因 ， 采取措施 ， 使 这种保证质量的能力稳定下来 ， 持续下去。前一个问题 一 般称为生产过程中的工序能力分析 ； 后一个问题称为 生产过 程 的控 制。这 2个 问题 都 与控 制 图 密 切 相 关 一 引。 控制 图是画有控制界限的一种 图， 它是用来 区分质 量波动究竟是由偶 然因素引起 的还是 由系统原 因引起 的， 可以提供系统原 因存在 的信息 ， 从 而判断生产过程 是否处于稳定状态的图。控制图的用途 ： 分析质量形 成过程的状态 ， 看工序和质量形成过程是否处于稳定。 如不稳定 ， 找 出原 因， 采取措施 ， 控制引起质量波动的 5 方面原因( 人 、 机器、 材料、 方法、 环境) ， 使工序或过程 达到稳定 ； 预防不 良品的产生等。 控制 图一般都 有 3条横 向线条 ： 2条虚线 ， 1条实 线。上下 2条 虚 线为 上下 控制 界 限， 分 别用 U C L和 L C L表示 ， 中间 的实线为 中心线 ， 用 C L表示 。上下控 制界限的值为中心线 3倍标准差 。在生产过程 中， 定 期抽取样本 ， 测量各样本的质量特性值 ， 将测得 的数据 经统计计算后绘制到控制图上 ( 见图 4 ) ， 根据这些点是 否超 出控制界限， 或这些点的排列有无异常状况 ， 来判 断生产过程是否处 于稳定状态 。 UCL - A - 、 图 4人工砂石粉含量质量控制示 意 用控制图判断生产过程处于统计控制状态 的准则 ： 连续 2 5个点在控制界限内， 而且点排列没有缺陷； 连续 3 5个点中最多有 1点在控 制界限外 ， 其 他点在控 制界限内排列没有缺陷； 连续 1 0 0 个点中最多有 2 点 在控制界限外 ， 其他点在控制界限内排列没有缺陷。 控制图异常的判断 ： 一般来说 ， 控制图上的点反映 出过程受控的稳定程度 。当过程处于受控状态时 ， 其点 就随机分散在 中心线两侧附近 ， 而接近控制界限的点数 较少。如点未超出控制界限， 且在控制界限内排列没有 缺陷 ， 则可认为过程基本处于受控状态。控制界限内点 的排列有无缺陷的判断 ： 3 6 1 )有链 在控制图上 ， 内夹的点连续 出现构成了一个链 ， 即 ： 在 中心线一侧连续出现 7点链 ； 点在中心线一侧多次出现， 如： a 连续 1 1 个点 至少有 1 0个点在同一侧 ；b 连续 1 4个点至少有 1 2个 点在同一侧 ； c 连续 l 7个点至少有 1 4个点在同一侧 ； d 连续 2 0个点至少有 1 6个点在 同一侧。 2 )点在控制界限附近出现 点在控制界限附近出现 ， 是指点在 2倍标准差 3倍标准差这个范围内出现 。 连续 3个点 中有 2个点出现在控制界限附近 ； 连续7 个点中有 3 个点出现在控制界限附近； 连续 1 0个点中有 4 个点出现在控制界限附近。 3 )倾 向 倾 向是指点连续上升或下降的状态。当连续有 7个 以上点上升或下降时， 应判断此生产过程发生了异常。 4 )周期 周期性变动通常有 以下 4种情况 ： 阶梯状周期波 动； 波浪状周期波动； 大波中含小波的周期波动； 大中小波合成的周期波动。 在乐 昌峡人工砂的生产过程 中， 采用控制图进行质 量控制 ， 一旦发现控制 图中出现上述异常状况 ， 立 即调 查产生异常的原因， 采取纠正措施 ， 使过程转为受控状 态 ， 及时进行人工砂质量控制 ， 避免出现不合格品 ， 保证 生产过程持续可控 。 5结论 乐昌峡水利枢纽工程大坝碾压混凝土用人工砂 的 各项品质指标质量均合格 ， 细度模数和石粉含量变异系 数较小 ， 质量稳定 ， 生产控制 良好。 人工砂细度模数和石粉含量在平均值 附近高度集 中， 这是生产质量控制的结果。 人工砂生产过程 中引人控制图， 对保证人工砂质量 稳定发挥了重要作用 。 参考文献 ： 1 D I MT 5 1 1 3 82 0 0 0水电水利基本建设工程单工程质量 等级评定标准( 八) 水工碾压混凝土工程 S 北京 ： 中国 电力 出版社 ， 2 0 0 0 2 S L 3 5 2 2 0 0 6水工混凝土试验规程 S 北京： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 6 3 唐象能， 戴俭华 数理统计 M 北京： 机械工业出版社 ， 1 9 9 4 4 王福保 概率论及数理统计 ( 第三版) M 上海 ： 同济大 学 出版社 ， 2 0 0 4 ( 本文责任编辑王瑞兰)