1、前言
百色水利樞紐位于右江上游百色河段，是一座以防洪為主，結合發電、航運、兼有灌溉、供水等綜合效益的大（一）型水利水電工程，高130m的碾壓混凝土重力壩的混凝土總量約300萬m3(其中碾壓混凝土220萬m3)，需要混凝土骨料410萬m3。由于壩區缺乏天然骨料，石灰巖人工骨料的儲量和質量都不理想，該工程的初步設計階段，開始研究應用主壩右壩頭儲量豐富的輝綠巖人工骨料的可行性。輝綠巖人工骨料在混凝土的應用國內外都無先例，需要研究解決的第一個難題是破碎問題。輝綠巖屬堅硬的巖石，用廣西區內加工石灰巖人工骨料的設備，無法將輝綠巖加工成設計需要的混凝土骨料。
2、輝綠巖人工骨料破碎研究
輝綠巖巖石堅硬，單軸飽和抗壓強度達120～200 MPa，是石灰巖的2～4倍。通過把百色水利樞紐導流洞開挖的輝綠巖塊石，運到廣西區內的葉茂水電站、巖灘水電站等工地，用石灰巖人工骨料加工系統進行破碎試驗，結果是耗能量大、耗鋼率大、破碎成本高，而且破碎的骨料級配達不到設計要求。通過調研得知，福建棉花灘水電站工程碾壓混凝土壩采用的是花崗巖人工骨料，花崗巖單軸抗壓強度是石灰巖的1～2倍。我們對該I程花崗巖人工骨料破碎生產系統進行考查，其耗能量、耗鋼率、破碎成本與廣西區內采用的石灰巖骨料差別不大，而且骨料級配良好。為此，研究者又把百色水利樞紐導流洞開挖的輝綠巖塊石，運到福建棉花灘水電站工地，用破碎花崗巖的骨料生產系統，進行輝綠巖骨料破碎試驗。
3、輝綠巖骨料破碎試驗
3.1試驗樣品
破碎試驗所用的輝綠巖樣品是從百色水利樞紐導流洞開挖的碴料中，按以下要求用人工方法采集的輝綠巖塊石：①塊石大小要符合塊徑小于20cm占10%，塊徑在20—40 cm占60%，塊徑大于40 cm占30%，最大塊徑不超過70 cm；②塊石質量要求為微風化一新鮮狀態，塊料基本沒有裂隙，個別塊體雖有微小裂隙但都充填石英、方解石而且膠結良好。根據上述條件采集輝綠巖塊石120 t，通過火車再轉汽車運到福建棉花灘水電站工地，利用該工地花崗巖骨料生產系統，進行輝綠巖人工骨料破碎試驗。
3.2室內試驗
室內試驗委托駐福建棉花灘工地的瑞典斯維達拉公司測試中心進行，在從廣西百色運到福建棉花灘工地的輝綠巖樣品中選取有代表性的塊石，進行巖石的可碎性、巖石的可磨性指數以及巖石的磨蝕性指數測定。測試樣品的巖石密度為3.04 g/cm3，平均抗沖擊強度為1848 N，平均可磨性指數w,=29.5，磨蝕性指數A,= 0.346。從測試的數據分析，輝綠巖的密度和平均可磨性指數都超過花崗巖，屬于難破碎巖石。
3.3破碎試驗
破碎試驗是利用福建棉花灘水電站工地花崗巖骨料加工系統的設備，用從廣西百色水利樞紐工地運去的輝綠巖樣品進行人工骨料破碎試驗。棉花灘花崗巖人工骨料加工系統設計生產能力為500t/h，主要破碎設備為瑞典SVEDALA公司90年代后期產品。初碎機為JM1211HD顎式破碎機，并配有VMFKJ60/12棒條式振動給料機；二級破碎為S4000C旋回破碎機；三級破碎為H4000MC圓錐破碎機；制砂設備為B9000型巴馬克破碎機。篩分及輸送等設備為國內生產。主要破碎設備及技術參數見表1。
3.3.1初碎及成果分析
初碎采用型號為JM1211HD顎式破碎機，實施時對顎式破碎機擠滿腔給料，排礦口開口分別為175 mm和165 mm兩種，并在P3號皮帶上取3m長試樣進行檢驗(帶速1.6 m/s)o統計分析結果表明：①初碎機的出口料超過500 t/h，達到最大生產能力的70%左右，電流顯示為250—350 A(額定電流為300 A)，出現超負荷情況，應控制出口料不超過500 t/h；②從顆粒級配情況看，按165 mm排礦口生產時，所得小于100mm粒徑的碎石比按175mm排礦口多，大于100 mm粒徑碎石則比175 mm排礦口少，基本上反映了顎式破碎機的工作特性；③從初碎顆粒級配情況看，用JM1211HD顎式破碎機對輝綠巖初碎可行。
3.3.2二級破碎及成果分析
二級破碎用S4000C型旋回破碎機，按排礦口44 mm和48 mm兩種工況進行三次試驗；進料皮帶機P4號(y=1.6 m/s)，出料皮帶機P4號C( V=1.25 m/s)。檢測分析結果表明：①粒徑100—60mm的碎石偏少，原因是試驗的骨料粒徑要求與棉花灘工程不同，而且沒有對生產花崗巖骨料設備的排礦口加以調大造成的；②三次試驗的出口產量相差較大，原因是初碎半成品堆料不足，無后續進料造成；③S4000C型旋回破碎機平均產量達500 t/h，顆粒級配的大：中：小=4：3：2，小于5 mm的顆粒占總量15%。
3.3.3三級破碎及成果分析
考慮試樣原石有限，試驗時將大部分的大骨科送至H4000MC圓錐破碎機進行三次破碎，并按排礦口31 mm、28mm、24 mm三種工況進行試驗，測試分析結果為：①經H4000MC型圓錐破碎機破碎后，中骨料(40—20mm)的含量大幅度增加，三種工況都達到56%以上，而且小骨料(20—5mm)的含量也明顯提高，三種工況平均達到20%以上；②三種工況中，開口28 mm時，粒徑40—20 mm碎石含量最高，生產能力最大；③三種工況的生產能力都達到260 t/h，但開口22 mm時電流表顯示400 A的超負荷狀況，說明排礦口應大于22 mm；④中骨料(40—20 mm)針片狀含量小于5%說明粒形比較好，但小骨料(20—5 mm)的針片狀含量達19.2%。
3.3.4制砂及成果分析
制砂試驗用巴馬克B9000型制砂機，進口料粒徑小于40 mm，進口開度分為30 mm、22 mm和15mm三種。試驗結果表明，三種工況生產的砂，小于5 mm的骨料含量從12.3%提高到19%，5～20 mm粒徑的骨料含量也有所提高，制砂效果明顯。
3.4輝綠巖破碎試驗檢測成果分析
3.4.1中、小骨料檢測
用巴馬克B9000型制砂機生產的成品料中包括中、小骨料和砂，其質量情況如表2和表3。
從表2不難看出，中骨料的超徑、針片狀含量幾乎為零，遜徑略有超標的主要原因是篩網用久后篩孔變大造成，在實際生產中不難解決；又從表3可見，小骨料針片狀含量為零，超徑含量偏高的主要原因是篩網磨損后篩孔變大，在實際生產中容易解決。試驗結果表明，巴馬克B9000加工輝綠巖骨料的形狀和制砂效果是明顯的。
3.4.2人工砂檢測
輝綠巖人工砂檢測成果見表4。
從表4得知，輝綠巖人工砂細度模數合格，砂的石粉含量在常規篩析試驗時偏低，水洗后的篩析試驗石粉含量又較高。試驗時棉花灘水電站工地接連下了兩場大雨，石粉含水量偏高，致使生產過程石粉裹附在骨料及砂子表面，造成常規篩析試驗石粉含量偏低。經分析認為，水洗后篩析試驗的石粉含量是真實的，在實際生產中宜采用干法破碎并嚴格控制骨料的含水量。
3.4.3骨料級配試驗
骨料級配試驗分為大骨料顆粒級配試驗、中骨料顆粒級配試驗和小骨料顆粒級配試驗，試驗成果見表5、表6、表7。
從上述表5、表6、表7不難看出，輝綠巖的大、中、小骨料的顆粒級配良好。
4、結語
(1)從輝綠巖人工破碎全過程看，棉花灘水電站工程人工砂石料系統可將輝綠巖加工成符合設計要求的人工骨料，各級破碎設備的生產能力均達到規定的定額。室內試驗得出的可碎性指數、磨蝕性指數與破碎試驗情況一致，即輝綠巖功耗指數比花崗巖大，破碎耗能量輝綠巖比花崗巖大，可磨性指數輝綠巖比花崗巖小，輝綠巖對破碎機耐磨體的影響較花崗巖小。
(2)從試驗成果看，各級粗骨料的粒型較好，針片狀含量少，成品級配分布合理，超遜徑可控制在規范允許的范圍內；用巴馬克破碎機生產的輝綠巖人工砂粒形較好、細度模數符合規范要求且級配合理。
(3)輝綠巖人工砂石粉偏高，而且石粉遇水容易結塊或貼裹在骨料表面，宜采用全干法破碎工藝并嚴格控制料源的含水量。
(4)使用瑞典SVEDALA公司JM1211HD顎式破碎機初碎、S4000C旋回破碎機二次破碎、H4000MC圓錐破碎機三次破碎和B9000巴馬克破碎機制砂，即可生產出符合設計或規范要求的輝綠巖人工骨料。
百色水利樞紐位于右江上游百色河段，是一座以防洪為主，結合發電、航運、兼有灌溉、供水等綜合效益的大（一）型水利水電工程，高130m的碾壓混凝土重力壩的混凝土總量約300萬m3(其中碾壓混凝土220萬m3)，需要混凝土骨料410萬m3。由于壩區缺乏天然骨料，石灰巖人工骨料的儲量和質量都不理想，該工程的初步設計階段，開始研究應用主壩右壩頭儲量豐富的輝綠巖人工骨料的可行性。輝綠巖人工骨料在混凝土的應用國內外都無先例，需要研究解決的第一個難題是破碎問題。輝綠巖屬堅硬的巖石，用廣西區內加工石灰巖人工骨料的設備，無法將輝綠巖加工成設計需要的混凝土骨料。
2、輝綠巖人工骨料破碎研究
輝綠巖巖石堅硬，單軸飽和抗壓強度達120～200 MPa，是石灰巖的2～4倍。通過把百色水利樞紐導流洞開挖的輝綠巖塊石，運到廣西區內的葉茂水電站、巖灘水電站等工地，用石灰巖人工骨料加工系統進行破碎試驗，結果是耗能量大、耗鋼率大、破碎成本高，而且破碎的骨料級配達不到設計要求。通過調研得知，福建棉花灘水電站工程碾壓混凝土壩采用的是花崗巖人工骨料，花崗巖單軸抗壓強度是石灰巖的1～2倍。我們對該I程花崗巖人工骨料破碎生產系統進行考查，其耗能量、耗鋼率、破碎成本與廣西區內采用的石灰巖骨料差別不大，而且骨料級配良好。為此，研究者又把百色水利樞紐導流洞開挖的輝綠巖塊石，運到福建棉花灘水電站工地，用破碎花崗巖的骨料生產系統，進行輝綠巖骨料破碎試驗。
3、輝綠巖骨料破碎試驗
3.1試驗樣品
破碎試驗所用的輝綠巖樣品是從百色水利樞紐導流洞開挖的碴料中，按以下要求用人工方法采集的輝綠巖塊石：①塊石大小要符合塊徑小于20cm占10%，塊徑在20—40 cm占60%，塊徑大于40 cm占30%，最大塊徑不超過70 cm；②塊石質量要求為微風化一新鮮狀態，塊料基本沒有裂隙，個別塊體雖有微小裂隙但都充填石英、方解石而且膠結良好。根據上述條件采集輝綠巖塊石120 t，通過火車再轉汽車運到福建棉花灘水電站工地，利用該工地花崗巖骨料生產系統，進行輝綠巖人工骨料破碎試驗。
3.2室內試驗
室內試驗委托駐福建棉花灘工地的瑞典斯維達拉公司測試中心進行，在從廣西百色運到福建棉花灘工地的輝綠巖樣品中選取有代表性的塊石，進行巖石的可碎性、巖石的可磨性指數以及巖石的磨蝕性指數測定。測試樣品的巖石密度為3.04 g/cm3，平均抗沖擊強度為1848 N，平均可磨性指數w,=29.5，磨蝕性指數A,= 0.346。從測試的數據分析，輝綠巖的密度和平均可磨性指數都超過花崗巖，屬于難破碎巖石。
3.3破碎試驗
破碎試驗是利用福建棉花灘水電站工地花崗巖骨料加工系統的設備，用從廣西百色水利樞紐工地運去的輝綠巖樣品進行人工骨料破碎試驗。棉花灘花崗巖人工骨料加工系統設計生產能力為500t/h，主要破碎設備為瑞典SVEDALA公司90年代后期產品。初碎機為JM1211HD顎式破碎機，并配有VMFKJ60/12棒條式振動給料機；二級破碎為S4000C旋回破碎機；三級破碎為H4000MC圓錐破碎機；制砂設備為B9000型巴馬克破碎機。篩分及輸送等設備為國內生產。主要破碎設備及技術參數見表1。
3.3.1初碎及成果分析
初碎采用型號為JM1211HD顎式破碎機，實施時對顎式破碎機擠滿腔給料，排礦口開口分別為175 mm和165 mm兩種，并在P3號皮帶上取3m長試樣進行檢驗(帶速1.6 m/s)o統計分析結果表明：①初碎機的出口料超過500 t/h，達到最大生產能力的70%左右，電流顯示為250—350 A(額定電流為300 A)，出現超負荷情況，應控制出口料不超過500 t/h；②從顆粒級配情況看，按165 mm排礦口生產時，所得小于100mm粒徑的碎石比按175mm排礦口多，大于100 mm粒徑碎石則比175 mm排礦口少，基本上反映了顎式破碎機的工作特性；③從初碎顆粒級配情況看，用JM1211HD顎式破碎機對輝綠巖初碎可行。
3.3.2二級破碎及成果分析
二級破碎用S4000C型旋回破碎機，按排礦口44 mm和48 mm兩種工況進行三次試驗；進料皮帶機P4號(y=1.6 m/s)，出料皮帶機P4號C( V=1.25 m/s)。檢測分析結果表明：①粒徑100—60mm的碎石偏少，原因是試驗的骨料粒徑要求與棉花灘工程不同，而且沒有對生產花崗巖骨料設備的排礦口加以調大造成的；②三次試驗的出口產量相差較大，原因是初碎半成品堆料不足，無后續進料造成；③S4000C型旋回破碎機平均產量達500 t/h，顆粒級配的大：中：小=4：3：2，小于5 mm的顆粒占總量15%。
3.3.3三級破碎及成果分析
考慮試樣原石有限，試驗時將大部分的大骨科送至H4000MC圓錐破碎機進行三次破碎，并按排礦口31 mm、28mm、24 mm三種工況進行試驗，測試分析結果為：①經H4000MC型圓錐破碎機破碎后，中骨料(40—20mm)的含量大幅度增加，三種工況都達到56%以上，而且小骨料(20—5mm)的含量也明顯提高，三種工況平均達到20%以上；②三種工況中，開口28 mm時，粒徑40—20 mm碎石含量最高，生產能力最大；③三種工況的生產能力都達到260 t/h，但開口22 mm時電流表顯示400 A的超負荷狀況，說明排礦口應大于22 mm；④中骨料(40—20 mm)針片狀含量小于5%說明粒形比較好，但小骨料(20—5 mm)的針片狀含量達19.2%。
3.3.4制砂及成果分析
制砂試驗用巴馬克B9000型制砂機，進口料粒徑小于40 mm，進口開度分為30 mm、22 mm和15mm三種。試驗結果表明，三種工況生產的砂，小于5 mm的骨料含量從12.3%提高到19%，5～20 mm粒徑的骨料含量也有所提高，制砂效果明顯。
3.4輝綠巖破碎試驗檢測成果分析
3.4.1中、小骨料檢測
用巴馬克B9000型制砂機生產的成品料中包括中、小骨料和砂，其質量情況如表2和表3。
從表2不難看出，中骨料的超徑、針片狀含量幾乎為零，遜徑略有超標的主要原因是篩網用久后篩孔變大造成，在實際生產中不難解決；又從表3可見，小骨料針片狀含量為零，超徑含量偏高的主要原因是篩網磨損后篩孔變大，在實際生產中容易解決。試驗結果表明，巴馬克B9000加工輝綠巖骨料的形狀和制砂效果是明顯的。
3.4.2人工砂檢測
輝綠巖人工砂檢測成果見表4。
從表4得知，輝綠巖人工砂細度模數合格，砂的石粉含量在常規篩析試驗時偏低，水洗后的篩析試驗石粉含量又較高。試驗時棉花灘水電站工地接連下了兩場大雨，石粉含水量偏高，致使生產過程石粉裹附在骨料及砂子表面，造成常規篩析試驗石粉含量偏低。經分析認為，水洗后篩析試驗的石粉含量是真實的，在實際生產中宜采用干法破碎并嚴格控制骨料的含水量。
3.4.3骨料級配試驗
骨料級配試驗分為大骨料顆粒級配試驗、中骨料顆粒級配試驗和小骨料顆粒級配試驗，試驗成果見表5、表6、表7。
從上述表5、表6、表7不難看出，輝綠巖的大、中、小骨料的顆粒級配良好。
4、結語
(1)從輝綠巖人工破碎全過程看，棉花灘水電站工程人工砂石料系統可將輝綠巖加工成符合設計要求的人工骨料，各級破碎設備的生產能力均達到規定的定額。室內試驗得出的可碎性指數、磨蝕性指數與破碎試驗情況一致，即輝綠巖功耗指數比花崗巖大，破碎耗能量輝綠巖比花崗巖大，可磨性指數輝綠巖比花崗巖小，輝綠巖對破碎機耐磨體的影響較花崗巖小。
(2)從試驗成果看，各級粗骨料的粒型較好，針片狀含量少，成品級配分布合理，超遜徑可控制在規范允許的范圍內；用巴馬克破碎機生產的輝綠巖人工砂粒形較好、細度模數符合規范要求且級配合理。
(3)輝綠巖人工砂石粉偏高，而且石粉遇水容易結塊或貼裹在骨料表面，宜采用全干法破碎工藝并嚴格控制料源的含水量。
(4)使用瑞典SVEDALA公司JM1211HD顎式破碎機初碎、S4000C旋回破碎機二次破碎、H4000MC圓錐破碎機三次破碎和B9000巴馬克破碎機制砂，即可生產出符合設計或規范要求的輝綠巖人工骨料。
