高速鐵路橋面系RPC產(chǎn)品的機(jī)械化生產(chǎn)

徐榮貴

中鐵八局集團(tuán)第四工程有限公司，四川成都 610081

高速鐵路橋面系RPC產(chǎn)品的機(jī)械化生產(chǎn)

徐榮貴

中鐵八局集團(tuán)第四工程有限公司，四川成都 610081

根據(jù)成都至都江堰鐵路彭州支線鐵路工程施工的需要，對高速鐵路橋面系RPC產(chǎn)品的機(jī)械化生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)線進(jìn)行了研究。通過相關(guān)生產(chǎn)工藝試驗，極大的改善了RPC產(chǎn)品預(yù)制場的生產(chǎn)環(huán)境，規(guī)范了產(chǎn)品預(yù)制作業(yè)規(guī)程，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。該生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品表面光滑，圖案清晰，抗折抗壓強(qiáng)度好，可在橋面系工程中推廣應(yīng)用。

.橋面系；RPC產(chǎn)品；機(jī)械化生產(chǎn)線；工藝

隨著社會科技的高速發(fā)展，混凝土技術(shù)也得到了空前發(fā)展，高性能混凝土的應(yīng)用也越來越廣泛。RPC（Reactive Powder Concrete，活性粉末混凝土）在保持超高強(qiáng)水泥基復(fù)合材料優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，克服了其抗拉強(qiáng)度低、脆性大、體積穩(wěn)定性不良等缺陷與不足，在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性方面都優(yōu)于鋼材，拓寬了超高強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

成都至都江堰鐵路彭州支線工程位于成都市郫縣、彭州市境內(nèi)，線路起于成灌鐵路郫縣西站，途經(jīng)新民場、三道堰、古城鎮(zhèn)至彭州市到達(dá)本工程終點，線路全長20.561km。本工程沿線村鎮(zhèn)密布，道路眾多，交織成網(wǎng)，交通極為便利。由于工程中的電纜溝槽蓋板的需求數(shù)量非常大，工期緊，質(zhì)量要求高，如果再依照原來的普通混凝土的預(yù)制方法，進(jìn)行人工預(yù)制，預(yù)制的時間長，人工勞動強(qiáng)度大，產(chǎn)品質(zhì)量差。為了提高生產(chǎn)效率，控制產(chǎn)品質(zhì)量，我們對RPC產(chǎn)品的生產(chǎn)線進(jìn)行研究，以實現(xiàn)工廠機(jī)械化的流水生產(chǎn)，滿足了工程實際需要。

1 RPC機(jī)械化流水線生產(chǎn)研究

1.1 配料系統(tǒng)研究

對生產(chǎn)中的基料選配，進(jìn)行準(zhǔn)確計量，同時長時間配料，計量系統(tǒng)要穩(wěn)定。配料中，要保證參料分散，以實現(xiàn)幫助后期攪拌均勻。配料中要確保少揚塵，達(dá)到環(huán)保，減少環(huán)境污染。

1.2 攪拌系統(tǒng)研究

由于RPC材料拌和物間粘度大，附著能力強(qiáng)，流動性差，攪拌阻力大，對攪拌裝置的要求非常高。高質(zhì)量的攪拌，及長壽命的攪拌設(shè)備能提高了攪拌機(jī)的使用壽命，減少了維修周期。

1.3 分料輸送系統(tǒng)研究

分料系統(tǒng)是整個流水生產(chǎn)線效率的關(guān)鍵，由于拌合物粘度大，流動性差，對分料的零部件的磨損非常大。設(shè)計的方案中同時要保證考慮出料量的計量準(zhǔn)確性。

1.4 振動成型系統(tǒng)研究

振動成型系統(tǒng)是流水生產(chǎn)線的最后一道工序，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量特別是外觀質(zhì)量的關(guān)鍵工序。該成型系統(tǒng)對振動力的大小，振動電機(jī)的安裝布局形式，彈簧的選擇等都有嚴(yán)格的要求。

2 機(jī)械化生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)研究

高速鐵路橋面系RPC產(chǎn)品的機(jī)械化生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)就是分料系統(tǒng)和振動平臺。

2.1 雙重計量的分料系統(tǒng)

由于分料輸送系統(tǒng)對整條生產(chǎn)線的效率起著非常關(guān)鍵的作用。我們在設(shè)計分料系統(tǒng)時采用了螺旋分料機(jī)，螺旋分料機(jī)高耐磨性和抗粘性材料制作。對于下料計量裝置，我們采用了體積計量和電子稱雙重計量方式，做到每個模盒裝料重量一致。同時采用氣動自動卸料保證卸料的連續(xù)性。

2.2 可調(diào)式振動平臺

產(chǎn)品的振動成型是流水生產(chǎn)線的最后一道工序，是直接關(guān)系到產(chǎn)品外觀質(zhì)量的重要步驟。而振動時，又不能用工具插搗，以免鋼纖維下沉。所以，振動平臺的設(shè)計非常關(guān)鍵。經(jīng)過多次試驗，我們在設(shè)計中通過調(diào)節(jié)分體式支座來調(diào)節(jié)臺高的高度，通過調(diào)節(jié)離心塊來調(diào)節(jié)振動平臺的振動幅度。

3 機(jī)械化生產(chǎn)線裝置設(shè)計研究

3.1 機(jī)械化生產(chǎn)線產(chǎn)品生產(chǎn)流程圖

高速鐵路橋面系RPC產(chǎn)品的機(jī)械化生產(chǎn)線產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 機(jī)械化生產(chǎn)線產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程圖

3.2 材料存儲裝置設(shè)計

材料存儲裝置分為存儲罐存儲裝置和配料倉存儲裝置。

3.2.1 儲罐存儲裝置

在此條生產(chǎn)線設(shè)計中，我們設(shè)計了兩個水泥存儲罐，一個粉煤灰存儲罐，一個礦粉存儲罐。

水泥是RPC材料的主要膠結(jié)物資，所用的水泥要求有較高的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。理論上，標(biāo)號不低于42.5的硅酸鹽水泥都可以作為制作RPC的水泥。

復(fù)合礦物摻合料是RPC材料的必要組成部分，其主要成分是以活性的SiO2為主要成分的微細(xì)礦物材料，其材料組成可以包括石英粉、粉煤灰、硅灰、磨細(xì)礦渣粉等。不同材料之間形成合理的搭配，最大限度地增加填充效果，增加RPC的密實程度。

4個存儲罐在下料過程中，通過計量系統(tǒng)對四個存儲罐中的摻合料進(jìn)行計量，在通過螺旋輸送器輸送的配料倉。

對每個儲料設(shè)備，分別設(shè)計了料量檢測儀。檢測粉料、水泥等多個料罐中料的多少，可設(shè)定各個罐中料的上下限，當(dāng)?shù)陀谙孪迺r系統(tǒng)會輸出一個控制信號，當(dāng)高于上限時，該信號消失。

對于水泥、膠結(jié)料、粉煤灰等料倉，有時存在物料在倉中拱料而不能下料現(xiàn)象，可以在倉壁上裝振動器，讓其定時或半自動方式振動達(dá)到破拱目的。

3.2.2 配料倉存儲裝置

我們此次設(shè)計的配料倉選用三倉配料倉。

與普通混凝土不同，RPC所用的細(xì)骨料采用級配石英砂。天然砂顆粒級配分布較大，級配不合理，大小顆粒之間不能形成密實填充，不利于形成高強(qiáng)度。另外，天然砂表面光滑，水泥石與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度較差，對強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響。

RPC所用石英砂屬機(jī)制砂，表面粗糙，與水泥石之間粘結(jié)強(qiáng)度高。最主要的是，砂的顆粒可以人為控制。

依據(jù)《客運專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道板、蓋板暫行技術(shù)條件》之規(guī)定確定了3個級別的石英砂顆粒直徑，但由于生產(chǎn)過程中篩網(wǎng)帶有一定的傾角，使生產(chǎn)出的砂子均較要求偏細(xì)。實測3種砂的顆粒組成為：800μm～400μm，400μm～210μm，210μm～100μm。與水泥基本形成了連續(xù)級配。

對于每個料倉設(shè)一個出料口，氣缸自動控制卸料，電子稱計量，皮帶機(jī)輸送，這種配料機(jī)計量準(zhǔn)確，使用壽命長，工作效率高，操作維護(hù)方便。在皮帶輸送機(jī)上面設(shè)一個鋼纖維料倉，采用振動給料機(jī)下料、計量、分散，這樣避免了人工下料難分散的問題，而且節(jié)省人力。為了保護(hù)環(huán)境避免石英砂產(chǎn)生揚塵，我們將皮帶輸送機(jī)設(shè)計成全封閉式的，特別在各皮帶機(jī)的下料口處設(shè)置了防塵罩，有效防止了石英砂微粒在空氣中彌漫，減少了對環(huán)境的污染。

3.3 配料系統(tǒng)設(shè)計

此生產(chǎn)線采用人機(jī)界面電腦分料、配料、輸送計量精準(zhǔn)模擬自動記憶數(shù)據(jù)庫，方便對比檢查記錄；采用微機(jī)控制自動定量放料。

各料倉材料均采用了高精度控制計量，配置RPC材料時，水泥、復(fù)合摻合料干燥狀態(tài)的用量均按質(zhì)量計，稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±1%；骨料稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±2%；外加劑稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±0.5%；石英砂按照級配設(shè)計均勻后一次性計量。生產(chǎn)過程中，材料均采用電子自動計量的方法，保證了計量的準(zhǔn)確性。

3.4 攪拌系統(tǒng)設(shè)計

RPC材料拌和物具有粘度大，附著能力強(qiáng)，流動性差，攪拌阻力大等特點。針對RPC材料的這些特點，我們選用F750-RPC專用攪拌機(jī)，該攪拌機(jī)為雙軸臥式強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌力大，故障率低，使用壽命長，攪拌質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，能充分將RPC的各組分材料在攪拌罐內(nèi)拌和均勻，并能實現(xiàn)點動卸料。設(shè)計的專用攪拌葉、攪拌臂和襯板均采用防粘耐磨材料制作，提高了配件的使用壽命，減少了維修周期。通過調(diào)整攪拌葉片與罐體之間的間隙，可減少罐體內(nèi)的積料空間，避免罐體內(nèi)物料堆積結(jié)塊，最大限度地減少清理攪拌機(jī)的維護(hù)時間。供水系統(tǒng)采用水泵加壓原理，使水流速加快，噴灑均勻。所有粉料在輸送、計量、投放過程中都處于封閉狀態(tài)，徹底杜絕粉塵排放；各部位均采用性能可靠、傳動平穩(wěn)的傳動機(jī)構(gòu)，有效降低噪音，減少污染。

3.5 分料輸送系統(tǒng)設(shè)計

RPC生產(chǎn)線的分料輸送系統(tǒng)對整條生產(chǎn)線的效率起著非常關(guān)鍵的作用，因此我們非常重視此系統(tǒng)的設(shè)計。首先是螺旋分料機(jī)要具有高耐磨性和抗粘性，輸送扭矩要足夠大，螺旋體和筒體均選用防粘耐磨鋼制作，使其經(jīng)久耐用。其次經(jīng)心設(shè)計分料機(jī)的下料計量裝置，我們采用了體積計量和電子稱雙重計量方式，氣動自動卸料保證卸料的連續(xù)性，且能做到每個模盒裝料重量一致，充分保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

輸送機(jī)采用輥道輸送機(jī)與鏈板輸送機(jī)相結(jié)合的混合輸送方式，分料機(jī)下面由于位置所限選用輥道輸送機(jī)起過渡和儲料作用，能有效防止鏈板輸送機(jī)上存料過多，造成鏈板輸送機(jī)頻繁開停。輥道輸送機(jī)用自由滾筒制作，這種滾筒在任何工況下均能保證自由轉(zhuǎn)動，使用壽命長且輕便靈活。鏈板輸送機(jī)采用特種鏈條和C型鏈板精制而成，具有長度可調(diào)，承載能力大，傳動噪聲小，安裝、操作、維護(hù)方便等特點。

3.6 振動成型系統(tǒng)

振動成型設(shè)備要求有足夠的剛度，保持振動臺面各處振幅相同，具有同樣的振動成型效果。我們自行設(shè)計的振動臺高度可以調(diào)節(jié)，振幅可控，振動頻率要在50HZ以上，每塊板的振動成型時間為90S，振動時，以制品表面沒有氣泡溢出為止。振動時，不能用工具插搗，以免鋼纖維下沉，出現(xiàn)鋼纖維偏聚現(xiàn)象，成型過程中，可以用工具在表面做抹平處理，及時消除溢出的氣泡。

該系統(tǒng)是流水生產(chǎn)線的最后一道工序，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量特別是外觀質(zhì)量，表面是否有氣孔，是否有蜂窩麻面，內(nèi)部是否密實等都與之緊密相連，因此做好該系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。根據(jù)RPC的生產(chǎn)工藝要求，模盒上振動臺的時間必須有嚴(yán)格限制，要怎樣在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到最理想的振動效果，我們從振動力的大小，振動電機(jī)的安裝布局形式，振動臺放置模盒的數(shù)量，彈簧的選擇等方面進(jìn)行了仔細(xì)的分析和研究，并進(jìn)行了多次試驗，最終設(shè)計出了適合生產(chǎn)RPC的專用振動臺。該振動臺振動力的大小可調(diào)，高度可調(diào)，振動時間可調(diào)，能用同一臺振動臺優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)出各種外形美觀的RPC產(chǎn)品。

3.7 蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

RPC產(chǎn)品構(gòu)件需用蒸汽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，而且蒸汽的溫度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)我們的生產(chǎn)狀況，我們選用蒸汽發(fā)生器，這種設(shè)備的優(yōu)點是非常安全環(huán)保，可以通過溫度控制系統(tǒng)自動或手動調(diào)節(jié)溫度的高低。溫度控制系統(tǒng)采用一線式總線連接各傳感器，避免了每個傳感器信號單獨布線，節(jié)省布線時間和成本，方便系統(tǒng)維護(hù)，解決了普通傳感器溫度漂移問題，去除了溫度變送器，降低了設(shè)備故障率。該溫控系統(tǒng)能夠精確控制養(yǎng)護(hù)室溫度的升溫、保溫和降溫，養(yǎng)護(hù)室布置的多個溫度傳感器能夠監(jiān)測養(yǎng)護(hù)室內(nèi)各個區(qū)域的溫度分布狀態(tài)，這樣的設(shè)計保證了養(yǎng)護(hù)制品在養(yǎng)護(hù)過程中完全按照養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行維護(hù)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)可以動態(tài)顯示、記錄各溫度傳感器的實時溫度和歷史溫度，可動態(tài)描述溫度曲線，可獨立控制各養(yǎng)護(hù)室，互不干涉。手動控制和自動控制可隨時切換，可監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)過程，對發(fā)生故障的設(shè)備以及異常生產(chǎn)過程能夠發(fā)出報警信號。管路選用厚壁焊管外加保溫材料，減少熱能在輸送過程的損耗，節(jié)省能源。

3.8 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)由電氣控制系統(tǒng)和上位計算機(jī)控制系統(tǒng)組成，主要包括工業(yè)控制計算機(jī)、I/O卡、信號調(diào)理模塊、變頻調(diào)速器、操作臺等。

介于RPC配方的復(fù)雜性，特設(shè)計了人機(jī)界面微電腦自動控制系統(tǒng)，操作簡單，智能化程度高且性能穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計算機(jī)及PLC自動配料系統(tǒng)，具有全自動，半自動，手動多種控制模式，多元自動化程度高，配比精確。

4 RPC產(chǎn)品的機(jī)械化生產(chǎn)的優(yōu)點

1）降低了工人在預(yù)制過程中的勞動強(qiáng)度，加快了混凝土攪拌效率，提高了整個預(yù)制中的生產(chǎn)效率。節(jié)約了人工工費；

2）避免了工人在混凝土配料，攪拌，產(chǎn)品預(yù)制工程中材料的浪費，節(jié)約了生產(chǎn)成本；

3）精確的計量，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低了不合格品的出現(xiàn)，節(jié)約了材料的浪費。

5 工程應(yīng)用

成都至都江堰鐵路彭州支線工程采用本RPC產(chǎn)品機(jī)械化生產(chǎn)線，實現(xiàn)了產(chǎn)品效率高、質(zhì)量穩(wěn)定，合格率為100%。

6 結(jié)論

自主研發(fā)的RPC產(chǎn)品機(jī)械化生產(chǎn)線由于采用封閉式生產(chǎn)，從原材料的進(jìn)倉開始都是用傳送封閉式地的傳送進(jìn)攪拌倉，攪拌和分料也都是在封閉的設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行，在降低工人勞動強(qiáng)度的同時也降低了粉塵對工人的傷害。由于機(jī)械化生產(chǎn)線的配料精準(zhǔn)，攪拌均勻，振動充分，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并且故障率低、生產(chǎn)成本低，符合現(xiàn)代工程建設(shè)低碳環(huán)保節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，宜在鐵路及市政道路工程中推廣應(yīng)用。

[1]張燕.活性粉末混凝土在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用及發(fā)展[J].河南建材，2003(4).

[2]何峰，黃政宇.活性粉末混凝土原材料及配合比設(shè)計參數(shù)的選擇[J].新型建筑材料,.2007(3).

U21

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.1674-6708（2011）52-0054-03