高速鐵路軌道板混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

文章編號(hào)：2095-6835（2016）07-0097-02

摘 要：對(duì)混凝土攪拌站的控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得出了微波信號(hào)與含水量的關(guān)系、電機(jī)的使用電流與混凝土坍落度的關(guān)系，并闡述了冬季混凝土施工的溫度自動(dòng)控制要點(diǎn)，從而保證了新拌混凝土的性能。

關(guān)鍵詞：混凝土；溫度控制；攪拌站；含水率

中圖分類(lèi)號(hào)：TU642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.097

1 概述

對(duì)于水泥混凝土攪拌站常規(guī)的混凝土性能檢測(cè)方法而言，一般只能給出混凝土攪拌性能的檢測(cè)結(jié)果，無(wú)法在攪拌過(guò)程中控制混凝土的質(zhì)量，這導(dǎo)致混凝土產(chǎn)品無(wú)法滿足施工技術(shù)指標(biāo)。為了能超前控制混凝土的攪拌質(zhì)量，我們?cè)诟咚勹F路長(zhǎng)清制板場(chǎng)水泥混凝土攪拌站對(duì)HZS180攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)分析，建立了攪拌機(jī)內(nèi)拌和物含水率檢測(cè)、坍落度自動(dòng)檢測(cè)、溫度檢測(cè)三大系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土原材料溫度、出機(jī)口溫度、坍落度、含水率等各項(xiàng)指標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和自動(dòng)化施工，大大提高了混凝土產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，具有較高的推廣價(jià)值。

2 混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)

2.1 混凝土含水率自動(dòng)檢測(cè)和控制

利用微波原理檢測(cè)成品料倉(cāng)砂的含水率時(shí)，工控機(jī)可根據(jù)測(cè)量結(jié)果結(jié)合試驗(yàn)室給出的配合比計(jì)算并自動(dòng)實(shí)施“減水加砂”程序。同理，測(cè)量混凝土攪拌機(jī)內(nèi)混凝土的含水率時(shí)，可根據(jù)配合比的要求控制加水量。在實(shí)際生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)可根據(jù)設(shè)定值預(yù)先扣除一部分用水量，在攪拌一定時(shí)間后（混凝土已攪拌均勻）進(jìn)行實(shí)時(shí)混凝土的含水率檢測(cè)；與采用混凝土配合比計(jì)算的含水率對(duì)比，判斷是否進(jìn)行自動(dòng)加水和計(jì)算加水量，從而確保加水精度，保證水膠比的

準(zhǔn)確性?；炷梁逝c微波信號(hào)的關(guān)系如圖1所示。

混凝土（砂）的含水率越大，則微波信號(hào)就越弱，利用該規(guī)律可檢測(cè)到不同強(qiáng)度微波信號(hào)對(duì)應(yīng)的混凝土（砂）含水率，從而可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)整，將整個(gè)混凝土生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)化，保證混凝土用水量的穩(wěn)定性。

2.2 混凝土坍落度自動(dòng)檢測(cè)和控制

混凝土坍落度測(cè)量主要是對(duì)攪拌機(jī)電流變化曲線的研究，并將其轉(zhuǎn)化為坍落度變化曲線，從而得出最佳的混凝土放料時(shí)間和混凝土坍落度數(shù)據(jù)，使攪拌站的操作者和試驗(yàn)室的研究人員更好地把握和控制混凝土的坍落度。

在確定了碎石級(jí)配、混凝土配合比和一次攪拌方量的前提下，攪拌機(jī)電流與混凝土坍落度的關(guān)系如圖2所示。

在圖2中，A為攪拌機(jī)空載時(shí)的電流，B為投料完成時(shí)攪拌機(jī)的電流，C為攪拌機(jī)電流的峰值，D為混凝土坍落度性能最佳時(shí)間點(diǎn)（攪拌機(jī)放料時(shí)間），E為混凝土攪拌離析時(shí)的電流。攪拌機(jī)空載時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)阻力較小，待電機(jī)空載運(yùn)行平穩(wěn)后，電流值為A；隨著原材料投入攪拌機(jī)，電機(jī)負(fù)荷逐步增大，電機(jī)電流逐漸增大，到B點(diǎn)時(shí)，投料完成，但各種原材料未攪拌均勻，電流繼續(xù)增大，直至C點(diǎn)；隨著混凝土的攪拌越來(lái)越均勻，攪拌機(jī)受到的阻力逐漸減小，直至混凝土最佳放料時(shí)間D點(diǎn)（混凝土坍落度性能最佳）；混凝土不斷被攪拌，進(jìn)而產(chǎn)生離析（E點(diǎn)）。

通過(guò)檢測(cè)不同攪拌方量混凝土的含水率，在下次生產(chǎn)相同的混凝土?xí)r，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)調(diào)用已存儲(chǔ)的曲線圖像，并對(duì)比正在生產(chǎn)的混凝土曲線與存儲(chǔ)曲線。當(dāng)正在生產(chǎn)的混凝土坍落度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知操作人員或試驗(yàn)室的工作人員及時(shí)調(diào)整或處理，從而達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)和控制混凝土坍落度的目的?；炷撂涠瓤刂魄€如圖3所示。

在圖3中，曲線1與曲線2之間的區(qū)域?yàn)榛炷撂涠鹊脑试S范圍，曲線3為正在生產(chǎn)混凝土的攪拌機(jī)的電流曲線。當(dāng)曲線3超出曲線1和曲線2之間的區(qū)域時(shí)，報(bào)警器將報(bào)警，警告操作人員、試驗(yàn)人員混凝土坍落度已超標(biāo)。此時(shí)，試驗(yàn)人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整或處理，從而達(dá)到自動(dòng)控制混凝土坍落度的目的。

2.3 冬季施工攪拌站溫度自動(dòng)檢測(cè)和控制

2.3.1 熱工計(jì)算原理

全面檢測(cè)混凝土原材料的溫度，主要包括對(duì)骨料（砂、碎石）、粉料（水泥、摻合料）液料（水、外加劑）等的溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量，并在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示，通過(guò)熱工計(jì)算可得出混凝土出機(jī)口的溫度。如果混凝土的溫度未滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，則可在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)調(diào)整水溫（調(diào)整冷水與熱水的比例），直至混凝土理論熱工計(jì)算結(jié)果滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的要求。

攪拌站溫度監(jiān)控由12個(gè)原材料溫度傳感器、溫度巡測(cè)儀、轉(zhuǎn)換器等硬件組成。溫度巡測(cè)儀通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)各種原材料的溫度并巡回顯示，計(jì)算機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)換器與溫度巡測(cè)儀通訊，從而獲取各種原材料的溫度，并顯示在生產(chǎn)控制畫(huà)面上；根據(jù)生產(chǎn)配合比、各種原材料的溫度進(jìn)行熱工計(jì)算，將算出的混凝土溫度顯示在生產(chǎn)控制畫(huà)面上。值得注意的是，應(yīng)在生產(chǎn)控制畫(huà)面上輸入混凝土的溫度范圍。計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)配合比、各種原材料的溫度計(jì)算加水溫度，并顯示在生產(chǎn)控制畫(huà)面上。在生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的冷水和熱水的溫度自動(dòng)選擇加入冷水或熱水，從而滿足混凝土的溫度要求。

2.3.2 Ⅱ型軌道板C55混凝土熱工控制

Ⅱ型軌道板C55混凝土熱工控制具體分為以下5個(gè)方面：①在冬季施工時(shí)，要求拌和用水的水溫不高于80 ℃?？蓪⑿钏胤指魹?段，并使用連通器連通。其中，前端作為水加熱區(qū)，用蒸汽直接加熱蓄水池中靠前端的水，中段作為冷、熱水的過(guò)渡區(qū)，后端作為冷水補(bǔ)給區(qū)。攪拌用水加熱水溫可達(dá)到60 ℃，可滿足施工技術(shù)要求。攪拌站蓄水池為地下式，水池采取了保溫措施，即用磚砌了保護(hù)層，頂蓋部分用5 cm厚的保溫板材料覆蓋。②砂石料場(chǎng)保溫棚采用彩鋼板隔熱材料制成，棚內(nèi)設(shè)置有供暖設(shè)施，可保證砂石均勻加熱，且溫度可調(diào)，從而滿足保溫棚內(nèi)溫度為5 ℃的要求。蒸汽管道可彌補(bǔ)保溫棚內(nèi)損失的熱量，使骨料溫度保持在5 ℃以上。③水泥、外加劑、混凝土在水泥罐和礦渣粉罐內(nèi)儲(chǔ)存，經(jīng)測(cè)量，其溫度均高于2 ℃。按照2 ℃計(jì)算。外加劑的溫度應(yīng)在20～25 ℃之間。④攪拌樓內(nèi)的保溫性較好，可避免在攪拌過(guò)程中損失過(guò)多的熱量，且增加了供暖裝置，以彌補(bǔ)損失的熱量。在攪拌過(guò)程中，延長(zhǎng)了50%的拌和時(shí)間，使水中的熱量充分進(jìn)入砂石骨料中，從而使攪拌物的溫度均勻。⑤攪拌樓出機(jī)口的溫度為16.4 ℃，可滿足混凝土出機(jī)溫度必須高于15 ℃的施工要求。攪拌后各種材料的熱量計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1中，砂子、碎石的質(zhì)量是扣除游離水后的凈重，W為需加熱的材料的質(zhì)量，c為需加熱的材料的比熱，T1為需要加熱的材料的溫度，T1Wc為材料加熱到要求溫度所需的熱量。

3 結(jié)論

利用微波原理檢測(cè)骨料的含水率，可確保加水量的精準(zhǔn)度，從而保證水膠比的準(zhǔn)確性。這樣可最大限度地避免試驗(yàn)滯后現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而提高混凝土的質(zhì)量。常規(guī)的檢測(cè)方法只是在混凝土攪拌完成后，在混凝土運(yùn)輸至澆筑現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，由試驗(yàn)人員在澆筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工取樣，并通過(guò)試驗(yàn)得出混凝土的坍落度。如果混凝土的坍落度無(wú)法滿足生產(chǎn)要求，則施工單位會(huì)放棄使用此種混凝土，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。而采用高速鐵路軌道板混凝土攪拌站自動(dòng)控制系統(tǒng)可在混凝土未出機(jī)前判斷混凝土的坍落度，并作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而確保混凝土產(chǎn)品的質(zhì)量。該系統(tǒng)能精準(zhǔn)地控制混凝土的溫度，形成溫度曲線，從而為混凝土的溫度和強(qiáng)度分析提供可靠數(shù)據(jù)；依靠自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和掌握混凝土的產(chǎn)出狀態(tài)，從而確?；炷廉a(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的溫度符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]弗朗索瓦·德拉拉爾.混凝土混合料的配合[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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作者簡(jiǎn)介：申立剛（1965—），男，高級(jí)工程師。

〔編輯：張思楠〕