連續(xù)式攪拌在大壩碾壓混凝土生產(chǎn)中的應用

劉安宇，王昌浩

(湖北大禹建設股份有限公司，湖北 武漢 430061)

由于連續(xù)式攪拌設備具有效率高、產(chǎn)量大、能耗低、可靠度高等特點，在水工大體積混凝土方面，特別是水工碾壓混凝土施工中，逐步得到應用。恩施市喻家河水庫大壩工程采用了連續(xù)攪拌工藝，澆筑碾壓混凝土16萬余m3，其生產(chǎn)的混凝土質量較穩(wěn)定，并取得了良好的經(jīng)濟效益。本文根據(jù)作者的親身經(jīng)歷，對連續(xù)式攪拌工藝特點與原理、施工工藝流程和操作要點、質量控制、安全等作點探討。

1 工藝特點和原理

1.1 工藝特點

連續(xù)式攪拌工藝與傳統(tǒng)的間歇式攪拌工藝相比有著非常鮮明的特點[1]。

1)連續(xù)攪拌、生產(chǎn)效率高。連續(xù)攪拌工法具有連續(xù)計量、連續(xù)均勻供料、連續(xù)攪拌、連續(xù)出料的特點，這是連續(xù)式攪拌工法與傳統(tǒng)間歇式攪拌工法最本質的區(qū)別。連續(xù)式攪拌工藝在生產(chǎn)中同時完成配料、稱量、加料、攪拌和卸料等工序，各工序時間完全重疊，充分發(fā)揮了攪拌機的工作效率。只要混凝土的組成物料(骨料、外加劑、水、水泥、粉煤灰等)供應不間斷，就能源源不斷地生產(chǎn)出半成品混凝土，生產(chǎn)效率高。

2)攪拌負荷低。均勻連續(xù)的配料使得粗細骨料在進入攪拌機前就已經(jīng)按配合比分散均布，減輕了攪拌機的工作量；同時處于攪拌機內進行攪拌的物料數(shù)量比同產(chǎn)量的間歇式攪拌機的少，這也減輕了攪拌機的攪拌負荷。

3)運行成本低。連續(xù)式攪拌工法成套設備裝機功率低，與同產(chǎn)量間歇式攪拌設備相比可提高生產(chǎn)效率節(jié)約能源，且系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定工作，啟動、停機次數(shù)少。不同于間歇式攪拌設備工作時系統(tǒng)頻繁啟閉，因此設備壽命長，故障率相對較低、運行維護成本也低。

4)性價比高。連續(xù)式攪拌設備與同產(chǎn)量間歇式攪拌設備相比耗鋼量少、重量輕，占地面積小，臨建工程量少，安裝快速方便，投產(chǎn)快，節(jié)省投資成本。

1.2 工藝原理

1)連續(xù)計量原理。要拌制生產(chǎn)合格混凝土的基本要求是各種物料應依據(jù)配合比進行精確計量。根據(jù)連續(xù)拌制生產(chǎn)的特點，如何實現(xiàn)各種物料連續(xù)精確的計量是連續(xù)攪拌生產(chǎn)工藝需解決的關鍵技術問題。連續(xù)式攪拌生產(chǎn)工法則采用重量減量法來實現(xiàn)各種物料的連續(xù)計量。系統(tǒng)根據(jù)人機對話界面接收的配合比和生產(chǎn)率等參數(shù)，計算出在單位時間內需送入攪拌主機的各種物料的重量，再由程序計算出該輸送能力下各種物料配料設備(皮帶輸送機或盤式配料機等)的電動機的轉速，變頻器就向電動機輸出相應的頻率和電壓以控制電動機按所需的轉速運轉，此時皮帶機的輸送量就與理論用量相匹配。

2)瞬時流量控制原理。為了確保配料的精確，生產(chǎn)時計算機按每2 s一次的探測頻率對各種物料配料倉的重量進行監(jiān)測，計算出單位時間內配料倉重量減小量的移動平均值。如果發(fā)現(xiàn)單位時間內某種物料的重量減小量小于或大于給定值(在規(guī)范要求的計量精度內)，則計算機發(fā)出指令通過變頻器增加或減小電動機的轉速，從而增大或減小皮帶機的輸送量。正常情況下這種調整量是很小的。如果重量減小量超過規(guī)定的要求，系統(tǒng)就會報警出錯，各種物料的配料皮帶機將按設定的順序停止供料，攪拌站自動停止生產(chǎn)，待故障排除后才能恢復生產(chǎn)。當某一個或多個配料倉的物料快要輸送完時，系統(tǒng)會自動開啟成品骨料倉弧門對配料儲倉進行補料。在補料瞬間，配料儲倉的重量急劇增加(正常生產(chǎn)過程配料儲倉的重量是均勻減小)，當計算機接收到儲倉重量急劇增加的信號，就自動鎖定配料皮帶機的轉速，在補料期間，配料皮帶機就按這一鎖定的轉速運轉，而不再按重量減小量來調整轉速。補料過程非常迅速，一般僅需幾秒鐘，當配料儲倉重量達到事先設定的滿載值時，系統(tǒng)會自動停止補料。配料儲倉的重量減小量又恢復到正常狀態(tài)，系統(tǒng)解除鎖定，恢復到正常生產(chǎn)監(jiān)控狀態(tài)。配料補料控制技術解決了因配料儲倉容量所限導致無法連續(xù)計量的問題。

3)連續(xù)攪拌原理。連續(xù)式攪拌機的主軸上攪拌刀片呈一定角度以實現(xiàn)縱向推進和回旋攪拌、各葉片互補排列保證無攪拌或推進死角。經(jīng)過精確計量的各種物料從攪拌機的一端上部連續(xù)進入，經(jīng)攪拌葉片推進從另一端底部連續(xù)卸出，完成物料的連續(xù)拌制過程。

4)攪拌時間控制原理。一直以來，連續(xù)式攪拌設備存在料頭、料尾拌和物質量稍差、攪拌時間短等缺點，一定程度上滯約了連續(xù)式攪拌工法的推廣應用。在系統(tǒng)調試時將各種物料給料啟停時間調整到最佳狀態(tài)，確保各種物料同時進入攪拌機[2]。

攪拌機通過四個重量傳感器支承在鋼結構平臺上，一端上部設置進料口、另一端下部設置排料口，排料口設有轉動式卸料弧門，卸料弧門的啟閉由系統(tǒng)控制，其開度可無級調整。生產(chǎn)前弧門呈關閉狀態(tài)，生產(chǎn)時物料進入攪拌機后，系統(tǒng)延時開啟弧門，使物料在攪拌機內滯留以充分利用攪拌空間擠壓物料，延緩物料的推進速度，加強物料的搓揉、混合，以實現(xiàn)物料的充分拌合。完成生產(chǎn)任務后，系統(tǒng)自動關閉卸料弧門。系統(tǒng)通過控制弧門延時開啟的時間可控制物料的攪拌時間。

生產(chǎn)過程中，根據(jù)事先輸入的配合比配料后，各物料均衡地進入攪拌機，在攪拌機內均衡穩(wěn)定的推進，經(jīng)攪拌后均衡流出。整個生產(chǎn)過程物料流均衡地進、出攪拌機，可近似認為物料在攪拌筒內的流態(tài)為均勻流，料流在攪拌機內的形狀和斷面尺寸沿程不變。物料的攪拌時間為物料從進口到出口的時間，由于攪拌機的行程較短，生產(chǎn)時采用充分利用攪拌空間擠壓物料，以延緩物料推進速度，延長攪拌時間，實現(xiàn)物料的充分拌合。攪拌時間控制計算見下式。

T=L/V

(1)

L=Q/A

(2)

ρ=VA

(3)

式中：T為攪拌時間，s；L為攪拌機內物料的軸向水平行程，m；V為攪拌機內物料的推進速度，m/s；Q為攪拌機內物料體積，m3；A為攪拌機內物料的橫斷面積，m2；ρ為系統(tǒng)生產(chǎn)率，m3/s或m3/min、m3/h。

由式(1)、(2)、(3)可得：

T=Q/ρ

(4)

即可通過控制攪拌機內物料的體積和系統(tǒng)生產(chǎn)率達到控制攪拌時間的目的。連續(xù)式攪拌機就采用事先設定攪拌時間T值和生產(chǎn)率ρ值，在生產(chǎn)過程中，采取穩(wěn)定Q值，以實現(xiàn)穩(wěn)定T值。攪拌機內的物料體積Q值可通過其控制其重量得以實現(xiàn)。系統(tǒng)的生產(chǎn)率ρ(如10 m3/3 min或240 m3/h)和攪拌時間T(如30 s)在生產(chǎn)前應先行輸入，生產(chǎn)過程中不能更改。需注意的是輸入的ρ值不能超過系統(tǒng)最大生產(chǎn)能力，同時ρ和T的乘積不能大于攪拌機最大容量Qmax。生產(chǎn)前攪拌機卸料弧門為關閉狀態(tài)，當物料進入攪拌機瞬間系統(tǒng)開始計時，30 s后攪拌機內的物料就達到某一體積(即Q值)，此時系統(tǒng)記錄下此刻攪拌機的重量值(攪拌機自重和物料重量，即G值)作為基準值，同時卸料弧門開啟一定的開度卸料?；￠T的開度由系統(tǒng)根據(jù)基準值G自動無級調整，當攪拌機重量大于G時加大弧門開度，小于G值則減小弧門開度。經(jīng)過動態(tài)調整，系統(tǒng)自動將弧門開度控制在最適合的位置，使攪拌機的卸料流量與進料流量相一致，形成穩(wěn)定的物料流，攪拌機內物料體積也穩(wěn)定在Q值。所有物料在攪拌機內的推進時間也穩(wěn)定在設定的T值(30 s)。

當生產(chǎn)任務完成、攪拌機停止進料瞬間，CPU控制卸料弧門調整一定開度以促使料尾完成充分攪拌后卸出。

2 施工工藝流程和操作要點

2.1 系統(tǒng)組成和工藝流程

系統(tǒng)根據(jù)各種物料到攪拌機的輸送距離及輸送時間確定各種物料出料的啟停順序，確保任一瞬時各種物料同時進入攪拌機，見圖1。

圖1 連續(xù)式攪拌工法工藝流程圖

單種物料的配料控制流程如圖2所示。

圖2 物料配料控制

整套系統(tǒng)由骨料儲料倉及配料系統(tǒng)、粉料配料倉及配料系統(tǒng)、水、外加劑儲存和配料系統(tǒng)、中央控制室等組成。

恩施市喻家河水庫大壩工程選用攪拌時間可控型、低速強制連續(xù)式混凝土攪拌機，設備型號采用DW240S，主要指標和技術參數(shù)如表1。

表1 主要指標和技術參數(shù)

2.2 操作要點

控制系統(tǒng)是一套全自動化的控制系統(tǒng)。只需一次性加載生產(chǎn)所需的配合比、生產(chǎn)量等相關數(shù)據(jù)，按下啟動按鈕開始生產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)過程自動控制，不需要人工操作，見圖3。

圖3 生產(chǎn)操作流程圖

生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)自動完成如下工作，減少人工作業(yè)，確?；炷涟韬蜕a(chǎn)的精確、連續(xù)。

1)自動上料控制。適當時機自動給計量斗補充料，自動停止；

2)同步起?？刂?。保證進料口處各料同步到達、同步停止；

3)各料流量控制。保證進料口處各料瞬時配比符合配合比要求；

4)報故障停止控制。當某料因某種原因流量誤差超限時，報故障并停止生產(chǎn)；

5)混凝土坍落度控制。攪拌電流反饋自動補償水用量的自動控制方式；以高分辨率攪拌電流顯示為依據(jù)、手工設定的含水率的單鍵式快速調整、自動補償水及砂用量的半自動控制方式。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動保存、自動打印送貨單、支持多種基于不同需求的生產(chǎn)統(tǒng)計。

3 質量控制

1)設備安裝后進行認真的調試。連續(xù)式攪拌站在投入生產(chǎn)前就經(jīng)過試驗和計算確定了每臺配料設備在不同的轉速下所能輸送的物料重量，并將對應的各種參數(shù)和計算公式內置在程序中，在程序中預留了幾個通道以便在設備調試或生產(chǎn)中對輸送量偏差進行調整。設備安裝后，先進行電子稱的校核，然后進行輸送量的調校，即對每條皮帶機輸送參數(shù)進行動載調整(直接輸送物料)，以確保不同轉速下的輸送能力滿足設計要求。

2)定期校秤。在配料設備的輸送量調試合格后，連續(xù)式攪拌站的計量精度就由系統(tǒng)的傳感器(電子稱)衡量的精度來保證。在運行期間，應定期用標準砝碼對各電子秤進行校驗，確保其衡量精度滿足規(guī)范要求[3]。

3)供料防差錯管理。對供料過程進行值守把關，防止各物料錯送到其它物料料倉。對料倉定期進行檢查，防止變質或堵塞管路。

4)混凝土品質檢查和混凝土坍落度(或VC值)檢測。由試驗室值班人員按《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》要求進行抽檢。只有通過試驗室值班人員授權并簽發(fā)通知書，才可以更改配合比及混凝土坍落度(或VC值)。

5)報故障時禁止強制出料。在生產(chǎn)過程中系統(tǒng)報故障時不得使用強制出料方式生產(chǎn)混凝土，而應立即查明原因排除故障，才能恢復生產(chǎn)，以確保半成品混凝土產(chǎn)品質量。

6)控制卸料自由落差?？刂菩读献杂陕洳钚∮?.5 m，減少接料時的分離。

7)運行連續(xù)性的控制。加強倉面施工、混凝土運輸?shù)葷仓粭l龍的生產(chǎn)管理，最大限度的保證系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)，以充分發(fā)揮連續(xù)式攪拌工藝的優(yōu)越性。

4 安全和環(huán)保措施

4.1 安全措施

1)嚴格遵守連續(xù)式拌合樓的操作規(guī)程、確保安全生產(chǎn)。

2)在調整配機和皮帶機皮帶和主皮帶時，應站穩(wěn)、扶好，以免跌落或滑入皮帶。

3)攪拌機維修。必須壓下攪拌機端頭上的急停開關；確認攪拌機蓋上的限位行程開關處于自由狀態(tài)；動力柜空開均斷開,鎖閉動力柜門并掛警示牌。

4)防雷擊。設備安裝完畢，應根據(jù)場地地質、氣候及有關規(guī)定，對粉料儲倉進行加固和加裝防雷電系統(tǒng)。

5)與生產(chǎn)線無關人員不得進入現(xiàn)場工作區(qū)，不得進入控制室，不得靠近或亂動設備所有零部件，以免發(fā)行意外。

6)高空作業(yè)。粉料儲倉為高大鋼結構物，檢修時應系上安全帶。

7)結構安全檢查。平時應注意觀察攪拌站生產(chǎn)線機械部分結構及地基的變化情況,當發(fā)現(xiàn)機械部分有變形、粉料儲倉出現(xiàn)歪斜、地基出現(xiàn)裂痕或坍塌等危險情況時,應及時進行處理,以免發(fā)生重大事故。

8)防撞警示。汽車進場接料，或吊機進場維修時，要做好照明、警示、指揮，防止攪拌站柱、架被撞變形，產(chǎn)生安全事故。

4.2 環(huán)保措施

1)系統(tǒng)安裝有除塵裝置，防止水泥、粉煤灰等粉塵污染：水泥、粉煤灰儲料倉裝有除塵裝置。攪拌主機和各計量斗采用主動式脈沖除塵器，或采用抽風和水箱除塵系統(tǒng)。

2)系統(tǒng)設立沉淀池等廢水處理系統(tǒng)，防止廢料、污水直接排放入河道。

5 連續(xù)式攪拌工藝與間斷攪拌的對比

1)拌制時間對比。連續(xù)式攪拌工藝攪拌時間從骨料進入拌合機到卸料時間一般控制在30 s，而間歇式拌合機攪拌時間最少為60 s，攪拌時間縮短50%以上。連續(xù)式攪拌工藝連續(xù)計量配送料，骨料進入拌合機的時間只計算初次入機時間，余下入機時間可以忽略不計，而間歇式拌合則需計算多次骨料入機時間。DW240S拌合機連續(xù)式攪拌功效可達到10 m3/3 min，同容量的間歇式拌合機功效約為6 m3/3 min。

2)質量對比。連續(xù)式攪拌工藝具有供料防差錯管理、報故障時禁止強制出料以及計量精準等特點，生產(chǎn)的混凝土質量較為穩(wěn)定，包括砼坍落度(或VC值)，骨料計量配比等[4]。

恩施喻家河水庫大壩工程為碾壓混凝土重力壩，水庫總庫容971萬m3，最大壩高60 m，壩頂長270 m，壩頂寬5 m。壩體混凝土共21.25萬m3，其中16.5萬m3碾壓混凝土全部采用連續(xù)式攪拌站拌制生產(chǎn)。

對碾壓混凝土壩體進行鉆孔取芯，并對鉆孔取出的芯樣進行了芯樣檢測。

(1)外觀觀測。碾壓混凝土整體質量好，混凝土芯樣表面一般較光滑致密，結構密實，骨料分布均勻，膠結情況良好。

(2)鉆孔取芯累計進尺229.33 m，芯樣總長227.50 m，混凝土芯樣獲得率為99.2%，混凝土芯樣合格率為100%。芯樣孔徑均為Ф 219 mm。

Ф 219 mm芯樣中，單根最長6.95 m。

芯樣檢測結果表明，碾壓混凝土質量滿足設計要求[5-6]。

6 結 語

連續(xù)式攪拌工藝具有連續(xù)配料、連續(xù)攪拌、連續(xù)出料，且攪拌時間可控，砼坍落度可控的特點，適合于大壩碾壓混凝土的生產(chǎn)。其設備具有生產(chǎn)效率高、運行成本低、操作維護方便、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，具有很高的性價比，可在水工大體積混凝土施工中廣泛應用。