通過控制計量誤差來保證混凝土質量

聶虎

（湖北藍海混凝土有限公司，湖北　武漢　430200）

通過控制計量誤差來保證混凝土質量

聶虎

（湖北藍海混凝土有限公司，湖北武漢430200）

為了保證混凝土質量、減小計量誤差，本文通過對混凝土攪拌站計量系統的工作原理、控制方法進行分析，論述了造成計量誤差偏大的原因以及預防措施，簡單舉例說明出現計量誤差偏大時的檢查和處置方法。

計量誤差；靜態誤差；動態誤差；混凝土質量

0　引言

計量是混凝土生產質量的關鍵控制環節，計量控制系統更是混凝土攪拌站中最核心、最重要的組成部分，同時也是故障多發、易發的部分。生產時由于計量不準，易導致材料虧損、混凝土差方、混凝土性能難以控制等等，甚至嚴重影響混凝土的質量，發生重大質量事故。

計量誤差是計量結果與與計量的是的真值之間的差異，分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差，攪拌站計量誤差主要有靜態誤差和動態誤差。GB/T 10171—2005《混凝土攪拌站（樓）》標準規定，配料秤靜態精度應符合普通準確度級 1.0的要求，最大允許誤差首次或周期檢定時為±0.5%，使用中檢定為 ±1%[1]。動態誤差的允許范圍如表 1 所示。

表1　標準對材料計量動態誤差的要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　 %

1　計量系統的工作原理及控制方法

當前，混凝土攪拌站計量控制系統的常用方案有三種：工控機＋智能配料儀表+可編程控制器（PLC）、工控機＋智能板卡、工控機＋單片機。三種控制方案雖然各有優缺點，但均采用上位機與下位機結合的工作方式。上位機（工控機）為指揮中心，通過攪拌軟件實現人機交互。下位機（PLC、單片機等）為控制中心，接收指令并控制執行部件進行運作。計量控制系統工作流程如圖 1 所示。

圖1　計量控制系統工作流程

電子計量部分由傳感器、連接電纜、接線盒、放大器、A/D 轉換、稱重終端等組成。傳感器把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出，通過調節接線盒里面的電位器，使整個秤體保證平衡。由于傳感器輸出的電壓信號很小，是 mV 級的電壓信號，因此經過放大器進行信號放大。由 A/D 轉換器，把檢測到的電壓或電流信號（模擬量）轉換成計算機能夠識別的等效數字量，最后由下位機、上位機實現數據處理與控制。

機械計量部分由氣缸、蝶閥、螺旋輸送器、電動機實現稱料、卸料的過程。攪拌控制程序為減少計量時間、保證計量精度，原材料計量時都是通過沖量調整先進行粗稱，到一定范圍再精確計量，確保計量誤差可控。投料時通過自動扣秤使每盤計量誤差控制在最小范圍。整車混凝土盤次之間通過誤差自動補償，進一步縮小整車動態誤差。其中粉料由電路控制螺旋輸送器，先進行粗稱再點動實現精確計量；骨料由氣路控制氣缸，先全開進行粗稱再開一半實現精確計量；水劑由氣路控制蝶閥或電路控制電動機，先全開進行粗稱再開小閥或點動實現精確計量。卸料時由氣缸或氣動蝶閥控制下料精度。生產控制系統示意如圖2 所示。

圖2　生產控制系統示意圖

2　計量系統的靜態檢定及動態誤差控制

2.1靜態檢定

GB/T 14902—2012《預拌混凝土》和 GB 50164—2011《混凝土質量控制》均規定：計量設備使用前應具有法定計量部門簽發的有效檢定證書，并應定期校檢，混凝土生產單位每月應至少自檢一次[2-3]。當發生影響計量結果的維修或對計量結果有疑問時也要進行自檢。

靜態檢定方法主要有砝碼校秤和實物過磅。應先用砝碼校準，再用實物過磅的方法抽檢驗證。

2.1.1砝碼自檢（自校）

（1）校秤前應確認元器件無故障，各線路及元器件必須連接正確可靠，通訊正常。

（2）檢查機械部分，秤體除傳感器外其他均為軟連接，并清除結塊，保證軟連接處于一定的松弛，防止頂秤或拉秤。秤體周圍無支撐和碰撞，使其處于活動自如的狀態（輕微晃動一下消除卡滯現象）。

（3）清除秤體上的浮灰、雜物等，秤體內的材料盡量放空并將門關緊。

（4）確定校秤范圍，根據各種功能的配料秤的大小決定，一般校至最大稱量值的 50% 以上。

（5）校秤前進行零點校準。

（6）多點傳感器的秤體，應先用滿量程 10% 的砝碼做偏載測試。

（7）校秤時逐級加砝碼，每一級砝碼盡量沿周邊對稱均勻擺放，水劑秤可放在秤體內的中間位置，直至最大值時輸入數值校秤。計算校秤前的誤差并查看各級數值是否呈線性，如不呈線性應查明原因后重新校秤。逐級均勻地減砝碼，減完時數值回零，如不回零或計算每一級的誤差超過允許誤差、顯示數值不呈線性，應查明原因后重新校秤。

（8）如加砝碼至最大值校秤時誤差太大，應進行重復性測試。

2.1.2實物過磅

正常生產一車混凝土，通過過磅得到該車混凝土重量，對比計量系統的實際稱量值，計算實物過磅誤差。

（1）生產中途連續測試三車以上。

（2）車輛先過皮重，生產后過毛重，中途不得加水、加油、卸料等，確保過磅重量的準確性。

（3）保證各材料稱量的重量全部進入攪拌機，無增加或漏灑。

（4）攪拌機內的混凝土盡量放空無殘留，并全部進入攪拌車。

2.2計量動態誤差控制

計量動態誤差的控制主要由操作人員、攪拌軟件、電氣部分和機械部分共同完成。動態誤差是控制計量誤差的重點，占計量誤差的大部分，應努力做好控制工作。

每一工作班開始前，需進行零點校準，確保空秤秤面讀數為零。零點校準前先開各秤體倉門，確認物料已清空即可零點校準；當秤面讀數較大時，點動開門發現讀數減少則秤體有材料，可以直接稱量下一盤再零點校準。生產過程中，發現空秤秤面讀數偏差太大時，也要及時進行零點校準，避免材料計量誤差過大，而且該誤差不會記錄到程序數據庫中，事后難以查詢。

配料之前，秤體由于機械設備的突然啟動，可能會造成秤體的晃動，而配料、卸料過程中秤體處于動態，會造成軟件記錄的數據不準。通過設定秤體的穩定延時、啟動延時等功能，減小材料計量誤差。

操作人員是控制動態誤差的執行者，技術人員也起到監督作用。通過合理設定攪拌軟件中的配料落差、自動落差跟蹤、配料誤差、超差報警、慢速配料范圍、點動補料、誤差自動補償、自動扣秤、自動修正扣秤落差等功能，實現將動態計量誤差控制在允許范圍內。

3　造成計量誤差偏大的常見因素

（1）長時間未校秤、秤未校準、人為改變校秤系數、傳感器維修或替換后未校秤，都會造成計量靜態誤差失控。

（2）電子計量部分的影響因素有傳感器老化、損壞、內部進水、應變片受損或接觸不良；傳感器連接電纜破損、受潮、強電干擾；接線盒接線松動、進水、接線板卡損壞、電位器調整不當；放大器接線端損壞、電源電壓不穩定等。

（3）秤體不能活動自如，有卡滯和碰撞現象。如軟連接處粉料結塊造成頂秤，軟連接太緊造成拉秤，秤體周圍有支撐或秤體變形造成碰撞。

（4）結構部分變形造成的計量誤差。多點傳感器理論上應處在同一水平面上，使每個傳感器受豎直向下的剪切力作用。當秤體架或主樓平臺鋼結構局部變形，使其中一個或多個傳感器不只受剪切力的作用。不但影響計量精度，而且減少傳感器的使用壽命，甚至損壞傳感器。

（5）氣缸、蝶閥、電磁閥、限位開關等控制部件，必須靈敏且重復性好，如因設備老化或檢修保養不到位的原因，會造成各部位倉門關不嚴或機械延遲等故障，導致計量誤差偏大。

（6）氣壓不平衡造成的計量誤差。粉料秤通過通氣管與攪拌機連接，攪拌機通過排氣管與收塵器連接，粉料秤同時還通過布袋與攪拌機和螺旋輸送器連接，使各系統處在一個連通、氣壓平衡的空間里，以減少氣壓對計量誤差的影響。如果通氣管、排氣管堵塞，粉料秤稱料、卸料、骨料進攪拌機、攪拌機卸料時會造成局部正壓或負壓，秤面讀數會產生虛值或隨氣壓變化而變化，導致粉料的實際數量減少或增多。

（7）操作人員工作責任心不強、圖方便而不按規范操作。空秤未置零或沒有合理設定配料落差、自動落差跟蹤、配料誤差、超差報警、慢速配料范圍、點動補料、誤差自動補償、自動扣秤、自動修正扣秤落差等功能，人為造成動態誤差偏大。動態誤差無法控制或數值漂移時，不上報、不處置。

（8）攪拌軟件的設計缺陷，傳感器的選型、安裝、受力不均勻、布線，都有可能對計量誤差產生影響。

4　控制計量誤差的措施

（1）定期規范的校準，保證計量設備的靜態精度。配料秤除進行法定計量部門的周期檢定外，還應每月至少自校一次。

（2）操作人員培訓上崗，嚴格按操作規程操作，密切注意計量動態誤差，以及秤面讀數在靜態和動態時是否穩定、正常，計量動態誤差超過允許值時，應及時進行調整，調整始終達不到要求或秤面讀數跳躍比較大時，應通知機修人員對機械部分進行檢查。

（3）技術人員應關注混凝土各項性能指標的變化，重點是用水量和強度，發現異常情況及時查找原因。

（4）機修人員按保養計劃或說明書進行檢修和保養，杜絕安全隱患，盡量減少故障。發現影響計量誤差的故障時，立即停機檢查、維修，將影響控制在最小范圍。

（5）工控機安裝錄屏軟件，將所有軟件操作過程進行錄像，并保持三個月以上。當發現混凝土生產、澆筑、質量出現問題時，可以很方便準確地分析查找問題。

（6）定期對材料進行盤存、有計劃地進行清倉，核算材料損耗，發現超耗及時查找原因。

5　典型案例

案例 1：材料清倉核算時，發現其中一個水泥虧損率達到 5.8%。立即組織人員從統計數據、材料進場、使用、靜態誤差、動態誤差、計量設備幾個方面進行篩查。首先復核統計數據中的進量及使用量，核對無誤確實造成水泥虧損。對水泥進場過磅、進倉的監控錄像進行查詢，每車水泥過磅、進倉正常，無重量遺漏或進錯倉。水泥的使用和動態誤差記錄詳盡，無超耗。計量設備檢查也未發現問題。重新對該秤進行校秤，校秤誤差在 -1% 以內。但發現每次校秤后秤面讀數不回零，重新對計量系統進行檢查，發現該水泥秤側邊突出變形碰擦秤體鋼架，造成實際稱量值大于秤面顯示值。維修并重新校秤后正常。

案例2：一段時間混凝土坍落度忽大忽小，極難控制。排除材料質量波動的影響，主要目標集中在計量誤差上。查詢生產記錄及工控機屏幕錄像，發現細石每盤的動態誤差太大，造成混凝土用水量忽高忽低，雖然操作人員進行了調整，但還是無法控制。對計量系統全面進行檢查，發現電磁閥、氣缸存在軟故障，造成開關門反應時間不一致。攪拌軟件上的配料落差、配料誤差、超差報警、慢速配料范圍、誤差自動補償功能設置不當。通過合理設置參數、替換故障部件，每盤動態誤差均可以控制在允許范圍內，混凝土坍落度也得到很好的控制。

案例 3：生產過程中，混凝土生產用水量突然增加 15～20kg/m3，用排除法排除材料的影響。查看生產記錄，動態誤差均在允許范圍內。查看生產時的屏幕錄像，發現細石秤空秤數值顯示 -225kg，可能是秤體內粘附的材料被振動器振下來，空秤數值變成負數，生產過程中操作人員未發現。每次空秤稱量時都會多225kg，直接造成用水量上升。立即采取措施，修改秤體的穩定延時，以方便操作人員及時發現問題，并對軟件提出修改意見，空秤負數超過范圍應停機報警。

案例 4：操作人員發現秤面數值不穩定、漂移大。檢查電子計量部分，排除了傳感器、線路、各接線端問題，測試接線盒內的接線板發現其損壞，更換后正常。

6　結束語

影響計量誤差的因素有機械、電氣、軟件、操作等多方面原因，出現問題查找起來比較復雜，但只要對原理、工作方式、影響因素有深入的了解，相關人員具有高度的責任心，通過溝通、協作，善于發現問題，及時處理問題，完全可以將計量誤差控制在標準范圍內，保證混凝土質量。

[1] GB/T 10171—2005．混凝土攪拌站（樓）[S]．

[2] GB/T 14902—2012．預拌混凝土[S]．

[3] GB 50164—2011．混凝土質量控制標準[S]．

[4] 姚元斌，安寧．混凝土攪拌站計量誤差原因分析[J]．建設機械技術與管理，2013 (9): 117-119．

[5] 王楠．混凝土攪拌站控制系統設計方案分析[J]．建筑機械，2011 (8): 88-94．

［通訊地址］武漢市江夏區廟山開發區陽光大道湖北藍海混凝土有限公司（430200）

To ensure the quality of concrete by controlling the metering error

Nie Hu
(Hubei Lanhai Concrete Co., Ltd., Wuhan 430200)

In order to ensure the quality of concrete, reduce the measuring error, through carries on the analysis to the concrete mixing station measurement system working principle, control method, discusses the causes of measurement error and preventive measures, simple examples of check and disposal method of measurement error.

metering error; static error; dynamic error; quality of concrete

聶虎（1978—），男，工程師，從事混凝土生產質量管理工作。