高速鐵路軌道板混凝土攪拌站自動控制系統研究

文章編號：2095-6835（2016）07-0097-02

摘 要：對混凝土攪拌站的控制系統進行了系統的研究，得出了微波信號與含水量的關系、電機的使用電流與混凝土坍落度的關系，并闡述了冬季混凝土施工的溫度自動控制要點，從而保證了新拌混凝土的性能。

關鍵詞：混凝土；溫度控制；攪拌站；含水率

中圖分類號：TU642 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.097

1 概述

對于水泥混凝土攪拌站常規的混凝土性能檢測方法而言，一般只能給出混凝土攪拌性能的檢測結果，無法在攪拌過程中控制混凝土的質量，這導致混凝土產品無法滿足施工技術指標。為了能超前控制混凝土的攪拌質量，我們在高速鐵路長清制板場水泥混凝土攪拌站對HZS180攪拌站自動控制系統進行了技術分析，建立了攪拌機內拌和物含水率檢測、坍落度自動檢測、溫度檢測三大系統，實現了對混凝土原材料溫度、出機口溫度、坍落度、含水率等各項指標的自動檢測和過程控制，實現了標準化、信息化和自動化施工，大大提高了混凝土產品的生產效率和質量，具有較高的推廣價值。

2 混凝土攪拌站自動控制系統

2.1 混凝土含水率自動檢測和控制

利用微波原理檢測成品料倉砂的含水率時，工控機可根據測量結果結合試驗室給出的配合比計算并自動實施“減水加砂”程序。同理，測量混凝土攪拌機內混凝土的含水率時，可根據配合比的要求控制加水量。在實際生產中，計算機可根據設定值預先扣除一部分用水量，在攪拌一定時間后（混凝土已攪拌均勻）進行實時混凝土的含水率檢測；與采用混凝土配合比計算的含水率對比，判斷是否進行自動加水和計算加水量，從而確保加水精度，保證水膠比的

準確性。混凝土含水率與微波信號的關系如圖1所示。

混凝土（砂）的含水率越大，則微波信號就越弱，利用該規律可檢測到不同強度微波信號對應的混凝土（砂）含水率，從而可實現實時檢測、實時調整，將整個混凝土生產過程數據化，保證混凝土用水量的穩定性。

2.2 混凝土坍落度自動檢測和控制

混凝土坍落度測量主要是對攪拌機電流變化曲線的研究，并將其轉化為坍落度變化曲線，從而得出最佳的混凝土放料時間和混凝土坍落度數據，使攪拌站的操作者和試驗室的研究人員更好地把握和控制混凝土的坍落度。

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

在圖2中，A為攪拌機空載時的電流，B為投料完成時攪拌機的電流，C為攪拌機電流的峰值，D為混凝土坍落度性能最佳時間點（攪拌機放料時間），E為混凝土攪拌離析時的電流。攪拌機空載時，電機旋轉阻力較小，待電機空載運行平穩后，電流值為A；隨著原材料投入攪拌機，電機負荷逐步增大，電機電流逐漸增大，到B點時，投料完成，但各種原材料未攪拌均勻，電流繼續增大，直至C點；隨著混凝土的攪拌越來越均勻，攪拌機受到的阻力逐漸減小，直至混凝土最佳放料時間D點（混凝土坍落度性能最佳）；混凝土不斷被攪拌，進而產生離析（E點）。

通過檢測不同攪拌方量混凝土的含水率，在下次生產相同的混凝土時，計算機可自動調用已存儲的曲線圖像，并對比正在生產的混凝土曲線與存儲曲線。當正在生產的混凝土坍落度超過設定范圍時，計算機會自動發出報警信號，告知操作人員或試驗室的工作人員及時調整或處理，從而達到自動檢測和控制混凝土坍落度的目的。混凝土坍落度控制曲線如圖3所示。

在圖3中，曲線1與曲線2之間的區域為混凝土坍落度的允許范圍，曲線3為正在生產混凝土的攪拌機的電流曲線。當曲線3超出曲線1和曲線2之間的區域時，報警器將報警，警告操作人員、試驗人員混凝土坍落度已超標。此時，試驗人員應及時調整或處理，從而達到自動控制混凝土坍落度的目的。

2.3 冬季施工攪拌站溫度自動檢測和控制

2.3.1 熱工計算原理

全面檢測混凝土原材料的溫度，主要包括對骨料（砂、碎石）、粉料（水泥、摻合料）液料（水、外加劑）等的溫度的實時測量，并在計算機顯示器上顯示，通過熱工計算可得出混凝土出機口的溫度。如果混凝土的溫度未滿足現場施工的要求，則可在設計允許范圍內調整水溫（調整冷水與熱水的比例），直至混凝土理論熱工計算結果滿足施工現場的要求。

攪拌站溫度監控由12個原材料溫度傳感器、溫度巡測儀、轉換器等硬件組成。溫度巡測儀通過溫度傳感器檢測各種原材料的溫度并巡回顯示，計算機通過轉換器與溫度巡測儀通訊，從而獲取各種原材料的溫度，并顯示在生產控制畫面上；根據生產配合比、各種原材料的溫度進行熱工計算，將算出的混凝土溫度顯示在生產控制畫面上。值得注意的是，應在生產控制畫面上輸入混凝土的溫度范圍。計算機根據生產配合比、各種原材料的溫度計算加水溫度，并顯示在生產控制畫面上。在生產中，計算機會根據檢測到的冷水和熱水的溫度自動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個方面：①在冬季施工時，要求拌和用水的水溫不高于80 ℃。可將蓄水池分隔為3段，并使用連通器連通。其中，前端作為水加熱區，用蒸汽直接加熱蓄水池中靠前端的水，中段作為冷、熱水的過渡區，后端作為冷水補給區。攪拌用水加熱水溫可達到60 ℃，可滿足施工技術要求。攪拌站蓄水池為地下式，水池采取了保溫措施，即用磚砌了保護層，頂蓋部分用5 cm厚的保溫板材料覆蓋。②砂石料場保溫棚采用彩鋼板隔熱材料制成，棚內設置有供暖設施，可保證砂石均勻加熱，且溫度可調，從而滿足保溫棚內溫度為5 ℃的要求。蒸汽管道可彌補保溫棚內損失的熱量，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儲存，經測量，其溫度均高于2 ℃。按照2 ℃計算。外加劑的溫度應在20～25 ℃之間。④攪拌樓內的保溫性較好，可避免在攪拌過程中損失過多的熱量，且增加了供暖裝置，以彌補損失的熱量。在攪拌過程中，延長了50%的拌和時間，使水中的熱量充分進入砂石骨料中，從而使攪拌物的溫度均勻。⑤攪拌樓出機口的溫度為16.4 ℃，可滿足混凝土出機溫度必須高于15 ℃的施工要求。攪拌后各種材料的熱量計算結果如表1所示。

表1中，砂子、碎石的質量是扣除游離水后的凈重，W為需加熱的材料的質量，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 結論

利用微波原理檢測骨料的含水率，可確保加水量的精準度，從而保證水膠比的準確性。這樣可最大限度地避免試驗滯后現象的出現，從而提高混凝土的質量。常規的檢測方法只是在混凝土攪拌完成后，在混凝土運輸至澆筑現場時，由試驗人員在澆筑現場進行人工取樣，并通過試驗得出混凝土的坍落度。如果混凝土的坍落度無法滿足生產要求，則施工單位會放棄使用此種混凝土，進而造成經濟損失。而采用高速鐵路軌道板混凝土攪拌站自動控制系統可在混凝土未出機前判斷混凝土的坍落度，并作出適當的調整，從而確保混凝土產品的質量。該系統能精準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度分析提供可靠數據；依靠自動控制可實現實時控制和掌握混凝土的產出狀態，從而確保混凝土產品在生產過程中的溫度符合相關技術標準。

參考文獻

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

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作者簡介：申立剛（1965—），男，高級工程師。

〔編輯：張思楠〕