混凝土液體外加劑體積計量裝置研究

摘? 要：隨著混凝土性能要求的多元化，在其拌和過程中添加的外加劑種類也越來越多。常規(guī)的稱重計量方式是通過稱重傳感器測定其質(zhì)量，由于稱重傳感器極易受到來自震動、晃動以及風(fēng)力等因素的影響，因此其測量結(jié)果不穩(wěn)定。本文通過分析重量計量系統(tǒng)的特點，提出一種體積計量系統(tǒng)，通過實驗論證的方法，驗證了該方案的可行性，通過對實驗結(jié)果進(jìn)行歸納對比可知，震動、晃動以及風(fēng)力等外部因素對體積計量系統(tǒng)的影響較小，體積計量系統(tǒng)保證了計量精度，可以大大提升混凝土的特性。

關(guān)鍵詞：混凝土;外加劑;計量;體積;精度

中圖分類號：TU528? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）07-0000-00

1緒論

1.1混凝土外加劑應(yīng)用現(xiàn)狀

針對不同使用情況，可使用不同的外加劑改善混凝土的性能，如速凝劑可使混凝土快速硬化，防凍劑可使混凝土在負(fù)溫下硬化等，常見的混凝土外加劑以液態(tài)居多。

混凝土液體外加劑是由外加劑計量系統(tǒng)來稱重的。雖然外加劑摻量比較小，但是可以顯著改善混凝土的部分性能，按照國標(biāo)GB/T10171-2005混凝土攪拌站（樓），其稱量精度需在（約定）真實值的±1%或滿量程的0.3%以內(nèi)。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

常見的液體外加劑通過離心泵輸送至計量斗中，經(jīng)稱重傳感器稱量完后進(jìn)入水計量斗，與水混合使其在混凝土攪拌過程中分布均勻。

在進(jìn)行海上石油鉆井、島礁開發(fā)、岸線整理等水上工程時需要使用混凝土攪拌船來進(jìn)行作業(yè)。但是由于水上作業(yè)時的晃動、風(fēng)力等因素對稱重傳感器的信號影響較大，導(dǎo)致外加劑計量系統(tǒng)易產(chǎn)生較大誤差，從而影響工程質(zhì)量。

1.3本文的研究內(nèi)容及意義

本文提出了外加劑稱重式計量系統(tǒng)的不足，探討了體積計量的優(yōu)勢及可行性，提出外加劑體積計量的技術(shù)方案，并進(jìn)行了三種條件下的質(zhì)量稱重式計量與體積計量的橫向?qū)Ρ葘嶒灒ㄟ^結(jié)果對比，直觀體現(xiàn)了本文提出的體積計量的優(yōu)勢。

本文提出的體積式計量方法提升了混凝土外加劑的計量精準(zhǔn)度，有助于生產(chǎn)出高質(zhì)量，高標(biāo)準(zhǔn)的混凝土，提高了工程的可靠性。

2體積計量式外加劑計量系統(tǒng)方案設(shè)計

目前市面上使用稱重式傳感器進(jìn)行外加劑計量的仍然占據(jù)大多數(shù)，稱重式傳感器是以受力產(chǎn)生的微小應(yīng)變量來反推其受力大小，外界存在許多能干擾應(yīng)變片應(yīng)變量的影響因素，如震動、風(fēng)力等。基于此，本文針對此問題，提出使用體積式計量的方法，來代替稱重傳感器式計量。

2.1功能分析、技術(shù)指標(biāo)

按照《混凝土攪拌站（樓）GB/T 10171-2005》標(biāo)準(zhǔn)要求，周期式攪拌站（樓）外加劑的計量精度必須控制在（約定）真值的±1%或滿量程的0.3%以內(nèi)，本文提出的體積式外加劑計量方法依照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗方案設(shè)計，確保精度在（約定）真值的±1%以內(nèi)。

本課題所提出的外加劑體積計量系統(tǒng)不僅可以用于濃縮外加劑，還可以用于普通外加劑的計量，為了適用不同型號的攪拌設(shè)備（40m3/h～150 m3/h），本課題設(shè)定外加劑體積計量系統(tǒng)的的量程為：1L～6L。

根據(jù)混凝土攪拌站的實際工作時序，以JS3000為例，攪拌主機(jī)每生產(chǎn)一罐混凝土所耗費的時間為72s，因此將液體外加劑最大計量時間設(shè)定為40s來進(jìn)行試驗。

2.2體積計量式的新型外加劑計量方案設(shè)計

依據(jù)前文所述，本文通過功能分析設(shè)計出一種容積可變且可實時檢測的計量斗。區(qū)別于傳統(tǒng)稱重式計量方式，外加劑體積式計量系統(tǒng)采用容積可變且可實時監(jiān)測的計量斗，其余各裝置與傳統(tǒng)外加劑計量系統(tǒng)并無過大區(qū)別，這表明設(shè)備改造簡單，可達(dá)到節(jié)省成本的目的。外加劑體積式計量系統(tǒng)如圖1所示。

為改變計量斗容積，在計量斗的桶內(nèi)上部加裝一個可以隨電機(jī)驅(qū)動的活塞體，活塞體隨絲杠的正反轉(zhuǎn)而上下移動，絲杠由伺服電機(jī)所驅(qū)動。如圖2所示。

3體積式外加劑計量系統(tǒng)的實驗開展

（1） 為測試本文提出的體積式外加劑計量的可靠性，實驗部分采用橫向?qū)Ρ鹊姆椒ǎㄟ^施加震動、晃動等外界因素模擬攪拌船工況，分別測試傳統(tǒng)稱重計量式、體積計量式的計量結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析對比。本實驗使用振動臺模擬實際混凝土攪拌船工作時的振動效果，在振動平臺上安裝多方向的震動電機(jī)，并通過變頻的方式來調(diào)整電機(jī)的震動頻率。振動平臺如圖3所示。

3.1傳統(tǒng)稱重計量系統(tǒng)實地測試

（1）測試目的：采用傳統(tǒng)稱重式外加劑計量的方法通過泵送進(jìn)行反復(fù)計量得到設(shè)定值為1kg至6kg的計量結(jié)果。

（2）測試方法：分別設(shè)定計量值在為1～6kg，設(shè)定值從1kg開始，每組計量10次，記錄數(shù)據(jù)，計算每次的計量誤差，取平均誤差記錄;而后設(shè)定值每組增加1kg，進(jìn)行10次計量，記錄平均誤差。

由實驗結(jié)果可知，傳統(tǒng)稱重式傳感器計量的方法在施加外界晃動、震動情況下的精準(zhǔn)度極低，因混凝土攪拌船所受到的外部因素較大，無論是風(fēng)力還是水波都會影響其計量結(jié)果，設(shè)定計量值在6kg時，實際計量結(jié)果誤差就已達(dá)到4.2%，遠(yuǎn)超國標(biāo)的±1%要求，在設(shè)定計量值為1kg時誤差更是達(dá)到了幾近30%。如圖4所示。

3.2儲料罐內(nèi)較高液位計量實地測試

（1）測試目的：采用稱重式傳感器計量的方法，在儲料罐內(nèi)較低液位的條件下，通過泵送進(jìn)行反復(fù)計量得到設(shè)定值為1kg至6kg的計量結(jié)果。

（2）測試方法：分別設(shè)定計量值在為1～6kg，設(shè)定值從1kg開始，每組計量10次，記錄數(shù)據(jù)，計算每次的計量誤差，取平均誤差記錄;而后設(shè)定值每組增加1kg，進(jìn)行10次計量，記錄平均誤差。

由實驗結(jié)果可知，當(dāng)儲料罐內(nèi)液位較高時，其計量規(guī)律與液位較低時幾乎一致，都是當(dāng)設(shè)定值越高，其誤差越小，在設(shè)定計量值為1kg時，誤差最大，達(dá)到8%左右，設(shè)定計量值為6kg與5kg時，誤差達(dá)到要求，僅為0.84%與%1，如下圖5所示：

3.3混凝土攪拌船外加劑計量系統(tǒng)實地測試

（1）測試目的：采用傳統(tǒng)混凝土攪拌船稱重式外加劑計量的方法通過泵送進(jìn)行反復(fù)計量得到設(shè)定值為1kg至6kg的計量結(jié)果。

（2）測試方法：分別設(shè)定計量值在為1～6kg，設(shè)定值從1kg開始，每組計量10次，記錄數(shù)據(jù)，計算每次的計量誤差，取平均誤差記錄;而后設(shè)定值每組增加1kg，進(jìn)行10次計量，記錄平均誤差。

由實驗結(jié)果可知，傳統(tǒng)稱重式傳感器計量的方法在混凝土攪拌船上的精準(zhǔn)度極低，因混凝土攪拌船所受到的外部因素較大，無論是風(fēng)力還是水波都會影響其計量結(jié)果，設(shè)定計量值在6kg時，實際計量結(jié)果誤差就已達(dá)到4.2%，遠(yuǎn)超國標(biāo)的±1%要求，在設(shè)定計量值為1kg時誤差更是達(dá)到了幾近30%。如圖6所示。

3.4 體積式計量實驗研究

（1）實驗?zāi)康模涸谕獠恳蛩氐膰?yán)重影響下，驗證本文提出的新型體積式計量的計量結(jié)果，評定其誤差是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）實驗方法：因普通外加劑與水的密度幾近，為簡化實驗及避免材料浪費，可用水進(jìn)行替代實驗評定、檢查其結(jié)果誤差，設(shè)定容積可變式計量斗的設(shè)定體積為1L，進(jìn)行10次計量，記錄結(jié)果并計算平均誤差。

（3）實驗步驟：

1）將容積可變式計量斗放置在振動臺上，通過伺服電機(jī)控制絲杠運動使容積調(diào)節(jié)為1L，啟動振動臺，對計量斗施加無序隨機(jī)振動干擾。進(jìn)行10次實驗，記錄每組計量結(jié)果，計算平均誤差。

2）分別將容積可變式計量斗的容積分別增至2L、3L、4L、5L、6L、8L、9L、10L，如步驟1進(jìn)行實驗，記錄結(jié)果并計算平均誤差。

通過觀察數(shù)據(jù)可知，采用體積式計量，即使在外界影響因素（振動）較為嚴(yán)重的情況下，雖然其誤差變化規(guī)律與傳統(tǒng)式稱重傳感器計量無過大差別，但其計量結(jié)果在最小設(shè)定容積時仍未超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求的±1%，在設(shè)定計量值1L時其計量誤差為±0.8%，在設(shè)定計量值10L時其計量誤差只有±0.13%。

匯總以上兩組實驗結(jié)果，并進(jìn)行統(tǒng)計比較，如圖7所示。

4 結(jié)論

在本文中，對傳統(tǒng)稱重傳感器式計量方式與體積式外加劑計量方式進(jìn)行了實驗測試，并對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，通過對比得出：

（1）傳統(tǒng)稱重傳感器式計量在外部振動影響較大時，不能滿足精度要求。

（2）體積式外加劑計量的結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)稱重式傳感器計量并無過大改動，但是其計量結(jié)果在外部振動影響較大時精準(zhǔn)度較高，仍滿足誤差要求。

（3）本文論證了體積式外加劑計量的可行性，并給出了體積計量的實施方法，通過實驗的方式證明了體積式計量的高精準(zhǔn)度。

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：于志家（1984—），男，山東濟(jì)寧人，工程碩士，工程師，研究方向：混凝土機(jī)械研發(fā)。

Research on Volume Measuring Device of Concrete Liquid Admixture

YU Zhijia

（sany heavy industry，? changsha? hunan? 410100）

Abstract：With the diversification of concrete performance requirements， more and more types of admixtures are added in the mixing process. The conventional weighing measurement method is to measure its mass through a load cell. Since the load cell is very susceptible to factors such as vibration， shaking and wind， its measurement results are unstable. This paper analyzes the characteristics of the weight measurement system and proposes a volume measurement system. The feasibility of the scheme is verified by the method of experimental demonstration. The conclusion and comparison of the experimental results show that external factors such as vibration， shaking， and wind measure the volume The influence of the system is small， and the volume measurement system ensures the measurement accuracy， which can greatly improve the characteristics of concrete.

Key words： concrete; Admixtures; Measurement; Volume; precision