水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置的設計與應用研究

陳劍輝

【摘要：】鋼纖維混凝土顯著改善了普通混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能而被廣泛使用。但在鋼纖維混凝土大方量生產過程中，還未實現鋼纖維的自動投料生產，存在產能低效、計量粗略、浪費人力的現象。文章結合工程實例，以簡單易用易制作為前提，通過機械和電器控制裝置研制了鋼纖維自動投料裝置，并介紹了該鋼纖維自動投料裝置的組件設計、技術原理、操作工藝流程與應用實踐情況，為類似鋼纖維混凝土生產線建設提供參考。

【關鍵詞：】鋼纖維混凝土;自動投料;設計;應用

U445.3A391304

0 引言

在交通強國建設的背景下，各地方政府大力推進基礎設施建設。各種新型建筑材料應用越來越廣泛，而以往的普通混凝土已不能滿足特大跨徑等重大橋梁工程的建設需要，鋼纖維混凝土需求日趨旺盛。在現有的鋼纖維混凝土生產領域中，還沒有一種簡單有效的投料方法可以實現對鋼纖維進行自動投料，即如何在混凝土攪拌過程中自動添加鋼纖維的問題。目前預拌鋼纖維混凝土大方量生產中采取鋼纖維自動投料方面的研究應用極少。

1 研究背景

培森柳江特大橋是廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）的重點控制性工程，主橋為整幅布置的（145+280+145）m預應力混凝土部分斜拉橋，橋面寬29 m。該橋在主墩墩頂及墩底采用CF50鋼纖維混凝土，箱梁0#塊及合龍段、索塔根部采用CF60鋼纖維混凝土。全橋鋼纖維混凝土總方量約為6 000 m3。目前，現有混凝土拌和站還沒有鋼纖維混凝土批量供應能力。為更好地服務特大橋項目建設，亟須充分保障鋼纖維混凝土的正常供應。因此，有必要研發一種適用于鋼纖維混凝土生產的水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置，進行鋼纖維混凝土批量生產供應。

2 技術原理

鋼纖維自動投料裝置是以現有的HZS-120水泥混凝土攪拌站為主體，通過增設改造部分結構和電氣化系統，從而形成全自動鋼纖維混凝土生產的一種裝置，各結構在自動控制系統下通過信號控制進行混凝土的生產。其總裝圖如圖1所示。

鋼纖維自動投料裝置僅作為鋼纖維混凝土生產的一部分結構，不需要進行鋼纖維混凝土生產時可以關閉，不影響其他標號的混凝土生產，具有可控制性和選擇性。該鋼纖維自動投料裝置，設計的生產能力為80 m3/h。

（1）鋼纖維自動投料裝置由5部分構成：①配料倉;②輸送皮帶;③稱重系統;④卸料斗;⑤控制系統。如圖2所示。

（2）設計思路。本設計考慮鋼纖維的特性，因其細長且不規則、流動性差，每盤使用的重量約為80 kg，稱量較小，為此考慮采用容量為5 m3的料倉，鋼纖維稱量范圍為0～200 kg。因鋼纖維流動性不好，所以料倉出口采用專利設計的內振動式結構，配以合適的振動器，以保證出料順暢。為了滿足不同工藝配方要求，需要稱量的范圍可大可小，按照倉門開度高低可以調節的結構設計。為了稱量準確，采用皮帶機驅動方式，考慮到總量要求，速度宜低速但是能滿足生產率要求，如果有必要時再采取變頻調速，以便實時調控流量，保證準確稱量。稱量完成后，要保證順利落料到斜皮帶機，為此稱斗采用斜體式內加直體式料斗結構，秤斗門采用雙開式結構，讓卸下的鋼纖維落入斜皮帶機中線，防止落點不好導致皮帶跑偏、鋼纖維撒出皮帶外，可以使鋼纖維順利進入斜皮帶機，再進入攪拌主機。在控制方面，為了保證鋼纖維進入攪拌機時比較容易攪拌均勻，要控制好鋼纖維落料的時間點、落料量，最佳的落料時間就是骨料通過斜皮帶機鋼纖維秤斗下時，落料最佳時間是骨料剛好全部通過鋼纖維斗時，且應依據各工藝配方實時調整開度、時間。

（3）電氣控制原理如下頁圖3～5所示。

（4）鋼纖維自動投料裝置的工藝流程如圖6所示。

料倉門的控制是鋼纖維自動投料裝置中的操作關鍵。由于是采用PLC控制，因鋼纖維是針片狀，卸料過程中容易卡料，料倉門開度已經設定，在卸料和稱重過程中，如果卸料不夠，料倉門就會一直補料，導致整個水泥混凝土攪拌站生產一盤鋼纖維混凝土的時間過長，達不到預期效果。因此，必須在料倉底部加設一個破拱器進行輔助卸料，這樣卸料會及時和精準。

3 應用方法與效果

3.1 實際應用

水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置在廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）一分部1#、2#水泥混凝土攪拌站同時進行了應用，這套設備入選廣西路建工程集團有限公司2021年度科技項目計劃，并生產出培森柳江特大橋主墩墩頂及墩底所需的CF50鋼纖維混凝土，箱梁0#塊及合龍段、索塔根部所需的CF60鋼纖維混凝土;已累計生產主墩墩底、箱梁0#塊、索塔根部的鋼纖維混凝土方量約為3 000 m 產值180多萬元，節省人工費用10多萬元。該設備運行正常，鋼纖維混凝土試塊強度保證率達到100%，其他指標也均符合設計要求。該技術的應用在廣西區內尚屬首家，特別是在培森柳江特大橋高性能鋼纖維混凝土生產中的應用取得建設方的好評。

3.2 效果

（1）水泥混凝土拌和站鋼纖維自動投料裝置必將取代傳統的人工投放方式，這是我國建筑業發展的必然趨勢。另外，交通建筑行業對混凝土的要求越來越高，各種外加劑的高性能混凝土應運而生，鋼纖維自動投料裝置不僅能投放鋼纖維，還可以投放其他顆粒狀或者粉狀的外加劑，且在水泥混凝土預拌方面更具應用潛力。

（2）鋼纖維自動投料裝置是一種可拆卸裝置，在需要生產鋼纖維混凝土時啟動該裝置，而生產其他普通混凝土時則可關閉。在生產過程中采取嚴格按照配合比、控制材料質量、加強工序管理等措施，能夠確保其質量符合設計要求。

（3）鋼纖維自動投料裝置適用于大方量鋼纖維混凝土生產，能有效節省人工，縮短生產時間，提高生產效率。

（4）鋼纖維自動投料裝置是一個高效節能的裝置，可以大范圍推廣，應用到對混凝土生產要求較高的重大橋梁及水泥混凝土路面工程。今后將繼續對該裝置進行研究和開發，升級為多功能自動投料裝置。

4 結語

本文從水泥混凝土拌和站骨料倉投放理論入手，學習借鑒國內外相關水泥混凝土拌和站理論及電子計量理論，對水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置進行了系統的分析研究，得出以下結論：

（1）針對鋼纖維自動投料的問題，不再進行以往的人工投放，而是將其升級為一種專門自動投料裝置的運行機構，這樣處理就使得大方量鋼纖維混凝土生產變得標準化和自動化，后期根據實際生產過程中發現的問題，可以再對該裝置進行技術升級和改造，確保該裝置不僅能夠對鋼纖維進行自動投料，還能夠對其他外加劑進行投放;不僅能應用在水泥混凝土方面，還能夠應用在瀝青混凝土方面。

（2）從設計理念方面出發，總結了水泥拌和站廠家的設計理念，分析其可借鑒和不足之處，設計出一個符合市場對生產不同混凝土拌和站要求的裝置，并列舉實例證明其實用性和可操作性。

（3）初步構建鋼纖維自動投料控制系統，設計增加了鋼纖維自動投料裝置，并實踐應用，實現了鋼纖維混凝土自動化生產。同時提出了鋼纖維混凝土生產過程中投放鋼纖維相關事項，對鋼纖維自動投料裝置從設計進入到實際應用進行了初步的探索。

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