高速铁路轨道板混凝土搅拌站自动控制系统研究

文章编号：2095-6835（2016）07-0097-02

摘 要：对混凝土搅拌站的控制系统进行了系统的研究，得出了微波信号与含水量的关系、电机的使用电流与混凝土坍落度的关系，并阐述了冬季混凝土施工的温度自动控制要点，从而保证了新拌混凝土的性能。

关键词：混凝土；温度控制；搅拌站；含水率

中图分类号：TU642 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.097

1 概述

对于水泥混凝土搅拌站常规的混凝土性能检测方法而言，一般只能给出混凝土搅拌性能的检测结果，无法在搅拌过程中控制混凝土的质量，这导致混凝土产品无法满足施工技术指标。为了能超前控制混凝土的搅拌质量，我们在高速铁路长清制板场水泥混凝土搅拌站对HZS180搅拌站自动控制系统进行了技术分析，建立了搅拌机内拌和物含水率检测、坍落度自动检测、温度检测三大系统，实现了对混凝土原材料温度、出机口温度、坍落度、含水率等各项指标的自动检测和过程控制，实现了标准化、信息化和自动化施工，大大提高了混凝土产品的生产效率和质量，具有较高的推广价值。

2 混凝土搅拌站自动控制系统

2.1 混凝土含水率自动检测和控制

利用微波原理检测成品料仓砂的含水率时，工控机可根据测量结果结合试验室给出的配合比计算并自动实施“减水加砂”程序。同理，测量混凝土搅拌机内混凝土的含水率时，可根据配合比的要求控制加水量。在实际生产中，计算机可根据设定值预先扣除一部分用水量，在搅拌一定时间后（混凝土已搅拌均匀）进行实时混凝土的含水率检测；与采用混凝土配合比计算的含水率对比，判断是否进行自动加水和计算加水量，从而确保加水精度，保证水胶比的

准确性。混凝土含水率与微波信号的关系如图1所示。

混凝土（砂）的含水率越大，则微波信号就越弱，利用该规律可检测到不同强度微波信号对应的混凝土（砂）含水率，从而可实现实时检测、实时调整，将整个混凝土生产过程数据化，保证混凝土用水量的稳定性。

2.2 混凝土坍落度自动检测和控制

混凝土坍落度测量主要是对搅拌机电流变化曲线的研究，并将其转化为坍落度变化曲线，从而得出最佳的混凝土放料时间和混凝土坍落度数据，使搅拌站的操作者和试验室的研究人员更好地把握和控制混凝土的坍落度。

在确定了碎石级配、混凝土配合比和一次搅拌方量的前提下，搅拌机电流与混凝土坍落度的关系如图2所示。

在图2中，A为搅拌机空载时的电流，B为投料完成时搅拌机的电流，C为搅拌机电流的峰值，D为混凝土坍落度性能最佳时间点（搅拌机放料时间），E为混凝土搅拌离析时的电流。搅拌机空载时，电机旋转阻力较小，待电机空载运行平稳后，电流值为A；随着原材料投入搅拌机，电机负荷逐步增大，电机电流逐渐增大，到B点时，投料完成，但各种原材料未搅拌均匀，电流继续增大，直至C点；随着混凝土的搅拌越来越均匀，搅拌机受到的阻力逐渐减小，直至混凝土最佳放料时间D点（混凝土坍落度性能最佳）；混凝土不断被搅拌，进而产生离析（E点）。

通过检测不同搅拌方量混凝土的含水率，在下次生产相同的混凝土时，计算机可自动调用已存储的曲线图像，并对比正在生产的混凝土曲线与存储曲线。当正在生产的混凝土坍落度超过设定范围时，计算机会自动发出报警信号，告知操作人员或试验室的工作人员及时调整或处理，从而达到自动检测和控制混凝土坍落度的目的。混凝土坍落度控制曲线如图3所示。

在图3中，曲线1与曲线2之间的区域为混凝土坍落度的允许范围，曲线3为正在生产混凝土的搅拌机的电流曲线。当曲线3超出曲线1和曲线2之间的区域时，报警器将报警，警告操作人员、试验人员混凝土坍落度已超标。此时，试验人员应及时调整或处理，从而达到自动控制混凝土坍落度的目的。

2.3 冬季施工搅拌站温度自动检测和控制

2.3.1 热工计算原理

全面检测混凝土原材料的温度，主要包括对骨料（砂、碎石）、粉料（水泥、掺合料）液料（水、外加剂）等的温度的实时测量，并在计算机显示器上显示，通过热工计算可得出混凝土出机口的温度。如果混凝土的温度未满足现场施工的要求，则可在设计允许范围内调整水温（调整冷水与热水的比例），直至混凝土理论热工计算结果满足施工现场的要求。

搅拌站温度监控由12个原材料温度传感器、温度巡测仪、转换器等硬件组成。温度巡测仪通过温度传感器检测各种原材料的温度并巡回显示，计算机通过转换器与温度巡测仪通讯，从而获取各种原材料的温度，并显示在生产控制画面上；根据生产配合比、各种原材料的温度进行热工计算，将算出的混凝土温度显示在生产控制画面上。值得注意的是，应在生产控制画面上输入混凝土的温度范围。计算机根据生产配合比、各种原材料的温度计算加水温度，并显示在生产控制画面上。在生产中，计算机会根据检测到的冷水和热水的温度自动选择加入冷水或热水，从而满足混凝土的温度要求。

2.3.2 Ⅱ型轨道板C55混凝土热工控制

Ⅱ型轨道板C55混凝土热工控制具体分为以下5个方面：①在冬季施工时，要求拌和用水的水温不高于80 ℃。可将蓄水池分隔为3段，并使用连通器连通。其中，前端作为水加热区，用蒸汽直接加热蓄水池中靠前端的水，中段作为冷、热水的过渡区，后端作为冷水补给区。搅拌用水加热水温可达到60 ℃，可满足施工技术要求。搅拌站蓄水池为地下式，水池采取了保温措施，即用砖砌了保护层，顶盖部分用5 cm厚的保温板材料覆盖。②砂石料场保温棚采用彩钢板隔热材料制成，棚内设置有供暖设施，可保证砂石均匀加热，且温度可调，从而满足保温棚内温度为5 ℃的要求。蒸汽管道可弥补保温棚内损失的热量，使骨料温度保持在5 ℃以上。③水泥、外加剂、混凝土在水泥罐和矿渣粉罐内储存，经测量，其温度均高于2 ℃。按照2 ℃计算。外加剂的温度应在20～25 ℃之间。④搅拌楼内的保温性较好，可避免在搅拌过程中损失过多的热量，且增加了供暖装置，以弥补损失的热量。在搅拌过程中，延长了50%的拌和时间，使水中的热量充分进入砂石骨料中，从而使搅拌物的温度均匀。⑤搅拌楼出机口的温度为16.4 ℃，可满足混凝土出机温度必须高于15 ℃的施工要求。搅拌后各种材料的热量计算结果如表1所示。

表1中，砂子、碎石的质量是扣除游离水后的净重，W为需加热的材料的质量，c为需加热的材料的比热，T1为需要加热的材料的温度，T1Wc为材料加热到要求温度所需的热量。

3 结论

利用微波原理检测骨料的含水率，可确保加水量的精准度，从而保证水胶比的准确性。这样可最大限度地避免试验滞后现象的出现，从而提高混凝土的质量。常规的检测方法只是在混凝土搅拌完成后，在混凝土运输至浇筑现场时，由试验人员在浇筑现场进行人工取样，并通过试验得出混凝土的坍落度。如果混凝土的坍落度无法满足生产要求，则施工单位会放弃使用此种混凝土，进而造成经济损失。而采用高速铁路轨道板混凝土搅拌站自动控制系统可在混凝土未出机前判断混凝土的坍落度，并作出适当的调整，从而确保混凝土产品的质量。该系统能精准地控制混凝土的温度，形成温度曲线，从而为混凝土的温度和强度分析提供可靠数据；依靠自动控制可实现实时控制和掌握混凝土的产出状态，从而确保混凝土产品在生产过程中的温度符合相关技术标准。

参考文献

[1]弗朗索瓦·德拉拉尔.混凝土混合料的配合[M].北京：化学工业出版社，2004.

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作者简介：申立刚（1965—），男，高级工程师。

〔编辑：张思楠〕