混凝土液体外加剂体积计量装置研究

摘  要：随着混凝土性能要求的多元化，在其拌和过程中添加的外加剂种类也越来越多。常规的称重计量方式是通过称重传感器测定其质量，由于称重传感器极易受到来自震动、晃动以及风力等因素的影响，因此其测量结果不稳定。本文通过分析重量计量系统的特点，提出一种体积计量系统，通过实验论证的方法，验证了该方案的可行性，通过对实验结果进行归纳对比可知，震动、晃动以及风力等外部因素对体积计量系统的影响较小，体积计量系统保证了计量精度，可以大大提升混凝土的特性。

关键词：混凝土;外加剂;计量;体积;精度

中图分类号：TU528  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）07-0000-00

1绪论

1.1混凝土外加劑应用现状

针对不同使用情况，可使用不同的外加剂改善混凝土的性能，如速凝剂可使混凝土快速硬化，防冻剂可使混凝土在负温下硬化等，常见的混凝土外加剂以液态居多。

混凝土液体外加剂是由外加剂计量系统来称重的。虽然外加剂掺量比较小，但是可以显著改善混凝土的部分性能，按照国标GB/T10171-2005混凝土搅拌站（楼），其称量精度需在（约定）真实值的±1%或满量程的0.3%以内。

1.2国内外研究现状

常见的液体外加剂通过离心泵输送至计量斗中，经称重传感器称量完后进入水计量斗，与水混合使其在混凝土搅拌过程中分布均匀。

在进行海上石油钻井、岛礁开发、岸线整理等水上工程时需要使用混凝土搅拌船来进行作业。但是由于水上作业时的晃动、风力等因素对称重传感器的信号影响较大，导致外加剂计量系统易产生较大误差，从而影响工程质量。

1.3本文的研究内容及意义

本文提出了外加剂称重式计量系统的不足，探讨了体积计量的优势及可行性，提出外加剂体积计量的技术方案，并进行了三种条件下的质量称重式计量与体积计量的横向对比实验，通过结果对比，直观体现了本文提出的体积计量的优势。

本文提出的体积式计量方法提升了混凝土外加剂的计量精准度，有助于生产出高质量，高标准的混凝土，提高了工程的可靠性。

2体积计量式外加剂计量系统方案设计

目前市面上使用称重式传感器进行外加剂计量的仍然占据大多数，称重式传感器是以受力产生的微小应变量来反推其受力大小，外界存在许多能干扰应变片应变量的影响因素，如震动、风力等。基于此，本文针对此问题，提出使用体积式计量的方法，来代替称重传感器式计量。

2.1功能分析、技术指标

按照《混凝土搅拌站（楼）GB/T 10171-2005》标准要求，周期式搅拌站（楼）外加剂的计量精度必须控制在（约定）真值的±1%或满量程的0.3%以内，本文提出的体积式外加剂计量方法依照此标准进行试验方案设计，确保精度在（约定）真值的±1%以内。

本课题所提出的外加剂体积计量系统不仅可以用于浓缩外加剂，还可以用于普通外加剂的计量，为了适用不同型号的搅拌设备（40m³/h～150 m³/h），本课题设定外加剂体积计量系统的的量程为：1L～6L。

根据混凝土搅拌站的实际工作时序，以JS3000为例，搅拌主机每生产一罐混凝土所耗费的时间为72s，因此将液体外加剂最大计量时间设定为40s来进行试验。

2.2体积计量式的新型外加剂计量方案设计

依据前文所述，本文通过功能分析设计出一种容积可变且可实时检测的计量斗。区别于传统称重式计量方式，外加剂体积式计量系统采用容积可变且可实时监测的计量斗，其余各装置与传统外加剂计量系统并无过大区别，这表明设备改造简单，可达到节省成本的目的。外加剂体积式计量系统如图1所示。

为改变计量斗容积，在计量斗的桶内上部加装一个可以随电机驱动的活塞体，活塞体随丝杠的正反转而上下移动，丝杠由伺服电机所驱动。如图2所示。

3体积式外加剂计量系统的实验开展

（1） 为测试本文提出的体积式外加剂计量的可靠性，实验部分采用横向对比的方法，通过施加震动、晃动等外界因素模拟搅拌船工况，分别测试传统称重计量式、体积计量式的计量结果，并对结果进行分析对比。本实验使用振动台模拟实际混凝土搅拌船工作时的振动效果，在振动平台上安装多方向的震动电机，并通过变频的方式来调整电机的震动频率。振动平台如图3所示。

3.1传统称重计量系统实地测试

（1）测试目的：采用传统称重式外加剂计量的方法通过泵送进行反复计量得到设定值为1kg至6kg的计量结果。

（2）测试方法：分别设定计量值在为1～6kg，设定值从1kg开始，每组计量10次，记录数据，计算每次的计量误差，取平均误差记录;而后设定值每组增加1kg，进行10次计量，记录平均误差。

由实验结果可知，传统称重式传感器计量的方法在施加外界晃动、震动情况下的精准度极低，因混凝土搅拌船所受到的外部因素较大，无论是风力还是水波都会影响其计量结果，设定计量值在6kg时，实际计量结果误差就已达到4.2%，远超国标的±1%要求，在设定计量值为1kg时误差更是达到了几近30%。如图4所示。

3.2储料罐内较高液位计量实地测试

（1）测试目的：采用称重式传感器计量的方法，在储料罐内较低液位的条件下，通过泵送进行反复计量得到设定值为1kg至6kg的计量结果。

（2）测试方法：分别设定计量值在为1～6kg，设定值从1kg开始，每组计量10次，记录数据，计算每次的计量误差，取平均误差记录;而后设定值每组增加1kg，进行10次计量，记录平均误差。

由实验结果可知，当储料罐内液位较高时，其计量规律与液位较低时几乎一致，都是当设定值越高，其误差越小，在设定计量值为1kg时，误差最大，达到8%左右，设定计量值为6kg与5kg时，误差达到要求，仅为0.84%与%1，如下图5所示：

3.3混凝土搅拌船外加剂计量系统实地测试

（1）测试目的：采用传统混凝土搅拌船称重式外加剂计量的方法通过泵送进行反复计量得到设定值为1kg至6kg的计量结果。

（2）测试方法：分别设定计量值在为1～6kg，设定值从1kg开始，每组计量10次，记录数据，计算每次的计量误差，取平均误差记录;而后设定值每组增加1kg，进行10次计量，记录平均误差。

由实验结果可知，传统称重式传感器计量的方法在混凝土搅拌船上的精准度极低，因混凝土搅拌船所受到的外部因素较大，无论是风力还是水波都会影响其计量结果，设定计量值在6kg时，实际计量结果误差就已达到4.2%，远超国标的±1%要求，在设定计量值为1kg时误差更是达到了幾近30%。如图6所示。

3.4 体积式计量实验研究

（1）实验目的：在外部因素的严重影响下，验证本文提出的新型体积式计量的计量结果，评定其误差是否达到标准要求。

（2）实验方法：因普通外加剂与水的密度几近，为简化实验及避免材料浪费，可用水进行替代实验评定、检查其结果误差，设定容积可变式计量斗的设定体积为1L，进行10次计量，记录结果并计算平均误差。

（3）实验步骤：

1）将容积可变式计量斗放置在振动台上，通过伺服电机控制丝杠运动使容积调节为1L，启动振动台，对计量斗施加无序随机振动干扰。进行10次实验，记录每组计量结果，计算平均误差。

2）分别将容积可变式计量斗的容积分别增至2L、3L、4L、5L、6L、8L、9L、10L，如步骤1进行实验，记录结果并计算平均误差。

通过观察数据可知，采用体积式计量，即使在外界影响因素（振动）较为严重的情况下，虽然其误差变化规律与传统式称重传感器计量无过大差别，但其计量结果在最小设定容积时仍未超过国家标准要求的±1%，在设定计量值1L时其计量误差为±0.8%，在设定计量值10L时其计量误差只有±0.13%。

汇总以上两组实验结果，并进行统计比较，如图7所示。

4 结论

在本文中，对传统称重传感器式计量方式与体积式外加剂计量方式进行了实验测试，并对得到的数据进行分析对比，通过对比得出：

（1）传统称重传感器式计量在外部振动影响较大时，不能满足精度要求。

（2）体积式外加剂计量的结构较传统称重式传感器计量并无过大改动，但是其计量结果在外部振动影响较大时精准度较高，仍满足误差要求。

（3）本文论证了体积式外加剂计量的可行性，并给出了体积计量的实施方法，通过实验的方式证明了体积式计量的高精准度。

收稿日期：2020-06-08

作者简介：于志家（1984—），男，山东济宁人，工程硕士，工程师，研究方向：混凝土机械研发。

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