水泥混凝土搅拌站钢纤维自动投料装置的设计与应用研究

陈剑辉

【摘要：】钢纤维混凝土显著改善了普通混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能而被广泛使用。但在钢纤维混凝土大方量生产过程中，还未实现钢纤维的自动投料生产，存在产能低效、计量粗略、浪费人力的现象。文章结合工程实例，以简单易用易制作为前提，通过机械和电器控制装置研制了钢纤维自动投料装置，并介绍了该钢纤维自动投料装置的组件设计、技术原理、操作工艺流程与应用实践情况，为类似钢纤维混凝土生产线建设提供参考。

【关键词：】钢纤维混凝土;自动投料;设计;应用

U445.3A391304

0 引言

在交通强国建设的背景下，各地方政府大力推进基础设施建设。各种新型建筑材料应用越来越广泛，而以往的普通混凝土已不能满足特大跨径等重大桥梁工程的建设需要，钢纤维混凝土需求日趋旺盛。在现有的钢纤维混凝土生产领域中，还没有一种简单有效的投料方法可以实现对钢纤维进行自动投料，即如何在混凝土搅拌过程中自动添加钢纤维的问题。目前预拌钢纤维混凝土大方量生产中采取钢纤维自动投料方面的研究应用极少。

1 研究背景

培森柳江特大桥是广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）的重点控制性工程，主桥为整幅布置的（145+280+145）m预应力混凝土部分斜拉桥，桥面宽29 m。该桥在主墩墩顶及墩底采用CF50钢纤维混凝土，箱梁0#块及合龙段、索塔根部采用CF60钢纤维混凝土。全桥钢纤维混凝土总方量约为6 000 m3。目前，现有混凝土拌和站还没有钢纤维混凝土批量供应能力。为更好地服务特大桥项目建设，亟须充分保障钢纤维混凝土的正常供应。因此，有必要研发一种适用于钢纤维混凝土生产的水泥混凝土搅拌站钢纤维自动投料装置，进行钢纤维混凝土批量生产供应。

2 技术原理

钢纤维自动投料装置是以现有的HZS-120水泥混凝土搅拌站为主体，通过增设改造部分结构和电气化系统，从而形成全自动钢纤维混凝土生产的一种装置，各结构在自动控制系统下通过信号控制进行混凝土的生产。其总装图如图1所示。

钢纤维自动投料装置仅作为钢纤维混凝土生产的一部分结构，不需要进行钢纤维混凝土生产时可以关闭，不影响其他标号的混凝土生产，具有可控制性和选择性。该钢纤维自动投料装置，设计的生产能力为80 m3/h。

（1）钢纤维自动投料装置由5部分构成：①配料仓;②输送皮带;③称重系统;④卸料斗;⑤控制系统。如图2所示。

（2）设计思路。本设计考虑钢纤维的特性，因其细长且不规则、流动性差，每盘使用的重量约为80 kg，称量较小，为此考虑采用容量为5 m3的料仓，钢纤维称量范围为0～200 kg。因钢纤维流动性不好，所以料仓出口采用专利设计的内振动式结构，配以合适的振动器，以保证出料顺畅。为了满足不同工艺配方要求，需要称量的范围可大可小，按照仓门开度高低可以调节的结构设计。为了称量准确，采用皮带机驱动方式，考虑到总量要求，速度宜低速但是能满足生产率要求，如果有必要时再采取变频调速，以便实时调控流量，保证准确称量。称量完成后，要保证顺利落料到斜皮带机，为此称斗采用斜体式内加直体式料斗结构，秤斗门采用双开式结构，让卸下的钢纤维落入斜皮带机中线，防止落点不好导致皮带跑偏、钢纤维撒出皮带外，可以使钢纤维顺利进入斜皮带机，再进入搅拌主机。在控制方面，为了保证钢纤维进入搅拌机时比较容易搅拌均匀，要控制好钢纤维落料的时间点、落料量，最佳的落料时间就是骨料通过斜皮带机钢纤维秤斗下时，落料最佳时间是骨料刚好全部通过钢纤维斗时，且应依据各工艺配方实时调整开度、时间。

（3）电气控制原理如下页图3～5所示。

（4）钢纤维自动投料装置的工艺流程如图6所示。

料仓门的控制是钢纤维自动投料装置中的操作关键。由于是采用PLC控制，因钢纤维是针片状，卸料过程中容易卡料，料仓门开度已经设定，在卸料和称重过程中，如果卸料不够，料仓门就会一直补料，导致整个水泥混凝土搅拌站生产一盘钢纤维混凝土的时间过长，达不到预期效果。因此，必须在料仓底部加设一个破拱器进行辅助卸料，这样卸料会及时和精准。

3 应用方法与效果

3.1 实际应用

水泥混凝土搅拌站钢纤维自动投料装置在广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）一分部1#、2#水泥混凝土搅拌站同时进行了应用，这套设备入选广西路建工程集团有限公司2021年度科技项目计划，并生产出培森柳江特大桥主墩墩顶及墩底所需的CF50钢纤维混凝土，箱梁0#块及合龙段、索塔根部所需的CF60钢纤维混凝土;已累计生产主墩墩底、箱梁0#块、索塔根部的钢纤维混凝土方量约为3 000 m 产值180多万元，节省人工费用10多万元。该设备运行正常，钢纤维混凝土试块强度保证率达到100%，其他指标也均符合设计要求。该技术的应用在广西区内尚属首家，特别是在培森柳江特大桥高性能钢纤维混凝土生产中的应用取得建设方的好评。

3.2 效果

（1）水泥混凝土拌和站钢纤维自动投料装置必将取代传统的人工投放方式，这是我国建筑业发展的必然趋势。另外，交通建筑行业对混凝土的要求越来越高，各种外加剂的高性能混凝土应运而生，钢纤维自动投料装置不仅能投放钢纤维，还可以投放其他颗粒状或者粉状的外加剂，且在水泥混凝土预拌方面更具应用潜力。

（2）钢纤维自动投料装置是一种可拆卸装置，在需要生产钢纤维混凝土时启动该装置，而生产其他普通混凝土时则可关闭。在生产过程中采取严格按照配合比、控制材料质量、加强工序管理等措施，能够确保其质量符合设计要求。

（3）钢纤维自动投料装置适用于大方量钢纤维混凝土生产，能有效节省人工，缩短生产时间，提高生产效率。

（4）钢纤维自动投料装置是一个高效节能的装置，可以大范围推广，应用到对混凝土生产要求较高的重大桥梁及水泥混凝土路面工程。今后将继续对该装置进行研究和开发，升级为多功能自动投料装置。

4 结语

本文从水泥混凝土拌和站骨料仓投放理论入手，学习借鉴国内外相关水泥混凝土拌和站理论及电子计量理论，对水泥混凝土搅拌站钢纤维自动投料装置进行了系统的分析研究，得出以下结论：

（1）针对钢纤维自动投料的问题，不再进行以往的人工投放，而是将其升级为一种专门自动投料装置的运行机构，这样处理就使得大方量钢纤维混凝土生产变得标准化和自动化，后期根据实际生产过程中发现的问题，可以再对该装置进行技术升级和改造，确保该装置不仅能够对钢纤维进行自动投料，还能够对其他外加剂进行投放;不仅能应用在水泥混凝土方面，还能够应用在沥青混凝土方面。

（2）从设计理念方面出发，总结了水泥拌和站厂家的设计理念，分析其可借鉴和不足之处，设计出一个符合市场对生产不同混凝土拌和站要求的装置，并列举实例证明其实用性和可操作性。

（3）初步构建钢纤维自动投料控制系统，设计增加了钢纤维自动投料装置，并实践应用，实现了钢纤维混凝土自动化生产。同时提出了钢纤维混凝土生产过程中投放钢纤维相关事项，对钢纤维自动投料装置从设计进入到实际应用进行了初步的探索。

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