混凝土搅拌站在中小型水利水电工程中的应用

[摘　要]  介绍国产混凝土搅拌站在中小型水利水电工程中的应用和选型方面的问题, 提出了国产混凝土搅拌站在中小型水利水电工程中的发展方向。

[关键词]  混凝土搅拌站; 水利水电工程; 应用; 选型

1 　前言　

    中小型水利水电工程具有工期短、砼总量不大、砼高峰时段月浇筑强度不高、设备要便于拆装转移以及对砼质量、入仓速度和连续性要求较高等特点, 这就对砼搅拌设备提出了较高的要求。

    90年代前中小型水利水电工程砼的搅拌大致分为两类。一类是采用砼搅拌楼, 砼质量和浇筑强度得到了相应的保证, 但由于其投资较大、拆移时间长、费用高、安装拆移需采用大型起吊设备、运输不便等而加大了砼的成本。一类多为各施工企业用几台搅拌机配以附属设备组成的现场搅拌站, 生产率低、砼质量不稳定、粉尘污染严重、不能生产高性能砼等, 仅靠增加水泥用量和人工消耗来保证砼的质量和浇筑强度, 因而也加大了砼的成本。当时国内虽有部分厂家已生产出多种型号的砼搅拌站, 可因其技术落后、可靠性差、生产率低, 难以在中小型水利水电工程中推广应用。

    近十年来高速发展的城市建筑业使商品砼在全国大中城市得到了迅速发展和推广应用, 砼搅拌站也得到了高速发展, 其中部分产品具有可靠性高、自动化程度高、生产能力高、称量精度高、投资少、搅拌质量好, 能实现多仓号、多配合比、不间断地连续生产等特点,为砼搅拌站在中小型水利水电工程中的推广应用创造了条件。

2 　砼搅拌站的选型

    目前国内砼搅拌站生产企业众多, 产品已形成系列化, 但技术水平参差不齐, 只有部分产品接近国际先进水平, 其中部分技术已经超过某些进口砼搅拌站的水平。如三峡工程1 台德国1997年生产的H2砼搅拌站, 其水的计量采用脉冲计量表、砂石骨料秤为杠杆电子秤(累计计量) 、外加剂采用容积式计量、控制系统采用PLC主机、砂石骨料二次提升为称量斗提升、控制室的布置不易观察称量和卸料; 而当时国产的部分砼搅拌站已不再采用流量计、脉冲计量表、容量计和杠杆电子秤, 而是采用电子三点悬挂式质量法计量(称量斗加传感器) , 控制系统采用先进的PC 总线工控机来进行控制和管理。

    先进砼搅拌站的作用在于确保砼工程施工质量、提高经济效益, 因此砼搅拌站是砼工程施工的关键设备, 主要体现在砼的生产质量、设备的自动化程度、可靠性和稳定性方面。选型时应根据工程的砼总量、高峰时段砼用量、砼级配、粗骨料最大粒径等实际情况和砼搅拌站的先进性来进行选择。

    国产砼搅拌站的理论生产率一般为25～9120m³/h, 实际生产率受多种因素的影响, 如进料方式(砂石骨料一次提升、二次提升方式) 、出料方式、输送砼设备的运行状况等, 实际生产率应为15～18倍的理论生产率, 用户应根据砼工程的实际情况及经验值来确定实际生产率。

    砼搅拌站主要由供料、称量、输送、搅拌和控制等系统组成, 其各自特点及选型主要事项分述如下。

2．1 　供料系统

2．1．1 　骨料供料方式　

    砂石骨料的供料方式有链斗式输送机、拉铲、自卸车、皮带机和装载机等多种, 可根据砼工程的砼总量、砼高峰时段月浇筑强度及现场地形等实际情况来选择供料方式。

    1) 链斗式输送机和拉铲　供料速度慢、供料量小、可靠性低、对场地要求较高、运输周期长、噪声大, 近年来国产砼搅拌站已不采用。

    2) 皮带机　供料速度快、供料量大且可调节、可靠性高, 建议砼工程高峰段月用量高于17万m³时采用此方式。

    3) 装载机　机动灵活、供料量有限, 可用于高峰时段砼月用量低于017万m³的砼工程。

2．1．2 　粉料供料方式

    粉料入仓一般采用气力输送, 有3 种输送方式: 用压缩空气从散装罐车直接将粉料输入粉料仓内; 用气混式粉料输送泵将袋装粉料边拆包边输入; 用压缩空气从卧式供料器(先倒入袋装粉料)将粉料输入粉料仓内。

    粉料一般用筒仓来贮存, 筒仓容量由砼浇筑高峰月的粉料日平均需用量及必要贮备天数来确定。

    若砼工程采用几种不同标号的水泥和不同等级的粉煤灰, 应配置相应数量和容量的水泥罐及粉煤灰罐, 且筒仓内应设置料位显示器, 便于控制粉料的入仓。仓顶应设有收尘器, 以减少对环境的污染。

    为了粉料能顺利流出, 确保称量时间, 必须采用破拱装置。破拱装置一般有机械破拱和气动破拱两种, 应优先选用机械破拱装置, 因气动破拱时压缩空气中无法除尽的水分会进入筒仓内而形成粉料结块。

2．2 　称量系统

    称量分为单独称量和累计称量, 为提高砼搅拌站的生产效率和物料的计量精度应采用单独称量系统。优先选用电子三点悬挂式质量法计量, 其称量精度高于其它方式的称量。

    物料在称量过程中存在着影响计量精度的3 个因素, 即时间差、给料口与秤斗间的空间的物料量和物料的物理特性。为了保证计量精度, 砼搅拌站的控制系统必须具有落差自动补偿功能。在实际操作中应根据砼搅拌站现场调试、运行试验和经验值等来确定各种物料的落差值, 并输入计算机, 得到落差自动补偿。此外, 传感器的吊挂连接应采用90°角的球铰, 使之多方位转动以保证计量精度。

    1) 骨料称量　一般采用皮带秤、称量斗来进行砂石骨料的称量, 皮带秤为累计称量, 称量斗为单独称量或累计称量。砂石骨料的称量应不少于4种骨料, 其称量精度要求≤±2 %。骨料仓的下漏料口应设有防卡装置, 以防止骨料卡门而影响计量的准确性。

    2) 粉料称量　一般采用称量斗来进行, 当有多种粉料时采用累计称量或单独称量。粉料称量应不少于3 种粉料, 其称量精度要求≤±1%。

    3) 水称量　有质量式、涡轮流量计、脉冲计量表等方式, 其中质量式的称量精度高于其它称量方式, 水的称量精度要求≤±1%。

    4) 外加剂称量　有容积式、质量式、脉冲计量表等方式, 质量式的称量精度高于其它称量方式, 当有多种外加剂时采用累计称量或单独称量。外加剂(液剂) 称量应不少于2 种, 称量精度要求≤±1%。

2．3 　输送系统

    1) 骨料输送　一般采用料斗、称量斗和大倾角皮带机来进行砂石骨料的输送(二次提升) , 其中大倾角皮带机优于其它方式, 具有可靠性高、输送速度快、输送量大、维护保养简单等特点。

    2) 粉料输送　一般采用螺旋输送机把粉料从筒仓内输送至称量斗进行称量后直接卸入搅拌机内, 特点是输送速度快、送料均匀、卸料干净。

    3) 水、外加剂输送　液态外加剂一般采用泵送的方式, 方便可靠。

2．4 　搅拌系统

    搅拌系统主要由搅拌主机组成, 选择搅拌主机时应根据砼的标号、强度、级配、坍落度和骨料最大粒径等因素来确定。目前砼搅拌站多采用强制式搅拌机, 其性能及特点见表1 。

2．5 　控制系统

    控制系统的先进与否决定着砼质量、搅拌站的生产管理水平及生产率等。目前国产砼搅拌站配置的控制系统有单片机、PLC 主机、PC 总线工控机等几种。

    1) 单片机控制系统　称量误差偏大、使用方便、价格低、运行稳定、无动态显示画面、数字显示、组成灵活、功能少、无统计报表功能、校秤较复杂, 有计算机控制的部分功能。

    2) PLC 主机控制系统　称量精度高、运行稳定、PLC 编程简单、调试周期短、适应环境变化范围大、功能强、动态显示画面呆板, 有落差自动补偿、自动校秤、故障自诊断、故障报警、统计报表和物料管理等功能, 操作不直观。

    3) PC 总线工控机控制系统　称量精度高、动态显示画面丰富、快速自动校秤、功能齐全、运行稳定、可靠性高、故障率低、人机对话功能强、动态控制精度高、响应速度快、易于扩展升级、运算速度快、操作简单、维护方便、能在恶劣环境下工作、直接对砼搅拌站进行全面的计算机控制, 抗震、防尘、防湿和抗干扰能力强, 操作系统软件平台为Windows。

    建议优先选用PC 总线工控机控制系统, 它是目前最成熟、最先进的控制系统,此计算机具有小型化、标准化、模块化及组合化结构, 其硬件与个人及商用计算机兼容、软件与Win2dows 兼容, 使用起来更加方便。该控制系统由PC 总线工控机、通讯接口卡、I/ O 数据采集卡、多功能串口卡、数字称量仪表( 自动称量仪) 、彩色显示器、打印机、键盘、鼠标、控制操作台和传感器等外部设备等组成, 并具有以下功能: ①有全自动和手动两种操作方式, 且能任意切换; ②准确快速自动校秤、自动补偿称量落差和物料的粗精称量; ③按照工艺配方要求实现骨料、粉料、水和外加剂的自动连续准确称量、输送、搅拌和卸料等工序的连锁控制; ④动态模拟显示各设备运行状况、工艺参数及被称物料的设定值、实际料重和误差值等数据; ⑤各种故障的自诊断、检测、判别、报警、自动保护及中断处理; ⑥适时参数记录、数据统计、配方管理、用户管理和物料管理; ⑦贮存多种砼配合比和随机输入砼配合比, 可在线设定和修改配料时序、搅拌时间、落差值等工艺参数; ⑧配置骨料含水率测定仪可自动测定骨料含水率并进行骨料和水的用量补偿, 以保证砼的质量; ⑨能在线随机查阅、打印每次、班、日、月、年的生产记录和报表, 方便用户对数据进行统计分析。

3 　在水利水电工程中的实际应用

    福建省贡川水电站砼总量约17 万m³ , 高峰时段月浇筑量为111 万m³ , 工程工期1998～2001年, 三级配砼(大石粒径40～80mm、中石粒径20～40mm、小石粒径5～20mm) 约占砼总量的90 % , 二级配砼(中石粒径20～40mm、小石粒径5 ～ 20mm) 约占10 %。该站选用1台国产HZX60A 砼搅拌站, 其主机为J X1000 立轴行星强制式搅拌机、控制系统为PC总线工控机、采用串列式砂石骨料仓、骨料一次提升采用带卸料小车皮带机、二次提升为大倾角皮带机、称量方式为电子三点悬挂式质量法计量(称量斗加传感器) 。此砼搅拌站顺利地完成了本工程砼的生产任务, 取得了较好的经济效益。

    国产砼搅拌站在其它己竣工的部分中小型水利水电工程中的成功应用见表2 。

表2 　国产砼搅拌站在中小型水利水电工程中的成功应用

注: 以上各工程中砼搅拌站搅拌主机均为1 台

4 　几点建议

    国产砼搅拌站是基于商品砼而发展起来的, 因城市商品砼与水利水电工程砼粗骨料粒径大、坍落度小等, 存在差异, 使其在水利水电工程中的应用存在局部不适应的问题。可喜的是国内已有个别生产厂已研制出适合水利水电工程的砼搅拌站, 若研制中也考虑砼温控问题那将使国产砼搅拌站在中小型水利水电工程中具有更大的适应性。随着在中小型水利水电工程中的广泛应用, 砼搅拌站将向着多样化、单机大容量、适应性强、高生产能力、高性能、高可靠性、高自动化、能搅拌粗骨料、计算机控制系统更先进的方向发展。砼搅拌站选型时还应注意: ①水利水电工程一般远离城市、交通不便、环境恶劣, 而砼是连续性生产, 因此砼搅拌站的可靠性尤其重要; ②生产厂应提供优质的售后服务, 包括指导安装调试、配件供应、运行中有关问题的及时处理等; ③机械、控制系统的维护、保养和检修必须简单、方便、直观, 应大量采用模块式结构, 选用炙量好的名牌电气元件、气路元件等配件, 如选用带阀气缸能保证物料的计量精度和各动作的可靠性; ④控制室应独立安装以减小振动, 提高电气元件的稳定性和寿命, 其安装和结构形式应便于观察砼运输设备的运行情况; ⑤进行搅拌机的耐磨衬板———聚氨酯替代耐磨金属技术的研究; ⑥进一步完善除尘系统, 特别是搅拌机上一定要设有除尘器, 减小投放物料时搅拌机机腔内的气体压力, 加快物料投放速度, 减小对环境的污染。