混凝土攪拌站在中小型水利水電工程中的應(yīng)用

[摘　要]  介紹國產(chǎn)混凝土攪拌站在中小型水利水電工程中的應(yīng)用和選型方面的問題, 提出了國產(chǎn)混凝土攪拌站在中小型水利水電工程中的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]  混凝土攪拌站; 水利水電工程; 應(yīng)用; 選型

1 　前言　

    中小型水利水電工程具有工期短、砼總量不大、砼高峰時段月澆筑強(qiáng)度不高、設(shè)備要便于拆裝轉(zhuǎn)移以及對砼質(zhì)量、入倉速度和連續(xù)性要求較高等特點, 這就對砼攪拌設(shè)備提出了較高的要求。

    90年代前中小型水利水電工程砼的攪拌大致分為兩類。一類是采用砼攪拌樓, 砼質(zhì)量和澆筑強(qiáng)度得到了相應(yīng)的保證, 但由于其投資較大、拆移時間長、費用高、安裝拆移需采用大型起吊設(shè)備、運輸不便等而加大了砼的成本。一類多為各施工企業(yè)用幾臺攪拌機(jī)配以附屬設(shè)備組成的現(xiàn)場攪拌站, 生產(chǎn)率低、砼質(zhì)量不穩(wěn)定、粉塵污染嚴(yán)重、不能生產(chǎn)高性能砼等, 僅靠增加水泥用量和人工消耗來保證砼的質(zhì)量和澆筑強(qiáng)度, 因而也加大了砼的成本。當(dāng)時國內(nèi)雖有部分廠家已生產(chǎn)出多種型號的砼攪拌站, 可因其技術(shù)落后、可靠性差、生產(chǎn)率低, 難以在中小型水利水電工程中推廣應(yīng)用。

    近十年來高速發(fā)展的城市建筑業(yè)使商品砼在全國大中城市得到了迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用, 砼攪拌站也得到了高速發(fā)展, 其中部分產(chǎn)品具有可靠性高、自動化程度高、生產(chǎn)能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質(zhì)量好, 能實現(xiàn)多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產(chǎn)等特點,為砼攪拌站在中小型水利水電工程中的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

2 　砼攪拌站的選型

    目前國內(nèi)砼攪拌站生產(chǎn)企業(yè)眾多, 產(chǎn)品已形成系列化, 但技術(shù)水平參差不齊, 只有部分產(chǎn)品接近國際先進(jìn)水平, 其中部分技術(shù)已經(jīng)超過某些進(jìn)口砼攪拌站的水平。如三峽工程1 臺德國1997年生產(chǎn)的H2砼攪拌站, 其水的計量采用脈沖計量表、砂石骨料秤為杠桿電子秤(累計計量) 、外加劑采用容積式計量、控制系統(tǒng)采用PLC主機(jī)、砂石骨料二次提升為稱量斗提升、控制室的布置不易觀察稱量和卸料; 而當(dāng)時國產(chǎn)的部分砼攪拌站已不再采用流量計、脈沖計量表、容量計和杠桿電子秤, 而是采用電子三點懸掛式質(zhì)量法計量(稱量斗加傳感器) , 控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的PC 總線工控機(jī)來進(jìn)行控制和管理。

    先進(jìn)砼攪拌站的作用在于確保砼工程施工質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益, 因此砼攪拌站是砼工程施工的關(guān)鍵設(shè)備, 主要體現(xiàn)在砼的生產(chǎn)質(zhì)量、設(shè)備的自動化程度、可靠性和穩(wěn)定性方面。選型時應(yīng)根據(jù)工程的砼總量、高峰時段砼用量、砼級配、粗骨料最大粒徑等實際情況和砼攪拌站的先進(jìn)性來進(jìn)行選擇。

    國產(chǎn)砼攪拌站的理論生產(chǎn)率一般為25～9120m³/h, 實際生產(chǎn)率受多種因素的影響, 如進(jìn)料方式(砂石骨料一次提升、二次提升方式) 、出料方式、輸送砼設(shè)備的運行狀況等, 實際生產(chǎn)率應(yīng)為15～18倍的理論生產(chǎn)率, 用戶應(yīng)根據(jù)砼工程的實際情況及經(jīng)驗值來確定實際生產(chǎn)率。

    砼攪拌站主要由供料、稱量、輸送、攪拌和控制等系統(tǒng)組成, 其各自特點及選型主要事項分述如下。

2．1 　供料系統(tǒng)

2．1．1 　骨料供料方式　

    砂石骨料的供料方式有鏈斗式輸送機(jī)、拉鏟、自卸車、皮帶機(jī)和裝載機(jī)等多種, 可根據(jù)砼工程的砼總量、砼高峰時段月澆筑強(qiáng)度及現(xiàn)場地形等實際情況來選擇供料方式。

    1) 鏈斗式輸送機(jī)和拉鏟　供料速度慢、供料量小、可靠性低、對場地要求較高、運輸周期長、噪聲大, 近年來國產(chǎn)砼攪拌站已不采用。

    2) 皮帶機(jī)　供料速度快、供料量大且可調(diào)節(jié)、可靠性高, 建議砼工程高峰段月用量高于17萬m³時采用此方式。

    3) 裝載機(jī)　機(jī)動靈活、供料量有限, 可用于高峰時段砼月用量低于017萬m³的砼工程。

2．1．2 　粉料供料方式

    粉料入倉一般采用氣力輸送, 有3 種輸送方式: 用壓縮空氣從散裝罐車直接將粉料輸入粉料倉內(nèi); 用氣混式粉料輸送泵將袋裝粉料邊拆包邊輸入; 用壓縮空氣從臥式供料器(先倒入袋裝粉料)將粉料輸入粉料倉內(nèi)。

    粉料一般用筒倉來貯存, 筒倉容量由砼澆筑高峰月的粉料日平均需用量及必要貯備天數(shù)來確定。

    若砼工程采用幾種不同標(biāo)號的水泥和不同等級的粉煤灰, 應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量和容量的水泥罐及粉煤灰罐, 且筒倉內(nèi)應(yīng)設(shè)置料位顯示器, 便于控制粉料的入倉。倉頂應(yīng)設(shè)有收塵器, 以減少對環(huán)境的污染。

    為了粉料能順利流出, 確保稱量時間, 必須采用破拱裝置。破拱裝置一般有機(jī)械破拱和氣動破拱兩種, 應(yīng)優(yōu)先選用機(jī)械破拱裝置, 因氣動破拱時壓縮空氣中無法除盡的水分會進(jìn)入筒倉內(nèi)而形成粉料結(jié)塊。

2．2 　稱量系統(tǒng)

    稱量分為單獨稱量和累計稱量, 為提高砼攪拌站的生產(chǎn)效率和物料的計量精度應(yīng)采用單獨稱量系統(tǒng)。優(yōu)先選用電子三點懸掛式質(zhì)量法計量, 其稱量精度高于其它方式的稱量。

    物料在稱量過程中存在著影響計量精度的3 個因素, 即時間差、給料口與秤斗間的空間的物料量和物料的物理特性。為了保證計量精度, 砼攪拌站的控制系統(tǒng)必須具有落差自動補(bǔ)償功能。在實際操作中應(yīng)根據(jù)砼攪拌站現(xiàn)場調(diào)試、運行試驗和經(jīng)驗值等來確定各種物料的落差值, 并輸入計算機(jī), 得到落差自動補(bǔ)償。此外, 傳感器的吊掛連接應(yīng)采用90°角的球鉸, 使之多方位轉(zhuǎn)動以保證計量精度。

    1) 骨料稱量　一般采用皮帶秤、稱量斗來進(jìn)行砂石骨料的稱量, 皮帶秤為累計稱量, 稱量斗為單獨稱量或累計稱量。砂石骨料的稱量應(yīng)不少于4種骨料, 其稱量精度要求≤±2 %。骨料倉的下漏料口應(yīng)設(shè)有防卡裝置, 以防止骨料卡門而影響計量的準(zhǔn)確性。

    2) 粉料稱量　一般采用稱量斗來進(jìn)行, 當(dāng)有多種粉料時采用累計稱量或單獨稱量。粉料稱量應(yīng)不少于3 種粉料, 其稱量精度要求≤±1%。

    3) 水稱量　有質(zhì)量式、渦輪流量計、脈沖計量表等方式, 其中質(zhì)量式的稱量精度高于其它稱量方式, 水的稱量精度要求≤±1%。

    4) 外加劑稱量　有容積式、質(zhì)量式、脈沖計量表等方式, 質(zhì)量式的稱量精度高于其它稱量方式, 當(dāng)有多種外加劑時采用累計稱量或單獨稱量。外加劑(液劑) 稱量應(yīng)不少于2 種, 稱量精度要求≤±1%。

2．3 　輸送系統(tǒng)

    1) 骨料輸送　一般采用料斗、稱量斗和大傾角皮帶機(jī)來進(jìn)行砂石骨料的輸送(二次提升) , 其中大傾角皮帶機(jī)優(yōu)于其它方式, 具有可靠性高、輸送速度快、輸送量大、維護(hù)保養(yǎng)簡單等特點。

    2) 粉料輸送　一般采用螺旋輸送機(jī)把粉料從筒倉內(nèi)輸送至稱量斗進(jìn)行稱量后直接卸入攪拌機(jī)內(nèi), 特點是輸送速度快、送料均勻、卸料干凈。

    3) 水、外加劑輸送　液態(tài)外加劑一般采用泵送的方式, 方便可靠。

2．4 　攪拌系統(tǒng)

    攪拌系統(tǒng)主要由攪拌主機(jī)組成, 選擇攪拌主機(jī)時應(yīng)根據(jù)砼的標(biāo)號、強(qiáng)度、級配、坍落度和骨料最大粒徑等因素來確定。目前砼攪拌站多采用強(qiáng)制式攪拌機(jī), 其性能及特點見表1 。

2．5 　控制系統(tǒng)

    控制系統(tǒng)的先進(jìn)與否決定著砼質(zhì)量、攪拌站的生產(chǎn)管理水平及生產(chǎn)率等。目前國產(chǎn)砼攪拌站配置的控制系統(tǒng)有單片機(jī)、PLC 主機(jī)、PC 總線工控機(jī)等幾種。

    1) 單片機(jī)控制系統(tǒng)　稱量誤差偏大、使用方便、價格低、運行穩(wěn)定、無動態(tài)顯示畫面、數(shù)字顯示、組成靈活、功能少、無統(tǒng)計報表功能、校秤較復(fù)雜, 有計算機(jī)控制的部分功能。

    2) PLC 主機(jī)控制系統(tǒng)　稱量精度高、運行穩(wěn)定、PLC 編程簡單、調(diào)試周期短、適應(yīng)環(huán)境變化范圍大、功能強(qiáng)、動態(tài)顯示畫面呆板, 有落差自動補(bǔ)償、自動校秤、故障自診斷、故障報警、統(tǒng)計報表和物料管理等功能, 操作不直觀。

    3) PC 總線工控機(jī)控制系統(tǒng)　稱量精度高、動態(tài)顯示畫面豐富、快速自動校秤、功能齊全、運行穩(wěn)定、可靠性高、故障率低、人機(jī)對話功能強(qiáng)、動態(tài)控制精度高、響應(yīng)速度快、易于擴(kuò)展升級、運算速度快、操作簡單、維護(hù)方便、能在惡劣環(huán)境下工作、直接對砼攪拌站進(jìn)行全面的計算機(jī)控制, 抗震、防塵、防濕和抗干擾能力強(qiáng), 操作系統(tǒng)軟件平臺為Windows。

    建議優(yōu)先選用PC 總線工控機(jī)控制系統(tǒng), 它是目前最成熟、最先進(jìn)的控制系統(tǒng),此計算機(jī)具有小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化及組合化結(jié)構(gòu), 其硬件與個人及商用計算機(jī)兼容、軟件與Win2dows 兼容, 使用起來更加方便。該控制系統(tǒng)由PC 總線工控機(jī)、通訊接口卡、I/ O 數(shù)據(jù)采集卡、多功能串口卡、數(shù)字稱量儀表( 自動稱量儀) 、彩色顯示器、打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、控制操作臺和傳感器等外部設(shè)備等組成, 并具有以下功能: ①有全自動和手動兩種操作方式, 且能任意切換; ②準(zhǔn)確快速自動校秤、自動補(bǔ)償稱量落差和物料的粗精稱量; ③按照工藝配方要求實現(xiàn)骨料、粉料、水和外加劑的自動連續(xù)準(zhǔn)確稱量、輸送、攪拌和卸料等工序的連鎖控制; ④動態(tài)模擬顯示各設(shè)備運行狀況、工藝參數(shù)及被稱物料的設(shè)定值、實際料重和誤差值等數(shù)據(jù); ⑤各種故障的自診斷、檢測、判別、報警、自動保護(hù)及中斷處理; ⑥適時參數(shù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、配方管理、用戶管理和物料管理; ⑦貯存多種砼配合比和隨機(jī)輸入砼配合比, 可在線設(shè)定和修改配料時序、攪拌時間、落差值等工藝參數(shù); ⑧配置骨料含水率測定儀可自動測定骨料含水率并進(jìn)行骨料和水的用量補(bǔ)償, 以保證砼的質(zhì)量; ⑨能在線隨機(jī)查閱、打印每次、班、日、月、年的生產(chǎn)記錄和報表, 方便用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3 　在水利水電工程中的實際應(yīng)用

    福建省貢川水電站砼總量約17 萬m³ , 高峰時段月澆筑量為111 萬m³ , 工程工期1998～2001年, 三級配砼(大石粒徑40～80mm、中石粒徑20～40mm、小石粒徑5～20mm) 約占砼總量的90 % , 二級配砼(中石粒徑20～40mm、小石粒徑5 ～ 20mm) 約占10 %。該站選用1臺國產(chǎn)HZX60A 砼攪拌站, 其主機(jī)為J X1000 立軸行星強(qiáng)制式攪拌機(jī)、控制系統(tǒng)為PC總線工控機(jī)、采用串列式砂石骨料倉、骨料一次提升采用帶卸料小車皮帶機(jī)、二次提升為大傾角皮帶機(jī)、稱量方式為電子三點懸掛式質(zhì)量法計量(稱量斗加傳感器) 。此砼攪拌站順利地完成了本工程砼的生產(chǎn)任務(wù), 取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

    國產(chǎn)砼攪拌站在其它己竣工的部分中小型水利水電工程中的成功應(yīng)用見表2 。

表2 　國產(chǎn)砼攪拌站在中小型水利水電工程中的成功應(yīng)用

注: 以上各工程中砼攪拌站攪拌主機(jī)均為1 臺

4 　幾點建議

    國產(chǎn)砼攪拌站是基于商品砼而發(fā)展起來的, 因城市商品砼與水利水電工程砼粗骨料粒徑大、坍落度小等, 存在差異, 使其在水利水電工程中的應(yīng)用存在局部不適應(yīng)的問題。可喜的是國內(nèi)已有個別生產(chǎn)廠已研制出適合水利水電工程的砼攪拌站, 若研制中也考慮砼溫控問題那將使國產(chǎn)砼攪拌站在中小型水利水電工程中具有更大的適應(yīng)性。隨著在中小型水利水電工程中的廣泛應(yīng)用, 砼攪拌站將向著多樣化、單機(jī)大容量、適應(yīng)性強(qiáng)、高生產(chǎn)能力、高性能、高可靠性、高自動化、能攪拌粗骨料、計算機(jī)控制系統(tǒng)更先進(jìn)的方向發(fā)展。砼攪拌站選型時還應(yīng)注意: ①水利水電工程一般遠(yuǎn)離城市、交通不便、環(huán)境惡劣, 而砼是連續(xù)性生產(chǎn), 因此砼攪拌站的可靠性尤其重要; ②生產(chǎn)廠應(yīng)提供優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù), 包括指導(dǎo)安裝調(diào)試、配件供應(yīng)、運行中有關(guān)問題的及時處理等; ③機(jī)械、控制系統(tǒng)的維護(hù)、保養(yǎng)和檢修必須簡單、方便、直觀, 應(yīng)大量采用模塊式結(jié)構(gòu), 選用炙量好的名牌電氣元件、氣路元件等配件, 如選用帶閥氣缸能保證物料的計量精度和各動作的可靠性; ④控制室應(yīng)獨立安裝以減小振動, 提高電氣元件的穩(wěn)定性和壽命, 其安裝和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于觀察砼運輸設(shè)備的運行情況; ⑤進(jìn)行攪拌機(jī)的耐磨襯板———聚氨酯替代耐磨金屬技術(shù)的研究; ⑥進(jìn)一步完善除塵系統(tǒng), 特別是攪拌機(jī)上一定要設(shè)有除塵器, 減小投放物料時攪拌機(jī)機(jī)腔內(nèi)的氣體壓力, 加快物料投放速度, 減小對環(huán)境的污染。