混凝土制備過程的水分測量系統(tǒng)

 [摘要] 在高價值混凝土的制備中，混凝土攪拌站不再僅僅依靠經(jīng)驗來調(diào)節(jié)水灰比。為了保持所配制混凝土具有相同的質(zhì)量，每次配料混合的加水量都必須重新確定。在自動化生產(chǎn)過程中，只有測量出石子，尤其是砂子的水分，才能準確確定加水量。本文介紹了在料倉出口或混凝土攪拌機內(nèi)使用的幾種不同水分測量裝置。

    連續(xù)測量攪拌機內(nèi)在攪拌過程中新拌混凝土水分和儲倉中骨料內(nèi)含的水分，目前只有間接的測量裝置可用。這些裝置可以測量如下的內(nèi)容，如:攪拌機電機的功率消耗，攪拌機內(nèi)新拌混凝土的電導率，混合物料的電介常數(shù)，或者使用微波探測器測量微波發(fā)送和接受過程中微波能量被吸收的程度。

    在上述這些測量方法中得到的測量值可以換算出水分含量，混凝土試樣干燥法可作為水分的校驗方法，對測量裝置的測量結(jié)果進行驗證或補償。在生產(chǎn)過程中測量結(jié)果的驗證和生產(chǎn)條件相關，如:石子的物料品質(zhì)是否能保持穩(wěn)定，而要保持砂子的質(zhì)量穩(wěn)定則很困難。當砂子來源發(fā)生改變時，例如:砂子供應商更換，新的砂坑或者其他原因造成的水分變化，所有的測量裝置原則上都應該使用驗證方法來檢查測量的準確性。在保持物料同樣品質(zhì)以及砂子來源于同樣砂坑的條件下，這種測量驗證每周一次就足夠了。

    相反，為準確遵守混凝土配合比，在水泥、骨料和外加劑的計量時要使用校驗過的稱量秤和流量計，在間接的水分測量情況下結(jié)果不僅和材料的水分有關，而且還受材料的特性，如:松散容重、溫度、可溶性鹽、氣氛、PH 值以及顆粒形狀、級配曲線。這些干擾因素同樣必須予以測量和補償，以保證校正后的測量裝置其測量值能可靠地換算出實際的水分含量。

    由測量出的骨料含水量可以得出攪拌時的應加水量，以滿足混凝土保持定好的水灰比的要求?；炷僚浜媳仍O定的水灰比出現(xiàn)偏差將嚴重影響新拌混凝土和硬化混凝土的質(zhì)量。如果在計量和攪拌過程中不能保證誤差值，尤其是自密實混凝土將出現(xiàn)明顯的質(zhì)量劣化。在制備混凝土的自動化生產(chǎn)過程中，用水量計量的準確性對于提供穩(wěn)定的、高質(zhì)量的混凝土總是非常重要的。

    所以，為了達到較好的實際使用效果，在選擇測量裝置時設備制造商的技術建議是重要的。只有這樣方可使水分測量更好地適應每個混凝土攪拌站不同的影響因素。對于測量裝置給出的測量精度說明，必須注意其是否為設備制造商在實驗室標定的數(shù)值，實驗室的干擾因素較少、較輕，該精度在實際生產(chǎn)條件下通常是達不到的?；炷林圃焐虒λ譁y量技術的要求是，在實際生產(chǎn)中所測水分含量的偏差最大不得超過0.5%的測量精度。

    測量水分的探頭可以安裝在(強制式) 攪拌機的底板，帶(自落式) 攪拌機的側(cè)槽，水平式攪拌機的側(cè)幫，攪拌機前的料倉以及配料輸送帶上(圖1 、圖2) 。在進攪拌機前測量物料的水分可以節(jié)省攪拌過程的干混時間，這種方式攪拌機的操作時間小于在干混物料時于攪拌機內(nèi)測量水分的方式?？s短混凝土制備的操作時間可提高攪拌機產(chǎn)量、降低能耗和設備損耗。

Arnold

    Arnold 公司——水分測量裝置采用的是電容高頻的工作原理。充分利用水的介電常數(shù)80與所測的其他材料不同的差別，大部分材料的介電常數(shù)界于3-10之間，如砂子為4.5。按水固比例的不同會得到(3～80之間) 中間的介電常數(shù)，該數(shù)越大水分含量越多。

    電容高頻方法是用電傳感器感應或得到水分子通過傳感器測量范圍時導致的電場變化值，用于測量的電容器電場從測量探頭到深入物料層150mm。

    采用電容法得到的水分測量結(jié)果受溫度、堆積密度、PH 值和顆粒形狀的影響，這些干擾因素必須在測量系統(tǒng)中得到校正補償。此外，由于粒狀材料密度的多變以及材料和探頭的空氣間隙會產(chǎn)生附加電場變化，故傳感探頭安裝在正確的位置非常重要，如此才能保證測量結(jié)果的可靠和準確(圖3) 。Arnold公司自己開發(fā)的水分探測器使用堅固的不銹合金鋼制成，測量用的電子部件全部澆注在探頭結(jié)構中，即使在振蕩輸送機上也能保證探測器機械和電性的穩(wěn)定。每個探頭都裝入了“0-”和“%-”微調(diào)補償電容，可打開其上的防水旋蓋調(diào)節(jié)。

Bikotronic

    Bikot ronic公司的新型便攜式測量儀TT-90可以快速測定粗細顆粒材料的水分含量，測量時微波探測器插入材料中并自動完成10次測量，與探頭一體的微處理器進行換算并在顯示屏中顯示測量值。

    計量水的計算機BT-6000也是按照微波法原理工作的。探測頭的溫度穩(wěn)定性可達60℃，帶有10mm厚的陶瓷測量面并用耐磨的堅固鋼套保護。該測量儀最多可供四臺攪拌機同時使用。使用調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)絡連接可以實現(xiàn)遠程維護。通過先進的遠程維護軟件TB-WIN在線發(fā)現(xiàn)和排除故障自動控制混凝土攪拌設備。帶有監(jiān)視功能的混凝土輸送軟件可以對混凝土攪拌過程實行自動和人工控制，調(diào)整該軟件的內(nèi)部結(jié)構可以滿足用戶的一些特殊要求。

Hydronix

    Hydronix公司的微波測水儀使用液壓轉(zhuǎn)盤式探測器，通過可簡便更換的探頭犁過混合物料可以很快得到有代表性的測量結(jié)果。探測器的電子部件和可簡便更換的易磨損探頭是分離的，其安裝時也無須在攪拌機底板或側(cè)幫開孔。

    由于物料均勻地流在旋轉(zhuǎn)探頭的表面上，得到有用測量結(jié)果所需的測量信號幾乎不能被分辨。相反，安裝在攪拌機底板的探頭所經(jīng)過的物流是紊流，此時的脈沖信號可以清晰地分辨出，但感應時間較長。轉(zhuǎn)盤式探測器可以測量攪拌機中混合物中間層的水分，而安裝在攪拌機底板的探測器只能測量與底板接觸的料層水分，而且由于緊貼底板的物料混合效果可能會因攪拌鏟的磨損或位置調(diào)整不對而劣化，并造成得到的測量結(jié)果對于攪拌機內(nèi)的所有物料而言不具代表性。在該探測器的末端安置了可快速感應的熱敏元件以實現(xiàn)溫度校正。

    轉(zhuǎn)盤式探測頭即可安裝在自落式攪拌機內(nèi)，也可安裝在傳統(tǒng)的空心軸攪拌機上。另外，該探頭配

    上電池和無線調(diào)制解調(diào)器也可用于無空心軸的攪拌機上(圖4)。Hydronix公司新的產(chǎn)品使用溫度可高至不超過100℃，對于那些在冬季用蒸汽加熱料倉的混凝土攪拌站來說具有重要意義。

Liebherr

    Liebherr 公司開發(fā)的水分測量儀稱為Litro-FMSⅡ，采用電容測量方法并帶有內(nèi)置標準曲線。水分探測儀直接安裝在料倉出口的擋板上(圖5)，也可安裝在配料或輸送帶的滑座上，通過微機計算平均值并數(shù)字顯示測量值。物料全部都流經(jīng)探測頭使每秒鐘都可以得到很多的測量數(shù)，探測器還可以自動清零復位，如能保證每次配料時的料流層厚度一致，則可達到很高的測量精度。

    一臺計算機可以連接16個探測器，水分測量儀可以和其他的配料控制設施組合成系統(tǒng)裝置。探測頭更換不需重新調(diào)節(jié)校正，因為溫度和PH 值的影響已經(jīng)由集成在探測器中的平衡補償機構予以解決。這種探測器使用耐磨陶瓷制造，它還可以當作熱敏元件使用。

    Litro-FMSⅡ可以獨立工作無需配置指示和操作儀表，故其用于監(jiān)控操作的需要時比較理想。數(shù)據(jù)的傳輸和計算模塊都安置在電控開關柜中，系統(tǒng)的接口有多種形式可以選擇。水分測量儀可以集成到Liebherr公司的配料控制系統(tǒng)Litro-BCS或微機處理系統(tǒng)Litro-BCS中。

Ludwig

    新型數(shù)字微波測水探測器FL-Digi可以經(jīng)過行車系統(tǒng)集成到混凝土工廠的總控制系統(tǒng)。在此，公司30 多年來在水分測量儀和配水控制系統(tǒng)的研發(fā)和制造上，為用戶提供了有價值的不斷改進，顯著促進了混凝土生產(chǎn)設施操作和控制的簡便化。FL- Digi測量模式的主要特征是可以對全部的單個參數(shù)進行對數(shù)運算;可以實現(xiàn)兩個探測器帶兩個溫度傳感器的連接;還可以進行遠程維護。與測量范圍和材料相關的測量誤差精度在0.3%左右。

    Ludwig公司開發(fā)的微波比值測量方法是測量吸收和發(fā)射的能量并得到這兩者的比值，該比值可以表示出相應的水分含量。因為該比值的分子和分母出現(xiàn)同樣程度的改變，所以這種比值測量方法抗干擾穩(wěn)定性會很高。例如溫度變化或建筑構件齡期引起的能量變化，在探頭上就得到了校正。

    近一年來，Ludwig公司推向市場帶有取樣器的新型水分測量儀FL-Mikro-Lab，經(jīng)實際使用在快速準確測量顆粒料和新拌混凝土的水分方面取得成功。平均測量時間僅僅約1 分鐘，測量取樣量110～115kg。已有混凝土廠商用該儀器來對材料供應商進行進場材料質(zhì)量控制以及對自產(chǎn)混凝土產(chǎn)品進行質(zhì)量檢驗。(圖6)