水穩(wěn)碎石拌合站骨料計(jì)量標(biāo)定方法與驗(yàn)證

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(山東省交通科學(xué)研究院 山東省交通建設(shè)工程檢測(cè)中心， 山東 濟(jì)南 250031)

水穩(wěn)碎石拌合站骨料計(jì)量標(biāo)定方法與驗(yàn)證

楊永富，李增光

(山東省交通科學(xué)研究院 山東省交通建設(shè)工程檢測(cè)中心， 山東 濟(jì)南 250031)

水泥穩(wěn)定碎石混合料拌合設(shè)備均是連續(xù)式拌合設(shè)備，且混合料礦料級(jí)配的控制基本依賴于不同冷料倉(cāng)供料比例控制，不同規(guī)格骨料供料比例又依賴骨料秤的準(zhǔn)確計(jì)量，因此拌合設(shè)備骨料秤的動(dòng)態(tài)標(biāo)定尤為重要。通過調(diào)整不同規(guī)格材料供料電機(jī)的頻率尋找電機(jī)頻率與供料速度的關(guān)系公式，使拌合站可以精確設(shè)定供料速度，以此控制礦料比例，并通過實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行級(jí)配驗(yàn)證。

水穩(wěn)碎石; 拌合設(shè)備; 動(dòng)態(tài)標(biāo)定; 實(shí)例驗(yàn)證

水泥穩(wěn)定碎石混合料因其具有早期強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、收縮變形較小、抗沖刷能力和抗凍性能較強(qiáng)、適宜機(jī)械化施工等特點(diǎn)，目前已廣泛用于我國(guó)高速公路路面建設(shè)中[1]。但水泥穩(wěn)定碎石混合料的拌合通常采用連續(xù)式拌合設(shè)備，這就給水穩(wěn)碎石施工配合比的控制帶來較大難度。為準(zhǔn)確控制施工配合比，就需要對(duì)連續(xù)生產(chǎn)的拌合設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)的計(jì)量標(biāo)定。

文中通過尋找不同規(guī)格材料和輸料電機(jī)頻率間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來確定不同配合比情況下，輸料電機(jī)應(yīng)設(shè)定的頻率，以此控制施工配合比，并在實(shí)際生產(chǎn)過程中進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 骨料計(jì)量裝置標(biāo)定方法

不同規(guī)格材料的松裝密度是不同的，即使同一種規(guī)格材料在不同含水量狀態(tài)下的松裝密度也是不同的，且拌合站供料速度與料門開啟的高度和傳輸皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度均有關(guān)系。在施工過程中首先根據(jù)目標(biāo)配合比各檔規(guī)格材料的比例大小，適當(dāng)確定一個(gè)料門開啟的高度，在保持高度不變的情況下，通過調(diào)整傳輸皮帶電機(jī)頻率的大小，來調(diào)整不同規(guī)格集料供料速度，以此尋找電機(jī)頻率和供料速度之間的線性關(guān)系[2]，根據(jù)混合料生產(chǎn)速度和目標(biāo)配合比確定每種規(guī)格材料的需求速度，再通過每種規(guī)格材料的關(guān)系曲線計(jì)算需設(shè)定的電機(jī)頻率。

1.1 拌合站供料系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

首先設(shè)定，供料平皮帶一段距離的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，在平皮帶上取料的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，各規(guī)格材料傳輸小皮帶電機(jī)滿負(fù)荷頻率為f，為更直觀地了解標(biāo)定過程中所用到的各參數(shù)間的關(guān)系，首先將各參數(shù)標(biāo)注在拌合站供料系統(tǒng)簡(jiǎn)圖中，如圖1所示。

圖1 拌合站集料供料系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

供料系統(tǒng)標(biāo)定前，首先使用不同顏色標(biāo)記出需要量取距離的4個(gè)輥軸，使用鋼圈尺量取兩兩顏色相同輥軸間的距離，分別為L(zhǎng)0和L1；再在皮帶上任意一點(diǎn)標(biāo)記上紅色，以便可以準(zhǔn)確測(cè)量皮帶傳輸速度。

1.2 皮帶傳輸速度的測(cè)量

拌合站額定生產(chǎn)效率下，使用秒表連續(xù)測(cè)定3次傳輸皮帶標(biāo)記點(diǎn)從輥軸1到輥軸2的時(shí)間，求取3次測(cè)定的平均值t，則皮帶傳輸?shù)乃俣萔0為：

(1)

1.3 小皮帶不同傳輸速度的供料量

拌合站一般是通過調(diào)節(jié)小皮帶的電機(jī)頻率來調(diào)節(jié)不同規(guī)格材料的供料速度，為尋找電機(jī)頻率與供料速度之間的關(guān)系，分別測(cè)定額定電機(jī)頻率的25%、50%、75%這3個(gè)頻率下的供料速度。以1號(hào)料倉(cāng)為例，開啟大皮帶，設(shè)定小皮帶電機(jī)頻率為25%f1，運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，使大皮帶輥軸3和輥軸4之間的材料處于穩(wěn)定時(shí)，先停止大皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨即停止小皮帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，截取輥軸3和輥軸4之間大皮帶上的石料，稱量質(zhì)量，稱量完成后，以同樣方式再取2次料，分別稱量質(zhì)量，求取3次質(zhì)量的平均值m1。3次稱量質(zhì)量偏差不允許超過平均值的5%，超出5%時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定；那么頻率為25%f1時(shí)，1號(hào)材料供料速度可以表示為：

(2)

同理：

(3)

(4)

1.4 回歸公式

通過線性回歸，尋找1號(hào)料倉(cāng)電機(jī)設(shè)定頻率f同供料速度V之間關(guān)系公式：

f=a×V+b

(5)

回歸出公式系數(shù)a和b，并計(jì)算相關(guān)系數(shù)R2，且R2必須大于等于0.998，當(dāng)達(dá)不到該要求時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定。

按照1號(hào)料倉(cāng)方法，分別回歸出其余各料倉(cāng)對(duì)應(yīng)公式。

1.5 計(jì)算各規(guī)格材料需求速度V

設(shè)定拌合站生產(chǎn)能力為P,t/h，各規(guī)格材料占礦料總量的比例為P1，P2，P3，P4，…,Pn，則：

P1+P2+P3+P4+…+Pn=100

第i號(hào)料倉(cāng)材料需求速度V為：

V=P×Pi

(6)

1.6 計(jì)算i號(hào)料倉(cāng)小皮帶電機(jī)設(shè)定頻率

根據(jù)拌合站拌合時(shí)，各規(guī)格材料供求速度等于需求速度的關(guān)系，將公式(6)中數(shù)據(jù)代入回歸公式(5)中，計(jì)算得出各規(guī)格材料小皮帶電機(jī)設(shè)定的頻率。

1.7 計(jì)算各料倉(cāng)小皮帶電機(jī)頻率

重復(fù)1.2～1.6步驟，可以分別計(jì)算其它各料倉(cāng)小皮帶電機(jī)頻率。

2 實(shí)例驗(yàn)證

2.1 目標(biāo)配合比

為驗(yàn)證標(biāo)定方法的可用性，文中以鶴大高速某標(biāo)段水泥穩(wěn)定碎石混合料為例，進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。該標(biāo)段使用WCB — 700型水穩(wěn)拌合站，設(shè)定生產(chǎn)能力500 t/h，水穩(wěn)混合料灰劑量為4%，最佳含水量為6.5%，各規(guī)格集料比例和級(jí)配、目標(biāo)配比合成級(jí)配如表1所示。

表1 混合料目標(biāo)配比數(shù)據(jù)集料規(guī)格/mm比例/%各篩孔(mm)通過百分率/%3152651920～302210～2035 5～1016 0～5 27合成級(jí)配級(jí)配上限級(jí)配下限1000791160100010009561000100010001000100010001000954800100100861009076各篩孔(mm)通過百分率/%95475236060075080808080618615131310100021388593210009606633631064973001991143955362616443261680

由拌合站生產(chǎn)能力，減去每小時(shí)需要的水泥質(zhì)量和水的質(zhì)量，可以計(jì)算出每小時(shí)需要集料總質(zhì)量為451.42 t/h，根據(jù)目標(biāo)配合比可以分別計(jì)算出每檔集料小時(shí)需求量分別為：99.3、158.0、72.2、121.9 t/h。

2.2 電機(jī)頻率標(biāo)定

按照集料計(jì)量標(biāo)定方法，首先確定合適的輥軸1、輥軸2、輥軸3和輥軸4的位置，并量取輥軸1和輥軸2之間距離L0為14.65 m，輥軸3和輥軸4之間距離L1為2.40 m，同時(shí)在大皮帶上用紅色自噴漆標(biāo)記一點(diǎn)，開啟大皮帶，測(cè)定3次標(biāo)記點(diǎn)從輥軸1運(yùn)動(dòng)到輥軸2的時(shí)間分別為：5.34、5.60、5.49 s，由此可計(jì)算大皮帶傳輸速度為V0=2.6760 m/s，下一步將各規(guī)格材料料倉(cāng)加滿集料，開始測(cè)定不同頻率下在L1長(zhǎng)度上取料的質(zhì)量，不同頻率下各檔集料取料質(zhì)量如表2所示。

表2 各檔集料不同頻率取料質(zhì)量集料規(guī)格/mm電機(jī)頻率/kHz取料長(zhǎng)度L1/m取料質(zhì)量/t單檔供料速度/(t·h-1)125240002191690220～302502400035064144337524000458011885125240001601265910～20250240002937612093752400044533183312524000179867405～10250240003374313893752400048610200012524000175007200～52502400034258141037524000501472064

將表中數(shù)據(jù)分別代入式(2)、式(3)、式(4)，可以分別計(jì)算不同規(guī)格材料不同電機(jī)頻率下的供料速度，計(jì)算結(jié)果如表2所示。利用表2中數(shù)據(jù)不同規(guī)格材料電機(jī)頻率與單檔供料速度進(jìn)行線性回歸，并計(jì)算相關(guān)系數(shù)R2，回歸關(guān)系如表3所示。

由表中各檔集料相關(guān)系數(shù)R2均大于0.998，相關(guān)性滿足要求。將按照目標(biāo)配合比計(jì)算的每檔集料小時(shí)需求量代入回歸公式，可以求出每檔集料需要設(shè)定的電機(jī)頻率，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 不同規(guī)格集料回歸關(guān)系系數(shù)集料規(guī)格/mmabR2設(shè)定頻率/kHz20～30025349-107378099831410～20021272-1238340999332 5～10019832-2296530999912 0～5 018604-1005590999922

2.3 混合料級(jí)配檢測(cè)

按照表3中計(jì)算出的小皮帶電機(jī)頻率進(jìn)行設(shè)定，生產(chǎn)過程中，對(duì)所生產(chǎn)水穩(wěn)混合料進(jìn)行篩分驗(yàn)證。生產(chǎn)過程中每小時(shí)取一次混合料，連續(xù)取10組混合料，對(duì)10組混合料分別進(jìn)行混合料篩分試驗(yàn)?；旌狭虾Y分結(jié)果如表4和圖2所示。

表4 混合料篩分?jǐn)?shù)據(jù)編號(hào)各篩孔(mm)通過百分率/%315265199547523606007511000972802540316231137322100092583045926418792253100096484952230520610734410009628425343332131474251000952844515281201134426100097084945433518113124710009528315093341978042810009678314782992001374091000968796514266179713210100097679949028717913033目標(biāo)級(jí)配100095480049730019911439級(jí)配上限10010086553626164級(jí)配下限100907643261680

圖2 混合料篩分對(duì)比圖

由表4中數(shù)據(jù)和圖2可以看出: 采用這種方法標(biāo)定的拌合設(shè)備，拌合出的混合料礦料級(jí)配同目標(biāo)級(jí)配吻合較好，且此方法給拌合站控制提供了較為精確的指標(biāo)，使拌合站操作人員的操作更為方便。

3 小結(jié)

水泥穩(wěn)定碎石廠拌設(shè)備動(dòng)態(tài)標(biāo)定的好壞，直接影響混合料的質(zhì)量，在施工過程中應(yīng)當(dāng)重視設(shè)備動(dòng)態(tài)標(biāo)定，從拌合角度把好質(zhì)量關(guān)。施工中設(shè)備結(jié)構(gòu)多種多樣，但標(biāo)定的方法與原則基本相同，無論設(shè)備操作系統(tǒng)怎么變化，最終都要使用變頻電機(jī)來調(diào)節(jié)骨料供料速度。

該方法在施工過程中經(jīng)不同設(shè)備進(jìn)行多次驗(yàn)證，證明該方法是準(zhǔn)確、可行的，且穩(wěn)定土場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)標(biāo)定有利于設(shè)備操作員直觀方便地了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況和混合料質(zhì)量的好壞。

[1] 王建軍．水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度機(jī)理、組成設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)[J]．交通標(biāo)準(zhǔn)化，2008(7):242-243．

[2] 陳新軒，王雷，陳先樹.水泥穩(wěn)定土攪拌設(shè)備骨料稱重計(jì)量技術(shù)及標(biāo)定的探討[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2011(11).

[3] 韓宇，謝立揚(yáng)，許俊清．穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的動(dòng)態(tài)標(biāo)定分析[J]．路面機(jī)械與施工技術(shù),2006(12).

[4] JTJ 034-2000,瀝青路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JTJ/T F20-2015，公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].

1008-844X(2017)03-0197-04

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2017-02-14

楊永富(1983-)，男，工程師,主要從事路橋技術(shù)咨詢。