- 相關推薦
混凝土運輸信息化智能控制系統研究論文
摘要:本文聚焦商品混凝土運輸環節，以信息化數字化技術為基礎，闡述了混凝土運輸過程工作性信息化智能控制構思與方案，著重研究并分析了混凝土運輸過程工作性信息化智能控制系統構成及其工作原理，為混凝土運輸過程的質量控制提供技術支撐，保障工程施工質量與安全。
關鍵詞：混凝土；工作性；運輸過程；信息化；智能；控制系統
隨著我國經濟的快速發展，城市化進程不斷加速，城市土地資源越來越稀缺，高層乃至超高層建設成為我國大中型城市發展的必然趨勢［1］，而隨著建筑高度的不斷增加，混凝土輸送難度不斷增大，對混凝土的品質穩定性、工作性等方面均提出了更高的要求［2］，混凝土質量過程控制成為建筑業迫切需求。混凝土在運輸過程中由于氣溫、水分蒸發、骨料吸水、運輸時間、等待時間等原因，會造成不同程度的流動性經時損失，輕則導致泵送阻力增大，泵送困難，重則引發混凝土輸送管堵塞，甚至爆管等事故，這給混凝土生產企業和施工單位帶來了諸多不便［3］，必須及時采取有效技術措施進行處理，以免造成安全事故，影響建筑工程的順利進行。現階段控制混凝土流動性經時損失主要采取預處理方法，如采用緩釋型減水劑。但采用緩釋型減水劑對摻量控制要求高，效果難以把握，摻量不足則效果不明顯，摻量過大又容易造成現場混凝土離析。與此同時，在缺乏科學控制方法的情況下，現場施工經常采取人為二次加水的方法，這不僅會導致泵送混凝土離析而堵管，而且會降低混凝土的強度，容易造成混凝土質量隱患［4］。總體而言，我國商品混凝土行業目前普遍存在工作性控制水平低、信息化程度不足、效果不理想等問題。為此，住房城鄉建設部與工業和信息化部于2014年聯合推出了《關于推廣應用高性能混凝土的若干意見》，提出需著重研究混凝土應用先進技術，提升混凝土產品質量控制水平，加強全過程質量控制，提高工程質量等重要意見。因此，實現混凝土工作性過程控制（尤其是運輸過程控制）的信息化與智能化轉變，確保混凝土質量，尤其是工作性能的穩定性，提高施工效率，保障施工安全，降低對環境的影響，實現混凝土結構尤其是超高層建筑混凝土結構的綠色建造，促進產業轉型升級，已儼然成為混凝土行業發展的迫切需求。
1總體構思
混凝土拌合物自出廠開始，至運輸至工程現場，會因各種原因造成不同程度的工作性損失，為了使現場混凝土拌合物工作性恢復至出廠狀態，需要完成以下關鍵兩步：（1）獲取工程現場混凝土拌合物工作性能指標值；（2）針對現場混凝土拌合物工作性能狀態，進行二次調整，使其工作性滿足施工要求。
1.1混凝土拌合物工作性指標值智能獲取
混凝土攪拌車是將商品混凝土從攪拌站運輸至工程現場的重要工具，攪拌罐內混凝土拌合物工作性能的優劣將對混凝土攪拌車內功率、油耗等工作參數指標值產生重要影響，可以認為，混凝土拌合物工作性能越好，混凝土攪拌車工作能耗越低，反之亦然，因此，可以通過獲取混凝土攪拌車工作參數，來掌握攪拌罐內混凝土拌合物的工作性能狀況。
1.2混凝土拌合物工作性信息化智能二次補償調控
以出廠商品混凝土拌合物工作性指標為基準值，針對不同經時損失后混凝土拌合物工作性能指標值，采取二次補償外加劑的措施，分析不同外加劑補償量與混凝土拌合物工作性指標恢復規律，擬合出相應的二次補償曲線方程。其中，還應重點關注以下兩方面技術措施：（1）外加劑二次補償后，可通過檢測不同位置混凝土拌合物工作性能指標值，進行差異化比較，若三值偏差在允許范圍內則表明拌合均勻，否則拌合不均，以此為據，確定快攪時間T快及快攪速度V；（2）以外加劑補償量與自動化補償開關啟閉時間之間的內在關系為基礎，設計一套依據補償量指令自動控制補償開關啟閉的自動化智能補償設備來實現外加劑的二次補償操作。
2混凝土工作性信息化智能控制系統構成及其工作原理
2.1系統構成
混凝土運輸過程工作性信息化智能控制系統主要由以下四部分組成，如圖1所示：（1）混凝土攪拌車工作參數采集單元：用于檢測混凝土攪拌車功率、油壓等工作參數，如壓力傳感器等；（2）可編程邏輯控制單元：該單元寫入外加劑二次補償預警及控制方法，其中外加劑二次補償控制方法主要由攪拌車工作參數與外加劑二次補償量之間方程關系、外加劑二次補償量與補償開關啟閉時間之間方程關系、外加劑二次補償快攪時間/速度等構成；（3）電開關量控制單元：用于控制補償開關的啟閉操作；（4）外加劑二次補償單元：主要由小型泵機、外加劑桶及外加劑輸送管等部件組成。
2.2系統開發及工作原理
（1）針對不同強度等級（C30、C35、C40、C50、C60等）、不同坍落擴展度（160…mm、170…mm、180…mm等）性能要求，通過配合比設計，制備得到混凝土拌合物，通過《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T…50080-2002）及《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T…50081-2002）實測其初始坍落擴展度及28…d抗壓強度指標。
（2）在混凝土攪拌車上安裝攪拌車工作參數傳感器（如在油泵上安裝壓力傳感器或壓力表），實時檢測攪拌車工作參數（如工作油壓P），開發混凝土攪拌車工作參數采集單元，實時監測并記錄混凝土攪拌車在不同時點t（0.5…h、1.0…h、1.5…h、2.0…h、2.5…h、3.0…h等）的工作參數（如油壓值P0.5、P1.0、P1.5、P2.0、P2.5、P3.0），探索不同溫度條件下混凝土拌合物坍落擴展度與攪拌車工作參數（如油壓）之間的映射關系P=F（S）。
（3）以映射關系P=F（S）為基礎，根據適合泵送施工的混凝土拌合物坍落擴展度范圍（Smin，Smax），確定相應適合泵送施工的混凝土攪拌車工作參數（如油壓）范圍（Pmin，Pmax），形成外加劑補償預警邊界條件，建立外加劑二次補償預警機制，即當混凝土攪拌車實際工作油壓超出泵送范圍時，發出外加劑二次補償警告，否則不發出補償警告。
（4）選取某一混凝土攪拌車進行外加劑二次補償控制試驗，將混凝土倒入攪拌車，并測量其初始坍落度值，啟動攪拌罐體，使其持續轉動直至到達混凝土運輸所需時間（如2…h、3…h）為止，檢測此時混凝土坍落度值S0及攪拌車工作參數值（如油壓P0），通過外加劑補償單元往攪拌罐內逐漸摻入一定量K1的外加劑，并以一定的快攪速度V、快攪時間T快對攪拌罐內混凝土拌合物進行二次補償改良處理，檢測此時混凝土拌合物坍落度S1及攪拌車工作參數值（如油壓P1），若S1小于S0，則繼續摻入K2的外加劑，并以一定的快攪速度V、快攪時間T快對攪拌罐內混凝土拌合物進行二次補償改良處理，檢測此時混凝土拌合物坍落度S2及攪拌車工作參數值（如油壓P2），若S2小于S0，則重復上述步驟，直至摻入Kn的外加劑時，混凝土拌合物坍落度值Sn及攪拌車工作參數值（如油壓Pn）與初始值S0、Pn誤差在允許范圍內，停止補償外加劑，記錄補償前后各階段混凝土攪拌車工作參數（如油壓）及混凝土拌合物坍落擴展度實測值、外加劑二次補償量K、攪拌罐快攪時間T快與快攪速度V，研究外加劑二次補償對混凝土工作性能恢復的影響規律，建立混凝土攪拌車工作參數（如油壓P）與外加劑二次補償量K之間的關系K=F（P），形成外加劑二次補償控制機制。其中：①外加劑補償單元設計及工作原理具體如下：在混凝土攪拌車圈梁部位安置小型泵機，并建立補償量K與泵機排量Q、補償時間T補之間的關系；泵機上方設置外加劑桶，用于提供補償用外加劑；泵機出口處連接外加劑輸送管路入口，外加劑輸送管路出口固定于混凝土攪拌車進料口；泵機與電開關量控制箱連接在一起，當接收到電開關量控制箱操作指令時，泵機開始工作，進行外加劑二次補償處理。②快攪時間T快、快攪速度V及混凝土拌合物均勻度控制方法如下：當二次補償操作完成后，以一定快攪時間T快、快攪速度V快速攪拌攪拌車內混凝土，完成后，在攪拌車卸料過程中，獲取卸料初始、卸料一半、卸料完成時三處混凝土拌合物，分別檢測其坍落擴展度值，進行差異化比較，若三值偏差在允許范圍內則表明拌合均勻，否則拌合不均，此時快攪時間T快及快攪速度V即為最佳值，否則對其進行調整，直至三值偏差在允許范圍內為止。
（5）將外加劑二次補償條件（主要包括預警機制、控制機制等）通過芯片以程序代碼形式寫入可編程邏輯控制器，開發可編程邏輯控制單元，接收混凝土攪拌車工作參數采集單元發送的工作參數（如油壓P）數據，分析判斷是否需要進行二次補償操作以及相應的補償量，并通過電開關量控制箱向外加劑補償單元發出二次補償操作指令。
（6）外加劑補償裝單元根據電開關量控制箱操作指令，嚴格控制補償時間，直至外加劑按時按量補充完成。
（7）待外加劑補充完成后，可編程邏輯控制單元指示混凝土攪拌車以一定的快攪時間T及快攪速度V對攪拌罐內混凝土拌合物進行快攪處理，使二次補償的外加劑均勻分散于混凝土拌合物中，完成對攪拌罐內混凝土拌合物工作性能的信息化智能調控，使其工作性能滿足泵送施工需要。
3結論
（1）以信息化、數字化技術為基礎，通過混凝土攪拌車工作參數采集單元、可編程邏輯控制單元、電開關量控制單元及外加劑二次補償單元等核心部件的研究與設計，形成混凝土運輸過程工作性信息化智能控制系統；（2）本系統研究條件的差異性，會對外加劑二次補償機制造成較大影響，試驗過程中應特別注意不同條件下的差異化處理，以保證本系統的適用性；（3）下一步需對本設計系統進行深入細部處理，并實現工業化生產與工程應用。
參考文獻
［1］高興夫.…超高層建筑施工動態仿真與模糊綜合優化研究［博士學位論文］［D］.…天津:…天津大學,…2008.
［2］劉紅艷.…高層建筑混凝土泵送施工系統分析與模擬［碩士學位論文］［D］.…大連:…大連理工大學,…2000.
［3］蔣卓君.…保坍時間可調聚羧酸保坍劑的合成及性能研究［J］.…新型建筑材料,…2014,…41（11）:…54-57.
［4］李和光.…二次加水對混凝土性能的影響［J］.…低溫建筑技術,…1993（02）:…14-15.
【混凝土運輸信息化智能控制系統研究論文】相關文章：
智能控制綜述論文04-30
關于商品混凝土配合比的控制探討論文04-26
大體積混凝土裂縫控制技術工學論文04-30
確保工程混凝土強度的環節控制論文05-01
基于ANN的造紙廢水處理智能控制系統研究04-25
路燈照明智能控制系統的應用論文04-26
瀝青混凝土道路施工的質量控制論文05-01
大體積混凝土裂縫原因分析及控制措施論文04-26
地下室混凝土裂縫控制的分析與處理論文04-27