关键词：混凝土；搅拌站；控制系统；设计
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.123
随着混凝土应用规模的扩大，搅拌站在控制系统上，提出了新的要求，目的是规范搅拌站的控制功能，避免增加混凝土搅拌的压力，生产高质量、高性能的混凝土，体现搅拌站控制系统的设计优势，全面落实混凝土搅拌站控制系统的各项设计，提高搅拌站控制系统的运行水平。
1 混凝土搅拌站控制系统分析
混凝土搅拌站控制内，比较常用的方案是工控机+PLC+触摸屏控制。工控机，根据混凝土配置的需求，对搅拌站控制系统规划指令，要求控制系统的生产过程，能够按照标准的指令进行。PLC，用于控制搅拌站控制系统的流程、过程，监督并控制生产动作，PLC的模拟量模块，具有程序化处理的要求，实行程序化的处理，保证搅拌站控制系统的逻辑化[1]。触摸屏监控器，提供人机界面的终端服务，维护搅拌站控制的可靠性，利用触摸屏简化控制操作。
2 混凝土搅拌站控制系统的相关设计
2.1 总体设计
混凝土搅拌站控制系统，是将混凝土的各项物料，按照配比称量，送到搅拌站内。搅拌站控制系统的设计，需要配合动态称量系统，解决配料的非线性、时变性问题，禁止出现超差的情况，通过控制系统，规范配料的精度、速度，维护混凝土的性能。控制系统的总体设计，重点考虑配料精度的需求，搅拌站配料的过程中，冲击力、空中落差，属于影响搅拌站控制系统设计的两大因素，例如：空中落差因素，混凝土的某一项配料，如水泥、粉煤灰、矿粉，搅拌站的计量装置，受到控制系统的指示，当该配料的配比达到设计值时，控制系统会对计量装置发送关闭的指令，此时出料口、称斗之间，仍旧存在一部分物料，属于计量装置统计以外的，此部分属于空中落差的范畴。因此，混凝土搅拌站控制系统内，提出模糊控制+PID算法，优化搅拌站控制系统的运行环境。
模糊控制+PID算法的模式，表现出了混合型算法的特征，对控制系统的期望值实行模式化的处理，有效调节超调量，同时将其作为控制系统的输入变量，输入后，获取反馈值、期望值的偏差，经过百分比进行模糊化处理，将其作为另外一个输入量，控制系统在此类模式的作用下，检测偏差百分比，当百分比处于切换标准时，采用PID控制，利用迭代自学习的方式，提前预测出空中的落差，解决落差的问题。
2.2 配置与算法
混凝土搅拌站控制系统的配置，是指搅拌电机、水泵电机以及电动传动和附属部分[2]。控制系统配置设计，选择PLC控制，按照功能布置指示灯、开关等。搅拌站控制系统的核心是PLC硬件，分析配置设计，如：（1）中央处理装置，基于PLC的搅拌站控制系统中央处理装置，可以采用S7-300设备，做为控制的重点，监督现场的运行设备，辅助传感器，实行数据采集；（2）I/O系统，其为控制系统的输入输出，在PLC的控制下进行远程的设备操作，构建ET200从站，Profibus总线，控制I/O数据，完成收集与控制输出；（3）HMI部分，设计两套同配置的HMI服务器，提高搅拌站控制系统的可靠性，而且两套服务器，按照一供一备的方式运行，即使搅拌站控制系统的HMI服务器出现故障，也能投运备用服务器，确保控制系统的正常运行。
混凝土搅拌站控制系统的算法，实现过程依赖于PLC编程软件。配合上述硬件及组态，安排PLC编程软件的运行[3]。例如：混凝土搅拌站控制系统算法中，采用西门子STEP7，连接PLC的硬件、软件，完成程序化的操作。分析STEP7作用下的功能，如：（1）综合管理控制系统内的数据、设备；（2）配置通信数据和编程符号，规范控制功能；（3）设计PLC的硬件参数，保障其可配合软件的功能；（4）编辑多功能的语言程序；（5）诊断PLC硬件系统的故障，维护运行的可靠性。
2.3 监控系统
混凝土搅拌站控制系统的监控部分，用于监督现场的搅拌工艺以及设备的运行，全面掌握搅拌系统的运行。搅拌站控制方面，工控机操作选用WINDOWS XP SP3，利用WinCC构建人-机界面，设计两台供备工控机，而且工控机上均安装监控软件，实时监督搅拌站现场的运行情况，记录好工况参数。
3 混凝土搅拌站控制系统设计的注意事项
首先注意混凝土搅拌站控制系统设计的可靠性，PLC装置，采取单独接地处理的方式，而且接地的电阻，不能超过1Ω[4]。为了维护控制系统运行的可靠性，接触器位置，要安装阻容吸收的装置，继电器线路上，采用二极管运行。控制系统的电缆结构，尤其是弱电系统，设计一层屏蔽线，屏蔽层要实行单端接地处理，保护搅拌站控制系统的运行。
第二是称量精度控制方面的注意事项，针对搅拌站控制系统内的误差，不论是静态还是动态误差，都采用神经网络算法实行补偿，保障系统测量结果的精准性，以免影响搅拌站控制系统的运行。配料的称量操作，考虑到精度控制的需求，先安排高速给料，给料量达到90%左右，更改为低速配料，符合精称的标准。骨料的精称，启动大、小双料仓，水分控制，使用粗管、细管，全面控制称量的精度。
4 结束语
混凝土搅拌站控制系统设计，关系到混凝土搅拌的实际情况，全面落实搅拌站控制系统的设计，注意设计中的特殊事项，辅助提高混凝土搅拌站的工作水平，规范其在混凝土搅拌中的应用，进而体现搅拌站设计的优势和价值，完善混凝土搅拌站控制系统的运行过程。
参考文献：
[1]韩景云.混凝土搅拌站控制系统软件设计[D].郑州大学，2010.
[2]张兆武.基于PLC的混凝土搅拌站控制系统设计[J].机械，2010（08）：49-51.
【关键词】混凝土，搅拌站，生产管理
中图分类号：TV331文献标识码： A
一、前言
混凝土搅拌站是用来拌和混凝土的设备，混凝土搅拌站生产管理控制，处理了企业初始人工管理的困惑，因为在生产和施工过程中混凝土的质量好坏直接影响整个工程质量，所以对混凝土搅拌站生产管理控制系统一定要特别重视。
二、混凝土搅拌站的概述
混凝土搅拌站是将骨料（包括大、小石子和砂）、水泥、粉煤灰、水、外加剂等物料按混凝土配方进行计量，然后经搅拌机搅拌成合格混凝土的成套设备。
1、骨料储存与运送
骨料仓分为星形料场、地仓式、钢制直列式料仓及圆形料仓等形式。骨料仓多数与地仓结合使用，同时可存储四种骨料，上料可采用装载机上料，料仓下有两弧形卸料门实现快慢下料，秤斗的骨料通过平皮带、斜皮带运送至中途斗。
2、粉料储存与运送
粉料包括水泥和粉煤灰，储存方式为圆筒形水泥仓，输送方式为螺旋输送机。水泥较难解决的问题是破拱，由于各种水泥的容重不同，同一种水泥温度、湿度不断变化，很难找到确的起拱点，给解决问题带来了困难。常用方法有气吹破拱、气动锤击法、助流破拱气垫等。进行气吹破拱，由于吹气孔位置固定，效果不明显；加上压缩空气的水份，易造成气嘴堵塞。气动锤击法采取气缸推动平板击打仓锥体实现破拱，噪音大，对仓锥体易造成破坏。
3、计量系统
包括骨料秤、水泥秤、粉煤灰秤、水秤、外加剂秤及粉剂秤，我国在“GB14902-94预拌混凝土”中有严格的精度要求，骨料配料动态精度=±2%，其余物料配料动态精度=±1%。静态精度骨料配料动态精度=±1%，其余物料配料动态精度=±0.5%。计量采取重力计量，随着我国传感器的质量的提高，普遍采取电子秤。为保证秤斗物料偏载的影响，增加调理接线盒以保证均衡性。
4、搅拌系统
搅拌系统国内产品已趋于成熟，有0.5/1.0/1.5/2.0/3.0/4.0m3等多种规格。以市场主流的珠海仕高玛MAO系列搅拌机为例简要说明：配备多重轴端密封保护装置及风压保护装置，有效杜绝漏浆现象发生；独有监控系统可监控减速箱、卸料泵、油泵等重要部件运行状态；配备380VAC电动时控油泵；可选配搅拌机称重保护装置；重型设计，运行稳定。
5、控制系统
工业控制计算机的抗震、抗粉尘及耐电压波动性较好，设计柔性最好，成为将来发展的主流，但对其可靠性、控制软件的稳定性、抗干扰能力亦有高要求。对搅拌站来说，稳定性是最重要的，也不能片面追求多功能及控制柔性而放弃稳定性。
三、混凝土搅拌站生产管理控制系统的意义
目前国内混凝土搅拌站基本都能实现从原料配方到混凝土成品输出的自动化生产，但对整个混凝土搅拌站的生产管理来说，普遍实行的是人工管理，如原材料管理、各种设备的合理安排及调度、车辆管理、销售管理等，都是靠人工来完成，这样带来的后果是管理效率低下，并且很容易出现错、漏。混凝土搅拌站一般由站长室、调度室、试验室、材料室和搅拌站等组成，负责从原材料进站、生产计划安排、混凝土配方管理、车辆调度、产品出站等一系列过程。要实现混凝土搅拌站的网络化管理，首先应构建混凝土搅拌站局域网，将分散的各部分组成一个有机的整体。为保证混凝土搅拌站长期连续生产的需要，对网络的稳定性要求较高，在构建局域网时必须充分考虑网络的容错性。因此，采用网状星型拓扑结构构建局域网，在这种网状结构中，将搅拌站控制器设计为2个网络接口，各站室则采用双网卡扩展成2个网络接口。无论是搅拌站控制器还是PC，其网口设置为主从形式，一旦主网口数据传输中断，则从网口马上启动，当主网口恢复正常时，从网口关闭，主网口工作。这样就能最大限度的保证网络的通畅，实现搅拌站的连续生产。
四、混凝土搅拌站生产管理控制系统
1、混凝土搅拌站生产系统的管理控制
管理控制环节包括原材料，配合比设计与控制、生产、运输过程的控制，交货、检验、抽检等各个方面。目前，许多商品混凝土搅拌站管理者的专业知识和质量意识观念淡薄，对混凝土行业和混凝土产品没有足够的了解和认识，设备选择的专业配置不高，计量器不准确，甚至根本不进行任何检验，有的甚至以体积比来计量。对现代化计算机办公手段不认识，把混凝土生产视同于传统的、简单的、一般的建筑材料，单纯的追求利益的最大化，不认真执行规范标准，弄虚作假，以次充好，最终导致混凝土的质量无法保证，使工程质量事故频频发生。
（一）、原材料的控制
原材料的质量好坏直接影响混凝土的质量，对材料的严格筛选和进厂检验至关重要。不合格原材料一律不得进入搅拌站现场。水泥商品混凝土应以当地大型旋窖水泥为主选择有质量保证和信誉好的水泥生产厂家，且进货时要严格保证水泥三证齐全，并依据规范规定，按批复检混凝土凝结时间、安定性与强度等指标，确保水泥质量。粗细骨料采用优质的砂石料拌制混凝土，砂粒径进量采用超大粒径来提高混凝土强度，砂石料单价有提高，但混凝土的强度和强度保证率大大提高。因此，在强度和强度保证率相同的情况下，可降低水泥和外加剂组分的用量，混凝土混合材料费用往往还低于使用劣质砂石料的材料费。外加剂为保证外加剂的有效含量，应加强对液体外加剂浓度的检验。需要更换外加剂的品种时，必须将外加剂储存罐及计量器具内的残留物清理干净。目前所采用的膨胀剂多为粉状产品，且掺量较大，最好设专门筒仓与水泥、矿物外加剂一起，在同一计量内累计计量。各种化学外加剂均应按相应标准规定分批抽检其混凝土的主要物理性，还应对不同品种、不同批次的水泥及矿物外加剂，进行适应性验证。
（二）、配合比设计与控制商品混凝土的配合
操作人员要贯彻为下道工序服务的思想，配合比设计要考虑到施工现场的难度，混凝土生产应根据施工单位反映的问题认真研究配合比设计，通过试验找规律，使配合比更科学合理，确保施工更顺利。
（三）、生产、运输过程
控制技术人员将施工配合比输人搅拌操作控制电脑中，对每一份配合比都要进行第一盘试拌，测定混凝土拌合物的坍落度，并观察其粘聚性及保水性，评定其和易性是否符合要求如不符合要求则进行调整直至符合后由操作人员、技术人员签字认可后正式搅拌生产。计量计量是关键环节，除设备可靠，定期检定，操作者与质检人员应加强监视，分析打印报表，发现误差超出或虽在允许范围内，但连续或稳定负正偏，均应查找原因及时排除。搅拌搅拌是整个生产过程的核心环节，该环节任何一个小的错误或失误都会给后续的工序带来麻烦。应在控制室内操作平台上明确标识各种原材料的名称和规格，操作平台上明确清晰的标识，便于工人辨识。运输根据现场条件合理配备车辆，控制发车时间，做到既不压车，又能保证混凝土的连续供应，确保混凝土的施工质量。混凝土装车前必须将罐内积水倒净，运输中保持罐体连续运转，保证混凝土的和易性，并根据气温和混凝土性能的不同，控制好人泵时间，在运输和泵送过程中严禁任意加水。
（四）、交货检验混凝土送至施工现场后
按发货单确认其品种、等级与数量外，需按规定进行交货检验。为适应条件的变化，应控制拌合物的坍落度和缓凝时间，根据条件采取加缓凝剂及二次掺加减水剂等措施。
2、提高员工素质和完善技术工作管理
培养员工和施工现场队伍的综合素质是十分重要的环节，混凝土是连续的不可间断的半成品，它是由许多环节组成的，每一个环节都是重要的。完成半成品的生产后，要经过很长时间的养护，才能形成最终产品，所以混凝土生产一定要把员工的岗位培训当作重点来抓，要彻底放弃重利润、轻管理的思想，以书面提示、定期的客户走访形式来提供服务，把服务作为我们的产品推销给我们的用户。
五、结束语
混凝土搅拌生产的混凝土具有许多的优点，具有较好的技能经济效益，控制系统对混凝土的质量具有决定作用，并提高了工作的效率，避免了一些人为容易出现的遗漏。
参考文献
[1]何永荣，焦予民.混凝土搅拌站各机构参数的确定[J].建设机械技术与管理，2008
【关键词】混凝土；制备工艺；搅拌施工
在当前我国社会发展的过程中，混凝土材料已经成为各种施工项目主要的施工材料之一，它在工程施工中有着十分重要的应用，因此我们在对其进行制备的过程中，就要对其进行质量进行严格的要求。而所谓的混凝土制备也就是指技术人员通过对其各个施工原料的配合比进行确定，从而使其混凝土材料的制备质量符合我国工程施工的相关质量标准。然而，在混凝土制备的过程中，我们也要通过混凝土搅拌施工的方法，来将水泥、骨料、水以及其他的混凝土施工原理均匀的混合在一起。目前，我们在工程施工的过程中，所采用的混凝土搅拌方法主要有人工搅拌和机械搅拌这两种，不过由于人工搅拌方法的工作量比较大，而且均匀性也极差，因此技术人员一般都是采用的机械搅拌方法来进行混凝土的制备。
一、混凝土的制备
1、混凝土试配强度的确定 在混凝土制备前，技术人员必须要根据工程施工的相关要求，来对混凝土材料的质量、强度以及稳定性进行相应的了解。其次在通过混凝土试配实验的方法，来对相关的现象数据进行确定，从而使得混凝土材料的质量符合工程施工的相关要求。而且我们在对混凝土进行制备的过程中，还要采用节约水泥的施工原则来对其进行处理，这样不仅可以节省工程施工的成本，还使得混凝土材料中的水化热温度进行有效的控制。此外，我们来对其进行试配试验的过程中，还要在混凝土材料中加入适量的外加剂，从而使得混凝土材料的工作性能得到进一步的加强。在混凝土工程中，施工人员必须要对混凝土材料的强度进行严格的要求，从而保障混凝土材料的质量符合工程施工向相关要求。另外我们在对混凝试配强度进行确定的过程中，施工人员好对施工场地的环境条件进行考虑，以确保混凝土材料的质量和强度不会受到外界环境影响的影响，而出现问题。
2、混凝土施工配合比 在混凝土制备的过程中，对其配合比进行确定有着十分重要的作用。施工人员只有通过对混凝土配合比进行合理的选择，才能实现混凝土强度的最大化，从而使得工程施工的质量得到有效地提高。但是，在不同的施工工程中，人们对其混凝土质量的要求也存在着一定的差异，因此我们在对混凝土施工配合比进行确定的时候，一定要根据工程施工实际情况和相关要求来对其进行处理。此外，施工人员在对混凝土施工配合比进行选择的时候，还要对其材料合理使用和经济性等方面进行考虑。从而在满足工程施工质量要求的同时，还提高了工程施工的经济效益。
二、混凝土的拌制
1、混凝土搅拌机
目前在人们在混凝土工程施工中，所采用的混凝土搅拌设备有很多，其中我们可以根据其工作原理的不同，人们主要将其分成自落式搅拌设备和强制式搅拌设备这两种，而且这两种不同类型的混凝土搅拌机在不同的环境下，其应用效果也存在着一定的差异。
（1）自落式搅拌机。它的搅拌筒内壁装有叶片，搅拌筒旋转，叶片将物料提升一定的高度后自由下落，各物料颗粒分散拌合成均匀的混合物。这种搅拌机体现的是重力拌合原理。适于施工现场搅拌塑性，半干硬性混凝土。（2）强制式搅拌机。它的轴上装有叶片，通过叶片强制搅拌装在搅拌桶中的物料，时物料沿环向、径向和竖向运动，拌合成均匀的混合物。这种搅拌机体现的是剪切拌合原理。强制式搅拌机和自落式搅拌机相比，搅拌作用强烈、均匀，搅拌时间短，生产效率高，质量好而且出料干净。适于搅拌低流动性混凝土、干硬性混凝土和轻骨料混凝土。
混凝土搅拌机每次（盘）可搅拌出的混凝土体积成为搅拌机的出料容量。每次可装入干料的体积称为进料容量。搅拌桶内部体积称为搅拌机的几何容量。为使搅拌桶内装料后仍有足够的搅拌空间，一般进料容量与几何容量的比值为0.22～0.50，称为搅拌桶的利用系数。出料容量的比值称为出料系数，一般为0.60～0.7。在计算出料量，可取出料系数0.65。
2、混凝土搅拌机的搅拌制度
（1）施工配料。
就是根据施工配合比和选择的搅拌机容量来计算原材料的一次投料量。
（2）投料顺序。
①一次投料法。搅拌时加料顺序普遍采用一次投料法，将砂、 石、水泥和水一起加入搅拌桶内进行搅拌。②二次投料法。二次投料法又分为预拌水泥砂浆法、预拌水泥净浆法和水泥裹砂石法三种。预拌水泥砂浆法是先将水泥、砂和水加入搅拌桶内进行充分搅拌，成为均匀的水泥砂浆后，再投入石子搅拌成均匀的混凝土。预拌水泥净浆法是先将水泥和水充分搅拌成均匀的水泥净浆后，再加入砂和石搅拌成混凝土。水泥裹砂石法能提高强度是因为改变投料和搅拌次序后，使水泥和砂石的接触面增大，水泥的潜力得到充分发挥。为保证搅拌质量，目前有专用的国砂石混凝土搅拌机。
（3）混凝土的搅拌时间。
从砂、石、水泥和水等全部材料装入搅拌桶至开始卸料为止所经历的时间成为混凝土的搅拌时间。混凝土的搅拌时间是影响混凝土的质量和搅拌机产生效率的一个重要因素。混凝土拌合用水一般采用饮用水，采用其他水时，水质pH值不得小于4，硫酸盐含量不得超过水质量的1%。混凝土搅拌的最短时间与搅拌的类型和容量、骨料的品种、对混凝土流动性的要求等因素有关。
3、混凝土搅拌站
为提高混凝土质量和取得较好的经济效益，混凝土拌合物在搅拌站集中制备成预拌混凝土。混凝土搅拌站制备工艺一般包括原料储存，称量配料和搅拌等工序。混凝土搅拌站根据其传料装置的竖向布置方式，分为单阶式和双阶式两种。
单阶式搅拌站是将原材料一次提升后进入储料斗，然后靠自身重力下落进入称量和搅拌工序。这种工艺流程，原材料从上一道工序到下一道工序的时间短、效率高，便于自动控制，搅拌站的占地面积小。一次性投资大，适用于产量大的固定式大型搅拌站。
双阶式搅拌站是原材料提升进入储料斗，由自重下落称量配料后，需经第二次提升进入搅拌机。这种工艺流程的搅拌站高度小、骨料运输设备简单、投资少、建造快，但效率与自动化程度相对较低。适用于施工现场设置的临时性搅拌站。
三、结束语
总而言之，在当前我国工程项目建设施工的过程中，混凝土材料已经得到了人们的广泛使用，它不仅可以有效的保障工程施工的质量，还使得工程项目的稳定性和可靠性得到有效的提高。不过，由于在不同的施工项目中，人们对混凝土材料质量的要求也存在着一定的差异，因此，我们在对其进行施工的时候，一定要根据工程施工的相关要求来对其进行处理，并采用节约水泥的原则来对其进行处理，从而保障工程的施工质量。
参考文献
分析预拌混凝土搅拌站的政策与市场处境，针对影响搅拌站生存和发展的政策环境、合同签订、生产系统控制、环保节能、技术服务、质量改进等环节的管理问题，提出改进管理的建议与措施。
【关键词】
预拌混凝土；政策环境；生产控制；技术服务；环保节能；质量改进
预拌混凝土的集中搅拌具有提高工程质量、改善劳动环境、减轻劳动强度、加快施工进度、提高工程总体效益及环保等优点，是混凝土生产方式由原来粗放型向集约化的重大转变。故此受到国家有关部门的日益重视，具体表现为“九五”期间预拌混凝土行业被建设部列为重点推广应用的新技术之首项，尤其是2003年10月国家四部委联合了《关于限期禁止在城市城区现场搅拌混凝土的通知》，都为预拌混凝土的发展营造了十分有利的外部环境。经过十多年的迅速发展，大多城市的混凝土搅拌站从无到有，企业的竞争也逐渐从产品的质量竞争转变为价格与服务的竞争。尤其在广州这样的大城市，混凝土搅拌站经营已步入微利时代，只要经营稍有不善，就有可能出现亏损的局面。预拌混凝土企业在生存和发展的过程中，逐渐在多方面如政策环境、布点规划、产品质量控制以及延伸服务等出现一些问题，影响到混凝土企业的正常运转和发展。基于这样的社会环境，地方行政部门如何制定相应的政策，混凝土生产企业如何应对在生产经营、质量技术监控和质量方面存在的难题，本文旨在探讨解决问题的途径和方法，供相关行政部门和预拌混凝土搅拌站参考。
1政策环境
1.1预拌混凝土的推广策略
为了提升城市空气质量和建筑质量，广州市自2003起开始全面实现“禁止现场搅拌混凝土”，建筑行业总体配合度良好。目前在广州中心区域，基本封杀了施工现场搅拌混凝土，但是在一些新区，现场搅拌混凝土的违规行为还时有发生[1]。现场搅拌混凝土之所以屡禁不止，究其原因主要是：⑴现场搅拌的混凝土价格低。在原材料和质量标准相同的情况下，每立方预拌混凝土的成本要比现场搅拌的混凝土大约高30元，当中包含税费、管理费、大型设备费用等。⑵政府处罚力度不够大。国家七部委联合发文，对于违规使用袋装水泥有明确的规定，不使用或不完全使用散装水泥的预拌混凝土、预拌砂浆生产企业，由建设行政主管部门责令整改，并可处以每立方米混凝土l00元或者每吨袋装水泥300元的罚款。从数字看处罚力度很大，但该文件同时规定，统一项目最高罚款不超过3万元，如果把这一罚款摊均到建筑面积在3万m2以上的楼盘，每平方米的成本约增加0.3元，这样的处罚还是没有威慑作用。⑶政策不配套，监管环节不够严密。要真正做好预拌混凝土的推广使用，促使预拌混凝土市场健康发展，需要从规范预拌混凝土市场开始，政府必须要加强监管，须认真思考和研究解决问题的方法和对策。建议有关政府采取以下方法和对策：①在政策上扶持有实力有信誉的预拌混凝土生产企业做大做强，降低税收，优胜劣汰，以利于预拌混凝土的竞争与发展。②落实监管，加大处罚力度。对违规企业要责令立即停止项目施工，并发出检查整改通知书，责令限期整改并实施通报、扣分等重罚。③制定相关的配套政策，环环相扣。比如在开工阶段，必须规定施工企业或业主落实好预拌混凝土供应商并签定合同，才能取得施工许可证；在工程验收阶段，需要提供预拌混凝土供应商的产品合格证、技术资料以及货款支付依据，这样不仅保证了预拌混凝土推广使用，而且保证产品货款不会被拖欠。
1.2搅拌站的布点规划
由于预拌混凝土的产品特性受生产时间、运输距离等因素影响，产品只能在合适时间内使用，若完全采取市场经济的行为，不进行有序布点，会造成搅拌站过多过滥的恶性压价竞争局面，最终将导致企业经营风险增大，混凝土质量难以保证，甚至导致企业因盲目投资而倒闭，造成社会资源的浪费。为了让预拌混凝土市场健康而有序地发展，政府主管部门应有依据、有步骤的控制搅拌站布点，使生产与需求相适应，确保预拌混凝土的质量。以预拌混凝土推广工作经验比较丰富的东莞为例，该地区设站的标准如下：以站为圆心，20公里的距离为半经所覆盖的圆形区域内是最合适的供应范围，同时要考虑总设计生产能力与混凝土的总使用量的比例约为1.5倍，以满足基本使用的需要，比例过大则生产能力严重过剩，容易造成社会资源浪费，比例过低又不能满足基本需要。当然，各个地方要根据各地经济发展情况不同有所区别，制定搅拌站的布点方案最好根据城市发展规划、建设规模、预拌混凝土需求量等具体情况进行编制。在日常管理中，也要严格控制预拌混凝土搅拌站的迁移，以免打乱原来的布点规划。
2销售合同签定
预拌混凝土搅拌站是以销定产的混凝土生产加工型企业，合同签定是预拌混凝土生产的前奏。从表面来看，合同与产品质量没有直接的关系，但事实证明合同的签订是关系后续工作能否顺利进行的重要环节[2]，因此合同的评审也是质量管理体系中一项必不可少的内容。搅拌站签订合同前，要求熟悉本单位的技术力量情况以及国家和地方的法律法规要求，了解企业各部门的要求和施工单位的需求。评审内容包括合同条款是否合理，对用户提出的各种要求特别是时间、质量和数量等，企业是否能在工艺条件、设备硬件、管理水平等方面予以满足。签订正式合同文本后还要及时与有关部门进行合同交底，以便后续工作的开展。在合同执行的过程中，还可能存在着诸多的问题。例如：搅拌站发出的质量证明资料显示的工程名称、施工单位与完工资料要求不相符，主要原因是与搅拌站签定合同的是分包单位，而完工资料则要求是总包单位的名称；合同中签定的工程名称也经常出现不规范的简称或者是合同人随意定的名称。结果造成搅拌站发出的资料需要重新修改，造成人力和财力的浪费。另外，虽然搅拌站已经严格按照合同规定供应混凝土，并且合同也明确规定款项的支付比例、支付期限、免责条约以及违约责任，但是，由于各个建设环节拖欠资金导致施工单位资金到位不足，结果又是搅拌站无法如期收款。虽然搅拌站可以通过法律手段追回所得款项，但是代价是付出很多的人力、财力和时间，也伤了彼此的和气，最终可能失去了客户。以上出现的问题可以看到，搅拌站在合同签订和执行中常常处于弱势。建议如下：⑴政府有关部门规范建筑市场环节，解决资金拖欠问题。例如在工程验收阶段，施工单位或业主需要提供货款支付依据。⑵搅拌站在发放质量保证资料的同时，有必要附加一份资料确认回执，目的是不但让客户确认资料收到，并且确认资料内容的准确无误，以此作为日后出现纠纷的证据。⑶若客户有质量变更要求，应以合同附件的形式及时补充[3]。
3生产系统控制
混凝土搅拌站生产系统的控制包括原材料选择、配合比设计与控制、生产、运输过程的控制、交货检验、环保和安全管理等各个方面。
3.1原材料的选择
混凝土是由水泥、砂、石、掺合料、外加剂和水等原材料拌合而成。这些组分材料的性能指标及其质量的稳定性，直接影响到混凝土的质量及性能。因此，对原材料进行认真细致的筛选和检验，是确保混凝土质量的基础。为了提升混凝土的技术经济效益，在选用材料时，应以其性价比为依据，即以每立方混凝土的综合材料成本来分析，而不应仅仅注重每一种材料的单价。资源紧缺已成为每个行业面临的问题，就水泥质量控制方面，就算是较大的水泥厂，有时也会存在质量不稳的时候，小型水泥厂更谈不上稳定了。对水泥的选用，应以质量稳定、信誉好的大品牌旋窑水泥为主，同时要对进厂的水泥按批次进行外加剂与水泥的相容性检验。因为不同批次之间、或者同一批次的不同车次之间在成分上存在较大的差异，这就使搅拌站的试配难度增大，而且经常会因为水泥质量的不稳定而出现混凝土质量问题。以博罗一搅拌站为例：该搅拌站在选用减水剂时经过前后多家减水剂的随时抽样试配比较，选出质量稳定、性能优良某一品牌外加剂，多年来一直使用该品牌同一浓度的减水剂，也是一直使用该地区一个大品牌水泥。该搅拌站有一段时期出现混凝土减水剂掺量需要从1.8%加大到2.3%，并且发生后期泌水较大等问题。刚开始一直怀疑是减水剂问题，经过多方面对比性实验，终于发现是水泥问题，包括水泥入罐温度高达95℃，水泥厂为了降低成本，改变水泥掺合料成分造成水泥质量不稳定等问题。水泥质量不稳定只能在一定的范围内可以通过外加剂调整，但超出安全范围，将导致质量事故发生，而且一旦水泥质量恢复正常，原来经过调整的配合比已不再适用。为了减少搅拌站因为水泥质量变化而出现的反复性折腾，建议如下：⑴监督部门加强对水泥厂产品质量检验，另外水泥厂在材料成分有所调整时，应及时通知搅拌站，便于搅拌站注意并及时调整配合比。⑵尽量采用同一厂家、同一牌号的水泥，以利于工程技术人员熟练掌握其成分及性能，进行生产调整。⑶选用外加剂优先选用质量稳定的产品，选好了就不要随意更改品牌，这就是“以不变应万变”。同样，砂石、粉煤灰等其他材料也应该进行严格的检测。这样做必然使得工作量增加，但事实也证明这是保证混凝土质量最切实可靠的手段。
3.2配合比的设计
预拌混凝土的配比设计水平代表搅拌站的技术实力，也是保证混凝土质量的核心环节。在设计预拌混凝土配合比前，试验室主任对内除了必须掌握的原材料质量基础资料外，还要掌握本企业的生产工艺条件、设备类型、人员素质、生产管理水平和质量控制水平等情况；对外必须掌握工程概况、技术要求、施工工艺、运输距离或时间，另外还要掌握季节和天气情况，了解施工队伍的技术、管理和操作水平等情况。总之，掌握和了解的情况越多、越详细，才能更有把握的设计出经济合理、施工性能良好的混凝土。混凝土的设计要注意的问题与技巧如下：⑴根据工程对象的具体特点进行设计，不能生搬硬套。每一工程项目的设计、施工、地理环境均有其特殊性，就算是同一等级的混凝土也要根据具体情况进行必要的调整。首先按照有关技术规程进行理论计算来确定基准配合比，然后根据工程设计要求、施工特点、原材料状况、本企业的工艺设备和生产技术管理水平以及预拌混凝土行业特点进行严格而系统的试验，经调整后的配合比必须经过技术负责人审核后才能应用于生产。⑵对工程上应用的配合比进行数据统计，根据本企业的生产控制水平确定不同混凝土强度对应的水灰比，对每一个配方编一个不重复的编号或代码，以利于存档、查找、质量追踪和信息反馈。⑶科学合理地应用单掺、双掺或多掺技术来改善企业技术经济效益。在水泥质量基本稳定的基础上，探索与之相适应的掺合料应用技术来降低成本，并改善混凝土的性能和质量。
3.3混凝土质量的控制
一般搅拌站都是由试验室负责监督和控制混凝土质量的。由于混凝土强度质量是在交货后28天或更长时间才显现出来的特殊产品，所以对其质量控制将更为困难，这要求对混凝土要有预控机制，加强出厂检验和建立快速测强曲线是非常必要的。质量管理工作贯穿于整个混凝土的生产流程，下面仅说明质量控制过程常遇到的两个关键点：坍落度、外加剂。坍落度是具体反映混凝土流动性的重要指标，也是混凝土品质的外在表现，所以说稳定与适当的坍落度是混凝土质量控制的重要部分。就近几十年施工所用的混凝土来看，混凝土施工的实际坍落度有越来越大的趋势。一方面，施工单位要求混凝土的坍落度较大，另一方面，施工工人图施工方便，随便加水以增大坍落度，事实证明过大的坍落度会使得混凝土存在质量安全隐患。作为搅拌站，在各方提出不符合规范的要求时，应该坚定立场，并立刻拿出有关标准为依据予以拒绝。不能为了承揽混凝土业务，而不顾及行业原则同意不合理的要求，因为增大坍落度会导致水泥或粉煤灰以及外加剂的用量的增加，从而造成成本增大，并且过大的坍落度加大了生产技术的难度。混凝土质量的提高有赖于减水剂技术的推动。混凝土生产掺加适量的外加剂可以降低生产成本，这已被事实证明。但是，大量工程实例表明外加剂与水泥之间存在着相容性的问题。因此，外加剂使用前，首先要经过与胶凝材料的相容性试验，这一点相当重要。一般在出场1小时内净浆无泌水现象，才能确认其适应性。聚羧酸高效减水剂优异的减水性能，已经成为减水剂行业的一个突破。从混凝土的性价比考虑，聚羧酸高效减水剂适宜配制C50以上的高强、超高强的大流动性混凝土才有明显的优势。而对常规的C25～C40普通混凝土，应用聚羧酸高效减水剂在生产技术上比较难以把握，而且在控制成本方面效果也不太明显，所以说聚羧酸高效减水剂实现普通混凝土的高性能化仍有待深入研究[4]。另外，在混凝土施工过程中，如果出现混凝土经振捣后骨料下沉、面上泛浆、不断泌水的现象，一般原因是水泥质量波动大、需水量减少，间接造成外加剂超掺的缘故，这时候应马上对正在生产的混凝土的配合比作出如下处理措施：⑴减少外加剂用量。⑵增加粉煤灰或水泥用量，改善保水性，若原来掺加矿粉的就要取消。⑶减少用水量，延长搅拌时间。⑷对浇筑成型的混凝土，则要适当延长拆模时间。⑸经过构件实体强度检测未达到强度的，可采取局部补强的补救措施。
3.4生产设备质量管理
预拌混凝土实现了机械化、专业化的规模生产经营，从生产、运输到施工，都依靠设备的配套与精准，机械设备性能的优劣对混凝土生产的效率及质量有很太的影响，因此必须加强设备管理，并落到实处。混凝土生产采用机械或电子称对原材料进行计量，如果预拌混凝土生产离开了可靠、精确的计量系统，即使实验室的配合比做的再好，也会因为出现减水剂的超掺、粉煤灰落料冲磅等情况造成混凝土坍落度过大，或者泌水严重，甚至混凝土几天都不凝结等各种问题。因此机械设备准确计量是保证预拌混凝土配合比准确实施的关键，也是预拌混凝土生产在质量控制方面优于现场拌制的优势之一。另外配料搅拌过程是混凝土质量控制的关键工序，该工序控制水平高低，都会直接影响混凝土拌合物的物理性能和生产成本[5]，搅拌不均匀往往会造成混凝土强度偏低、和易性不良、泌水加大等质量问题，性能优良的搅拌设备对混凝土拌合物的均质性起关键作用。设备管理建议如下：⑴每年定期对计量系统用砝码进行校验，特别在遇到混凝土质量出现异常波动时应即时复验，保证计量系统的误差在规定范围内。⑵认真对搅拌生产设备进行维护和保养，确保搅拌系统功能的正常和足够的搅拌时间，同时保持机楼控制室的整洁，以确保生产控制系统的正常运行。⑶经常对搅拌车进行维护，使得贮料桶能够保持正常运转，以防止混凝土在运输过程中发生分层、离析。
3.5运输交货
预拌混凝土之所以是预拌，是因为它是搅拌站根据施工单位需要生产，是以销定产的半成品，还需要经过运输、施工成型等过程，因此，在运输使用过程同样不可忽视。在运输过程中，常见的问题包括：由于混凝土需求量大，搅拌站没法连续供应，造成施工中断从而影响施工质量；调度派车不合理，造成搅拌车现场滞留；司机质量意识不高，没有将搅拌筒内积水倒清便装车，也有由于运输现场滞留随意加水，造成卸料时卸出一滩水；混凝土到现场后施工单位没有确认混凝土的品种、等级就使用，把用在楼板部位的混凝土误用到梁柱上导致事故的发生。所以，运输交货应着重控制以下几个方面：⑴掌握路况和运输时间，合理安排发车间距。为保证预拌混凝土质量，从加水搅拌到浇筑不允许超过混凝土的初凝时间，一般运输时间宜控制在2小时内，从装料至卸料一般不得超过4小时。遇到塞车或压车等问题，确实需要采取加缓凝剂及二次掺加减水剂等措施时，须由技术人员调整。⑵为了避免时间过长而导致混凝土挂壁，影响装载，搅拌车每次从工地返回时装料前用有一定压力的水冲洗料斗和下料溜槽，同时注意倒清搅拌筒中的积水。⑶搅拌车运输时保持罐体持续的慢速转动，以避免混凝土在运输过程中产生离析、分层等现象，但不可以因为搅拌车车鼓的转动而缩短混凝土在搅拌机中的强力搅拌时间。
4环保节能
随着生活水平的提高，人们的环保意识也越来越高，预拌混凝土搅拌站的污水处理、雨水收集、砂石分离等节能生产技术已经逐渐开始使用，并取得一定的节能环保效果[6,8]，但是也存在一些不可忽视的问题，例如：污水循环利用过程中，由于重复利用的污水含有减水剂、缓凝剂以及其他矿物质成分，于是有可能产生与采用一般饮用水搅拌不一样的效果，如拌合物坍落度过大或干硬等，技术人员也难以把握当中含量对生产混凝土带来的影响，这就会给混凝土配合比的设计与调整带来一定的难度；混凝土分离机使用过程中，相关人员没有冲洗干净浆体，导致重复利用的材料结块现象；材料没有完全分离，以致多种材料或者多种粒径的材料混合使用。以上种种因素，都会导致混凝土质量事故，因此在应用节能技术的同时，应该严防它存在的隐患。建议预防措施包括：⑴实验室对污水循环利用应该多做试配，特别要注意监控出场混凝土拌合物坍落度和凝结时间的测定。⑵加强对分离机操作人员的教育，确认材料经过分离机清洗干净并严格分离堆放，避免不同材料混杂堆放，发现混放的材料不得使用。⑶加强看料台人员教育，对状态异常的混凝土要及时反映到试验室，以便技术人员作出调整。
5技术服务
预拌混凝土作为一种半成品，不是优质出站就可以高枕无忧的，其质量优劣最终体现在现场施工性能、强度、耐久性及其他物理性能上。因此，现场的质量管理及技术服务也是十分重要的工序。由于许多施工单位的人员不了解预拌混凝土与现拌混凝土的特性差异，为了施工方便而经常出现一些不恰当的做法，例如：随意加水、过振、养护不周等，这些行为往往会引起工程质量纠纷。因此，应注意以下方面：⑴加强信息沟通和技术交流，以利于质量预控和关系融洽。搅拌站提供必要的、细致的技术服务，在适当的时机对混凝土施工操作人员进行预拌混凝土知识培训，包括凝结时间、和易性要求、浇注成型、养护要点、强度增长规律和供料速度等情况，确保施工质量。⑵保证混凝土浇筑的整体性与连续性。调度必须掌握路途的交通情况和工地具体的施工要求，合理安排车辆，保证供料顺利。⑶搅拌站要派出现场技术人员，控制、监督、处理现场的质量问题，并及时反馈搅拌站各有关部门。
6质量改进
质量管理的最终目的就是改进质量，不但要防止不合格产品的发生，而且要以最低的生产成本获取最大的经济效益和社会效益。实现质量改进要总结引起混凝土质量波动的因素，如果属人员因素，应加强人员的岗位工作技术培训，定期进行考核和岗位资格认可；属设备因素的，应加强设备维护保养，保证计量系统的准确性以及搅拌的均匀性；属原材料质量因素，应分析其危害程度；属监控部门的问题，就要进行调整或修改。质量改进需要持之以恒地进行分析、总结、调整，具体操作方法包括：⑴完善各阶段的情况记录，实现生产全过程的可追溯性。⑵每个统计期采用正交设计或回归技术统计和考察各质量因素，找到影响质量的关键因素，再根据轻重缓急对各因素进行不同的调整及控制，更好地提高混凝土质量。⑶对原材料质量和混凝土质量进行分析，统计混凝土质量控制水平，提出配合比的执行情况和完善程度。⑷统计原材料质量水平对混凝土质量的影响，对各种品牌的材料重新进行排序，优化组合，重新设计生产配合比监控生产。
7结语
混凝土的质量关系到建筑工程结构安全，影响生产质量的因素很多。要建设一流的预拌混凝土生产企业，不但要求有良好的政策环境，更要求混凝土搅拌站建立完善的质量保证体系，树立优良的质量与服务意识，加强过程的监控，逐步解决每一环节存在的难题，确保产品质量，创立优质的品牌，并取得良好的经济效益和社会效益。
作者：苏健波 单位：广东工业大学土木与交通工程学院
【参考文献】
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关键词：混凝土搅拌站；高铁
1 混凝土搅拌站用途及分类
搅拌站是生产混凝土的主要设备，它是用来集中搅拌混凝土的综合机械装置，也称为混凝土工厂。它具有机械化自动程度高、生产率高、搅拌混凝土均质、粉尘浓度和噪音较低、物料计量准确度高的特点。常用于混凝土工程量大、施工周期长、施工地点集中的大中型工程。
混凝土搅拌站型号较多，但其结构基本相似，均采用电气程序控制。混凝土搅拌站按作业形式可分为周期式和连续式；按搅拌机平面布置形式可分为巢式和直线式；按工艺布置形式可分为单阶式和双阶式。单阶式搅拌站的砂，石，水泥等材料可以一次就提升到搅拌站的最高层，然后按工艺流程进行，重要适用于大型永久性搅拌站。
2 高铁对混凝土搅拌站的特殊要求
2.1对混凝土的质量要求更高
由于高速铁路的运行特点，高速度，高冲击性，交变性，因此对混凝土的质量要求较高，对计量和配料的精确性，搅拌的匀质性，以及混凝土温度控制等方面都有更高的要求。因此它对搅拌主机的搅拌性能、计量系统的计量精度和控制系统的骨料投放工艺等都提出了更高的要求。
2.2高标号混凝土粘性较大，卸料时间较长
为保证搅拌效率，要求搅拌站设计成品料储存装置。
2.3对搅拌站的可靠性要求更高
搅拌站的可靠性是确保工程质量的关键。在桥墩或者预制梁的浇筑期间，工艺要求不允许停顿，必须在规定的时间内完成浇筑。特别是在桥梁桥墩的建设中，过长的故障停顿，会导致整个桥墩的报废，对承建单位，其损失是巨大和不可接受的。因此搅拌站必须有高的可靠性，特别是保证在连续大方量的混凝土需求峰期的可靠性。
2.4搅拌站的效率必须确保峰期使用量
有别于商品混凝土搅拌站，首先高铁混凝土搅拌站一般没有二次搅拌，为了保证匀质性，搅拌时间要求2分钟左右，这样搅拌站的生产效率大打折扣。其次，混凝土的需求量，不似商混那样平稳，而有很大的起伏，在浇筑的关键期，短时间内会需要大量的混凝土。这就要求搅拌站必须确保其生产率，甚至需要搅拌站在短期内，有一定的超载能力。
3 高铁搅拌站技术应对措施
3.1混凝土的质量要求保证
混凝土的质量包括计量的准确性、搅拌的匀质性以及混凝土温度控制等几个方面：
3.1.1计量层的特殊设计
主站采用门字形结构，大截面高强度贯通支腿，搅拌层和计量层均通过支腿及斜撑和基础连成刚性体，通过有限元结构动力分析表明这样可有效减弱计量层来自搅拌层的震动，从而提高计量精度和速度。
3.1.2水附加剂采用独特的粗精称结构
粗称阶段，采用供水泵直接供水；精称阶段，利用过渡水箱内的存水自流进水，有效消除水泵直接供水对计量精度的影响，保证称量精度。
3.1.3水泥粉煤灰的变频螺旋设计
为了提高水泥和粉煤灰的计量精度，对大输送量的螺旋机，采用双速变频电机驱动，粗称时高速供料，精称时低速供料。在螺旋机出料口，安装一个气动阀，快速闭锁出料口，保证称量精度。
3.1.4独特的砂石中途斗设计
这种设计，可实现砂石分时投料，配合控制系统的时序控制，能够实现高铁建设对混凝土要求的砂浆裹石搅拌工艺的要求，有效提高混凝土品质。
3.1.5骨料湿度和温度的控制
为了提高配合精度，在砂石骨料仓壁上，安装有微波在线测湿系统，检测流动物料的湿度和含水率，并通过控制系统及时调整混凝土的水灰比。对于高温和寒冷施工季节，我们设计了一套低成本和有效的保温措施。搅拌机上安装有温度和塌落度在线检测装置。这些措施能够及时监控混凝土的质量状况。
3.1.6独特的二级返料清扫装置
皮带机的返料，会因为砂料的湿度大而变得很难解决。返料多，会影响配合精度，因为这些料是已经过计量。我们为高铁项目专门设计了二级返料清扫装置，令返料得以完美解决，不仅提高了计量精度，也改善了搅拌站的清洁状况。
3.1.7从控制系统上的软硬件上采取措施，确保计量精度
为保证计量精度，采取了以下措施：
3.1.7.1对称量信号各个环节采取措施，保证信号源稳定。对传感器的供电电源采用高精度专用电源，信号传输使用屏蔽线，并采用单独接地方式，有效防止干扰窜入。
3.1.7.2对采集的称信号采用先进的算法进行软件滤波，增强抗干扰能力。
3.1.7.3因高铁混凝土的搅拌时间长（120秒左右），物料计量时间比较充裕，由此增加了计量精度的算法和控制。延长稳称时间，通过动态监测计算物料的计量过程参数，并实时采用相应措施调整，控制计量精度。
3.1.7.4通过提高称的分辨力、零点自动跟踪、落差自动修正、欠称或超称自动（手动）补偿或扣减等措施，进一步保证计量精度。
3.2搅拌站的可靠性要求保证，先进的控制系统使控制更加稳定、可靠
3.2.1硬件上采取的措施
3.2.1.1控制传感器的供电电源质量，采用高性能的放大器，信号输入屏蔽，有序接地；
3.2.1.2采用台湾研华高性能工业控制计算机及工业控制板卡，保证了控制系统核心硬件的可靠性；
3.2.1.3采用托利多传感器高精度传感器，非线性误差、滞后误差、重复性误差均小于±0.25%，温度范围广，而且具有防水、防尘等性能；
3.2.1.4主要电器元件采用西门子或施耐德，保证持续稳定生产。
3.2.2软件上采取的措施
3.2.2.1增加了对搅拌站的关键生产部位进行了监控检测。如搅拌主机、空压机、平皮带、投料皮带等的运转情况，主机斗门、物料（如骨料、粉料、水、外加剂等）称量斗门等的硬件检测。控制程序对监测到的信息进行分析处理显示给操作人员，一旦监控到异常将显示警告信息或自动暂停或禁止生产，保证了搅拌站的生产稳定且安全可靠。
3.2.2.2程序控制流程上使用了冗余控制技术，增强了搅拌站的抗干扰能力，防止生产异常或失控。对控制流程进行计算监测，并实时报告显示异常设备情况，如物料下料、投料不畅等。
关键词：搅拌站；粉尘；袋式除尘器；仓顶安全门
近年来，我国水利、铁路、城市基础设施建设进程步伐不断加快，预制混凝土行业进入了空前大发展阶段。现有的搅拌站生产现场“风起则黄沙漫飞水泥弥散、雨下则污水横流泥渣遍地、生产则噪音隆隆”等环保问题【1】与国家提倡的低碳环保经济大局格格不入，尤其在中国向全世界承诺量化减排，治理雾霾的大背景下，开展环保型混凝土搅拌站的研制工作，对于解决混凝土搅拌站粉尘污染的难题具有非常重要的工程实用价值。
1.混凝土搅拌站的粉尘分析
混凝土搅拌站是由搅拌主机、物料贮存系统、物料输送系统、物料称量系统和控制系统及其它附属设施所组成的建筑材料制造设备【2】，它以水泥为胶凝材料，将砂石骨料、粉煤灰、矿粉等原料按照一定的配比进行混合制作成混凝土。其生产过程中一般包括：物料输送、称量、拌合、搅拌等环节，产生粉尘的工艺过程主要有以下几个：
1.1物料输送过程产生粉尘
砂、石骨料由输送机从称量斗输送到骨料集料斗，在此过程中，由于输送机头部滚筒和集料斗之间落差较大，因此抛投骨料的过程将产生大量粉尘，而且斜皮带进入骨料待料斗和斜皮带头罩处无法做到完全封闭，产生的粉尘会从未封闭处溢出【3】。水泥、粉煤灰、矿粉等粉料在输送及加工过程中受到流动空气及设备运动部件所产生的诱导气流影响，会将粉粒体中的细微粉尘带出而产生扬尘。散装物料罐车在向粉料仓送料时，水泥、粉煤灰等物料以高压空气为动力输送，在输送过程中，储料仓内的压力大于大气压，压缩空气通过仓顶除尘器的滤芯向外释放时也产生少量扬尘【4】。尤其当储料仓顶除尘器发生故障，滤芯被堵死时，粉料仓内的压缩空气将通过安全卸压阀卸荷，大量粉尘将随着卸压的空气排放到大气中。
1.2搅拌主机投料过程产生粉尘
混凝土搅拌站搅拌主机部分产生粉尘主要有两个阶段：第一阶段为粉料称量时产生的粉尘；第二阶段为粉料和骨料投入搅拌主机时产生的粉尘【5】。第一阶段：螺旋输送机输送粉料到粉料计量斗中，实现粉料称重（投料口的蝶阀关闭），此时由粉料斗往主机进气，连接密封不可靠的地方和观察维修口等可拆卸部件，难以做到完全密闭，容易产生漏灰。第二阶段：当拌和料称量完毕后，粉料计量斗和骨料待料斗的投料口蝶阀都已打开，骨料和粉料被投入主机，骨料中粉尘随骨料一同进入主机，投入主机内的粉尘大部分参与搅拌，少部分扬起。拌和料进入主机时，主机形成正压，主机内的气体向外流动，部分气体由计量斗气道进入粉料斗中，另一部分气体由气道进入待料斗中，还有一部分气体由引风管进入收尘系统的过滤室，最后被风机抽出排入大气。
1.3搅拌主机搅拌过程产生粉尘
现行的混凝土搅拌站多使用双卧轴强制式搅拌机，对双卧轴强制式搅拌机而言，当搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时产生对物料的向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中间和另一端，搅拌叶片会促使少部分粉料从空隙处飞出，产生扬尘。
1.4储料仓内负压产生粉尘
当储料仓向搅拌主机卸料，储料仓内的气压得不到及时补充有时会形成仓内负压，仓内负压将部分物料扬起，当除尘系统中的过滤布袋或滤芯出现破损时，会产生粉尘外泄。
2.搅拌站除尘现状及除尘装置
目前，超过95%搅拌站是普通商品混凝土搅拌站【6】，粉尘污水排放、噪声治理等指标远不能达到环保要求。粉料仓的收尘多采用简陋的机械震打式收尘机，收尘面积小，除尘效率低，经常出现冒灰、甚至冒顶现象。在搅拌主楼内，很多搅拌站都简单的布置一个除尘袋，对粉尘源没有进行处理，同时管路连接不紧密，大量粉尘直接排放至主楼甚至场外。骨料料场也大多处于露天状态，装卸料时产生严重的扬尘。
基于环保的要求，新建的搅拌站开始逐步配备除尘装置。根据搅拌站粉尘的特点以及收尘效率方面的考虑，搅拌站除尘装置多选用袋式除尘器。袋式除尘器是一种干燥式过滤型除尘装置，它适用于过滤捕捉微小、含水比例很低、亚可见性粉尘。滤袋采用纺织而成的过滤布或直接成型的毡制成，利用滤袋的过滤作用对含尘气体进行除尘。当含尘气体进入该类除尘装置时，颗粒较大、比重较大的粉尘颗粒，由于重力作用落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，气体得到净化。
袋式除尘器主要由灰尘清理系统、控制系统、检查维修系统、安全保护系统四大部分组成，其中灰尘清理系统是袋式除尘器的消化器官，袋式除尘器的除尘效果取决于灰尘清理机构及其控制系统。袋式除尘器清灰方法主要有以下三类：①气体清灰：气体清灰是运用高压气体或者外部大气反向喷吹滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘。常见的气体清灰方式有脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和吸风清灰三种形式。②机械振打清灰：借助于机械运动装置周期性的轮流弹振各排滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘。③人工敲打：人工振打每个滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘【7】。
混凝土搅拌站的现场调研发现，现有的混凝土搅拌站除尘装置在使用过程中存在许多问题，主要包括：设备阻力损失较大；滤袋破损失效；花板积灰；二次扬尘；称量斗内负压；牢固性差等。以目前广泛使用的脉冲反吹袋式除尘器为例，脉冲反吹时，下部含尘气体仍然在持续进入袋室，这样进气气流与反向喷吹气流产生对流，引起除尘气室内的流场不稳，造成二次扬尘，影响除尘效率。
3.环保型混凝土搅拌站除尘装置设计
本文所设计的环保型混凝土搅拌站除尘装置由管路系统、控制系统、仓顶安全门系统和主动改进型主动脉冲除尘器四部分组成，具体结构如图1所示。
3.1带仓顶安全门的粉料仓袋式脉冲除尘器
为了防止在风送上料时由于风送压力过大或满仓时而发生爆仓的重大安全质量事故，仓顶收尘装置收尘管道与收尘器之间设有仓顶安全门。仓顶安全门1选用重力升降式安全阀，在工作过程中，相应粉料仓中的压力达到设定值（如0.008Mpa）时，仓顶安全门自动升起泄压，含尘的仓内气流从仓顶安全门处进入收尘器8，经过收尘器的滤袋过滤后排除，被滤出的粉尘沉入收尘斗2内。收尘斗下部连接有卸灰管道4，卸灰管道将收尘斗与其中一个粉料仓连接，卸灰管道上设有气动卸灰阀门5，当收尘斗中的粉尘达到一定量时，开启卸灰阀门，收尘斗中的粉尘顺着卸灰管道流入到相应的粉料仓中，如图1所示。
在这种新型仓顶收尘装置的设计中，收尘器和粉料仓均位于粉料仓顶部，相对于地面上的收尘装置来说，可大大缩短收尘管道的长度，减少收尘管道的弯折点及弯折角度，解决了现有收尘装置易堵塞的问题；将仓顶安全门出口接入到收尘管道中，既防止爆仓，保证了粉料仓安全，同时又实现了粉料收集，达到环保要求；另外，收尘装置
位于粉料仓的顶部，即使是在粉料仓内存在一定的压力的情况下，积聚在收尘斗中的粉尘也能在重力的作用下顺利的落入至相应的粉料仓中，由此可见，所设计的仓顶收尘装置不仅解决了现有的用于粉料仓的收尘装置易堵塞、浪费资源的问题，还解决了现有的收尘装置排料不便的问题。
在该设计中，预加料斗上料时，产生的粉尘颗粒由内置脉冲除尘器进行收集，同时在砂石进口处采用了增加一个覆盖物的新设计方案，减轻了传送带上料口处粉尘的外泄，提高了其密闭性。
搅拌机处和预加料斗之间设计有一个连通管路，这样就减轻了因气路不通而产生搅拌机内气压增大的难题，含尘气流在气压的作用下进入被动振打除尘器滤袋内部，通过过滤，清洁气体排出搅拌站界外，粉尘被阻留在滤袋内部。
3.2改进型袋式主动脉冲除尘器
改进后的除尘器较传统袋式除尘器新增了运动滑块挡板机构，将传统的一个气室分为若干的小气室（如图2所示），稳定了出除尘器内部的流场。粉料仓上料时，因负压产生的扬尘由仓顶脉冲主动除尘器抽风机来抽取仓内含尘气体，粉尘被阻隔在除尘滤袋外表面。在一段时间之后喷吹系统开始工作，在脉冲阀的控制下，喷吹管依次进行反吹，在反吹过程中，运动滑块挡板机构阻隔该气室的含尘气体进口，防止二次扬尘的产生。
3.3搅拌站其他辅助除尘措施
本文将砂石料场置于地下，并且做密封处理。这样做杜绝了因翻运和上料时产生的粉尘逸出场外造成污染，同时避免了因日晒、淋、风化等造成的砂石料的损失。
为进一步控制搅拌站向大气中排放粉尘的数量，可在料场内设置水喷淋装置；同时搅拌站主体、配料和上料环节都采用全封闭外包结构。搅拌站主体二层及以上外包装用角钢搭建骨架模型，用夹心彩钢板包装整体主楼框架，以控制主楼内产生的粉尘进入周围环境的浓度。
4.工程应用效果
郑州三和水工机械有限公司在生产的HZS180-1Q3000型环保型混凝土搅拌站采用上述的除尘设备，并获得国家专利，产品经国家建筑城建机械质量监督检验中心检测，粉尘排放指标达到国家环保标准。
5.结论
本文主要解决了以下几个问题：
（1）研究了现有混凝土搅拌站除尘系统的结构，并对现有混凝土搅拌站的粉尘产生机理做了分析，找到了混凝土搅拌站粉尘的根源；
（2）重新对现有混凝土搅拌站的除尘系统进行设计，改进了现有除尘系统不合理的结构，达到了良好的工程实践效果；
（3）以现有的混凝土搅拌站除尘器为蓝本，重新改进和设计了除尘系统的核心部件――袋式脉冲主动除尘器。
参考文献：
[1]苏赣斌，曲鑫.环保型混凝土搅拌站（楼）[C].第四届中国水泥企业总工程师论坛暨全国水泥企业总工程师联合会年会论文集.2011：44-50.
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[7]陈家庆.环保设备原理和设计[M].北京：中国石化出版社，2005.
作者简介：
【关键词】 长株潭城际铁路 客运专线 拌和站设计
1.引 言
随着我国城市化进程的快速发展，以及高速铁路的技术逐渐成熟，为满足各个城市之间人们出行的需要，客运专线开始成为联接城市间人们出行的交通纽带，长株潭城际铁路就是联系长沙、株洲和湘潭三市的客运专线工程，而拌和站是在城市中客运专线施工的“先行军”，直接影响着工程施工质量和经济效益。
2.工程概况
长株潭城际铁路树木岭隧道起讫里程：DK1+440―DK14+230，全长12790m。从长沙火车站出发，过人民东路开始入地，平行于京广线南行，穿上行客车联络线、桂花路、下行客车联络线后右拐，穿京广线、东二环，沿树木岭路、圭塘河往南，下穿湖南植物园以及时代阳光大道后，沿着中意一路南行，在南三环（绕城高速）附近出洞。主要包括树木岭站、香樟路站、湘府路站和汽车南站站四个明挖车站、DK8+902.5～DK9+743洞身和隧道进出口三段明挖段、两个盾构机工作井和三段盾构区间、三段暗挖区间。
3.拌和站选址
经现场勘察，全线附近只有一处场地适合拌和站建设。在里程DK7+700～900线路右侧，紧邻圭塘河西侧，为雨花区井圭村闲置荒地一百五十余亩，地势平坦。远离居民区，对当地居民生活无干扰。附近无高压线、炸药库等危险源。进料及至施工区的道路利用新建施工便道即可。地质情况为：主要为泥质粉砂岩，上层为粉质粘土，承载力满足要求，无低洼、滑坡等不良地质地段。
施工用水利用过滤、沉淀后的圭塘河河水，水量充足，可以满足施工用水需求。砂、石料拟由附近合格的石料加工厂供应。综上所述，拌和站唯一也是最佳选择在线路里程DK7+700处右侧紧邻圭塘河西侧。
4.设计参数及设备选型
本混凝土1#搅拌站主要供应树木岭隧道4个明挖车站、三个明挖区间、三个暗挖区间的混凝土需要。混凝土供应原则：根据工期及施工安排，在施工前期主要满足车站及明挖区间的混凝土供应，后期主要供应暗挖隧道施工混凝土。
结合工期及各工点混凝土使用量，应拟按车站和明挖段主体结构施工进度指标进行混凝土拌和站设计。
4.1混凝土最大需求量计算
根据设计图纸计算，树木岭隧道全线混凝土使用数量约为55万方，施工工期约为30个月，日平均需求600方。
根据调查及现场实际资源配置，日最大混凝土需求量计算如下所示：
1、以车站单个流水段底板混凝土用量为计算依据
一个流水段底板按照25m×24.6m×0.8m（长×宽×厚）=492m3;
四个车站混凝土用量为492×4=1968m3。
按照一块底板混凝土浇筑时间2天计算，则日混凝土需用量为：
1968÷2=984m3。
2、按隧道明挖段单个流水段底板混凝土用量计算
一个流水段底板（双线）按照25m×8.3m×0.8m（长×宽×厚）×2=332m3;
三个明挖段混凝土用量为332×3=996m3。
3、围护结构、临建施工等混凝土用量较小、使用时间分散，可以不予考虑。
所以，满足4个车站及3个明挖段正常施工，混凝土最大用量小于2000m3。
4.2材料量计算
根据以上每天最大混凝土需用量，则每天材料用量为：
水泥小于800t，粉煤灰100t，碎石用量小于1500m3，砂子用量小于1500m3。
4.3设备选型
1、混凝土搅拌机选型
拟选用2台HZS150Q混凝土搅拌机，理论按照单台每35s（含进料、搅拌、出料时间）搅拌1盘混凝土计算， 1台每盘理论量为1.5m3，则理论每台每小时搅拌混凝土量为：150m3。
以结构C35混凝土计算3，根据配合比技术要求每120s（含进料、搅拌、出料时间）搅拌1盘混凝土， 1台每盘实际搅拌量为1.5m3，，则实际每台每小时搅拌混凝土量为：
1.5÷2×60=45m3;
根据现场施工需要，每天混凝土最高用量为3000m3，
2台HZS150Q混凝土搅拌机一天的实际生产能力：
43.5×2×24=2160 m3>2000。
所以，设计2×HZS150Q型混凝土搅拌站的生产能力可以满足施工进度对混凝土的需要。
2、罐体选型
由以上计算可知每天水泥最大用量为：800T;
受运输或其它因素影响，为保证现场施工，拟选10个150t水泥罐，可存储1500t水泥，能满足2天以上生产需要。
初步选定混凝土内需加粉煤灰外掺剂，其配备2个150t存储罐。
3、变压器选型
根据调查：单套混凝土搅拌机功率250kW，再加上其它生产、生活用电80kW，空损系数按0.85考虑，拟初步选定630kV・A变压器即可满足该拌和站施工需要，同时设一台250kW发电机作为备用电源。
4、混凝土运输车选型
根据混凝土需求量计算，每小时混凝土用量约35m3（含喷射混凝土及二衬混凝土量），拟初步选定混凝土运输车型号为12m3/车，每车装料、运输消耗时间（最长运输距离为10km）、卸料时间共需45min计，同时考虑到机械维修保养等因素，则需混凝土运输车辆选用4台。
5.平面布置及规划
1#混凝土搅拌站设置于长沙市雨花区，遵循“布局合理紧凑、少占城市用地”为原则，搅拌站实际占地面积为20689m2（约31亩），站内共设置拌和作业区、材料计量区、材料库、砂石料存放区（分待检区域和检验合格料区域）、砂石料筛洗区、砼运输车停放区、办公区、工地实验室、蓄水及污水处理区等区域。
5.1地基处理
1#混凝土拌和站设置于旱地内，首先对地表素土、植被和杂物进行清除，然后根据设计场平标高进行整平，据现场探槽开挖情况，地表以下2m为粉质粘土层，2～6.2m为细圆砾土层，均为液化饱和土，根据现场实际情况，需要对于以下部位采用地基处理方式：
1、水泥罐和搅拌机基础下2m范围内采用片石换填，上覆5cm碎石找平。
2、斜皮带机和配料机基础底基层采用1m厚片石填筑，上覆5cm碎石找平。
3、搅拌站主便道、上下平台间坡道、料仓与配料机之间上料通道基层采用片石换填，换填厚度0.5m，换填以上采用5cm厚碎石找平，
5.2道路规划
10m宽进站便道、站内作业区、站内运输道路均采用C25混凝土进行硬化处理，混凝土厚度不小于25cm。其余场平采用10cm厚C15混凝土硬化。
5.3排水设计
拌和站内设置宽为30cm水沟，沟底坡度为2%，采用红砖砌筑，砂浆抹面，上盖水沟篦子。场地内埋设直径为30cm和40cm的两种排污干管，按2%坡度埋设，从化粪池经发酵进入排污干管接入市政污水管道。
拌和站大门口设置洗车槽一处。洗车槽便桥采用I20槽钢加工，便桥长5.0，宽60cm。
5.4水、电设计
试验室及搅拌站共用一台630KVA变压器，生活区内临建板房供电系统设置空调用电、生活照明用电及大功率电器三条独立回路控制。根据施工现场实际和相关规定，临建场地配电系统采用TN―S系统，供电采用树干式引导供电，线路由变压器附近设一、二级配电箱，施工现场采用“三级配电、二级漏电保护”系统，采用“一机一闸一漏一箱”配电系统。
【关键词】混凝土；搅拌站；工控机
引言
随着我国经济和社会的全面快速发展，混凝土作为路桥、建筑行业的必需品其质量要求越来越高，同时由于“绿色、高性能、高强”的发展趋势以及轻型混凝土的广泛使用，工地自行生产混凝土已经渐渐被混凝土搅拌站取代。具有自动控制功能的混凝土搅拌站的混凝土优质、成本低廉、高效环保，其显著的优点已经成为混凝土生产的必然趋势。
1混凝土搅拌站概述
1.1 混凝土搅拌站分类
混凝土搅拌站的发展方向是自动化、机械化。按照移动性大体可以分为三种类型：
1.1.1 固定式搅拌站
固定式搅拌站是生产量大、生产能力强、生产质量好的具有自动化的大型混凝土搅拌站。它的主要销出对象为大型预制构件厂以及水利项目的工程工地，其配套设备包括搅拌机、原料贮存设备、计量设备和输送设备。但是由于固定式搅拌站不便迁移，所以限制了其适用的范围。
1.1.2 装拆式搅拌站
装拆式搅拌站是可以拆装的变电站，其建设周期短，经济性好，自动化程度高。它主要的销出对象为对混凝土需求量不是很大的工地，也就是适用于中小型的建筑工地，由于其可拆装性好，生产效率较固定式搅拌站有所降低。
1.1.3 移动式搅拌站
移动式搅拌站较装拆式搅拌站而言可移动性更好，适用于道路、桥梁等临时性较强的工地中，其生产效率是三者中最低的，但是其突出的机动性使得移动式变电站在混凝土搅拌站中不可或缺。
1.2 混凝土搅拌站结构组成
凝土搅拌站是一种在建筑、道路、桥梁、大坝等施工中行业中必备的施工机械，是比较复杂的机电一体化设备，由搅拌主机、骨料系统一、粉料系统、供水系统、外加剂系统、气动系统和控制系统等组成。
1.2.1 运输设备
运输设备是混凝土搅拌站不可或缺的部分，包括带式输送机、斗式提升机和螺旋输送机等。运输设备的主要运输对象包括骨料、水泥和机械设备。其中骨料的运输主要依靠皮带机，而水泥的运输按照其方式的不同分为机械运输和气力运输。机械运输主要是将水泥进行物理位置上的移动，包括提升和输送，气力运输主要是让水泥悬浮于空气中进行混合输送。
1.2.2 料斗设备
料斗设备与通常所说的原料的贮存场所有所不同，它是混凝土生产过程中非常重要的环节，是工艺设备的重要组成。料斗设备与自动称共同为混凝土搅拌过程配料，使得混凝土各组成成分的比例达到要求，由于其制造材料的不同，料斗设备可以分为钢制料斗、钢筋混凝土料斗和木料斗。
1.2.3 配料设备
配料设备为混凝土生产过程中各种混合原料进行合理的配比，而配比直接影响着混凝土的强度和质量，因此配料设备是混凝土搅拌站非常重要的设备，也是保证混凝土优质的重要环节。配料设备由于其重要性所以对其精度要求很高，同时也需要较高的生产效率，包括贮料斗，给料机和称量设备。
秤斗根据物料的不同而不同，水泥、水等液体的秤斗大多为圆饼形，而方形秤斗一般用于骨料的称量。秤斗的斗门处都配备有密封作用的橡皮垫。秤斗采用三点悬挂式，其中传感器是其中必不可少的设备。
1.2.4 搅拌设备
搅拌设备是对混凝土进行加工搅拌的机械设备，对其要求包括使搅拌物均匀混合，对不同强度、硬性的混凝土均有高效、迅速、均匀的搅拌效果。搅拌设备有6个工作状态，包括原材料准备、原材料计量、骨料输送、原材料卸料、搅拌和成品卸料阶段。
1.3 混凝土搅拌站工作原理
混凝土搅拌站的工作流程包括骨料配比、配料配比、搅拌和卸料四个部分。骨料由配料站骨料仓卸料门卸入骨料计量斗中计量，计量好后卸到运输设备平皮带上，再由平皮带送到斜皮带机上，斜皮带机输送至搅拌机上部的待料斗等待指令，同时水泥及粉煤灰等由运输设备螺旋机送到各自的计量斗进行计量，水和其他外加剂也分别由水泵及外加剂泵送到各自的计量斗中进行计量[2]。当所有的物料都计量完毕之后，接收到控制命令按照要求的配比顺次投料到搅拌机中进行搅拌， 达到搅拌时间之后，将搅拌机的卸料门打开，混凝土经卸料斗至搅拌运输车中，下一个工作循环开始。
2 混凝土搅拌站测控系统结构
2.1 PLC与工控机简介
可编程逻辑控制器（PLC）是随着计算机的发展而发展起来的，其基本思想是将计算机和继电器的优点相结合，形成操作简单、功能完善的系统。可编程逻辑控制器要求其硬件具有通用的规约。其软件是根据用户的需求写入控制器的。随着计算机技术的飞速发展，半导体的广泛使用使得PLC使用大规模甚至超大规模的集成电子电路进行其功能的实现，当然功能上也不仅仅局限于逻辑控制，优质的数据通信和共享使得其在性能上有了飞跃。
由于处理数据量较大，考虑到实时性的因素，工控机应运而生，其友好的人机互动界面和简单方便的操作使工控机已成为混凝土搅拌站的重要组成。
2.2 系统设计
计算机通过与PLC进行数据和信息的实时通讯，完成数据和信息的采集、处理和共享。计算机既可以完成对PLC数据区数据的读取，同时也可以完成对PLC程序的监控，对于程序出现的问题及时报警处理。PLC与计算机的结合应用，使得混凝土的配比参数、混合情况和搅拌情况能够实时反映给运行人员，方便运行人员及时调整参数，并且使出现的报警或者故障能够得到及时有效的处理。友好的人机对话界面是混凝土搅拌站实现机械化、自动化和智能化的基础。从工控机得到的原始数据，通过通信技术到达PLC控制器，而这所有的过程都是由计算机网络提供数据和信息通道，从而形成了上位机工控机、下位机PLC和计算机通讯的高效优质控制网络。
本文中的混凝土搅拌站硬件部分主要包括工控机和称量设备。该系统的硬件设计满足骨料、水泥称量的精确度小于1% ，水称量的精确度小于0.5 % ，添加剂称量的精确度小于 0.1%。
上位机工控机是通过人机友好的图形界面实现数据的传输、显示和监控。工控机是与实际工况结合最为紧密的部件，对于跟踪监测搅拌站的生产过程、控制管理以及机械自动化意义重大。
下位机PLC通过实时接收数据和信息，进行在线监测、处理、分析和控制，其采用的操作系统为Windows，可以实现对搅拌站的实时高效监控。
3 总结
本文对基于PLC和工控机的混凝土搅拌站测控系统进行了具体分析，该站控系统由于其可视化的人机友好界面、高效的计算机网络实时监控，已成为搅拌站系统的发展趋势。由于工控机和PLC的应用，使得混凝土搅拌站在硬件上更加简单，且适应各种工况，同时在软件方面具有高可靠性以及强灵活性的优点，两者在搅拌站的配合也使得运行人员的操作更为简单和方便。结合强大的数据处理、分析和传输技术，实时的监控能力，高效的通讯技术和先进的机械自动化技术，基于PLC和工控机的混凝土搅拌站测控系统运行效果良好，其混凝土在满足用户各种需求的基础上具有非常高的质量保证。
参考文献：
[1]王立明.基于PLC和工控机的混凝土搅拌站.西安建筑科技大学[M]，2006.
近年来，湿喷混凝土技术以其生产效率高、施工过程粉尘及回弹率低、工程质量好等诸多优势，不仅可以作为永久支护，而且也能用于掘进工作面的临时支护等，具有广泛的适应性。在我国水电、水利及地铁等大断面地下工程中已得到较广泛应用。但由于湿喷混凝土工艺流程较复杂、设备及外加剂价格相对较高，目前在我国煤矿巷道支护尚处于起步阶段。课题组在山东省设计产能最大的煤矿－新巨龙煤矿及山西省同煤集团的千万吨级的同忻煤矿开展的湿喷混凝土支护技术进行示范研究，取得了良好应用效果，为应用推广提供了宝贵的现场经验。为适应不同矿井条件，设计了“地面配料+井下搅拌和湿喷”、“地面配料、搅拌+井下湿喷”两种湿喷混凝土模式。研究了湿喷混凝土外加剂性能及配合比定量控制技术，并与干喷混凝土技术进行了技术经济对比分析，为湿喷混凝土技术在类似条件下的煤矿推广应用提供参考借鉴［1－4］。
1双模式湿喷混凝土工艺流程
针对湿喷混凝土工艺流程复杂现状，为简化工艺流程、提高适应性，以新巨龙煤矿、同忻煤矿两种不同矿井开拓形式的工程背景，分别设计了“地面配料+井下搅拌和湿喷”、“地面配料、搅拌+井下湿喷”两种湿喷混凝土模式。
1．1地面配料+井下搅拌和湿喷模式
新巨龙煤矿是立井开拓，湿喷混凝土工艺流程设计总体思路是在地面将砂子、石子按比例配好，然后在井下加水、水泥、减水剂搅拌，最后将搅拌好的混凝土输送到湿喷机进行湿喷作业。根据井下混凝土搅拌方式的不同，先后研制了井下集中式搅拌站，螺旋式定量配水运输车［5］搅拌两种混凝土搅拌装备。1．1．1井下集中式搅拌站搅拌混凝土数个岩巷掘进工作面集中使用一个集中式混凝土搅拌站，采用专门加工的矿用混凝土运输罐车输送拌和料至各个湿喷混凝土地点，同一水平断面较大的数个开拓大巷(一般为岩巷)掘进适合该混凝土搅拌方式。如图1所示，该工艺流程为:石子、砂子配料机密闭运输箱井下集中式搅拌站(加入水泥、水、减水剂)矿用混凝土运输罐车MeycoAltera小型湿喷机［6］(喷头处加入液体无碱速凝剂)湿喷。图2、3分别为地面配料机及井下搅拌站实景。1．1．2螺旋式定量配水输送车搅拌混凝土由于混凝土运输罐车体积较大，牵引受到空间制约。此外，搅拌好的混凝土运至湿喷地点途中，为保证混凝土的稳定性，每立方米混凝土需要添加水化剂3kg，增加成本约67元。为简化流程、降低成本、提高适应性，故设计了双螺旋搅拌输送车，该运输车能够对混凝土的集料进行计量加水均匀搅拌，并将搅拌好的混凝土输送至湿喷机料斗。解决了煤矿中小巷道湿喷作业中实现搅拌、上料机械化的难题，能够推进湿喷混凝土技术在煤矿狭小施工地点(如准备巷道)的广泛应用。因此，在井巷内无法实施机械化搅拌作业，或者地面搅拌与井下喷射无法有机结合的矿山井巷湿喷混凝土作业以及大型机械不能进行的施工现场，均可以选用该种模式。其工艺流程如图4所示。
1．2地面配料、搅拌+井下湿喷模式
同忻煤矿为斜井(胶轮车运输)开拓，湿喷混凝土工艺流程设计思路为在地面将水泥、砂、石子、减水剂、水化剂加水搅拌好，然后用搅拌运输罐车运至井下，直接向湿喷机供料。如图5所示，地面配料、搅拌+井下湿喷模式流程为:石子、砂子配料机提升斗(加入水泥)地面搅拌机(加入水、减水剂、水化剂)搅拌运输罐车［7］MeycoAltera小型喷涂机(喷头处加入液体无碱速凝剂)湿喷。混凝土搅拌运输罐车在地面盛装混凝土前，首先通过配料机进行配料，将砂、石和水泥按一定比例称重后放到装砂料斗、装石料斗和装水泥料斗中，砂、石和水泥从装砂料斗、装石料斗和装水泥料斗的出料口漏出，通过输送带被运送到提升料斗中，提升料斗沿着提升轨道被提升到地面搅拌站的搅拌槽进料口处，接着提升料斗将混凝土自卸到搅拌槽中，在搅拌槽中实现对混凝土的搅拌。图6为搅拌运输罐车与地面搅拌机连接图。
2外加剂性能及配合比控制技术研究
湿喷混凝土外加剂主要有速凝剂、减水剂及水化剂，在湿喷混凝土施工中具有重要作用。速凝剂的作用是加速水泥水化硬化，使混凝土在很短时间内形成足够的强度，以保证快速支护的要求［8］。湿喷混凝土采用的无碱液体速凝剂与传统的铝酸盐粉状速凝剂性能对比见表1。从表中可以看出，无碱液态速凝剂各项性能均明显优于铝酸盐粉状速凝剂。高效减水剂可降低水灰比，保持混凝土坍落度，使喷射混凝土具有高早强和长期强度。水化剂可使混凝土在3～4h到3d之内保持稳定。此外，水灰比对于喷射混凝土工程质量也尤为重要。因此，根据JC477—2005《喷射混凝土用速凝剂》、JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》研究了水灰比及速凝剂对初凝时间、终凝时间的影响。研究结果见表2。传统的铝酸粉状盐速凝剂、无碱液体速凝剂在不同水灰比下与初、终凝时间的关系如图7。从图6中可以看出，无碱液体速凝剂初、终凝时间明显低于铝酸盐粉状速凝剂。速凝剂初凝、终凝时间随水灰比增大而明显延长，水灰比0．5时初、终凝时间是水灰比0．45时的2倍左右。当水灰比＜0．4时，凝结时间过快，易出现堵管等问题;而当水灰比＞0．5时，凝结时间明显减慢，会导致喷层易剥落、开裂及回弹率增高。因此，水灰比的合理范围为0．45～0．5。通过大量的现场工业试验及试验室试验，确定了以下最优配合比为水泥∶水∶砂子∶石子∶速凝剂∶减水剂∶水化剂为100∶45∶150∶225∶7∶1∶0．8。如果是短距离运输混凝土，则不需要加水化剂。干喷混凝土工艺中水泥、石子、砂子由人工控制加入，随机性大，材料配合比不易控制。水则是在喷头处完全凭工人的经验加入，无法保证水的定量，水灰比极不稳定，造成混凝土匀质性非常差。粉状速凝剂往往是在施工现场直接倒入干料中，然后人工拌和，速凝剂既不能保证定量加入，也无法与干料均匀混合，严重影响了喷射混凝土的性能。此外，由于速凝剂在干料搅拌时添加，因石子、砂子含有水分，速凝剂短时间内吸收水分在未喷射时分解其速凝成分，影响凝结时间，降低了混凝土早期强度。而湿喷混凝土工艺通过机械化配料、搅拌、喷射，实现了各环节的定量配合比。具体定量控制技术如下:(1)地面配料机的两个储料仓下方都配有电子秤装置，保证了砂子、石子的定量加入;(2)选用袋装水泥，每袋25kg，人工定量加入;(3)对于螺旋式定量配水输送车搅拌混凝土，内部有水箱和中空管状螺旋杆，螺旋杆轴上均匀设置有多个出水孔，水箱里的水通过智能控制系统能进行定量添加，从而保证水灰比定量控制;对于地面搅拌机，在搅拌机旁建了一个水仓，并连了一根水管通到搅拌机。拌制混凝土所需的水是由水泵通过节流阀送至喷水管，节流阀可调节水的流量，保证了水的定量加入，水灰比得到定量控制;(4)高效减水剂在搅拌时，利用测量容器定量添加;(5)液态速凝剂通过蠕动泵在喷嘴处定量加入，高压风管在喷头处与输送速凝剂软管相连，并将液态速凝剂雾化，然后再经过环形注入器注入到混凝土中，保证了速凝剂与混凝土充分混合。
3湿喷、干喷混凝土技术经济比较
湿喷、干喷混凝土综合技术经济指标比较见表3。从表中可看出，考虑喷射混凝土回弹率及喷厚等因素，两者成本基本持平;相同水泥、砂子、石子等材料条件下，湿喷混凝土1d抗压强度是干喷混凝土的5～6倍，28d抗压强度提高了45%～75%，能有效保证巷道围岩稳定性，并可减少喷层厚度10%～20%;湿喷混凝土工艺配合比实现了定量控制，提高了混凝土的匀质性，回弹率大幅度降低，有效节约成本;井下空气质量大大改善，有效的保护了施工人员的身体健康;此外，湿喷混凝土工艺生产效率是干喷工艺的3倍以上，加快了施工进度。通混凝土碳化试验的方法试验的，由前期已知海砂海水混凝土需要的养护时间要比普通素混凝土久，在28d后抗压强度还在提升，所以本次海砂海水混凝土碳化后抗压强度作出的结论可能不准确，对于海砂海水混凝土碳化试验的方法还需进一步研究。
4结论
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