CN109203246B - 一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统及方法，所述自动补偿系统包括细骨料主料仓、称斗弧门、探地雷达、细骨料传送带、终端控制设备、信息传输线、细骨料分料仓、储水料仓、水泥料仓、搅拌设备以及混凝土成品运送设备，所述自动补偿方法包括探地雷达每隔10s测得1次细骨料的相对介电常数，并将相对介电常数的信息传输回终端控制设备进行分析，终端控制设备计算混凝土细骨料的平均含水率Vfa，根据平均含水率Vfa计算得出混凝土实际用水量mw和细骨料实际用量mf，本发明基于相对介电常数进行细骨料含水率自动测定并对混凝土生产过程进行自动补偿，对提高混凝土质量的稳定性和节约时间是极为有利的。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土生产领域，具体是一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统及方法。
背景技术
在混凝土实际生产过程中，准确按照设计的混凝土配合比进行配料十分重要。混凝土的性能除了取决于胶凝材料和外加剂等因素外，很大程度上取决于水胶比，在实际生产过程中应准确控制混凝土用水量。而细骨料的含水量是影响混凝土水胶比的关键因素，因此能够实时测定混凝土的含水量显得极为重要。以某大型水电工程C30混凝土配合比为例，表1是混凝土配合比。可以看出，细骨料的饱和面干含水率较小的变化可引起混凝土单方用水量较大的变化。例如细骨料饱和面干含水率从0.85％增至2.98％，施工配合比的用水量降低高达16kg/m3。若不随着细骨料含水率的变化而实时改变混凝土用水量，将导致混凝土工作性能出现波动，从而影响混凝土的质量。
表1 C30混凝土配合比
在混凝土实际生产过程中，拌和楼(站)使用的混凝土细骨料往往是露天堆放的，混凝土骨料的含水率随堆放部位、时间、气候季节等不同而产生较大的变化。尤其处于大蒸发量的地区和夏季晴雨天交替的季节，该问题显得更为突出。目前在混凝土实际生产过程中，通常采用烘干法、电炉炒干法测定混凝土细骨料的含水率，但是上述方法耗时较长，同时难以对混凝土骨料的含水率进行实时测定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统及方法，对拌和楼(站)实际生产过程中的混凝土细骨料含水率进行实时测定，将测得的数据反馈至系统中，从而对混凝土用水量进行自动补偿。这对提高混凝土质量的稳定性和节约时间是极为有利的。
本发明的技术方案：
一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统，包括细骨料主料仓、称斗弧门、探地雷达、细骨料传送带、终端控制设备、信息传输线、细骨料分料仓、储水料仓、水泥料仓、搅拌设备以及混凝土成品运送设备，
所述细骨料主料仓的底部出口处设置有用以控制下料速率的称斗弧门；
所述称斗弧门的下方设置有用以对细骨料进行含水率测定的探地雷达；
所述细骨料主料仓的下方设置有细骨料传送带，所述细骨料传送带用以将经过含水率测定的细骨料输送到细骨料分料仓；
所述探地雷达通过信息传输线连接到终端控制设备，用以将探地雷达测得的细骨料的相对介电常数上传至终端控制设备；
所述终端控制设备还通过信息传输线连接到细骨料分料仓、储水料仓以及水泥料仓并根据探地雷达测得的细骨料的相对介电常数控制细骨料分料仓、储水料仓以及水泥料仓的下料用量；
所述搅拌设备设置在细骨料分料仓、储水料仓和水泥料仓的下方，用以接收其投放的物料并按照设定时间进行物料搅拌；
所述混凝土成品运送设备接收搅拌好的混凝土并将混凝土运走。
所述探地雷达包括安装在其中心的雷达主机以及安装在雷达主机四周的雷达外壳，所述雷达外壳包括设置在探地雷达发射端的方便雷达波穿透的前端外壳以及设置在其他侧边的屏蔽外壳，所述雷达主机通过1.5GHz高频电线对细骨料进行相对介电常数测定并将信息通过信息传输线传输到终端控制设备。
所述细骨料分料仓、储水料仓和水泥料仓上安装有与终端控制设备通过信息传输线通信连接的控制阀。
所述搅拌设备也通过信息传输线连接到终端控制设备。
一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿方法，包括以下具体步骤，
1)当骨料从细骨料主料仓经过称斗弧门下料时，探地雷达每隔10s测得1次细骨料的相对介电常数，并将相对介电常数的信息传输回终端控制设备进行分析；
2)终端控制设备将每一次测得的细骨料的介电常数εn，根据式(1)和(2)计算得到细骨料含水率Vfn，根据式(3)求得该细骨料主料仓混凝土细骨料的平均含水率Vfa；
其中，Ω是关于相对介电常数ε、介电常数随温度变化系数αε和环境温度T变化的函数，b是细骨料介电常数经验修正系数，取值为0.774，αε是介电常数随环境温度变化系数，取值为-0.290/℃，n为测量次数，n＝1,2,3…；
3)终端控制设备将该细骨料主料仓混凝土细骨料的平均含水率Vfa计算出来后，通过下式计算得出混凝土实际用水量mw和细骨料实际用量mf，并将该信息反馈至细骨料分料仓和储水料仓，控制混凝土细骨料和水的下料量，从而实现对混凝土原材料下料的精确控制；
ΔmW＝mof*Vfa (4)
mw＝mow-ΔmW (5)
mf＝mof-ΔmW (6)
其中，ΔmW为混凝土用水量校正量，mof为混凝土细骨料预定量，mow为混凝土用水量预定量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：探地雷达可以测得混凝土骨料的相对介电常数，骨料的相对介电常数与混凝土骨料含水率具有很好的函数相关性，基于混凝土骨料的相对介电常数可以准确测得混凝土骨料的含水率，耗时较短。可以对混凝土骨料的含水率进行实时测定，通过终端控制设备对细骨料分料仓、储水料仓、水泥料仓的下料量进行相应的调整，从而对混凝土用水量进行自动补偿。这对提高混凝土质量的稳定性和节约时间是极为有利的。
附图说明
图1为本发明混凝土生产过程自动补偿系统示意图；
图2为本发明探地雷达结构示意图；
图3为本发明计算法和烘干法含水率对比示意图。
图中标号分别表示，1-细骨料主料仓，2-称斗弧门，3-探地雷达，4-细骨料传送带，5-终端控制设备，6-信息传输线，7-细骨料分料仓，8-储水料仓，9-水泥料仓，10-搅拌设备，11-混凝土成品运送设备，3-1-前端外壳，3-2-屏蔽外壳，3-3-雷达主机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：
一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统，包括细骨料主料仓1、称斗弧门2、探地雷达3、细骨料传送带4、终端控制设备5、信息传输线6、细骨料分料仓7、储水料仓8、水泥料仓9、搅拌设备10以及混凝土成品运送设备11，
所述细骨料主料仓1的底部出口处设置有用以控制下料速率的称斗弧门2；
所述称斗弧门2的下方设置有用以对细骨料进行含水率测定的探地雷达3；
所述细骨料主料仓1的下方设置有细骨料传送带4，所述细骨料传送带4用以将经过含水率测定的细骨料输送到细骨料分料仓7；
所述探地雷达3通过信息传输线6连接到终端控制设备5，用以将探地雷达3测得的细骨料的相对介电常数上传至终端控制设备5；
所述终端控制设备5还通过信息传输线6连接到细骨料分料仓7、储水料仓8以及水泥料仓9并根据探地雷达3测得的细骨料的相对介电常数控制细骨料分料仓7、储水料仓8以及水泥料仓9的下料用量；
所述搅拌设备10设置在细骨料分料仓7、储水料仓8和水泥料仓9的下方，用以接收其投放的物料并按照设定时间进行物料搅拌；
所述混凝土成品运送设备11接收搅拌好的混凝土并将混凝土运走。
所述探地雷达3包括安装在其中心的雷达主机3-3以及安装在雷达主机四周的雷达外壳，所述雷达外壳包括设置在探地雷达发射端的方便雷达波穿透的前端外壳3-1以及设置在其他侧边的屏蔽外壳3-2，所述雷达主机3-3通过1.5GHz高频电线对细骨料进行相对介电常数测定并将信息通过信息传输线6传输到终端控制设备5。所述前端外壳3-1采用聚甲基丙烯酸甲酯板，所述屏蔽外壳3-2采用钢板，既能够进行屏蔽又能够增加探地雷达3的机械强度。
所述细骨料分料仓7、储水料仓8和水泥料仓9上安装有与终端控制设备5通过信息传输线6通信连接的控制阀。
所述搅拌设备10也通过信息传输线6连接到终端控制设备5。
所述终端控制设备5可以为计算机。
介电常数反映了介质的基本特性，是个非常重要的参数，它与物质组成、结构、密度等诸多因素有关。混凝土砂石骨料的介电常数一般为6。而水是极性分子，对雷达电磁波的传播速度和能量衰减都有很大的影响，其相对介电常数在81左右。空气的相对介电常数为1左右。因此对混凝土细骨料相对介电常数影响最大的因素是水的含量。随着含水量的增大，细骨料的相对介电常数快速地增大，这为探地雷达测定混凝土细骨料的含水率提供了理论基础。
一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿方法，包括以下具体步骤，
1)当骨料从细骨料主料仓经过称斗弧门下料时，探地雷达每隔10s测得1次细骨料的相对介电常数，并将相对介电常数的信息传输回终端控制设备进行分析；
2)终端控制设备将每一次测得的细骨料的介电常数εn，根据式(1)和(2)计算得到细骨料含水率Vfn，根据式(3)求得该细骨料主料仓混凝土细骨料的平均含水率Vfa；
其中，Ω是关于相对介电常数ε、介电常数随温度变化系数αε和环境温度T变化的函数，b是细骨料介电常数经验修正系数，取值为0.774，αε是介电常数随环境温度变化系数，取值为-0.290/℃，n为测量次数，n＝1,2,3…；
3)终端控制设备将该细骨料主料仓混凝土细骨料的平均含水率Vfa计算出来后，通过下式计算得出混凝土实际用水量mw和细骨料实际用量mf，并将该信息反馈至细骨料分料仓和储水料仓，控制混凝土细骨料和水的下料量，从而实现对混凝土原材料下料的精确控制；
ΔmW＝mof*Vfa (4)
mw＝mow-ΔmW (5)
mf＝mof-ΔmW (6)
其中，ΔmW为混凝土用水量校正量，mof为混凝土细骨料预定量，mow为混凝土用水量预定量。
采用表1中1-1理论配合比作为试验配合比，采用本发明提供的方法测得的混凝土细骨料介电常数和计算的含水率见表2。为了验证本发明的实用性，采用烘干法测得的细骨料含水率也列于表2。两种方法所测的含水率对比见图3。
混凝土原材料实际用量见表3。
表2相对介电常数及含水率
表3 C30混凝土配合比(实际用量)
本发明的一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统及方法，对提高混凝土质量的稳定性和节约时间是极为有利的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿方法，采用基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿系统，其特征在于：所述系统包括细骨料主料仓、称斗弧门、探地雷达、细骨料传送带、终端控制设备、信息传输线、细骨料分料仓、储水料仓、水泥料仓、搅拌设备以及混凝土成品运送设备，
所述细骨料主料仓的底部出口处设置有用以控制下料速率的称斗弧门；
所述称斗弧门的下方设置有用以对细骨料进行含水率测定的探地雷达；
所述细骨料主料仓的下方设置有细骨料传送带，所述细骨料传送带用以将经过含水率测定的细骨料输送到细骨料分料仓；
所述探地雷达通过信息传输线连接到终端控制设备，用以将探地雷达测得的细骨料的相对介电常数上传至终端控制设备；
所述终端控制设备还通过信息传输线连接到细骨料分料仓、储水料仓以及水泥料仓并根据探地雷达测得的细骨料的相对介电常数控制细骨料分料仓、储水料仓以及水泥料仓的下料用量；
所述搅拌设备设置在细骨料分料仓、储水料仓和水泥料仓的下方，用以接收其投放的物料并按照设定时间进行物料搅拌；
所述混凝土成品运送设备接收搅拌好的混凝土并将混凝土运走；
所述方法包括以下具体步骤，
1）当骨料从细骨料主料仓经过称斗弧门下料时，探地雷达每隔10s测得1次细骨料的相对介电常数，并将相对介电常数的信息传输回终端控制设备进行分析；
2）终端控制设备将每一次测得的细骨料的介电常数，根据式（1）和（2）计算得到细骨料含水率/>，根据式（3）求得该细骨料主料仓混凝土细骨料的平均含水率/>；
（1）
（2）
（3）
其中，Ω是关于相对介电常数、介电常数随温度变化系数/>和环境温度T变化的函数，b是细骨料介电常数经验修正系数，取值为0.774，/>是介电常数随环境温度变化系数，取值为-0.290/℃，n为测量次数，n=1,2,3…；
3）终端控制设备将该细骨料主料仓混凝土细骨料的平均含水率计算出来后，通过下式计算得出混凝土实际用水量/>和细骨料实际用量/>，并将该信息反馈至细骨料分料仓和储水料仓，控制混凝土细骨料和水的下料量，从而实现对混凝土原材料下料的精确控制；
（4）
（5）
（6）
其中，为混凝土用水量校正量，/>为混凝土细骨料预定量，/>为混凝土用水量预定量。
2.根据权利要求1所述的一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿方法，其特征在于：所述探地雷达包括安装在其中心的雷达主机以及安装在雷达主机四周的雷达外壳，所述雷达外壳包括设置在探地雷达发射端的方便雷达波穿透的前端外壳以及设置在其他侧边的屏蔽外壳，所述雷达主机通过1.5 GHz高频电线对细骨料进行相对介电常数测定并将信息通过信息传输线传输到终端控制设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿方法，其特征在于：所述细骨料分料仓、储水料仓和水泥料仓上安装有与终端控制设备通过信息传输线通信连接的控制阀。
4.根据权利要求1所述的一种基于细骨料含水率自动测定的混凝土生产过程自动补偿方法，其特征在于：所述搅拌设备也通过信息传输线连接到终端控制设备。
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