СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ СОСТАВА БЕТОННОЙ СМЕСИ
METHOD OF AUTOMATIC CORRECTION OF CONCRETE MIXTURE COMPOSITION

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, преимущественно бетонов и железобетонов, и может быть использовано при автоматизации бетоносмесительных установок и цехов, в частности при циклическом приготовлении бетонов, например на бетонных заводах крупных строительных объектов при получении товарного бетона средних марок. Позволяет обеспечить высокую точность автоматической коррекции состава бетонной смеси при использовании несортированных заполнителей.
При построении автоматических систем коррекции состава бетонной смеси использовался классический способ коррекции с применением корректирующих доз воды и цемента (а.с. СССР №1249459, G01N 33/38, 28.04.1984), его недостатком является то, что в случае использования несортированного заполнителя повышение точности коррекции состава бетонной смеси без использования коррекции с помощью введения дополнительной дозы песка ограничивает диапазон коррекции и, соответственно, соблюдение заданного марочного состава бетонной смеси при сильных колебаниях фракционного состава несортированного заполнителя.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ автоматической коррекции состава бетонной смеси, взятый за прототип (а.с. СССР №1574579, С04В 40/00, G01N 33/38, 15.01.1988), который несмотря на более широкий диапазон коррекции по сравнению с аналогом (а.с. СССР №1249459, G01N 33/38, 28.04.1984), полученный за счет учета коэффициента пористости бетонной смеси и применения корректирующей фракции песка, не дает возможности работы с учетом различного гранулометрического состава несортированного заполнителя, получаемого с различных зон используемого месторождения заполнителей.
Цель изобретения - повышение качества бетонной смеси и точности коррекции ее состава при использовании несортированного заполнителя.
Для достижения поставленной цели на основе спрогнозированного состава несортированного заполнителя, полученного по результатам георадарного обследования (картирования) месторождения заполнителей, определяется необходимая доза корректирующей фракции песка и в случае превышения допустимого значения принимается решение об использовании несортированного заполнителя с другой точки месторождения или приготовлении бетона другой марки, далее определяют дозы воды и цемента в зависимости от гранулометрического состава смеси, водосодержания заполнителей, заданной осадки конуса, данных об удельной поверхности песка и тонкости помола цемента и заданной прочности бетона, корректируют дозу воды и цемента с учетом фактической осадки конуса, корректируют дозы несортированного заполнителя и корректирующей фракции песка в зависимости от их влажности и корректируют дозу песка в зависимости от скорректированных доз воды и цемента.
Коррекция состава смеси производится следующим образом.
Происходит расчет дозы корректирующей фракции песка для предварительного контура коррекции бетонной смеси:
П.КОР
где D - доза корректирующей фракции песка для предварительного контура коррекции бетонной смеси;
ЗАП
D - расчетное значение дозы несортированного заполнителя;
П
W - влажность песка;
ЗАП
W - влажность несортированного заполнителя.
П.КОР
П.ДОП
В случае, если D>D, производится пересчет значения дозы несортированного заполнителя:
i
где D - доза несортированного заполнителя i-й фракции;
N - число фракций несортированного заполнителя, которые поступают с месторождения.
C
ДОП
- объем зерен i-й фракции для предварительного контура коррекции бетонной смеси, который может быть рассчитан из формулы (с), при условии ξ≤ξ.
С
Рассчитывается коэффициент пористости смеси для предварительного контура коррекции бетонной смеси ξ по формуле:
i
где ξ - коэффициент пористости i-й фракции для предварительного контура коррекции бетонной смеси;
i
d - средний диаметр зерна i-й фракции.
Производится коррекция несортированного заполнителя по формуле:
C.ЗАП
где D - скорректированное значение дозы несортированного заполнителя.
Затем корректируется расход воды по формуле:
где  - расчетная доза воды;
ЗАД
ОК - заданная осадка конуса;
- удельная поверхность песка;
ТП - тонкость помола цемента;
1
4
b÷b - эмпирические коэффициенты, найденные из уравнений регрессии, используемых при анализе данной технологии.
Корректируется расход цементов по формуле:
где  - расчетная доза цемента;
- заданная прочность бетона;
5
8
b÷b - эмпирические коэффициенты, найденные из уравнений регрессии, используемых при анализе данной технологии.
3АД
После этого осуществляется дозирование компонентов, дальнейшее их перемешивание в бетоносмесителе и согласно предлагаемому способу автоматической коррекции осуществляется измерение фактической осадки конуса ОК. После этого определяется новое расчетное значение дозы воды  путем замены в формуле (2) значения ОК на полученное ОК, т.е.
С учетом водосодержания заполнителей получают необходимое значение дозы воды:
После чего определяется доза цемента :
где К - заданное для данной марки бетона водно-цементное отношение.
Скорректированное значение дозы песка определяется в виде:
П
П
где ΔП - изменение пустотности песка относительно величины П=0,37;
B
ΔV - изменение объема дозируемой воды относительно рецептуры
где
В
γ - объемная плотность воды;
Ц
ΔV - изменение объема дозируемого цемента относительно рецептуры
где
Ц
γ - объемная плотность цемента;
ВФ
V - фактический объем дозируемой воды;
ЦФ
V - фактический объем дозируемого цемента;
α - поправочный коэффициент (при  при  α=0,94);
П
V - объем дозируемого песка.
ПФ
Таким образом, способ стабилизации гранулометрического состава позволяет использовать для приготовления бетонной смеси несортированный заполнитель при введении одной корректирующей фракции - песка, а определение в процессе автоматической коррекции состава бетонной смеси значения D является так называемым вторым контуром коррекции, что позволяет более точно получать в результате приготовления смеси заданную рецептуру (марку) и тем самым повышать как качество самой смеси, так и изделий из нее (бетон, железобетон и т.д.)
На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа автоматической коррекции состава бетонной смеси, состоящая из двух частей.
Первая часть (буквенная) представляет собой предварительный контур коррекции.
В блок А, называемый блоком обработки данных, поступают данные с месторождения о свойствах добываемого заполнителя, полученные в результате проведения георадарного обследования. После обработки эти данные поступают в блок В (блок задания гранулометрии). Блок F управляет загрузкой бункеров для заполнителей и конструктивно связан с блоком А. Блок Е управляет подачей заполнителя и конструктивно связан с блоком задания гранулометрии В.
П.КОР
После выбора требуемой гранулометрии данные поступают на вход вычислительного блока С, где производится расчет по формуле (а) и определяется величина D.
П.КОР
П.ДОП
ЦФ,
ВФ
ПФ
Далее, если D≤D, данные попадают в блок G (логический блок И/ИЛИ) и далее система переходит во вторую (цифровую) часть блок-схемы. Блок Н (блок принятия решений) управляется оператором и данные, поступающие с него, имеют приоритет при прохождении через логический блок G. Если принимается решение об изменении марки приготовляемого бетона или об использовании несортированного заполнителя с другой точки месторождения, то соответствующие значения D D, D и др. при последующем расчете используются со штрихом (,,  и др.).
П.КОР
П.ДОП
ЗАП
П.КОР
Если D>D, система не может обеспечить производство заданной марки бетона и по обратной связи данные попадают в вычислительный блок D, где происходит расчет по формулам (b)-(с) и определяется скорректированное значение , которое будет использовано в формуле (а) вместо D в следующем цикле пересчета D.
Если управляющий сигнал в блоке Н отсутствует - система принимает данные напрямую с выхода арифметического блока С и переходит во вторую часть блок-схемы.
Вторая часть (цифровая) представляет собой первый и второй контуры коррекции.
1
8
ЗАП
i
П
ПФ
В регуляторе 1 осуществляется стабилизация гранулометрического состава заполнителей согласно уравнению по формуле (1). В вычислительном блоке 2 согласно формуле (2) определяется . В вычислительном блоке 3 определяется значение  согласно формуле (3). В вычислительном блоке 4 определяются эмпирические коэффициенты b÷b. В вычислительном блоке 5 происходит фильтрация и прогнозирование значений W, V, W, , ТП, ОК, П (фактическая пустотность песка).
ЦФ,
ВФ
ПФ
В задающем блоке 6 осуществляется пересчет значений D D, D. В вычислительном блоке 7 определяются значения соответственно по формулам (4)-(6). Управляющий блок 8 осуществляет управление дозированием компонентов.
Устройство работает следующим образом.
ЗАП
i
П
Перед первым циклом приготовления бетонной смеси в блоке 6 определяют значения W, V, W, , ТП. Эти значения (электрические сигналы в аналоговом или цифровом виде в зависимости от технической реализации устройства) поступают на вход блока 5, где фильтруются и прогнозируются на следующий цикл приготовления бетонной смеси.
ЗАП
i
П
ЗАП
i
П
ПФ
Ф
1
8
ЗАД
1
4
ЗАП
i
П
С.ЗАП
С первого информационного выхода блока 5 поступают в регулятор 1 следующие электрические сигналы: W, V, W, в блок 3 - ТП. Со второго информационного выхода блока 5 в блок 4 поступают значения W, V, W, , ТП, а также после первого цикла приготовления бетонной смеси П, ОК. C первого выхода блока 4 на второй вход блока 3 поступают значения , b+b, после чего в блоке 3 определяется заданное значение . На второй вход блока 2 с первого выхода блока 4 поступают значения ОК, b÷b, после чего в блоке 2 определяется значение . На второй вход регулятора 1 с первого выхода блока 4 поступают значения W, V, W, после чего в блоке 1 вычисляется значение D.
С.ЗАП
Ф
Ф
ЗАД
ЗАП
i
П
Ф
ПФ
Таким образом, в регуляторе 1 и блоках 2 и 3 соответственно определены значения D, , , которые являются расчетными значениями доз компонентов для первого цикла приготовления бетонной смеси. После этого блок 8 осуществляет управление дозированием компонентов и по окончании их дозирования, перемешивания, определения фактической осадки конуса ОК устройство начинает (если имеет место отклонение ОК от ОК) коррекцию состава бетонной смеси. Предварительно в блоке 6 определяется W, V, W, , ТП, ОК, П.
Ф
ПФ
С.ЗАП
ЦФ
ВФ
ПФ
,
Далее значения ОК и П через блок 5 и блок 4 поступают на один из входов блока 7, на другие входы которого поступают с блоков 1-3 расчетные значения D, . После этого в блоке 7 происходит вычисление доз D, D, D для следующего (второго) цикла приготовления бетонной смеси.
ЦФ
ВФ
ПФ
С.ЗАП
Ф
ЗАД
С.ЗАП
В блоке 8 предусмотрена блокировка, по которой осуществляется прием информации только с выхода блоков 1 и 7, т.е. значений D, D, D и D. Если ОК=ОК (или/и различие находится в допустимых по технологическим нормам пределах), то блокировка отсутствует, и второй цикл приготовления бетонной смеси осуществляется согласно ранее определенным значениям D, , .
3
Способ автоматической коррекции состава бетонной смеси обеспечивает возможность приготовления бетонной смеси на несортированном заполнителе при наличии одной корректирующей фракции - песка, обеспечивая при этом повышение точности соблюдения заданной рецептуры смеси и снижение коэффициента вариации прочности готовых изделий в среднем на 8-10%, что позволит на 10-12% снизить нормативный расход цемента на приготовление 1 м бетонной смеси.
В связи с введением предварительного контура коррекции состава бетонной смеси и использования прогноза гранулометрического состава заполнителя получаем существенное расширение допустимого диапазона значений гранулометрического состава заполнителя в отличие от существующего способа коррекции состава бетонной смеси.