混凝土搅拌站设计报告.docx
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混凝土搅拌站设计报告
混凝土搅拌站（30万m3/a）工艺设计
学生姓名：
学生学号:
专业名称：
无机非金属材料工程
指导教师：
土木与交通工程学院
2013年12月19日
摘要
设计的规模为年产30万立方米混凝土搅拌站。
整个工程建设包含了从原料的进厂到混凝土成品出厂的整条生产线。
设计内容包括混凝土搅拌站厂址选择及建厂的地理条件和环保条件；工艺设计计算：
混凝土配合比设计、物料平衡计算、设备选型、原料储仓设计、工艺平面布置图及工艺流程图。
关键词：
混凝土搅拌站；配合比;物料平衡；工艺流程
第一章绪论
1.1前言
近年来随着我国经济不断发展，铁路、公路、水利等重点建设项目投资的不断增大，特别是城市化进程的快速推进，混凝土的使用量也不断增加.据有关资料统计，近年我国预拌混凝土年产量已占世界混凝土年产量的50%左右，无疑我国已经成为全世界预拌混凝土第一大国［1]。
混凝土搅拌楼和混凝土搅拌站是生产混凝的的两种系统，本次设计的是混凝土搅拌站.
从控制系统上看混凝土搅拌站经过了四次大的改进：
在早期，混凝土搅拌站采用的称量工具是杠杆秤，此时行业普遍定义其为第一代混凝土搅拌站；第二代混凝土搅拌站在控制系统采用了单片机控制模式;在计算机出现后，第三代混凝土搅拌站随之而来，此时采用纯DOS模式编程，表头模式；第四代混凝土搅拌站是自计算机软件开始发展到视窗模式，多任务多窗口操作就实现了，同时随这计算机硬件水平的不断提高，开始采用工业计算机的全自动控制模式（即集中式控制模式），有采用PLC+上位机模式。
从电控系统来看，第四代控制系统是我们日常见到最多搅拌站。
从设备本身看，混凝土搅拌站也是经历了了四个发展阶段的:
早期的混凝土搅拌站的计量是粉料、骨料等的叠加计量，提拉斗上料，是以现场搅拌、而不用混凝土搅拌车输送为主要特点,我们定义此时的搅拌站为第一代混凝土搅拌站；第二代混凝土搅拌站是把物料根据骨料、粉料、液体物料分开计量并单独输送;第三代混凝土搅拌站骨料输送不再采用提拉斗上料，主要以皮带机输送为显著特征,同时楼内加装预加料斗（暂存一盘骨料，提高整站生产效率）；第四代与第三代的显著特征是,开始考虑环保,在粉料、骨料都加装有除尘系统，并且主站开始尝试局部外封，但砂、石料场仍露天堆放，就是目前常见的混凝土搅拌站［1］。
混凝土是人类文明建设中不可或缺的物质基础。
随着人社会类文明的不断前进，混凝土料的消耗量不断增加;随着社会生产力和经济高速发展,材料生产和使用过程中资源过度和废弃及其造成的环境污染和生态破坏，与地球资源、地球环境容量的有限性以及地球生态系统的安全性之间出现尖锐的矛盾，对经济的可持续发展和人类自身的生存构成严重的阻碍和威胁.因此，认识资源、环境与材料的关系，开展绿色材料及其相关理论的研究,从而实现材料科学与技术的可持续发展，是历史发展的必然，也是材料科学的进步.这样的被禁条件下，具有环境协调性和自适应特性的绿色混凝土应运而生[2]。
对于预拌混凝土生产企业而言，由于混凝土企业的不断发展，伴随而来的资源的短缺、环境污染也成为全球面临的越来越严峻的问题[3,4]。
因此，推进混凝土生产的绿色环保建设更是责无旁贷［1]。
推行绿色混凝土的生产，建设环保型混凝土企业，同样,混凝土搅拌站的环保化成都的高低，很大程度上反映出了一个国家混凝土工业文明程度和建筑施工水平的高低。
预拌混凝土的生程是一种体系性的活动，是将各种生产要素组织后形成另外一种产品的过程，其全过程经历选材、设计、生产、供应、产品五个环节[5］。
因此混凝土搅拌站的绿色生产也要从绿色选材、绿色设计、绿色生产、绿色供应和绿色产品这五个方面进行。
随着全球化天然骨材资源的日趋枯竭，以及建筑垃圾与日俱增所带来的一系列环境问题，国内外一直将废弃混凝土的回收利用作为建筑垃圾回收利用研究的焦点［6].所以,本次设计在原料的选择上选择了具有环保效应的再生粗骨料,所谓的再生骨料是利用旧建筑物拆下来的废弃的混凝土,经过破碎、清洗、筛分后,得到的骨料称为再生骨料［7,8,9,10］。
在厂区布置上，对厂区进行了合理的绿化，沙石堆场设计成全封闭式的，这样就减少了厂区内的扬尘而造成的环境污染.具体的环节详见说明书。
1。
2设计原则
搅拌站的设计原则如下：
1.根据计划任务书规定的范围、规模要求进行设计，主要设备的生产能力应与工厂规模相适应，使成品质量增高及设备得到充分利用，否则将造成工艺线过多浪费的现象.
2。
全面解决厂区生产、各种物料储备和场内外运输的关系。
各种堆场、储库的容量，应满足各种物料储存库的存储要求,储存库的确定应使生产有一定的机动性，以利于工厂均衡连续的生产.
3。
考虑合理机械化、智能化装备水平。
4.重视除尘、满足环保要求.贯彻执行国家环境保护、工业环境卫生等方面的相关规定。
5。
方便施工、安装、生产、维修等工作。
工艺布置应做到生产流程顺畅、紧凑、简捷。
力求缩短物料的运输距离，并充分考虑设备的安装、操作、检修和通行的方便。
1.3建厂条件
对于新建设的工程,要考虑建厂条件是否必备，建厂后的生产、销售的利弊，将直接影响到企业的经济效益,这样就需要对厂区的地理位置、原材料的运输距离、厂址的气候、地质水文条件、水电气的供应以及员工居住条件进行详细的考虑,然后提出布置方案并对厂区面积进行估算。
1.供电
生产线供电电源就近选择，来至县城区域的变电所,供电电压为35KV，新设单回路架空专线，以10KV向厂区供电。
2.供水
供水量要在满足生产、生活需要需要的基础上，同时考虑占总用水量20％的未预见水和消防用水。
水源的正常供水能力要求为40m3，消防时为50m3。
3.气象条件
年平均气温：
11。
5℃
年平均相对湿度：
79％
年平均气压:
1008。
4
年平均降水量:
608.3mm
夏季主导风向：
西南最大风速：
12m/s
冬季主导风向：
西北最大风速：
16m/s
年平均风速：
2。
2m/s
1.4设计范围
本工程规模为一条（30万m3）混凝土（再生粗骨料）搅拌站工艺设计生产线，工程建设范围从原材料进厂到混凝土成品出厂的整条生产线.以及辅助车间、厂区绿化等。
1。
5工艺流程选择
混凝土搅拌站（楼）按生产工艺过程分为单阶式与双阶式两种。
单阶式是将沙、石、水泥等材料经一次提升进入搅拌楼最高层的储料斗中,然后配料、称量直到搅拌成混凝土，均靠物料自重下落经过各工序.由于从储料斗开始的各工序完全靠自重使材料下落来完成,因此便于自动化.采用独立称量，可缩短时间，所以效率高.单阶式本身占地面积小，所以大型固定式搅拌楼一般都采用单阶式，特别是为水利工程服务的大型搅拌装置都采用单阶式。
一班,材料经一次提升完成全部生产流程的搅拌装置，称为混凝土搅拌楼。
单阶式搅拌楼的缺点是,安装高度高，要配置大型运输设备，一次性投资大。
骨料提升两次或两次以上的搅拌装置,称为混凝土搅拌站。
与单阶式搅拌楼相比，在双阶式搅拌站中物料（主要指骨料）需要经过二次提升，即计量完成后，在经过皮带机或提升斗提升到搅拌机中进行搅拌。
这种结构的优点是结构高度低，只需要小型的运输设备、投资小、、容易架设安装、建设快11］。
所以本设计中采用了骨料配料机对骨料进行先配好，然后在用皮带输送机把骨料输送到搅拌机中进行搅拌.水泥等粉料则是由一条单独的，封闭的通路经过提升、称量而进入搅拌机中，这样可避免发生水泥飞扬的现象.
第二章搅拌站工艺设计计算
2。
1设计条件
2.1.1原料
设计混凝土强度等级为C40，施工高度为50mm，坍落度为160mm。
原材料指标和来源如下.
1。
水泥：
选用冀东水泥厂生产的普通硅酸盐水泥PO52。
5级。
2.碎石（天然）：
粗集料选用3—31.5mm粒径组成的连续级配的碎石，产地为蓟县。
3。
再生粗骨料：
来自废弃混凝土回收站。
4.河砂：
选用蓟县砂，为中砂，细度模数为2。
9。
5。
粉煤灰：
采用天津电厂产出的Ⅱ级粉煤灰，用量为胶凝材料的20％。
6.外加剂：
选用天津岩瑞建材有限工程生产的聚羧酸高效减水剂，减水率为24%，掺量为胶凝材料的1%。
7.配合比设计是混凝土生产的依据，直接关系到混凝土的性能和生产成本。
2.1.2。
混凝土配合比设计的基本要求
1。
满足结构设计要求的混凝土强度等级：
2.满足施工时要求的混凝土拌合物的和易性；
3.满足环境、使用要求的混凝土耐久性；
4.满足上述要求的前提下，通过各种方法（特别是节约水泥）以降低混凝土的成本,符合经济性要求。
2.1。
3配合比设计资料准备
1.了解设计要求的混凝土强度等级，以确定混凝土的配制强度；
2。
了解混凝土工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量；
3。
了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌合物坍落度及骨料最大粒径；
4.掌握原料的性能指标，包括：
（1）水泥品种、标号、密度；
（2）沙、石骨料的种类、表观密度、级配、石子最大粒径、含水率;
（3）拌合用水的水质情况；
（4）外加剂的品种、性能、适宜掺量。
用再生骨料部分或全部替代天然碎石配制再生混凝土的性能和强度与普通混凝是土不同，系统地研究了在水灰比相同的情况下，再生骨料掺量对混凝土基本性能的影响。
对于工作性能而言，随着再生骨料掺量的增加,新拌混凝土的流动性变差,而黏聚性和保水性变好,对于强度而言，存在一个合理掺量,再生骨料掺量在50％左右,对强度有利[12]。
所以，本设计中采用的再生粗骨料的取代量为50%.
2。
2C40再生混凝土配合比设计
2。
2.1确定混凝土的配制强度（fcu,0）
混凝土的配制强度（fcu，0）应按下列规定确定。
当混凝土的强度等级小于C60时,配制强度应按下式计算：
（2-1）
式中：
—混凝土配制强度，MPa；
—混凝土立方体抗压强度标准值或称强度等级，MPa;
σ—混凝土的强度标准差,MPa；由表2—1［13]得σ=5.0
表2—1标准偏差σ值
混凝土强度标准偏差
≤C20
C25—C45
C50-C55
σ
4。
0
5。
0
6.0
由式2—1得：
2.2.2水胶比的确定（W/B）
混凝土的水胶比宜按下式计算（下式仅适用于强度等级小于C60的混凝土）
（2-2）
式中：
—回归系数；可按变2-2选用，由于使用的是碎石,由表2—2［13]得
分别取0。
53、0.20.
—胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d胶砂抗压强度,试验方法应按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671执行。
表2—2回归系数αa、αb取值
系数
粗骨料品种
碎石
卵石
0.53
0.49
0。
20
0.13
1.水泥28d抗压强度的确定（
）
（2—3）
式中:
—水泥的强度等级;
—水泥的28天抗压强度。
表2—3与混凝土强度相对应的水泥强度等级
混凝土强度等级
≤10
15～25
30~40
≥45
水泥强度等级
32。
5
32.5~42
.5
42。
5～52.5
52.5～62.5
同等强度条件下，选强度指标富裕量大的水泥.所以参照表2—3［14]本次设计选择的水泥强度等级为
fc=52.5MPa
由式2—3得：
2.胶凝材料28d抗压强度的确定（
）
当矿物掺合料为粉煤灰和粒化高炉矿渣粉时，可按下式计算
（2—4）
式中:
，
-粉煤灰影响系数和粒化矿渣高炉矿渣粉影响系数，可按表2—4
选用;
—水泥28d胶砂抗压强度,MPa。
表2-4粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数
掺量/%
种类
粉煤灰影响系数γf
粒化高炉矿渣粉影响系数γs
0
1.00
1.00
10
0.85~0.95
1。
00
20
0。
75~0。
85
0.95~1。
00
30
0.65～0。
75
0。
90～1.00
40
0。
55~0.65
0。
80～0.90
50
-
0。
70～0。
85
混凝土中广泛掺入粉煤灰作为矿物掺合料，不仅降低了成本,而且改善了混凝土的各种性能。
例如，当在混凝土中掺入20的粉煤灰时，混凝土的耐磨性就达到了最大值.所以本次设计的混凝土中粉煤灰的掺量为20%[15，16］。
粒化高炉矿渣粉的掺量为0，所以γf、γs的取值分别为0.85、1.00。
由式2—4得：
所以，由式2—2得:
2。
2。
3用水量的确定（mw0）
1。
水胶比在0.40—0。
80范围时，可按表2—5［11]选用，也可根据本单位所用材料的使用经验确定。
表2—5混凝土用水量
拌合物稠度
卵石最大公称直径/mm
碎石最大公称直径/mm
项目
指标
10.0
20.0
31.5
40。
0
16.0
20.0
31。
5
40。
0
坍落度
/mm
10—30
190
170
160
150
200
185
175
165
35-50
200
180
170
160
210
195
185
175
55—70
210
190
180
170
220
205
195
185
75—90
215
195
185
175
230
215
205
195
注：
（1）掺用外加剂和矿物掺合料时，用水量应相应调整.
（2）以表2—5中坍落度为90的用水量为基础，当坍落大于90mm时，按每增大20mm度相应增加5kg的用水量计算。
本设计中采用的骨料的最大粒径为31。
5mm，坍落度的施工要求为160mm,掺入1％的减水率为24％的减水剂后的用水量（mw1）为：
kg/m3
由于使用了再生粗骨料，所以再生粗骨料要经过预润湿，增加的附加用水量可由式确定。
［17]（2-5）
式中：
—每立方米掺入的再生骨料的质量.
所以，最终的用水量：
（2—6）
2.2。
4确定胶凝材料的用量（mb0），水泥用量（mc0）,粉煤灰用量（mf0），和外加剂用量（ma0）.
2.2。
5砂率的确定（βs）
坍落度为10—60mm的混凝土砂率,可根据骨料品种，粒径及水胶比按表2-6[11]
选取。
表2—6坍落度为10-60mm的混凝土的砂率
水胶比
W/B
卵石的最大公称直径/mm
碎石的最大公称直径/mm
10.0
20.0
40
16.0
20。
0
40
0。
40
26-32
25-31
24-30
30—35
29-34
27—32
0。
50
30—35
29-34
28—33
33-38
32-37
30—35
0.60
33—38
32-37
31—36
36—41
35-40
33-38
0。
70
36—41
35-40
34-39
39—44
38—43
36—41
注:
当坍落度大于60mm混凝土的砂率,可在表2—6的基础上,坍落度每增加20mm时，砂率相应的增大1%的幅度予以调整。
所以，由表2—6得：
2。
2。
6粗、细集料用量的确定
粗集料的用量应按下式计算：
（2-7）
（2—8）
（2—9）
式中:
—单位立方米混凝土的水泥用量,kg/m3;
mf0-每立方米混凝土粉煤灰的用量，kg/m3;
mg0-每立方米混凝土粗骨料的用量,kg/m3;
mg1-每立方米混凝土天然粗骨料的用量，kg/m3
—每立方米混凝土再生粗骨料的用量,kg/m3
ms0-每立方米混凝土细骨料的用量,kg/m3；
—每立方米混凝土的用水量,kg/m3；
Βs—砂率，％；
—每立方米混凝土拌合物的重量，kg，本次设计的混凝土的容重为2420kg/m3。
联立式2-5,2—6，2-7，2—8,2—9得本设计混凝土的配合比为:
表2—7混凝土配合比表
水泥/kg
粉煤灰/kg
水/kg
天然粗骨料/kg
再生粗骨料/kg
细骨料/kg
外加剂/kg
293
73
183
567
568
767
3.66
2。
3物料平衡计算
在实际生产中，砂石含有一定量的水分,生产操作过程中原材料有一定量的生产损失。
砂含水量为3%，天然石含水量为1%，再生粗骨料的含水量为3.5%.
生产损失为：
水泥1%;砂3%；石3%；水2％。
年工作时间：
300天
日工作时间：
2班制每班8小时
混凝土产量：
30万m3/a
2。
3.1生产能力计算
在计算搅拌站每天或每年的生产率时,要考虑到生产的不平衡,应乘以年或日生产不平衡系数.
（2—10）
式中：
Qy—搅拌站的年产量，m3/a；
Qd—搅拌站的日产量，m3/d；
K—年产量不平衡系数，对于永久性搅拌站取0。
8；
300—年工作天数。
m3/d
（2—11）
式中
Qh—搅拌站的小时生产率,m3/h；
0.8—日产量不平衡系数；
C-每日工作班数；
8—每班工作小时数.
2.3。
2干物料
1.水泥
生产损失1%,无含水量。
一小时：
一天：
一年：
2.粉煤灰
无生产损失，无含水量。
一小时:
一天：
一年：
3。
减水剂
无生产损失，无含水量。
一小时：
一天:
一年：
2。
3.3湿物料
1.砂
生产损失3%，含水量3%。
一小时:
一天：
一年：
2。
石（天然）
生产损失3%，含水量1％。
一小时：
一天：
一年：
3.石（再生）
生产损失3%,含水量3。
5％。
一小时：
一天:
一年：
4。
水
生产损失2%。
一小时：
一天：
一年：
2。
3.4物料平衡表
根据以上计算结果，列出物料平衡表见表2—8。
表2—8物料平衡表
时间
混凝土/t
水泥/t
砂/t
石（天然）/t
石（再生）/t
水/t
粉煤灰/t
减水剂/t
一小时
97。
656
18。
50
50.86
36。
87
37.85
9。
45
4。
6
0.229
一天
1250
295。
93
813.71
589.85
605。
52
151。
15
73
3.66
一年
300000
88779
244113。
09
176955.03
181654。
92
45345。
8
21900
1098
第三章设备选型计算
3。
1搅拌机
搅拌是混凝土生产工艺过程中极其重要的一道工序，因为混凝土配合比设计是按细骨料恰好填满粗骨料的空隙并且水泥胶质又均匀地分布在细骨料的表面，所以只有将配合料搅拌的均匀才能获得最密实的混凝土，搅拌设备的作用也就在此[18].因此，搅拌机是混凝土生产工艺中的主要装置之一，按搅拌机的搅拌方式分可分为强制式和自落式两类.与自落式搅拌机相比较，强制式的特点是：
操作系统灵活,卸料干净；强制式搅拌机的水平轴（即卧轴）式同时具有自落式的搅拌效果;搅拌时间较短，一般在30～60秒,只是自落式搅拌机搅拌时间的一半，因此生产率高。
强制式搅拌机中双卧轴与单卧轴型式相比较，双卧轴是搅拌机是新型发展的搅拌机，其搅拌效果好，搅拌叶速低，耐磨性高,罐体各部位衬板的磨损程度比较接近，衬板的使用寿命长,经济性好，省功率，易于做成大容量的搅拌机型，因而迅速成为我国搅拌站拌和的搅拌机型[19］。
综合各方面考虑，本次设计中选取双卧轴强制式搅拌机。
混凝土搅拌机的生产率的计算公式[14]为：
（3—1）
式中：
Q—生产率，m3/h；
V1—进料容量，m3；
t1-每次上料时间,s，使用上料斗进料时，一般为8～15s;
t2—每次搅拌时间，s；
t3—每次出料时间,s，出料时间一般为10～30s;
φ1—出料系数，对混凝土一般取0。
65～0。
7。
搅拌站每小时产量97.656t，取t1=13s,t2=45s，t3=22s,φ1=0。
68,由3—1得：
m3=3191L
得出搅拌机的进料容量为3191L，所以，选取进料容量为3200L的JS2000型搅拌机，该搅拌机的性能参数见表3-1［17，20］，完全满足生产要求。
表3-1JS2000型搅拌机性能参数
型号
基本参数
出料容量/L
进料容量/L
搅拌额定功率/kW
工作周期/s
骨料最大粒径/mm
JS2000
2000
3200
≤75。
0
≤80
1200
3.2输送设备
3。
2.1骨料输送设备
皮带输送机是搅拌装置中最常用的骨料输送设备.这是因为皮带输送机输送速度快，而且是连续的,所以生产率高；它可以沿一定的斜度,把骨料送到几十米的高处;皮带输送机输送平稳，没有噪音,消耗功率小,工作可靠，维修容易,是搅拌站输送砂石的最理想设备［21]。
所以本设计选用皮带输送机输送砂石骨料。
当已知要求的输送量，带宽可按下式[21]计算：
（3—2）
式中：
B—带宽，m；
G—输送散状物料时的输送能力，t/h；
ω—带速,m/s，取1.0～1.25m/s；
γv—物料容重，t/m3，见表3-2［21]；
K—断面系数，见表3—3[21］；
C1—倾角系数，见表3-4［21];
C2—速度系数，带速≤1.6m/s，取1。
0.
表3-2不同物料的容重和压带面上的安息角
物料名称
砂
碎、卵石
矿渣
煤
煤渣
容重（t/m3）
1。
6
1。
8
0.6～0.9
0.8～1.0
0。
8～0.9
安息角/°
30
20~30
35
30
35
表3—3断面系数K值
带宽/
mm
安息角
15°
20°
25°
30°
35°
槽型
平形
槽型
平形
槽型
平形
槽型
平形
槽型
平形
K值
500
300
105
320
130
355
170
390
210
420
250
650
800
355
115
360
145
400
190
435
230
470
270
表3-4倾角系数C1值
倾斜角/°
≤6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
25
C1值
1.0
0.96
0.94
0。
92
0。
90
0.88
0.85
0.81
0。
76
0。
74
0。
72
每小时砂石的输送量：
皮带输送机的托辊分为槽形和平形两种，在混凝土制品厂中,一般选用槽形。
本设计选取槽形皮带，倾角取17°，速度取1.25m/s,由3-2得:
根据计算选取带宽为500mm的槽形皮带输送机，传动滚筒轴功率可按式3—3[21]计算：
（3-3）
式中：
N0-传动滚筒轴功率，KW;
Lh-输送机水平投影长度,m；
H—输送机
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