基于標養(yǎng)室內水泥砼試件智能養(yǎng)護系統(tǒng)研究

吳 奕，姜 華，唐 建

(湖南省交通科學研究院，湖南 長沙 410015)

0 引言

目前水泥砼廣泛應用于高速公路建設、大型橋梁和建筑工程中，水泥砼的質量好壞決定了工程建設的質量。水泥砼的標準養(yǎng)護條件對其強度發(fā)展要求以及耐久性能有著重要的作用。水泥砼是水硬性材料，溫度和濕度是水泥砼水化和硬化的重要影響因素。建立一個標準養(yǎng)護技術系統(tǒng)，按照規(guī)范要求有效的控制溫濕度范圍，對于混凝土強度及耐久性等技術指標有重要的影響。

1 水泥砼標準養(yǎng)護室的規(guī)范要求

水泥混凝土標準養(yǎng)護室(以下簡稱標養(yǎng)室)是對混凝土試件在特定溫度和濕度條件下，進行養(yǎng)護的專用房屋［1］。試驗證明:溫度和濕度是對混凝土的強度發(fā)展起決定作用的兩大因素，溫度、濕度偏差越小，強度數(shù)據(jù)的可比性就越好［2］。

1)根據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG E30—2005)中規(guī)定，混凝土試件標準養(yǎng)護的條件為:溫度(20±2)℃，相對濕度在95%以上［3］。

2)水泥砼試件應擺放至專門存放混凝土試件的支架上，每個試件之間的距離應保持在10 ～20 mm 之間，標準養(yǎng)護的齡期為28 d，試件的表面應保持潮濕的狀態(tài)。

3)統(tǒng)一為每個試件樣本進行編號標記，實驗人員應及時作好記錄，如發(fā)現(xiàn)標養(yǎng)室內溫度、濕度沒有達到要求，應及時上報并采取措施。另外，實驗人員在標養(yǎng)室內的停留時間不宜過長。

2 目前水泥砼的養(yǎng)生方式及存在的問題

2.1 水泥砼試件的浸泡養(yǎng)護［4］

這是最早的養(yǎng)護方案之一，該方法在夏季利用空調降低標養(yǎng)室內的溫度，冬季利用加熱管調節(jié)溫度對水泥砼進行養(yǎng)護。由于養(yǎng)護池中的水深不同，通過空調降溫和加熱管升溫的方法進行養(yǎng)護時，水溫調整不均勻并且溫度傳遞較慢，另外養(yǎng)護的溫度難以控制在(20±2)℃之內，影響?zhàn)B護質量。試件浸泡在清水中，砼中的一部分Ca(OH)2會溶解在水中，就會影響水泥砼試件的強度。這種養(yǎng)護方式達不到標準養(yǎng)護的要求，現(xiàn)已基本淘汰。

2.2 水泥砼試件的蒸汽養(yǎng)護［5］

蒸汽養(yǎng)護主要體現(xiàn)在冬季利用蒸汽設備對水泥砼進行養(yǎng)護。該設備對水進行加熱，水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)對標養(yǎng)室內的溫度和濕度進行調節(jié)。由于水蒸氣的密度較空氣的密度小，水蒸氣懸浮于標養(yǎng)室上空，導致上下溫差較大，達不到標準養(yǎng)護的效果，因此不采用該方法。

2.3 水泥砼試件的噴淋養(yǎng)護

在標養(yǎng)室內安裝噴淋裝置，通過噴頭將水噴灑于養(yǎng)護室內，對試件進行養(yǎng)護。該方法基本能保證標養(yǎng)室內所需的溫度和濕度，但是噴淋很難將水霧化，試件在加濕過程處于淋浴狀態(tài)，影響試件總體質量，且用水量較大，市場主流養(yǎng)護系統(tǒng)能耗高，噪音大。噴淋依靠人工控制水閥，勞動強度較大。

3 標養(yǎng)室內標準養(yǎng)護系統(tǒng)設計

水泥砼的標準養(yǎng)護室應符合國家的最新規(guī)范，為解決上述系統(tǒng)存在的弊端，本項目采用工業(yè)恒溫箱、工業(yè)超聲波霧化加濕器、智能采集控制箱等設備，基于互聯(lián)網(wǎng)技術，結合傳感技術、自動化控制技術、數(shù)據(jù)庫管理等先進技術設計適用于水泥砼試件的綜合性養(yǎng)護系統(tǒng)。

3.1 標養(yǎng)室內主要設備配置

水泥砼標準養(yǎng)護室的主要配置(圖1)有:

1)工業(yè)溫濕度傳感器;

2)工業(yè)恒溫箱;

3)工業(yè)超聲波霧化加濕器;

4)智能采集控制箱;

5)激光掃描儀;

6)智能開關電磁閥。

圖1 標養(yǎng)室設備配置圖

3.2 水泥砼養(yǎng)護配置功能實現(xiàn)

1)水泥砼的標準養(yǎng)護根據(jù)試件的數(shù)量，標準養(yǎng)護室空間的大小確定養(yǎng)護系統(tǒng)設備的安裝。該系統(tǒng)設備能對養(yǎng)護室內進行全方位的監(jiān)測，實時監(jiān)測養(yǎng)護室內的溫度和濕度，將監(jiān)測數(shù)據(jù)直觀的顯示在液晶顯示屏上。

2)在標養(yǎng)室內設置所需溫度和濕度控制值范圍，由工業(yè)溫濕度傳感器采集標養(yǎng)室內的溫度和濕度進行計算［6］。如果其計算值超過或小于控制值范圍，則會及時警報提示，并且通過系統(tǒng)智能控制空調的溫度以及工業(yè)超聲波霧化加濕設備進行濕度補償，在短的時間內使標養(yǎng)室的溫濕度達到控制要求。

3)通過系統(tǒng)設置監(jiān)測周期，能夠自動監(jiān)測采集并記錄各個點位的溫度和濕度，將所采集的數(shù)據(jù)分別繪制成溫度變化曲線和濕度變化曲線，也可向用戶提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，根據(jù)用戶的需要自動生成監(jiān)測報告，并將監(jiān)測報告打印。用戶也可使用外部移動儲存設備拷貝系統(tǒng)中監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)，便于用戶進行數(shù)據(jù)分析。

3.3 標養(yǎng)室養(yǎng)護系統(tǒng)工作特點

標養(yǎng)室養(yǎng)護系統(tǒng)包括一個主控制單元、上位機采集單元和溫濕度調節(jié)單元(圖2)。其中主控單元由主控制電路、液晶顯示器接口電路、按鍵輸入電路、水位檢測電路、電源電路組成。上位機采集單元由串口通信接口電路、工控機組成。溫濕度調節(jié)單元由兩路超聲波加濕器開關驅動電路、超聲波加濕器、報警驅動電路、水位閥門開關驅動電路、閥門、四路溫濕度傳感器接口電路、溫濕度傳感器組成(圖3)。

圖2 標養(yǎng)室系統(tǒng)單元組成

圖3 標養(yǎng)室系統(tǒng)布置圖

3.3.1 溫濕度控制技術

溫濕度控制技術主要由溫濕度調節(jié)單元控制。在標養(yǎng)室中不同點位安置多個溫濕度傳感器，溫濕度信息采集后經過單片機的濾波處理，將溫濕度采集的信息以及工業(yè)恒溫箱、超聲波加濕器和加水閥門等設備狀態(tài)信息通過工業(yè)RS485 串口總線發(fā)送至現(xiàn)場工控機上，再通過互聯(lián)網(wǎng)將信息直接上傳到遠程中心服務器保存及顯示。該系統(tǒng)通過主控板設定的標準溫度和濕度范圍與當前做采集的溫度和濕度相比較，如果當前采集的溫度和濕度分別接近設定的上下極限值，則會通過工業(yè)恒溫箱和工業(yè)超聲波霧化加濕器自動對標養(yǎng)室進行升溫、降溫、加濕處理，從而會加快標養(yǎng)室內溫濕度傳感器監(jiān)測頻率，當監(jiān)測的溫度和濕度值處于正常值范圍之內時會自動停止工業(yè)恒溫箱和工業(yè)超聲波霧化加濕器的工作。最后系統(tǒng)將溫濕度采集信息繪制成曲線，以及歷史曲線和保存歷史記錄顯示于客戶端，也可根據(jù)用戶的需要拷貝和打印數(shù)據(jù)監(jiān)測報告(圖4 主程序流程圖)。

圖4 主程序流程圖

3.3.2 水位檢測技術

水位檢測技術由主控制單元控制。標養(yǎng)室內的液位檢測器按照設置的時間頻率檢測容器內是否有水，如果檢測容器內已充滿水，水控制閥門則會一直處于關閉狀態(tài)。如果檢測容器內水量不足，就會啟動水控制閥門自動給容器加水，此時會開啟定時器給加水時間進行計時，加水時間根據(jù)容器的體積確定，計時單位信息為分鐘，當容器內部水量達到要求時會自動關閉水控制閥門。一旦加水時間超過設定的加水時間，此時會自動關閉超聲波加濕器以及啟動報警電路裝置，提醒現(xiàn)場工作人員檢查水源和開關問題。

3.3.3 按鍵輸入及液晶顯示原理

按鍵輸入以及液晶顯示原理通過主控制單元控制。為方便使用者控制信息的輸入，手控端設置4個按鍵分別為:退出鍵、向上翻鍵、向下翻鍵和菜單鍵，通過4 個鍵對需要的信息進行輸入、修改、查看、刪除和確定等處理。通過中央處理器外接LCD12864 液晶顯示器，進行人際交互界面。實時顯示當前采集的溫濕度、修改溫濕度的范圍、確定加水時間和溫濕度采集時間等信息參數(shù)。

4 結語

試驗結果證明，標養(yǎng)室內水泥砼智能養(yǎng)護控制系統(tǒng)已基本達到智能化、信息化監(jiān)測和養(yǎng)護目的。該系統(tǒng)通過多方位、合理布置溫濕度傳感器能夠準確監(jiān)測記錄標養(yǎng)室內溫度值和濕度值，采用工業(yè)恒溫箱和超聲波加濕器補給標養(yǎng)室內溫度和濕度，保證了室內各個角落的溫度和水汽分布均勻，將標養(yǎng)室的溫度控制在(20±2)℃，相對濕度控制在≥95%以上，完全滿足國家規(guī)范要求。標養(yǎng)室內水泥砼智能養(yǎng)護控制系統(tǒng)對硬件設備進行智能化管理，不僅有效的節(jié)約了水、電能耗的消耗，并且大量減少了所需的人力物力資源，提高了水泥砼養(yǎng)護的工作效率。

［1］劉祥志，許宏升.混凝土標準養(yǎng)護室的設計［J］.工程質量，1998(3):16－17.

［2］李俊成，李祖輝，彭亦博，等.混凝土標準養(yǎng)護室設計與施工［J］.混凝土與水泥制品，2012(11):74－76.

［3］JTG E30—2005，公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程［S］.

［4］陳新貴.淺談混凝土試件標準養(yǎng)護的條件［J］.四川建材，2013，172(2):37－38.

［5］鐘炯垣.蒸汽養(yǎng)護混凝土的幾個問題［J］.混凝土及建筑構件，1981(5):25－30.

［6］張 陽，余月皎.混凝土標準養(yǎng)護室溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用［J］.陜西建筑，2012(6):39－40.