預(yù)制箱梁智能噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)

吳其俊

摘要：本文介紹了預(yù)制梁場地埋式智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)原理、地噴管路制作安裝的技術(shù)要求、梁場水網(wǎng)及恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計與安裝，重點(diǎn)論述了智能養(yǎng)護(hù)的控制條件、現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)與無線遠(yuǎn)程監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：混凝土;智能養(yǎng)護(hù);溫濕度

混凝土的養(yǎng)護(hù)施工直接關(guān)乎混凝土強(qiáng)度的增長以及彈性模量的發(fā)展，養(yǎng)護(hù)過程可最終決定混凝土最終的質(zhì)量優(yōu)劣，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式一般通過蓄水、刷涂養(yǎng)護(hù)劑、人工灑水、輸送蒸汽來完成養(yǎng)護(hù)。蓄水養(yǎng)護(hù)方式用水量較大，且只能在有條件蓄水的地方使用;刷涂養(yǎng)護(hù)劑的效果當(dāng)前尚未被行業(yè)普遍認(rèn)可，應(yīng)用范圍不廣，一般只是在難以保濕養(yǎng)護(hù)的局部區(qū)域使用;蒸汽養(yǎng)護(hù)一般只在冬季保溫養(yǎng)護(hù)時或需要加快施工進(jìn)度時使用，當(dāng)前基于環(huán)境保護(hù)的要求，燃煤鍋爐已禁止使用，而采用電氣鍋爐耗電量很大，經(jīng)濟(jì)性差;而目前使用最為廣泛的仍然是自然保濕養(yǎng)護(hù)的方式，最傳統(tǒng)的自然保濕養(yǎng)護(hù)方式即人工灑水來完成保濕養(yǎng)護(hù)，近年來，隨著施工標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化程度的不斷提升，各個工序比如預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿等均已實(shí)現(xiàn)智能化施工，而養(yǎng)護(hù)一直延續(xù)傳統(tǒng)的人工養(yǎng)護(hù)方式，效率低，效果差。當(dāng)前業(yè)主、監(jiān)理等質(zhì)量管控方對混凝土的養(yǎng)護(hù)重要性的認(rèn)識不斷提升，很多項(xiàng)目在混凝土養(yǎng)護(hù)智能化的道路上也進(jìn)行了一些探索，一些項(xiàng)目通過設(shè)置噴淋管路（懸掛或地埋的方式）和增壓泵、定時器等通過人工定時開啟電源或定時器定時啟動等手段實(shí)現(xiàn)了混凝土的自動養(yǎng)護(hù)，此類方式養(yǎng)護(hù)未考慮混凝土的齡期、實(shí)時養(yǎng)護(hù)溫濕度等條件，僅僅實(shí)現(xiàn)了定時完成噴淋施工，離真正智能化、信息化養(yǎng)護(hù)還有很大的差距。針對以上存在的不足，本文就地噴式智能養(yǎng)護(hù)的原理與實(shí)施過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，通過無線溫濕度檢測與反饋以及對水化熱速率的考慮通過程序運(yùn)算真正實(shí)現(xiàn)了適時的養(yǎng)護(hù)，并將關(guān)乎養(yǎng)護(hù)效果的溫度、濕度信息數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測與記錄，不僅實(shí)現(xiàn)了智能化施工，也實(shí)現(xiàn)了信息化的管理。

1 智能噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)原理

預(yù)制梁場地埋式智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要包含智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)、恒壓供水系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)管路系統(tǒng)、無線溫濕度測試系統(tǒng)四大部分。

養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)包含PLC控制器、調(diào)試變頻器、節(jié)能水泵、壓力測試計、溫濕度測試儀、電磁閥門、無線溫濕度匯集終端等主要元器件。

恒壓供水系統(tǒng)包含壓力泵、變頻器、恒壓罐等主要配件，用于給整個預(yù)制梁場提供恒壓用水。

養(yǎng)護(hù)管路系統(tǒng)為：預(yù)埋在臺座兩側(cè)用于養(yǎng)護(hù)預(yù)制梁腹板的PVC給水噴淋管及梁底養(yǎng)護(hù)的PVC給水噴淋管; 無線溫濕度測試發(fā)射終端監(jiān)測待養(yǎng)護(hù)的預(yù)制混凝土梁的溫度與濕度并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)主機(jī)上的無線溫濕度接受終端并傳輸給PLC并由PLC根據(jù)既定條件進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)輸結(jié)果確定是否開啟噴淋養(yǎng)護(hù)調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)的溫濕度（溫濕度監(jiān)測終端按照60s采集一次數(shù)據(jù)的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集），待一次養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，無線溫濕度測試終端再次監(jiān)測溫濕度條件有系統(tǒng)主機(jī)運(yùn)算判斷，符合設(shè)定養(yǎng)護(hù)的溫度與濕度即停止噴淋，否則繼續(xù)噴淋養(yǎng)護(hù)。整個過程監(jiān)測-運(yùn)算-啟動-反饋四個步驟形成閉環(huán)回路。

2 贛深鐵路光明梁場智能噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)設(shè)計

2.1 光明城預(yù)制梁場概況

光明城制梁場位于光明城站左側(cè)，梁場中心對應(yīng)線路施工里程為DN422+250，占地面積約為130畝，共分制梁、存梁、裝梁、生產(chǎn)保障、辦公生活五大功能區(qū);設(shè)置8個制梁臺座，4個內(nèi)模整備臺座，4個鋼筋綁扎臺座，存梁區(qū)設(shè)置46個存梁臺座，最大存儲量80榀箱梁;主要承擔(dān)本標(biāo)段10座橋梁共339榀箱梁的生產(chǎn)任務(wù)，計劃2020年8月底完成全部預(yù)制任務(wù)。

2.2 智能養(yǎng)生噴淋管路設(shè)計

2.2.1 預(yù)制梁腹板養(yǎng)護(hù)管路布設(shè)

噴淋管路制作及安裝：在梁場建設(shè)初步完成后必須同步完成噴淋管路的鋪設(shè)，支路采用PVC 50管進(jìn)行支路供水，單片梁兩側(cè)及底板采用PVC 32管進(jìn)行供水，每4m處設(shè)置一個擺臂噴頭。為保證噴淋的正常使用，在每個擺臂噴頭位置需設(shè)置固定底座，固定底座一般為30cm或50cm高，為保證噴淋效果底座需設(shè)置于兩片梁中間位置，呈直線布設(shè)。為方便更換及維護(hù)噴頭，噴頭與管道之間采用1～1.5米長不銹鋼軟管進(jìn)行連接。噴頭底座平面設(shè)置排水孔以保障積水排出，噴頭頂面齊平預(yù)制梁底部。

2.2.2 頂面及箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)

光明城預(yù)制梁場梁面采用蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水養(yǎng)護(hù)采用長2m*寬2cm*高8cm止水膠條沿箱梁頂面邊緣四周圈成封閉蓄水區(qū)域，吊裝孔、泄水孔位置在混凝土初凝前采用直徑大于預(yù)留孔徑3～4cmPVC管將其罩住，防止養(yǎng)護(hù)水從預(yù)留孔中排出，此方法蓄水養(yǎng)護(hù)范圍覆蓋全部箱梁頂面且易管理，不會出現(xiàn)局部混凝土未養(yǎng)護(hù)到的情況。

箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)采用霧化養(yǎng)護(hù)，箱內(nèi)在養(yǎng)護(hù)過程中，內(nèi)箱室頂面養(yǎng)護(hù)較為困難，保濕效果不明顯。霧化養(yǎng)護(hù)是由一臺霧化機(jī)及梁端封堵板配合使用的養(yǎng)護(hù)設(shè)備。霧化養(yǎng)護(hù)相比傳統(tǒng)噴淋養(yǎng)護(hù)操作更為簡單、節(jié)能環(huán)保、效率高，水源節(jié)約在40%以上。每孔梁加濕時間僅1小時即可達(dá)到90%以上。

2.2.3 養(yǎng)護(hù)主管路安裝

養(yǎng)護(hù)主水管為蓄水池出口至噴淋管支路之間的連接管，主水管直徑為PVC 90給水管，5-15個臺座的輸水管匯集至一處后設(shè)置三級沉降蓄水池，三級沉降蓄水池一般設(shè)置于5-15片梁中間位置，蓄水池進(jìn)水口不高于主排水溝高程以利于收集各支路排水溝水流，收集水流經(jīng)過三級沉降池過濾其中雜質(zhì)后再由水泵進(jìn)行循環(huán)用水噴淋養(yǎng)護(hù)。主管道與各支管路相連，主管與支管間用電池閥控制每個電池閥對應(yīng)一個臺座，主管路采用恒壓水泵配合壓力罐進(jìn)行恒壓供水。

3 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計安裝

3.1 預(yù)制梁場水網(wǎng)布局

預(yù)制梁場的蓄水池一般應(yīng)選擇在梁場地勢較高的位置，一般位于梁場外側(cè)，蓄水容量根據(jù)待養(yǎng)護(hù)的臺座個數(shù)設(shè)計確定，一般15個臺座的預(yù)制場，儲水池容量不小于15方，梁場的主水管應(yīng)根據(jù)用水量確定，一般噴淋養(yǎng)護(hù)的預(yù)制梁場，主水管直徑不小于90mm，沿梁場縱向布置為宜。在兩列臺座中間位置設(shè)置開口，用以連接養(yǎng)護(hù)主機(jī)用水或梁場壓漿、清洗用水，開口直徑一般采用50、63口徑。必要時沿橫向排水溝設(shè)置支水管，支水管直徑采用50mm、63mm管為宜。橫向排水管底面高程應(yīng)低于地噴管底面高程以利于保護(hù)提盒中積水的排出。

3.2 恒壓供水系統(tǒng)的技術(shù)要求及安裝

自動恒壓系統(tǒng)的組成：恒壓水泵+壓力控制儀+變頻器+儲壓罐。

工作原理：在變頻器上設(shè)置恒壓水壓0.30-0.45MPa，梁場水網(wǎng)上任意一個電池閥門打開用水，壓力低于0.30MPa時，壓力開關(guān)啟動，恒壓水泵得電啟動工作，當(dāng)壓力超過0.45MPa，壓力開關(guān)斷開，恒壓水泵失電停止工作。此恒壓控制系統(tǒng)可保證梁場主給水管內(nèi)始終保證0.30MPa以上的壓力。

恒壓供水系統(tǒng)安裝在蓄水池出口處，兩端以螺紋接口與PVC主水管連接，恒壓供水系統(tǒng)的流量應(yīng)大于梁場同時啟動養(yǎng)護(hù)清洗、壓漿工作時候總的用水流量。一般采用一臺養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)的梁場恒壓供水系統(tǒng)功率不小于30方/小時。

4 智能控制的設(shè)計

4.1 養(yǎng)護(hù)技術(shù)要求

（1）養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)平均濕度保證率為85%-90%，最低濕度不低于80%RH（85%RH）。

（2）養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)梁體表面溫度控制最高不超過40℃（45℃）。

（3）冬季養(yǎng)護(hù)時溫度低于5℃時停止啟動。

（4）濕度高于95%RH時養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)停止養(yǎng)護(hù)（陰雨天氣濕度較大）。

4.2 養(yǎng)護(hù)控制條件

（1）溫度低于5℃強(qiáng)制停止（在用戶用水沒有加熱措施時）作為第1優(yōu)先控制;

（2）梁體表面最高溫度為第2優(yōu)先控制：溫度高于40℃（可設(shè)置）時，強(qiáng)制啟動降溫保濕;

（3）梁體表面濕度大于95%RH強(qiáng)制停止作為第3優(yōu)先控制。（環(huán)境潮濕說明為陰雨天氣，基本不需要噴淋養(yǎng)護(hù)）。

（4）最后以時間控制，通常一周的養(yǎng)護(hù)時間分為三個階段設(shè)置：第1天為第一階段;第2、3天為第二階段;第4-7天及第7天以后為第三階段。

第一階段：白天間隔時間30min，晚上間隔時間60min;

第二階段：白天間隔時間60min，晚上間隔時間120min;

第三階段：白天間隔時間120min，晚上間隔時間240min;

5 數(shù)據(jù)監(jiān)控

5.1 養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控

在養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)上設(shè)置人機(jī)交互界面-觸摸屏或工業(yè)平板電腦，PLC-CPU通過MODBUS通訊接受到無線匯集終端采集到的溫濕度數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)輸出給人機(jī)交互界面，在人機(jī)交互界面上顯示每片梁實(shí)時的養(yǎng)護(hù)溫度與養(yǎng)護(hù)濕度，并可下載或轉(zhuǎn)存至移動儲存設(shè)備。

首先確定待養(yǎng)護(hù)的臺座，將該臺座的養(yǎng)護(hù)輸水管連接到主機(jī)的某一個通道上，將該通道對應(yīng)的無線溫濕度發(fā)射終端放置在待養(yǎng)護(hù)的混凝土梁板的有代表性位置的表面，在人機(jī)交互界面監(jiān)測畫面界面設(shè)置待養(yǎng)護(hù)的預(yù)制梁的梁號并確定，按下控制面板該通道對應(yīng)啟動按鈕即可開始養(yǎng)護(hù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)保存或轉(zhuǎn)存后，生成數(shù)據(jù)表格中（根據(jù)梁號按時間順序顯示養(yǎng)護(hù)的溫度與濕度）。

5.2 養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺

在系統(tǒng)主機(jī)上設(shè)置GPRS通訊模塊，安裝GPRS數(shù)據(jù)卡，GPRS數(shù)據(jù)卡定時將養(yǎng)護(hù)溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至云服務(wù)器，云服務(wù)器將數(shù)據(jù)保存?zhèn)溆?，在遠(yuǎn)程監(jiān)視電腦上安裝客戶端程序，通過用戶名與密碼登錄客戶端可遠(yuǎn)程訪問云服務(wù)器中的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)庫，并可將云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)下載至本地電腦，質(zhì)量管理者可不去工地現(xiàn)場，遠(yuǎn)程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量的管理。

6 小結(jié)

（1）本文介紹了地噴式預(yù)制梁場混凝土智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)技術(shù)原理-通過采用PLC程控技術(shù)與無線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化施工過程的控制以及信息化施工管理。

（2）本系統(tǒng)自動根據(jù)混凝土齡期、實(shí)施溫濕度數(shù)據(jù)適時調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)溫濕度，保證了養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)混凝土的平均養(yǎng)護(hù)濕度和降低了不同時間段溫度峰值差，有利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展與減少溫度裂縫產(chǎn)生的幾率。

（3）全過程智能化施工，一鍵即可完成養(yǎng)護(hù)施工全周期施工，杜絕了人為確定因素的干擾，降低了勞動強(qiáng)度，減少了人工的投入。

（4）養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時采集與記錄，規(guī)范了施工過程，為施工質(zhì)量追溯提供了有效依據(jù)。

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（作者單位：中鐵十局第三建設(shè)有限公司贛深鐵路二項(xiàng)目部）