預(yù)制梁混凝土澆筑質(zhì)量控制方法研究

鄧 娜，石洪超，胡 俊

(成都工業(yè)學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院，四川成都 611730)

隨著我國道路建設(shè)的發(fā)展，橋梁工程在線路中的應(yīng)用越來越多。受工期和場地的限制，大多數(shù)公路、鐵路橋采用預(yù)制梁。預(yù)制梁的施工質(zhì)量是整個橋梁工程的關(guān)鍵，預(yù)制梁質(zhì)量受多種因素影響，其中對梁的質(zhì)量影響不可忽視的因素中包括制備混凝土的原材料及其施工工藝。插入式振搗和附著式振搗是目前混凝土澆筑時常用的方法，而混凝土振搗質(zhì)量通常由有經(jīng)驗的施工人員控制，受人為因素影響較大[1]。因此，為減少或避免人為因素的影響，提高混凝土振搗機(jī)具的智能化和自動化程度勢在必行。混凝土澆筑的振搗質(zhì)量對預(yù)制梁混凝土澆筑質(zhì)量有重要的影響作用。本文在原有的振動器控制柜基礎(chǔ)上，編寫程序，增加控制功能，通過現(xiàn)場試驗，嚴(yán)格控制了振搗時間，使混凝土振搗充分，既不漏振也不過振，提高了混凝土梁澆筑質(zhì)量。

1 混凝土質(zhì)量的影響因素

制作混凝土的原材料和施工工藝是影響混凝土質(zhì)量的重要因素。

在預(yù)制梁的生產(chǎn)過程中，對于原材料的選擇是非常重要的，即要對施工材料品質(zhì)進(jìn)行控制。預(yù)制混凝土梁的原材料包括膠凝材料、粗骨料、細(xì)骨料和外加劑等，其控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[2]。

預(yù)制混凝土梁施工工藝流程包括：配料、攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)等，各工序之間有緊密的聯(lián)系和影響，任何一工序出現(xiàn)問題都會影響預(yù)制梁的最終質(zhì)量，甚至是影響工程的整體質(zhì)量。對預(yù)制梁混凝土施工質(zhì)量的控制需要在以上各工序上都進(jìn)行控制。

預(yù)制梁混凝土澆筑后，需經(jīng)過密實成型才能達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度，滿足抗凍性、抗?jié)B性和耐久性要求。預(yù)制梁混凝土密實成型的方法主要是利用機(jī)械振動克服拌和物的粘著力和內(nèi)摩擦力而使之液化、沉實。目前預(yù)制梁的振搗密實是將插入式振動器和附著式振動器結(jié)合起來使用。附著式振動器常用于振搗截面較小且鋼筋較密的構(gòu)件。使用時，用螺栓或夾鉗等將附著式振動器固定在模板上，然后通過模板將振動能量傳遞給混凝土，使混凝土振動密實。

預(yù)制梁進(jìn)行混凝土振搗時，先采用插入式振動器進(jìn)行振搗，然后再結(jié)合附著式振動器進(jìn)行振搗。附著式振動器在側(cè)模和底模上振動，如果不控制好振動的時間，則會發(fā)生某一部位的混凝土過振或漏振的情況。發(fā)生過振時，混凝土水泥漿和粗骨料分離，產(chǎn)生離析。發(fā)生漏振時，混凝土產(chǎn)生松散、蜂窩、麻面。這兩種現(xiàn)象都會影響混凝土外觀，并且可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不符合要求，使得預(yù)制混凝土梁的質(zhì)量不滿足要求。所以在預(yù)制梁的生產(chǎn)過程中，混凝土的振搗對其質(zhì)量的好壞起著至關(guān)重要的作用[3]。

在使用附著式振動器進(jìn)行振搗時，其振搗質(zhì)量主要取決于控制振動器的施工人員，若該施工人員經(jīng)驗豐富，技術(shù)較好，則振搗的混凝土質(zhì)量較好。反之，則混凝土質(zhì)量較差。因此，通過自動控制來代替人為操作，可有效保證混凝土的振搗質(zhì)量。對預(yù)制梁的混凝土振搗控制柜進(jìn)行改進(jìn)，使其能自動控制開啟、關(guān)閉和振搗時間，并能遠(yuǎn)程遙控，提高澆筑質(zhì)量，節(jié)省人力降低生產(chǎn)成本。

2 混凝土振搗自動控制柜

2.1 工作原理

對預(yù)制混凝土梁自動振搗控制柜的研究是在原有的振動器控制柜基礎(chǔ)上，編寫程序，增加控制功能，然后進(jìn)行試驗，測試此控制系統(tǒng)的適應(yīng)性和可行性。

對控制柜的研究主要是研究振動控制系統(tǒng)，該振動控制系統(tǒng)擬采用15 kW變頻器，與PLC控制器采用Modbus通訊協(xié)議連接，接收來自PLC的控制指令。一臺變頻器拖動8臺1.5 kW的振動電機(jī)，通過接收PLC控制指令改變自身輸出頻率來改變振動電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，同時PLC控制器輸出指令控制振動電機(jī)的運(yùn)行與停止。采用觸摸屏與PLC控制器通訊，可用于修改以及顯示振動機(jī)低頻、中頻、高頻的運(yùn)行時間。該控制系統(tǒng)既可以操作臺操作，也可以遙控器操作。預(yù)制混凝土梁自動振搗控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 預(yù)制梁振動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 控制柜設(shè)計

預(yù)制混凝土梁自動振搗控制柜的操作面板設(shè)計如圖2所示，包括電壓表、空氣開關(guān)、顯示屏、模式開關(guān)、遙控器-控制柜、底中高頻、急停、復(fù)位、變頻器故障指示以及每個振動電機(jī)對應(yīng)的故障指示燈、運(yùn)行指示燈、啟動、停止等。其中，電壓表可以顯示電壓是否正常；觸摸顯示屏可以調(diào)整所選工作模式的低頻、中頻、高頻三種頻率段的工作時間；“急?！卑粹o控制變頻器和所有振動電機(jī)同時停止工作。若運(yùn)行時出現(xiàn)故障，變頻器可自動停機(jī)保護(hù)，故障情況包括過載、缺相、短路、過壓、欠壓等，“故障指示燈”亮，同時變頻器操作面板上面“變頻器故障指示”紅燈亮，可根據(jù)變頻器指示的故障原因，處理故障。

圖2 預(yù)制混凝土梁自動振搗控制柜的操作面板設(shè)計

3 施工流程及應(yīng)用實例

預(yù)制混凝土梁外側(cè)模板采用定型鋼模板，為了便于安裝附著式振動器，將法蘭盤固定在鋼模板外側(cè)。預(yù)制梁混凝土澆筑時，混凝土從上注入，用直徑為30 mm和50 mm的振搗棒交替使用，循序漸進(jìn)。然后使用自動振搗控制柜打開附著式振動器進(jìn)行振搗，兩者相互配合，既確?；炷恋拿軐嵍?，也保證其外觀質(zhì)量[4]。

采用了自動控制柜后，預(yù)制混凝土梁的澆筑、振搗施工工藝流程為：①用定型模板將法蘭盤固定在預(yù)制梁外側(cè)；②在澆筑混凝土前安裝帶自動控制柜的附著式振動器；③澆筑預(yù)制梁混凝土；④插入式振搗棒振搗；⑤自動控制柜控制附著式振動器振搗；⑥養(yǎng)護(hù)。

在以上澆筑振搗施工流程中應(yīng)注意，混凝土澆筑時，應(yīng)分三次進(jìn)行澆筑，第一次澆筑混凝土的高度應(yīng)小于等于1/3梁高，采用插入式振動器進(jìn)行振搗；然后進(jìn)行第二次澆筑，澆筑混凝土的高度應(yīng)小于等于2/3梁高，本次澆筑過程先采用插入式振動器振搗，當(dāng)混凝土不再明顯下沉、沒有氣泡、開始泛漿時，使用附著式振動器振搗。在未使用自動振搗控制柜時，需要由人工控制附著式振動器的使用時間，該時間較短，人為控制誤差較大。此時只用根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可自動控制附著式振動器進(jìn)行振搗。余下混凝土的澆筑方式與第二次相同，待澆筑完成，最后還要使用附著式振動器進(jìn)行振搗，同樣，只需事先設(shè)定好參數(shù)，自動振搗控制柜就可自動控制附著式振動器的振搗時間。

未使用自動控制柜執(zhí)行該流程時，通常由有經(jīng)驗的工人控制附著式振動器各頻段的振動時長，如果時長過大，則混凝土容易產(chǎn)生離析，如果時長過短，則振搗的不夠充分，混凝土不密實。使用自動振搗控制柜，就可以避免由于振搗時長的不準(zhǔn)確引起的混凝土質(zhì)量問題，提高工程安全性，降低施工成本。

為了推動施工工地標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高裝備自動化程度，預(yù)制混凝土梁自動振搗控制柜在京藏高速路某標(biāo)段預(yù)制梁廠進(jìn)行了試用，取得了預(yù)期效果，提高了混凝土澆筑質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。圖3為現(xiàn)場實驗照片。

圖3 現(xiàn)場實驗照片

4 結(jié)束語

通過多次現(xiàn)場實驗，該預(yù)制混凝土梁自動振搗控制柜的優(yōu)點可以總結(jié)為：

(1)利用PLC程序使振動電機(jī)的運(yùn)行自動化，可提高工作效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

(2)使用人可以自主設(shè)置變頻運(yùn)行時間模式，針對不同工作的需要隨時調(diào)整變頻運(yùn)行時間，自動實現(xiàn)振動電機(jī)低頻、中頻、高頻三種頻率段的運(yùn)行。

(3)增加遙控控制，方便施工人員對振動電機(jī)的遠(yuǎn)距離控制。

(4)變頻器的啟動與停止無單獨按鈕控制，當(dāng)?shù)谝慌_振動電機(jī)啟動時，變頻器同時啟動，所有振動電機(jī)停止，變頻器即停止。即只要有一臺振動電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，變頻器也會處于運(yùn)行狀態(tài)，若振動電機(jī)全部停止運(yùn)行，變頻器也將停止工作，簡化了操作。

(5)每一臺振動電機(jī)都配置了熱繼電器，彌補(bǔ)單臺振動電機(jī)長時間工作過載的情況，而變頻器不能起到保護(hù)作用的不足之處，起到了保護(hù)振動電機(jī)的作用，降低了振動器的損壞率和維修費用。

通過以上混凝土振搗自動控制柜的優(yōu)化，達(dá)到提高混凝土澆筑質(zhì)量的目的。