預(yù)制立柱自動化噴淋技術(shù)及養(yǎng)護(hù)裝置的研發(fā)

寧英杰，楊延龍，方哲形，謝純輝

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，杭州310052）

1 引言

混凝土的強(qiáng)度與裂紋發(fā)展是決定其使用壽命的關(guān)鍵因素，在配比合理、澆筑水平相同的前提下，混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量決定了混凝土強(qiáng)度是否滿足與溫度（收縮）裂縫是否發(fā)展[1]。在混凝土構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)與養(yǎng)護(hù)過程中，采取人工養(yǎng)護(hù)是傳統(tǒng)的方式，但是預(yù)制構(gòu)件的尺寸大小和工人的養(yǎng)護(hù)工作態(tài)度問題常導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)不到位的情況[2~4]，加之目前的混凝土養(yǎng)護(hù)方式往往不符合規(guī)范，不夠科學(xué)、精細(xì)[5]，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)過程中產(chǎn)生了較多的溫度裂縫與收縮裂縫[6，7]。針對上述情況，本文提出立柱自動化噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，通過可折疊性的框架與噴淋水循環(huán)技術(shù)，將立柱置于框架中，進(jìn)行實時養(yǎng)護(hù)，實現(xiàn)預(yù)制立柱的自動化噴淋養(yǎng)護(hù)。

2 預(yù)制立柱養(yǎng)護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 混凝土養(yǎng)護(hù)方式

以往混凝土預(yù)制構(gòu)件采取人工灑水養(yǎng)護(hù)，人員投入較多，并且由于在操作養(yǎng)護(hù)過程常出現(xiàn)疏忽，使混凝土構(gòu)件非常容易出現(xiàn)構(gòu)件強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)、出現(xiàn)溫度裂縫與收縮裂縫等問題[8,9]。與此同時，傳統(tǒng)的人工養(yǎng)護(hù)因為工作人員的疏忽或遺漏關(guān)鍵數(shù)據(jù)等問題，造成養(yǎng)護(hù)不全面，有遺漏，從而難以保證混凝土在固化過程中表面水分流失后能夠得到補水[10]。

2.2 噴淋養(yǎng)護(hù)水收集和循環(huán)

在養(yǎng)護(hù)用水方面，傳統(tǒng)粗放的噴灑用水養(yǎng)護(hù)方式與目前社會關(guān)注的綠色環(huán)保理念相悖[11]。傅重陽等[12]研發(fā)應(yīng)用了“穿衣戴帽”法墩身自動噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對于施工養(yǎng)護(hù)水進(jìn)行收集循環(huán)利用，形成了水閉路循環(huán)?？锷厝A等[13]在南益高速公路工程中采用永恒壓噴淋和控制噴淋時間的方式取得了顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益。目前所熟知的混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)大多采取人工灑水養(yǎng)護(hù)，沒有對噴淋用水進(jìn)行收集與循環(huán)使用等方面的研究，因此，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法與節(jié)能、環(huán)保、高效率理念背道而馳[13]。建筑行業(yè)中水的循環(huán)利用是未來建筑行業(yè)的必然要求[14]。

2.3 自動化噴淋養(yǎng)護(hù)

隨著我國建筑行業(yè)改革的不斷深入，建筑產(chǎn)業(yè)正在逐步向著自動化、智能化的方向發(fā)展[15]。趙一林等[16]提出自動化養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對養(yǎng)護(hù)效率的提高意義重大。楊劍等[17]通過自動化養(yǎng)護(hù)的方式對混凝土釋放水化熱過程中的各項參數(shù)進(jìn)行實驗分析，得出了能較好地引導(dǎo)混凝土水化熱平穩(wěn)釋放的水量、噴淋頻率等養(yǎng)護(hù)參數(shù)。自動化生產(chǎn)正在逐步代替繁重的人工操作，尤其在制造與養(yǎng)護(hù)混凝土預(yù)制構(gòu)件方面，人工操作越來越不能滿足目前的作業(yè)要求，所以，自動化混凝土預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)正成為保證混凝土預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的迫切需求。

3 預(yù)制立柱噴淋養(yǎng)護(hù)裝置研究內(nèi)容

目前預(yù)制混凝土立柱養(yǎng)護(hù)還存在許多缺陷，針對目前的養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀，本文將設(shè)計一種混凝土立柱噴淋養(yǎng)護(hù)裝置用以提高混凝土立柱的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

3.1 研究設(shè)計框架式噴淋養(yǎng)護(hù)裝置

傳統(tǒng)的人工養(yǎng)護(hù)難度大，立柱的上端和底部容易因水泥水化及混凝土硬化進(jìn)程的不一致而產(chǎn)生分層現(xiàn)象，為提高養(yǎng)護(hù)效率，研究一種框架式噴淋養(yǎng)護(hù)裝置，整體框架與立柱造型匹配，呈長方體構(gòu)型，內(nèi)部中空，使立柱位于噴淋框架內(nèi)部，實現(xiàn)對立柱的不間斷噴淋養(yǎng)護(hù)。

3.2 研究設(shè)計噴淋養(yǎng)護(hù)裝置的可折疊結(jié)構(gòu)

考慮立柱較高，傳統(tǒng)人工養(yǎng)護(hù)難度較大等因素，進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)裝置的可折疊結(jié)構(gòu)設(shè)計。整個噴淋養(yǎng)護(hù)裝置構(gòu)呈“捕魚籠”式折疊結(jié)構(gòu)。為提高結(jié)構(gòu)的使用便捷性，設(shè)置2個水平框架，并進(jìn)行連接，在實現(xiàn)可折疊的同時，也保證整個噴淋裝置的整體穩(wěn)定性。為提高裝置的普遍適用性，需要合理設(shè)置進(jìn)行水平框架與連接桿的夾角，使裝置適用于不同高度的立柱。

3.3 養(yǎng)護(hù)用水循環(huán)利用設(shè)計

為實現(xiàn)水的循環(huán)利用，節(jié)約水資源，需要進(jìn)行水的收集與循環(huán)利用設(shè)計，設(shè)置水循環(huán)體系。傳統(tǒng)的水循環(huán)體系中，養(yǎng)護(hù)液進(jìn)入集水池中時含有大量的泥沙，會導(dǎo)致噴頭或輸液管發(fā)生堵塞，因此，需要過濾養(yǎng)護(hù)液中的泥沙，進(jìn)行進(jìn)液管的濾膜設(shè)計。傳統(tǒng)的濾膜在使用過程中常出現(xiàn)經(jīng)濾膜分離的固體積聚在濾膜上的問題，導(dǎo)致水泵的抽水效率大幅下降。為避免這一現(xiàn)象，需要進(jìn)行濾膜優(yōu)化研究。

4 立柱噴淋養(yǎng)護(hù)裝置的研究過程

4.1 適用于立柱的噴淋系統(tǒng)框架設(shè)計與選型

基于立柱的長方體式構(gòu)型，充分考慮噴淋的覆蓋區(qū)域，疊套式框架設(shè)計是本研究的最佳選擇。噴淋系統(tǒng)框架主要分為水平框架構(gòu)件、豎直框架構(gòu)件以及移位板，豎直方向和水平方向的框架構(gòu)件分別平行于立柱的側(cè)立面和橫截面，可以更好地貼合立柱表面。輸液膠管布置于各個框架構(gòu)件內(nèi)部，噴淋噴頭設(shè)置于水平向框架構(gòu)件上，水平向框架截面形狀與立柱相似，且尺寸略大于立柱橫截面，以便于噴頭安裝和工作。豎直方向的框架構(gòu)件用于連接和固定水平向框架構(gòu)件，使水平方向的框架構(gòu)件與噴頭能固定于預(yù)設(shè)位置。最后，在豎直方向的框架頂部連接用于提升和移動整體框架的移位板、吊車等吊具，使其可通過移位輕松提升和移動整體噴淋框架。

4.2 噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化研究

噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化研究的主要目的是對噴淋框架進(jìn)行易用性和便利性方面優(yōu)化，在實現(xiàn)噴淋框架可折疊的同時，保證框架整體的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。經(jīng)分析，在相鄰水平方向的框架構(gòu)件之間增加一個斜腹桿，使其與相鄰水平向框架構(gòu)件呈Z字形。同時，豎直向框架構(gòu)件采用可伸縮型桿件。則斜腹桿不僅可以與豎直向框架構(gòu)件協(xié)同輔助固定水平向構(gòu)件，而且通過改變斜腹桿與水平向框架構(gòu)件之間的角度，可以實現(xiàn)框架階梯式的折疊。另外，斜腹桿與水平向構(gòu)件的角度為0°~45°，當(dāng)斜腹桿與水平向構(gòu)件成45°時，斜腹桿可起到輔助支撐及固定水平向構(gòu)件；當(dāng)角度趨于0°時，噴淋框架將折疊成階梯狀。

4.3 水收集過濾及循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計研究

相較于傳統(tǒng)的人工手持設(shè)備噴淋養(yǎng)護(hù)模式，自動噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢體現(xiàn)在可以進(jìn)行噴淋水的收集與循環(huán)利用。水的收集方法考慮利用水壓進(jìn)行引流，因此，在框架底部板四周設(shè)立用于蓄水的豎向板，在其中一側(cè)開口引流至集水裝置。養(yǎng)護(hù)水僅需要固液分離，采用濾膜過濾即可達(dá)到較理想的過濾效果，但考慮到固體分離物在濾膜上沉積會影響過濾速度和循環(huán)周期，遂采用具有傳動功能的濾膜裝置。最后，過濾后的液體流入水泵的進(jìn)水口，由水泵經(jīng)輸液管道輸送到各個噴淋口。

5 立柱噴淋養(yǎng)護(hù)裝置的工作原理

適用于立柱的自動化噴淋養(yǎng)護(hù)裝置在接通電源，啟動水泵加壓后，水將通過框架內(nèi)的軟膠管傳輸至上部框架噴頭，進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)用水在待養(yǎng)護(hù)立柱表面自上而下流動至底部框架，該過程中，養(yǎng)護(hù)水會攜帶立柱表面的灰塵等固體顆粒一起流動，再經(jīng)集水裝置流入輸液管進(jìn)行濾膜過濾，濾膜在傳送帶的驅(qū)動下，可對沉積在濾膜表面的固體沉積物進(jìn)行粗略清理，防止沉積物堵塞濾網(wǎng)；過濾后的水將重新通過水泵增壓傳輸至各個噴淋口。一個構(gòu)件養(yǎng)護(hù)周期完成后，可選擇通過吊車移位對下一構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，或者通過折疊框架進(jìn)行裝置回收。整體裝置示意圖如圖1所示。

圖1 立柱自動化噴淋養(yǎng)護(hù)裝置示意圖

6 結(jié)語

通過對預(yù)制立柱自動化噴淋養(yǎng)護(hù)裝置的設(shè)計與研發(fā)，能較好地彌補現(xiàn)有的傳統(tǒng)人工手持裝備養(yǎng)護(hù)模式的不足，實現(xiàn)對立柱自動化、全方位、均勻的養(yǎng)護(hù)，避免了混凝土硬化進(jìn)程不一而導(dǎo)致的生產(chǎn)質(zhì)量問題，推進(jìn)了建筑行業(yè)自動化的進(jìn)程。同時，對于該裝置的易用性和便利性進(jìn)行改進(jìn)，提出的“捕魚籠”式折疊框架能大大提高該裝置的工作效率，打破了工廠立柱養(yǎng)護(hù)對于場地的限制。對養(yǎng)護(hù)用水的收集與過濾過程的優(yōu)化，在很大程度上解決了沉積物影響過濾效率問題，提高了整體生產(chǎn)效率。