王激揚(yáng) 臧建新
摘要 現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)水平不斷提升,科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,建筑領(lǐng)域施工工藝日趨完善。通過(guò)工廠化預(yù)制生產(chǎn)建筑、道路等所需的構(gòu)件,相較傳統(tǒng)工藝施工效率和質(zhì)量有很大優(yōu)勢(shì),但目前預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)工序還需一步改進(jìn)技術(shù)。文章選擇某高速聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目為研究對(duì)象,通過(guò)研究使用智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。論述混凝土智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)的基本原理,設(shè)計(jì)了預(yù)制梁場(chǎng)智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的方案并總結(jié)了該智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的使用效果。實(shí)踐表明,該智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)運(yùn)用成效明顯,可予以推廣。
關(guān)鍵詞 智能養(yǎng)護(hù);技術(shù)原理;預(yù)制梁;養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)
中圖分類號(hào) U216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B文章編號(hào) 2096-8949(2022)11-0109-03
引言
橋梁裂縫對(duì)混凝土橋梁危害大,導(dǎo)致橋梁裂縫病害的原因有多種,其中混凝土施工養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、養(yǎng)護(hù)技術(shù)不足是造成橋梁出現(xiàn)裂縫病害的重要因素[1-2]。傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)形式對(duì)人工依賴較大,養(yǎng)護(hù)技術(shù)的缺陷明顯?;诖?,有針對(duì)性地設(shè)計(jì)、使用智能養(yǎng)護(hù)混凝土系統(tǒng),不僅可以有效節(jié)約資金投入,還能提高養(yǎng)護(hù)效率[3]。
1 工程概況
該文選擇某高速聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目為研究對(duì)象,項(xiàng)目全長(zhǎng)11.674 km。部分橋梁構(gòu)件不適合預(yù)制,使用現(xiàn)澆梁,其他小箱梁、T梁、疊合梁均為預(yù)制,其中小箱梁規(guī)格較多,有25 m、30 m、18.5 m三種,該項(xiàng)目需要3 992片各式梁板。
為提高運(yùn)輸效率,預(yù)制廠設(shè)在施工場(chǎng)地周邊,占地120 000 m2,緊挨項(xiàng)目部,設(shè)生產(chǎn)線、制梁區(qū)、存梁區(qū)、鋼筋加工場(chǎng)。預(yù)制廠劃分為兩區(qū):南區(qū)、北區(qū),其中北區(qū)設(shè)50個(gè)預(yù)制臺(tái)座,南區(qū)設(shè)90個(gè)預(yù)制臺(tái)座。
2 混凝土智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)的基本原理
該智能化混凝土養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)系統(tǒng)組成:主機(jī)、測(cè)試端、養(yǎng)護(hù)端,其中測(cè)試端主要通過(guò)無(wú)線形式測(cè)試溫度、深度;養(yǎng)護(hù)端主要由噴頭、管路組成;主機(jī)中還有相應(yīng)的硬件設(shè)備并安裝有軟件系統(tǒng)[4-6]。
在即將養(yǎng)護(hù)的混凝土表面明顯位置設(shè)置無(wú)線溫度、濕度傳感器,對(duì)混凝土的溫度、濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)精度須分別達(dá)到0.1 ℃、3.0%。接收終端接收到溫度、濕度數(shù)據(jù)后,向PLC可編程邏輯控制器傳輸,接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后PLC實(shí)時(shí)計(jì)算分析,了解待養(yǎng)護(hù)混凝土是否滿足養(yǎng)護(hù)條件。當(dāng)與養(yǎng)護(hù)條件相符,則自動(dòng)將電磁閥門開(kāi)關(guān)打開(kāi),同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵予以供水,向每座臺(tái)座的運(yùn)輸管道輸送水分,水分經(jīng)由噴頭全面噴淋養(yǎng)護(hù)混凝土。進(jìn)行一次養(yǎng)護(hù)后,對(duì)混凝土的濕度、溫度等進(jìn)行檢測(cè),然后循環(huán)該過(guò)程。只要確保水、電充足,該智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)可以持續(xù)工作,有針對(duì)性實(shí)施差異化養(yǎng)護(hù)措施。
3 預(yù)制梁場(chǎng)智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(1)了解養(yǎng)護(hù)需求,通過(guò)水池蓄水,同時(shí)須科學(xué)計(jì)算運(yùn)輸長(zhǎng)度,主水管建議使用PPR110管。
(2)蓄水池接PPR110管1根,使用立式多級(jí)泵進(jìn)行恒壓供水,該泵流量為90 m3/h(額定),揚(yáng)程為60 m,恒定壓力介于0.30~0.40 MPa之間。
(3)在主機(jī)位置設(shè)置閥門并加設(shè)平閥,于指定區(qū)域設(shè)閥門取水,進(jìn)行清洗和壓漿。
(4)于臺(tái)座兩側(cè)開(kāi)挖排水溝,縱向布置,便于養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的多余水分及時(shí)外排。
3.2 臺(tái)座內(nèi)噴淋管路與噴頭設(shè)計(jì)
用PPR40管充作臺(tái)座輸水管,臺(tái)座為鋼梁,為保護(hù)鋼梁結(jié)構(gòu),不對(duì)其造成破壞,在排水溝內(nèi)布置輸水管,間隔3.4~5.1 m設(shè)置伸縮噴頭一對(duì)(見(jiàn)圖1)。
噴頭使用時(shí)伸縮頭伸縮,不使用則內(nèi)縮,其后端面與鋼梁臺(tái)座側(cè)面平齊。根據(jù)實(shí)際需求,間隔10~12 m于梁頂面設(shè)擺臂式噴頭一個(gè),經(jīng)由接頭與臺(tái)座下出水口連接(見(jiàn)圖2)。
3.3 設(shè)備配置
項(xiàng)目預(yù)制廠將9臺(tái)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)設(shè)于南區(qū),5臺(tái)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主機(jī)設(shè)于北區(qū)。每臺(tái)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)通道8個(gè),供應(yīng)10臺(tái)臺(tái)座,同時(shí)每個(gè)臺(tái)座需設(shè)溫度、濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)射終端1套(見(jiàn)表1)。
3.4 智能控制流程
(1)控制溫度、濕度:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度同時(shí)還須對(duì)混凝土表面溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溫度小于5 ℃,則系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)。在該狀態(tài)下,養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)休眠,不進(jìn)行任何操作,以免溫度過(guò)低對(duì)混凝土造成影響,表面出現(xiàn)結(jié)冰情況。當(dāng)混凝土表面溫度超過(guò)42 ℃,且連續(xù)超過(guò)15 min,系統(tǒng)則被喚醒,開(kāi)始相應(yīng)的操作,實(shí)施降溫、保溫養(yǎng)護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到為陰雨天氣或者環(huán)境濕度大于90%時(shí),則系統(tǒng)處于休眠狀態(tài),不進(jìn)行任何操作,以免養(yǎng)護(hù)過(guò)度對(duì)混凝土造成不利影響。系統(tǒng)不啟動(dòng)期間,電能消耗極低,水資源幾乎不消耗,便于節(jié)能減排[7]。
(2)控制水化熱:混凝土澆筑后會(huì)發(fā)生水熱化,釋放熱量,釋放速度與澆筑時(shí)間存在關(guān)聯(lián),釋放速度分為5個(gè)階段,圖3所示為5個(gè)階段的具體情況。因此,智能噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)需要根據(jù)該階段水化熱放熱情況并與現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度相結(jié)合,科學(xué)確定該階段間隔噴淋養(yǎng)護(hù)時(shí)間。比如水化熱在加速階段,反應(yīng)相對(duì)劇烈,熱量釋放較多,需要將噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間予以縮短。在衰退期由于水化熱速度較小,釋放熱量不足,則可以適當(dāng)延長(zhǎng)智能噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)間。PLC內(nèi)部設(shè)有電池,即使出現(xiàn)停電也能保障設(shè)備正常運(yùn)行,不影響正常養(yǎng)護(hù)施工。當(dāng)采用人工養(yǎng)護(hù)方案時(shí),在重新啟動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)后,自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)停止、啟動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間,計(jì)算進(jìn)養(yǎng)護(hù)間隔,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫間隔養(yǎng)護(hù)[8]。
(3)時(shí)鐘控制:未在梁板相應(yīng)位置放置無(wú)線溫、濕度發(fā)射終端,或者無(wú)線溫度發(fā)射終端出現(xiàn)故障,可以通過(guò)時(shí)鐘控制。當(dāng)白天齡期1 d、2~3 d、4~7 d設(shè)置時(shí)間分別為60 min、90 min、120 min;當(dāng)夜間齡期1 d、2~3 d、4~7 d設(shè)置時(shí)間分別為120 min、180 min、2 40 min;當(dāng)沒(méi)有噴淋養(yǎng)護(hù)對(duì)應(yīng)臺(tái)座,則通過(guò)上述設(shè)定的時(shí)間強(qiáng)制啟動(dòng)智能噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)[9]。
(4)自動(dòng)排隊(duì)控制:考慮系統(tǒng)資金投入,減少購(gòu)買的硬件設(shè)施,該系統(tǒng)由1臺(tái)主機(jī)供水系統(tǒng)供應(yīng)10個(gè)臺(tái)座使用,當(dāng)單獨(dú)對(duì)每臺(tái)臺(tái)座設(shè)置獨(dú)立的供水系統(tǒng),則需要購(gòu)買較多的主機(jī),成本較高,每個(gè)臺(tái)座根據(jù)相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行排隊(duì),實(shí)施先后養(yǎng)護(hù)。啟動(dòng)每個(gè)臺(tái)座噴淋養(yǎng)護(hù)終端的條件如下:1)通過(guò)遠(yuǎn)程啟動(dòng)或者手動(dòng)按鈕強(qiáng)制啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)的效果,完成某片梁板噴淋養(yǎng)護(hù)后,立刻啟動(dòng)下一臺(tái)座養(yǎng)護(hù)終端,確保養(yǎng)護(hù)不間斷;2)溫度超過(guò)連續(xù)15 min超過(guò)42 ℃;3)水熱化控制至噴淋臨界點(diǎn);4)時(shí)鐘控制下,達(dá)到噴淋臨界點(diǎn)。一旦觸發(fā)上述條件,各系統(tǒng)進(jìn)入排隊(duì),按照觸發(fā)條件的先后順序,分別排隊(duì)等待實(shí)施養(yǎng)護(hù),每個(gè)臺(tái)座設(shè)計(jì)噴淋養(yǎng)護(hù)時(shí)間為90~120 s。E8CA4763-A450-46D6-B2B4-672D86B98DDA
(5)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制:系統(tǒng)內(nèi)布設(shè)GPRS數(shù)傳模塊,通過(guò)485接口連接LC可編輯邏輯控制器與GPRS數(shù)傳模塊,以便于向云服務(wù)器傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),手機(jī)App終端通過(guò)云服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)的相關(guān)數(shù)據(jù)。在上述操作過(guò)程中,可借助手機(jī)App操作實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、關(guān)閉等指令的下達(dá),確保遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)。另可在養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置LED電子顯示屏,對(duì)各個(gè)養(yǎng)護(hù)臺(tái)實(shí)時(shí)的濕度、溫度等進(jìn)行顯示,提醒當(dāng)前養(yǎng)護(hù)實(shí)際情況。
4 應(yīng)用效果
該系統(tǒng)在選定研究項(xiàng)目中實(shí)施,調(diào)試后統(tǒng)計(jì)養(yǎng)護(hù)保濕覆蓋情況,最終得出平均保濕覆蓋面積為95.7%,最低為92.1%,基本實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)全覆蓋、無(wú)死角[10]。圖4所示為現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)效果圖。
5 結(jié)論
該項(xiàng)目實(shí)施上述智能養(yǎng)護(hù)技術(shù),養(yǎng)護(hù)多達(dá)124片預(yù)制小箱梁,經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè),滿足技術(shù)規(guī)范要求:1)124片小箱梁混凝土強(qiáng)度質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定合格;2)平均保濕覆蓋面積為95.7%,最低為92.1%;3)有12片混凝土表面出現(xiàn)色差,表現(xiàn)出淡綠色,經(jīng)仔細(xì)研究分析,排除井水水質(zhì)所致;4)該項(xiàng)目所養(yǎng)護(hù)的所有梁板,在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中均未出現(xiàn)裂紋,取得較好的養(yǎng)護(hù)效果。通過(guò)該項(xiàng)目具體實(shí)施,表明混凝土智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)。該養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)全程無(wú)須人為干預(yù),均由系統(tǒng)自動(dòng)控制完成,養(yǎng)護(hù)時(shí)能夠監(jiān)測(cè)多項(xiàng)數(shù)據(jù),包括混凝土齡期、混凝土濕度、混凝土溫度、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度和濕度等;養(yǎng)護(hù)針對(duì)性較強(qiáng),能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)、梁板等實(shí)際情況進(jìn)行差異化養(yǎng)護(hù),提升了養(yǎng)護(hù)的效果[11]。
(2)取得較好的養(yǎng)護(hù)效果。該智能化噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)95%以上的濕潤(rùn)率,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)全覆蓋、無(wú)死角[12]。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中根據(jù)混凝土表面水分流失情況,進(jìn)行循環(huán)保濕,確保濕潤(rùn)效果更佳,在整個(gè)養(yǎng)護(hù)周期內(nèi),濕度均超過(guò)90%。
(3)能夠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控整個(gè)預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)情況,同時(shí)還可以連接手機(jī)App,實(shí)時(shí)了解養(yǎng)護(hù)情況。
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收稿日期:2022-03-18
作者簡(jiǎn)介:王激揚(yáng)(1995—),男,本科,助理工程師,研究方向:路橋工程。E8CA4763-A450-46D6-B2B4-672D86B98DDA