小型預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)應(yīng)用研究

李忠艷 蘇 月 李瑞紅

（南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇 南通 226007）

1 引言

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的不斷推進(jìn)，預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)需求也隨之增多，與此配套的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也要相應(yīng)提高，傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式顯然不能適應(yīng)目前的市場(chǎng)需求。采用質(zhì)量好、效率高、成本低的全自動(dòng)施工技術(shù)可以提高主要建設(shè)工序的施工效率，保證公路工程建設(shè)中預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)施工順利展開，不僅是城市發(fā)展的需要，更是行業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律。

深汕西高速改擴(kuò)建項(xiàng)目起于陸豐潭西鎮(zhèn)，對(duì)接深汕東高速公路，終于深圳市龍崗區(qū)，與惠鹽高速公路對(duì)接，全長(zhǎng)146.55公里。項(xiàng)目建成通車后將有效改善區(qū)域交通條件，對(duì)推動(dòng)深汕特別合作區(qū)和粵港澳大灣區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮重要作用。本文就此工程背景下的高速公路小型預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)的應(yīng)用展開研究。

2 小型預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝

小型預(yù)制構(gòu)件外形尺寸的良好程度對(duì)路基和邊坡的排水順暢度有重要影響。在傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)過(guò)程中，由于勞動(dòng)強(qiáng)度大、布料不均、振動(dòng)不勻、養(yǎng)護(hù)不夠等因素易導(dǎo)致構(gòu)件表面出現(xiàn)浮漿、氣泡，甚至缺棱角等。小型構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)施工是在傳統(tǒng)施工的基礎(chǔ)上融合智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和產(chǎn)量提升，集成了可循環(huán)、可更換的循環(huán)發(fā)展產(chǎn)業(yè)模式，對(duì)高速公路防護(hù)工程標(biāo)準(zhǔn)件的施工產(chǎn)業(yè)具有節(jié)約資源、保證施工質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 小型預(yù)制件生產(chǎn)工藝流程

在生產(chǎn)混凝土預(yù)制構(gòu)件前，技術(shù)管理人員應(yīng)全面考察產(chǎn)品的應(yīng)用需求，制定切實(shí)可行的生產(chǎn)方案，包括構(gòu)件的尺寸、大小、用量等。按照制定好的生產(chǎn)計(jì)劃，用貨車將主要原材料運(yùn)輸?shù)焦S，并經(jīng)地泵稱重復(fù)核后進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。整個(gè)生產(chǎn)線可分為模具安裝、混凝土拌制、布料機(jī)上料、混凝土澆筑振搗、振動(dòng)脫模、翻轉(zhuǎn)出庫(kù)等主要工藝流程，詳見圖1。

圖1 小型預(yù)制件生產(chǎn)工藝流程圖

2.2 小型預(yù)制件生產(chǎn)流程及工藝技術(shù)

2.2.1 模具設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)開模時(shí)，模具必須具備承重能力，并且在光潔度、周轉(zhuǎn)率和外形標(biāo)準(zhǔn)方面滿足工藝生產(chǎn)需求，否則會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不合格、不能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次生產(chǎn)比對(duì)，模具采用高強(qiáng)加厚塑料模具，底部厚度大于3mm，側(cè)邊厚度大于4mm，塑模設(shè)計(jì)循環(huán)使用周期為100次。采用多塊連體模具提高產(chǎn)量和效率，并通過(guò)加強(qiáng)筋增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

模板進(jìn)場(chǎng)后先進(jìn)行清理，檢查尺量有無(wú)變形情況，除銹打磨光潔，刷脫模劑拼裝成型待用。澆筑前1小時(shí)左右用噴槍均勻噴涂脫模劑?；炷翉?qiáng)度上升至50% 即可拆模，拆模過(guò)程中應(yīng)小心，確保不出現(xiàn)啃邊、掉角、磕碰現(xiàn)象，脫模后清理模板，進(jìn)入下一循環(huán)使用。

2.2.2 混凝土拌制

采用純水泥配比進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)調(diào)整，并根據(jù)摻加早強(qiáng)外加劑，縮短蒸養(yǎng)時(shí)間周期，加快施工進(jìn)度。拌制混凝土配料時(shí)，各種衡器應(yīng)確保準(zhǔn)確，并在開盤之前檢測(cè)砂石料的含水率，然后，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整水和砂石料的使用量，混凝土自全部材料裝入拌和倉(cāng)至開始出料的最短拌和時(shí)間不得少于2min?；炷涟韬途鶆颍瑵M足標(biāo)號(hào)要求，坍落度達(dá)標(biāo)，不得有離析和泌水現(xiàn)象。

2.2.3 布料機(jī)上料

在布料機(jī)上方安裝小型攪拌站，混凝土混合完畢后直接進(jìn)入布料機(jī)。通過(guò)調(diào)整混凝土的布料量和布料輸送速度，自動(dòng)布料機(jī)可完成多種預(yù)制件模具的自動(dòng)布料。

2.2.4 混凝土澆筑振搗

采用混凝土布料機(jī)+振動(dòng)臺(tái)組合布置，混凝土布料機(jī)用于預(yù)制構(gòu)件環(huán)形生產(chǎn)線中，向預(yù)制件模具中進(jìn)行混凝土布料?；炷撂钊肽＞吆?，輸送線攜帶振動(dòng)臺(tái)邊輸送邊振搗，將模具內(nèi)的水泥砂漿振動(dòng)均勻，使氣泡完全散盡，混凝土停止下沉，表面出現(xiàn)平坦、泛漿后送至下一工位。振搗過(guò)程中可輔以人工找平，并應(yīng)隨時(shí)檢查模具，如有變形或松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)采取措施補(bǔ)救。

2.2.5 蒸汽養(yǎng)護(hù)

蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由蒸汽發(fā)生器、自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備和溫濕度控制系統(tǒng)組成。養(yǎng)護(hù)室內(nèi)溫濕度傳感器采集養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到環(huán)境監(jiān)控云平臺(tái)，平臺(tái)通過(guò)分析采集數(shù)據(jù)來(lái)控制蒸汽發(fā)生器啟停，從而確保養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的溫濕度滿足蒸養(yǎng)要求。

蒸養(yǎng)包括靜置、加熱、恒溫和降溫4個(gè)階段：靜置階段從混凝土全部澆搗完畢開始計(jì)算至少2h；升溫階段的溫度提升速度不得大于15℃/h，過(guò)程持續(xù)時(shí)間至少2h；恒溫階段的溫度為55℃±2℃，且保持至少6h；降溫階段的降溫速度不得大于10℃/h，且保持至少3h。

2.2.6 翻轉(zhuǎn)脫模

翻轉(zhuǎn)脫模系統(tǒng)的作用是把養(yǎng)護(hù)好的模具翻轉(zhuǎn)后，放到脫模臺(tái)上脫模。模具下架機(jī)將模具從托盤上取出，通過(guò)輸送線將模具送到翻轉(zhuǎn)取模區(qū)域。翻轉(zhuǎn)取模區(qū)域由自動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)、震床、自動(dòng)取模區(qū)域組成。自動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)將模具盒翻轉(zhuǎn)后，輸送至振床進(jìn)行振動(dòng)脫模，然后采用自動(dòng)取模系統(tǒng)取模。

取模完成后，模具由人工運(yùn)轉(zhuǎn)到洗模區(qū)域進(jìn)行模具清理。需用工具清理模具上的混凝土殘?jiān)?，然后將模具清理干凈，在特定工位噴涂脫模劑。噴涂時(shí)氣霧均勻、噴涂全面無(wú)死角，多余脫模劑不應(yīng)混入空氣中。

2.2.7 自動(dòng)碼垛

碼垛系統(tǒng)的作用是將脫模后的預(yù)制塊通過(guò)碼垛機(jī)械手進(jìn)行碼垛。預(yù)制塊輸送至碼垛區(qū)域后，通過(guò)排序工位，利用氣缸和擋板進(jìn)行有效排序，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)抓取預(yù)制件的碼垛工藝。碼放一層后，通過(guò)升降裝置進(jìn)行第二層的碼放作業(yè)。構(gòu)件碼放高度不超過(guò)0.8m，碼放構(gòu)件重量不超過(guò)2t。

完成碼垛后，采用專業(yè)的手持式氣動(dòng)打包機(jī)進(jìn)行人工穿線收緊，流轉(zhuǎn)至下架位置處，叉車運(yùn)至存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。

3 小型預(yù)制件自動(dòng)生產(chǎn)線布置施工方案

結(jié)合小型預(yù)制件的生產(chǎn)需要和環(huán)境要求，引入立體自動(dòng)養(yǎng)護(hù)庫(kù)以降低小型預(yù)制件生產(chǎn)對(duì)場(chǎng)地的要求。同時(shí)，根據(jù)小型預(yù)制件的生產(chǎn)工藝要求，將蒸養(yǎng)系統(tǒng)和立體堆垛庫(kù)有機(jī)結(jié)合；降低生產(chǎn)節(jié)拍、降低養(yǎng)護(hù)時(shí)間；出入庫(kù)時(shí)采用特殊的對(duì)壘方式和轉(zhuǎn)運(yùn)方式，大大提高了立體堆垛庫(kù)的利用率；在小型預(yù)制件出庫(kù)時(shí)引入機(jī)器人碼垛系統(tǒng)，在有限的成本下提高整個(gè)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化程度，降低人工需求、減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

整個(gè)流水線由布料區(qū)域、上架區(qū)、蒸養(yǎng)護(hù)庫(kù)區(qū)、下架區(qū)、翻轉(zhuǎn)取模區(qū)、機(jī)器人碼垛區(qū)、打包區(qū)和人工碼垛區(qū)組成。

3.1 布料震床及模具流轉(zhuǎn)部分

混凝土進(jìn)料采用小型攪拌站直接連續(xù)注料方式，小型攪拌站置于廠房上端，采用混凝土下流管道至布料機(jī)。

布料機(jī)采用全自動(dòng)方式運(yùn)行，根據(jù)不同模具方量不同，預(yù)先設(shè)置好布料方量及模具輸送速度，即可完成自動(dòng)布料；由于混凝土的含水量不同，單次布料量會(huì)存在差異，需要人工補(bǔ)料；布料流程如下：放模具→布料→出料至震床，實(shí)現(xiàn)混凝土物料的均勻混合；采用流水線方案可節(jié)省2臺(tái)叉車和2個(gè)司機(jī)，同時(shí)，布料節(jié)拍不受叉車限制，可實(shí)現(xiàn)布料效率最大化。

3.2 上架區(qū)

上架區(qū)由升降平臺(tái)、接貨平臺(tái)組成。其中，升降平臺(tái)采用鏈條起升結(jié)構(gòu)，配輸送輥道；接貨平臺(tái)采用可以前后移動(dòng)的升降平臺(tái)，通過(guò)自身的旋轉(zhuǎn)輥道將模具送至模具架上對(duì)應(yīng)的位置。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很好地實(shí)現(xiàn)了流轉(zhuǎn)線和養(yǎng)護(hù)庫(kù)堆垛機(jī)設(shè)備的完美對(duì)接，保證多品種模具進(jìn)入模具架，模具架經(jīng)過(guò)流轉(zhuǎn)線進(jìn)入養(yǎng)護(hù)庫(kù)內(nèi)；此結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、維護(hù)少。

3.3 立體養(yǎng)護(hù)庫(kù)系統(tǒng)

養(yǎng)護(hù)庫(kù)系統(tǒng)由立體堆垛庫(kù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)初凝堆放和蒸汽養(yǎng)生在同一地點(diǎn)。立體倉(cāng)庫(kù)由耐腐蝕貨架、穿梭車、堆垛機(jī)、模具架組成，蒸汽養(yǎng)護(hù)庫(kù)由蒸汽發(fā)生機(jī)、管道、蒸汽棚組成。

3.4 下架區(qū)

蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間完成后，由堆垛機(jī)將模具托盤從巷道里取出，經(jīng)堆垛機(jī)運(yùn)送到托盤回流線上，進(jìn)入下架區(qū)，下架區(qū)由升降平臺(tái)和取貨平臺(tái)組成：升降平臺(tái)采用鏈條起升結(jié)構(gòu)，配輸送輥道；取貨平臺(tái)采用可以前后移動(dòng)的升降平臺(tái)，通過(guò)自身的輸送輥道將模具從模具架上取出。

3.5 取模翻轉(zhuǎn)區(qū)

模具下架機(jī)將模具從托盤上取出，并通過(guò)流水線將模具送到翻轉(zhuǎn)取模區(qū)域。翻轉(zhuǎn)取模區(qū)域由自動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)、震床、取模區(qū)域組成。

自動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)采用雙面輥道設(shè)計(jì)，模具盒翻轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)出料；震床采用變頻控制，可以由操作人員在觸摸屏預(yù)設(shè)頻率，可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)震；取模區(qū)采用自動(dòng)取模，取模完成后，模具由人工運(yùn)轉(zhuǎn)到洗模區(qū)域。

3.6 機(jī)器人碼垛區(qū)

機(jī)器人碼垛區(qū)域分為排序工位和機(jī)器人抓取工位。排序工位利用氣缸與擋板相配合，結(jié)合傳感器實(shí)現(xiàn)抓取的定位；選用國(guó)外知名品牌的機(jī)器人，采用一套抓手模具，實(shí)現(xiàn)小構(gòu)件的抓取。

3.7 打包區(qū)

在碼垛托盤流轉(zhuǎn)線上實(shí)現(xiàn)無(wú)托盤打包，碼垛盤采用專業(yè)設(shè)計(jì)，碼垛盤流轉(zhuǎn)線采用回字設(shè)計(jì)，設(shè)有碼垛、打包、下架三個(gè)工位，每個(gè)工位有緩存區(qū)。采用專業(yè)的手持式打包機(jī)進(jìn)行人工穿線收緊，流轉(zhuǎn)至下架位置，叉車運(yùn)至存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)在深汕西高速改擴(kuò)建項(xiàng)目中使用高速公路防護(hù)工程小型預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)線布置施工方案進(jìn)行研究，綜上研究所述，小型預(yù)制構(gòu)件的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)具有施工快捷、安全實(shí)用、節(jié)約資源、保證質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于公路防護(hù)工程中數(shù)量多、規(guī)模大且結(jié)構(gòu)形式多樣的小型預(yù)制構(gòu)件施工。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷應(yīng)用與完善，相信我國(guó)高速公路建設(shè)也將達(dá)到一個(gè)新的高度。