預制箱梁智能噴淋養生系統設計與應用技術

吳其俊

摘要：本文介紹了預制梁場地埋式智能養護系統的技術原理、地噴管路制作安裝的技術要求、梁場水網及恒壓供水系統的設計與安裝，重點論述了智能養護的控制條件、現場數據監控功能的實現與無線遠程監控。

關鍵詞：混凝土;智能養護;溫濕度

混凝土的養護施工直接關乎混凝土強度的增長以及彈性模量的發展，養護過程可最終決定混凝土最終的質量優劣，傳統的養護方式一般通過蓄水、刷涂養護劑、人工灑水、輸送蒸汽來完成養護。蓄水養護方式用水量較大，且只能在有條件蓄水的地方使用;刷涂養護劑的效果當前尚未被行業普遍認可，應用范圍不廣，一般只是在難以保濕養護的局部區域使用;蒸汽養護一般只在冬季保溫養護時或需要加快施工進度時使用，當前基于環境保護的要求，燃煤鍋爐已禁止使用，而采用電氣鍋爐耗電量很大，經濟性差;而目前使用最為廣泛的仍然是自然保濕養護的方式，最傳統的自然保濕養護方式即人工灑水來完成保濕養護，近年來，隨著施工標準化、信息化、智能化程度的不斷提升，各個工序比如預應力張拉、壓漿等均已實現智能化施工，而養護一直延續傳統的人工養護方式，效率低，效果差。當前業主、監理等質量管控方對混凝土的養護重要性的認識不斷提升，很多項目在混凝土養護智能化的道路上也進行了一些探索，一些項目通過設置噴淋管路（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現了混凝土的自動養護，此類方式養護未考慮混凝土的齡期、實時養護溫濕度等條件，僅僅實現了定時完成噴淋施工，離真正智能化、信息化養護還有很大的差距。針對以上存在的不足，本文就地噴式智能養護的原理與實施過程進行了詳細的闡述，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算真正實現了適時的養護，并將關乎養護效果的溫度、濕度信息數據實時監測與記錄，不僅實現了智能化施工，也實現了信息化的管理。

1 智能噴淋養生系統原理

預制梁場地埋式智能養護系統主要包含智能養護系統主機、恒壓供水系統、養護管路系統、無線溫濕度測試系統四大部分。

養護系統主機包含PLC控制器、調試變頻器、節能水泵、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。

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

養護管路系統為：預埋在臺座兩側用于養護預制梁腹板的PVC給水噴淋管及梁底養護的PVC給水噴淋管; 無線溫濕度測試發射終端監測待養護的預制混凝土梁的溫度與濕度并將監測數據發送至系統主機上的無線溫濕度接受終端并傳輸給PLC并由PLC根據既定條件進行運算，并根據運輸結果確定是否開啟噴淋養護調節養護的溫濕度（溫濕度監測終端按照60s采集一次數據的頻率進行數據采集），待一次養護結束后，無線溫濕度測試終端再次監測溫濕度條件有系統主機運算判斷，符合設定養護的溫度與濕度即停止噴淋，否則繼續噴淋養護。整個過程監測-運算-啟動-反饋四個步驟形成閉環回路。

2 贛深鐵路光明梁場智能噴淋養生系統設計

2.1 光明城預制梁場概況

光明城制梁場位于光明城站左側，梁場中心對應線路施工里程為DN422+250，占地面積約為130畝，共分制梁、存梁、裝梁、生產保障、辦公生活五大功能區;設置8個制梁臺座，4個內模整備臺座，4個鋼筋綁扎臺座，存梁區設置46個存梁臺座，最大存儲量80榀箱梁;主要承擔本標段10座橋梁共339榀箱梁的生產任務，計劃2020年8月底完成全部預制任務。

2.2 智能養生噴淋管路設計

2.2.1 預制梁腹板養護管路布設

噴淋管路制作及安裝：在梁場建設初步完成后必須同步完成噴淋管路的鋪設，支路采用PVC 50管進行支路供水，單片梁兩側及底板采用PVC 32管進行供水，每4m處設置一個擺臂噴頭。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置于兩片梁中間位置，呈直線布設。為方便更換及維護噴頭，噴頭與管道之間采用1～1.5米長不銹鋼軟管進行連接。噴頭底座平面設置排水孔以保障積水排出，噴頭頂面齊平預制梁底部。

2.2.2 頂面及箱內養護

光明城預制梁場梁面采用蓄水養護，蓄水養護采用長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域，吊裝孔、泄水孔位置在混凝土初凝前采用直徑大于預留孔徑3～4cmPVC管將其罩住，防止養護水從預留孔中排出，此方法蓄水養護范圍覆蓋全部箱梁頂面且易管理，不會出現局部混凝土未養護到的情況。

箱內養護采用霧化養護，箱內在養護過程中，內箱室頂面養護較為困難，保濕效果不明顯。霧化養護是由一臺霧化機及梁端封堵板配合使用的養護設備。霧化養護相比傳統噴淋養護操作更為簡單、節能環保、效率高，水源節約在40%以上。每孔梁加濕時間僅1小時即可達到90%以上。

2.2.3 養護主管路安裝

養護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置三級沉降蓄水池，三級沉降蓄水池一般設置于5-15片梁中間位置，蓄水池進水口不高于主排水溝高程以利于收集各支路排水溝水流，收集水流經過三級沉降池過濾其中雜質后再由水泵進行循環用水噴淋養護。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一個臺座，主管路采用恒壓水泵配合壓力罐進行恒壓供水。

3 恒壓供水系統的設計安裝

3.1 預制梁場水網布局

預制梁場的蓄水池一般應選擇在梁場地勢較高的位置，一般位于梁場外側，蓄水容量根據待養護的臺座個數設計確定，一般15個臺座的預制場，儲水池容量不小于15方，梁場的主水管應根據用水量確定，一般噴淋養護的預制梁場，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置開口，用以連接養護主機用水或梁場壓漿、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低于地噴管底面高程以利于保護提盒中積水的排出。

3.2 恒壓供水系統的技術要求及安裝

自動恒壓系統的組成：恒壓水泵+壓力控制儀+變頻器+儲壓罐。

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

恒壓供水系統安裝在蓄水池出口處，兩端以螺紋接口與PVC主水管連接，恒壓供水系統的流量應大于梁場同時啟動養護清洗、壓漿工作時候總的用水流量。一般采用一臺養護系統主機的梁場恒壓供水系統功率不小于30方/小時。

4 智能控制的設計

4.1 養護技術要求

（1）養護周期內平均濕度保證率為85%-90%，最低濕度不低于80%RH（85%RH）。

（2）養護周期內梁體表面溫度控制最高不超過40℃（45℃）。

（3）冬季養護時溫度低于5℃時停止啟動。

（4）濕度高于95%RH時養護系統停止養護（陰雨天氣濕度較大）。

4.2 養護控制條件

（1）溫度低于5℃強制停止（在用戶用水沒有加熱措施時）作為第1優先控制;

（2）梁體表面最高溫度為第2優先控制：溫度高于40℃（可設置）時，強制啟動降溫保濕;

（3）梁體表面濕度大于95%RH強制停止作為第3優先控制。（環境潮濕說明為陰雨天氣，基本不需要噴淋養護）。

（4）最后以時間控制，通常一周的養護時間分為三個階段設置：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 數據監控

5.1 養護數據現場監控

在養護系統主機上設置人機交互界面-觸摸屏或工業平板電腦，PLC-CPU通過MODBUS通訊接受到無線匯集終端采集到的溫濕度數據后將數據輸出給人機交互界面，在人機交互界面上顯示每片梁實時的養護溫度與養護濕度，并可下載或轉存至移動儲存設備。

首先確定待養護的臺座，將該臺座的養護輸水管連接到主機的某一個通道上，將該通道對應的無線溫濕度發射終端放置在待養護的混凝土梁板的有代表性位置的表面，在人機交互界面監測畫面界面設置待養護的預制梁的梁號并確定，按下控制面板該通道對應啟動按鈕即可開始養護，在進行數據保存或轉存后，生成數據表格中（根據梁號按時間順序顯示養護的溫度與濕度）。

5.2 養護數據遠程監控平臺

在系統主機上設置GPRS通訊模塊，安裝GPRS數據卡，GPRS數據卡定時將養護溫濕度數據發送至云服務器，云服務器將數據保存備用，在遠程監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程訪問云服務器中的養護數據庫，并可將云服務器中的數據下載至本地電腦，質量管理者可不去工地現場，遠程進行養護施工質量的管理。

6 小結

（1）本文介紹了地噴式預制梁場混凝土智能養護系統技術原理-通過采用PLC程控技術與無線通訊技術，實現了智能化施工過程的控制以及信息化施工管理。

（2）本系統自動根據混凝土齡期、實施溫濕度數據適時調節養護溫濕度，保證了養護周期內混凝土的平均養護濕度和降低了不同時間段溫度峰值差，有利于混凝土強度的發展與減少溫度裂縫產生的幾率。

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

（4）養護數據實時采集與記錄，規范了施工過程，為施工質量追溯提供了有效依據。

參考文獻：

[1] 陳康軍.水泥混凝土自動養護系統在橋梁工程中的應用研究[J].公路，2013（11）.

[2] 閔濤等.水泥混凝土自動養護系統的設計及關鍵技術研究[J].公路工程，2014（04）.

[3] 王志武.水泥混凝土蒸汽養護自動控制技術在長沙灣特大橋箱梁加工中的應用[J].公路工程，2013（02）.

[4] 戚得眾.砼養護室溫濕度自動控制系統研究[D].武漢湖北工業大學，2009.

（作者單位：中鐵十局第三建設有限公司贛深鐵路二項目部）