預制梁混凝土澆筑質量控制方法研究

鄧 娜，石洪超，胡 俊

(成都工業學院材料與環境工程學院，四川成都 611730)

隨著我國道路建設的發展，橋梁工程在線路中的應用越來越多。受工期和場地的限制，大多數公路、鐵路橋采用預制梁。預制梁的施工質量是整個橋梁工程的關鍵，預制梁質量受多種因素影響，其中對梁的質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，而混凝土振搗質量通常由有經驗的施工人員控制，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，提高混凝土振搗機具的智能化和自動化程度勢在必行。混凝土澆筑的振搗質量對預制梁混凝土澆筑質量有重要的影響作用。本文在原有的振動器控制柜基礎上，編寫程序，增加控制功能，通過現場試驗，嚴格控制了振搗時間，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量。

1 混凝土質量的影響因素

制作混凝土的原材料和施工工藝是影響混凝土質量的重要因素。

在預制梁的生產過程中，對于原材料的選擇是非常重要的，即要對施工材料品質進行控制。預制混凝土梁的原材料包括膠凝材料、粗骨料、細骨料和外加劑等，其控制標準如表1所示[2]。

預制混凝土梁施工工藝流程包括：配料、攪拌、運輸、澆筑、振搗和養護等，各工序之間有緊密的聯系和影響，任何一工序出現問題都會影響預制梁的最終質量，甚至是影響工程的整體質量。對預制梁混凝土施工質量的控制需要在以上各工序上都進行控制。

預制梁混凝土澆筑后，需經過密實成型才能達到設計要求的強度，滿足抗凍性、抗滲性和耐久性要求。預制梁混凝土密實成型的方法主要是利用機械振動克服拌和物的粘著力和內摩擦力而使之液化、沉實。目前預制梁的振搗密實是將插入式振動器和附著式振動器結合起來使用。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。

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

在使用附著式振動器進行振搗時，其振搗質量主要取決于控制振動器的施工人員，若該施工人員經驗豐富，技術較好，則振搗的混凝土質量較好。反之，則混凝土質量較差。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量。對預制梁的混凝土振搗控制柜進行改進，使其能自動控制開啟、關閉和振搗時間，并能遠程遙控，提高澆筑質量，節省人力降低生產成本。

2 混凝土振搗自動控制柜

2.1 工作原理

對預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上，編寫程序，增加控制功能，然后進行試驗，測試此控制系統的適應性和可行性。

對控制柜的研究主要是研究振動控制系統，該振動控制系統擬采用15 kW變頻器，與PLC控制器采用Modbus通訊協議連接，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，通過接收PLC控制指令改變自身輸出頻率來改變振動電機的運行狀態，同時PLC控制器輸出指令控制振動電機的運行與停止。采用觸摸屏與PLC控制器通訊，可用于修改以及顯示振動機低頻、中頻、高頻的運行時間。該控制系統既可以操作臺操作，也可以遙控器操作。預制混凝土梁自動振搗控制系統結構如圖1所示。

圖1 預制梁振動控制系統結構

2.2 控制柜設計

預制混凝土梁自動振搗控制柜的操作面板設計如圖2所示，包括電壓表、空氣開關、顯示屏、模式開關、遙控器-控制柜、底中高頻、急停、復位、變頻器故障指示以及每個振動電機對應的故障指示燈、運行指示燈、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；“急停”按鈕控制變頻器和所有振動電機同時停止工作。若運行時出現故障，變頻器可自動停機保護，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，可根據變頻器指示的故障原因，處理故障。

圖2 預制混凝土梁自動振搗控制柜的操作面板設計

3 施工流程及應用實例

預制混凝土梁外側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。預制梁混凝土澆筑時，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。然后使用自動振搗控制柜打開附著式振動器進行振搗，兩者相互配合，既確保混凝土的密實度，也保證其外觀質量[4]。

采用了自動控制柜后，預制混凝土梁的澆筑、振搗施工工藝流程為：①用定型模板將法蘭盤固定在預制梁外側；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養護。

在以上澆筑振搗施工流程中應注意，混凝土澆筑時，應分三次進行澆筑，第一次澆筑混凝土的高度應小于等于1/3梁高，采用插入式振動器進行振搗；然后進行第二次澆筑，澆筑混凝土的高度應小于等于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。此時只用根據不同的參數進行設置即可自動控制附著式振動器進行振搗。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行振搗，同樣，只需事先設定好參數，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行該流程時，通常由有經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確引起的混凝土質量問題，提高工程安全性，降低施工成本。

為了推動施工工地標準化建設，提高裝備自動化程度，預制混凝土梁自動振搗控制柜在京藏高速路某標段預制梁廠進行了試用，取得了預期效果，提高了混凝土澆筑質量，降低了生產成本。圖3為現場實驗照片。

圖3 現場實驗照片

4 結束語

通過多次現場實驗，該預制混凝土梁自動振搗控制柜的優點可以總結為：

(1)利用PLC程序使振動電機的運行自動化，可提高工作效率，優化產品質量，降低成本。

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

(3)增加遙控控制，方便施工人員對振動電機的遠距離控制。

(4)變頻器的啟動與停止無單獨按鈕控制，當第一臺振動電機啟動時，變頻器同時啟動，所有振動電機停止，變頻器即停止。即只要有一臺振動電機處于運行狀態，變頻器也會處于運行狀態，若振動電機全部停止運行，變頻器也將停止工作，簡化了操作。

(5)每一臺振動電機都配置了熱繼電器，彌補單臺振動電機長時間工作過載的情況，而變頻器不能起到保護作用的不足之處，起到了保護振動電機的作用，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化，達到提高混凝土澆筑質量的目的。