預(yù)制立柱自動(dòng)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(duì)上述情況，本文提出立柱自動(dòng)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(shí)時(shí)養(yǎng)護(hù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制立柱的自動(dòng)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(shí)，傳統(tǒng)的人工養(yǎng)護(hù)因?yàn)楣ぷ魅藛T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(bǔ)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(huì)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(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對(duì)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)。匡韶華等[13]在南益高速公路工程中采用永恒壓噴淋和控制噴淋時(shí)間的方式取得了顯著的社會(huì)、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(duì)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(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)

隨著我國(guó)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(dòng)化、智能化的方向發(fā)展[15]。趙一林等[16]提出自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對(duì)養(yǎng)護(hù)效率的提高意義重大。楊劍等[17]通過自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)的方式對(duì)混凝土釋放水化熱過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)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?jī)?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(duì)目前的養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀，本文將設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǎng)方體構(gòu)型，內(nèi)部中空，使立柱位于噴淋框架內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)立柱的不間斷噴淋養(yǎng)護(hù)。

3.2 研究設(shè)計(jì)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(jì)。整個(gè)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(gè)水平框架，并進(jìn)行連接，在實(shí)現(xiàn)可折疊的同時(shí)，也保證整個(gè)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(jì)

為實(shí)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(jì)，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(shí)含有大量的泥沙，會(huì)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(jì)。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(jì)與選型

基于立柱的長(zhǎng)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(jì)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)噴淋框架進(jìn)行易用性和便利性方面優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)噴淋框架可折疊的同時(shí)，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(gè)斜腹桿，使其與相鄰水平向框架構(gòu)件呈Z字形。同時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，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(jì)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(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)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(huì)影響過濾速度和循環(huán)周期，遂采用具有傳動(dòng)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(gè)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(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)裝置在接通電源，啟動(dòng)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(dòng)至底部框架，該過程中，養(yǎng)護(hù)水會(huì)攜帶立柱表面的灰塵等固體顆粒一起流動(dòng)，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(dòng)下，可對(duì)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(gè)噴淋口。一個(gè)構(gòu)件養(yǎng)護(hù)周期完成后，可選擇通過吊車移位對(duì)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(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)裝置示意圖

6 結(jié)語

通過對(duì)預(yù)制立柱自動(dòng)化噴淋養(yǎng)護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與研發(fā)，能較好地彌補(bǔ)現(xiàn)有的傳統(tǒng)人工手持裝備養(yǎng)護(hù)模式的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)立柱自動(dòng)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(dòng)化的進(jìn)程。同時(shí)，對(duì)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(duì)于場(chǎng)地的限制。對(duì)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。