小型預制構件施工技術應用研究

李忠艷 蘇 月 李瑞紅

（南通職業大學建筑工程學院，江蘇 南通 226007）

1 引言

隨著我國高速公路建設的不斷推進，預制構件的生產需求也隨之增多，與此配套的建設標準也要相應提高，傳統的人工生產模式顯然不能適應目前的市場需求。采用質量好、效率高、成本低的全自動施工技術可以提高主要建設工序的施工效率，保證公路工程建設中預制構件的生產施工順利展開，不僅是城市發展的需要，更是行業發展的客觀規律。

深汕西高速改擴建項目起于陸豐潭西鎮，對接深汕東高速公路，終于深圳市龍崗區，與惠鹽高速公路對接，全長146.55公里。項目建成通車后將有效改善區域交通條件，對推動深汕特別合作區和粵港澳大灣區的經濟社會發展發揮重要作用。本文就此工程背景下的高速公路小型預制構件施工技術的應用展開研究。

2 小型預制構件生產工藝

小型預制構件外形尺寸的良好程度對路基和邊坡的排水順暢度有重要影響。在傳統的人工生產過程中，由于勞動強度大、布料不均、振動不勻、養護不夠等因素易導致構件表面出現浮漿、氣泡，甚至缺棱角等。小型構件自動化生產施工是在傳統施工的基礎上融合智能化技術，實現資源節約和產量提升，集成了可循環、可更換的循環發展產業模式，對高速公路防護工程標準件的施工產業具有節約資源、保證施工質量等優點。

2.1 小型預制件生產工藝流程

在生產混凝土預制構件前，技術管理人員應全面考察產品的應用需求，制定切實可行的生產方案，包括構件的尺寸、大小、用量等。按照制定好的生產計劃，用貨車將主要原材料運輸到工廠，并經地泵稱重復核后進入倉庫。整個生產線可分為模具安裝、混凝土拌制、布料機上料、混凝土澆筑振搗、振動脫模、翻轉出庫等主要工藝流程，詳見圖1。

圖1 小型預制件生產工藝流程圖

2.2 小型預制件生產流程及工藝技術

2.2.1 模具設計

設計開模時，模具必須具備承重能力，并且在光潔度、周轉率和外形標準方面滿足工藝生產需求，否則會出現產品質量不合格、不能滿足自動化生產等問題。經過多次生產比對，模具采用高強加厚塑料模具，底部厚度大于3mm，側邊厚度大于4mm，塑模設計循環使用周期為100次。采用多塊連體模具提高產量和效率，并通過加強筋增強結構強度。

模板進場后先進行清理，檢查尺量有無變形情況，除銹打磨光潔，刷脫模劑拼裝成型待用。澆筑前1小時左右用噴槍均勻噴涂脫模劑。混凝土強度上升至50% 即可拆模，拆模過程中應小心，確保不出現啃邊、掉角、磕碰現象，脫模后清理模板，進入下一循環使用。

2.2.2 混凝土拌制

采用純水泥配比進行多次實驗調整，并根據摻加早強外加劑，縮短蒸養時間周期，加快施工進度。拌制混凝土配料時，各種衡器應確保準確，并在開盤之前檢測砂石料的含水率，然后，根據實際情況調整水和砂石料的使用量，混凝土自全部材料裝入拌和倉至開始出料的最短拌和時間不得少于2min。混凝土拌和均勻，滿足標號要求，坍落度達標，不得有離析和泌水現象。

2.2.3 布料機上料

在布料機上方安裝小型攪拌站，混凝土混合完畢后直接進入布料機。通過調整混凝土的布料量和布料輸送速度，自動布料機可完成多種預制件模具的自動布料。

2.2.4 混凝土澆筑振搗

采用混凝土布料機+振動臺組合布置，混凝土布料機用于預制構件環形生產線中，向預制件模具中進行混凝土布料。混凝土填入模具后，輸送線攜帶振動臺邊輸送邊振搗，將模具內的水泥砂漿振動均勻，使氣泡完全散盡，混凝土停止下沉，表面出現平坦、泛漿后送至下一工位。振搗過程中可輔以人工找平，并應隨時檢查模具，如有變形或松動，應及時采取措施補救。

2.2.5 蒸汽養護

蒸汽養護系統由蒸汽發生器、自動轉運設備和溫濕度控制系統組成。養護室內溫濕度傳感器采集養護數據，并將數據上傳到環境監控云平臺，平臺通過分析采集數據來控制蒸汽發生器啟停，從而確保養護室內的溫濕度滿足蒸養要求。

蒸養包括靜置、加熱、恒溫和降溫4個階段：靜置階段從混凝土全部澆搗完畢開始計算至少2h；升溫階段的溫度提升速度不得大于15℃/h，過程持續時間至少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 翻轉脫模

翻轉脫模系統的作用是把養護好的模具翻轉后，放到脫模臺上脫模。模具下架機將模具從托盤上取出，通過輸送線將模具送到翻轉取模區域。翻轉取模區域由自動翻轉平臺、震床、自動取模區域組成。自動翻轉平臺將模具盒翻轉后，輸送至振床進行振動脫模，然后采用自動取模系統取模。

取模完成后，模具由人工運轉到洗模區域進行模具清理。需用工具清理模具上的混凝土殘渣，然后將模具清理干凈，在特定工位噴涂脫模劑。噴涂時氣霧均勻、噴涂全面無死角，多余脫模劑不應混入空氣中。

2.2.7 自動碼垛

碼垛系統的作用是將脫模后的預制塊通過碼垛機械手進行碼垛。預制塊輸送至碼垛區域后，通過排序工位，利用氣缸和擋板進行有效排序，從而實現機器人自動抓取預制件的碼垛工藝。碼放一層后，通過升降裝置進行第二層的碼放作業。構件碼放高度不超過0.8m，碼放構件重量不超過2t。

完成碼垛后，采用專業的手持式氣動打包機進行人工穿線收緊，流轉至下架位置處，叉車運至存儲現場進行自然養護。

3 小型預制件自動生產線布置施工方案

結合小型預制件的生產需要和環境要求，引入立體自動養護庫以降低小型預制件生產對場地的要求。同時，根據小型預制件的生產工藝要求，將蒸養系統和立體堆垛庫有機結合；降低生產節拍、降低養護時間；出入庫時采用特殊的對壘方式和轉運方式，大大提高了立體堆垛庫的利用率；在小型預制件出庫時引入機器人碼垛系統，在有限的成本下提高整個生產流程的自動化程度，降低人工需求、減少人工勞動強度。

整個流水線由布料區域、上架區、蒸養護庫區、下架區、翻轉取模區、機器人碼垛區、打包區和人工碼垛區組成。

3.1 布料震床及模具流轉部分

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

布料機采用全自動方式運行，根據不同模具方量不同，預先設置好布料方量及模具輸送速度，即可完成自動布料；由于混凝土的含水量不同，單次布料量會存在差異，需要人工補料；布料流程如下：放模具→布料→出料至震床，實現混凝土物料的均勻混合；采用流水線方案可節省2臺叉車和2個司機，同時，布料節拍不受叉車限制，可實現布料效率最大化。

3.2 上架區

上架區由升降平臺、接貨平臺組成。其中，升降平臺采用鏈條起升結構，配輸送輥道；接貨平臺采用可以前后移動的升降平臺，通過自身的旋轉輥道將模具送至模具架上對應的位置。這種結構設計很好地實現了流轉線和養護庫堆垛機設備的完美對接，保證多品種模具進入模具架，模具架經過流轉線進入養護庫內；此結構性能穩定、維護少。

3.3 立體養護庫系統

養護庫系統由立體堆垛庫和蒸汽養護系統組成，實現初凝堆放和蒸汽養生在同一地點。立體倉庫由耐腐蝕貨架、穿梭車、堆垛機、模具架組成，蒸汽養護庫由蒸汽發生機、管道、蒸汽棚組成。

3.4 下架區

蒸汽養護時間完成后，由堆垛機將模具托盤從巷道里取出，經堆垛機運送到托盤回流線上，進入下架區，下架區由升降平臺和取貨平臺組成：升降平臺采用鏈條起升結構，配輸送輥道；取貨平臺采用可以前后移動的升降平臺，通過自身的輸送輥道將模具從模具架上取出。

3.5 取模翻轉區

模具下架機將模具從托盤上取出，并通過流水線將模具送到翻轉取模區域。翻轉取模區域由自動翻轉平臺、震床、取模區域組成。

自動翻轉平臺采用雙面輥道設計，模具盒翻轉后實現同步進出料；震床采用變頻控制，可以由操作人員在觸摸屏預設頻率，可實現變頻調震；取模區采用自動取模，取模完成后，模具由人工運轉到洗模區域。

3.6 機器人碼垛區

機器人碼垛區域分為排序工位和機器人抓取工位。排序工位利用氣缸與擋板相配合，結合傳感器實現抓取的定位；選用國外知名品牌的機器人，采用一套抓手模具，實現小構件的抓取。

3.7 打包區

在碼垛托盤流轉線上實現無托盤打包，碼垛盤采用專業設計，碼垛盤流轉線采用回字設計，設有碼垛、打包、下架三個工位，每個工位有緩存區。采用專業的手持式打包機進行人工穿線收緊，流轉至下架位置，叉車運至存儲現場。

4 結語

本文針對在深汕西高速改擴建項目中使用高速公路防護工程小型預制構件生產工藝流程和生產線布置施工方案進行研究，綜上研究所述，小型預制構件的自動化生產技術具有施工快捷、安全實用、節約資源、保證質量等優點，可應用于公路防護工程中數量多、規模大且結構形式多樣的小型預制構件施工。隨著該項技術的不斷應用與完善，相信我國高速公路建設也將達到一個新的高度。