变压式水泥混凝土智能养护研究

甘露

(郑州大学水利与环境学院，河南郑州 450001)

变压式水泥混凝土智能养护研究

甘露

(郑州大学水利与环境学院，河南郑州 450001)

为实现施工现场水泥混凝土养护的智能化、自动化，提出了变压式水泥混凝土智能养护，变压式智能混凝土养护机通过检测混凝土路面、桥面或者楼板的温度湿度，并通过ZigBee无线传输将数据传给主机，主机根据相关数据改变出水水压，控制定时器及电磁阀，实现混凝土的定向定距喷灌，对提高养护效率以及养护规范性有重要作用。

水泥混凝土，无人工化，智能养护，变压，喷灌

目前，施工工地混凝土的养护主要依靠人工随时进行监测并提供养护，而养护主要依靠人工洒水，在这其中存在不少问题:人工洒水不规范、对湿度温度的掌握不准确、养护用水量不足或过多、养护效率低等［1］。虽然20世纪40年代初美国科学家提出了薄膜养护，但这项技术对施工要求很高，在养护期人和车辆不能通行，薄膜稍有小孔将会严重影响混凝土的强度［2］。而目前混凝土养护方面研究太少，施工现场混凝土养护不能进入智能化与自动化时代。本文拟建立的变压式智能混凝土养护恰恰能解决这个问题。水泥混凝土养护在整个施工过程中占有很重要的地位，它直接影响混凝土的后期强度，混凝土养护不及时或者不规范会造成混凝土路面、桥面以及楼板早期出现膨胀裂缝［3］。因此我们急需一个智能化的混凝土养护技术，实现混凝土智能化、相对规范化养护。

1 养护机结构组成、作用及优点

1.1 养护机的结构组成

该养护机内部包含可编程逻辑控制器(PLC)、ZigBee无线接收模块、水压控制器、电磁阀、定时器，外设部分主要有ZigBee无线传输模块、温湿度传感器。

1.2 各结构作用

温、湿度传感器:混凝土养护时可置于浸湿麻布底下，测量混凝土表面温度、湿度，并将数据传递给ZigBee无线传输模块。Zig-Bee无线传输模块:将接收到的数据转化为无线信号。ZigBee无线接收模块:接收传输模块传输的数据。PLC:可编程逻辑控制器，根据事先编好的程序依次执行，从而根据ZigBee模块接收的数据控制电磁阀、定时器以及水压控制器，实现低于临界温湿度下定时定距喷灌养护。水压控制器:控制进水口水压，进而间接控制出水速度，从而控制喷水距离。电磁阀:PLC控制其开关。

1.3 各结构优点

首先，PLC具有灵活性强、通用性强、可靠性高、体积小、能耗低、编程简单等优点［4］。其次，ZigBee具有低能耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠安全等特点［5］。

2 养护机工作流程

首先，温度、湿度传感器测试水泥混凝土表面温度、湿度，并将数据传给ZigBee无线传输模块，再将其转化为无线信号传递给主机无线接收模块，主机接收模块再将其传递给PLC，PLC中事先有相关程序，即根据水泥种类，混凝土种类设定好临界温度、湿度，当接收的温度、湿度低于临界值时，PLC控制电磁阀打开，根据相关温度设定喷水时长，根据接收信号的位置设定进水水压，从而实现水泥混凝土定时定距喷灌养护，工作流程图见图1。

图1 养护机工作流程

3 智能养护系统工作原理及相关参数计算

1)智能养护系统工作原理。

在图2中，a，b，c，d，e，f，g，h这几个点处设置温湿度传感器，各点之间等距，将这几个点分配到左右两个主机，分别接收它们的信号，例如:左边主机接收到b点处温湿度传感器信号并判断其小于临界温湿度，左边主机将控制水压使其在b，c两点之间部分来回周期性洒水，同时根据温湿度的值确定整个洒水时长，时间到，定时器关闭电磁阀，水压控制器将水压变为零。

图2 智能养护系统工作示意图

由于该文所述养护原理是通过控制水压实现不同距离的混凝土养护，因此需要确定的参数即为进水时的起始水压。

2)起始水压计算。以进水口为基准，根据短管水头损失计算:

得到:

其中，

其中，p为水压控制器控制后的起始水压;ρ为水的密度;hw为沿程水头损失;ζ为局部水头损失系数;λ为沿程摩阻系数;s为需要喷水的距离。

4 变压式智能养护的优缺点

1)变压式智能养护的优点。a.避免了人工日夜监测浇灌; b.通过测试温湿度进行浇灌，规范了混凝土养护;c.通过变化压力避免了大量管路的铺设;d.喷灌的方式有利于形成局部小气候，减小蒸发量，节约了用水量。2)变压式智能养护的缺点。a.在温湿度传感器铺设时较为麻烦;b.要求跟人工洒水一样铺设草垫或麻布;c.水压有最大限制，喷洒距离不远。

5 结语

本文建立的变压式混凝土智能养护系统实现了混凝土养护的智能化、自动化，避免了传统混凝土养护时专人监测、专人养护、劳动强度高的缺点，同时利用温湿度传感器解决了人工对温湿度监测不规范的问题。与此同时，该养护方式使用了喷灌方法形成了局部小气候，减小了水的蒸发量。但是由于系统本身问题，在铺设温湿度传感器时比较麻烦，水压有一定限定值，不能实现无限远喷灌。但由于其规范化养护及减少了人工，其在梁式桥面、水泥混凝土路面以及混凝土楼板的养护有着重要的应用。

［1］ 陈康军.水泥混凝土智能养护系统在桥梁工程中的应用研究［J］.公路，2013(11):218-220.

［2］ 王贤权，赵晓魏，王 波，等.浅谈混凝土薄膜养护工艺［J］.中国高新技术企业，2008(12):179-180.

［3］ 林尤莲.规范混凝土养护与建筑质量控制的关系［J］.四川水泥，2014(11):94.

［4］ 张建召.论PLC的应用及其发展［J］.现代企业教育，2010 (6):134-135.

［5］ 周怡窹，凌志浩，吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨［J］.自动化仪表，2005，26(6):5-9.

The study of intelligent curing cement concrete by changing water pressure

Gan Lu

(Water Conservancy and Environmental College，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)

To implement the intelligentof the cement concrete auto curing，this paper puts forward pressure type cement concrete intelligentmaintenance，variable pressure type intelligent concrete curingmachine through the test of concrete pavement and bridge deck or slab temperature，humidity，and through the ZigBee wireless transmission to transmit the data to host，the hostaccording to the relevant data change ofwater pressure，water control timer and solenoid valve，realize the directional distance of concrete irrigation，to improve the efficiency ofmaintenance and maintenance normative has vital function.

cement concrete，without artificial，intelligentmaintenance，variable pressure，sprinkler irrigation

TU755.7

A

1009-6825(2015)29-0118-02

2015-08-06

甘 露(1996-)，男，在读本科生