智能喷淋养生系统在混凝土养护中的应用

匡韶华

(湖南省高速公路集团有限公司益南项目建设开发有限公司，湖南 长沙 410003)

1 引 言

公路建设施工期间，混凝土养护质量直接关系着混凝土使用效果，而在混凝土养护作业中洒水作业是一项重要的施工工序。为了保证施工质量，混凝土养护洒水作业必须严格把控。

目前，国内传统的混凝土养护有冬季燃煤养护、人工洒水养护两种。冬季燃煤养护会产生大量的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害气体以及pm2.5，而且养护效率低；人工洒水养护有以下的问题：操作不及时，不能满足施工要求；养护温度难把握；用水量控制不当；效率低等。为了能提高混凝土养护质量，达到节能减排的效果，本文以智能喷淋养生系统为研究对象，研究其在公路施工混凝土养护中的应用效果，以期能为高速公路建设带来巨大的经济、社会效益。

2 智能喷淋养生系统

2.1 智能喷淋养生系统简介

智能喷淋养生系统由智能养护仪主机、无线测温测湿终端、养护终端(养护棚架与养护管路组成)构成。系统通电后，根据不同配合比混凝土的水化热量及水化过程中热量的释放率、梁体周边环境温湿度自动判别是否开启恒压喷淋和控制喷淋持续时间，已达到智能养护混凝土的目的，同时对养护全过程技术信息进行记录与保存，在养护完成后可通过计算机读取数据形成养护施工记录表格及相关曲线。

2.2 智能喷淋养生系统特点

智能喷淋养生系统，通过使用智能变频技术实现恒压供水控制，与传统的人工洒水养护相比，有如下特点：

(1)提升混凝土养护质量，保证混凝土表面始终处于湿润状态，最终提高桥梁整体质量。

(2)提高养护效率，启动智能养生系统则自动完成全周期养护施工，降低了人为因素干扰。

(3)达到节能减排效果，做到了水的循环利用，提高了水的利用率，节省了水电资源，响应了高速公路“绿色”建设理念，利于环保。

(4)可节省人工，增加了机械材料重复利用率，达到降低施工成本的效果。

3 智能喷淋养生系统在南益高速公路应用

3.1 工程概况

南益高速公路是湖南高速公路“七纵九横”的第四纵，是“南县至常宁高速公路”的北段，全长86.368 km。主线推荐线共设桥梁22 609.96 m/55座，其中特大桥7座、大桥6座、其余中、小桥22座；分离式立交20座(含互通主线桥)、天桥14座；涵洞142道，通道184道；无隧道；全线设置8处互通，及5处互通匝道收费站。

3.2 智能喷淋养生系统在项目应用分析

南益高速公路全线共需预制梁13 200块，长度以30 m梁为主。全线共8个标段，每个标段设置1～2个预制场，共设预制场12处，使用智能喷淋养生系统12套。每套智能喷淋养生系统投资为17万，全线8个标段共投入12套养护系统总投资为204万元，如表1。

表1 智能喷淋养生系统投资概算

3.3 应用效果分析

智能喷淋养生系统的采用，可有效提升混凝土的养护质量，提升桥梁的使用耐久性，同时系统的智能变频控制技术还可以达到节约电能的效果，对于水源的充分利用和循环回收再利用实现了水源节约，自动化的操作系统也大大节约了人工成本。在整个项目实施期内，通过本项技术的采用，共可节约电能167 904 kw·h，换算为标准煤为53.9 t，减少CO2排放134.4 t。可节约用水180 840 m3，节省人工成本约148.5万元。

(1)有效提升混凝土养护质量

通过全过程自动监控与智能调节梁体混凝土周边温湿度条件，保证了混凝土水化热的平稳释放，减少了温差裂缝、收缩裂缝的出现，可明显提高混凝土强度，保证了混凝土使用的安全性与延长混凝土使用寿命。相比于传统养护不当导致的混凝土质量问题，进而造成混凝土结构使用寿命缩短需拆除重建而言，具有显著的经济社会效益。

(2)智能变频技术显著降低电能消耗

根据湖南省的气候条件，30 m预制梁板养护通常需要7 d时间。要达到梁板的养护要求，智能化喷淋系统7 d的养护周期内共需喷淋127.2次，每次喷淋3 min。系统电机功率为1.5 kw，经变频控制后的实际使用功率为0.768 kw。单片梁耗电总量计算可得为4.88 kw·h。

W总=N(次数)×时间(h)×W(实际使用功率)

=127.2×3/60×0.768=4.88 kw·h

人工洒水养护则需洒水52次，每次喷淋10 min。因30 m梁较高，顶板距离地面越2.5 m，传统方法需要配置压力泵洒水，功率2.2 kw。单片梁耗电总量17.6 kw·h。

W总=N(次数)×时间(h)×W(实际使用功率)

=48×10/60×2.2=17.60 kw·h

因此，全线总计13 200块梁板，采用智能化养生共可节约电能167 904 kw·h，换算为标准煤为53.9 tce。如表2。

表2 智能喷淋养生系统节电量

(3)智能喷淋及循环用水有效节约水源

智能化喷淋系统的多级压力泵流量为6 m3/h，单次喷淋持续时间为3 min，用水量为300 L。经过汇流池约有45%的水可被回收再循环利用，即单次喷淋用水量约为165 L。每片梁耗水量：165 L×127.2=21.0 m3。

人工洒水养护所需要的水泵流量通常为4 m3/h，单次养护需时为10 min，养护一次用水量约为：10/60×4 m3/h=666.7 L，现场不考虑循环回收使用，每片梁耗水量：666.7 L×52=34.7 m3。

因此，本项目采用智能化养生系统共可节约用水180 840 m3，见表3。

表3 智能喷淋养生系统节水量

(4)智能化系统降低了人工成本

根据梁场一般的生产速度，按照一个月平均养护35片梁计算，13 200片梁总养护时间为220个月。传统人工洒水养护按规范要求需要24小时进行养护，2班养护工人，每班1人，即需要2名工人轮岗。智能化养生系统只需技术人员兼职控制系统即可，可按照0.5个人工计算。整个养护期采用智能化养生系统可累计节省人工9 900个工作日，人工费按150元/日计算，总计可节省人工成本1 485 000元，见表4。

表4 智能喷淋养生系统人工成本降低

注：以每个梁场每月平均生产60片梁板计算，13 200/60=220个月。人工费按150元/工作日。

4 结 语

混凝土养护是高速公路施工中重要施工工序，本文提出了将智能喷淋养生系统应用在混凝土养护中的方法，应用于湖南省南益高速公路建设绿色公路典型示范工程，并对应该用效果进行了分析，可以看出，智能喷淋养生系统的应用提高了施工质量，降低了施工成本，同时能达到节能减排的效果，具有显著的社会、经济效益。