论智能养护技术原理及预制梁场智能养护系统设计

王激扬　臧建新

摘要 现阶段经济水平不断提升，科学技术不断发展，建筑领域施工工艺日趋完善。通过工厂化预制生产建筑、道路等所需的构件，相较传统工艺施工效率和质量有很大优势，但目前预制构件养护工序还需一步改进技术。文章选择某高速联络线项目为研究对象，通过研究使用智能养护系统。论述混凝土智能养护技术的基本原理，设计了预制梁场智能养护系统的方案并总结了该智能养护系统的使用效果。实践表明，该智能养护系统运用成效明显，可予以推广。

关键词 智能养护;技术原理;预制梁;养护系统

中图分类号 U216文献标识码 B文章编号 2096-8949（2022）11-0109-03

引言

桥梁裂缝对混凝土桥梁危害大，导致桥梁裂缝病害的原因有多种，其中混凝土施工养护不及时、养护技术不足是造成桥梁出现裂缝病害的重要因素[1-2]。传统养护形式对人工依赖较大，养护技术的缺陷明显。基于此，有针对性地设计、使用智能养护混凝土系统，不仅可以有效节约资金投入，还能提高养护效率[3]。

1 工程概况

该文选择某高速联络线项目为研究对象，项目全长11.674 km。部分桥梁构件不适合预制，使用现浇梁，其他小箱梁、T梁、叠合梁均为预制，其中小箱梁规格较多，有25 m、30 m、18.5 m三种，该项目需要3 992片各式梁板。

为提高运输效率，预制厂设在施工场地周边，占地120 000 m2，紧挨项目部，设生产线、制梁区、存梁区、钢筋加工场。预制厂划分为两区：南区、北区，其中北区设50个预制台座，南区设90个预制台座。

2 混凝土智能养护技术的基本原理

该智能化混凝土养护系统由多个系统组成：主机、测试端、养护端，其中测试端主要通过无线形式测试温度、深度;养护端主要由喷头、管路组成;主机中还有相应的硬件设备并安装有软件系统[4-6]。

在即将养护的混凝土表面明显位置设置无线温度、湿度传感器，对混凝土的温度、湿度实时监测，监测精度须分别达到0.1 ℃、3.0%。接收终端接收到温度、湿度数据后，向PLC可编程逻辑控制器传输，接收到传输的数据后PLC实时计算分析，了解待养护混凝土是否满足养护条件。当与养护条件相符，则自动将电磁阀门开关打开，同时自动启动水泵予以供水，向每座台座的运输管道输送水分，水分经由喷头全面喷淋养护混凝土。进行一次养护后，对混凝土的湿度、温度等进行检测，然后循环该过程。只要确保水、电充足，该智能养护系统可以持续工作，有针对性实施差异化养护措施。

3 预制梁场智能养护系统设计

3.1 供水系统设计

（1）了解养护需求，通过水池蓄水，同时须科学计算运输长度，主水管建议使用PPR110管。

（2）蓄水池接PPR110管1根，使用立式多级泵进行恒压供水，该泵流量为90 m3/h（额定），扬程为60 m，恒定压力介于0.30～0.40 MPa之间。

（3）在主機位置设置阀门并加设平阀，于指定区域设阀门取水，进行清洗和压浆。

（4）于台座两侧开挖排水沟，纵向布置，便于养护产生的多余水分及时外排。

3.2 台座内喷淋管路与喷头设计

用PPR40管充作台座输水管，台座为钢梁，为保护钢梁结构，不对其造成破坏，在排水沟内布置输水管，间隔3.4～5.1 m设置伸缩喷头一对（见图1）。

喷头使用时伸缩头伸缩，不使用则内缩，其后端面与钢梁台座侧面平齐。根据实际需求，间隔10～12 m于梁顶面设摆臂式喷头一个，经由接头与台座下出水口连接（见图2）。

3.3 设备配置

项目预制厂将9台养护系统主机设于南区，5台养护系统主机设于北区。每台养护系统通道8个，供应10台台座，同时每个台座需设温度、湿度监测、发射终端1套（见表1）。

3.4 智能控制流程

（1）控制温度、湿度：实时监测环境温度同时还须对混凝土表面温度实时监测，监测过程中发现温度小于5 ℃，则系统自动转为静止状态。在该状态下，养护喷淋系统休眠，不进行任何操作，以免温度过低对混凝土造成影响，表面出现结冰情况。当混凝土表面温度超过42 ℃，且连续超过15 min，系统则被唤醒，开始相应的操作，实施降温、保温养护。当系统检测到为阴雨天气或者环境湿度大于90%时，则系统处于休眠状态，不进行任何操作，以免养护过度对混凝土造成不利影响。系统不启动期间，电能消耗极低，水资源几乎不消耗，便于节能减排[7]。

（2）控制水化热：混凝土浇筑后会发生水热化，释放热量，释放速度与浇筑时间存在关联，释放速度分为5个阶段，图3所示为5个阶段的具体情况。因此，智能喷淋养护系统需要根据该阶段水化热放热情况并与现场温度、湿度相结合，科学确定该阶段间隔喷淋养护时间。比如水化热在加速阶段，反应相对剧烈，热量释放较多，需要将喷淋系统启动时间予以缩短。在衰退期由于水化热速度较小，释放热量不足，则可以适当延长智能喷淋系统启动的时间。PLC内部设有电池，即使出现停电也能保障设备正常运行，不影响正常养护施工。当采用人工养护方案时，在重新启动养护系统后，自动计算系统停止、启动所花费的时间，计算进养护间隔，实现无缝间隔养护[8]。

（3）时钟控制：未在梁板相应位置放置无线温、湿度发射终端，或者无线温度发射终端出现故障，可以通过时钟控制。当白天龄期1 d、2～3 d、4～7 d设置时间分别为60 min、90 min、120 min;当夜间龄期1 d、2～3 d、4～7 d设置时间分别为120 min、180 min、2 40 min;当没有喷淋养护对应台座，则通过上述设定的时间强制启动智能喷淋养护系统[9]。

（4）自动排队控制：考虑系统资金投入，减少购买的硬件设施，该系统由1台主机供水系统供应10个台座使用，当单独对每台台座设置独立的供水系统，则需要购买较多的主机，成本较高，每个台座根据相应的养护条件进行排队，实施先后养护。启动每个台座喷淋养护终端的条件如下：1）通过远程启动或者手动按钮强制启动，实现实时响应的效果，完成某片梁板喷淋养护后，立刻启动下一台座养护终端，确保养护不间断;2）温度超过连续15 min超过42 ℃;3）水热化控制至喷淋临界点;4）时钟控制下，达到喷淋临界点。一旦触发上述条件，各系统进入排队，按照触发条件的先后顺序，分别排队等待实施养护，每个台座设计喷淋养护时间为90～120 s。E8CA4763-A450-46D6-B2B4-672D86B98DDA

（5）远程监控和控制：系统内布设GPRS数传模块，通过485接口连接LC可编辑逻辑控制器与GPRS数传模块，以便于向云服务器传输实时数据，手机App终端通过云服务器实时监控现场养护的相关数据。在上述操作过程中，可借助手机App操作实现启动、关闭等指令的下达，确保远程控制现场养护。另可在养护现场设置LED电子显示屏，对各个养护台实时的湿度、温度等进行显示，提醒当前养护实际情况。

4 应用效果

该系统在选定研究项目中实施，调试后统计养护保湿覆盖情况，最终得出平均保湿覆盖面积为95.7%，最低为92.1%，基本实现养护全覆盖、无死角[10]。图4所示为现场养护效果图。

5 结论

该项目实施上述智能养护技术，养护多达124片预制小箱梁，经过质量检测，满足技术规范要求：1）124片小箱梁混凝土强度质量检测评定合格;2）平均保湿覆盖面积为95.7%，最低为92.1%;3）有12片混凝土表面出现色差，表现出淡绿色，经仔细研究分析，排除井水水质所致;4）该项目所养护的所有梁板，在养护过程中均未出现裂纹，取得较好的养护效果。通过该项目具体实施，表明混凝土智能养护系统的优点如下：

（1）实现规范化、智能化、标准化养护。该养护系统全程无须人为干预，均由系统自动控制完成，养护时能够监测多项数据，包括混凝土龄期、混凝土湿度、混凝土温度、现场环境的温度和湿度等;养护针对性较强，能够根据现场、梁板等实际情况进行差异化养护，提升了养护的效果[11]。

（2）取得较好的养护效果。该智能化喷淋养护系统，能够实现95%以上的湿润率，实现养护全覆盖、无死角[12]。养护过程中根据混凝土表面水分流失情况，进行循环保湿，确保湿润效果更佳，在整个养护周期内，湿度均超过90%。

（3）能够现场监控整个预制梁养护情况，同时还可以连接手机App，实时了解养护情况。

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收稿日期：2022-03-18

作者简介：王激扬（1995—），男，本科，助理工程师，研究方向：路桥工程。E8CA4763-A450-46D6-B2B4-672D86B98DDA