智能噴淋養生系統在混凝土養護中的應用

匡韶華

(湖南省高速公路集團有限公司益南項目建設開發有限公司，湖南 長沙 410003)

1 引 言

公路建設施工期間，混凝土養護質量直接關系著混凝土使用效果，而在混凝土養護作業中灑水作業是一項重要的施工工序。為了保證施工質量，混凝土養護灑水作業必須嚴格把控。

目前，國內傳統的混凝土養護有冬季燃煤養護、人工灑水養護兩種。冬季燃煤養護會產生大量的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害氣體以及pm2.5，而且養護效率低；人工灑水養護有以下的問題：操作不及時，不能滿足施工要求；養護溫度難把握；用水量控制不當；效率低等。為了能提高混凝土養護質量，達到節能減排的效果，本文以智能噴淋養生系統為研究對象，研究其在公路施工混凝土養護中的應用效果，以期能為高速公路建設帶來巨大的經濟、社會效益。

2 智能噴淋養生系統

2.1 智能噴淋養生系統簡介

智能噴淋養生系統由智能養護儀主機、無線測溫測濕終端、養護終端(養護棚架與養護管路組成)構成。系統通電后，根據不同配合比混凝土的水化熱量及水化過程中熱量的釋放率、梁體周邊環境溫濕度自動判別是否開啟恒壓噴淋和控制噴淋持續時間，已達到智能養護混凝土的目的，同時對養護全過程技術信息進行記錄與保存，在養護完成后可通過計算機讀取數據形成養護施工記錄表格及相關曲線。

2.2 智能噴淋養生系統特點

智能噴淋養生系統，通過使用智能變頻技術實現恒壓供水控制，與傳統的人工灑水養護相比，有如下特點：

(1)提升混凝土養護質量，保證混凝土表面始終處于濕潤狀態，最終提高橋梁整體質量。

(2)提高養護效率，啟動智能養生系統則自動完成全周期養護施工，降低了人為因素干擾。

(3)達到節能減排效果，做到了水的循環利用，提高了水的利用率，節省了水電資源，響應了高速公路“綠色”建設理念，利于環保。

(4)可節省人工，增加了機械材料重復利用率，達到降低施工成本的效果。

3 智能噴淋養生系統在南益高速公路應用

3.1 工程概況

南益高速公路是湖南高速公路“七縱九橫”的第四縱，是“南縣至常寧高速公路”的北段，全長86.368 km。主線推薦線共設橋梁22 609.96 m/55座，其中特大橋7座、大橋6座、其余中、小橋22座；分離式立交20座(含互通主線橋)、天橋14座；涵洞142道，通道184道；無隧道；全線設置8處互通，及5處互通匝道收費站。

3.2 智能噴淋養生系統在項目應用分析

南益高速公路全線共需預制梁13 200塊，長度以30 m梁為主。全線共8個標段，每個標段設置1～2個預制場，共設預制場12處，使用智能噴淋養生系統12套。每套智能噴淋養生系統投資為17萬，全線8個標段共投入12套養護系統總投資為204萬元，如表1。

表1 智能噴淋養生系統投資概算

3.3 應用效果分析

智能噴淋養生系統的采用，可有效提升混凝土的養護質量，提升橋梁的使用耐久性，同時系統的智能變頻控制技術還可以達到節約電能的效果，對于水源的充分利用和循環回收再利用實現了水源節約，自動化的操作系統也大大節約了人工成本。在整個項目實施期內，通過本項技術的采用，共可節約電能167 904 kw·h，換算為標準煤為53.9 t，減少CO2排放134.4 t。可節約用水180 840 m3，節省人工成本約148.5萬元。

(1)有效提升混凝土養護質量

通過全過程自動監控與智能調節梁體混凝土周邊溫濕度條件，保證了混凝土水化熱的平穩釋放，減少了溫差裂縫、收縮裂縫的出現，可明顯提高混凝土強度，保證了混凝土使用的安全性與延長混凝土使用壽命。相比于傳統養護不當導致的混凝土質量問題，進而造成混凝土結構使用壽命縮短需拆除重建而言，具有顯著的經濟社會效益。

(2)智能變頻技術顯著降低電能消耗

根據湖南省的氣候條件，30 m預制梁板養護通常需要7 d時間。要達到梁板的養護要求，智能化噴淋系統7 d的養護周期內共需噴淋127.2次，每次噴淋3 min。系統電機功率為1.5 kw，經變頻控制后的實際使用功率為0.768 kw。單片梁耗電總量計算可得為4.88 kw·h。

W總=N(次數)×時間(h)×W(實際使用功率)

=127.2×3/60×0.768=4.88 kw·h

人工灑水養護則需灑水52次，每次噴淋10 min。因30 m梁較高，頂板距離地面越2.5 m，傳統方法需要配置壓力泵灑水，功率2.2 kw。單片梁耗電總量17.6 kw·h。

W總=N(次數)×時間(h)×W(實際使用功率)

=48×10/60×2.2=17.60 kw·h

因此，全線總計13 200塊梁板，采用智能化養生共可節約電能167 904 kw·h，換算為標準煤為53.9 tce。如表2。

表2 智能噴淋養生系統節電量

(3)智能噴淋及循環用水有效節約水源

智能化噴淋系統的多級壓力泵流量為6 m3/h，單次噴淋持續時間為3 min，用水量為300 L。經過匯流池約有45%的水可被回收再循環利用，即單次噴淋用水量約為165 L。每片梁耗水量：165 L×127.2=21.0 m3。

人工灑水養護所需要的水泵流量通常為4 m3/h，單次養護需時為10 min，養護一次用水量約為：10/60×4 m3/h=666.7 L，現場不考慮循環回收使用，每片梁耗水量：666.7 L×52=34.7 m3。

因此，本項目采用智能化養生系統共可節約用水180 840 m3，見表3。

表3 智能噴淋養生系統節水量

(4)智能化系統降低了人工成本

根據梁場一般的生產速度，按照一個月平均養護35片梁計算，13 200片梁總養護時間為220個月。傳統人工灑水養護按規范要求需要24小時進行養護，2班養護工人，每班1人，即需要2名工人輪崗。智能化養生系統只需技術人員兼職控制系統即可，可按照0.5個人工計算。整個養護期采用智能化養生系統可累計節省人工9 900個工作日，人工費按150元/日計算，總計可節省人工成本1 485 000元，見表4。

表4 智能噴淋養生系統人工成本降低

注：以每個梁場每月平均生產60片梁板計算，13 200/60=220個月。人工費按150元/工作日。

4 結 語

混凝土養護是高速公路施工中重要施工工序，本文提出了將智能噴淋養生系統應用在混凝土養護中的方法，應用于湖南省南益高速公路建設綠色公路典型示范工程，并對應該用效果進行了分析，可以看出，智能噴淋養生系統的應用提高了施工質量，降低了施工成本，同時能達到節能減排的效果，具有顯著的社會、經濟效益。