混凝土智能噴淋養護系統在水運工程中的應用

戴志培，嵇 靜

(中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210011)

1 工程概況

蘇州港太倉港區四期碼頭工程總建筑面積80 000m2，碼頭全長1 292m，寬36m，共19個分段，每個分段長68m。變電所平臺尺寸為60m×17m(長×寬)，水手間平臺尺寸為23m×17m(長×寬)。共5座引橋，編號為4～8，分別長167.38，167.89，167.82，167.79，168.11m。除6號引橋寬24m外，其余引橋寬16m。

2 智能噴淋養護系統

目前，大多數水運工程仍采用覆蓋土工布人工灑水的方式養護混凝土。由于施工人員素質參差不齊，混凝土養護質量難以得到有效控制，為此，需采用智能噴淋養護系統。

智能噴淋養護系統除可進行定時定量噴淋養護外，還可通過設定溫濕度閾值實現補充養護，通過系統自帶溫濕度傳感器進行監測，并將數據實時上傳至手機APP，工作人員可通過手機APP設定單次噴淋時間、噴淋時間間隔及溫濕度閾值。可通過自動啟閉噴淋系統應對多變的氣候環境，更適用于水運工程。智能噴淋養護系統可依據現場養護混凝土面積靈活增減噴淋點，實現全覆蓋噴淋養護。當養護范圍發生變化時，可將智能控制系統和輸水設備移至新養護區，直接抽取長江水，經檢驗合格后進行噴淋養護，無須設置儲水及加壓裝置。

智能噴淋養護系統中的智能控制系統包括溫濕度傳感器、顯示器、便攜式路由器、智能網關、智能插座(見圖1)。輸水設備包括進水主管、出水主管、出水支管、可移動式蝶形噴淋底座、水泵、噴頭支架、水壓力旋轉霧化噴頭(見圖2)。進水主管、出水主管、出水支管、可移動式蝶形噴淋底座均采用硬質抗高壓塑料，水泵與進水主管和出水主管、出水支管與出水主管和可移動式蝶形噴淋底座均通過抱箍夾緊，可移動式蝶形噴淋底座與噴頭支架通過螺栓擰緊。噴頭支架與水壓力旋轉霧化噴頭采用一體化設計，可最大程度抵抗水壓力，且構件拆卸方便。

圖1 智能控制系統示意

圖2 輸水設備示意

智能插座通過紅外線控制，與溫濕度傳感器、智能網關聯動。濕度傳感器貼在混凝土表面，用于監測養護濕度。通過溫度傳感器紅外線感應面層控制養護溫度，并通過智能網關上傳監測數據。當噴淋點濕度低于閾值(以濕度控制為主)、溫度高于閾值時，插座通電，水泵抽水開始噴淋養護，達到設計噴淋時間后關閉水泵，繼續監測溫濕度，保證混凝土表面處于濕潤狀態，提高混凝土養護質量和表觀質量。

3 系統參數設置

3.1 噴淋點平面布置

以5號引橋為例(見圖3)，根據施工進度，選擇Y1a～Y7面層開展試驗。考慮風力等外界因素的影響，沿引橋寬度方向布置3排噴淋點，沿引橋長度方向每隔8m布置1個噴淋點，共設置36個噴淋點(見圖4)。試驗結果表明，當水泵連接36個噴頭時，每個噴淋點噴淋半徑為6m，最佳噴淋點間距為8m，可完全覆蓋養護工作面，適用于有風的室外環境。

圖3 5號引橋面層示意

圖4 噴淋點平面布置

3.2 單次噴淋時間

須根據土工布完全濕潤、按壓有溢水且無外力作用時無多余水溢流確定單次噴淋時間，確保面層混凝土養護處于適宜條件，提高混凝土養護效率。試驗結果表明，當達到土工布表層濕潤時，單次噴淋時間須為120s；當土工布按壓無溢水時，單次噴淋時間為360s；當土工布按壓有溢水時，單次噴淋時間為540s；當土工布無外力作用有溢水時，單次噴淋時間為720s；當土工布由表層濕潤轉變為按壓無溢水時，單次噴淋時間為100s；當土工布由按壓無溢水轉變為按壓有溢水時，單次噴淋時間為60s；當土工布由按壓有溢水轉變為無外力作用有溢水時，單次噴淋時間為97s。綜上所述，確定單次噴淋時間為120s。

3.3 噴淋時間間隔

土工布干燥時間與溫度有關，溫度越高，干燥時間越短。為保證混凝土表面長期處于濕潤狀態，須根據不同季節天氣情況確定相應的噴淋時間間隔。將濕度作為主要控制因素，當土工布無外力作用有溢水時，測得濕度約為50%；當土工布按壓有溢水時，測得濕度約為25%；當土工布按壓無溢水時，觸摸無水漬，混凝土表面顏色無明顯變化，測得濕度約為20%；當濕度<18%時，混凝土表面略發白。

根據施工要求，當日平均氣溫<5℃時，混凝土不得進行灑水養護，僅需考慮日平均氣溫>5℃時的土工布干燥時間，即混凝土表面濕度由50%降至20%的時間。根據土工布干燥時間試驗結果可確定噴淋時間間隔，當日平均氣溫為5～10℃時，噴淋時間間隔為360min；當日平均氣溫為10～15℃時，噴淋時間間隔為270min；當日平均氣溫為15～20℃時，噴淋時間間隔為180min；當日平均氣溫為20～25℃時，噴淋時間間隔為120min；當日平均氣溫為25～30℃時，噴淋時間間隔為60min；當日平均氣溫為30～35℃時，噴淋時間間隔為30min。

3.4 溫濕度閾值

由于土工布干燥時間隨溫度升高而縮短，為解決溫度較高時土工布出現的完全干燥問題，通過設定溫濕度閾值實現補充養護，即通過溫濕度傳感器實時感應并反饋控制水泵啟閉。試驗結果表明，當日平均氣溫為5～10℃時，溫度閾值為10℃；當日平均氣溫為10～15℃時，溫度閾值為15℃；當日平均氣溫為15～20℃時，溫度閾值為20℃；當日平均氣溫為20～25℃時，溫度閾值為25℃；當日平均氣溫為25～30℃時，溫度閾值為30℃；當日平均氣溫為30～35℃時，溫度閾值為35℃。為達到最優養護效果，取濕度閾值為20%。

當噴淋點濕度低于閾值、溫度高于閾值時，進行噴淋養護，噴淋時間為120s，可達到良好的養護效果。

4 養護效果分析

1)覆蓋土工布進行混凝土養護時，單次噴淋時間與未覆蓋土工布時相差較小，但噴淋時間間隔較長，表明覆蓋土工布養護更節水，具有一定經濟性。

2)經計算，本工程混凝土需灑水養護133d，智能噴淋養護系統一般可使用4年，按532d計，全套設備花費23 000元，則智能噴淋養護設備費用約為43元/d，而采用人工灑水養護的人工費用為200元/d(暫不考慮人工價格上漲)，表明智能噴淋養護系統更經濟。

3)施工完成的混凝土面層合格率>90.0%，混凝土表面平整度較好，光潔度較高(見圖5)。

圖5 混凝土表觀質量

5 結語

混凝土智能噴淋養護系統在蘇州港太倉港區四期碼頭工程中的應用，為該系統在水運工程中的應用提供參考。智能噴淋養護系統可依據現場養護混凝土面積靈活增減噴淋點，實現全覆蓋噴淋養護。當噴淋點濕度低于閾值、溫度高于閾值時，可進行120s噴淋養護。通過溫濕度傳感器實時感應并反饋控制水泵啟閉，可排除人為因素的影響，解決傳統人工灑水養護方式隨意性大、浪費嚴重的問題。智能噴淋養護系統實際應用效果良好，可提高混凝土養護效率、表觀質量等，使混凝土面層合格率>90.0%，且該系統操作方便、經濟合理，具有一定推廣應用價值。