混凝土智能喷淋养护系统在水运工程中的应用

戴志培，嵇 静

(中交三航局第三工程有限公司，江苏 南京 210011)

1 工程概况

苏州港太仓港区四期码头工程总建筑面积80 000m2，码头全长1 292m，宽36m，共19个分段，每个分段长68m。变电所平台尺寸为60m×17m(长×宽)，水手间平台尺寸为23m×17m(长×宽)。共5座引桥，编号为4～8，分别长167.38，167.89，167.82，167.79，168.11m。除6号引桥宽24m外，其余引桥宽16m。

2 智能喷淋养护系统

目前，大多数水运工程仍采用覆盖土工布人工洒水的方式养护混凝土。由于施工人员素质参差不齐，混凝土养护质量难以得到有效控制，为此，需采用智能喷淋养护系统。

智能喷淋养护系统除可进行定时定量喷淋养护外，还可通过设定温湿度阈值实现补充养护，通过系统自带温湿度传感器进行监测，并将数据实时上传至手机APP，工作人员可通过手机APP设定单次喷淋时间、喷淋时间间隔及温湿度阈值。可通过自动启闭喷淋系统应对多变的气候环境，更适用于水运工程。智能喷淋养护系统可依据现场养护混凝土面积灵活增减喷淋点，实现全覆盖喷淋养护。当养护范围发生变化时，可将智能控制系统和输水设备移至新养护区，直接抽取长江水，经检验合格后进行喷淋养护，无须设置储水及加压装置。

智能喷淋养护系统中的智能控制系统包括温湿度传感器、显示器、便携式路由器、智能网关、智能插座(见图1)。输水设备包括进水主管、出水主管、出水支管、可移动式蝶形喷淋底座、水泵、喷头支架、水压力旋转雾化喷头(见图2)。进水主管、出水主管、出水支管、可移动式蝶形喷淋底座均采用硬质抗高压塑料，水泵与进水主管和出水主管、出水支管与出水主管和可移动式蝶形喷淋底座均通过抱箍夹紧，可移动式蝶形喷淋底座与喷头支架通过螺栓拧紧。喷头支架与水压力旋转雾化喷头采用一体化设计，可最大程度抵抗水压力，且构件拆卸方便。

图1 智能控制系统示意

图2 输水设备示意

智能插座通过红外线控制，与温湿度传感器、智能网关联动。湿度传感器贴在混凝土表面，用于监测养护湿度。通过温度传感器红外线感应面层控制养护温度，并通过智能网关上传监测数据。当喷淋点湿度低于阈值(以湿度控制为主)、温度高于阈值时，插座通电，水泵抽水开始喷淋养护，达到设计喷淋时间后关闭水泵，继续监测温湿度，保证混凝土表面处于湿润状态，提高混凝土养护质量和表观质量。

3 系统参数设置

3.1 喷淋点平面布置

以5号引桥为例(见图3)，根据施工进度，选择Y1a～Y7面层开展试验。考虑风力等外界因素的影响，沿引桥宽度方向布置3排喷淋点，沿引桥长度方向每隔8m布置1个喷淋点，共设置36个喷淋点(见图4)。试验结果表明，当水泵连接36个喷头时，每个喷淋点喷淋半径为6m，最佳喷淋点间距为8m，可完全覆盖养护工作面，适用于有风的室外环境。

图3 5号引桥面层示意

图4 喷淋点平面布置

3.2 单次喷淋时间

须根据土工布完全湿润、按压有溢水且无外力作用时无多余水溢流确定单次喷淋时间，确保面层混凝土养护处于适宜条件，提高混凝土养护效率。试验结果表明，当达到土工布表层湿润时，单次喷淋时间须为120s；当土工布按压无溢水时，单次喷淋时间为360s；当土工布按压有溢水时，单次喷淋时间为540s；当土工布无外力作用有溢水时，单次喷淋时间为720s；当土工布由表层湿润转变为按压无溢水时，单次喷淋时间为100s；当土工布由按压无溢水转变为按压有溢水时，单次喷淋时间为60s；当土工布由按压有溢水转变为无外力作用有溢水时，单次喷淋时间为97s。综上所述，确定单次喷淋时间为120s。

3.3 喷淋时间间隔

土工布干燥时间与温度有关，温度越高，干燥时间越短。为保证混凝土表面长期处于湿润状态，须根据不同季节天气情况确定相应的喷淋时间间隔。将湿度作为主要控制因素，当土工布无外力作用有溢水时，测得湿度约为50%；当土工布按压有溢水时，测得湿度约为25%；当土工布按压无溢水时，触摸无水渍，混凝土表面颜色无明显变化，测得湿度约为20%；当湿度<18%时，混凝土表面略发白。

根据施工要求，当日平均气温<5℃时，混凝土不得进行洒水养护，仅需考虑日平均气温>5℃时的土工布干燥时间，即混凝土表面湿度由50%降至20%的时间。根据土工布干燥时间试验结果可确定喷淋时间间隔，当日平均气温为5～10℃时，喷淋时间间隔为360min；当日平均气温为10～15℃时，喷淋时间间隔为270min；当日平均气温为15～20℃时，喷淋时间间隔为180min；当日平均气温为20～25℃时，喷淋时间间隔为120min；当日平均气温为25～30℃时，喷淋时间间隔为60min；当日平均气温为30～35℃时，喷淋时间间隔为30min。

3.4 温湿度阈值

由于土工布干燥时间随温度升高而缩短，为解决温度较高时土工布出现的完全干燥问题，通过设定温湿度阈值实现补充养护，即通过温湿度传感器实时感应并反馈控制水泵启闭。试验结果表明，当日平均气温为5～10℃时，温度阈值为10℃；当日平均气温为10～15℃时，温度阈值为15℃；当日平均气温为15～20℃时，温度阈值为20℃；当日平均气温为20～25℃时，温度阈值为25℃；当日平均气温为25～30℃时，温度阈值为30℃；当日平均气温为30～35℃时，温度阈值为35℃。为达到最优养护效果，取湿度阈值为20%。

当喷淋点湿度低于阈值、温度高于阈值时，进行喷淋养护，喷淋时间为120s，可达到良好的养护效果。

4 养护效果分析

1)覆盖土工布进行混凝土养护时，单次喷淋时间与未覆盖土工布时相差较小，但喷淋时间间隔较长，表明覆盖土工布养护更节水，具有一定经济性。

2)经计算，本工程混凝土需洒水养护133d，智能喷淋养护系统一般可使用4年，按532d计，全套设备花费23 000元，则智能喷淋养护设备费用约为43元/d，而采用人工洒水养护的人工费用为200元/d(暂不考虑人工价格上涨)，表明智能喷淋养护系统更经济。

3)施工完成的混凝土面层合格率>90.0%，混凝土表面平整度较好，光洁度较高(见图5)。

图5 混凝土表观质量

5 结语

混凝土智能喷淋养护系统在苏州港太仓港区四期码头工程中的应用，为该系统在水运工程中的应用提供参考。智能喷淋养护系统可依据现场养护混凝土面积灵活增减喷淋点，实现全覆盖喷淋养护。当喷淋点湿度低于阈值、温度高于阈值时，可进行120s喷淋养护。通过温湿度传感器实时感应并反馈控制水泵启闭，可排除人为因素的影响，解决传统人工洒水养护方式随意性大、浪费严重的问题。智能喷淋养护系统实际应用效果良好，可提高混凝土养护效率、表观质量等，使混凝土面层合格率>90.0%，且该系统操作方便、经济合理，具有一定推广应用价值。