小型预制构件施工技术应用研究

李忠艳 苏 月 李瑞红

（南通职业大学建筑工程学院，江苏 南通 226007）

1 引言

随着我国高速公路建设的不断推进，预制构件的生产需求也随之增多，与此配套的建设标准也要相应提高，传统的人工生产模式显然不能适应目前的市场需求。采用质量好、效率高、成本低的全自动施工技术可以提高主要建设工序的施工效率，保证公路工程建设中预制构件的生产施工顺利展开，不仅是城市发展的需要，更是行业发展的客观规律。

深汕西高速改扩建项目起于陆丰潭西镇，对接深汕东高速公路，终于深圳市龙岗区，与惠盐高速公路对接，全长146.55公里。项目建成通车后将有效改善区域交通条件，对推动深汕特别合作区和粤港澳大湾区的经济社会发展发挥重要作用。本文就此工程背景下的高速公路小型预制构件施工技术的应用展开研究。

2 小型预制构件生产工艺

小型预制构件外形尺寸的良好程度对路基和边坡的排水顺畅度有重要影响。在传统的人工生产过程中，由于劳动强度大、布料不均、振动不匀、养护不够等因素易导致构件表面出现浮浆、气泡，甚至缺棱角等。小型构件自动化生产施工是在传统施工的基础上融合智能化技术，实现资源节约和产量提升，集成了可循环、可更换的循环发展产业模式，对高速公路防护工程标准件的施工产业具有节约资源、保证施工质量等优点。

2.1 小型预制件生产工艺流程

在生产混凝土预制构件前，技术管理人员应全面考察产品的应用需求，制定切实可行的生产方案，包括构件的尺寸、大小、用量等。按照制定好的生产计划，用货车将主要原材料运输到工厂，并经地泵称重复核后进入仓库。整个生产线可分为模具安装、混凝土拌制、布料机上料、混凝土浇筑振捣、振动脱模、翻转出库等主要工艺流程，详见图1。

图1 小型预制件生产工艺流程图

2.2 小型预制件生产流程及工艺技术

2.2.1 模具设计

设计开模时，模具必须具备承重能力，并且在光洁度、周转率和外形标准方面满足工艺生产需求，否则会出现产品质量不合格、不能满足自动化生产等问题。经过多次生产比对，模具采用高强加厚塑料模具，底部厚度大于3mm，侧边厚度大于4mm，塑模设计循环使用周期为100次。采用多块连体模具提高产量和效率，并通过加强筋增强结构强度。

模板进场后先进行清理，检查尺量有无变形情况，除锈打磨光洁，刷脱模剂拼装成型待用。浇筑前1小时左右用喷枪均匀喷涂脱模剂。混凝土强度上升至50% 即可拆模，拆模过程中应小心，确保不出现啃边、掉角、磕碰现象，脱模后清理模板，进入下一循环使用。

2.2.2 混凝土拌制

采用纯水泥配比进行多次实验调整，并根据掺加早强外加剂，缩短蒸养时间周期，加快施工进度。拌制混凝土配料时，各种衡器应确保准确，并在开盘之前检测砂石料的含水率，然后，根据实际情况调整水和砂石料的使用量，混凝土自全部材料装入拌和仓至开始出料的最短拌和时间不得少于2min。混凝土拌和均匀，满足标号要求，坍落度达标，不得有离析和泌水现象。

2.2.3 布料机上料

在布料机上方安装小型搅拌站，混凝土混合完毕后直接进入布料机。通过调整混凝土的布料量和布料输送速度，自动布料机可完成多种预制件模具的自动布料。

2.2.4 混凝土浇筑振捣

采用混凝土布料机+振动台组合布置，混凝土布料机用于预制构件环形生产线中，向预制件模具中进行混凝土布料。混凝土填入模具后，输送线携带振动台边输送边振捣，将模具内的水泥砂浆振动均匀，使气泡完全散尽，混凝土停止下沉，表面出现平坦、泛浆后送至下一工位。振捣过程中可辅以人工找平，并应随时检查模具，如有变形或松动，应及时采取措施补救。

2.2.5 蒸汽养护

蒸汽养护系统由蒸汽发生器、自动转运设备和温湿度控制系统组成。养护室内温湿度传感器采集养护数据，并将数据上传到环境监控云平台，平台通过分析采集数据来控制蒸汽发生器启停，从而确保养护室内的温湿度满足蒸养要求。

蒸养包括静置、加热、恒温和降温4个阶段：静置阶段从混凝土全部浇捣完毕开始计算至少2h；升温阶段的温度提升速度不得大于15℃/h，过程持续时间至少2h；恒温阶段的温度为55℃±2℃，且保持至少6h；降温阶段的降温速度不得大于10℃/h，且保持至少3h。

2.2.6 翻转脱模

翻转脱模系统的作用是把养护好的模具翻转后，放到脱模台上脱模。模具下架机将模具从托盘上取出，通过输送线将模具送到翻转取模区域。翻转取模区域由自动翻转平台、震床、自动取模区域组成。自动翻转平台将模具盒翻转后，输送至振床进行振动脱模，然后采用自动取模系统取模。

取模完成后，模具由人工运转到洗模区域进行模具清理。需用工具清理模具上的混凝土残渣，然后将模具清理干净，在特定工位喷涂脱模剂。喷涂时气雾均匀、喷涂全面无死角，多余脱模剂不应混入空气中。

2.2.7 自动码垛

码垛系统的作用是将脱模后的预制块通过码垛机械手进行码垛。预制块输送至码垛区域后，通过排序工位，利用气缸和挡板进行有效排序，从而实现机器人自动抓取预制件的码垛工艺。码放一层后，通过升降装置进行第二层的码放作业。构件码放高度不超过0.8m，码放构件重量不超过2t。

完成码垛后，采用专业的手持式气动打包机进行人工穿线收紧，流转至下架位置处，叉车运至存储现场进行自然养护。

3 小型预制件自动生产线布置施工方案

结合小型预制件的生产需要和环境要求，引入立体自动养护库以降低小型预制件生产对场地的要求。同时，根据小型预制件的生产工艺要求，将蒸养系统和立体堆垛库有机结合；降低生产节拍、降低养护时间；出入库时采用特殊的对垒方式和转运方式，大大提高了立体堆垛库的利用率；在小型预制件出库时引入机器人码垛系统，在有限的成本下提高整个生产流程的自动化程度，降低人工需求、减少人工劳动强度。

整个流水线由布料区域、上架区、蒸养护库区、下架区、翻转取模区、机器人码垛区、打包区和人工码垛区组成。

3.1 布料震床及模具流转部分

混凝土进料采用小型搅拌站直接连续注料方式，小型搅拌站置于厂房上端，采用混凝土下流管道至布料机。

布料机采用全自动方式运行，根据不同模具方量不同，预先设置好布料方量及模具输送速度，即可完成自动布料；由于混凝土的含水量不同，单次布料量会存在差异，需要人工补料；布料流程如下：放模具→布料→出料至震床，实现混凝土物料的均匀混合；采用流水线方案可节省2台叉车和2个司机，同时，布料节拍不受叉车限制，可实现布料效率最大化。

3.2 上架区

上架区由升降平台、接货平台组成。其中，升降平台采用链条起升结构，配输送辊道；接货平台采用可以前后移动的升降平台，通过自身的旋转辊道将模具送至模具架上对应的位置。这种结构设计很好地实现了流转线和养护库堆垛机设备的完美对接，保证多品种模具进入模具架，模具架经过流转线进入养护库内；此结构性能稳定、维护少。

3.3 立体养护库系统

养护库系统由立体堆垛库和蒸汽养护系统组成，实现初凝堆放和蒸汽养生在同一地点。立体仓库由耐腐蚀货架、穿梭车、堆垛机、模具架组成，蒸汽养护库由蒸汽发生机、管道、蒸汽棚组成。

3.4 下架区

蒸汽养护时间完成后，由堆垛机将模具托盘从巷道里取出，经堆垛机运送到托盘回流线上，进入下架区，下架区由升降平台和取货平台组成：升降平台采用链条起升结构，配输送辊道；取货平台采用可以前后移动的升降平台，通过自身的输送辊道将模具从模具架上取出。

3.5 取模翻转区

模具下架机将模具从托盘上取出，并通过流水线将模具送到翻转取模区域。翻转取模区域由自动翻转平台、震床、取模区域组成。

自动翻转平台采用双面辊道设计，模具盒翻转后实现同步进出料；震床采用变频控制，可以由操作人员在触摸屏预设频率，可实现变频调震；取模区采用自动取模，取模完成后，模具由人工运转到洗模区域。

3.6 机器人码垛区

机器人码垛区域分为排序工位和机器人抓取工位。排序工位利用气缸与挡板相配合，结合传感器实现抓取的定位；选用国外知名品牌的机器人，采用一套抓手模具，实现小构件的抓取。

3.7 打包区

在码垛托盘流转线上实现无托盘打包，码垛盘采用专业设计，码垛盘流转线采用回字设计，设有码垛、打包、下架三个工位，每个工位有缓存区。采用专业的手持式打包机进行人工穿线收紧，流转至下架位置，叉车运至存储现场。

4 结语

本文针对在深汕西高速改扩建项目中使用高速公路防护工程小型预制构件生产工艺流程和生产线布置施工方案进行研究，综上研究所述，小型预制构件的自动化生产技术具有施工快捷、安全实用、节约资源、保证质量等优点，可应用于公路防护工程中数量多、规模大且结构形式多样的小型预制构件施工。随着该项技术的不断应用与完善，相信我国高速公路建设也将达到一个新的高度。