智能控制技术在船闸闸室混凝土保湿养护中的应用

陆金伦，黎锦钊，彭耀蒋，陈德尚，张 飞

（广东省源天工程有限公司 广州 511340）

1 应用背景

众所周知，采取不同的养护方式会在很大程度上影响混凝土的强度和干缩应力［1］。因此，国内外工程技术人员和学者开始研究和运用自动化技术开展混凝土保湿养护，在结构混凝土表面或周边安装喷头、喷管，定时间隔循环养护［2-6］，养护质量有了明显提升。

某船闸为Ⅲ级通航建筑物，设计最大船舶等级为1 000 t 级，船闸规模为220 m×34 m×4.5 m。闸室采用钢筋混凝土整体式结构（见图1），净宽34.0 m，总长220 m，沿长度方向分段间距为11×17+16+17（m）。底板厚度3.5～4.0 m，纵向设置两条2 m 宽缝后浇带，中心间距26 m。边墩两侧闸墙内各布置一条输水廊道，在闸墙的上部高程设有3层空箱。

图1 某船闸闸室横剖面Fig.1 Cross Section of Lock Chamber of a Ship Lock（mm）

闸室主体工程混凝土浇筑基本在2018 年高温季节完成，温度裂缝、干缩裂缝将成为混凝土质量控制的关键问题。本文以船闸闸室为例，探讨不断上升复杂结构面混凝土保湿养护智能控制系统及其布置方式和适用性，以供更广泛推广参考。

2 船闸混凝土保湿养护智能控制参数和技术方法

混凝土保湿养护控制参数，包括养护龄期Yd、水温Tw和表层混凝土湿度标准Hs，以及间隔时间t1、喷淋时间t2［7］。综合《水运工程混凝土施工规范：JTS 202—2011》［8］和有关水工规范要求，并借鉴文献［7］的成功经验确定。取养护龄期Yd=28 d；湿度标准Hs=95%；养护水温Tw，船闸所在河流河水温度高温季节为25 ℃左右，可以采用河水喷淋养护，不专门控制水温。

根据有关文献及现场实际，确定闸室底板、闸墙和边墙侧面养护每次喷淋标准时间Tk=120 s。喷淋间隔时间t1的确定和智能控制技术见文献［7］。

3 闸室混凝土保湿养护智能控制系统布置

整体思路是闸室上升顶面采取软塑料管联接喷头、侧面采取固定于模板底部喷管与软塑料管联接方式的整体保湿养护智能控制喷淋系统布置，可以良好适应复杂船闸闸室混凝土浇筑不断上升，实现混凝土全养护期、全覆盖保湿养护。

针对船闸闸室结构特点，施工供水主管和供电线路沿闸室长度布置在墙外，将13个闸室段划分为4个养护单元，分区引入进行闸室混凝土保湿养护。以4#、5#、6#闸室段养护单元为例，从供水主管引入φ50 mm塑料水管，分3支进行3个闸室底板混凝土养护（见图2）。沿闸室底板纵向每10 m布置一条养护软塑料水管（首尾两根水管与单元边线距离5 m）共计5 条养护水管，每隔10 m 安装一自动旋转喷头。在两侧边墩顶部沿纵向各布置一条养护水管，每条养护水管上每10 m安装一自动旋转喷头，随混凝土浇筑上升。边墩侧墙悬挂一打孔养护水管，固定在模板底随之上滑养护浇筑混凝土。环境温湿度传感器、风速传感器安装在闸室外侧高地（见图3）。考虑到施工人员安全，选择低压（12 V）电磁阀，管径φ30 mm，布置在进水口前端，连接于施工供水管。

图2 闸室混凝土养护系统布置Fig.2 Arrangement of Concrete Curing System for Lock Chamber （mm）

图3 保湿养护智能控制系统Fig.3 Intelligent Control System for Moisturizing and Curing

其中某闸室右边墙混凝土浇筑时间为2018 年8 月16 日，8 月25 日拆模。8 月26 日上午在现场开始安装智能养护系统：水电采用船闸右岸的施工水电供应系统；智能控制系统集中安装在该闸室右边墙右岸高地的安全围栏旁（见图3）；温湿度、风速传感器固定于安全围栏和专柜上（见图3）；电磁阀和喷淋养护系统布置如图2所示。

在完成安装后，于2018 年8 月26 日下午在进行保湿养护智能控制系统调试。包括保湿养护控制系统的全面检查、智能控制效果检查、整体性能与安全性检查。通过保湿养护效果的检查、分析判断，修改喷淋系统布置和确定喷淋标准时间Tk，详见文献［7］。确认每次喷淋标准时间t2=Tk=120 s。由于新研制设备初次在船闸运用等原因，智能化养护设备设定湿度控制值取98%［7］。

4 智能保湿养护效果

在调试运行确定正常并初步运行2 d 取得经验后，于2018 年8 月28 日20：00 正常开始智能化保湿养护。整个保湿养护智能化控制时间为2018年8月28日20：00～9 月25 日20：00，持续时间28 d。保湿养护智能控制器检测结果如图4所示，由于电磁阀开、关的时间间隔一般都不足1.5 h，28 d的数据量巨大，图4⒝只整理了28 d 智能控制器实测闸室环境温度、湿度、风速曲线。11 闸室边墙侧面混凝土保湿养护智能化控制应用效果如图5所示。

图4 某闸室混凝土保湿养护智能控制器检测结果Fig.4 Test Results of Intelligent Controller for Moisture Retention and Curing of Concrete in a Lock Chamber

图5 某闸室边墙侧面混凝土保湿养护效果Fig.5 Moisturizing and Curing Effect of Concrete on the Side Wall of a Lock Chamber

根据该闸室边墙侧面混凝土保湿养护智能化控制成果，可知：

⑴8 月份船闸环境湿度在75%～85%之间变化，平均湿度大约80%，湿度较大。环境温度在23～28 ℃之间，平均25 ℃左右。由于船闸地势较低，风速较小，一般都小于4 m/s，即3级风力。

⑵电磁阀开关，每次打开电磁阀喷淋120 s，可以保障混凝土表面湿润，湿度达到100%。

⑶根据智能控制器采集闸室环境的温度、湿度、风速，自动计算混凝土养护面湿度，长期在98%以上，保持湿润状态。喷淋间歇时间一般在1.0～1.5 h之间，平均1.26 h，温度高、湿度低、风速大时间歇时间短［9］。

⑷保湿养护智能控制系统布置，可以适应复杂船闸闸室混凝土浇筑不断上升，实现混凝土全养护期、全覆盖保湿养护。图5表明，喷水管的喷孔密度适合，开始喷淋时即可较均匀达到整个混凝土表面，整个混凝土表面都是湿润的。再次打开电磁阀开始喷淋养护之前，混凝土养护面基本还处在较湿润状态，表面湿度在95%以上，混凝土得到良好的保湿养护［4］。

⑸通过对闸室混凝土采用智能保湿养护技术，有效保障了混凝土保湿养护质量，效果良好，有效控制了混凝土裂缝的产生，经监测检查，各部位未出现温度裂缝和龟裂。

5 结论

综合水运和水工有关规范要求，确定大型船闸闸室混凝土智能养护参数，结合工程实际提出上升顶面采取软塑料管联接喷头、侧面采取固定于模板底部喷管与软塑料管联接方式的整体保湿养护智能控制喷淋系统布置，可以良好适应复杂船闸闸室混凝土浇筑不断上升，实现混凝土全养护期、全覆盖保湿养护。智能控制技术运用于清远水利枢纽二线船闸混凝土保湿养护，确保了混凝土保湿养护质量，取得无表面裂缝良好效果，降低了劳动强度和节约人工费。