吳 奕，姜 華，唐 建

(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙 410015)

0 引言

目前水泥砼廣泛應(yīng)用于高速公路建設(shè)、大型橋梁和建筑工程中，水泥砼的質(zhì)量好壞決定了工程建設(shè)的質(zhì)量。水泥砼的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件對(duì)其強(qiáng)度發(fā)展要求以及耐久性能有著重要的作用。水泥砼是水硬性材料，溫度和濕度是水泥砼水化和硬化的重要影響因素。建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)技術(shù)系統(tǒng)，按照規(guī)范要求有效的控制溫濕度范圍，對(duì)于混凝土強(qiáng)度及耐久性等技術(shù)指標(biāo)有重要的影響。

1 水泥砼標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的規(guī)范要求

水泥混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)養(yǎng)室)是對(duì)混凝土試件在特定溫度和濕度條件下，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的專用房屋［1］。試驗(yàn)證明:溫度和濕度是對(duì)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展起決定作用的兩大因素，溫度、濕度偏差越小，強(qiáng)度數(shù)據(jù)的可比性就越好［2］。

1)根據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30—2005)中規(guī)定，混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的條件為:溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度在95%以上［3］。

2)水泥砼試件應(yīng)擺放至專門存放混凝土試件的支架上，每個(gè)試件之間的距離應(yīng)保持在10 ～20 mm 之間，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的齡期為28 d，試件的表面應(yīng)保持潮濕的狀態(tài)。

3)統(tǒng)一為每個(gè)試件樣本進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)及時(shí)作好記錄，如發(fā)現(xiàn)標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)溫度、濕度沒有達(dá)到要求，應(yīng)及時(shí)上報(bào)并采取措施。另外，實(shí)驗(yàn)人員在標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)的停留時(shí)間不宜過長。

2 目前水泥砼的養(yǎng)生方式及存在的問題

2.1 水泥砼試件的浸泡養(yǎng)護(hù)［4］

這是最早的養(yǎng)護(hù)方案之一，該方法在夏季利用空調(diào)降低標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)的溫度，冬季利用加熱管調(diào)節(jié)溫度對(duì)水泥砼進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。由于養(yǎng)護(hù)池中的水深不同，通過空調(diào)降溫和加熱管升溫的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，水溫調(diào)整不均勻并且溫度傳遞較慢，另外養(yǎng)護(hù)的溫度難以控制在(20±2)℃之內(nèi)，影響?zhàn)B護(hù)質(zhì)量。試件浸泡在清水中，砼中的一部分Ca(OH)2會(huì)溶解在水中，就會(huì)影響水泥砼試件的強(qiáng)度。這種養(yǎng)護(hù)方式達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的要求，現(xiàn)已基本淘汰。

2.2 水泥砼試件的蒸汽養(yǎng)護(hù)［5］

蒸汽養(yǎng)護(hù)主要體現(xiàn)在冬季利用蒸汽設(shè)備對(duì)水泥砼進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。該設(shè)備對(duì)水進(jìn)行加熱，水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)對(duì)標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于水蒸氣的密度較空氣的密度小，水蒸氣懸浮于標(biāo)養(yǎng)室上空，導(dǎo)致上下溫差較大，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的效果，因此不采用該方法。

2.3 水泥砼試件的噴淋養(yǎng)護(hù)

在標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)安裝噴淋裝置，通過噴頭將水噴灑于養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，對(duì)試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。該方法基本能保證標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)所需的溫度和濕度，但是噴淋很難將水霧化，試件在加濕過程處于淋浴狀態(tài)，影響試件總體質(zhì)量，且用水量較大，市場(chǎng)主流養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)能耗高，噪音大。噴淋依靠人工控制水閥，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

3 標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水泥砼的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室應(yīng)符合國家的最新規(guī)范，為解決上述系統(tǒng)存在的弊端，本項(xiàng)目采用工業(yè)恒溫箱、工業(yè)超聲波霧化加濕器、智能采集控制箱等設(shè)備，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合傳感技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)適用于水泥砼試件的綜合性養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。

3.1 標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)主要設(shè)備配置

水泥砼標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的主要配置(圖1)有:

1)工業(yè)溫濕度傳感器;

2)工業(yè)恒溫箱;

3)工業(yè)超聲波霧化加濕器;

4)智能采集控制箱;

5)激光掃描儀;

6)智能開關(guān)電磁閥。

圖1 標(biāo)養(yǎng)室設(shè)備配置圖

3.2 水泥砼養(yǎng)護(hù)配置功能實(shí)現(xiàn)

1)水泥砼的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)根據(jù)試件的數(shù)量，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室空間的大小確定養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安裝。該系統(tǒng)設(shè)備能對(duì)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的溫度和濕度，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直觀的顯示在液晶顯示屏上。

2)在標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)設(shè)置所需溫度和濕度控制值范圍，由工業(yè)溫濕度傳感器采集標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行計(jì)算［6］。如果其計(jì)算值超過或小于控制值范圍，則會(huì)及時(shí)警報(bào)提示，并且通過系統(tǒng)智能控制空調(diào)的溫度以及工業(yè)超聲波霧化加濕設(shè)備進(jìn)行濕度補(bǔ)償，在短的時(shí)間內(nèi)使標(biāo)養(yǎng)室的溫濕度達(dá)到控制要求。

3)通過系統(tǒng)設(shè)置監(jiān)測(cè)周期，能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集并記錄各個(gè)點(diǎn)位的溫度和濕度，將所采集的數(shù)據(jù)分別繪制成溫度變化曲線和濕度變化曲線，也可向用戶提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，根據(jù)用戶的需要自動(dòng)生成監(jiān)測(cè)報(bào)告，并將監(jiān)測(cè)報(bào)告打印。用戶也可使用外部移動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備拷貝系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)，便于用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3.3 標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)

標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)包括一個(gè)主控制單元、上位機(jī)采集單元和溫濕度調(diào)節(jié)單元(圖2)。其中主控單元由主控制電路、液晶顯示器接口電路、按鍵輸入電路、水位檢測(cè)電路、電源電路組成。上位機(jī)采集單元由串口通信接口電路、工控機(jī)組成。溫濕度調(diào)節(jié)單元由兩路超聲波加濕器開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、超聲波加濕器、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、水位閥門開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、閥門、四路溫濕度傳感器接口電路、溫濕度傳感器組成(圖3)。

圖2 標(biāo)養(yǎng)室系統(tǒng)單元組成

圖3 標(biāo)養(yǎng)室系統(tǒng)布置圖

3.3.1 溫濕度控制技術(shù)

溫濕度控制技術(shù)主要由溫濕度調(diào)節(jié)單元控制。在標(biāo)養(yǎng)室中不同點(diǎn)位安置多個(gè)溫濕度傳感器，溫濕度信息采集后經(jīng)過單片機(jī)的濾波處理，將溫濕度采集的信息以及工業(yè)恒溫箱、超聲波加濕器和加水閥門等設(shè)備狀態(tài)信息通過工業(yè)RS485 串口總線發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)上，再通過互聯(lián)網(wǎng)將信息直接上傳到遠(yuǎn)程中心服務(wù)器保存及顯示。該系統(tǒng)通過主控板設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度和濕度范圍與當(dāng)前做采集的溫度和濕度相比較，如果當(dāng)前采集的溫度和濕度分別接近設(shè)定的上下極限值，則會(huì)通過工業(yè)恒溫箱和工業(yè)超聲波霧化加濕器自動(dòng)對(duì)標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行升溫、降溫、加濕處理，從而會(huì)加快標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)頻率，當(dāng)監(jiān)測(cè)的溫度和濕度值處于正常值范圍之內(nèi)時(shí)會(huì)自動(dòng)停止工業(yè)恒溫箱和工業(yè)超聲波霧化加濕器的工作。最后系統(tǒng)將溫濕度采集信息繪制成曲線，以及歷史曲線和保存歷史記錄顯示于客戶端，也可根據(jù)用戶的需要拷貝和打印數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)告(圖4 主程序流程圖)。

圖4 主程序流程圖

3.3.2 水位檢測(cè)技術(shù)

水位檢測(cè)技術(shù)由主控制單元控制。標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)的液位檢測(cè)器按照設(shè)置的時(shí)間頻率檢測(cè)容器內(nèi)是否有水，如果檢測(cè)容器內(nèi)已充滿水，水控制閥門則會(huì)一直處于關(guān)閉狀態(tài)。如果檢測(cè)容器內(nèi)水量不足，就會(huì)啟動(dòng)水控制閥門自動(dòng)給容器加水，此時(shí)會(huì)開啟定時(shí)器給加水時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，加水時(shí)間根據(jù)容器的體積確定，計(jì)時(shí)單位信息為分鐘，當(dāng)容器內(nèi)部水量達(dá)到要求時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉水控制閥門。一旦加水時(shí)間超過設(shè)定的加水時(shí)間，此時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉超聲波加濕器以及啟動(dòng)報(bào)警電路裝置，提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員檢查水源和開關(guān)問題。

3.3.3 按鍵輸入及液晶顯示原理

按鍵輸入以及液晶顯示原理通過主控制單元控制。為方便使用者控制信息的輸入，手控端設(shè)置4個(gè)按鍵分別為:退出鍵、向上翻鍵、向下翻鍵和菜單鍵，通過4 個(gè)鍵對(duì)需要的信息進(jìn)行輸入、修改、查看、刪除和確定等處理。通過中央處理器外接LCD12864 液晶顯示器，進(jìn)行人際交互界面。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前采集的溫濕度、修改溫濕度的范圍、確定加水時(shí)間和溫濕度采集時(shí)間等信息參數(shù)。

4 結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果證明，標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)水泥砼智能養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)已基本達(dá)到智能化、信息化監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)目的。該系統(tǒng)通過多方位、合理布置溫濕度傳感器能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)記錄標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)溫度值和濕度值，采用工業(yè)恒溫箱和超聲波加濕器補(bǔ)給標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)溫度和濕度，保證了室內(nèi)各個(gè)角落的溫度和水汽分布均勻，將標(biāo)養(yǎng)室的溫度控制在(20±2)℃，相對(duì)濕度控制在≥95%以上，完全滿足國家規(guī)范要求。標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)水泥砼智能養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行智能化管理，不僅有效的節(jié)約了水、電能耗的消耗，并且大量減少了所需的人力物力資源，提高了水泥砼養(yǎng)護(hù)的工作效率。

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