（中交二公局铁路工程有限公司，陕西，西安，710000）
Based on the analysis of intelligent maintenance precast beam field energy conservation and emissions reduction
Qin Fang
(CCCC-SHEC Railway Engineering Co.,Ltd. xi 'an 710000)
【摘 要】采用传统人工养护方式养护预制混凝土桥梁，在养护的及时性、科学性、规范性方面均存在诸多的缺陷，而采用智能养护技术不仅可以解决上述问题，相比于传统人工养护在节能减排上更具有优势。本文对智能养护技术原理、节能原理进行了阐述，重点对采用智能养护技术相比传统养护方式在节电、节水、节省人工三大方面进行了比较研究。
【关键词】桥梁；混凝土；智能养护；节能减排
【Abstract】the traditional artificial maintenance way maintenance precast concrete bridge, the maintenance of timeliness, there exist many defects, scientific, normative and adopting intelligent maintenance technology can not only solve the above problems, compared with the traditional artificial maintenance has more advantage on energy conservation and emissions reduction. In this paper, the principle of intelligent maintenance technology, the energy conservation principle, key technology of intelligent maintenance compared with the traditional maintenance mode in electricity saving, water saving, save artificial three aspects has carried on the comparative study.
工程概况
中交第二公路工程局有限公司婺源制梁场，承担新建九景衢铁路辽源大桥（DK128+ 657）至白沙关大桥（DK222+406.5）范围内58座桥（5标29座，6标29座），2136片后张法预应力混凝土简支T型梁的预制施工任务。其中：2201型32mT梁1610片，2201型24mT梁294片，2209型32mT梁212片，2209型24mT梁20片。
桥梁预制构件因其施工过程流程化、安装施工的便捷性而得到广泛采用，采用集中预制的方式，更利于现场程序化流程管理，预制梁场混凝土梁的养护目前基本采用涮涂养护及或人工洒水养护的方式来完成的，因现行规范对混凝土的养护的规定表述没有明确的要求，因此混凝土的养护大多很不规范。养护剂养护方式对于表面积大和水灰比小的混凝土养护效果较差，相对于水养护而言，其强度和性能有所降低。人工洒水养护方式洒水的次数与频率都是基于人的主管判断来完成的，尤其夏季中午或晚上的混凝土洒水养护，完全取决于操作工人的责任性与管理者的监督是否到位，因而在混凝土养护过程中一些质量通病经常出现，且养护过程中洒水不规范、不洒水或过量洒水对水资源、电资源的浪费未引起现场管理者的重视。本文基于此，在引入智能化养护技术的基础上对混凝土养护施工采用智能养护技术的节能减排效率进行分析研究。
1．智能养护技术简介与节能减排原理
1.1 智能养护原理简介
智能养护系统由智能养护仪主机、无线测温测湿终端、养护终端（养护棚架与养护管路组成）。其通过养护终端-覆盖棚架内的无线测试终端实时监测养护温、湿度条件，由智能养护仪主机中央处理器根据监测结果自动分析判断执行保温（降温）保湿养护动作。
系统还根据水泥混凝土水化过程热量释放规律设计相应的程序控制，可适时改变养护频率与喷淋强度以保证水化热的平稳释放。
一台养护仪主机可同时进行6～8处混凝土构件的养护，每处可根据不同养护龄期自动对应不同阶段的养护程序，各通道公用压力输送与测控设备、相冲时按照达到养护条件先后顺序自动排队。
1.2 变频节能的原理
根据流体力学的基本定律可知：水泵类负载是典型的平方转距负载，其主要特点是：转速n与转矩T以及负载功率P具有如下关系：T∝n2，P∝n3。即转矩与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。通常水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，所以，只要平均转速稍微下降一点，负载功率就下降得很快，从而达到节能效果。但采用电机直接起动方式时，由于转速无法调节，常用挡风板、阀门来调节流量，这样不仅造成能源的浪费而且由于过大的起动电流造成电网冲击和设备的震动及水锤现象。
采用变频器调速时，可以根据实际工艺需要方便地控制速度。例如：当电机转速为额定转速的80%时，负载功率为额定功率的（80%）的三次方，即50%左右。这样可见，转速下降二成，节能达四成多。同时，可以方便地实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。使用变频器避免了起动时对电网的冲击，降低设备故障率，消除震动和水锤现象，延长设备使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。
1.3 节水、节省人工原因
智能养护系统的配套使用汇流水池，将养护过程中喷淋在混凝土表面流下来的多余水通过梁体周边的汇流沟汇集至汇流池中，养护用水直接从汇流池中吸水经养护系统主机过滤后再次用于混凝土的养护，因此可以做到养护用水的最大可能节约循环利用。
同时智能养护系统只需要在养护开始与结束时人工移动设备、接通水电即可，在养护过程中只需要不定时进行数据查询等工作，从而节省了大量人工。
2．智能养护的工艺与传统养护工艺简介
2.1 智能养护的工艺流程
南方地区预制预应力构件主要进行张拉前7天的养护，智能养护将此养护过程分为三个阶段：第1阶段，密集养护期，第1天，昼间喷淋频率平均约为30 min/次，夜间喷淋频率平均约为60min/次，每次喷淋3min；第2阶段，第2-3天，昼间喷淋频率平均约为60min/次，夜间喷淋频率平均约为120min/次，每次喷淋3min；第3阶段，第4-7天，昼间喷淋频率平均约为120min/次，夜间喷淋频率平均约为180min/次，每次喷淋3min。
每片梁板7天养护周期时间控制养护次数为120次，表面温度超过40℃ 持续15min系统每片梁板7天养护强制喷淋增加的养护次数约为12.8次。另外考虑到养护周期内雨天等因素影响，湿度满足90%以上的要求，系统在时钟控制达到后也不会启动，对经验数据进行统计平均得到每片梁板养护周期内雨天减少的喷淋养护次数约为5.6次，整个养护周期内喷淋养护次数为：120+12.8-5.6= 127.2次。
2.2传统养护的工艺流程
传统养护施工人工洒水，按照完全按照施工要求进行计算。第1天洒水次数12次，平均每2小时1次；第2-3天为每天8次，平均每3小时一次；第4-7天为每天6次，平均为4小时一次，共累计洒水52次。每次人工洒水时间为10min左右（流程为沿梁板四周洒水和顶板洒水），此次数考虑的是现场传统养护较好的梁场，因32.6m T梁较高，顶板距离地面越2.5m，现场需要配置压力泵洒水，普遍使用的水泵流量为4m?/h,功率2.2kW，扬程28m。
3．智能养护节能减排计算
3.1 电能节省计算
3.1.1 智能养护耗能量计算过程
基本计算参数：电机功率1.5kW,变频满负荷50Hz,典型32.6m预制T梁喷淋养护水压0.28MPa,电机使用频率40.0Hz，水泵电机额定转速2880r/min。
（1）
n:转速，r/min；f：频率，Hz,额定功率工作下为50Hz;
P:次级对数,P=1；A:折减常数，此例为;2880/60/50x1=0.96;
养护过程中实际电机工作转速为：n=0.96x60x40/1=2304r/min
电机实际使用功率与电机转速关系如下：
（2）
W:功率,kW；n: 转速，r/min；C:常数，此例为：C=1.5/28803 =0.00521;
实际电机使用功率为：W=23043 x 0.0521=0.768KW
3.1.2 智能养护与传统养护耗能量比较
智能养护1片32.6m T梁耗能总量计算：
W总=N(次数)x时间（h）x W（实际使用功率）
=127.2 x 3/60 x 0.768=4.88kW.h
传统人工洒水养护耗能量：
W总=N(次数)x时间（h）x W（实际使用功率）
=48 x 10/60 x 2.2=17.60kW.h
3.2 用水节省计算
3.2.1 智能养护用水量计算
32.6m T梁采用雾化水汽进行喷洒，平均每次喷洒将表面完全湿润需要约120L（统计平均数据），为降低表面温度喷洒时间持续3min左右效果较好。智能养护采用雾化喷头进行养护，持续时间为3min，多级压力泵流量为4m?/h,每次喷淋用水量为200L，从表面流下来多余的水经汇流沟进入汇流池，除去蒸发、混凝土吸收和其它损失后约有35%的水回收，即70L水可循环使用，即每次喷淋用水约为130L。每片梁耗水：130Lx 127.2=16.5m?。
3.2.2 智能养护与传统养护耗能水量比较
智能养护每片梁耗水量：130Lx 127.2=16.5m?。
采用人工养护由于要达到保湿与降温的双重效果且每次喷洒的面积有限，所有每次养护的时间较长，一般不少于8-12min，按10min平均计算，养护一次用水量约为：10/60 x 4m?/h=666.7L,现场考虑循环回收使用25%，每片梁耗水量：666.7Lx 52x 0.75=26.00m?。
3.3 人工节省计算
智能养护只需要在养护过程中由于全过程智能化控制，无需人工干入，只需要在养护过程中搬动下设备，设备搬动频率一般是7天一次，养护管路每片梁搬动计60min。一个平均月产60片梁的预制梁场，按照30片/月的进度计算，需要配备专门的养护工人负责混凝土的养护施工，按照规范要求需要24小时进行养护，3班养护工人养护，每班1人，即需要3名工人轮岗，折算每天3.0个人工。采用智能养护方式，养护终端设备搬动总共计60小时,控制开关设备6小时，总计66小时。
4．智能养护与传统养护节能减排对比分析
表1 智能养护与传统养护节能减排比较
Table 1 Comparison Intelligent Curing and traditional Curing for Energy-saving and Emission-reduction
5．小结
本文简介了智能养护技术以及采用智能养护节能减排的技术原理，通过比较分析得到以下有结论：
（1）预制梁场采用智能化养护技术以后与传统人工养护相比，除了在养护施工质量上、养护的规范性、科学性上有极大提高以外，同时可实现节省电能、节约水资源和节省人工三大效益。
（2）用电节能得益于智能变频控制技术使用、恒压供水控制与养护管路合理布置产生雾化效果缩短喷淋时间；水的节能其主要通过养护用水循环利用以及雾化喷淋养护更容易使混凝土表面保湿来实现；人工的节能是由于采用智能控制代替人工控制，基本取代了传统的人工施工。
（3）混凝土的智能化养护技术与传统养护相比，不仅在节能减排上有较明显的效果，且由于智能化养护技术的应用，通过全过程自动监控与智能调节梁体混凝土周边温湿度条件，保证了混凝土水化热的平稳释放，最大可能的减少了温差裂缝、收缩裂缝的出现，混凝土强度可明显提高，有利于保证混凝土使用的安全性与延长混凝土使用寿命。相比于传统养护不当导致混凝土质量问题造成混凝土结构使用寿命缩短需拆除重建而言，间接的节能减排效果与社会经济意义更为重大。
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作者简介：
秦方（1986-），男，云南省师宗县人，名族：汉 职称：工程师，学历：大学本科。研究方向：施工管理。
论文作者:秦方
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/14
标签：混凝土论文; 智能论文; 喷淋论文; 节能论文; 转速论文; 平均论文; 功率论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;