CN107584644B - 温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，包括以下步骤：步骤1.布置混凝土表面保护层，选取和布置喷淋装置；步骤2.布置环境数据实时采集系统，实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；步骤3.智能化喷淋养护：步骤3‑1.确定喷淋时间；步骤3‑2.计算停止喷淋时间；采用计算机接收步骤2中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速，并根据此计算出停止喷淋时间：选取第I组公式或第II组公式相应环境气温下的公式中计算停止喷淋时间；步骤3‑3.循环养护：根据喷淋时间控制喷淋装置进行喷淋，并基于停止喷淋时间控制喷淋装置停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期。

Description

温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法

技术领域

本发明属于工程结构混凝土养护领域，具体涉及一种温湿风(温度、湿度、风速)耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法。

背景技术

混凝土养护是指混凝土浇筑后，因为水泥水化作用逐渐凝结硬化，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件，因此为了保证混凝土有适宜的硬化条件，使其强度不断增长而进行的养护。从湿度交换原理来说，养护必须保证混凝土内部具有足够的湿度、养护面混凝土与空气基本没有湿度交换，即养护必须保持混凝土的湿度，以下称为保湿养护。

混凝土的养护包括自然养护和蒸汽养护。具体有蒸汽法(包括箱梁蒸汽法)、自然养护法、养生液法、满水法、养护膜法。预制结构混凝土一般采用蒸汽法；现场浇筑混凝土一般采用自然养护法；对于不易洒水养护的异型混凝土结构有时采用养生液法或者养护膜法；满水法一般用于房屋楼梯、结构水平面混凝土养护。

自然养护法，一般都是对混凝土面人工浇水或者喷淋洒水。在实际工程中获得最为广泛采用，占90％以上的混凝土工程量。其优点是简单，普遍适用，能够有效补充水分进行养护，直观性强。但是，

(1)人工养护，技术落后，与信息化、智能化时代不相适应；

(2)现代人工费用高，养护费用高，不经济；

(3)人为性强，养护质量与人员责任心有关，质量保证率低，由此导致养护不足，大量工程混凝土表面产生微裂缝(三板溪水电站泄洪洞早期产生表面裂缝，后期在温度作用下贯穿)，后期裂缝处理费用高，延误工期，影响结构寿命；

(4)洒水规律性差，要么密度大用水量大造成浪费，要么密度不够养护质量差；

(5)养护部一定保湿，科学性差；

(6)没有智能化、智能化，没有科学理论方法支撑。

大型工程现场浇筑混凝土的养护，一般采用自然养护法。由于结构尺度和体积大(高、宽经常是在20m以上，甚至100m以上，图2)，除上述5方面问题外，洒水很难达到水工隧洞等地下工程的上部和顶部，较大区域不能得到有效养护，一些工程由此产生严重的混凝土裂缝，图1为三板溪水电站泄洪洞衬砌混凝土裂缝情况，而且明显是养护等不够的龟裂缝。

综合以上情况说明，目前普遍采用的混凝土养护方法，科学性差、技术落后、理论方法支撑不足、混凝土质量保障差、不经济，不能有效实现混凝土保湿养护目标。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种复杂环境结构混凝土保湿喷淋养护温湿风(温度、湿度、风速)耦合智能化方法，能够确保混凝土养护质量，科学实现混凝土保湿养护。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.布置混凝土表面保护层，选取和布置喷淋装置；

步骤2.布置环境数据实时采集系统，实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；

步骤3.智能化喷淋养护：

步骤3-1.确定喷淋时间Tk；

步骤3-2.计算停止喷淋时间Tb；

采用计算机接收步骤2中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取第I组公式或第II组公式中，相应气温下的公式计算停止喷淋时间Tb；例如，环境气温为20℃，则选择公式(I1)或公式(II1)；

步骤3-3.循环养护：采用计算机根据喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并基于停止喷淋时间Tb控制喷淋装置停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期，

其中，在步骤3-2中，第I组公式为：

气温20±5℃：Tb＝EXP(5.69-0.146F-3.76Sk+0.0038FSk+0.0023F²+6.023Sk²)(I1)

气温30±5℃：Tb＝EXP(4.82-0.1382F-4.11Sk+0.0026FSk+0.0022F²+6.337Sk²)(I2)

气温40±5℃：Tb＝EXP(3.77-0.136F-3.59Sk-0.003FSk+0.0024F²+6.018Sk²)(I3)

气温50±5℃：Tb＝EXP(3.45-0.14F-3.53Sk-0.0011FSk+0.0024F²+5.921Sk²)(I4)

第II组公式为：

气温20±5℃：Tb＝EXP(4.43-0.15F-2.28Sk+0.0052FSk+0.0025F²+4.447Sk²)(II1)

气温30±5℃：Tb＝EXP(3.6-0.141F-2.86Sk-0.002FSk+0.0024F²+5.146Sk²)(II2)

气温40±5℃：Tb＝EXP(2.66-0.14F-2.78Sk-0.0016FSk+0.0024F²+5.0984Sk²)(II3)

气温50±5℃：Tb＝EXP(2.36-0.146F-2.72Sk+0.008FSk+0.0024F2+4.952Sk2)(II4)

以上公式中：F为环境风速；T为环境空气温度；S_k为环境空气湿度，

在第I组公式中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；在第II组公式中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间。

本发明提供的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，为测量环境空气温度，是将气温传感器安装在混凝土养护面，并与计算机相通信连接；为测量空气湿度，是将湿度传感器安装在混凝土养护面，并与计算机相通信连接；为测量风速，是将风速测量及数据传输装置安装在混凝土养护面或者风速等同的便于安装的平地上，并将装置与计算机相通信连接。

本发明提供的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，在采用第I组公式计算停止喷淋时间Tb的情况下，按照停止喷淋时间Tb/1.5控制喷淋装置停止喷淋。

本发明提供的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，还可以具有以下特征：在工程各处混凝土养护面环境情况不一致的情况下，对于不同环境情况的混凝土养护面，都独立布置环境数据实时采集系统执行步骤2，并且独立进行智能化喷淋养护执行步骤3。

本发明提供的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，混凝土表面保护层为：敷设在混凝土养护面，并且具有保温、保湿效果的软质材料薄层。

本发明提供的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，喷淋装置包括喷水装置和相应的多个电磁阀。

发明的作用与效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明方法可以适用于任何温度、湿度、风速复杂作用环境进行自动化保湿养护系统设计，按照设计成果进行系统布置即可以保持混凝土湿度进行自动化养护。

(2)本发明方法科学实现混凝土面保湿养护。每次喷淋时间Tk，是保证混凝土面全部湿润、湿度达到100％的时间。每次停止喷水的时间Tb，是混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间，保证了混凝土表面湿度≥98％。而且计算停止喷水的时间Tb反映了环境空气温度、湿度、风速的影响。从而，在各种复杂环境都可以经济、科学实现混凝土面保湿养护。

(3)本发明方法科学实现自动化。每天都是按照设定开启养护面全部喷头(喷管)喷淋时间Tk和关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb循环，自动控制，进行混凝土面喷水保湿养护。无需人工控制。

(4)本发明可以灵活运用于各种大型复杂结构工程。对于直立、倾斜混凝土面或者直立与倾斜的组合混凝土面，可以根据保证各面都得到充分保湿养护布置单支或者多支喷管；对于水平面，或者水平与倾斜的组合混凝土面，可以根据保证各面都得到充分保湿养护布置单个或者多个喷头；对于复杂组合面，可以采用单支或者多支喷管与单个或者多个喷头的组合方式。这样，即可以灵活运用，保证各种复杂结构工程混凝土面都得到充分保湿养护。可以灵活运用于各种大型复杂结构现浇混凝土自动化保湿养护。

(5)本发明简单、经济、混凝土养护质量高。设备简单，制造和价格低廉。养护系统布置、安装和操作都非常简单。不需要人工控制，节约人工费。自动控制，没有人为影响。保湿养护，混凝土养护质量高。

附图说明

图1为背景技术中三板溪水电站泄洪洞衬砌混凝土裂缝情况示意图，其中(a)为整体情况示意图，(b)为局部放大图；

图2为背景技术中乌东德水电站导流洞进口和洞内断面；

图3为本发明实施例中温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法的流程图；

图4为本发明实施例中白鹤滩水电站泄洪洞上平段进口断面图；

图5为本发明实施例中混凝土湿度计算模型；

图6为本发明实施例中混凝土湿度随时间变化的曲线图(环境温度20℃，湿度20％，风速0m/s)；

图7为本发明实施例中白鹤滩水电站泄洪洞进口段边墙和底板衬砌混凝土保湿养护系统的结构示意图；

图8为本发明实施例中混凝土保湿喷淋养护智能化系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法具体实施方案进行详细地说明。

<实施例一>温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法

如图3所示，本实施例一所提供的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法包括以下步骤：

步骤1.布置混凝土表面保护层1，选取和布置喷淋装置。

这里混凝土表面保护层为：敷设在混凝土养护面，并且具有保温、保湿效果的软质材料薄层，它可以是土工布、麻布、草帘、塑料薄膜，以及其它软质材料。建议，水平或者倾斜面，夏季采用土工布、麻布、草帘等覆盖，重点是保湿，冬季在喷淋结束后采用塑料薄膜覆盖再用土工布、麻布、草帘等二次覆盖，保温保湿；铅直面，采用土工布覆盖，重点是保湿，冬季采用塑料薄膜覆盖，喷管安装在塑料薄膜与混凝土之间，保温保湿，尽可能在塑料薄膜覆盖再用土工布等二次覆盖保温。

喷淋装置包括喷水装置和相应的多个电磁阀。喷水装置选择与布置设计，依据混凝土养护面结构与形状、养护技术要求，参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》进行。一般情况下，对于直立、倾斜混凝土面或者直立与倾斜的组合混凝土面，可以根据保证各面都得到充分保湿养护布置单支或者多支喷管；对于水平面，或者水平与倾斜的组合混凝土面，可以根据保证各面都得到充分保湿养护布置单个或者多个喷头；对于复杂组合面，可以采用单支或者多支喷管与单个或者多个喷头的组合方式。分支喷水管,根据混凝土养护面大小(即用水量多少)采用Φ20～Φ50mm管，每隔200～500mm钻Φ2～5mm孔，一端与电磁阀3连接另外一端封闭，也可以是中间与电磁阀3连接两端封闭，根据现场布置确定。钻孔宜在同一平面，安装时全部朝向混凝土养护面，即喷水直对混凝土养护面。分支水管连接的喷头，依据供水管水压和仓面结构尺寸参考《喷灌工程设计手册》选择类型，每隔1000～10000mm布置一个，根据混凝土养护面大小和确保喷水均匀保湿设计或者现场布置确定。喷头也是朝向混凝土养护面，确保喷水均匀保湿，减少浪费。水管布置设计，依据混凝土养护面结构与形状、养护技术要求，参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》进行。由于施工工地情况经常变化，一般采取半固定管道式和移动管道式相结合。

电磁阀型式选择与布置，依据混凝土养护面结构与形状、养护技术要求，参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》进行。

步骤2.布置环境数据实时采集系统，实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速。

为了测量气温、空气湿度和风速，通常情况下，是将气温传感器、湿度传感器、以及风速传感器安装在混凝土养护面，并将它们与计算机相通信连接。另外，为了测量风速，还可以将风速测量及数据传输装置安装在风速等同的便于安装的平地上，并将装置与计算机相通信连接，当然也可以利用气象部门观测数据系统采集风速。

在一些特殊的环境下，例如：在环境为封闭无风的情况下，可以不安装风速采取及数据传输装置，直接令风速F＝0.1m/s。对于封闭的地下工程，可以不安装风速采取及数据传输装置，直接令风速F＝0.1m/s；进一步，在洞室温度稳定的情况下，同时可以不安装环境气温采集及传输装置，直接令环境空气温度T＝20℃。

步骤3.智能化喷淋养护：

步骤3-1.确定喷淋时间Tk：

一般可以根据喷淋养护布置，先在现场进行喷水试验，打开全部喷头(喷管)喷水，记录使得养护混凝土面全部足够湿润(混凝土湿度达到100％，表面全部有水)的时间Tsy，再乘以1.5的安全系数计算，即Tk＝1.5Tsy。也可以根据《喷灌工程设计手册》取养护面形成1mm降雨量进行计算(不计入渗量)。实际工程养护时，可以在首次现场喷淋观察确定。对于大型水电站，根据白鹤滩和乌东德水电站工程的大量实践，地下水工隧洞的边墙中等养护面(20m高度左右)，可以取Tk为5分钟；大坝混凝土仓面，可以取Tk为8分钟；其他小养护面可以取3分钟。

步骤3-2.计算停止喷淋时间Tb：

采用计算机接收步骤2中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取第I组公式或第II组公式相应环境气温下的公式中计算停止喷淋时间Tb；

第I组公式为：

气温20±5℃：Tb＝EXP(5.69-0.146F-3.76Sk+0.0038FSk+0.0023F²+6.023Sk²)(I1)

气温30±5℃：Tb＝EXP(4.82-0.1382F-4.11Sk+0.0026FSk+0.0022F²+6.337Sk²)(I2)

气温40±5℃：Tb＝EXP(3.77-0.136F-3.59Sk-0.003FSk+0.0024F²+6.018Sk²)(I3)

气温50±5℃：Tb＝EXP(3.45-0.14F-3.53Sk-0.0011FSk+0.0024F²+5.921Sk²)(I4)

第II组公式为：

气温20±5℃：Tb＝EXP(4.43-0.15F-2.28Sk+0.0052FSk+0.0025F²+4.447Sk²)(II1)

气温30±5℃：Tb＝EXP(3.6-0.141F-2.86Sk-0.002FSk+0.0024F²+5.146Sk²)(II2)

气温40±5℃：Tb＝EXP(2.66-0.14F-2.78Sk-0.0016FSk+0.0024F²+5.0984Sk²)(II3)

气温50±5℃：Tb＝EXP(2.36-0.146F-2.72Sk+0.008FSk+0.0024F2+4.952Sk2)(II4)

以上公式中：F为环境风速，m/s；T为环境空气温度；S_k为环境空气湿度，

在第I组公式中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；在第II组公式中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间。

一般情况下，都采用第I组公式计算停止喷淋时间Tb；为确保混凝土的湿度，宜留有一定的安全裕度，因此，在对质量要求比较严格的情况下，在采用第I组公式计算停止喷淋时间Tb的情况下，按照停止喷淋时间Tb/1.5控制喷淋装置停止喷淋；而对于特别重要的工程，或者质量要求非常严格、工程环境恶劣的情况下，采用第II组公式计算停止喷淋时间Tb。使用过程中，可根据实际情况选用相应的公式进行计算。

步骤3-3.循环养护：采用计算机根据喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并按照停止喷淋时间Tb控制喷淋装置停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期。

本实施例中，计算机是安装在控制柜中的保湿养护智能控制器(含微电脑时控开关)，它通过电缆与中的电磁阀连接，按照打开开关喷淋时间Tk、停止喷淋时间Tb不断循环，一直至养护龄期(根据水工混凝土施工规范，一般混凝土结构采用28d)。其中，计算停止喷淋时间Tb的环境温度、湿度、风速，由环境数据采集系统采集，并通过电缆输送给计算机，计算机利用这些采集数据计算停止喷淋时间Tb。

保湿喷淋养护自动化系统安装，包括混凝土表面保护、水管、电磁阀、喷水管或者喷头、微电脑时控开关及其控制柜、电缆等。混凝土表面保护和水管，按照设计安装：电磁阀前端与施工用水供水管连接，后端与喷水装置连接，用于控制水的开、关。电磁阀的开、关，由控制柜内部安装的微电脑时控开关控制，即由微电脑时控开关通过控制连接电磁阀的电缆是否供电实现。微电脑时控开关，按照计算开启养护面全部喷头(喷管)喷淋时间Tk和关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb循环，实现自动控制。控制柜的电缆由施工电缆供电，必须按照电路安全要求布置与连接。控制柜必须固定安装在安全、不受到施工、喷水等影响的位置。

另外，在工程各处混凝土养护面环境情况不一致的情况下，对于不同环境情况的混凝土养护面，都独立布置环境数据实时采集系统执行步骤2，并且独立进行智能化喷淋养护执行步骤3。

<实施例二>白鹤滩水电站泄洪洞无压段衬砌混凝土保湿喷淋养护智能化

(1)基本资料

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，是长江开发治理的控制性工程。电站装机容量14004MW，多年平均发电量602.41亿kW·h，是全世界第2大水电站(仅次于三峡)。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289.0m。泄洪设施包括大坝的6个表孔、7个深孔和左岸的3条泄洪隧洞。地下厂房系统采用首部开发方案，分别对称布置在左、右两岸，厂房内各安装8台水轮发电机组。

如图4所示，泄洪洞洞身上平段，城门洞形断面，衬砌厚度2.5m，沿泄洪洞轴线方向每隔12m设置环向施工分缝，Ⅲ类围岩，衬砌结构的底板和边墙为C₉₀40低热水泥混凝土，顶拱为C₉₀30低热水泥混凝土。混凝土浇筑温度18℃。采用常温自来水养护。衬砌混凝土分3期浇筑，先浇边墙(12m+2.5m)，30天后浇顶拱，然后浇筑底板(15m)。低热水泥混凝土养护龄期要求60天。洞内气温20℃左右，无风。

白鹤滩多年平均气温21.9℃，极端最高气温42.7℃，极端最低气温2.1℃。平均相对湿度为66％，最小的相对湿度值仅为2％。平均风速1.9m/s，最大风速值能达到12.8m/s，常年7级风较多，达200多天发生，有时风速甚至可以达到11级。以浇筑在岩基面、暴露于空气的5m厚度6面体C₉₀30混凝土建立三维有限元模型(图5)，共划分23373个节点和20506个单元，进行具有代表性的环境温度20℃、30℃、40℃、50℃情况，不同空气湿度30％、45％、60％、75％、90％与不同风速等级情况混凝土湿度场仿真计算，Tb结果列于表1。为直观，取环境温度20℃、相对湿度20％、风速为0m/s条件下距离表面不同深度混凝土的湿度随时间的演变过程示于图6。对于表1的数据，采用三维有限元法仿真计算，获得结果与第I组公式和第II组公式一致。

表1不同湿度、风速条件混凝土表层Tb(环境温度20℃)

表2不同湿度、风速条件混凝土表层Tb(环境温度30℃)

表3不同湿度、风速条件混凝土表层Tb(环境温度40℃)

表4不同湿度、风速条件混凝土表层Tb(环境温度50℃)

(2)保湿养护前端系统布置设

混凝土表面保护层1设计。根据泄洪洞结构特点和保湿养护要求，顶拱采取喷涂养护剂养护方式，边墙和底板采用保湿喷淋养护智能化方式。4月浇筑混凝土，洞内气温20℃左右。顶拱，不进行表面保护；边墙，在喷淋水管布置的部位(在边墙顶部)及其以下1.0m范围挂土工布，重点是让流水均匀化；底板，整个表面铺设土工布，重点是保湿。

喷水装置4的选择与布置设计。参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》进行。边墙是单一直立面，布置单支喷管；底板是单一水平面，两边布置多个喷头。边墙布置一支Φ50mm喷水管4a，每隔200mm钻Φ5mm孔喷水养护，一端与电磁阀3连接另外一端封闭。安装在边墙顶部，开孔朝向混凝土养护面对混凝土养护面。底板采取分支水管连接喷头，每隔2000mm布置一个，采用水管直径Φ30mm的PY130单喷嘴扇形换向金属摇臂式喷头，喷头也是朝向混凝土养护面，如图7所示。

电磁阀型式选择。依据混凝土养护面结构与形状、养护技术要求，参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》，采用与水管直径Φ30mm一致的标准电磁阀。

水管布置设计。依据混凝土养护面结构与形状、养护技术要求，参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》，采取半固定管道式和移动管道式相结合。边墙养护用水管直径Φ30mm。底板主水管直径Φ30mm，各喷头分水管直径Φ5mm。

(3)喷淋时间Tk和关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb计算

喷淋时间Tk。2017年4月13日下午在现场安装调试，泄洪洞边墙高度14m，由喷管淋水到达底部大约2分钟，喷水从局部扩展使得混凝土面全部湿润大约2分钟，为使得混凝土饱和达到湿度100％需要1分钟左右，共计确定喷淋时间Tk为5分钟。底板参考该试验成果，也采用5分钟。

关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb，由于泄洪洞是地下洞室，白鹤滩水电站环境复杂、结构重要，养护要求高，Tb采用式II1计算。泄洪洞洞室风速取0级,取F＝0.1m/s，4月份洞内湿度取30％。代入式I3计算得Tb＝55小时。采用式I1计算得Tb＝150小时，取K＝1.5，即停止喷淋时间为100小时。取两者小值为55小时。考虑到保障性和中午温度可能高些，确定每隔1天中午喷水一次。

(4)保湿喷淋养护智能化系统安装。

泄洪洞洞身上平段衬砌混凝土保湿养护智能化系统，于2017年4月13日下午现场安装实施。混凝土表面保护，由于是2017年4月中旬实施，洞内气温22℃左右，适宜混凝土养护和保护，初期没有采取专门材料进行表面保护，4月15日考虑到水流均匀养护效果要求在喷水管4a下1.0m范围用土工布保护。施工用水供水管2和喷水管4a，由于顶拱还没有浇筑，布置在边墙顶，右为施工用水供水管2，左为喷水管4a。控制喷水装置电磁阀3，连接于施工用水供水管2和喷水管4a之间，连接电线由墙顶引出与微电脑时控开关6连接连接。后端与电磁阀3连接的喷水装置4，是PVCΦ30mm喷水管4a，每隔200mm钻Φ5mm孔。微电脑时控开关6安装在控制柜5内部，采用单向倒计时开关。每次开启喷淋时间Tk按照上述计算取5分钟。停止喷淋时间Tb，考虑到洞口有较小的风且泄洪洞混凝土裂缝危害特别大，取24小时。如此不断循环，养护60天。施工供电电缆7(电源)由控制柜5底部接入控制柜5。

(5)启动保湿喷淋养护自动化系统进行自动化养护

2017年4月13日下午16时，按照计算确定的喷淋时间Tk和停止喷淋时间Tb设置微电脑时控开关6，然后，启动保湿喷淋养护自动化系统进行自动化养护。根据现场考察的白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土边墙4月13日自动化养护情况可以看出，喷水较均匀。时间控制，开启喷水5分钟，停止24小时，一直在循环实施，自动化进行。

<实施例三>白鹤滩水电站大坝混凝土保湿喷淋养护自动化

白鹤滩水电站基本情况同上。拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程为834.00m，最大坝高为289m，拱冠梁顶宽14m，底宽63m，最大拱端厚度85.45m。坝顶中心线弧长709m，共分31个坝段。2017年4月11日晚24点开始浇筑第一仓混凝土，为坝底18#坝段，长度63m，宽度24m。先期采用自动化方法进行保湿养护，后期采用本发明的方法进行仓面喷雾和智能化保湿养护试验。

大坝C₉₀30低热水泥混凝土，采用常温自来水养护。养护期28d，外表面养护至完工。

(1)保湿养护前端系统布置设计。

(1.1)混凝土表面保护层1’设计。高温季节，新浇筑面采用土工布或者麻布，铅直面可以不保护；低温季节，新浇筑面采用土工布或者麻布，在洒水后采用保温被覆盖保温，铅直面长期覆盖保温被覆盖保温。

(1.2)喷水装置4’选择与布置设计。仓面为四边形水平面，养护技术要求高。参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》，水平仓面在周边每隔50000mm布置一个喷头，采用水管直径Φ30mm的PY₁30单喷嘴扇形换向金属摇臂式喷头，喷头也是朝向混凝土养护面。周边铅直面，由仓面养护流水自然养护。

(1.3)电磁阀3’型式选择。参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》采用与水管直径Φ30mm一致的标准电磁阀3’。

(1.4)水管布置设计。依据混凝土养护面结构与形状、养护技术要求，参考《喷灌工程技术规范》(GB_T50085-2007)和《喷灌工程设计手册》，采取半固定管道式和移动管道式相结合。主水管直径Φ30mm，各喷头分水管直径Φ5mm。

(2)智能化控制喷淋时间Tk和关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb计算。

摇臂式喷头180°旋转喷淋一遍大约2分钟，由于仓面大，喷水使得混凝土面全部湿润大需要3遍，为使得混凝土饱和达到湿度100％取4遍，确定喷淋时间Tk为8分钟。关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb，由于白鹤滩水电站大坝环境复杂、结构非常重要，养护要求高，Tb采用式II3计算。根据当地天气预报，4月份风速取8级30.55m/s，仓面温度取40℃，空气湿度取30％。代入式II3计算得Tb＝0.63小时。考虑到初次自动化养护，决定取Tb为0.5小时，后续养护过程中根据实际计算值进行喷淋和停止喷淋。如此不断循环养护。

(3)保湿喷淋养护智能化系统安装

混凝土保湿养护自动化系统，于浇筑期2017年4月12日现场安装实施，设计布置见图8。

为了解混凝土保湿养护智能化在大坝混凝土应用的效果，2017年4月20日改用智能化系统(设计布置见图8)。混凝土表面保护，浇筑仓面(水平面)和铅直外表面，高温季节采用土工布保护，冬季采用海绵被保温和保护。施工用水供水管2’通过电磁阀3’给两根支水管供水，两根支水管布置在仓外，给各喷头供水。各喷头(采用喷雾装置)通过支架安装在周边钢模板顶部，由电磁阀3’控制喷淋养护。实际施工中，除正常养护外，在高温期的白天还可以喷雾保持仓面湿润。控制喷水装置电磁阀3’，连接电线7’由仓外引出与微电脑时控开关6’连接。喷头采用专用设备，每隔5000mm左右布置一个。微电脑时控开关6’安装在控制柜5’内部，单向倒计时开关安置在仓边钢模板顶部。

(4)启动保湿喷淋养护自动化系统进行自动化养护。

白鹤滩水电站坝底18#坝段混凝土于2017年4月16日浇筑完毕，即按照计算确定的喷水时间Tk和停止喷水时间Tb设置微电脑时控开关6，然后开始保湿自动化养护。连日现场观察至2017年5月1日上层混凝土浇筑覆盖。保湿喷淋养护自动化实施情况表明，混凝土面按照计算情况保持湿润，整个养护期混凝土面无微裂纹，即得到良好保湿养护。

以上实例结果表明，本发明，设计的保湿养护前端系统布置和喷淋装置布置方式，可以实现各种复杂结构全方位保湿养护；喷淋控制装置，可以自动控制喷淋装置及其开启、关闭；喷水时间Tk的确定科学，能够使得混凝土养护面足够湿润；关闭全部喷头(喷管)喷水时间Tb，正确反映环境温度、湿度、风速对混凝土的复杂作用；喷淋养护系统，布置、安装、设备制造和操作简单、价格低廉，节约人工费，可以灵活运用于各种复杂环境和复杂大型结构混凝土自动化保湿养护。可以在实际工程中推广。

综上实例计算分析说明，本发明方法正确，计算公式简单，计算关闭全部喷头(喷管)喷水时间Tb科学反映环境温度、湿度、风速对混凝土的复杂作用。喷淋装置和布置方式，可以实现各种复杂结构全方位保湿养护；喷淋控制装置，可以自动控制喷淋装置及其开启、关闭；喷水时间Tk的确定科学，能够使得混凝土养护面足够湿润；喷淋养护系统，布置、安装、设备制造和操作简单、价格低廉，节约人工费，可以灵活运用于各种复杂环境和复杂大型结构混凝土自动化保湿养护。可以在实际工程中推广。

上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

本发明的保护范围并不限于温湿风作用复杂环境结构混凝土，通过适当调整和变形，完全可以在不同工程、预制结构中得到应用。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行某些变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.布置混凝土表面保护层，选取和布置喷淋装置；

步骤2.布置环境数据实时采集系统，实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；

步骤3.智能化喷淋养护：

步骤3-1.确定喷淋时间Tk；

步骤3-2.计算停止喷淋时间Tb；

采用计算机接收步骤2中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取第I组公式或第II组公式相应环境气温下的公式中计算停止喷淋时间Tb；

步骤3-3.循环养护：采用计算机根据喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并基于停止喷淋时间Tb控制喷淋装置停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期，

其中，在步骤3-2中，第I组公式为：

气温20±5℃：Tb＝EXP(5.69-0.146F-3.76Sk+0.0038FSk+0.0023F²+6.023Sk²) (I1)

气温30±5℃：Tb＝EXP(4.82-0.1382F-4.11Sk+0.0026FSk+0.0022F²+6.337Sk²) (I2)

气温40±5℃：Tb＝EXP(3.77-0.136F-3.59Sk-0.003FSk+0.0024F²+6.018Sk²) (I3)

气温50±5℃：Tb＝EXP(3.45-0.14F-3.53Sk-0.0011FSk+0.0024F²+5.921Sk²) (I4)

第II组公式为：

气温20±5℃：Tb＝EXP(4.43-0.15F-2.28Sk+0.0052FSk+0.0025F²+4.447Sk²) (II1)

气温30±5℃：Tb＝EXP(3.6-0.141F-2.86Sk-0.002FSk+0.0024F²+5.146Sk²) (II2)

气温40±5℃：Tb＝EXP(2.66-0.14F-2.78Sk-0.0016FSk+0.0024F²+5.0984Sk²) (II3)

气温50±5℃：Tb＝EXP(2.36-0.146F-2.72Sk+0.008FSk+0.0024F2+4.952Sk2) (II4)

以上公式中：F为环境风速；T为环境空气温度；S_k为环境空气湿度，

在第I组公式中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；在第II组公式中中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间。

2.根据权利要求1所述的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，

其特征在于：

其中，在步骤2中，为测量环境空气温度，是将气温传感器安装在混凝土养护面，并与计算机相通信连接；为测量空气湿度，是将湿度传感器安装在混凝土养护面，并与计算机相通信连接；为测量风速，是将风速测量及数据传输装置安装在混凝土养护面或者风速等同的便于安装的平地上，并将装置与计算机相通信连接。

3.根据权利要求1所述的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，

其特征在于：

其中，在步骤3中，在采用第I组公式计算停止喷淋时间Tb的情况下，按照停止喷淋时间Tb/1.5控制喷淋装置停止喷淋。

4.根据权利要求1所述的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，

其特征在于：

其中，在工程各处混凝土养护面环境情况不一致的情况下，对于不同环境情况的混凝土养护面，都独立布置环境数据实时采集系统执行步骤2，并且独立进行智能化喷淋养护执行步骤3。

5.根据权利要求1所述的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，

其特征在于：

其中，在步骤1中，混凝土表面保护层为：敷设在混凝土养护面，并且具有保温、保湿效果的软质材料薄层。

6.根据权利要求1所述的温湿风耦合作用复杂环境混凝土保湿喷淋养护自动化方法，

其特征在于：

其中，在步骤1中，喷淋装置包括喷水装置和相应的多个电磁阀。