CN107759247A - 混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，科学实现混凝土保湿养护，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，实时采集气温、空气湿度、以及风速；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中采集到的气温、空气湿度以及风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取公式1和公式2中计算结果的最小值作为停止喷淋时间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。

Description

混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法

技术领域

本发明属于工程结构混凝土养护领域，具体涉及一种保湿喷淋养护温湿风(温度、湿度、风速)耦合智能化方法。

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(如图1所示，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。

有关规范要求混凝土终凝后应立即进行养护，干硬性混凝土应于浇筑完毕后立即进行养护。对于养护龄期、水温控制、混凝土与环境温度差及其保温等都提出了明确要求，并要求“潮湿养护”。但如何做到“潮湿养护”和如何实时控制没有具体规定和方法，更没有定量的计算办法。实际混凝土工程养护过程中，一般都是施工人自行控制，监理人难以深入管理控制。例如洒水养护，并没有要求一天洒水几次，不同温度季节如何控制次数，或者在什么情况下再次洒水，都没有明确要求。结果是，有的一天洒几次水，有的几天洒一次水，养护条件好的、责任心强的，养护质量较好，反之则质量差。

大型工程现场浇筑混凝土的养护，一般也是采用自然养护法。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：

本发明提供一种混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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，实时采集气温、空气湿度、以及风速；

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中采集到的气温、空气湿度以及风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取公式1和公式2中计算结果的最小值作为停止喷淋时间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，

其中，在步骤3-2中，公式1为：

Tb’＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84S_k+0.0001FT+0.001FS_k+0.0026TS_k+0.0024F²+0.0015T²+6.075S_k ²)/1.5，

公式2为：

Tb"＝EXP(7.5-0.145F-0.175T-2.88S_k+0.0024FS_k+0.0063TS_k+0.0024F²+0.0014T²+4.91S_k ²)，

式中：Tb’为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；Tb"为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间；F为环境风速；T为环境空气温度；S_k为环境空气湿度。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，在环境为封闭无风的情况下，直接令风速F＝0.1m/s；对于封闭的地下工程，直接令风速F＝0.1m/s，在洞室温度稳定的情况下，直接令环境空气温度T＝20℃。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，在需要测量环境空气温度的情况下，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；在需要测量空气湿度的情况下，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；在需要测量风速的情况下，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。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，采用计算机每间隔一定时间根据实时采集的气温、空气湿度以及风速数据重新计算停止喷淋时间Tb，然后将新计算出的停止喷淋时间与在先的停止喷淋时间进行比较，在前者比后者小的情况下，将前者设定为需执行的停止喷淋时间，并在养护过程中执行该时间。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，间隔时间为5分钟。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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。

本发明提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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智能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智能化养护。

(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％最多降低至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、风速作用的影响。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智能化。实时采集养护混凝土环境气温、湿度、风速，不断更新计算关闭喷淋装置中的全部喷头(喷管)喷淋时间Tb，实时反映现场复杂条件作用影响。设定开启养护面全部喷头(喷管)喷淋时间Tk反映养护结构面特性。智能化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，全面智能化控制，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智能化保湿养护。

(5)本发明方法科学，设备制造简单而且价格低廉，养护系统布置、安装和操作简单实用，实时智能化控制，保湿养护，没有人为影响，节约人工费，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为本发明实施例中混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法的流程图；

图4为本发明实施例中混凝土湿度计算模型；

图5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6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混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法具体实施方案进行详细地说明。

<实施例一>混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法

如图3所示，本实施例一所提供的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能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，实时采集气温、空气湿度、以及风速。

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)。根据白鹤滩和乌东德水电站工程的大量实践，100m²以下或者短边尺寸小于5m的小断面，可以取3分钟；100～200m²或者短边尺寸为5m～10m中等养护面，可以取Tk为5分钟；200m²以上或者短边尺寸大于10m大坝混凝土仓面大养护面，可以取Tk为8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中采集到的气温、空气湿度以及风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取公式1和公式2中计算结构的最小值作为停止喷淋时间Tb；

Tb’＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84S_k+0.0001FT+0.001FS_k+0.0026TS_k+0.0024F²+0.0015T²+6.075S_k ²)/1.5 (公式1)，

Tb"＝EXP(7.5-0.145F-0.175T-2.88S_k+0.0024FS_k+0.0063TS_k+0.0024F²+0.0014T²+4.91S_k ²) (公式2)，

式中：Tb’为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间(h)；Tb"为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间(h)；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。

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)，它通过电缆与电磁阀连接，按照打开开关喷淋时间Tk、每次新计算停止喷淋时间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。由于养护过程中混凝土面上方空气的温度、湿度是变化的(一般都是温度上升、湿度降低)，保湿养护智能控制器每5分钟通过相关传感器采集一次数据重新计算Tb，并按最小时间进行控制。即：

①混凝土浇筑完毕，合上智能控制器电源开关，智能控制器打开电磁阀，开始喷水养护，每次喷淋时间Tk；

②每5分钟通过相关传感器采集一次混凝土养护面环境温度T、湿度S_k、风速F；

③计算新的停止喷淋时间Tb；

④控制电磁阀开关，智能化保湿养护：如果新算出的Tb≥原Tb，则仍按照原Tb执行停止喷水操作，喷淋时间仍然为Tk；如果新算出的Tb＜原Tb，则按照新算出的Tb执行停止喷水操作，喷淋时间仍然为Tk；即、第n次计算后执行的停止喷淋时间Tb(n)＝min{新算出的Tb，原Tb}；

⑤循环养护：按照喷水Tk、停止喷水Tb1；喷水Tk、停止喷水Tb2；……。一直循环。

⑥关闭电磁阀终止保湿养护：如果累计养护时间Ty≥28d，则自动断电关闭智能控制器，完成该混凝土面智能化保湿养护。

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。

在本实施例中，上文提及的控制柜是内部安装保湿养护智能控制器的智能化保湿喷淋养护控制系统的集成。控制柜必须防潮、防水，并有足够的防碰撞能力，满足有关规范要求。为适应复杂工程环境的多个混凝土养护面的需求，控制柜内部可以采取安装单个、两个、甚至多个保湿养护智能控制器的方式。各个保湿养护智能控制器连接一组(养护参数相同的一个或者多个混凝土养护面)环境气温、湿度、风速传感器和电磁阀。控制柜及其保湿养护智能控制器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。保湿养护智能控制器，通过与环境气温、湿度、风速传感器连接的电缆采集相关数据，保湿养护智能控制器内的微电脑计算Tb。

<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6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。

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4)，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5。对于表1的数据，采用三维有限元法仿真计算，获得结果与公式1和2一致。

表1不同环境温度、湿度、风速条件混凝土表层湿度从100％降到98％、95％的时间Tb

(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

喷淋时间Tk。对于泄洪洞边墙高度14m和底板宽度15m(长度12m)的中等养护积混凝土，确定喷淋时间Tk为5分钟。

关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb，由保湿养护智能控制器9实时计算。

(3)智能化保湿养护前端系统布置设计

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。

(4)环境数据采集系统及其布置设计

环境气温采集。由于隧洞内气温变化小，而且均匀，为避免受到养护水影响，将温度传感器5安装在控制柜8内部，直接与保湿喷淋养护控制系统中的保湿养护保湿养护智能控制器9的微电脑连接。

环境空气湿度采集。同样由于隧洞内湿度变化小，而且均匀，为避免受到养护水影响，将湿度传感器6安装在控制柜8内部，直接与保湿喷淋养护控制系统中的保湿养护保湿养护智能控制器9的微电脑连接。

环境风速采集。隧洞内一般无风，不安装风速采取装置及其数据传递设备。

(5)智能化保湿喷淋养护控制系统布置设计

如图7所示，泄洪洞工程包括边墙和底板，在不同时期施工，养护参数不同，因此在控制柜8内部安装两个保湿养护智能控制器9，分别连接边墙、底板的电磁阀。环境气温、湿度相同，传感器共用。控制柜8及其保湿养护智能控制器9的电缆由施工电缆10(连接有电源)供电，按照电路安全要求布置与连接。控制柜8固定安装在临时混凝土墙体，安全，不受到施工、喷水等影响。泄洪洞边墙较小仓面，保湿养护智能控制器9设置5分钟档位。

(6)保湿喷淋养护智能化系统安装。智能化保湿喷淋养护前端系统、环境数据采集系统、智能化保湿喷淋养护控制系统，均按照设计进行布置与安装。

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5月15日下午现场安装实施。混凝土表面保护，由于是2017年5月中旬实施，洞内气温24℃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，5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保湿养护智能控制器9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。保湿养护智能控制器9安装在控制柜8内部，实时智能计算停止喷淋时间Tb，智能控制养护60天。施工供电电缆(电源)由控制柜8底部接入控制柜8。进口段衬砌边墙和底板共用一个控制柜8。

根据白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土边墙5月15日智能化养护情况，可以看出，喷水较均匀。时间控制，开启喷水5分钟，实时智能计算停止喷淋时间Tb，智能控制养护，一直在循环实施。智能化进行，养护效果好。

<实施例三>白鹤滩水电站大坝混凝土保湿喷淋养护智能化

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。

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。

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。

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’。

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

喷淋时间Tk。对于大坝大仓面混凝土，确定喷淋时间Tk为8分钟。关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb，由保湿养护智能控制器9’实时计算。

(3)环境数据采集系统及其布置设计

环境气温采集。由于大坝仓面气温变化大，而且受到养护水影响，将温度传感器5’安装在仓面，直接与保湿喷淋养护控制系统中的保湿养护保湿养护智能控制器9’连接。

环境空气湿度采集。同样由于大坝仓面气温变化大，而且受到养护水影响，将湿度传感器6’也安装在仓面混凝土表面，直接与保湿喷淋养护控制系统中的保湿养护保湿养护智能控制器9’连接。

环境风速采集。采用气象观测数据输入，不安装专用风速采取装置及其数据传递设备。

(4)智能化保湿喷淋养护控制系统布置设计

大坝工程，仓面大，各仓混凝土工程量大，分期跳仓浇筑，各仓养护参数都不同。因此，分仓安装控制柜8’，每在控制柜8’内部安装一个保湿养护智能控制器9’，连接本仓电磁阀3’、温度传感器5’、湿度传感器6’。控制柜8’及其保湿养护智能控制器9’由施工电缆10’供电，按照电路安全要求布置与连接。控制柜8’固定安装在仓边钢模板顶部，安全，不受到施工、喷水等影响。保湿养护智能控制器9’设置8分钟档位。

(5)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)。前端系统及其布置不变，只是控制柜8’也安装在仓边钢模板顶部。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(图8)。各喷头(采用喷雾装置)通过支架安装在周边钢模板顶部，由保湿养护智能控制器9’控制喷淋养护。实际施工中，除正常养护外，在高温期浇筑混凝土的白天还可以喷雾保持仓面湿润。控制喷水装置电磁阀3’，连接电线由仓外引出与保湿养护智能控制器9’连接。喷头采用专用设备，每隔5000mm左右布置一个(图8)。

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，即开始保湿自动化养护，4月20日改用智能化系统养护，连日现场观察至2017年5月1日上层混凝土浇筑覆盖。保湿喷淋养护智能化实施情况表明，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；保湿养护智能控制器，实时采集环境温度、湿度、风速数据，智能计算关闭全部喷头(喷管)喷淋时间Tb，智能控制喷淋装置及其开启、关闭，保持混凝土养护面足够湿润；关闭全部喷头(喷管)喷淋时间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智能化保湿养护。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)喷淋时间Tb科学反映环境温度、湿度、风速对混凝土的复杂作用；喷淋时间Tk控制可以适应不同混凝土养护面并足够湿润；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；保湿养护智能控制器，实时科学计算智能控制喷淋装置及其开启、关闭；喷淋养护智能化系统，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智能化保湿养护。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。本发明所涉及的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能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 (8)

1.一种混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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，实时采集气温、空气湿度、以及风速；

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中采集到的气温、空气湿度以及风速，并根据此计算出停止喷淋时间Tb：选取公式1和公式2中计算结果的最小值作为停止喷淋时间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，

其中，在步骤3-2中，公式1为：

Tb’＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84S_k+0.0001FT+0.001FS_k+0.0026TS_k+0.0024F²+0.0015T²+6.075S_k ²)/1.5，

公式2为：

Tb"＝EXP(7.5-0.145F-0.175T-2.88S_k+0.0024FS_k+0.0063TS_k+0.0024F²+0.0014T²+4.91S_k ²)，

式中：Tb’为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；Tb"为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间；F为环境风速；T为环境空气温度；S_k为环境空气湿度。

2.根据权利要求1所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，其特征在于：

其中，在步骤2中，在环境为封闭无风的情况下，直接令风速F＝0.1m/s；

对于封闭的地下工程，直接令风速F＝0.1m/s，在洞室温度稳定的情况下，直接令环境空气温度T＝20℃。

3.根据权利要求1所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，其特征在于：

其中，在步骤2中，在需要测量环境空气温度的情况下，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；在需要测量空气湿度的情况下，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；在需要测量风速的情况下，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。

4.根据权利要求1所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，其特征在于：

其中，在步骤3中，采用计算机每间隔一定时间根据实时采集的气温、空气湿度以及风速数据重新计算停止喷淋时间Tb，然后将新计算出的停止喷淋时间与在先的停止喷淋时间进行比较，在前者比后者小的情况下，将前者设定为需执行的停止喷淋时间，并在养护过程中执行该时间。

5.根据权利要求4所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，其特征在于：

其中，在步骤3中，间隔时间为5分钟。

6.根据权利要求1所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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。

7.根据权利要求1所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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。

8.根据权利要求1所述的混凝土保湿喷淋养护温湿风耦合智能化方法，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。