CN107806249B - 复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法 - Google Patents

复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，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.实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；步骤2.确定喷淋时间Tk；步骤3.计算停止喷淋时间Tb：将步骤1中采集到的气温、空气湿度以及风速带入公式1或公式2或公式3中计算出停止喷淋时间Tb；步骤4.循环养护：按照喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并按照停止喷淋时间Tb停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期。

Description

复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法
技术领域
本发明属于工程结构混凝土养护领域，具体涉及一种复杂环境保湿喷淋(洒水)养护过程实施控制方法。
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。
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、检测办法。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。如图1为三板溪水电站泄洪洞衬砌混凝土裂缝情况，明显是养护等不够的龟裂缝。
综合以上情况说明，目前混凝土养护，如何做到“潮湿养护”和过程中实时控制，没有具体规定和方法，更没有定量的计算、检测办法，科学性差，混凝土质量保障差，难以确保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保湿喷淋(洒水)养护过程实施控制方法，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：
本发明提供一种复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；
步骤2.确定喷淋时间Tk；
步骤3.计算停止喷淋时间Tb：
将步骤1中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速带入公式1或公式2或公式3中计算出停止喷淋时间Tb；
步骤4.循环养护：按照喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并按照停止喷淋时间Tb停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期，
其中，公式1为：
Tb＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84Sk+0.0001FT+0.001FSk+0.0026TSk+0.0024F2+0.0015T2+6.075Sk 2)；
公式2为：
Tb＝EXP(7.5-0.145F-0.175T-2.88Sk+0.0024FSk+0.0063TSk+0.0024F2+0.0014T2+4.91Sk 2)；
公式3为：
Tb＝0.667EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84Sk+0.0001FT+0.001FSk+0.0026TSk+0.0024F2+0.0015T2+6.075Sk 2)，
式中：F为环境风速；T为环境气温；Sk为环境空气湿度，
公式1中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；公式2中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间；公式3中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间除以1.5。
本发明提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，是将气温传感器安装在混凝土养护面，测量环境气温；将湿度传感器安装在混凝土养护面，测量环境空气湿度；将风速传感器安装在混凝土养护面或者风速等同的便于安装的平地上，测量环境风速。
本发明提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，从将喷淋装置中喷头全部打开开始计时，到使得养护混凝土湿度达到100％，并且表面全部有水为止，将该过程所经历的时间记为Tsy，喷淋时间Tk＝1.5Tsy。
本发明提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，对于大型水电站，地下水工隧洞的边墙，取Tk为5分钟；大坝混凝土仓面，取Tk为8分钟；其它小型结构，取Tk为3分钟。
本发明提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，每间隔一定时间根据实时采集的环境气温、环境空气湿度以及环境风速数据重新计算停止喷淋时间Tb，然后执行新计算出的停止喷淋时间。
本发明提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，在对质量要求非常严格或者工程环境恶劣的情况下，采用公式2计算停止喷淋时间Tb；在对质量要求比较严格的情况下，采用公式3计算停止喷淋时间Tb；一般情况下，采用公式1计算停止喷淋时间Tb。
本发明提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，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，都独立执行步骤1至4。
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、风速等变化的复杂环境进行混凝土保湿养护，并实时调整养护间隔时间、养护频次，高质量保湿养护。
(2)本发明方法科学实现混凝土面保湿养护。每次喷水时间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95％的时间，保证了混凝土表面湿度≥95％。而且计算停止喷水的时间Tb反映了环境气温、环境空气湿度、环境风速的影响。
(3)本方法可以灵活运用于各种大型复杂结构现浇混凝土实时保湿养护和质量控制。
(4)本方法简单，经济，实时性强，混凝土保湿养护质量高。
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为本发明实施例中复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法的流程图；
图3为本发明实施例中混凝土湿度计算模型；
图4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5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。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法具体实施方案进行详细地说明。
<实施例一>复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法
如图2所示，本实施例一所提供的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法包括以下步骤：
步骤1.实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；
在步骤1中，是将气温传感器安装在混凝土养护面，测量环境气温；将湿度传感器安装在混凝土养护面，测量环境空气湿度；将风速传感器安装在混凝土养护面或者风速等同的便于安装的平地上，测量环境风速。
步骤2.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。实际工程养护时，可以在首次现场喷淋观察确定。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)。
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，100m2以下或者短边尺寸小于5m的小断面，可以取3分钟；地下水工隧洞的边墙(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；其它小型结构可以采用3分钟。
步骤3.计算停止喷淋时间Tb：
将步骤1中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速带入公式1或公式2或公式3中计算出停止喷淋时间Tb；
公式1为：
Tb＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84Sk+0.0001FT+0.001FSk+0.0026TSk+0.0024F2+0.0015T2+6.075Sk 2)；
公式2为：
Tb＝EXP(7.5-0.145F-0.175T-2.88Sk+0.0024FSk+0.0063TSk+0.0024F2+0.0014T2+4.91Sk 2)；
公式3为：
Tb＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84Sk+0.0001FT+0.001FSk+0.0026TSk+0.0024F2+0.0015T2+6.075Sk 2)/1.5。
式中：F为环境风速；T为环境气温；Sk为环境空气湿度，
公式1中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；公式2中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间；公式3中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间除以1.5。
一般情况下，都采用公式1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，采用公式3计算停止喷淋时间Tb；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，采用公式2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。
在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)每隔一定时间(如半小时)将实时采集的环境气温、环境空气湿度以及环境风速数据带入公式中重新计算停止喷淋时间Tb，然后执行新计算出的停止喷淋时间。
步骤4.循环养护：按照喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并按照停止喷淋时间Tb停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期。此外，水温、混凝土表面保护必须满足规范要求。
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，因为环境气温、环境空气湿度、环境风速以及喷淋时间Tk和相应的停止喷淋时间Tb都不相同，因此，都独立执行步骤1至4。
<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
(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。
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3)，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4。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)环境气温、环境空气湿度、环境风速数据采集
环境气温、环境空气湿度采集。在混凝土养护现场，施工养护员每隔半小时(或者监理人员检查时)采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温、环境空气湿度。
环境风速采集。隧洞内一般无风，近似取为0，不专门进行风速采取。
(3)确定喷淋(洒水)时间Tk
喷淋(洒水)时间Tk。对于泄洪洞边墙高度14m和底板宽度15m(长度12m)的中度面积混凝土，确定喷水时间Tk为5分钟。
(4)计算停止喷淋(洒水)时间Tb
在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)每隔一定时间(如半小时)将环境气温、环境空气湿度、环境风速数据采集成果代入式(2)计算。
泄洪洞上平段衬砌混凝土养护，是采用在边墙顶部布置水管由养护员控制开关喷淋养护。2017年4月6日上午10点，实测洞内气温22℃，湿度45％。风速取为0。代入公式2计算得Tb＝82h。考虑到中午气温升高和湿度降低，按照隔1天中午流水5分钟一次养护。
(5)实时保湿喷淋养护质量控制与效果
在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)每天将环境气温、环境空气湿度、环境风速数据采集数据代入公式2，按照公式2重新计算停止喷水时间Tb，进行喷淋(洒水)养护(包括停止洒水)。此外，水温控制，采用常温水，即自来水。4月气温较高，边墙混凝土表面没有采取保护。
现场考察白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土边墙2017年4月6日上午11点半养护情况，发现，喷水较均匀。时间控制，开启喷水5分钟，实时计算停止喷水时间Tb，实时控制养护，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
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。
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)环境气温、环境空气湿度、环境风速数据采集
环境气温、环境空气湿度采集。由于大坝仓面气温变化大，而且受到养护水影响，在混凝土养护现场，施工养护员每小时(或者监理人员检查时)采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温、环境空气湿度。环境风速由当天气象预报获取并结合现场情况取值。全部测量值均做好施工记录。
(2)确定喷淋(洒水)时间Tk
喷淋(洒水)时间Tk。对于大坝大仓面混凝土，确定喷水时间Tk为8分钟。
(3)计算停止喷淋(洒水)时间Tb
在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)每隔一小时将环境气温、环境空气湿度、环境风速数据采集成果代入公式2进行计算。
2017年8月26日上午11点，实测仓面气温36℃，湿度60％。风速，根据气象台预报为4级，由于施工现场处于江中，风力大，达到19m/s左右。代入公式2计算得Tb＝7h。考虑到中午气温升高和湿度降低，按照每隔6小时喷淋养护。
(4)实时保湿喷淋养护质量控制：
在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)每隔一小时将环境气温、环境空气湿度、环境风速数据采集成果代入公式2，重新计算停止喷水时间Tb，进行喷淋(洒水)养护(包括停止洒水)。此外，水温控制，采用自来水，大约20℃，满足要求。混凝土表面采用土工布保护。
白鹤滩水电站坝底9#坝段混凝土于2017年8月26日浇筑完毕，即开始保湿喷淋养护，连日现场观察至2017年8月30日上层混凝土浇筑覆盖。喷淋养护实施情况表明，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，本发明喷淋(洒水)保湿养护过程实时控制方法，实时采集环境温度、环境空气湿度、环境风速数据，实时计算关闭全部喷头(喷管)喷水或者洒水时间Tb，实时控制喷淋洒水，保持混凝土养护面足够湿润；关闭全部喷头(喷管)喷水或者洒水时间Tb，科学反映环境温度、环境空气湿度、环境风速对混凝土的复杂作用；可以灵活运用于各种复杂环境和复杂大型结构混凝土保湿养护。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)喷水或者洒水时间Tb科学反映环境温度、环境空气湿度、环境风速对混凝土的复杂作用；喷水时间Tk控制可以适应不同混凝土养护面并足够湿润，可以灵活运用于各种复杂环境和复杂大型结构混凝土保湿养护。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。本发明所涉及的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制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 (7)

1.一种复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.实时采集环境气温、环境空气湿度、以及环境风速；
步骤2.确定喷淋时间Tk；
步骤3.计算停止喷淋时间Tb：
将步骤1中采集到的环境气温、环境空气湿度以及环境风速带入公式1或公式2或公式3中计算出停止喷淋时间Tb；
步骤4.循环养护：按照喷淋时间Tk控制喷淋装置进行喷淋，并按照停止喷淋时间Tb停止喷淋，不断循环，直至达到养护龄期，
其中，公式1为：
Tb＝EXP(8.7-0.143F-0.18T-3.84Sk+0.0001FT+0.001FSk+0.0026TSk+0.0024F2+0.0015T2+6.075Sk 2)；
公式2为：
Tb＝EXP(7.5-0.145F-0.175T-2.88Sk+0.0024FSk+0.0063TSk+0.0024F2+0.0014T2+4.91Sk 2)；
公式3为：
Tb＝0.667EXP(8.7-0.143F-0.18T-
3.84Sk+0.0001FT+0.001FSk+0.0026TSk+0.0024F2+0.0015T2+6.075Sk 2)，
式中：F为环境风速；T为环境气温；Sk为环境空气湿度，
公式1中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间；公式2中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至98％的时间；公式3中，Tb为混凝土表面湿度由100％降低至95％的时间除以1.5。
2.根据权利要求1所述的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，是将气温传感器安装在混凝土养护面，测量环境气温；将湿度传感器安装在混凝土养护面，测量环境空气湿度；将风速传感器安装在混凝土养护面或者风速等同的便于安装的平地上，测量环境风速。
3.根据权利要求1所述的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，从将喷淋装置中喷头全部打开开始计时，到使得养护混凝土湿度达到100％，并且表面全部有水为止，将该过程所经历的时间记为Tsy，喷淋时间Tk＝1.5Tsy。
4.根据权利要求1所述的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，对于大型水电站，地下水工隧洞的边墙，取Tk为5分钟；大坝混凝土仓面，取Tk为8分钟；其它小型结构，取Tk为3分钟。
5.根据权利要求1所述的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，每间隔一定时间根据实时采集的环境气温、环境空气湿度以及环境风速数据重新计算停止喷淋时间Tb，然后执行新计算出的停止喷淋时间。
6.根据权利要求1所述的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，在对质量要求非常严格或者工程环境恶劣的情况下，采用公式2计算停止喷淋时间Tb；在对质量要求比较严格的情况下，采用公式3计算停止喷淋时间Tb；一般情况下，采用公式1计算停止喷淋时间Tb。
7.根据权利要求1所述的复杂环境混凝土喷淋保湿养护过程实时控制方法，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，都独立执行步骤1至4。
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