CN113478634B - 高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺，加工设备包括全自动封闭型钢厂房，钢厂房包括位于钢厂房中心的控制管理区以及由控制管理区管控的输送系统、生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区，生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区分布在控制管理区的四周，对控制管理区构成包围形式，且均与控制管理区之间设置可视化窗口，控制管理区通过该可视化窗口辅助摄像设备来观察每个区的运行状况。本发明为全自动生产线，该生产线自动下料、振捣、脱模、养护与运输极为便利，自动化程度高，设备操作简单，施工质量安全可靠。

Description

高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺

技术领域

本发明涉及小型构件生产技术领域，具体而言，尤其涉及一种高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺。

背景技术

目前，在铁路工程、轨道工程、公路工程、建筑等工程技术领域，均可使用预制混凝土构件。而传统小型预制构件多采用定型钢模或木模在施工现场浇筑，生产出的小型构件外观毛糙，蜂窝、麻面、缺棱掉角等现象较为普遍，严重危害构件的使用寿命。并且，小型预制构件的数量不断增大，而制作速率缓慢，严重影响施工速率，造成无法弥补的成本损失。

发明内容

根据上述提出的传统小型预制构件多采用定型钢模或木模在施工现场浇筑，生产出的小型构件外观毛糙，蜂窝、麻面、缺棱掉角等现象较为普遍，严重危害构件的使用寿命；小型预制构件的数量不断增大，而制作速率缓慢，严重影响施工速率，造成无法弥补的成本损失的技术问题，而提供一种高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺。本发明主要利用控制管理区统一控制各区内设备运作加工，实现封闭式无人操作，施工质量安全可靠。

本发明采用的技术手段如下：

一种高性能混凝土小型预制构件，结构形式包括用于填方边沟2型的U型槽结构、用于填方边沟3型的梯形边沟结构、用于挖方边沟2型的U型槽结构、泄水槽、用于锥护坡防护的实心/空心六角网格结构。

本发明还提供了一种高性能混凝土小型预制构件加工设备，包括设置的全自动封闭型钢厂房，钢厂房包括位于钢厂房中心的控制管理区以及由控制管理区管控的输送系统、生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区，生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区分布在控制管理区的四周，对控制管理区构成包围形式，且均与控制管理区之间设置可视化窗口，控制管理区通过该可视化窗口辅助摄像设备来观察每个区的运行状况；

输送系统包括第一输送装置、第二输送装置、第三输送装置、第四输送装置、第五输送装置和第六输送装置；生产加工区包括钢筋加工系统、混凝土搅拌系统和入模系统，钢筋加工系统用于加工钢筋，并将加工后的钢筋骨架放置入模系统的模具中，混凝土搅拌系统用于将混凝土原料搅拌加工后浇筑至带有钢筋骨架的模具中，入模系统中设置有振捣装置，用于对浇筑混凝土的模具进行多次振捣，在模具内形成小型预制构件，利用第一输送装置将振捣后的模具输送至喷淋养护区，将小型预制构件养护至设计强度；利用第二输送装置将喷淋养护后的模具输送至脱模区；

脱模区设有脱模装置和模具清洗系统，脱模装置用于将喷淋养护后的小型预制构件从模具中脱模，模具清洗系统用于对完成脱模后的模具进行清洗，利用第三输送装置将模具运送至生产加工区进行再利用；利用第四输送装置将脱模后的小型预制构件输送至成品检测区进行检测，经第五输送装置分别将合格的小型预制构件输送至成品存放区，不合格的小型预制构件被输送至废品处理区，成品存放区设置RFID溯源系统，对合格的小型预制构件进行溯源标识，成品存放区还设有成品喷淋养生系统和打包系统，经第六输送装置，通过成品喷淋养生系统对标识后的小型预制构件进行养护，打包系统对养护后的小型预制构件成品进行打包。

进一步地，所述钢筋加工系统由依次连接的原料储存输送机构、加工机构和摆放平台组成，原料储存输送机构内储存有用于生产多批次的小型预制构件的钢筋原料，根据加工批次需求，将一定数量的钢筋原料输送至加工机构中加工成钢筋骨架，输送至摆放平台；

原料储存输送机构内设有称量检测机构，当检测到进行多批次生产后，原料储存输送机构内剩余钢筋原料量不足以生产下批次小型预制构件时，称量检测机构将该缺料信号传输至控制管理区，控制自动补料。

进一步地，所述混凝土搅拌系统由依次连接的多功能原料储存输送机构、搅拌机构和水平输送机构组成，多功能原料储存输送机构中设有多个混凝土原材料储存箱，根据加工不同形状大小的小型预制构件需求，按所需原料配比，将各原料经储存箱加入搅拌机构进行均匀搅拌；搅拌机构由斜拉料斗和竖向料斗组成，斜拉料斗的入口连接多功能原料储存输送机构，出口连接竖向料斗的进口，竖向料斗的出口连接水平输送机构，水平输送机构的出口与模具入口相连，搅拌后的混凝土原料输送至模具中，斜拉料斗内安装单螺旋搅拌杆，竖向料斗内安装有运动方向相反的双螺旋搅拌杆；

每个储存箱均配有称量结构，用于定量下料的同时，检测是否缺料，若相应储存箱检测到内部剩余原料不足以生产下料时，将该缺料信号传输至控制管理区，控制自动补料。

进一步地，所述入模系统还包括机架以及安装在机架上的夹持机构、移动机构、模具存储机构和升降机构组成，夹持机构将摆放平台上的钢筋骨架插入模具模腔内设置的卡槽中，移动机构用于移动模具存储机构靠近/远离升降机构，模具存储机构上设有推动结构和存储盒，存储盒内置有多个叠加设置的模具，推动结构将存储盒内的模具依次推至升降机构背面对应的安装槽内，模具与安装槽通过磁吸进行卡接连接，升降机构采用圆周升降结构，将背面安装的模具转至正面，利用安装在机架上的振捣装置进行混凝土浇筑入模加工。

进一步地，所述模具采用多功能可拆卸模具，由可拆卸连接的外模和内膜组成，内膜设有多个用于容纳混凝土原料的型腔，型腔的形状分别为U型、梯形、方形和六角形，用于生产不同结构的小型预制构件；同一个模具上的型腔形状和大小相同。

进一步地，所述脱模装置由支撑架以及安装在支撑架上的振动结构、推杆结构、夹持结构和支撑夹持结构组成，夹持结构将养护后的模具夹持并翻转至推杆结构正下方，推杆结构对模具进行初次振动脱模，推杆结构上设有气动推杆，气动推杆的前端设有推盘，推盘表面设有均匀分布的多个凸起，多个凸起插入模具的底端，利用推力将多个小型预制构件同时从模具中向下脱模一定距离，采用振动结构对模具进行二次脱模，支撑夹持结构位于翻转后的模具正下方，设有多个用于容纳脱模后的小型预制构件的筒状腔体，腔体底部设有缓冲件，用于缓冲小型预制构件脱模下落的冲力。

进一步地，所述第一输送装置采用水平输送带机构和开口向下的梯形传送带机构，梯形传送带机构上设有卡紧模具的多个限位结构，入模后的模具通过水平输送带平台依次输送至梯形传送带机构上，梯形传送带机构移动将多个模具依次摆放在喷淋养护区；开口向下的梯形传送带机构还可为叉车接收辊架；

第二输送装置采用带有机械手的梯形传送带机构，机械手将养护后的模具依次放置在梯形传送带机构上，梯形传送带机构移动将模具输送至脱模区的加工平台；第三输送装置采用Z字形传送带机构，将脱模后的模具输送回生产加工区的入模系统中，Z字形传送带机构上设有固定夹紧模具的多个限位机构；第四输送装置采用水平传送带机构，将脱模后的小型预制构件输送至成品检测区；第五输送装置采用水平传送带机构，设有两条分支，其中一条分支传送带将检测合格并标识的小型预制构件输送至成品存放区，另一条分支的传送带将检测不合格的小型预制构件输送废品处理区；第六输送装置采用带有机械手的梯形传送带机构，首先将合格的小型预制构件依次输送并摆放，利用成品喷淋养生系统进行喷淋养护，其次利用机械手将养护完成的小型预制构件放入梯形传送带机构，梯形传送带机构移动输送至打包系统进行打包。

本发明还提供了一种高性能混凝土小型预制构件加工工艺，包括如下步骤：

步骤一、钢筋入模：启动原料储存输送机构，将其内部存储的多个钢筋输送到加工机构上，通过加工机构同时将多个钢筋加工成钢筋骨架，加工后的钢筋骨架输送到摆放平台上，由夹持机构依次将各钢筋骨架置入模具的各型腔内；

步骤二、混凝土入模：启动多功能原料储存输送机构，接收本次加工原料配比信号，打开各储存箱，将各原料下料进斜拉料斗内，通过其单螺旋搅拌杆将各原料进行初次搅拌运输至竖向料斗内，通过竖向料斗的双螺旋搅拌杆对原料进行二次搅拌，之后将两次搅拌后的混凝土原料经水平输送机构输送至带有钢筋骨架的型腔内进行浇筑，同时利用振捣装置进行多次振捣，均匀排出气泡，并进行多次抹面；

步骤三、初次喷淋养护：当前模具完成入模后，通过第一输送装置输送至喷淋养护区进行带着模具的小型预制构件的喷淋养护，直到达到设计强度；

步骤四、脱模：将喷淋养护的模具通过第二输送装置输送至脱模区，利用夹持结构将养护后的模具夹持并翻转至推杆结构正下方，通过推杆结构对模具进行初次振动脱模，结合振动结构对模具进行二次脱模，脱模后的多个小型预制构件落入支撑夹持结构中；

步骤五、将脱模后的模具通过第三输送装置输送回生产加工区，重复步骤一至步骤四，同时启动称量检测机构和称量结构检测是否缺料；

步骤六、成品检测；将脱模后的小型预制构件通过第四输送装置输送至成品检测区，检测不合格的小型预制构件经第五输送装置被输送至废品处理区，检测合格的小型预制构件利用RFID溯源系统标识，记录产品生产信息，包括原料、结构形状、数量、生产日期、生产批次、产地和质检状态等，标识后通过第五输送装置输送至成品存放区；

步骤七、成品喷淋养护：检测后合格的小型预制构件通过成品喷淋养生系统进行统一喷淋养护，养护时通过土工布全覆盖，确保全方位养护；养护完成后的小型预制构件成品通过打包系统打包，至此完成流水线加工流程。

进一步地，所述步骤二中，通过调整减水剂、引气剂掺量、粗细集料的级配，使高性能混凝土的坍落度控制在180～200mm之间，扩展度控制在400～450mm之间。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺，其加工出的小型预制构件采用高性能混凝土施工，具有高抗冻性能、抗盐冻性能、高工作性，是改善混凝土结构耐久性，提高结构使用寿命的重要手段。

2、本发明提供的高性能混凝土小型预制构件及其加工设备和加工工艺，引进高效混凝土小型预制件自动生产线，该生产线自动下料、振捣、脱模、养护与运输极为便利，自动化程度高，设备操作简单，施工质量安全可靠。

综上，应用本发明的技术方案能够解决传统小型预制构件多采用定型钢模或木模在施工现场浇筑，生产出的小型构件外观毛糙，蜂窝、麻面、缺棱掉角等现象较为普遍，严重危害构件的使用寿命；小型预制构件的数量不断增大，而制作速率缓慢，严重影响施工速率，造成无法弥补的成本损失的问题。

基于上述理由本发明可在铁路工程、轨道工程、公路工程、建筑工程等等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的加工设备示意图。

图2为本发明具体实施方式的加工工艺流程图。

图3为本发明具体实施方式中快速冻融试验示意图。

图4为本发明具体实施方式中快速盐水冻融试验示意图。

图5为本发明具体实施方式中单面盐冻试验示意图，其中(a)为高性能混凝土试件，(b)为普通混凝土试件。

图6为本发明具体实施方式中室外验证试验示意图，其中(a)为两种形状构件放入雪天的示意图，(b)为两种形状构件除冰盐的示意图，(c)为试验后的示意图。

图7为普通混凝土试件室外验证试验示意图，其中(a)为普通混凝土试件试验前的示意图，(b)为普通混凝土试件试验后的示意图。

图中：1、控制管理区；2、生产加工区；21、钢筋加工系统；22、混凝土搅拌系统；23、入模系统；3、喷淋养护区；4、脱模区；41、脱模装置；42、模具清洗系统；5、成品检测区；51、废品处理区；6、成品存放区；61、成品喷淋养生系统；62、打包系统；71、第一输送装置；72、第二输送装置；73、第三输送装置；74、第四输送装置；75、第五输送装置；76、第六输送装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

秉承高速公路节能、高效、绿色、环保的建设理念及根据建设需求，本发明在高速公路项目排水结构形式采用高性能混凝土小型预制构件装配式施工，设置小型构件预制场工厂化集中预制生产；生产的高性能混凝土小型预制构件的主要结构形式包括用于填方边沟2型的U型槽结构、用于填方边沟3型的梯形边沟结构、用于挖方边沟2型的U型槽结构、泄水槽、用于锥护坡防护的实心/空心六角网格结构。

混凝土耐久性技术指标见下表1。

抗盐冻高性能混凝土控制指标

如图1-2所示，一种高性能混凝土小型预制构件加工设备，包括设置的全自动封闭型钢厂房，钢厂房包括位于钢厂房中心的控制管理区1以及由控制管理区管控的输送系统、生产加工区2、喷淋养护区3、脱模区4、成品检测区5和成品存放区6，生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区分布在控制管理区的四周，对控制管理区构成包围形式，且均与控制管理区之间设置可视化窗口，控制管理区通过该可视化窗口辅助摄像设备来观察每个区的运行状况。整个钢厂房占地面积7000平方米，其中生产加工区1000平方米。

输送系统包括第一输送装置71、第二输送装置72、第三输送装置73、第四输送装置74、第五输送装置75和第六输送装置76；生产加工区包括钢筋加工系统21、混凝土搅拌系统22和入模系统23，钢筋加工系统用于加工钢筋，并将加工后的钢筋骨架放置入模系统的模具中，混凝土搅拌系统用于将混凝土原料搅拌加工后浇筑至带有钢筋骨架的模具中，入模系统中设置有振捣装置，用于对浇筑混凝土的模具进行多次振捣，在模具内形成小型预制构件，利用第一输送装置将振捣后的模具输送至喷淋养护区，将小型预制构件养护至设计强度；利用第二输送装置将喷淋养护后的模具输送至脱模区。

脱模区设有脱模装置41和模具清洗系统42，脱模装置用于将喷淋养护后的小型预制构件从模具中脱模，模具清洗系统用于对完成脱模后的模具进行清洗，利用第三输送装置将模具运送至生产加工区进行再利用；利用第四输送装置将脱模后的小型预制构件输送至成品检测区进行检测，经第五输送装置分别将合格的小型预制构件输送至成品存放区，不合格的小型预制构件被输送至废品处理区51，成品存放区设置RFID溯源系统，对合格的小型预制构件进行溯源标识，成品存放区还设有成品喷淋养生系统61和打包系统62，经第六输送装置，通过成品喷淋养生系统对标识后的小型预制构件进行养护，打包系统对养护后的小型预制构件成品进行打包。

本实施方式中，所述钢筋加工系统由依次连接的原料储存输送机构、加工机构和摆放平台组成，原料储存输送机构内储存有用于生产多批次的小型预制构件的钢筋原料，根据加工批次需求，将一定数量的钢筋原料输送至加工机构中加工成钢筋骨架，输送至摆放平台；原料储存输送机构内设有称量检测机构，当检测到进行多批次生产后，原料储存输送机构内剩余钢筋原料量不足以生产下批次小型预制构件时，称量检测机构将该缺料信号传输至控制管理区，控制自动补料。

本实施方式中，所述混凝土搅拌系统由依次连接的多功能原料储存输送机构、搅拌机构和水平输送机构组成，多功能原料储存输送机构中设有多个混凝土原材料储存箱，根据加工不同形状大小的小型预制构件需求，按所需原料配比，将各原料经储存箱加入搅拌机构进行均匀搅拌；搅拌机构由斜拉料斗和竖向料斗组成，斜拉料斗的入口连接多功能原料储存输送机构，出口连接竖向料斗的进口，竖向料斗的出口连接水平输送机构，水平输送机构的出口与模具入口相连，搅拌后的混凝土原料输送至模具中，斜拉料斗内安装单螺旋搅拌杆，竖向料斗内安装有运动方向相反的双螺旋搅拌杆；每个储存箱均配有称量结构，用于定量下料的同时，检测是否缺料，若相应储存箱检测到内部剩余原料不足以生产下料时，将该缺料信号传输至控制管理区，控制自动补料。

本实施方式中，所述入模系统还包括机架以及安装在机架上的夹持机构、移动机构、模具存储机构和升降机构组成，夹持机构将摆放平台上的钢筋骨架插入模具模腔内设置的卡槽中，移动机构用于移动模具存储机构靠近/远离升降机构，模具存储机构上设有推动结构和存储盒，存储盒内置有多个叠加设置的模具，推动结构将存储盒内的模具依次推至升降机构背面对应的安装槽内，模具与安装槽通过磁吸进行卡接连接，升降机构采用圆周升降结构，将背面安装的模具转至正面，利用安装在机架上的振捣装置进行混凝土浇筑入模加工。

本实施方式中，所述模具采用多功能可拆卸模具，由可拆卸连接的外模和内膜组成，内膜设有多个用于容纳混凝土原料的型腔，型腔的形状分别为U型、梯形、方形和六角形，用于生产不同结构的小型预制构件；同一个模具上的型腔形状和大小相同。

本实施方式中，所述脱模装置由支撑架以及安装在支撑架上的振动结构、推杆结构、夹持结构和支撑夹持结构组成，夹持结构将养护后的模具夹持并翻转至推杆结构正下方，推杆结构对模具进行初次振动脱模，推杆结构上设有气动推杆，气动推杆的前端设有推盘，推盘表面设有均匀分布的多个凸起，多个凸起插入模具的底端，利用推力将多个小型预制构件同时从模具中向下脱模一定距离，采用振动结构对模具进行二次脱模，支撑夹持结构位于翻转后的模具正下方，设有多个用于容纳脱模后的小型预制构件的筒状腔体，腔体底部设有缓冲件，用于缓冲小型预制构件脱模下落的冲力。

本实施方式中，所述第一输送装置采用水平输送带机构和开口向下的梯形传送带机构，梯形传送带机构上设有卡紧模具的多个限位结构，入模后的模具通过水平输送带平台依次输送至梯形传送带机构上，梯形传送带机构移动将多个模具依次摆放在喷淋养护区；开口向下的梯形传送带机构还可为叉车接收辊架；第二输送装置采用带有机械手的梯形传送带机构，机械手将养护后的模具依次放置在梯形传送带机构上，梯形传送带机构移动将模具输送至脱模区的加工平台；第三输送装置采用Z字形传送带机构，将脱模后的模具输送回生产加工区的入模系统中，Z字形传送带机构上设有固定夹紧模具的多个限位机构；第四输送装置采用水平传送带机构，将脱模后的小型预制构件输送至成品检测区；第五输送装置采用水平传送带机构，设有两条分支，其中一条分支传送带将检测合格并标识的小型预制构件输送至成品存放区，另一条分支的传送带将检测不合格的小型预制构件输送废品处理区；第六输送装置采用带有机械手的梯形传送带机构，首先将合格的小型预制构件依次输送并摆放，利用成品喷淋养生系统进行喷淋养护，其次利用机械手将养护完成的小型预制构件放入梯形传送带机构，梯形传送带机构移动输送至打包系统进行打包。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供了一种高性能混凝土小型预制构件加工工艺，包括如下步骤：

步骤一、钢筋入模：启动原料储存输送机构，将其内部存储的多个钢筋输送到加工机构上，通过加工机构同时将多个钢筋加工成钢筋骨架，加工后的钢筋骨架输送到摆放平台上，由夹持机构依次将各钢筋骨架置入模具的各型腔内；

步骤二、混凝土入模：启动多功能原料储存输送机构，接收本次加工原料配比信号，打开各储存箱，将各原料下料进斜拉料斗内，通过其单螺旋搅拌杆将各原料进行初次搅拌运输至竖向料斗内，通过竖向料斗的双螺旋搅拌杆对原料进行二次搅拌，之后将两次搅拌后的混凝土原料经水平输送机构输送至带有钢筋骨架的型腔内进行浇筑，同时利用振捣装置进行多次振捣，均匀排出气泡，并进行多次抹面；

步骤三、初次喷淋养护：当前模具完成入模后，通过第一输送装置输送至喷淋养护区进行带着模具的小型预制构件的喷淋养护，直到达到设计强度；

步骤四、脱模：将喷淋养护的模具通过第二输送装置输送至脱模区，利用夹持结构将养护后的模具夹持并翻转至推杆结构正下方，通过推杆结构对模具进行初次振动脱模，结合振动结构对模具进行二次脱模，脱模后的多个小型预制构件落入支撑夹持结构中；

步骤五、将脱模后的模具通过第三输送装置输送回生产加工区，重复步骤一至步骤四，同时启动称量检测机构和称量结构检测是否缺料；

步骤六、成品检测；将脱模后的小型预制构件通过第四输送装置输送至成品检测区，检测不合格的小型预制构件经第五输送装置被输送至废品处理区，检测合格的小型预制构件利用RFID溯源系统标识，依靠RFID溯源系统制作的不同标签，对不同的小型预制构件进行标识，避免加工出错，并对标识的RFID溯源系统进行管理和记录，记录产品生产信息，包括原料、结构形状、数量、生产日期、生产批次、产地和质检状态等；标识后通过第五输送装置输送至成品存放区；

步骤七、成品喷淋养护：检测后合格的小型预制构件通过成品喷淋养生系统进行统一喷淋养护，养护时通过土工布全覆盖，确保全方位养护；养护完成后的小型预制构件成品通过打包系统打包，至此完成流水线加工流程。

本实施方式中，步骤二中，生产质量控制：(1)高工作性：通过调整减水剂、引气剂掺量、粗细集料的级配，使高性能混凝土的坍落度控制在180～200mm之间，扩展度控制在400～450mm之间；(2)含气量：含气量是混凝土抗冻性能的关键指标，但随着含气量的增加混凝土强度会下降。浇筑小型预制构件时，检测拌合物含气量，严格控制其含气量在规定范围之内，保证小型预制构件的抗冻性能。

(一)对生产后的高性能混凝土小型预制构件进行试验室测试：

(1)气泡间距系数：气泡间距系数与混凝土抗冻性密切相关。本发明按照《公路水泥混凝土路面施工技术细则》(JTG/T F30-2014)中附录B规定的方法进行测试，试配的混凝土气泡间距系数均满足设计规定要求。

(2)快速冻融试验：按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对普通混凝土和高性能混凝土试件进行了300次循环的快速冻融。试验后试件表观对比照片见图3。

(3)快速盐水冻融试验：参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对普通混凝土和高性能混凝土试件进行了200次循环的盐水冻融。试验后试件表观对比照片见图4。

(4)单面盐冻试验：按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对普通混凝土和高性能混凝土试件进行了30次循环的单面盐冻。试验后试件表观对比照片见图5。

(二)对生产后的高性能混凝土小型预制构件进行室外验证试验：

本发明进行了4年的室外盐冻试验，在冬季人工撒布除冰盐或盐水，验证了其抗盐冻性能。试验结果表明，普通混凝土试件面已破损(如图7的(b)所示)，高性能混凝土试件的表面完好。具体试验过程及结果见下图6和图7，图6为本发明高性能混凝土试件的室外验证试验示意图，图7普通混凝土试件室外验证试验示意图。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高性能混凝土小型预制构件加工设备，其特征在于，包括设置的全自动封闭型钢厂房，钢厂房包括位于钢厂房中心的控制管理区以及由控制管理区管控的输送系统、生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区，生产加工区、喷淋养护区、脱模区、成品检测区和成品存放区分布在控制管理区的四周，对控制管理区构成包围形式，且均与控制管理区之间设置可视化窗口，控制管理区通过该可视化窗口辅助摄像设备来观察每个区的运行状况；

输送系统包括第一输送装置、第二输送装置、第三输送装置、第四输送装置、第五输送装置和第六输送装置；生产加工区包括钢筋加工系统、混凝土搅拌系统和入模系统，钢筋加工系统用于加工钢筋，并将加工后的钢筋骨架放置入模系统的模具中，混凝土搅拌系统用于将混凝土原料搅拌加工后浇筑至带有钢筋骨架的模具中，入模系统中设置有振捣装置，用于对浇筑混凝土的模具进行多次振捣，在模具内形成小型预制构件，利用第一输送装置将振捣后的模具输送至喷淋养护区，将小型预制构件养护至设计强度；利用第二输送装置将喷淋养护后的模具输送至脱模区；

脱模区设有脱模装置和模具清洗系统，脱模装置用于将喷淋养护后的小型预制构件从模具中脱模，模具清洗系统用于对完成脱模后的模具进行清洗，利用第三输送装置将模具运送至生产加工区进行再利用；利用第四输送装置将脱模后的小型预制构件输送至成品检测区进行检测，经第五输送装置分别将合格的小型预制构件输送至成品存放区，不合格的小型预制构件被输送至废品处理区，成品存放区设置RFID溯源系统，对合格的小型预制构件进行溯源标识，成品存放区还设有成品喷淋养生系统和打包系统，经第六输送装置，通过成品喷淋养生系统对标识后的小型预制构件进行养护，打包系统对养护后的小型预制构件成品进行打包；

所述钢筋加工系统由依次连接的原料储存输送机构、加工机构和摆放平台组成，原料储存输送机构内储存有用于生产多批次的小型预制构件的钢筋原料，根据加工批次需求，将一定数量的钢筋原料输送至加工机构中加工成钢筋骨架，输送至摆放平台；

原料储存输送机构内设有称量检测机构，当检测到进行多批次生产后，原料储存输送机构内剩余钢筋原料量不足以生产下批次小型预制构件时，称量检测机构将缺料信号传输至控制管理区，控制自动补料；

所述混凝土搅拌系统由依次连接的多功能原料储存输送机构、搅拌机构和水平输送机构组成，多功能原料储存输送机构中设有多个混凝土原材料储存箱，根据加工不同形状大小的小型预制构件需求，按所需原料配比，将各原料经储存箱加入搅拌机构进行均匀搅拌；搅拌机构由斜拉料斗和竖向料斗组成，斜拉料斗的入口连接多功能原料储存输送机构，出口连接竖向料斗的进口，竖向料斗的出口连接水平输送机构，水平输送机构的出口与模具入口相连，搅拌后的混凝土原料输送至模具中，斜拉料斗内安装单螺旋搅拌杆，竖向料斗内安装有运动方向相反的双螺旋搅拌杆；

每个储存箱均配有称量结构，用于定量下料的同时，检测是否缺料，若相应储存箱检测到内部剩余原料不足以生产下料时，将缺料信号传输至控制管理区，控制自动补料；

所述入模系统还包括机架以及安装在机架上的夹持机构、移动机构、模具存储机构和升降机构组成，夹持机构将摆放平台上的钢筋骨架插入模具模腔内设置的卡槽中，移动机构用于移动模具存储机构靠近/远离升降机构，模具存储机构上设有推动结构和存储盒，存储盒内置有多个叠加设置的模具，推动结构将存储盒内的模具依次推至升降机构背面对应的安装槽内，模具与安装槽通过磁吸进行卡接连接，升降机构采用圆周升降结构，将背面安装的模具转至正面，利用安装在机架上的振捣装置进行混凝土浇筑入模加工。

2.根据权利要求1所述的高性能混凝土小型预制构件加工设备，其特征在于，所述高性能混凝土小型预制构件结构形式包括用于填方边沟2型的U型槽结构、用于填方边沟3型的梯形边沟结构、用于挖方边沟2型的U型槽结构、泄水槽、用于锥护坡防护的实心/空心六角网格结构。

3.根据权利要求1所述的高性能混凝土小型预制构件加工设备，其特征在于，所述模具采用多功能可拆卸模具，由可拆卸连接的外模和内膜组成，内膜设有多个用于容纳混凝土原料的型腔，型腔的形状分别为U型、梯形、方形和六角形，用于生产不同结构的小型预制构件；同一个模具上的型腔形状和大小相同。

4.根据权利要求1所述的高性能混凝土小型预制构件加工设备，其特征在于，所述脱模装置由支撑架以及安装在支撑架上的振动结构、推杆结构、夹持结构和支撑夹持结构组成，夹持结构将养护后的模具夹持并翻转至推杆结构正下方，推杆结构对模具进行初次振动脱模，推杆结构上设有气动推杆，气动推杆的前端设有推盘，推盘表面设有均匀分布的多个凸起，多个凸起插入模具的底端，利用推力将多个小型预制构件同时从模具中向下脱模一定距离，采用振动结构对模具进行二次脱模，支撑夹持结构位于翻转后的模具正下方，设有多个用于容纳脱模后的小型预制构件的筒状腔体，腔体底部设有缓冲件，用于缓冲小型预制构件脱模下落的冲力。

5.根据权利要求1所述的高性能混凝土小型预制构件加工设备，其特征在于，所述第一输送装置采用水平输送带机构和开口向下的梯形传送带机构，梯形传送带机构上设有卡紧模具的多个限位结构，入模后的模具通过水平输送带平台依次输送至梯形传送带机构上，梯形传送带机构移动将多个模具依次摆放在喷淋养护区；开口向下的梯形传送带机构还可为叉车接收辊架；

第二输送装置采用带有机械手的梯形传送带机构，机械手将养护后的模具依次放置在梯形传送带机构上，梯形传送带机构移动将模具输送至脱模区的加工平台；第三输送装置采用Z字形传送带机构，将脱模后的模具输送回生产加工区的入模系统中，Z字形传送带机构上设有固定夹紧模具的多个限位机构；第四输送装置采用水平传送带机构，将脱模后的小型预制构件输送至成品检测区；第五输送装置采用水平传送带机构，设有两条分支，其中一条分支传送带将检测合格并标识的小型预制构件输送至成品存放区，另一条分支的传送带将检测不合格的小型预制构件输送废品处理区；第六输送装置采用带有机械手的梯形传送带机构，首先将合格的小型预制构件依次输送并摆放，利用成品喷淋养生系统进行喷淋养护，其次利用机械手将养护完成的小型预制构件放入梯形传送带机构，梯形传送带机构移动输送至打包系统进行打包。

6.一种如权利要求1-5任意一项权利要求所述的高性能混凝土小型预制构件加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、钢筋入模：启动原料储存输送机构，将其内部存储的多个钢筋输送到加工机构上，通过加工机构同时将多个钢筋加工成钢筋骨架，加工后的钢筋骨架输送到摆放平台上，由夹持机构依次将各钢筋骨架置入模具的各型腔内；

步骤二、混凝土入模：启动多功能原料储存输送机构，接收本次加工原料配比信号，打开各储存箱，将各原料下料进斜拉料斗内，通过其单螺旋搅拌杆将各原料进行初次搅拌运输至竖向料斗内，通过竖向料斗的双螺旋搅拌杆对原料进行二次搅拌，之后将两次搅拌后的混凝土原料经水平输送机构输送至带有钢筋骨架的型腔内进行浇筑，同时利用振捣装置进行多次振捣，均匀排出气泡，并进行多次抹面；

步骤三、初次喷淋养护：当前模具完成入模后，通过第一输送装置输送至喷淋养护区进行带着模具的小型预制构件的喷淋养护，直到达到设计强度；

步骤四、脱模：将喷淋养护的模具通过第二输送装置输送至脱模区，利用夹持结构将养护后的模具夹持并翻转至推杆结构正下方，通过推杆结构对模具进行初次振动脱模，结合振动结构对模具进行二次脱模，脱模后的多个小型预制构件落入支撑夹持结构中；

步骤五、将脱模后的模具通过第三输送装置输送回生产加工区，重复步骤一至步骤四，同时启动称量检测机构和称量结构检测是否缺料；

步骤六、成品检测；将脱模后的小型预制构件通过第四输送装置输送至成品检测区，检测不合格的小型预制构件经第五输送装置被输送至废品处理区，检测合格的小型预制构件利用RFID溯源系统标识，记录产品生产信息，包括原料、结构形状、数量、生产日期、生产批次、产地和质检状态，标识后通过第五输送装置输送至成品存放区；

步骤七、成品喷淋养护：检测后合格的小型预制构件通过成品喷淋养生系统进行统一喷淋养护，养护时通过土工布全覆盖，确保全方位养护；养护完成后的小型预制构件成品通过打包系统打包，至此完成流水线加工流程。

7.根据权利要求6所述的高性能混凝土小型预制构件加工工艺，其特征在于，所述步骤二中，通过调整减水剂、引气剂掺量、粗细集料的级配，使高性能混凝土的坍落度控制在180～200mm之间，扩展度控制在400～450mm之间。

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