哈大客专箱梁预制蒸汽养护温度控制

铁路箱梁预制蒸汽养护温度控制概述1、工程概况xx铁路客运专线XX制梁场负责承担xx铁路客运专线TJ-3标段xx特大桥XX#墩~XX#墩共XX榀箱梁预制、安装，里程范围为DKXX+～DKXX，正线全长XXkm。我们所施工段落位于长春地区，该地区年平均气温4.4℃～8.4℃，极端最高温度36.1℃～39.8℃，极端最低温度-39.9℃～-32.8℃。2006年各月温度情况如表1：表1长春2006年各月温度情况区站号年份月份月平均气温（℃℃）长春20061-14.5长春20062-10.6长春20063-1.3长春200646.2长春2006517长春2006620.2长春2006723.5长春2006823.3长春2006917.1长春2006109.6长春200611-2.3长春200612-9.32、蒸汽养护系统的设置蒸汽养护系统采用2台额定蒸发量4t/h、工作压力1.25Mpa的锅炉供汽。锅炉的使用程序为：烘炉→煮炉→升火→供汽→正常运行。蒸养锅炉供汽分箱梁蒸汽养护、混凝土拌合用水水温蒸汽加热和砂、石原材料保温3部分。蒸养系统按照蒸养棚所选的材料及蒸养棚的尺寸散温多少、以及蒸养棚内最高温度及室外最低温度的温差值进行散温考虑。按照梁重819t,同时蒸养4片箱梁，同时升温1片箱梁.室外最低按-10℃考虑；搅拌用水及砂、石原材料的保温均按照xx客专的有关规定进行保温加热计算。蒸养管道：主管道随着线路延伸，供汽量和蒸发量平稳通过内杆式楔型阀调节。蒸养罩：箱梁进行蒸汽养护时直接采用蒸养罩覆盖严实。蒸养罩内多点测温、多点升温、多点降温，严格控制升、降温梯度、恒温时间和拆模温度。测温计：采用压力式指示温度计，测温范围0～100℃，精度等级1.5级。测温计的布置：箱梁两外侧、两端头及跨中各布置一块，孔道布置一块，梁顶和梁底各布置四块，箱内两端各布置一块。温度传感器安装牢靠，位于梁体外侧、箱内高度的中部位置，其它部分离混凝土面或模板5～10cm左右。3、蒸汽养护温控系统介绍采用蒸汽养护技术预制混凝土箱梁可以提高梁的品质,缩短施工周期,该技术的难点在于严格、准确、实时地控制温度变化.针对已往我们施工中存在的设备简陋、温控粗放等问题,提出了一套完善的温度自控系统,使混凝土的蒸汽养护工艺更加成熟、完备、可靠.3.1、温控养护系统介绍基本组成蒸养系统主要由四部分构成，即蒸养罩系统、蒸汽加热系统、通风和冷却系统、自动温控系统。蒸养罩系统具有很强的保温性能，最大限度地减少箱梁与外界的环境接触，创造一个适宜的养护环境；蒸汽加热系统是将锅炉的蒸汽按照控制规则，自动的喷射到养护罩内，为了保证升温的均衡，蒸汽的喷射孔口径和间距都经过了科学的计算；通风和冷却系统中，冷却喷淋和加热系统采用了部分相同的管道，这样，简化了管道布置；温控系统采用了分布式控制策略，以增加系统的可靠性。主控制器和分控制器采用了无线网络的数据传输，并采用了工业标准的通信协议，具有很高的安全性。系统结构如图1所示；（以三个台座为例）；自动温控仪、远程测温控制器如图2、3所示。图2自动温控仪(略)图3远程测温控制器(略)3.2、蒸养原理整个蒸养系统的实施由两步完成，第一步，试验梁的测试。即在梁体内部设置温度测试点，测量梁体温度，得到温度的变化特征。第二步，取消内部测点，依据试验梁的测试温度规则，设置梁体外部测试点，确定蒸养方案和策略。3.2.1、试验梁试验梁内部温度的采集是温控系统的关键，通过温度的采集来分析制定出控制参数，从而控制梁体养护温度，使梁体表层与梁体内部、梁体表层与梁体养护温度的温差不超过15°。试验梁温度的采集首先要在梁体内外布置16个pt100传感器，其中梁体内部布置8个，外部及表面布置8个，通过16路JCJ500B巡检仪对其温度进行采集。3.2.2、上位机使用说明（以三台座为例）该程序可以对1#、2#和3#台座同时进行监测和控制，可以完成对温控器的初始化设置，步骤监测，温控器的启/停控制等功能。用鼠标双击“蒸养.exe”程序进入运行状态界面;初始化完毕，此时程序已经开始运行，并且依次对各个温控器进行初始化，请稍候待初始提示栏自动消失。界面如图4所示；图4初始化状态界面此时可以启动需要蒸养的设备，点击相应的按钮如：或或可以启动相应的设备。并且弹出相应得对话框，此时在对话框内输入相应得梁号，点击“确认”就可以运行相应设备，若点击“取消”则该设备不会被启动。以1#设备为例，若设备启动后，则按钮变为，并且1#设备状态指示由变为，逐步显示1#设备运行状态。点击按钮，可以显示实时采集数据的报表和波形，界面图5所示：图5采集数据界面在此界面下，可以通过选择设备下拉菜单来显示不同台座的实时温度，通过“曲线选择”按钮来选择不同通道的曲线。当按按钮时，可以对以前的数据进行查询，共有3个界面，分别是波形图界面，报表界面和波形图与报表同时显示界面。界面的选择、历史数据的选择等内容都可以通过界面顶部的下拉菜单来实现。如图6所示。图6历史数据界面当按下按钮时可以对温控器的参数进行设置，包括各个阶段的时间和各个阶段的温度。通过“设备号”下拉菜单来选择需要进行设置的温度控制器，设置好相应阶段的温度和时间后点击相应得按钮就可以了，也可以把某一温度控制器的所有的参数都设置好，然后点击按钮。在参数下载过程中，界面左上角的下载指示窗口可以显示参数设置成功与否。如图7所示。图7参数下载界面当按按钮时，可以对任意温度控制器的执行的参数进行读取，包括各个阶段的温度和时间、当前温度（PV）、当前设置值（SV）、当前温度控制曲线等。界面如图8所示。图8参数上传界面当按按钮时，上位机退出程序。另外该程序还可以对系统的采样周期进行设置；上位机断电重起动恢复现场；权限密码设置等功能。3.2.2、控制柜使用说明程序温度控制系统采用了分布式（DCS）控制策略，每个台座由一台控制柜完成温度的程序控制。其中，中央控制器与各台座的控制柜之间的指令、数据传输，通过无线网络完成，最多台座可达127个。中央控制机由一台工业控制机及应用程序构成，自动记录各台座箱梁测试点的温度值，按要求下达操作指令等，具有历史数据、温度曲线的查阅功能，人机界面友好，操作简单。台座的温度控制柜包括：多点温度巡检仪、程序温度控制仪、手动的加温按钮、蒸汽阀门的控制电气装置等。控制柜主要由一台巡检仪、两台温控仪、四组继电器组成，巡检仪主要是对梁体内外测温，温控仪可以通过我们给定的参数来控制继电器的通断，继电器导通就可以给电磁阀供电，电磁阀打开送入蒸汽。温控仪是通过试验量测得到的梁体内部温度变化曲线参数来控制梁体外部温度的，参数反映的是温度与时间的曲线，如下图9所示：图9温控仪的参数控制梁体不同位置温控仪的参数各不相同，温控仪1、2、分别通过控制电磁阀1、2、控制梁体底部蒸汽、内膜蒸汽、侧部蒸汽和顶部蒸汽。温控仪通过布置的热电阻来实时获得各点温度值，根据控制参数来控制梁体底部、内部、侧部和顶部的温度，以上图温控参数为例，曲线第一阶段是静养、制完梁后混凝土有一段静养时间，不用加蒸汽。第二个阶段开始加蒸汽，如果测量的温度值低于设定的温度（如30℃）时，温控仪就有信号输出，内部继电器吸合，控制大继电器吸合，电磁阀通电开始送入蒸汽，如果测量值高于设定温度（如30℃）时则相反，停止蒸汽。3.3、施工梁根据试验梁所确定的蒸养方案，分析出温度变化规律，设定温控仪的控制参数，从而在施工中控制梁的表面温度，加快养护过程，缩短凝固时间。运用的试验方法：对铁路混凝土箱梁的水泥水化热、日照温度以及温度效应进行研究，结果表明：箱梁水化热度峰值可达70℃以上，梁体浇筑后最大温升可达65℃，箱梁局部板件(如腹板)混凝土芯部与表面的温差可达10℃以上，箱梁内部混凝土温度与箱梁周围养护区内的环境温度差可达30℃。箱梁沿板厚方向受日照影响存在一定的温度梯度,对于无碴轨道箱梁,顶板的温度梯度超过10℃；箱梁沿梁高方向存在较大的温度梯度,无碴桥梁梁中心部位（腹板）与腹板变截面处的温差近10℃；腹板变截面处的温度和端头的温度基本一样，当外界温度变化时,混凝土内部温度变化存在滞后现象。4、蒸汽养护温度控制措施4.1施工控制4.1.1配合比控制合理设计混凝土的配合比，从材料特性出发，主动控制混凝土的温差值。为降低高速铁路箱梁混凝土浇注时的水化热，除水泥应选用低热或中热水泥外（，在不降低混凝土强度等级C50的前提下，进行混凝土的配合比试验，同时掺入缓凝剂和水泥总量的15%粉煤灰。主要通过砂石的含水率、砂率筛分实验的测定进行调整，保证混凝土具有良好的和易性，坍落度控制在160～200mm范围之内。4.1.2合理分层浇注箱梁混凝土由混凝土拌和站集中拌制，采用溜槽配合拖式泵车配合布料杆布料。该箱梁采用一次性分层浇注，箱梁混凝土先分层浇注腹板与底板结合部，再腹板60㎝左右，然后底板，再腹板、最后顶板。采用两台布料机同时从两端向中间水平分层、斜向分段、两侧对称、连续浇注。每层混凝土的浇注高度不超过30cm，保证在下层混凝土初凝前浇注上层混凝土，也使得混凝土的热量能够散发到外界，有利于温度控制。浇注时间不超过6小时。浇注横断面如图10所示。图10浇注横断面4.1.3外部保温由于在箱梁混凝土浇注过程中昼夜温差和天气情况变化较大，在箱梁模板上加盖了雨棚布，混凝土浇注结束后在上部加盖土工布和蒸汽养护棚。梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不超过15℃。蒸汽养护棚如图11所示。图11蒸汽养护棚4.2温度监控4.2.1测点布置测温点的布置力求反映混凝土内部温度的变化情况，考虑结构形状和尺寸，箱梁1/2处、箱梁1/4处、变截面处和端头纵向对称共计8个点。箱梁内箱环境、模板、腹板下环境、底板、箱梁表层温度和外界环境共计8个点。将温度传感器牢固绑扎在竖向钢筋上，采用温控养护系统FSC-1713VNA(B)从混凝土浇注到养护全过程监控混凝土的温度值。温控点如下图12所示：图12温控点布置图4.2.2温度监控传感器被混凝土覆盖后即开始测温工作，24小时不间断监控。测温测试频率为：前12小时，每2小时测温一次；第12～36小时，每1小时测温一次；第3～5天，3小时测温一次；第6～8天，每5小时测温一次。第9到12天，每8小时测温一次。4.3温度数据分析（1）选取11~15号点对混凝土箱梁温度变化曲线进行分析，由图13可以看出：芯部1/2处、变截面处、端头温度变化相对平缓稳定，1/4处测点温度变化相对剧烈且波动较大，底板温度温度与混凝土芯部温度相差10℃左右，预应力管道温度和芯部温度相差在5℃左右。由此可见混凝土的温度受外界养护条件和预埋传感器的不同位置所表现出来图形曲线走向有很大的差异。图13温度变化曲线1（2）根据温度记录，箱梁混凝土最高温升值出现在端头和变截面处，端头和变截面处温度高于1/4处和1/2处，底板温度相对较低。分析其原因是箱梁混凝土芯部温度和散热受边界影响，芯部温度比其它预埋点温度上升快，而下降相对比较缓慢。图14温度变化曲线2（3）通过观察测点温度变化曲线趋势，箱梁混凝土芯部温度最大值达62℃，但是持续时间较短。混凝土的温度最高值一般出现在开始浇注的第2-3天，持续1天左右，然后开始回落，且升温段的曲线斜率小于降温段的曲线斜率，即“升得慢降得快”。（4）实施监控的最高温度（62℃）也与规范上的（65℃）较为接近，但是未超过规范和设计允许值，同时说明箱梁混凝土实际施工过程中温度影响因素很复杂。（5）施工时长春市附近气温温差很大，且白天环境气温高达34℃，夜间气温只有16℃左右，由此，在浇注和养护过程中，考虑的因素比较多，例如：入模温度必须控