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日本开发喷射混凝土“智能拌合站”,保障隧道衬砌性能稳定


隧道施工中,喷射混凝土衬砌的强度性能与生产时的温度稳定息息相关。有鉴于此,2018年,日本开发了一种针对喷射混凝土材料的“智能拌合站”,能够自动控制混凝土的拌和温度,使其保持性能稳定,一起来看看吧! 


技术背景


喷射混凝土是隧道施工中常见的衬砌手段,其初始强度与长期强度等性能参数,受所用促凝剂的种类和含量的影响很大,而促凝剂的性能则高度依赖于温度的稳定。



以往,在温度较低的环境下施工时,为了保证喷射混凝土的初始强度与粘结性,施工方一般会提高促凝剂含量,但促凝剂含量过高又会导致喷射混凝土的长期强度降低。


为了解决这一问题,获得性能稳定的喷射混凝土,日本原商联合飞岛建设开发了一种针对喷射混凝土材料的“智能拌合站”,能够自动控制混凝土的拌和温度,使其保持性能稳定。



智能拌合站


这种拌合站(Smart Batcher Plant )是一种成套的混凝土生产系统,由三个基本功能组成:

■ 加入热水、细骨料(砂)、粗骨料(碎石)等混凝土原材料;

■ 拌和物料前进行准确测温,并在拌和过程中持续测温;

■ 自动调节冷水(原水)与热水的比例,以达到目标拌和温度的控制功能。


拌合过程中的混凝土温度通过数字辐射温度传感器以无接触方式测得,传感器安装在搅拌机顶部,可持续测量从拌和结束到喷射混凝土开始的混凝土温度变化。



此外,在寒冷地区施工时,仅加入热水可能难以实现目标拌和温度的自动控制,此时使用系统中的蒸汽喷射系统,可以加热传送带上的细骨料和粗骨料,将骨料温度提高约 10°C,并实时测量骨料表面水分的百分比,反馈至拌合水量的调整中。



数据管理


在传统的混凝土拌合设备中,隧道施工期间的拌和数据使用打印的单据进行管理。而在这套“智能拌合站”系统下,对所有的实际拌和数据数字化,通过互联网(云)远程传送。这些数据可以在进行自动编辑后用于施工管理,并通过管理单据转换功能转换为多种格式。


负责工厂管理的施工人员可以通过在入口处或搅拌站内部设置网络摄像头,在 PC 或智能手机上查看搅拌车的进出并汇总库存状态。


通过这种方式,施工人员可以在短时间内处理与喷射混凝土相关的质量和材料控制,同时使用从网络摄像机远程获取的实际拌和数据和图像,提高管理效率。



技术应用


这套设备于2018-2019年应用于日本宫古盛冈横断道路岩井地区隧道工程,并在实际应用中评估了系统在寒冷地区拌和温度的自动控制功能。


施工中,当地的最低气温达到了近-20°C,而施工方将目标拌合温度设置为25°C,从拌合完毕到施工过程中温度下降约为5°C。现场验证时,拌合完成后的喷射混凝土温度在目标 25±3°C 的范围内。


同时,该系统也与传统的热水控温进行了对比:同隧道施工条件下,单纯使用热水的情况下,平均拌和温度为 15.9°C,标准偏差为 2.6°C;在 Smart Batcher Plant 的情况下,平均拌和温度为 24.7°C,标准偏差为 1.9°C


结语


该技术应用于寒冷地区的隧道掘进时,可以提高喷射混凝土的质量,降低喷射混凝土的成本。未来,该技术还将进一步添加材料冷却系统,以应对夏季高温和夏季混凝土温度升高的问题,并将在拌合器中添加加热功能,更加灵活、准确地控制拌合温度。 


本文来源:上海市土木工程学会


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