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隧道施工中，噴射混凝土襯砌的強(qiáng)度性能與生產(chǎn)時的溫度穩(wěn)定息息相關(guān)。有鑒于此，2018年，日本開發(fā)了一種針對噴射混凝土材料的“智能拌合站”，能夠自動控制混凝土的拌和溫度，使其保持性能穩(wěn)定，一起來看看吧！
技術(shù)背景
噴射混凝土是隧道施工中常見的襯砌手段，其初始強(qiáng)度與長期強(qiáng)度等性能參數(shù)，受所用促凝劑的種類和含量的影響很大，而促凝劑的性能則高度依賴于溫度的穩(wěn)定。
以往，在溫度較低的環(huán)境下施工時，為了保證噴射混凝土的初始強(qiáng)度與粘結(jié)性，施工方一般會提高促凝劑含量，但促凝劑含量過高又會導(dǎo)致噴射混凝土的長期強(qiáng)度降低。
為了解決這一問題，獲得性能穩(wěn)定的噴射混凝土，日本原商聯(lián)合飛島建設(shè)開發(fā)了一種針對噴射混凝土材料的“智能拌合站”，能夠自動控制混凝土的拌和溫度，使其保持性能穩(wěn)定。
智能拌合站
這種拌合站（Smart Batcher Plant ）是一種成套的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，由三個基本功能組成：
■ 加入熱水、細(xì)骨料（砂）、粗骨料（碎石）等混凝土原材料；
■ 拌和物料前進(jìn)行準(zhǔn)確測溫，并在拌和過程中持續(xù)測溫；
■ 自動調(diào)節(jié)冷水（原水）與熱水的比例，以達(dá)到目標(biāo)拌和溫度的控制功能。
拌合過程中的混凝土溫度通過數(shù)字輻射溫度傳感器以無接觸方式測得，傳感器安裝在攪拌機(jī)頂部，可持續(xù)測量從拌和結(jié)束到噴射混凝土開始的混凝土溫度變化。
此外，在寒冷地區(qū)施工時，僅加入熱水可能難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)拌和溫度的自動控制，此時使用系統(tǒng)中的蒸汽噴射系統(tǒng)，可以加熱傳送帶上的細(xì)骨料和粗骨料，將骨料溫度提高約?10°C，并實(shí)時測量骨料表面水分的百分比，反饋至拌合水量的調(diào)整中。
數(shù)據(jù)管理
在傳統(tǒng)的混凝土拌合設(shè)備中，隧道施工期間的拌和數(shù)據(jù)使用打印的單據(jù)進(jìn)行管理。而在這套“智能拌合站”系統(tǒng)下，對所有的實(shí)際拌和數(shù)據(jù)數(shù)字化，通過互聯(lián)網(wǎng)（云）遠(yuǎn)程傳送。這些數(shù)據(jù)可以在進(jìn)行自動編輯后用于施工管理，并通過管理單據(jù)轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換為多種格式。
負(fù)責(zé)工廠管理的施工人員可以通過在入口處或攪拌站內(nèi)部設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像頭，在 PC 或智能手機(jī)上查看攪拌車的進(jìn)出并匯總庫存狀態(tài)。
通過這種方式，施工人員可以在短時間內(nèi)處理與噴射混凝土相關(guān)的質(zhì)量和材料控制，同時使用從網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)遠(yuǎn)程獲取的實(shí)際拌和數(shù)據(jù)和圖像，提高管理效率。
技術(shù)應(yīng)用
這套設(shè)備于2018-2019年應(yīng)用于日本宮古盛岡橫斷道路巖井地區(qū)隧道工程，并在實(shí)際應(yīng)用中評估了系統(tǒng)在寒冷地區(qū)拌和溫度的自動控制功能。
施工中，當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁剡_(dá)到了近-20°C，而施工方將目標(biāo)拌合溫度設(shè)置為25°C，從拌合完畢到施工過程中溫度下降約為5°C。現(xiàn)場驗(yàn)證時，拌合完成后的噴射混凝土溫度在目標(biāo) 25±3°C 的范圍內(nèi)。
同時，該系統(tǒng)也與傳統(tǒng)的熱水控溫進(jìn)行了對比：同隧道施工條件下，單純使用熱水的情況下，平均拌和溫度為 15.9°C，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2.6°C；在 Smart Batcher Plant 的情況下，平均拌和溫度為 24.7°C，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 1.9°C。
結(jié)語
該技術(shù)應(yīng)用于寒冷地區(qū)的隧道掘進(jìn)時，可以提高噴射混凝土的質(zhì)量，降低噴射混凝土的成本。未來，該技術(shù)還將進(jìn)一步添加材料冷卻系統(tǒng)，以應(yīng)對夏季高溫和夏季混凝土溫度升高的問題，并將在拌合器中添加加熱功能，更加靈活、準(zhǔn)確地控制拌合溫度?！?/p>
本文來源：上海市土木工程學(xué)會
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