CN103526761B - 大体积混凝土自动温控、养护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大体积混凝土自动温控、养护装置及方法，其中温控装置包括水循环系统、测温装置和温控系统；水循环系统包括热水仓、冷水仓、保温水管和冷却水管，冷水仓置于混凝土基础外部；冷却水管埋设于混凝土内部；热水仓设置在混凝土基础顶部，内设加热器；保温水管预埋在混凝土基础内的上部，与热水仓和冷水仓分别连通，保温水管上设有喷淋器；测温装置预埋在混凝土基础内部，与温控系统连接；温控系统与水循环系统连接，根据测温系统测得的温度控制水循环系统的水循环。本发明通过温控系统实现冷却用水、保温用水的温度、流速、压力的监测及自动调节，还可以实现定时自动喷洒养护的功能。

Description

大体积混凝土自动温控、养护装置及方法

技术领域

本发明涉及大体积混凝土的施工浇筑和养护，尤其涉及一种大体积混凝土自动温控、养护装置及方法。

背景技术

在高炉基础等大体积混凝土施工过程中，由于水化热的作用，混凝土内部温度与表面温度温差巨大而导致混凝土收缩不均匀产生有害裂缝。通常情况下采用混凝土内部预埋循环水管降温和表面保温的方法来缩小内外温差。表面保温的方式包括蒸汽保温法、大棚保温法、覆盖保温棉保温法等，但这些保温方法受到场地、环境等条件的限制无法在任何条件下使用，且需投入大量的一次性材料消耗，成本较高；保湿养护时也需要大量的人力现场操作，且水量消耗大，养护效果不均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中大体积混凝土在施工过程中内部温度与外部温度温差太大导致混凝土产生裂缝的缺陷，提供一种可进行自动温控和养护的大体积混凝土自动温控、养护装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种大体积混凝土自动温控及养护装置，包括水循环系统、温控系统和养护系统；

水循环系统包括热水仓、冷水仓、保温水管、散热水管和冷却水管，其中：

冷水仓置于混凝土基础外部，与外部水源连接，冷水仓内部设有液位计；

冷却水管埋设于混凝土内部，与冷水仓通过进水管连接，进水管上设有冷却水加压泵；冷却水管还与热水仓连通；

热水仓设置在混凝土基础顶部，内设加热器，在热水仓的出口设有热水出口加压泵；

散热水管预埋在混凝土基础内部，保温水管铺设在混凝土基础表面，散热水管与热水仓和保温水管连通，保温水管和冷水仓连通； 

温控系统与水循环系统连接，根据混凝土基础的内外温度控制水循环系统的水循环；

养护系统包括喷淋器，喷淋器设置在保温水管上，定时喷洒养护混凝土基础表面。

本发明所述的装置中，所述温控系统包括测温装置和温控电路，其中：

测温装置预埋在混凝土基础内部；温控电路与测温装置连接，并与加热器以及冷却水加压泵连接。 

本发明所述的装置中，所述养护系统包括加压电路、定时喷淋时间控制电路和自动补水控制电路，加压电路与保温水管的出口阀门连接，并与热水出口加压泵连接；定时喷淋时间控制电路与喷淋器和加压电路连接；自动补水控制电路与液位计和冷水仓的进口阀门连接。

本发明所述的装置中，测温装置包括感温元件和测温探头，感温元件贴装在保温水管上，并与测温探头连接，测温探头分布于混凝土基础的底部、中部和上部。

本发明所述的装置中，所述散热水管为镀锌管。

本发明所述的装置中，所述温控系统还包括报警电路，与测温装置连接。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种大体积混凝土施工全过程自动温控及养护方法，包括以下步骤：

混凝土基础浇筑完成前预设时间，向热水仓内储水并加热，并保持恒温备用；

当混凝土基础浇筑完毕后，在混凝土表面及侧面覆盖保温材料；

在冷水仓中注入常温水源，并通过冷却水加压泵向冷却水管内注入常温冷水，水流经冷却水管进入热水仓，再通过散热水管和保温水管后进入冷水仓进行下一轮循环；

当混凝土基础内外温差达到第一预设温度时，温控系统控制加热器开启；

当混凝土基础内外温差达到第二预设温度时，温控系统控制冷却水加压泵开启；

当常温达到第三预设温度时，养护系统控制保温管的出口阀门关闭，喷淋器开启，在冷水仓的水位降低时，养护系统控制水循环系统自动进行补水；

在开启喷淋器预设时间后，养护系统控制喷淋器关闭，保温管的出口阀门开启，水循环系统继续进行水循环。

本发明所述的方法中，该方法还包括步骤：

混凝土基础降温、保温完毕后，切除外露的冷却水管，基础内部的水管通过水泥砂浆封堵。

本发明所述的方法中，所述第一预设温度为20℃-25℃之间，第二预设温度为30℃，第三温度为5℃。

本发明产生的有益效果是：本发明利用预埋在混凝土内部冷却水管中的冷却水在出水端温度升高的特点，采取在混凝土基础的表面铺设保温水管的形式使冷却水循环利用至混凝土基础表面，用于提高混凝土的表面温度，结合温控系统实现冷却用水、保温用水的温度、流速、压力的监测及自动调节，还可以实现定时自动喷洒养护的功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例大体积混凝土温控装置的结构示意图；

图2是本发明实施例大体积混凝土温控装置的立体透视图；

图3是本发明实施例水循环系统的水循环示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要用于高炉基础及类似大体积混凝土施工浇筑、养护过程中，可实现自动控制内部水化热降温及表面保温、定时自动保湿养护的功能。主要利用预埋在混凝土内部降温管（即冷却水管）中的冷却水在出水端温度升高的特点采取外部散热管（即保温水管）的形式再次循环利用至混凝土表面，提高混凝土的表面温度，结合自动控制系统实现冷却用水、保温用水的温度、流速、压力的监测及自动调节，还可以实现定时自动喷洒养护的功能。

如图1和图2所示，本发明的大体积混凝土温控装置包括水循环系统、温控系统和养护系统；

水循环系统包括热水仓11、冷水仓12、散热水管（因埋设在混凝土基础内部故图中未示出）、保温水管13和冷却水管14，其中：

冷水仓12置于混凝土基础外部，与外部水源15连接，冷水仓12内部设有液位计；

冷却水管14埋设于混凝土内部，与冷水仓通过进水管连接，进水管上设有冷却水加压泵；冷却水管14还与热水仓11连通；如图1所示，冷却水管14与热水仓11通过冷却水收集主管18连接，

热水仓11设置在混凝土基础顶部，内设加热器19，在热水仓的出口设有热水出口加压泵20；

散热水管预埋在混凝土基础内部，保温水管铺设在混凝土基础表面，散热水管与热水仓11和保温水管13连通，保温水管13和冷水仓12连通。

温控系统与水循环系统连接，根据混凝土基础的内外温度控制水循环系统的水循环。

养护系统包括喷淋器21，喷淋器21设置在保温水管13上，定时喷洒养护混凝土基础。

温控系统包括测温装置、温控电路和加压电路。测温装置预埋在混凝土基础内部；温控电路与测温装置连接，并与加热器以及冷却水加压泵连接；加压电路与保温水管的出口阀门连接，并与热水出口加压泵连接。本发明的一个实施例中，测温装置包括感温元件和测温探头，感温元件贴装在保温水管上，并与测温探头连接，测温探头分布于混凝土基础的底部、中部和上部。如图1所示，测温探头一共五组，每组三个探头，分布于混凝土基础的底部、中部和上部。

本发明的一个实施例中，温控电路与测温装置连接，并与加热器19以及冷却水加压泵17连接；温控电路可以根据测温装置检测出混凝土基础的温度上限和下限进行温度控制。温控电路包括电阻组成的温度／电压转换电路，通过感温元件获得温度信息，并将温度信息转换为电压值。温度升高电阻变小时电位上升；反之，当温度降低时电位下降，其输出电平的变化被用作推动后级执行电路工作的信号。

工作初期，由于冷却水处在常温，感温元件又是紧贴在散热管上，其呈现的电阻较大，温控电路处于待命状态。

混凝土浇筑完成前2小时，热水仓内储水并加热至比环境温度(施工时常为室外温度)高20℃左右（接近冷却水出口温度），并保持恒温备用。

当混凝土内部与表面温差达到或超过20℃时（规范要求≤25℃），输出高电平，使相关电路导通，热水仓电热器开始工作，提高保温水温度，降低内外温差。

当内外温差继续上升至30℃时，除加热器继续工作外还额外输出高电平使电路导通，其常开触点闭合，冷却水加压泵启动，加快流速降温。

当温差小于20℃时自动停止加热。

养护系统包括加压电路、定时喷淋时间控制电路和自动补水控制电路，其中：

（1）加压电路

加压电路与保温水管13的出口阀门连接，并与热水出口加压泵20连接；当环境温度达到5℃以上时，需要进行混凝土表面洒水养护。当监测的环境温度达到5℃时，输出高电平，使相关电路导通，保温管出口阀门关闭，热水出口加压泵20开始工作，加压后喷淋器晒水进行养护。

（2）、定时喷淋时间控制电路

定时喷淋时间控制电路与喷淋器21和加压电路连接；喷淋器第一次开始启动时，计时器自动开始工作，10分钟后（根据季节需要可灵活调整）自动切断喷淋器工作电路，散热管出口阀门重新开启进行水循环，4小时后（根据季节需要可灵活调整）再次启动加压电路。

（3）、自动补水控制电路

自动补水控制电路与液位计和冷水仓的进口阀门22连接。喷淋器启动后，冷水仓水位降低，降至内设液位计控制液面时，自动进行补水。

可利用后期电气安装埋线用或水电安装的镀锌管做散热水管和保温水管13，取材及维护方便，成本低。

本发明的一个实施例中，温控系统还包括报警电路，与测温装置连接。当混凝土基础内外温度超过一定值时，可发出报警声，从而可以达到自动温控及报警的作用。

本发明大体积混凝土温控装置的主要实施方法如下：

1.在高炉基础施工过程中，根据需浇筑混凝土的标号、体积、面积及厚度，依据实际需要预埋内部降温管（即散热水管以及冷却水管14）（Dφ50的钢管），按纵、横间距均小于1m的要求，均布于混凝土的内部，在浇筑体外通过与φ219主管焊接串联。

2.在基础内部预埋测温装置。以高炉中心为起点，在水平方向共布置5个温度监测站点，每个温度监测站点设置3个垂直方向温度监测点探头（埋置位置分别处于混凝土的底部、中部、表面部位），即每个探头均能监测出其所处混凝土内部不同水平区域、不同高度位置的温度，探头紧贴散热管，端部信号输出到温控系统后实现如下功能：a.热水仓加热器的启、闭；b.冷却水加压泵的启、闭。

3.在基础上部位设置蓄水箱（即热水仓），内设功率可调节加温装置（降低内外温差）及温控装置（实现预设温度、恒温及报警功能，端部信号输出到温控系统），并接纳浇筑体内散热的循环水作为表面保温及保湿的水源。出口设加压泵、电动闸阀、电子温度计，连接温控系统实现温控定时、自动超压喷淋晒水养护。

4.在基础以外设置蓄水箱（即冷水仓）接纳外部水源，设置液位计实现自动补水功能，水循环系统启动后也作为循环水中转水箱，出口设加压泵接受温控系统信号为冷却水增压以满足喷淋器洒水的需要。

5.混凝土浇筑完成前2小时 ，工作热水仓内储水并加热至比环境温度高20℃（接近冷却水出口温度），并保持恒温备用。

6.当混凝土浇筑完毕后，在混凝土表面及侧面覆盖2层再生棉及一层塑料薄膜，完全覆盖住保温管及整个混凝土基础以起到基础的保温效果。

7.在基础表面铺设预制好的表面保温水管，与混凝土基础内部的散热水管连接，并联通蓄水箱的热水仓。

8.在冷水仓中注入常温水源后，通过水泵向内部降温管内注入常温冷水，进行内部循环水管降温，水流通过循环把混凝土中的内部热量排出后再泵送至混凝土基础上的热水仓。由于混凝土的中心温度最高，通过循环后的冷水经过预埋的内部降温管后温度增高，可直接泵送至混凝土表面的外部保温水管内。水循环系统的循环过程如图3所示。

9.当冬季、夜间温度较低时或混凝土内外温差大于20℃时（规范要求内外温差必须≤25℃），温控系统根据混凝土内部中心温度与混凝土表面温差启动加热装置以缩小温差，温差小于20℃时自动停止加热。

10.当混凝土内外温差大于30℃时，温控系统自动启动冷却水加压泵加快冷却水流速达到降温的目的。

11.通过浇筑物体内的散热水管出口的可调节加压泵将热水泵入热水仓中，把温度升高（或电加热）后的热水通过混凝土表面铺设的保温水管流出，使得热量作用于混凝土表面，达到保温的效果，起到缩小混凝土内外温差的作用。

12.散热管中的水经过保温水管后通过泵送回到冷水仓，重新进入下一轮循环。

13.每一根散热管中部预留多个三通，外接小型疏水阀及喷淋装置，根据保湿需要定时通过调节泵送压力达到定时喷淋、保湿的作用。

14.定时喷淋开始后冷水仓自动补充水源进行补水以确保系统正常运行。

15.大体积混凝土降温、保温完毕后，切除外露的冷却水管，管内空心部位用水泥砂浆加压泵向管内加压输送同等级的水泥砂浆进行封堵。

本发明操作简单，使用方便，通过温控系统可做到浇筑后养护工作的自动化，能提劳动效率，降低人力成本。并可将以往浪费的散热水源利用起来，热能重复利用，冷却水也做到了重复循环使用。另外还避免了以往现场常见的冷却水无组织排放造成的污染，减少了施工用电的不安全隐患。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种大体积混凝土自动温控及养护装置，其特征在于，包括水循环系统、温控系统和养护系统；

水循环系统包括热水仓、冷水仓、保温水管、散热水管和冷却水管，其中：

冷水仓置于混凝土基础外部，与外部水源连接，冷水仓内部设有液位计；

冷却水管埋设于混凝土内部，与冷水仓通过进水管连接，进水管上设有冷却水加压泵；冷却水管还与热水仓连通；

热水仓设置在混凝土基础顶部，内设加热器，在热水仓的出口设有热水出口加压泵；

散热水管预埋在混凝土基础内部，保温水管铺设在混凝土基础表面，散热水管与热水仓和保温水管连通，保温水管和冷水仓连通；

温控系统与水循环系统连接，根据混凝土基础的内外温度控制水循环系统的水循环；

养护系统包括喷淋器，喷淋器设置在保温水管上，定时喷洒养护混凝土基础表面；

所述温控系统包括测温装置和温控电路，其中：

测温装置预埋在混凝土基础内部；温控电路与测温装置连接，并与加热器以及冷却水加压泵连接；

所述温控系统还包括报警电路，与测温装置连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述养护系统包括加压电路、定时喷淋时间控制电路和自动补水控制电路，加压电路与保温水管的出口阀门连接，并与热水出口加压泵连接；定时喷淋时间控制电路与喷淋器和加压电路连接；自动补水控制电路与液位计和冷水仓的进口阀门连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，测温装置包括感温元件和测温探头，感温元件贴装在保温水管上，并与测温探头连接，测温探头分布于混凝土基础的底部、中部和上部。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述散热水管为镀锌管。

5.一种大体积混凝土施工全过程自动温控及养护方法，其特征在于，包括以下步骤：

混凝土基础浇筑完成前预设时间，向热水仓内储水并加热，并保持恒温备用；

当混凝土基础浇筑完毕后，在混凝土表面及侧面覆盖保温材料；

在冷水仓中注入常温水源，并通过冷却水加压泵向冷却水管内注入常温冷水，水流经冷却水管进入热水仓，再通过散热水管和保温水管后进入冷水仓进行下一轮循环；

当混凝土基础内外温差达到第一预设温度时，温控系统控制加热器开启；

当混凝土基础内外温差达到第二预设温度时，温控系统控制冷却水加压泵开启；

当常温达到第三预设温度时，养护系统控制保温管的出口阀门关闭，喷淋器开启，在冷水仓的水位降低时，养护系统控制水循环系统自动进行补水；

在开启喷淋器预设时间后，养护系统控制喷淋器关闭，保温管的出口阀门开启，水循环系统继续进行水循环。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

混凝土基础降温、保温完毕后，切除外露的冷却水管，基础内部的水管通过水泥砂浆封堵。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预设温度为20℃-25℃之间，第二预设温度为30℃，第三温度为5℃。