CN106968439A - 一种大体积混凝土构件的分级调温冷却系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大体积混凝土构件的分级调温冷却系统及方法，涉及大体积混凝土施工技术领域。混凝土构件内设有循环冷却水管，循环冷却水管包括至少两根互不连通的子冷却水管，每一根子冷却水管均包括一个进水口和一个出水口，相邻两根子冷却水管的进水口分别设于混凝土构件的两侧，在混凝土构件的两侧的任一侧，进水口和出水口间隔地布置；至少一个冷却装置，冷却装置包括供水单元以及与供水单元连接的两个分水单元，且两个分水单元分别与设于混凝土构件两侧的进水口和出水口通过管路连接并形成回路。本发明通过供给分级可调、流量及流速可控的冷却水，有效地控制混凝土芯部的温升速度及温峰值，使混凝土构件整体温度更加均匀，确保浇筑质量。
Description
本发明涉及大体积混凝土施工技术领域，具体是涉及一种大体积混凝土构件的分级调温冷却系统及方法。
背景技术
在混凝土构件的浇筑和硬化施工过程中，水泥水化反应会产生大量水化热，对于大体积混凝土构件，由于其表面散热较快，而内部水化热不易散发，因此混凝土构件芯部的温升速度过快，温峰值较高，导致大体积混凝土构件由于表面和内部的较大温差引起的热应力发生开裂。为了保证大体积混凝土构件的施工质量，通常从原材料、配合比、掺和料和在混凝土构件内部设置循环冷却水管等方面对施工过程进行综合控制。在大体积混凝土构件的施工过程中采用现有的循环冷却水管时，混凝土构件内部所需水管的数量、层次都大幅度增加，进水口和出水口分别位于大体积混凝土构件的两侧，距离较远，且冷却水的流向固定，不但难以有效地控制混凝土构件芯部的升温过快，而且出水口冷却水的温度明显高于进水口冷却水的温度，造成进水口和出水口的冷却效率差别较大，从而导致混凝土构件在进水口区域和出水口区域仍然存在较大温差，不利于确保大体积混凝土构件的浇筑质量。另外，进水口或出水口到水箱的连接管往往较长，增加了制造和安装成本。同时，由于冷却水管的数量多，管路密封试验耗时长，查找漏点难度大，现场施工效率低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，本发明的另一目的在于提供一种大体积混凝土构件的分级调温冷却方法，使得混凝土构件整体温度均匀，确保大体积混凝土构件的浇筑质量。
本发明提供一种大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其包括：
混凝土构件，所述混凝土构件内设有循环冷却水管，所述循环冷却水管包括至少两根互不连通的子冷却水管，每一根所述子冷却水管均包括一个进水口和一个出水口，所述子冷却水管并列设置于所述混凝土构件内部，相邻两根所述子冷却水管的进水口分别设于所述混凝土构件的两侧，且在所述混凝土构件的所述两侧的任一侧，所述进水口和出水口间隔地布置；
至少一个冷却装置，所述冷却装置包括供水单元以及与所述供水单元连接的两个分水单元，且两个所述分水单元分别与设于所述混凝土构件两侧的所述进水口和出水口通过管路连接并形成回路。
在上述技术方案的基础上，每一根所述子冷却水管的进水口和出水口分别设于所述混凝土构件的两侧。
在上述技术方案的基础上，每一根所述子冷却水管的进水口和出水口均设于所述混凝土构件的同侧。
在上述技术方案的基础上，所述子冷却水管为蛇形管。
在上述技术方案的基础上，所述冷却装置的数量为两个，两个所述冷却装置分别设于所述混凝土构件的所述两侧。
在上述技术方案的基础上，每一个所述分水单元均包括分水器、给水管路和回水管路，所述分水器与设于所述混凝土构件同侧的所述进水口或者出水口通过管路连接，且所述给水管路和回水管路分别连接所述分水器和所述供水单元并形成回路；
其中，所述给水管路和回水管路上分别设有第一换向阀和第二换向阀，所述分水器上设有第一水温监测器。
在上述技术方案的基础上，所述供水单元包括水箱以及与所述水箱通过管路连接的增压设备，所述水箱上设有第二水温监测器；
所述给水管路与所述增压设备连接，所述回水管路与所述水箱连接。
在上述技术方案的基础上，所述供水单元还包括冷却水输送设备，所述冷却水输送设备的一端与所述水箱连接，另一端连接水源。
在上述技术方案的基础上，所述循环冷却系统还包括泄水箱，每一个所述分水单元还包括泄水管路，所述分水器通过所述泄水管路与所述泄水箱连接。
本发明还提供一种分级调温冷却方法，所述方法包括：
所述供水单元向混凝土构件供给分级流量及流速的冷却水，所述分级流量及流速根据环境温度、混凝土的浇筑龄期和浇筑速度确定；以及，
当所述出水口区域的温度偏高时，对冷却装置中的两个所述分水单元进行反向操作，使两个所述分水单元所连接的所述子冷却水管中冷却水的流向反向。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)子冷却水管的进水口和出水口均间隔地布置在混凝土构件的两侧，进水口周围区域和出水口周围区域相间隔，使得混凝土构件整体温度均匀，确保大体积混凝土构件的浇筑质量。
(2)增压设备能够向混凝土构件供给分级流量及流速的冷却水，能够有效地控制混凝土芯部的温升速度及温峰值，从而实现对混凝土构件的分级调温。
(3)每一根子冷却水管的两端与冷却装置连接并形成独立的回路，进水口和出水口之间的距离大幅缩短，不但能够提高冷却效率，有效地控制混凝土构件芯部的升温过快，而且进水口或出水口到水箱的连接管较短，降低了制造和安装成本，同时，在管路密封试验中便于查找漏点，提高现场施工效率。
(4)当出水口区域的温度偏高时，对冷却装置中的两个分水单元进行反向操作，使两个分水单元所连接的子冷却水管中冷却水的流向反向，能够有效地改变混凝土水化热达温峰时出水口和进水口不同区域的温度偏高的现象，进一步达到控制混凝土构件芯部温度的目的。
(5)在外界环境温度过低的冬季施工时，冷却水回流至水箱，然后与冷却水输送设备抽至水箱中的冷却水按一定比例混合，从而达到提高进入混凝土构件的冷却水水温的作用，可以节能环保。
附图说明
图1是本发明实施例一大体积混凝土构件的分级调温冷却系统的示意图；
图2是本发明实施例一大体积混凝土构件的分级调温冷却系统中的循环冷却水管的结构示意图；
图3是图1中A的局部放大图。
图中：
1-子冷却水管，11-进水口，12-出水口，2-供水单元，21-水箱，22-增压设备，23-冷却水输送设备，3-分水单元，31-分水器，32-给水管路，33-回水管路，34-泄水管路，41-第一换向阀，42-第二换向阀，5-第一水温监测器，6-第二水温监测器，8-混凝土构件，9-操作平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例一提供一种大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其包括混凝土构件8、至少两个冷却装置和泄水箱(图中未示出)。冷却装置的数量根据混凝土构件8的尺寸确定。例如，在图1中，4个冷却装置对称布置在混凝土构件8的两旁，为了方便现场操作，冷却装置均设于操作平台9上。
混凝土构件8内设有循环冷却水管，循环冷却水管包括至少两根互不连通的子冷却水管1，每一根子冷却水管1均包括一个进水口11和一个出水口12，子冷却水管1并列设置于混凝土构件8内部，相邻两根子冷却水管的进水口11分别设于混凝土构件8的两侧，且在混凝土构件8的两侧的任一侧，进水口11和出水口12间隔地布置。
相邻的两根子冷却水管1均匀等距离布置，对于大体积混凝土构件8，循环冷却水管还可以包括分层设置子冷却水管1，每层均包括至少两根互不连通的子冷却水管1。混凝土构件8内还设有温度测量装置。
子冷却水管1的进水口11和出水口12均间隔地布置在混凝土构件8的两侧，进水口11周围区域和出水口12周围区域相间隔，使得混凝土构件8整体温度均匀，确保大体积混凝土构件8的浇筑质量。
参见图2所示，每一根子冷却水管1的进水口11和出水口12分别设于混凝土构件8的两侧。子冷却水管1为蛇形管，例如子冷却水管1呈S形。子冷却水管1的进水口11和出水口12均间隔地布置在混凝土构件8的两侧，进水口11周围区域和出水口12周围区域相互间隔，使得混凝土构件8整体温度均匀，确保大体积混凝土构件的浇筑质量。
循环冷却水管的每一根子冷却水管1的两端分别与设于混凝土构件8的两旁的两个冷却装置连接并形成回路，进水口11和出水口12之间的距离大幅缩短，不但能够提高冷却效率，有效地控制混凝土构件8芯部的升温过快，而且进水口11或出水口12到水箱21的连接管较短，降低了制造和安装成本，同时，在管路密封试验中便于查找漏点，提高现场施工效率。
参见图3所示，每一个冷却装置均包括供水单元2以及与供水单元2连接的两个分水单元3，且两个分水单元3分别与设于混凝土构件8同侧的进水口11和出水口12通过管路连接并形成回路。
供水单元2包括水箱21、与水箱21通过管路连接的增压设备22和冷却水输送设备23，增压设备22可以采用增压泵，冷却水输送设备23可以采用潜水泵，水箱21上设有第二水温监测器6，潜水泵23的一端与水箱21连接，另一端连接水源。江水、河水或自来水通过冷却水输送设备23抽至水箱21中。
每一个分水单元3均包括分水器31、给水管路32、回水管路33和泄水管路34，分水器31与设于混凝土构件8同侧的进水口11或者出水口12通过管路连接，且给水管路32和回水管路33分别连接分水器31和供水单元2并形成回路，具体的，给水管路32与增压设备22连接，回水管路33与水箱21连接。给水管路32和回水管路33上分别设有第一换向阀41和第二换向阀42，分水器31上设有第一水温监测器5。分水器31通过泄水管路34与泄水箱连接。
增压设备22能够向混凝土构件8供给分级流量及流速的冷却水，分级流量及流速按照环境温度、混凝土的浇筑龄期和浇筑速度确定，能够有效地控制混凝土芯部的温升速度及温峰值，从而实现对混凝土构件8的分级调温。
大体积混凝土构件8的具体施工过程包括：混凝土构件8的主体钢筋安装；在混凝土构件8内部安装循环冷却水管；在混凝土构件8外部安装除循环冷却水管以外的循环冷却系统，为确保管路密封并进行通水试验；在混凝土分层施工过程中，混凝土初凝后即可进行循环水冷却；当混凝土构件8内部温度处于降温阶段且降温速率满足设计要求时，停止通水，拆除冷却装置；对于埋入混凝土构件8内的循环冷却水管，进行压浆填充，以确保混凝土构件8的质量。
其中，在混凝土分层施工过程中，混凝土初凝后即可进行循环水冷却，具体过程如下：
打开与进水口11连接的分水单元3的给水管路32上的第一换向阀41，关闭回水管路33上的第二换向阀42；打开与出水口12连接的分水单元3的回水管路33上的第二换向阀42，关闭给水管路32上的第一换向阀41。启动增压设备22，使经过增压的冷却水注入与进水口11连接的分水单元3的分水器31中，通过该分水器31上的第一水温监测器5的监测，并根据实测混凝土构件8的温度，分级调整进入子冷却水管1的冷却水的流速和流量，从而实现对混凝土构件8的温度的控制。冷却水流经混凝土构件8后，交换了混凝土构件8的水化热，水温升高，进入与出水口12连接的分水单元3的分水器31。
在外界环境温度过低的冬季施工时，在与出水口12连接的分水单元3中，经分水器31上的第一水温监测器5的监测，打开回水管路33上的第二换向阀42，关闭泄水管路34，冷却水回流至水箱21，然后与冷却水输送设备23抽至水箱21中的冷却水按一定比例混合，从而达到提高进入混凝土构件8的冷却水水温的作用，可以节能环保。
在外界环境温度较高的夏季施工时，关闭与出水口12连接的分水单元3中的回水管路33上的第二换向阀42，通过泄水管路34使回流的冷却水直接排入泄水箱，不再进入水箱21。
下面介绍本发明的实施例二，每一根子冷却水管1的进水口11和出水口12均设于混凝土构件8的同侧，每一根子冷却水管1的进水口11和出水口12与混凝土构件8的一侧的冷却装置连接并形成回路。子冷却水管1为蛇形管，例如子冷却水管1呈U形。
在外界环境温度过低的冬季施工时，经分水器31上的第一水温监测器5的监测，打开回水管路33上的第二换向阀42，关闭泄水管路34，冷却水回流至水箱21，然后与冷却水输送设备23抽至水箱21中的冷却水按一定比例混合，从而达到提高进入混凝土构件8的冷却水水温的作用，可以节能环保。
在外界环境温度较高的夏季施工时，关闭回水管路33上的第二换向阀42，通过泄水管路34使回流的冷却水直接排入泄水箱，不再进入水箱21。
本发明实施例还提供一种大体积混凝土构件的分级调温冷却方法，供水单元2向混凝土构件8供给分级流量及流速的冷却水，具体的，增压设备22向混凝土构件8供给分级流量及流速的冷却水，分级流量及流速根据环境温度、混凝土的浇筑龄期和浇筑速度确定，能够有效地控制混凝土芯部的温升速度及温峰值，从而实现对混凝土构件8的分级调温。
当出水口12区域的温度偏高时，对冷却装置中的两个分水单元3进行反向操作，使两个分水单元3所连接的子冷却水管1中冷却水的流向反向。具体的，通过对给水管路32和回水管路33上的第一换向阀41和第二换向阀42的进行切换，以改变两个分水单元3所连接的子冷却水管1中冷却水的流向，能够有效地改变混凝土水化热达温峰时出水口11和进水口12不同区域的温度偏高的现象，进一步达到控制混凝土构件8芯部温度的目的。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于，其包括：
混凝土构件(8)，所述混凝土构件(8)内设有循环冷却水管，所述循环冷却水管包括至少两根互不连通的子冷却水管(1)，每一根所述子冷却水管(1)均包括一个进水口(11)和一个出水口(12)，所述子冷却水管(1)并列设置于所述混凝土构件(8)内部，相邻两根所述子冷却水管(1)的进水口(11)分别设于所述混凝土构件(8)的两侧，且在所述混凝土构件(8)的所述两侧的任一侧，所述进水口(11)和出水口(12)间隔地布置；
至少一个冷却装置，所述冷却装置包括供水单元(2)以及与所述供水单元(2)连接的两个分水单元(3)，且两个所述分水单元(3)分别与设于所述混凝土构件(8)两侧的所述进水口(11)和出水口(12)通过管路连接并形成回路。
2.如权利要求1所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：每一根所述子冷却水管的进水口(11)和出水口(12)分别设于所述混凝土构件(8)的两侧。
3.如权利要求1所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：每一根所述子冷却水管的进水口(11)和出水口(12)均设于所述混凝土构件(8)的同侧。
4.如权利要求1所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：所述子冷却水管(1)为蛇形管。
5.如权利要求1所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：所述冷却装置的数量为两个，两个所述冷却装置分别设于所述混凝土构件(8)的所述两侧。
6.如权利要求1所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：
每一个所述分水单元(3)均包括分水器(31)、给水管路(32)和回水管路(33)，所述分水器(31)与设于所述混凝土构件(8)同侧的所述进水口(11)或者出水口(12)通过管路连接，且所述给水管路(32)和回水管路(33)分别连接所述分水器(31)和所述供水单元(2)并形成回路；
其中，所述给水管路(32)和回水管路(33)上分别设有第一换向阀(41)和第二换向阀(42)，所述分水器(31)上设有第一水温监测器(5)。
7.如权利要求6所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：
所述供水单元(2)包括水箱(21)以及与所述水箱(21)通过管路连接的增压设备(22)，所述水箱(21)上设有第二水温监测器(6)；
所述给水管路(32)与所述增压设备(22)连接，所述回水管路(33)与所述水箱(21)连接。
8.如权利要求7所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：所述供水单元(2)还包括冷却水输送设备(23)，所述冷却水输送设备(23)的一端与所述水箱(21)连接，另一端连接水源。
9.如权利要求6所述的大体积混凝土构件的分级调温冷却系统，其特征在于：所述分级调温冷却系统还包括泄水箱，每一个所述分水单元(3)还包括泄水管路(34)，所述分水器(31)通过所述泄水管路(34)与所述泄水箱连接。
10.一种基于权利要求1所述系统的分级调温冷却方法，其特征在于，所述方法包括：
所述供水单元(2)向混凝土构件(8)供给分级流量及流速的冷却水，所述分级流量及流速根据环境温度、混凝土的浇筑龄期和浇筑速度确定；以及，
当所述出水口(12)区域的温度偏高时，对冷却装置中的两个所述分水单元(3)进行反向操作，使两个所述分水单元(3)所连接的所述子冷却水管(1)中冷却水的流向反向。
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