CN107013047B - 一种梯度式混凝土水管控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土建工程领域，特别涉及一种梯度式混凝土水管控制系统及控制方法。本发明提供的梯度式混凝土水管控制系统及控制方法。在混凝土升温阶段，能以最快的效率尽量降低混凝土中心温度，降低最高温度20℃~25℃，等效降低混凝土的绝热温升，降低开裂风险；在混凝土降温阶段，能通过调节混凝土不同位置的水管水温，降低混凝土的降温速率，实现混凝土的降温速率≤3.0℃/天，减小收缩形变的冲击，降低开裂风险；同时，本发明提供的混凝土水管控制系统可以自动读取混凝土内部各测温点温度，根据混凝土内部各部分的实际温度调整各水管进水温度，最大程度降低混凝土内、中、外、空气间的温度梯度，降低开裂风险。

Description

一种梯度式混凝土水管控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及土建工程领域，特别涉及一种梯度式混凝土水管控制系统及控制方法。

背景技术

混凝土裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象；混凝土裂缝的主要原因是混凝土浇筑后，大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，使得外层混凝土与混凝土内部产生温度梯度，从而造成温度应力，出现裂缝；另外混凝土浇筑后，混凝土表面水分蒸发过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土强度低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂；这种裂缝的存在不仅会影响建筑物的寿命、外形美观，还会使内部的钢筋或其他材料腐蚀，降低材料的稳定性从而影响建筑物的承载能力和抗渗能力；严重影响混凝土结构的使用，如何最大程度的减少或者避免产生温度裂缝这一工程实际问题便摆在了人们的面前。

一般的，传统的大体积混凝土结构(大体积混凝土结构指预计因胶凝材料水化热等因素引起混凝土温度变化导致裂缝，或结构断面最小尺寸等于或大于一定尺寸的混凝土结构)中，其不同区域的温度和该区域距离混凝土结构表面的深度距离呈正相关，一般的，距离混凝土结构表面距离越大(即深度越大)，其温度越高；目前针对这种大体积混凝土结构的降温方法是在浇筑混凝土之前按不同高度分层布置循环水管，水管采用蛇形回路布置，之后在循环水管内通入冷却水，最后把循环水管进行灌浆封闭，各层布制的冷水管单独控制启闭，而采用现有冷却方式会导致在任一高度的水管同时穿过混凝土的高温、中温、低温区，难以实现对混凝土降温的精细控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术混凝土冷却技术中，同一循环水管会同时穿过混凝土结构中不同温度的各个区域，造成无法对混凝土降温进行精细控制的问题，本发明将混凝土结构根据其升温过程中各区域温度的不同，将其划分为不同的温区，并针对各个温区采用区分控制的梯度式混凝土水管智能监控系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种梯度式混凝土水管控制系统，根据预设温度差，将混凝土结构划分为两个以上的温区，所述预设温度差为5度以下；

所述控制系统包括，

温度传感器，设置在混凝土结构中，用于探测混凝土结构不同位置的温度；

循环水管，与温区数量相同，且一一对应的设置在各个温区中；

循环水控单元，与循环水管的数量相同且一一对应；用于为所述循环水管提供循环水；

控制单元，用于接收各个温度传感器检测到的混凝土温度，以及，控制循环水控单元向循环水管输入指定温度的冷却水。

一些实施例中，将所述混凝土结构按照深度划分为三个温区，分别为距离混凝土结构表面第一深度范围的低温区，距离混凝土结构表面第二深度范围的中温区，以及位于混凝土结构中心区域的高温区；第二深度大于第一深度，且三个温区包含了混凝土结构的所有区域

所述循环水管至少包括设置于高温区的内层水管、设置于中温区的中层水管以及设置于低温区的外层水管；

所述循环水控单元至少包括与内层水管连接的内层水控单元，与中层水管连接的中层水控单元以及与外层水管连接的外层水控单元。

进一步的，所述循环水管在混凝土内按照S型路径布置。

进一步的，混凝土结构高度高于2m时，按照每2m高度设置一层所述循环水管，或，按照螺旋方式设置所述冷水管，从而让同一循环水管分布于混凝土结构的不同高度。

进一步的，所述循环水控单元包括循环水箱与注水箱或注水口，所述循环水箱中设置有温度传感器、加热装置；所述温度传感器、加热装置均与所述控制单元连接。

进一步的，所述外层水控单元的出口连接外层水管的进水端；所述外层水管的回水端连接所述内层水控单元的入口；所述内层水控单元的出口连接所述内层水管的进水端；所述内层水管的回水端连入所述外层水控单元的入口。

一种应用如上所述的混凝土水管控制系统的梯度式混凝土水管控制方法，包含如下步骤：

包含在混凝土浇筑前，通过循环水控单元向各循环水管中通水的步骤，本步骤中，水的温度设置为比环境温度低3度～比环境温度高2度之间；

包含在混凝土升温阶段，控制最内层循环水管进水温度恒定不变；位于中部的循环水管进水温度设置为内一层循环水管水温+(内一层混凝土温度-本层混凝土温度)；最外层循环水管进水温度设置为比环境温度高5～8度的步骤；

进一步的，还包含在混凝土降温阶段，当最外层温区混凝土温度高于环境温度5～8 度，且保持稳定时，停止最外层循环水管供水；同时最内层循环水管进水温度控制在最内层温区混凝土温度以下8～10度；位于中层温区的循环水管进水温度控制在当层混凝土温度以下8～10度的步骤。

进一步的，在混凝土降温阶段，当各温区混凝土温度温差梯度稳定在5度以下时，停止所有供水。

进一步的，采用从注水箱注入冷水的方式降低循环水管中的水温。

进一步的，通过将位于内层温区的循环水管的回水端连接外层循环水控单元入口的方式为外层温区循环水管提供加热后的热水；外层循环水控单元通过注入冷水或加热的方式控制从位于内层温区循环水管流入的水的水温，使其达到外层温区的水温要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的梯度式混凝土水管控制系统及控制方法。在混凝土升温阶段，能以最快的效率尽量降低混凝土中心温度，降低最高温度20℃～25℃，等效降低混凝土的绝热温升，降低开裂风险；在混凝土降温阶段，能通过调节混凝土不同位置的水管水温，降低混凝土的降温速率，实现混凝土的降温速率≤3.0℃/天，减小收缩形变的冲击，降低开裂风险；同时，本发明提供的混凝土水管控制系统可以自动读取混凝土内部各测温点温度，根据混凝土内部各部分的实际温度调整各水管进水温度，最大程度降低混凝土内、中、外、空气间的温度梯度，降低开裂风险；与应用其他措施(如原材料遮阳、通风、喷雾设施，混凝土碎冰拌合设施)对大体积混凝土结构控裂相比，应用本系统对混凝土进行控裂的成本大幅降低，同时应用本系统对混凝土进行控裂减少了人员投入，有效降低了人力成本。

附图说明：

图1为本发明提供的梯度式混凝土水管控制系统循环水管分布示意图的具体示例。

图2为本发明提供的梯度式混凝土水管控制系统循环水管分布示意图的另一具体示例。

图3为本发明中温度传感器在混凝土结构中深度分布示例。

图4为采用图3方式布置 温度传感器时，各温度传感器感测温度变化趋势图。

图中标记：1-循环水控单元，11-注水箱或注水口，12-循环水箱，13-加热装置， 2-循环水管，21-内层水管，22-中层水管，23-外层水管，3-温度传感器，4-控制单元， 5-混凝土结构。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：如图1所示，本实施例提供一种梯度式混凝土水管控制系统，本实施例中，将自混凝土结构表面向内50～80cm的距离范围设置为低温区，该区域温度通常比高温区低15℃～20℃；将自低温区向内100cm～200cm的区域范围为中温区，该区域温度比高温区温度低3℃～6℃；自中温区向内为高温区，该划分方式中，高温区通常范围很大，且同是高温区中，也会存在3℃左右的温差；

所述系统包括，

温度传感器3，设置在混凝土结构5中，用于探测混凝土不同位置的温度；可选择将温度传感器3均匀设置在混凝土结构5不同位置中，也可其如图3所示以逐渐规则增大测点间距的方式设置，本实施例中采用如图3所示的方式设置温度传感器3，其中，测点1距混凝土表面5cm处，侧点2距侧点1的距离为45cm，侧点3距侧点2距离为 200cm，侧点4距侧点3的距离为300cm，侧点5距侧点4的距离为600cm,侧点6距侧点5的距离为760cm。

循环水管2，所述循环水管2包括设置于混凝土结构5高温区的内层水管21、设置于混凝土中温区的中层水管22以及设置于混凝土低温区的外层水管23；

循环水控单元1，用于为所述循环水管2提供循环水；所述循环水控单元1包括与内层水管21连接的内层水控单元，与中层水管22连接的中层水控单元以及与外层水管23连接的外层水控单元；本实施例中，内层水控单元的出口连接内层水管21的进水端，内层水管21的回水端连接内层水控单元的入口；所述中层水控单元的出口连接中层水管22的进水端；中层水管22的回水端连接中层水控单元的入口；所述外层水控单元的出口连接外层水管23的进水端；外层水管23的回水端连接外层水控单元的入口；即，内层水控单元、中层水控单元及外层水控单元分别单独控制内层水管21、中层水管22即外层水管23的水温。

控制单元4，用于接收各个温度传感器3检测到的混凝土温度，以及，控制循环水控单元1向循环水管2输入指定温度的冷却水。

在每个混凝土结构5的分区中，循环水管2按照S型路径布置从而使得每个循环水管2能够尽可能影响更大的混凝土面积；图1中未显示循环水管2的S型布制特征；图中仅将S型走向的循环水管2近似看成直线走向；一些情况下，混凝土结构5高度高于2m，此时可按照每2m高度设置一层所述循环水管2的方式设置所述循环水管2；而在另外一些实施例中，按照螺旋方式设置所述冷水管，从而让同一循环水管2分布于混凝土结构5的不同高度。

所述循环水控单元1包括循环水箱12与注水箱或注水口11，所述循环水箱12中设置有温度传感器3、加热装置13；所述温度传感器3、加热装置13均与所述控制单元4连接，实际应用中，在对冷却水进行加热时，同时使用一搅拌装置对冷却水进行搅拌，搅拌的好处是可以使用较低功率的加热装置13就能够为循环冷却水进行快速均匀的加热，一些情况下，也可将加热装置13与搅拌装置统称为加热搅拌装置。

具体的，采用如下步骤应用本系统，在混凝土浇筑前，通过各个循环水控单元1 向各循环水管2中通水，此时，各循环水管2中的水温设置为比环境温度低3度～比环境温度高2度之间的任意值，如，可以使水温等于环境温度，环境温度可通过在环境中设置一温度传感器3来获得，也可以通过其他常见的获取环境温度的方式获得，其他常见的方式如可以是，用温度计测量，采用天气预报的预报值等，本实施例中，采用在环境中设置一温度传感器3的方式获取环境温度，该测量环境温度的温度传感器3 应距离混凝土结构5一段距离，以免受其温度影响。

如图4所示，混凝土浇筑后，会进入升温阶段，一般在混凝土浇筑后的80小时内，均为混凝土的升温阶段，此时，控制内层水管21的进水温度恒定不变，即其为比环境温度低3度～比环境温度高2度之间的任意值，本实施例中其为环境温度；控制中层水管22进水温度设置为内层水管21水温+(内层混凝土温度-中层混凝土温度)；由于实际应用中，在混凝土的中层不同位置会有两个以上的温度传感器3，且混凝土结构5 的中层不同位置温度会稍有区别，通常取所有位于混凝土结构5中层的温度传感器3 测量温度的平均温度作为中层混凝土温度；而一些特殊实施例中，也可选取位于特定位置的温度传感器3的温度为中层混凝土温度；内层混凝土温度及外层混凝土温度也参照中层混凝土温度获取方式获取；同时，还控制外层水管23进水温度设置为比环境温度高5～8度；应用本系统对大混凝土结构进行温控可将大混凝土结构的升温时间控制在2.5天-3天内。

而在混凝土降温阶段，当外层混凝土温度高于环境温度5～8度，且保持稳定时，停止外层水管23供水；同时内层水管21进水温度控制在内层混凝土温度以下8～10度；中层水管22进水温度控制在中层混凝土温度以下8～10度。当内层混凝土温度、中层混凝土温度与外层混凝土温度温差梯度稳定在5度以下时，停止所有供水，这是因为当混凝土结构5各层之间的温差在5度以下时，其开裂风险会明显变小。

实施例2：如图2所示，本实施例同样提供一种梯度式混凝土水管控制系统，但是与实施例1不同点在于，本实施例中，所述外层水控单元的出口连接外层水管23的进水端；所述外层水管23的回水端连接所述内层水控单元的入口；所述内层水控单元的出口连接所述内层水管21的进水端；所述内层水管21的回水端连入所述外层水控单元的入口。即，本实施例中，内层水管21的回水会进入到外层水控单元中，由于混凝土内层的温度较高，因此从内层水管21流回的水的水温会高于内层水管21的进水温度(混凝土升温阶段)，而在整个控制过程中，外层水管23对水温的要求通常会低于内层水管21回水的温度，这样，外层水控单元中就不用再设置加热装置13或者不用改加热装置13，只需通过注水箱或注水口11注入适量冷水即可完成水水温的调节，使之符合外层水管23水温要求，这样就节约了一部分加热所需的能源。

实施例3：本实施例同样提供一种梯度式混凝土水管控制系统，但是与实施例1不同点在于，本实施例中，首先根据经验或者实验值判断混凝土在升温过程中不同区域的温度差，然后根据每5度一个梯度的划分方式设置多个温区，每个温区中设置一个循环水管2，多个循环水管2可根据距离混凝土结构表面的距离依次编号，每个循环水管2对应一个循环水控单元3，控制单元4根据每个温区中的温度单独控制该温区内的循环水管2的水温。一些实施例中，混凝土结构的温区划分也可根据其他温度进行，比如8度一个温区，3度一个温区等，然后针对每个温区设置一个循环水管2。

实施例4：本实施例提供一种应用如实施例1所述的混凝土水管控制系统的梯度式混凝土水管控制方法，包含如下步骤：

包含在混凝土浇筑前，通过循环水控单元1向循环水管2中通水的步骤，本步骤中，水的温度设置为比环境温度低3度～比环境温度高2度之间。

包含在混凝土升温阶段，控制内层水管21进水温度恒定不变；中层水管22进水温度设置为内层水管21水温+(内层混凝土温度-中层混凝土温度)；外层水管23进水温度设置为比环境温度高5～8度的步骤；

进一步的，还包含在混凝土降温阶段，当外层混凝土温度高于环境温度5～8度，且保持稳定时，停止外层水管23供水；同时内层水管21进水温度控制在内层混凝土温度以下8～10度；中层水管22进水温度控制在中层混凝土温度以下8～10度的步骤。

进一步的，在混凝土降温阶段，当内层混凝土温度、中层混凝土温度与外层混凝土温度温差梯度稳定在5度以下时，停止所有供水，这是因为当混凝土结构5各层之间的温差在5度以下时，其开裂风险较小。

本实施例中，采用从注水箱或注水口11注入冷水的方式降低循环水管2中的水温。

另外一些实施例中，通过将内层水管21的回水端连接外层水控单元入口的方式为外层水管23提供加热后的热水；外层水控单元通过注入冷水或加热的方式控制从内层水管21流入的水达到外层水管23的要求。

Claims (4)

1.一种梯度式混凝土水管控制方法，其特征在于，包含如下步骤：

根据预设温度差或深度，将混凝土结构划分为三个温区，分别为距离混凝土结构表面第一深度范围的低温区，距离混凝土结构表面第二深度范围的中温区，以及位于混凝土结构中心区域的高温区；第二深度大于第一深度，且三个温区包含了混凝土结构的所有区域；所述预设温度差为5度以下，所述深度指距离混凝土结构表面的距离；其中，梯度式混凝土水管控制系统包括，温度传感器，设置在混凝土结构中，用于探测混凝土结构不同位置的温度；循环水管，与温区数量相同，且一一对应的设置在各个温区中，至少包括设置于高温区的内层水管、设置于中温区的中层水管以及设置于低温区的外层水管；循环水控单元，与循环水管的数量相同且一一对应，至少包括与内层水管连接的内层水控单元，与中层水管连接的中层水控单元以及与外层水管连接的外层水控单元；用于为所述循环水管提供循环水；控制单元，用于接收各个温度传感器检测到的混凝土温度，以及，控制循环水控单元向循环水管输入指定温度的冷却水；所述外层水控单元的出口连接外层水管的进水端；所述外层水管的回水端连接所述内层水控单元的入口；所述内层水控单元的出口连接所述内层水管的进水端；所述内层水管的回水端连入所述外层水控单元的入口；

包含在混凝土浇筑前，通过循环水控单元向各循环水管中通水的步骤，本步骤中，水的温度设置为比环境温度低3度～比环境温度高2度之间；

包含在混凝土升温阶段，控制最内层循环水管进水温度恒定不变；位于中部的循环水管进水温度设置为内一层循环水管水温+(内一层混凝土温度-本层混凝土温度)；最外层循环水管进水温度设置为比环境温度高5～8度的步骤。

2.如权利要求1所述的梯度式混凝土水管控制方法，其特征在于，还包含在混凝土降温阶段，当最外层温区混凝土温度高于环境温度5～8度，且保持稳定时，停止最外层循环水管供水；同时最内层循环水管进水温度控制在最内层温区混凝土温度以下8～10度；位于中层温区的循环水管进水温度控制在当层混凝土温度以下8～10度的步骤。

3.如权利要求2所述的梯度式混凝土水管控制方法，其特征在于，在混凝土降温阶段，当各温区混凝土温度温差梯度稳定在5度以下时，停止所有供水。

4.如权利要求1所述的梯度式混凝土水管控制方法，其特征在于，通过将位于内层温区的循环水管的回水端连接外层循环水控单元入口的方式为外层温区循环水管提供加热后的热水；外层循环水控单元通过注入冷水或加热的方式控制从位于内层温区循环水管流入的水的水温，使其达到外层温区的水温要求。

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