CN107700489A - 一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法，属于混凝土降温的技术领域，包括集水箱、冷却管、测温元件、连接集水箱和冷却管的循环机构，以及与测温元件和循环机构连接的温度开关；冷却管和测温元件预埋在大体积混凝土内；冷却管分层预埋在大体积混凝土内，且每层冷却管由多个相互独立的子管组成；每个子管上均设置有测温元件；温度开关用于根据测温元件测定的大体积混凝土内的温度控制循环机构的开闭及开启后输水量的大小。该系统能够对大体积混凝土进行分区降温，减小各个区域之间的温度差，及硬化后的残余应力差，降低混凝土结构出现缝隙的风险，提高大体积混凝土结构的结构质量。

Description

一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法

技术领域

本发明涉及混凝土降温的技术领域，特别是涉及一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法。

背景技术

根据我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009里规定:混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。在大体积混凝土结构的施工过程中，水泥的水化反应会产生大量的水化热，综合混凝土自身材料的特殊性，在混凝土内部会产生一个不均匀的温度场，外部冷混凝土受到内部热混凝土的膨胀和收缩的约束，从而产生温度应力，导致大体积混凝土在硬化过程中易产生温度裂缝，降低了大体积混凝土的承载能力、防水性能及耐久性能，影响混凝土结构的安全及正常使用。

目前，采用较多的冷却控制方法是在待浇筑大体积混凝土结构内部埋设冷却水管，通过人工向冷却水管内灌入冷却水或水泵向冷却管内泵送来冷却水实现混凝土的降温。外部养护用塑料布、土工布（当气温在0℃-5℃时加盖棉被）覆盖混凝土表面，进行周期性洒水养护。但是，现有的降温系统无法根据混凝土的内部各区域的不同温度进行降温，通入冷却水降温后混凝土内各区域温差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法，以改善现有降温系统无法根据大体积混凝土的内部各区域的不同温度进行降温，通入冷却水降温后大体积混凝土内各区域温差较大的技术问题。

本发明提供一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，包括集水箱、冷却管、测温元件、连接集水箱和冷却管的循环机构，以及与测温元件和循环机构连接的温度开关；冷却管和测温元件预埋在大体积混凝土内；冷却管分层预埋在大体积混凝土内，且每层冷却管由多个相互独立的子管组成，以将大体积混凝土分成多个区域；每个子管上均设置有测温元件；温度开关用于根据测温元件测定的大体积混凝土内的温度控制循环机构的开闭及开启后输水量的大小。

进一步地，相邻两层冷却管之间的距离是1.5m；每层冷却管包括四个子管；

每个子管的长度为100m；子管的外径为56mm，壁厚为2-3mm。

进一步地，集水箱包括第一集水箱和第二集水箱；循环机构包括连接第一集水箱和第二集水箱的过水管、设置在第一集水箱上的进水管接口、连接进水管接口和冷却管进水口的进水管、设置在进水管接口上的电磁阀、设置在第二集水箱上的出水管接口以及连接出水管接口和冷却管出水口的出水管；温度开关与电磁阀电连接。

进一步地，循环机构还包括设置在进水管接口上的、位于电磁阀之后的增压泵以及设置在进水管接口上的、位于电磁阀之前的第一手动阀门；温度开关与增压泵电连接。

进一步地，循环机构还包括设置在过水管上的第二手动阀门，和/或

设置在出水管接口上的第三手动阀门。

进一步地，出水管围设在大体积混凝土的外部。

进一步地，大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统还包括连接水源与与第二集水箱的输水管以及设置在输水管上的水泵。

进一步地，每个子管呈蛇形；同一子管的进水口和出水口并列设置在子管的同一侧，且相互错开。

进一步地，连接相邻两层子管进水口的进水管在大体积混凝土内并列设置，且相互靠接；和/或

连接相邻两层子管出水口的出水管在大体积混凝土内并列设置，且相互靠接。

本发明还提供一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温方法，该方法是基于上述大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统实施的，包括下述步骤：

S1，测温元件检测大体积混凝土内的温度，并将检测值反馈给温控开关；

S2，若检测值大于温控开关的预设值，温控开关打开电磁阀，并控制电磁阀开启的程度，冷却水流入子管。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法，集水箱内储存有冷却水，冷却管在大体积混凝土内分层设置，且每层冷却管由多个相互独立的子管组成（即每个子管具有独立的进水口和出水口），将大体积混凝土内分成了多个区域，而每个子管上均设置有测温元件则可以根据不同区域内检测到的温度进行分区域冷却降温，测温元件检温度高于预设值时，与测温单元连接的温度开关开启循环机构，并根据不同的检测值控制开启后输水量的大小，向不同的子管中通入不同用量的冷却水，当温度降低到预设值之下时，温度开关关闭循环机构，停止对冷却管输送冷却水。由上可知，本发明提供的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统能够对大体积混凝土进行分区降温，减小各个区域之间的温度差及混凝土结构硬化后的残余应力差，降低混凝土结构出现缝隙的风险，提高大体积混凝土结构的结构质量。同时，大大降低了工作人员的劳动强度，减少了人工费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明实施例1提供的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统的结构简图；

图2是图1所示大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统中测温元件、温度开关、电磁阀和增压泵的连接关系图；

图3是图1所示大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统中第一集水箱和第二集水箱的连机关系图；

图4是图1所示大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统中冷却管和出水管在大体积混凝土内外的布置图。

标号：1-冷却管；2-测温元件；3-温度开关；4-第一集水箱；5-第二集水箱；6-过水管；7-进水管接口；8-进水管；9-电磁阀；10-出水管接口；11-出水管；12-增压泵；13-第一手动阀门；14-第二手动阀门；15-第三手动阀门；16-输水管。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，如图1和图2所示，包括集水箱、冷却管1、测温元件2、连接集水箱和冷却管1的循环机构、以及与测温元件2和循环机构连接的温度开关3；冷却管1分层预埋在大体积混凝土内，且每层冷却管1由多个相互独立的子管组成，以将大体积混凝土分成多个区域，；每个子管上均设置有测温元件2；温度开关3用于根据测温元件2测定的大体积混凝土内的温度控制循环机构的开闭及开启后输水量的大小。

该大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统中，集水箱内储存有冷却水，冷却管1在大体积混凝土内分层设置，且每层冷却管1由多个相互独立的子管组成（即每个子管具有独立的进水口和出水口），将大体积混凝土内分成了多个区域，而每个子管上均设置有测温元件则可以根据不同区域内检测到的温度进行分区域冷却降温，测温元件检温度高于预设值时，与测温单元连接的温度开关开启循环机构，并根据不同的检测值控制开启后输水量的大小，向不同的子管中通入不同用量的冷却水，当温度降低到预设值之下时，温度开关关闭循环机构，停止对冷却管输送冷却水。由上可知，本实施例提供的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统冷却管1采用分区域布置，能根据大体积混凝土内部温度自由调节某一区域的通水，提高了大体积混凝土冷却降温过程的区域可控性，实现对大体积混凝土进行分区降温，减小各个区域之间的温度差及混凝土结构硬化后的残余应力差，降低混凝土结构出现缝隙的风险，提高大体积混凝土结构的结构质量。且通过预设温度开关2的预设值来调节冷却管1的流量，形成自动控制体系，大大降低了工作人员的劳动强度，减少了人工费用。

经过计算，以管的圆心为冷却圆心，每根管最佳的冷却半径在60-70cm，为保证每层冷却管1能够发挥最大的冷却效果并保证相邻两层冷却管1之间不会出现冷却死角，相邻两层冷却管1之间的距离是1.5m；在大体积混凝土中，冷却水从进水口到出水口流动过程中，吸收大体积混凝土中的热量，温度逐渐升高，经计算，冷却水的有效降温长度为50-60m（即冷却水从进水口流到其温度基本与大体积混凝土相等无法实现降温功能的长度），而本实施例提供的降温系统在将温时，会采取轮换使用进水口和出水口，以使降温更加均匀，因此本实施例中每个子管的长度为100m（即子管从进水口到出水口的长度）；预埋在大体积混凝土内的冷却管1在混凝土凝固后作为受力支撑架，其数量的多少会直接影响到大体积混凝土的性能，在本实施例中每层冷却管1包括四个子管，根据大体积混凝土的具体尺寸确定子管的弯折段数及同一层上相邻两子管之间的距离；现有冷却管一般采用外径为32mm的铁皮管，水流量较小，本实施例选用外径为56mm的铁皮管，壁厚为2-3mm，在增大水流量的基础上，保证冷却管的受力性能。

进一步地，如图1至图3所示，集水箱包括第一集水箱4和第二集水箱5；循环机构包括连接第一集水箱4和第二集水箱5的过水管6、设置在第一集水箱4上的进水管接口7、连接进水管接口7和冷却管1进水口的进水管8、设置在进水管接口7上的电磁阀9、设置在第二集水箱5上的出水管接口10以及连接出水管接口10和冷却管1出水口的出水管11；温度开关3与电磁阀9电连接。在测温元件2检测到大体积混凝土的温度高于预设值时，温度开关3打开电磁阀9，第一集水箱4中的冷却水依次通过进水管接口7和进水管8，流到冷却管1内对大体积混凝土进行降温，从冷却管1出水口流出的冷却水依次流过出水管11和出水管接口10，流入第二集水箱5内，实现冷却水的循环，测温元件2检测到温度低于预设值时，温度开关3关闭电磁阀9。设置第一集水箱4和第二集水箱5以容纳未使用的冷却水和使用过的冷却水，以避免使用过的冷却水流入第一集水箱4，影响第一集水箱4内冷却水的温度，这种设置能保证流到冷却管1内的冷却水具有较低的温度，而且还能为流回第二集水箱5内的冷却水充足的降温时间，待温度降低后冷却水再通过过水管6进入到第一集水箱4内，继续循环使用，有效节约了冷却水的使用量。进水管接口7和进水管8的连接、出水管接口10和出水管11连接以及在进水管接口7上设置电磁阀9，结构简单，安装及操作方便，适用性广，可用于各种大体积混凝土施工。

进一步地，还可以设置与第一集水箱4和/或第二集水箱5连接的冷却装置，比如冷却塔，对第二集水箱5内的冷却水进行快速降温，提高对大体积混凝土的降温效果。

进一步地，如图3所示，循环机构还包括设置在进水管接口7上的、位于电磁阀9之后的增压泵12；温度开关3与增压泵12电连接。在温度开关3打开电磁阀9的同时，控制增压泵12工作，增加冷却水的压力，以为冷却水提供足够的压力。

进一步地，如图3所示，循环机构还包括设置在进水管接口7上的、位于电磁阀9之前的第一手动阀门13。根据实际情况人工调节第一手动阀13，与电磁阀9、增压泵12配合，灵活调节从第一集水箱4进入冷却管1的水量。

进一步地，进水管接口7上，位于增压泵12之后设置有压力表，用于监测冷却管1内的压力。在根据大体积混凝土内温度调节冷却管1内水量的同时，还要兼顾冷却管1内的水压大小，以保证有足够的压力使冷却水能正常循环，并且该压力值在安全范围内。

需要说明的是，在本实施例中，进水管接口7上，冷却水的进口方向为 “前”，冷却水出口方向为“后”。

进一步地，如图3所示，循环机构还包括设置在过水管6上的第二手动阀门14，以调节从第二集水箱5进入到第一集水箱4内的冷却水；和/或，设置在出水管接口10上的第三手动阀门15，以调节从冷却管1流到第二集水箱5内的冷却水量。本实施例将手动调节数量与自动调节水量相结合，操作上更为灵活，应急性更强。

进一步地，如图2所示，大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统还包括连接水源与第二集水箱5的输水管16以及设置在输水管16上的水泵。水泵将水源的水抽送到第二集水箱5内，作为储备储备的冷却水。

进一步地，如图4所示，子管可以选用直管，考虑大体积混凝土体积较大，本实施例中，每个子管呈蛇形，同体积的大体积混凝土中，减少了进水口和出水口的数量，而且比直管的承重能力更好，在后续的工序中，对大体积混凝土的强化作用更好，增强大体积混凝土的力学性能；同一子管的进水口和出水口并列设置在子管的同一侧，这样在施工时，可在大体积混凝土的同一侧连接进水管8和出水管11，连接管件时更为方便，另一方面，在对大体积混凝土进行降温时，冷却水从进水口到出水口的温度逐渐增大，在靠近出水口的位置，冷却水的温度已经不足以对大体积混凝土进行降温，为了提高降温效果，在使用本实施提供的降温系统时，可以轮换使用进水口和出水口，即在一段时间内，进水口与进水管8连接，出水口与出水管11连接，一段时间后，进水口与出水管11连接，出水口与进水管8连接。

进一步地，如图4所示，连接相邻两层子管进水口的进水管8在大体积混凝土内并列设置，且相互靠接；和/或连接相邻两层子管出水口的出水管11在大体积混凝土内并列设置，且相互靠接。多个靠接在一起进水管8或出水管11可以使用一个连接孔与外部的进水管8或出水管11连接，可以减少在大体积混凝土上开孔的数量，减小大体积混凝土因开孔导致的强度损失。

进一步地，如图4所示，出水管11围设在大体积混凝土的外部。在冬季施工时，可用出水管11的水温对大体积混凝土外部的养护，减小大体积混凝土内外温差。大体积混凝土的顶部可用彩条布覆盖，加强保温作用。

实施例2

本实施例提供一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温方法，该方法是基于实施例1所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统实施的，包括下述步骤：

S1，测温元件2检测大体积混凝土内的温度，并将检测值反馈给温控开关3；

S2，若检测值大于温控开关3的预设值，温控开关3打开电磁阀9，并控制电磁阀9开启的程度，冷却水流入子管。

进一步地，还包括在S2之后进行的下述步骤:

S3，测温元件2检测到大体积混凝土内的温度降到预设值之下后，温控开关3关闭电磁阀9，停止向冷却管1内通冷却水。

进一步地，还包括在S1之前进行的下述步骤:

S0，预先在第一集水箱4内装入冷却水。

进一步地，还包括轮换使用冷却管1的进水口和出水口。进水口与进水管8连接，出水口与出水管11连接，降温一段时间后，冷却水从进水口到出水口的温度逐渐增大，在靠近出水口的位置，冷却水的温度已经不足以对大体积混凝土进行降温，为了提高降温效果，可将进水口与出水管11连接，出水口与进水管8连接，即轮换使用冷却管1的进水口和出水口，以保证降温的均匀性。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：包括集水箱、冷却管（1）、测温元件（2）、连接所述集水箱和冷却管（1）的循环机构，以及与所述测温元件（2）和循环机构连接的温度开关（3）；

所述冷却管（1）分层预埋在大体积混凝土内，且每层所述冷却管（1）由多个相互独立的子管组成，以将大体积混凝土分成多个区域；每个所述子管上均设置有所述测温元件（2）；

所述温度开关（3）用于根据所述测温元件（2）测定的大体积混凝土内的温度控制所述循环机构的开闭及开启后输水量的大小。

2.根据权利要求1所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：相邻两层冷却管（1）之间的距离是1.5m；

每层所述冷却管（1）包括四个所述子管；

每个所述子管的长度为100m；

所述子管的外径为56mm，壁厚为2-3mm。

3.根据权利要求1所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：所述集水箱包括第一集水箱（4）和第二集水箱（5）；

所述循环机构包括连接所述第一集水箱（4）和第二集水箱（5）的过水管（6）、设置在所述第一集水箱（4）上的进水管接口（7）、连接所述进水管接口（7）和冷却管（1）进水口的进水管（8）、设置在所述进水管接口（7）上的电磁阀（9）、设置在所述第二集水箱（5）上的出水管接口（10）以及连接所述出水管接口（10）和冷却管（1）出水口的出水管（11）；

所述温度开关（3）与所述电磁阀（9）电连接。

4.根据权利要求3所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：所述循环机构还包括设置在所述进水管接口（7）上的、位于所述电磁阀（9）之后的增压泵（12）以及设置在所述进水管接口（7）上的、位于所述电磁阀（9）之前的第一手动阀门（13）；

所述温度开关（3）与所述增压泵（12）电连接。

5.根据权利要求4所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：所述循环机构还包括设置在所述过水管（6）上的第二手动阀门（14），和/或

设置在所述出水管接口（10）上的第三手动阀门（15）。

6.根据权利要求3所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：所述出水管（11）围设在大体积混凝土的外部。

7.根据权利要求3-6任一项所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：还包括连接水源与所述第二集水箱（5）的输水管（16）以及设置在所述输水管（16）上的水泵。

8.根据权利要求1所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：每个所述子管呈蛇形；

同一子管的进水口和出水口并列设置在所述子管的同一侧，且相互错开。

9.根据权利要求8所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统，其特征在于：连接相邻两层子管进水口的进水管（8）在大体积混凝土内并列设置，且相互靠接；和/或

连接相邻两层子管出水口的出水管（11）在大体积混凝土内并列设置，且相互靠接。

10.一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温方法，其特征在于：该方法是基于权利要求2所述的大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统实施的，包括下述步骤：

S1，测温元件（2）检测大体积混凝土内的温度，并将检测值反馈给温控开关（3）；

S2，若检测值大于温控开关（3）的预设值，温控开关（3）打开电磁阀（9），并控制电磁阀（9）开启的程度，冷却水流入子管。