CN108005077B - 控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，涉及水利水电施工领域，针对现有技术无法有效避免大体积混凝土产生温度裂缝的技术问题，利用冷却水循环来控制同结构芯部和外部温度制恒，降低裂缝因素的发生。循环水通过供水系统进入混凝土芯部，系统末端的洒水装置设在输水廊道的空腔顶部，下方设有散热系统，输水廊道两端设有密封系统；混凝土芯部和外部埋设温度监控系统，设有可发出蜂鸣的警报系统，整个装置可通过信息化系统向手机APP发出消息。本发明专利能够将输水廊道空腔内与混凝土芯部的温差控制在标准范围，同时对混凝土表面进行潮湿养护，从而降低输水廊道混凝土裂缝产生的概率，控制大体积混凝土结构整体质量。

Description

控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置

技术领域

本发明专利涉及水利工程施工领域，特别涉及一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置。

背景技术

在水利水电工程施工领域渠化工程建设中，输水系统是必不可少的结构。船闸输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统，两种系统的关键均为输水廊道的施工；输水廊道施工往往伴随着大体积混凝土施工，如何降低输水廊道混凝土裂缝产生的概率，控制大体积混凝土结构整体质量，成为船闸施工的关键技术。

大体积混凝土温度控制的本质是：控制大体积混凝土结构内部因温度变化引起的拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度。因此，大体积混凝土裂缝控制的途径有两个：①通过优选原材料、优化配合比提高混凝土本身的抗裂性能；②采取有效控温措施，降低大体积混凝土施工、养护过程（主要是混凝土的降温过程）中内部及其表面的温度应力（拉应力）。本发明主要研究第二个过程。

现有的大体积混凝土温控重点是控制入模温度、内外温差，在混凝土浇筑后，多采用内部冷却水管通水降温，表面覆盖保温层的方法，能够降低混凝土芯部温度，起到减小温差的作用，但存在无法控制廊道内部温度的弊病，内部温度随外界环境变化而变化，常规方法无法精确的控制内外的温度差，冷却水带出的热量也未得到较好的利用。

发明内容

本发明专利提供一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，用以解决现有技术和常规方法无法精确控制输水廊道大体积混凝土内外温差，从而无法有效避免裂缝产生的技术问题。

为解决上述问题，本发明专利采用如下技术方案实现：

一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，包括供水系统、散热系统、密封系统、温度监控系统、警报系统和信息化系统。

所述供水系统包括蓄水池、增压泵、阀门系统、冷却水管、洒水装置；所述外部供水系统通过水管使增压泵与蓄水池连接，增压泵的出水口与冷却水管一端连接，所述阀门系统设置在外部水管上，冷却水管部分预先埋设在混凝土中，洒水装置通过主管和冷却水管相接，洒水系统的喷头通过螺纹丝扣连接在主管上。

所述散热系统包括悬挂装置和散热片，整个系统安装在输水廊道内部顶部模板上，布置于洒水装置下方，洒水装置洒出的热水可撒至散热片上；散热片通过悬挂装置和顶部模板相接。

所述密封系统包括密封悬挂装置和密封帘，密封系统设于输水廊道两端，密封悬挂装置位于内部模板端部，用于悬挂密封帘。

所述温度检测装置包括混凝土温度检测仪、温度传感器和数显装置，所述温度检测仪通过埋设在混凝土中的温度传感器测量混凝土芯部温度，通过数显装置显示出所测的温度。

所述警报系统包含联通线路、报警器和蜂鸣器，所述报警器和温度监测仪通过联通线路相连，当温差超过标准值时，会触发蜂鸣器，发出蜂鸣。

所述信息化系统包括数据采集系统，反馈系统和软件终端，所述数据采集系统可以和温度检测仪连接，反馈系统是将采集到的数据实时反馈给软件终端，软件终端是指安装了相应APP的手机。

优选地，所述蓄水池采用经净化的基坑抽水，用分水器通过各层水管集中分出；

优选地，所述阀门设备包括相应数量独立水阀，经编号以控制各套水管冷却水流量，并设置一定数量的增压泵和减压阀以控制后期通水速率；

优选地，所述冷却管采用直径≥40mm的钢管；出水管和冷却水管出口通过管道连接，管道和冷却水管材质相同，可相互连接，改变长度，顶部有扣件和输水廊道内模板相连；

优选地，阀门系统中，将两个分水器串联并于进出水口设置4个分水阀，通过分水阀的控制可以实现冷却水的换向，以使混凝土温度均匀变化；

优选地，所述增压泵设置在混凝土结构外部，可控制外部水压大小；

优选地，所述洒水装置设置在输水廊道的空腔顶部，通过分流管同出水管相接，末端为花洒。所述洒水装置包括主管和喷头，所述主管径向方向垂直焊接有多个喷头，主管一端通过水管与所述冷却水管连接。所述洒水装置的花洒采用金属材质的花洒，并设置独立开关，可人工控制是否开关。

优选地，所述散热装置设置在洒水装置下方，主要由散热片组成，洒水装置可以将增温的冷却水水洒在散热片上；

进一步，所述散热片为吸水散热性能良好的材料制成，散热片均匀分布在所述洒水装置下方；

进一步，所述吸水散热性能良好的材料根据现场要求选用均质土工布，也可选用棉网、铝合金、铜网等其他材料，制成片状或多片状；

优选地，所述悬挂装置用于将散热装置竖直悬挂，方向垂直于输水廊道流水面；

优选地，密封悬挂装置设在输水廊道两端，用于悬挂密封帘；

优选地，所述密封帘采用均质土工布，悬挂于输水廊道两端，阻隔内外空气流通，使得空腔与外部空气隔离；也可选用其他可隔绝空气流通的材料；

进一步，施工过程中，向所述均质土工布上喷洒水，用于高效隔离空气流通；

优选地，所述散热装置底部还设置有排水沟，所述排水沟一端与输水廊道外部链接，用于将输水廊道内的水排出；

优选地，整个散热系统为可拆卸拼装的系统，长度可随输水廊道的长度改变；

进一步，整个系统固定在输水廊道内部的钢模板上，在整个养护期间，内部钢模板不拆除；

所述温度检测仪采用智能化数字多回路温度巡检仪，及相关埋设组件，也可根据不同要求选用不同种类的温度检测仪。

所述温度传感器为热敏电子传感器，包括相关线路，用以监测混凝土内部和冷却水的实时温度，可根据温度变化采取相应的控制水流的措施；

进一步，所述混凝土温度传感器，一部分安装在输水廊道混凝土内，用以测量混凝土内部温度；一部分安装在输水廊道空腔内壁上，用以测量和输水廊道接触的混凝土的实时温度；

所述数显装置和温度检测仪集成在一起，固定于混凝土外部，避免潮湿环境影响机械质量；

进一步，所述温度检测仪读数仪设置在相关单元外露处，方便读数，相关埋件包括支架杆，连接线，数控原件。

所述警报器采用预控报警器，当内外温度差大于要求温度差时，可通过联通电路向警报器发出警报，并触发蜂鸣器，发出蜂鸣警报；

优选地，所述收集装置内含有数字化原件，集成于温度检测仪；

可通过数控装置和内设数据处理装置以APP为渠道，向指定温控人员手机发出警报。

本发明专利原理是：利用水作为导热介质从输水廊道大体积混凝土芯部吸收热量，然后将吸收到的热量通过散热装置分散到输水廊道空腔中，再利用密封装置将输水廊道空腔与外部空气隔离，从而使得输水廊道空腔内的温度与输水廊道混凝土内的温度保持相对稳定。出现内外温差不稳定时，可通过增压泵和阀门开关调节冷却水流速，从而改变冷却水管的降温速度来控制温差。当温度传感器显示温差过大时，可打开增压泵，增大冷却水流速，降低混凝土芯部温度，使更多热量通过散热系统进入输水廊道密封的空腔，从而降低温差；当温差过小时则关闭增压泵和阀门开关，减小流速，从而增大温差，使混凝土内外温差控制在规定范围内。控制内外温差来减少因温度异常造成的裂缝的同时，由于采用了密封保温的方法，可以降低管内风速，减少混凝土龟裂；还能保证空腔内混凝土处于湿润状态，从而进一步降低了混凝土干缩造成裂缝的可能性，有很好的应用价值。

本发明专利是在常规大体积混凝土降温措施的基础上增加了一套成本较低的装置，用以控制输水廊道大体积混凝土温度裂缝的产生，本发明专利中所述装置和现有的技术结合较好，可在不改变现有技术的前提下，大幅度提高大体积混凝土浇筑质量，具有很好的推广价值。

附图说明

图1是本发明提供的实施例总体结构示意图；

图2是本发明提供的实施例主要电气通道及传感器分布示意图；

图3是本发明提供的实施例立体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明专利的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明专利的范围，而是仅仅表示本发明专利的选定实施例。基于本发明专利中的实施例，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他实施例，都属于本发明专利保护的范围。

如图1所示，一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置的实体结构主要包括供水系统、散热系统和密封系统。

供水系统包括蓄水池11、增压泵12、阀门开关13、冷却水管14和洒水装置15。所述蓄水池11通过水管与增压泵12的进水口连接，增压泵12的出水口与冷却水管14一端连接；

洒水装置15包括主管和喷头，主管径向方向垂直焊接有多个喷头，主管一端通过水管与冷却水管14连接，洒水装置15设置在输水廊道的空腔内，洒水装置15的下方设置有散热片22；

散热系统包括悬挂装置21和散热片22，整个系统安装在输水廊道内部顶部模板上，布置于洒水装置下方，洒水装置洒出的水可撒至散热片上；散热片通过悬挂装置和顶部模板相接。图中廊道端头设置密封系统，包括悬挂装置31和密封帘32，悬挂装置31位于内部模板端部，用于悬挂密封帘32。

如图2所示，温度控制系统包括温度检测仪41、温度传感器42和数显装置43，温度传感器42通过导线与温控检测仪41的信号输入端连接，通过集成在温度检测仪上的数显装置43显示出数据。

警报系统包括联通线路51、警报器52和蜂鸣器53，警报器52通过联通线路51和温度控制系统相连，当温差大于标准值时，警报器52会触发蜂鸣器53，引发蜂鸣。

信息化系统包括数据采集系统61，反馈系统62和软件终端63，所述数据采集系统61集成在温度检测仪41上，反馈系统62用于将采集到的数据实时反馈给软件终端63，软件终端63是指安装了相应APP的手机。

图3为整个一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置的立体图，可以清晰的看出个各个系统之间的关系和分部情况。

一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，现场施工时主要包括以下步骤：

1、在模板安装前，在大体积混凝土仓面内布设冷却水管14，并将其接入供水系统，通过进水管和蓄水池11相接，通过增压泵12和阀门设备13调控水压和冷却水流速，在冷却水管末端安装洒水装置15。

2、模板安装完成后，在模板上布设悬挂装置22，用以安装散热片22，在模板末端安装密封悬挂系统31，用以安装密封帘32。

3、混凝土浇筑之前，在指定位置安装温度控制系统、警报系统，并调试信息化系统，将温度传感器安装42在输水廊道空腔内壁和大体积混凝土芯部指定位置，并将温度检测仪41、数显装置43、警报器52和蜂鸣器53集成在混凝土外部的支架上，

4、混凝土浇筑过程中，保护冷却水管14、温度传感器42等设备不因混凝土浇筑的扰动而丧失功能。

5、混凝土浇筑完毕，再内部模板预装的悬挂装置2232上安装密封帘31和散热片21，并与安装在供水系统末端的洒水装置15位置对齐。

6、系统运行时，增压泵12将蓄水池11内的水注入到冷却水管14中，冷却水管14是预设在混凝土内的导热性能良好的管道，因此，在混凝土芯部将会被冷却水带出，混凝土芯部温度下降。冷却水温度提高。冷却水管14排出的热水经过洒水装置15的喷头喷洒到散热片22上，使得散热片22充分吸收冷却水带出的热量并排放到混凝土空腔中，混凝土空腔温度上升。混凝土空腔被设置在两端的土工布形式的密封帘32密封，从而保证空腔内的温度和湿度不容易流失，减小空混凝土芯部的温度和腔内的温度的差值。

7、当温度出现较大波动或差值超过标准是，温度检测41会将温度传感器42获取的数据传输给警报器52，警报器52触发蜂鸣器53发起蜂鸣，并通过信息化系统6的反馈系统62将问题反馈给软件终端63，即管理人员安装了相应APP的手机，此时可调整增压泵12和阀门开关13，从而调整冷却水管14内水的流速，改变芯部温度降低速度和空腔温度上升的速度，从而控制内外温差，使温差保持在规定范围之内。

8、当温度降至标准可控范围内，不需要继续进行冷却和养护时，可以拆除模板和整个控制系统，并可在下一仓混凝土浇筑时再次使用，埋设于混凝土内部的冷却水管14用和混凝土等强度的混凝土浆液填充并密封。

整个发明，结构简单，易于应用，应用效果好，过程无需改变常规的施工工艺，仅需在现有工艺的基础上，增加成本较低，可现场加工设备，即可较好的提升大体积混凝土的内部质量，一举解决了输水廊道大体积混凝土温度裂缝的质量难题，工艺简单，成本低廉，效果显著，具有很好的推广应用价值。

此外需要说明的是，上文描述中使用的“前侧”、“后侧”、“内”、“外”分别指的是朝向或远离特点不见几何中心的方向，相关技术人员在对上述方向做简单、不需要创造性的调整时，不应理解为本申请保护范围以外的技术，应对理解，此处所描述的具体实施案例，仅仅用以解释本申请，并不用于限制实际保护范围。而为避免混淆发明的目的，由于熟知的制造方法、控制程序、部件尺寸，如冷却水的通水方法、温度检测仪器的使用原理、APP的反馈机制等技术，为已有的成熟技术，已经很容易理解，因此它们并未被详细描述。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，例如：散热片此处采用的是均质土工布，制成片状或多片状，也可用棉网、铝合金、铜网代替；冷却水管可以根据不通构造物布置为“Z”字型，也可布置为“S”型或方形等，不影响使用功能；本处温度检测仪采用智能化数字多回路温度巡检仪，也可采用其他的检测仪来检测温度，不影响整体的功能的完整。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，包括供水系统、散热系统、密封系统、温度监控系统、警报系统和信息化系统，其特征在于：所述供水系统包括蓄水池(11)、增压泵(12)、阀门开关(13)、冷却水管(14)和洒水装置(15)，所述蓄水池(11)通过水管与增压泵(12)的进水口连接，增压泵(12)的出水口与冷却水管(14)一端连接，冷却水管(14)另一端与洒水装置(15)连接；

阀门开关(13)设置在蓄水池与增压泵连接的水管上或者安装在冷却水管(14)一端；

冷却水管(14)埋设在混凝土内；

所述散热系统包括悬挂装置(21)和散热片(22)，散热片(22)分布在洒水装置(15)下方，通过悬挂装置(21)固定到模板上；所述洒水装置(15)沿着输水廊道(70)通道长度方向设置；

所述密封系统包括密封悬挂装置(31)和密封帘(32)，密封系统设于输水廊道两端，密封悬挂装置(31)位于内模板端部，用于悬挂密封帘(32)；

所述温度监控系统包括混凝土温度检测仪(41)、温度传感器(42)和数显装置(43)，所述温度检测仪(41)通过埋设在混凝土中的温度传感器(42)测量混凝土温度，通过数显装置(43)显示出所测的温度值；

所述警报系统包括连接导线(51)、报警器(52)和蜂鸣器(53)，所述报警器(52)和温度监测仪(41)通过连接导线(51)相连，当温差超过设定值时，蜂鸣器(53)发声警报；

所述信息化系统包括数据采集装置(61)，反馈装置(62)和软件终端(63)，所述数据采集装置(61)内置于温度检测仪(41)中，数据采集装置(61)能够从温度检测仪(41)获取温度数据，数据采集装置(61)与反馈装置(62)连接，反馈装置(62)能够将采集到的数据实时发送给软件终端(63)，软件终端(63)为安装了相应APP的手机；所述反馈装置(62)设置有无线通讯模块，能够通过无线电方式与手机通信；

所述洒水装置(15)包括主管和喷头，所述主管径向方向以螺纹丝扣三通的形式连接有多个喷头，主管一端通过水管与所述冷却水管(14)连接；

所述散热片(22)为导热性能良好的材料制成，散热片(22)均匀分布在所述洒水装置(15)下方。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述导热性能良好的材料包括土工布、棉网、铝合金、铜网，制成片状或多片状。

3.根据权利要求1所述控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，其特征在于：所述密封系统中的密封帘(32)为土工布，所述土工布悬挂于输水廊道(70)两端，呈幕布状，并使输水廊道(70)空腔内空气与外部空气隔离。

4.根据权利要求1所述控制输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，其特征在于：所述温度传感器(42)安装在输水廊道(70)，仪器选择依据使用可靠和经济的原则，在满足监测要求的前提下，选择操作方便、价格适宜的仪器，温度检测仪采用智能化数字多回路温度巡检仪，温度传感器为热敏电子传感器。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

温度检测包括内部内置的数据采集装置(61)能够将数据结果传输至手机的软件终端(63)。

6.根据权利要求1所述输水廊道大体积混凝土内外温差的装置，其特征在于：所述增压泵(12)和阀门开关(13)可调节冷却水流速，从而改变冷却水管(14)的降温速度，当温度传感器(42)显示温差过大时，可增大冷却水流速，使更多热量通过散热系统进入输水廊道(70)封闭的空腔；温差过小时则减小流速。