CN109555123A - 用于大体积混凝土承台温控的自保温系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，包括多层冷却管、输水装置，多层冷却管从上而下分层布置在承台内，每层冷却管均包括设置在承台四周的环形管和设置在承台中间的核心管，所述输水装置和环形管、核心管连接。本发明的冷却管包括设置在承台四周的环形管和设置在承台中间的核心管，通过环形管和核心管来实现“内降外保”，即除了内部降温外，还可以在外部进行保温；并且冷却管采用多层分布，多层冷却管从上而下分层布置在承台内，且相邻两层冷却管中的核心管垂直交错布置，能够实现均匀降温。本发明还公开了一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统的使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统及其使用方法。
背景技术
水利大坝、高层建筑及大型设备基础和大跨桥梁承台等均为大体积混凝土结构，其设计基准期长，其安全性和耐久性极为重要。大体积混凝土结构在施工期间，由于水泥在水化过程中产生大量的水化热，使混凝土内部温度升高，当温升达到峰值以后温度开始下降。不均匀的温度场使混凝土产生温度应力，当温度应力超过了混凝土的极限抗拉强度时，结构会产生温致裂缝。这些裂缝对混凝土结构的安全、抗渗及耐久性都会产生不利影响。
目前各规范均对大体积混凝土的水化热提出了控制要求，其中一个重要的控制指标是混凝土内表温差不超过25℃。要实现上述控制目标，需要采取切实可行的措施降低混凝土内部温度。目前普遍的做法是，在混凝土内部埋入冷却管，通入冷却水降低混凝土温度。
对于冬季施工的大体积混凝土而言，混凝土表面温度容易受到外界极低的环境温度影响。因此其内表温差极难控制。一般需要“内降外保”，即除了内部降温外，还要在外部进行保温。目前常用的保温措施有采用导热性能差的模板、覆盖保温材料或者外贴保温板。但这些保温措施均会增加施工难度、增加成本、甚至耽误工期。此外，对于水下结构采用木模板、覆盖保温材料或者外贴保温板难以实现。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、施工方便的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，并提供其使用方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，包括多层冷却管、输水装置，多层冷却管从上而下分层布置在承台内，每层冷却管均包括设置在承台四周的环形管和设置在承台中间的核心管，所述输水装置和环形管、核心管连接。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，所述输水装置包括进水箱、回水箱、加温箱、抽水机，所述加温箱内设有加温器，加温箱上部通过连通管与进水箱上部连通，连通管上设有第三阀门，进水箱顶部设有冷水入口，进水箱底部通过第一进水管分别与各层冷却管中核心管的进水口连接，加温箱底部通过第二进水管分别与各层冷却管中环形管的进水口连接，各层冷却管中环形管和核心管的出水口通过出水管分别与回水箱连接，所述回水箱上部通过抽水机分别与加温箱和进水箱的顶部连通。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，相邻两层冷却管中的核心管垂直交错布置。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，所述环形管和核心管均由弯头连接而成。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，多层冷却管的层间距为80~100cm。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，环形管呈环形布置在承台四周，环形管距承台表面和核心管的距离均为60~80cm，各层冷却管中的环形管布置一致。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，所述第一进水管上设有用于调控流量的第一阀门，第二进水管上设有用于调控流量的第二阀门。
上述用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，所述环形管和核心管的出水口设有温度传感器。
一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：判断混凝土承台处于升温阶段还是降温阶段，若处于升温阶段，则进入步骤二，若处于降温阶段，则进入步骤四：
步骤二：通过水泵抽取自然冷却水到进水箱，所有的第一阀门开到最大流量，核心管内通入自然冷却水降温，进入步骤三；
步骤三：判断混凝土承台内表温差，若内表温差低于20℃，则环形管自然降温；若内表温差为20℃～25℃，则通过第二阀门减小环形管的流量；若内表温差大于25℃且有继续增大趋势，则关闭连通管上的第三阀门，开启加温器，在环形管中通入热水对混凝土承台的表面混凝土进行保温；
步骤四：回收出水管排出的热水至回水箱和进水箱，经与进水箱的自然冷却水掺合形成温水，在核心管中通入温水降温，通过第一阀门控制核心管流量，以控制核心管降温速率不超过2℃/d，进入步骤五；
步骤五：判断混凝土承台内表温差，若内表温差低于20℃，则环形管中通入步骤四所述的温水降温；若内表温差为20℃～25℃，则通过第二阀门减小环形管的流量；若内表温差大于25℃且有继续增大趋势，则关闭连通管上的第三阀门，开启加温器，在环形管中通入热水对混凝土承台的表面混凝土进行保温。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的冷却管包括设置在承台四周的环形管和设置在承台中间的核心管，通过环形管和核心管来实现“内降外保”，即除了内部降温外，还可以在外部进行保温，具有结构简单、成本低、施工方便、保温效果好的优点。
2、本发明的冷却管采用多层分布，多层冷却管从上而下分层布置在承台内，且相邻两层冷却管中的核心管垂直交错布置，能够实现均匀降温：利用多层核心管交错布置，并配合阀门使用，实现大体积混凝土内部均匀降温；利用多层环形管环形布置，并配合阀门使用，实现大体积混凝土表面的降温速率可控。
3、本发明利用储水箱回收冷却管排出的热水，由抽水机抽取至进水箱和加温箱，经与自然冷却水掺合形成温水，降低降温阶段冷却水温度与核心温度差值，控制降温速率；必要时启动加温器，利用加温箱向环形管补充热水，实现表面保温，减小内表温差。
4、本发明利用进水箱、储水箱、加温箱、抽水机、连接管和加温器形成输水装置，实现进水流量和温度可调控，热水可回收；利用多层冷却管和输水装置，根据不同的内表温差状况，实现冷却系统的自保温功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的冷却管分层布置图。
图3为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，包括5层冷却管、输水装置，5层冷却管从下至上分层布置在承台1内，并分别记为①、②、③、④、⑤；图1中的a、b相当于第①、②层冷却管；5层冷却管的层间距为1m，承台1尺寸为36.5m×15.9m×6.0m。每层冷却管均包括设置在承台1四周的环形管3和设置在承台1中间的核心管2，所述环形管3和核心管2均由弯头连接而成；同一层冷却管中的环形管3和核心管2平行布置；为实现均匀降温，相邻两层冷却管中的核心管2垂直交错布置，环形管3呈环形布置在承台1四周，环形管3距承台1表面和核心管2的距离均为80cm，各层冷却管中的环形管3布置一致。如图2所示，其中第一、三、五层核心管沿承台1长边布置，以减少弯头个数，提高冷却效率。单根冷却管长度不超过200m，如超过200m，则设置单独的进、出水口。所述输水装置和环形管3、核心管2连接。
所述输水装置包括进水箱4、回水箱5、加温箱6、抽水机11，所述加温箱6内设有加温器14，加温箱6上部通过连通管12与进水箱4上部连通，连通管12上设有第三阀门13，进水箱4顶部设有冷水入口，进水箱4底部通过第一进水管7分别与各层冷却管中核心管2的进水口连接，第一进水管7上设有用于调控流量的第一阀门9，加温箱6底部通过第二进水管分别与各层冷却管中环形管3的进水口连接，第二进水管上设有用于调控流量的第二阀门10，各层冷却管中环形管3和核心管2的出水口通过出水管8分别与回水箱5连接，环形管3和核心管2的出水口设有温度传感器，所述回水箱5上部通过抽水机11分别与加温箱6和进水箱4的顶部连通。
本发明的工作原理为：在降温阶段，回水箱5收集冷却管排出的热水，经抽水机11返回到加温箱6和进水箱4中。正常情况下加温箱6与进水箱4通过连通管12连通，第三阀门13开启。在极端低温时，第三阀门13关闭，开启加温器14，为环形管3提供热水。
本发明的施工过程为：
1）进行温控有限元仿真计算。具体包括计算模拟和温控指标；其中计算模拟包括冷却管对流系数、位移边界条件、热边界条件和施工过程模拟；温控指标为：内表温差小于25℃，温度应力小于混凝土极限抗拉强度。如计算满足要求则说明冷却系统可行。
2）进行冷却系统施工，具体包括安装冷却管、预埋温度测点、安装输水装置以及其他附属设备。在正式浇筑混凝土之前，冷却管进行试水试验，对测点传感器和导线进行检测。
3）浇筑混凝土，以下结合图3进一步说明温控过程。
一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：判断混凝土承台处于升温阶段还是降温阶段，若处于升温阶段，则进入步骤二，若处于降温阶段，则进入步骤四：
步骤二：通过水泵15抽取自然冷却水到进水箱4，所有核心管2的第一阀门9开到最大流量，核心管2内通入自然冷却水降温，进入步骤三；
步骤三：判断混凝土承台内表温差，若内表温差低于20℃，则环形管3自然降温；若内表温差为20℃～25℃，则通过第二阀门10减小环形管3的流量；若内表温差大于25℃且有继续增大趋势，则关闭连通管12上的第三阀门13，开启加温器14，在环形管3中通入热水对混凝土承台的表面混凝土进行保温；
步骤四：回收出水管8排出的热水至回水箱5，经与进水箱4的自然冷却水掺合形成温水，在核心管2中通入温水降温，通过第一阀门9控制核心管2流量，以控制核心管2降温速率不超过2℃/d，进入步骤五；
步骤五：判断混凝土承台内表温差，若内表温差低于20℃，则环形管3中通入步骤四所述的温水降温；若内表温差为20℃～25℃，则通过第二阀门10减小环形管的流量；若内表温差大于25℃且有继续增大趋势，则关闭连通管12上的第三阀门13，开启加温器14，在环形管3中通入热水对混凝土承台的表面混凝土进行保温。
Claims (9)
1.一种用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：包括多层冷却管、输水装置，多层冷却管从上而下分层布置在承台内，每层冷却管均包括设置在承台四周的环形管和设置在承台中间的核心管，所述输水装置和环形管、核心管连接。
2.根据权利要求1所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：所述输水装置包括进水箱、回水箱、加温箱、抽水机，所述加温箱内设有加温器，加温箱上部通过连通管与进水箱上部连通，连通管上设有第三阀门，进水箱顶部设有冷水入口，进水箱底部通过第一进水管分别与各层冷却管中核心管的进水口连接，加温箱底部通过第二进水管分别与各层冷却管中环形管的进水口连接，各层冷却管中环形管和核心管的出水口通过出水管分别与回水箱连接，所述回水箱上部通过抽水机分别与加温箱和进水箱的顶部连通。
3.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：相邻两层冷却管中的核心管垂直交错布置。
4.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：所述环形管和核心管均由弯头连接而成。
5.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：多层冷却管的层间距为80~100cm。
6.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：环形管呈环形布置在承台四周，环形管距承台表面和核心管的距离均为60~80cm，各层冷却管中的环形管布置一致。
7.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：所述第一进水管上设有用于调控流量的第一阀门，第二进水管上设有用于调控流量的第二阀门。
8.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统，其特征在于：所述环形管和核心管的出水口设有温度传感器。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的用于大体积混凝土承台温控的自保温系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：判断混凝土承台处于升温阶段还是降温阶段，若处于升温阶段，则进入步骤二，若处于降温阶段，则进入步骤四：
步骤二：通过水泵抽取自然冷却水到进水箱，所有的第一阀门开到最大流量，核心管内通入自然冷却水降温，进入步骤三；
步骤三：判断混凝土承台内表温差，若内表温差低于20℃，则环形管自然降温；若内表温差为20℃～25℃，则通过第二阀门减小环形管的流量；若内表温差大于25℃且有继续增大趋势，则关闭连通管上的第三阀门，开启加温器，在环形管中通入热水对混凝土承台的表面混凝土进行保温；
步骤四：回收出水管排出的热水至回水箱和进水箱，经与进水箱的自然冷却水掺合形成温水，在核心管中通入温水降温，通过第一阀门控制核心管流量，以控制核心管降温速率不超过2℃/d，进入步骤五；
步骤五：判断混凝土承台内表温差，若内表温差低于20℃，则环形管中通入步骤四所述的温水降温；若内表温差为20℃～25℃，则通过第二阀门减小环形管的流量；若内表温差大于25℃且有继续增大趋势，则关闭连通管上的第三阀门，开启加温器，在环形管中通入热水对混凝土承台的表面混凝土进行保温。
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