CN110259165B - 一种大体积混凝土自循环控温养护系统及养护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大体积混凝土自循环控温养护系统及养护方法，该养护系统包括蓄水框、冷却水管、水泵、冷却水温度监测机构、混凝土温度梯度监测机构和蓄水温度传感器，其中：蓄水框围设于大体积混凝土顶部，用于形成蓄水池；冷却水管预埋于大体积混凝土内部，且进水口和出水口均通过连接管与蓄水池连通，形成循环水路；水泵设置于循环水路上；冷却水温度监测机构用于监测冷却水温度；混凝土温度梯度监测机构用于监测大体积混凝土的温度梯度分布；蓄水温度传感器设置于蓄水池内，用于监测蓄水温度。与现有技术相比，本发明通过水资源循环利用，在养护控温过程中不需要额外补充水，利用胶凝材料水化热加热养护用水，实现能源回收，节约控温成本。

Description

一种大体积混凝土自循环控温养护系统及养护方法
技术领域
本发明涉及大体积混凝土工程施工技术领域，尤其是涉及大体积混凝土自循环控温养护系统及养护方法。
背景技术
温度应力是大体积混凝土施工过程中不可忽略的关键因素，混凝土体积尺寸大，水泥水化产生的热量难以消散，造成混凝土内部温度过高，形成温度应力，导致混凝土结构开裂，严重影响结构安全性和功能性。埋置冷却水管冷却降温是目前降低大体积混凝土内部温度最有效的方法。冷却水温度控制是影响水管冷却效果的关键，冷却水温度太低，会在混凝土内部形成温度梯度，产生温度应力，使大体积混凝土从内部开裂。温度过高又起不到冷却降温的效果。
有研究表明，蓄水养护能起到很好的保温作用，能有效降低大体积混凝土里表温差，有利于控制大体积混凝土的温度应力。与水管冷却相似，蓄水温度是影响蓄水养护效果的关键因素，较低的水温会降低混凝土表面温度，使里表温差变大，不利于温度裂缝的控制。采用温水养护则既能提高混凝土表面温度，又能起到较好的保温效果，能显著降低里表温差，有效控制大体积混凝土温度裂缝，但给养护水加热需要提供额外的热源，成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大体积混凝土自循环控温养护系统及养护方法，既能解决目前水管冷却方法冷却水温度控制难的问题，又能充分利用胶凝材料水化热加热养护用水，降低里表温差，有效控制大体积混凝土普遍出现的温度裂缝。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种大体积混凝土自循环控温养护系统，包括：
蓄水框，围设于大体积混凝土顶部，用于形成蓄水池，
冷却水管，预埋于大体积混凝土内部，且进水口和出水口均通过连接管与蓄水池连通，形成循环水路，
水泵，设置于循环水路上，
冷却水温度监测机构，用于监测冷却水温度，
混凝土温度梯度监测机构，用于监测大体积混凝土的温度梯度分布，
蓄水温度传感器，设置于蓄水池内，用于监测蓄水温度。
优选地，所述的蓄水框为沿大体积混凝土顶部边缘砌筑的高为10～30cm的矮墙。
本发明充分利用混凝土自身水化热，作为养护用水的热源，节约能源；采用蓄温水养护的方法，提高混凝土表面温度，降低表外温差，减小表面开裂的风险。蓄水养护层作为冷却水的水源，并起到散热冷却的作用，同时便于调整冷却水入水温度。
优选地，冷却水管的出水口与蓄水池之间的连接管上设有换热器。
优选地，所述的水泵设置于冷却水管的进水口与蓄水池之间的连接管上。
优选地，冷却水管进水口和出水口分别通过连接管与蓄水池的两端连接，且进水口处的连接管从蓄水池的顶部伸入蓄水池内上部。
优选地，所述的冷却水温度监测机构包括分别设置于冷却水管的进水口和出水口处的冷却水温度传感器。
优选地，所述的混凝土温度梯度监测机构包括分别设置于大体积混凝土的顶部、中间部位以及底部的自动测温传感器。
优选地，本发明中的冷却水温度传感器、自动测温传感器和蓄水温度传感器要求浸水24h不影响温度测试。
本发明还提供一种大体积混凝土自循环控温养护方法，采用所述的大体积混凝土自循环控温养护系统，该方法包括以下步骤：
(a)在大体积混凝土浇筑前预置冷却水管，布置冷却水温度监测机构和混凝土温度梯度监测机构，并连接水泵；
(b)大体积混凝土浇筑完毕，振实抹平后，立即启动水泵，在冷却水管中通入与混凝土入模温度相当的冷却水；
(c)在大体积混凝土的顶部设置蓄水框，用于形成蓄水池，将冷却水管出水口通过连接管引入蓄水池内，形成蓄水养护层，在蓄水池内设置用于监测蓄水温度的蓄水温度传感器；
(d)将蓄水养护层作为冷却水水源通过连接管经进水口引入冷却水管，根据冷却水温度监测机构、混凝土温度梯度监测机构及蓄水温度传感器的数据实时调节水泵开启频率和持续时间，以满足温控要求，进行大体积混凝土自循环控温养护。
优选地，所述的温控要求是指大体积混凝土的温度梯度减小至20℃/m以内，以避免引起大体积混凝土开裂。
优选地，当调节水泵无法满足温控要求时，通过将冷却水管的出水口与蓄水池之间的连接管上设置换热器进行换热，以辅助冷却。
与现有技术相比，本发明将养护用水与冷却用水连通，利用胶凝材料水化热加热养护用水，实现水循环。实现水资源循环利用，在养护控温过程中不需要额外补充水资源。利用胶凝材料水化热加热养护用水，实现能源回收，节约控温成本。
附图说明
图1为本发明的大体积混凝土自循环控温养护系统的示意图。
图中，1为大体积混凝土，2为蓄水框，21为蓄水养护层，3为冷却水管，4为连接管，5为水泵，6为冷却水温度传感器，7为蓄水温度传感器，8为自动测温传感器，9为换热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种大体积混凝土自循环控温养护系统，如图1所示，包括蓄水框2、冷却水管3、水泵5、冷却水温度监测机构、混凝土温度梯度监测机构和蓄水温度传感器7，其中：蓄水框2围设于大体积混凝土1顶部，用于形成蓄水池；冷却水管3预埋于大体积混凝土1内部，且进水口和出水口均通过连接管4与蓄水池连通，形成循环水路；水泵5设置于循环水路上；冷却水温度监测机构用于监测冷却水温度；混凝土温度梯度监测机构用于监测大体积混凝土1的温度梯度分布；蓄水温度传感器7设置于蓄水池内，用于监测蓄水温度。本实施例中，冷却水管3的出水口与蓄水池之间的连接管4上还设有换热器9。
本实施例中，水泵5设置于冷却水管3的进水口与蓄水池之间的连接管4上。冷却水管3进水口和出水口分别通过连接管4与蓄水池的两端连接，且进水口处的连接管4从蓄水池的顶部伸入蓄水池内上部。
本实施例中的冷却水温度监测机构包括分别设置于冷却水管3的进水口和出水口处的冷却水温度传感器6。混凝土温度梯度监测机构包括分别设置于大体积混凝土1的顶部、中间部位以及底部的自动测温传感器8。本实施例中的冷却水温度传感器、自动测温传感器和蓄水温度传感器要求浸水24h不影响温度测试。
大体积混凝土自循环控温养护方法，采用上述大体积混凝土自循环控温养护系统，该方法包括以下步骤：
(a)在大体积混凝土1浇筑前预置冷却水管3，布置冷却水温度监测机构和混凝土温度梯度监测机构，并连接水泵5；
(b)大体积混凝土1浇筑完毕，振实抹平后，立即启动水泵5，在冷却水管3中通入冷却水(要求与混凝土温差不超过15℃)，本实施例中，控制冷却水管3中与大体积混凝土1内部温度最大值相差不大于15℃；
(c)在大体积混凝土1的顶部设置蓄水框2，用于形成蓄水池，将冷却水管3出水口通过连接管4引入蓄水池内，形成蓄水养护层21，持续通水直至蓄水池灌满，在蓄水池内设置用于监测蓄水温度的蓄水温度传感器7；
(d)将蓄水养护层21作为冷却水水源通过连接管4经进水口引入冷却水管3，根据冷却水温度监测机构、混凝土温度梯度监测机构及蓄水温度传感器的数据实时调节水泵5开启频率和持续时间，以满足温控要求，进行大体积混凝土自循环控温养护。
本实施例中，温控要求是指大体积混凝土1的温度梯度减小至20℃/m以内，确保不会引起混凝土开裂。冷却水管进出水温度差距大于6℃时关闭水泵。冷却水管进出水温度差距小于等于6℃时开启水泵。
当调节水泵5无法满足温控要求时，通过将冷却水管3的出水口与蓄水池之间的连接管4上设置换热器9进行换热，以辅助冷却。
按本发明所述方法，养护用水及冷却用水循环利用，按1.2m3/h流速，12h完成一次循环，对比传统水管冷却方法可节约用水85％。本发明可显著降低大体积混凝土开裂风险，提升大体积混凝土结构耐久性及力学性能。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大体积混凝土自循环控温养护系统，其特征在于，包括：
蓄水框(2)，围设于大体积混凝土(1)顶部，用于形成蓄水池，
冷却水管(3)，预埋于大体积混凝土(1)内部，且进水口和出水口均通过连接管(4)与蓄水池连通，形成循环水路，
水泵(5)，设置于循环水路上，
冷却水温度监测机构，用于监测冷却水温度，
混凝土温度梯度监测机构，用于监测大体积混凝土(1)的温度梯度分布，
蓄水温度传感器(7)，设置于蓄水池内，用于监测蓄水温度；
冷却水管(3)的出水口与蓄水池之间的连接管(4)上设有换热器(9)；
所述的冷却水温度监测机构包括分别设置于冷却水管(3)的进水口和出水口处的冷却水温度传感器(6)；
所述的大体积混凝土自循环控温养护方法，包括以下步骤：
(a)在大体积混凝土(1)浇筑前预置冷却水管(3)，布置冷却水温度监测机构和混凝土温度梯度监测机构，并连接水泵(5)；
(b)大体积混凝土(1)浇筑完毕，振实抹平后，立即启动水泵(5)，在冷却水管(3)中通入与混凝土入模温度相当的冷却水；
(c)在大体积混凝土(1)的顶部设置蓄水框(2)，用于形成蓄水池，将冷却水管(3)出水口通过连接管(4)引入蓄水池内，形成蓄水养护层(21)，在蓄水池内设置用于监测蓄水温度的蓄水温度传感器(7)；
(d)将蓄水养护层(21)作为冷却水水源通过连接管(4)经进水口引入冷却水管(3)，根据冷却水温度监测机构、混凝土温度梯度监测机构及蓄水温度传感器的数据实时调节水泵(5)开启频率和持续时间，以满足温控要求，进行大体积混凝土自循环控温养护。
2.根据权利要求1所述的一种大体积混凝土自循环控温养护系统，其特征在于，所述的水泵(5)设置于冷却水管(3)的进水口与蓄水池之间的连接管(4)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种大体积混凝土自循环控温养护系统，其特征在于，冷却水管(3)进水口和出水口分别通过连接管(4)与蓄水池的两端连接，且进水口处的连接管(4)从蓄水池的顶部伸入蓄水池内上部。
4.根据权利要求1所述的一种大体积混凝土自循环控温养护系统，其特征在于，所述的混凝土温度梯度监测机构包括分别设置于大体积混凝土(1)的顶部、中间部位以及底部的自动测温传感器(8)。
5.一种大体积混凝土自循环控温养护方法，其特征在于，采用权利要求1～4任一所述的大体积混凝土自循环控温养护系统，该方法包括以下步骤：
(a)在大体积混凝土(1)浇筑前预置冷却水管(3)，布置冷却水温度监测机构和混凝土温度梯度监测机构，并连接水泵(5)；
(b)大体积混凝土(1)浇筑完毕，振实抹平后，立即启动水泵(5)，在冷却水管(3)中通入与混凝土入模温度相当的冷却水；
(c)在大体积混凝土(1)的顶部设置蓄水框(2)，用于形成蓄水池，将冷却水管(3)出水口通过连接管(4)引入蓄水池内，形成蓄水养护层(21)，在蓄水池内设置用于监测蓄水温度的蓄水温度传感器(7)；
(d)将蓄水养护层(21)作为冷却水水源通过连接管(4)经进水口引入冷却水管(3)，根据冷却水温度监测机构、混凝土温度梯度监测机构及蓄水温度传感器的数据实时调节水泵(5)开启频率和持续时间，以满足温控要求，进行大体积混凝土自循环控温养护。
6.根据权利要求5所述的大体积混凝土自循环控温养护方法，其特征在于，所述的温控要求是指大体积混凝土(1)的温度梯度减小至20℃/m以内，以避免引起大体积混凝土(1)开裂。
7.根据权利要求6所述的大体积混凝土自循环控温养护方法，其特征在于，当调节水泵(5)无法满足温控要求时，通过将冷却水管(3)的出水口与蓄水池之间的连接管(4)上设置换热器(9)进行换热，以辅助冷却。
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