CN110359458A - 一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，包括防护端和管理端，所述防护端与管理端之间通过无线热点进行数据交互，所述防护端包括内部温控单元、表层保湿单元、外部温控单元和无线控制开关，所述管理端用于接收内部温控单元、表层保湿单元和外部温控单元的实时测量数据，根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。本发明通过构筑易拆装的防护结构并结合智能监控，解决大体积混凝土的保温保湿防裂问题。

Description

一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，涉及混凝土施工期间的保温保湿防裂问题，具体为一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统。

背景技术

与一般构件混凝土相比，大体积混凝土由于混凝土量大，浇筑后水泥水化热聚积在内部不易散发，混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，形成内外温差大，在体内产生压应力，而表面产生拉应力。如温差过大(大于25℃)，混凝土表面可能会产生温差裂缝；而当混凝土内部逐渐散热冷却而收缩时，由于受到基底或已浇筑的混凝土或体内各质点间的约束，将产生很大拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，便产生收缩裂缝，严重者会贯穿整个混凝土块体，由此带来严重危害。因此，大体积混凝土的浇筑主要是采取措施防止产生裂缝。

大体积混凝土结构施工中，为防止混凝土由于芯部与外部温差过大而产生有害裂缝，多数采用埋设冷却水管的温控措施，利用循环水来调节和降低混凝土内部温度，从解决混凝土内外温差过大的问题入手来确保施工质量。

为了防止混凝土内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂纹，现有技术在利用内部冷却管通水降温的同时，还在混凝土表面采取保温措施，控制混凝土内外温差及表面与空气温差，避免出现贯穿裂缝和表面裂缝，从而确保施工质量。

现有的温控设计理念更多地强调对基础温差和最高温度的控制，对于通水冷却更多的强调其削减温升的作用，并没有对通水冷却过程的控制进行太多规定。实际上，对于大体积混凝土施工而言，如果按照现有的通水冷却方式进行温控，会存在冷却高度过低、一次冷却幅度过大、冷却速度过快的问题，从而产生开裂风险。现有表面保温一般在寒冷季节的混凝土仓面实施，一般也仅是临时性的辅助温控措施，对预防表面裂缝的效果有限。此外，由于施工期监测数据存在不及时、不全面、不真实等问题，温控施工难以通过监测数据来进行控制，施工控制更多依靠人工，一般都是出现裂缝以后在进行反馈分析并采取补救措施，容易导致较严重的后果出现。

现有技术中，张国新、朱伯芳等在公开的““九三一”温度控制模式的研究与实践”中提出“九三一模式”的解决方案，“九”是指“早保护、小温差、满冷却”，“三”是指“三期冷却”，“一”是指“一个监控”。按照‘九三一’温控模式进行温度控制,可以很好地控制温差和温度梯度在空间和时间上的分布、充分发挥混凝土材料的徐变和抗裂能力,对可能出现的开裂风险进行及时预警,从而有效地防止温度裂缝。

公开号CN102505838B的中国专利公开了一种多功能大体积混凝土模板的构筑方法，该构筑方法依次包括：构筑混凝土模板中对混凝土结构起支撑作用的外围结构，构筑混凝土模板中的胶合板层，在胶合板层靠近于混凝土结构的一面铺设保温、保湿纤维层，在纤维层靠近于混凝土结构的一面设置抗裂钢丝网，安装上述构筑好的混凝土模板。该专利中的混凝土模板与保温保湿材料合一，具有疏水、透气、保温和保湿作用，混凝土浇注后即进入保温保湿状态。该专利构筑的混凝土模板的保温保湿效果不佳，其仅在模板内铺设了保温层，无法对模板内的温度进行调节。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，通过构筑易拆装的防护结构并结合智能监控，解决大体积混凝土的保温保湿防裂问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，包括防护端和管理端，所述防护端与管理端之间通过无线热点进行数据交互，所述防护端包括内部温控单元、表层保湿单元、外部温控单元和无线控制开关，所述管理端用于接收内部温控单元、表层保湿单元和外部温控单元的实时测量数据，根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。

具体地，所述防护要求可在控制开始之前，根据大体积混凝土设计要求的节点温度、表层湿度、内外温差、降温速率以及已有通水冷却经验等进行人为设定，在控制过程中，也可依据实际情况进行调整。

优选地，所述内部温控单元包括冷却泵、通水管路，及布置在所述通水管路上的流量计、电磁阀、压力传感器、换向阀、内部温度传感器、入口水温传感器和出口水温传感器。在混凝土内部的多个测量点埋设内部温度传感器。所述内部温度传感器与管理端无线连接，用于将采集的实时内部温度发送给管理端。所述内部温控单元还实时监测管路压力、通水流量、水流方向、入口水温和出口温水并将监测数据发送到管理端，所述管理端根据监测的数据和环境温度计算混凝土内部温度是否满足防护要求，并发送控制指令给相应的无线控制开关，控制通水管道内的流量、水温、流向。

进一步地，所述混凝土内部的温度传感器的数量和埋设位置是根据混凝土结构的外形及外部温控单元的大小计算得到的。

优选地，所述表层保湿单元包括设置于混凝土表面的湿度传感器、铺设在混凝土表面的保湿层及在保湿层两端设置的注水阀。所述湿度传感器与管理端无线连接，用于将混凝土表面的实时湿度发送到管理端。所述管理端根据实时湿度与环境湿度计算是否满足防护的湿度要求，然后根据计算结果发出是否打开注水阀的控制信号。

优选地，所述外部温控单元包括多个子单元，每个子单元由定型框架结构固定，多个定型框架结构拼接构成整体的外部温控单元。

优选地，每个子单元由外部温度传感器、隔水涂层和保温层组成，所述外部温度传感器设置在与混凝土表层接触侧，所述隔水涂层和保温层依次固定在定型框架结构内。

优选地，所述定型框架结构外包覆有止浆条带结构，用于防止未凝固的混凝土泥浆从定型框架结构中泄漏。

优选地，所述保温层中设置电热丝，用于通过主动加热方式进行外部保温。所述电热丝通过导线与外部电源连接，通过无线控制开关控制外部电源的通断，进而来控制电热丝进行加热保温。

一种大体积混凝土的智能防护管理方法，采用所述的系统实现，所述方法包括：

S1，根据混凝土结构的外形及外部温控单元的大小，计算混凝土内部需埋设的温度传感器数量和埋设位置，布设内部温控单元；

S2，根据外部温控单元的大小布设表层保湿单元；

S3，布设外部温控单元，包括构筑多个用于外部温控的子单元，各子单元通过定型框架结构固定，将各子单元拼接完成外部温控单元布设；

S4，所述外部温控单元、表层保湿单元和内部温控单元的实时测量数据通过无线热点发送至管理端，所述管理端根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。

优选地，所述内部温控单元的温度传感器数量与外部温控单元的温度传感器的数量一致，且内部温度传感器的埋设位置与外部温控单元的每个子单元的位置相对应。

优选地，若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差大于预设值，则发送控制信号给内部温控单元，控制通水管道内的流量、水温及流向进行内部降温；若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差小于预设值，且外部温度与环境温度之差大于预设值，则发送控制信号给外部温控单元，通过主动加热方式进行外部保温；若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差小于预设值，且外部温度与环境温度之差小于预设值，则无需启动内部降温或外部保温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1本发明利用定型框架结构的外部温控单元进行外部加热保温，降低混凝土内外的温差，防止裂缝产生，该定型框架结构安装拆卸方便，适应多种场合不同尺寸的混凝土外部保温加热应用。

(2本发明的外部温控单元由多个定型框架结构的子单元拼接构成，每个子单元具有单独的外部温度传感器，且每个子单元对应一个内设于混凝土的内部温度传感器，管理端通过计算每个子单元的外部温度传感器与其对应的内部温度传感器的温差来进行局部温控，能有效避免局部裂缝的产生。

(3)本发明的智能防护管理系统能进行远程监控管理，发现异常时能及时通知现场工作人员进行处理，避免了现场工作人员逐段地进行混凝土保温保湿养护，减少了人力成本，提高了工作效率，同时也确保了施工期混凝土保温保湿防裂工作的稳定进行。

附图说明

图1为根据实施例的本发明的系统结构示意图。

图中：1、防护端；2、管理端；3、无线热点；4、无线控制开关；101、内部温控单元；102、表层保湿单元；103、外部温控单元。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，包括防护端和管理端，所述防护端与管理端之间通过无线热点进行数据交互，所述防护端包括内部温控单元、表层保湿单元、外部温控单元和无线控制开关，所述管理端用于接收内部温控单元、表层保湿单元和外部温控单元的实时测量数据，根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。所述防护要求可在控制开始之前，根据大体积混凝土设计要求的节点温度、表层湿度、内外温差、降温速率以及已有通水冷却经验等进行人为设定，在控制过程中，也可依据实际情况进行调整。

所述无线热点用于在内部温控单元、表层保湿单元、外部温控单元、管理端及设置在各个单元上的无线控制开关之间传递信号；无线热点实现了信号的无线传输，避免长距离、复杂地形下的有线连接，降低了系统的维护难度，提高了系统运行的稳定性。当然，在实际工程应用中，也可以通过有线方式来进行连接。

所述无线控制开关，用于接收管理端发送的控制信号，并发出执行信号，所述执行信号为控制各单元的温控保湿部件进行动作的信号，如使冷却泵启动或关闭，使电热丝接通或断开。

所述管理端包括数据库和管理软件。所述管理软件可以实现对防护端采集数据的计算分析、对防护端各单元的调控部件进行无线控制等。

所述内部温控单元包括冷却泵、通水管路，及布置在所述通水管路上的流量计、电磁阀、压力传感器、换向阀、内部温度传感器、入口水温传感器和出口水温传感器。所述冷却泵设置在入口，接收管理端发送的控制信号，并通过无线控制开关控制冷却泵的开启/关闭，从而进行混凝土的内部降温。所述内部温度传感器的数量和埋设位置是根据混凝土结构的外形及外部温控单元的大小计算得到的。由于外部温控单元是由多个定型框架结构的子单元拼接而成，每个子单元具有一个外部温度传感器，该子单元对应的混凝土内部也埋设一个内部温度传感器，通过监测该子单元所占区域内的混凝土的内外温差，来实现该子单元所对应的局部区域的保温防裂。

具体地，在混凝土内部的多个测量点分别埋设内部温度传感器。所述内部温度传感器与管理端无线连接，将采集的实时内部温度发送给管理端，所述内部温控单元还实时监测管路压力、通水流量、水流方向、入口水温和出口温水并将监测数据发送到管理端，所述管理端根据监测的数据和环境温度计算混凝土内部温度是否满足防护要求，并发送控制指令给相应的无线控制开关，控制通水管道内的流量、水温、流向，实现混凝土内部降温。

所述表层保湿单元包括设置于混凝土表面的湿度传感器、铺设在混凝土表面的保湿层及在保湿层两端设置的注水阀。所述湿度传感器与管理端无线连接，用于将混凝土表面的实时湿度发送到管理端。所述管理端根据实时湿度与环境湿度计算是否满足防护的湿度要求，然后根据计算结果发出是否打开注水阀的控制信号。在实际工程应用中，可以在外部温控单元定型框架结构的一端设置储水槽，储水槽一侧设置注水阀，在需要对混凝土表层进行注水保湿时，通过无线控制开关控制注水阀打开，将储水槽内的水注入混凝土表层。因为本实施中的定型框架结构可相互拼接组成所需要大小的外部温控单元，因此在每个定型框架结构内设置储水槽，能有效的进行局部防裂，实现简单且高效。

所述外部温控单元包括多个子单元，每个子单元由定型框架结构固定，多个定型框架结构拼接构成整体的外部温控单元。每个子单元由外部温度传感器、隔水涂层和保温层组成，所述外部温度传感器设置在与混凝土表层接触侧，所述隔水涂层和保温层依次固定在定型框架结构内。所述定型框架结构外包覆有止浆条带结构，用于防止未凝固的混凝土泥浆从定型框架结构中泄漏。所述保温层中设置电热丝，用于通过主动加热方式进行外部保温。所述电热丝通过导线与外部电源连接，通过无线控制开关控制外部电源的通断，进而来控制电热丝进行加热保温。所述电热丝可按照实际需要的密度布设在保温层内，保温层由岩棉板构成，具有防水防潮功能，能起到外部加热保温作用。

本发明还提供一种大体积混凝土的智能防护管理方法，采用所述智能防护管理系统实现，所述方法包括：

S1，根据混凝土结构的外形及外部温控单元的大小，计算混凝土内部需埋设的温度传感器数量和埋设位置，布设内部温控单元；

S2，根据外部温控单元的大小布设表层保湿单元；

S3，布设外部温控单元，包括构筑多个用于外部温控的子单元，各子单元通过定型框架结构固定，将各子单元拼接完成外部温控单元布设；

S4，所述外部温控单元、表层保湿单元和内部温控单元的实时测量数据通过无线热点发送至管理端，所述管理端根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。

具体地，所述内部温控单元的温度传感器数量与外部温控单元的温度传感器的数量一致，且内部温度传感器的埋设位置与外部温控单元的每个子单元的位置相对应。

在智能防护过程中，若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差大于预设值，则发送控制信号给内部温控单元，控制通水管道内的流量、水温及流向进行内部降温；若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差小于预设值，且外部温度与环境温度之差大于预设值，则发送控制信号给外部温控单元，通过主动加热方式进行外部保温；若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差小于预设值，且外部温度与环境温度之差小于预设值，则无需启动内部降温或外部保温。

本发明提供一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，通过构筑易拆装的防护结构并结合智能监控，解决大体积混凝土的保温保湿防裂问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，包括防护端和管理端，所述防护端与管理端之间通过无线热点进行数据交互，所述防护端包括内部温控单元、表层保湿单元、外部温控单元和无线控制开关，所述管理端用于接收内部温控单元、表层保湿单元和外部温控单元的实时测量数据，根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。

2.根据权利要求1所述的一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，所述内部温控单元包括冷却泵、通水管路，及布置在所述通水管路上的流量计、电磁阀、压力传感器、换向阀、内部温度传感器、入口水温传感器和出口水温传感器。

3.根据权利要求1所述的一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，所述表层保湿单元包括设置于混凝土表面的湿度传感器、铺设在混凝土表面的保湿层及在保湿层两端设置的注水阀。

4.根据权利要求1所述的一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，所述外部温控单元包括多个子单元，每个子单元由定型框架结构固定，多个定型框架结构拼接构成整体的外部温控单元。

5.根据权利要求4所述的一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，每个子单元由外部温度传感器、隔水涂层和保温层组成，所述外部温度传感器设置在与混凝土表层接触侧，所述隔水涂层和保温层依次固定在定型框架结构内。

6.根据权利要求4所述的一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，所述定型框架结构外包覆有止浆条带结构，用于防止未凝固的混凝土泥浆从定型框架结构中泄漏。

7.根据权利要求5所述的一种用于大体积混凝土的智能防护管理系统，其特征在于，所述保温层中设置电热丝，用于通过主动加热方式进行外部保温。

8.一种大体积混凝土的智能防护管理方法，采用如权利要求1至6中任一项所述的系统实现，其特征在于，所述方法包括：

S1，根据混凝土结构的外形及外部温控单元的大小，计算混凝土内部需埋设的内部温度传感器数量和埋设位置，布设内部温控单元；

S2，根据外部温控单元的大小布设表层保湿单元；

S3，布设外部温控单元，包括构筑多个用于外部温控的子单元，各子单元通过定型框架结构固定，将各子单元拼接完成外部温控单元布设；

S4，所述外部温控单元、表层保湿单元和内部温控单元的实时测量数据通过无线热点发送至管理端，所述管理端根据各个单元的实时测量数据及环境温度来计算是否满足防护要求，并发送控制指令给防护端对应的单元进行温湿度调节，实现智能防护。

9.根据权利要求8所述的一种大体积混凝土的智能防护管理方法，其特征在于，所述内部温控单元的内部温度传感器数量与外部温控单元的温度传感器的数量一致，且内部温度传感器的埋设位置与外部温控单元的每个子单元的位置相对应。

10.根据权利要求9所述的一种大体积混凝土的智能防护管理方法，其特征在于，若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差大于预设值，则发送控制信号给内部温控单元，控制通水管道内的流量、水温及流向进行内部降温；若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差小于预设值，且外部温度与环境温度之差大于预设值，则发送控制信号给外部温控单元，通过主动加热方式进行外部保温；若内部温度传感器采集的内部温度与对应的外部温控子单元的温度传感器采集的外部温度之差小于预设值，且外部温度与环境温度之差小于预设值，则无需启动内部降温或外部保温。