CN112835393B - 一种大体积混凝土温控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大体积混凝土温控系统及方法，涉及大体积混凝土施工技术领域，大体积混凝土具有多个温控截面，以每个温控截面的中心为坐标原点，以经过坐标原点且相互垂直的两条直线分别为X轴和Y轴，该温控系统包括：冷却水管；第一测点，其布置于坐标原点处；第二测点，其设有多个，分别布置于温控截面的Y轴正半轴和X轴负半轴上；水泵，其一端分别通过多个电磁阀连接到各冷却水管，其另一端连接冷却水箱；控制主机，其用于接收各第一测点和各第二测点的温度信号，并根据温度信号获取各温度参数，还用于当任一温度参数超出其阈值范围时，控制水泵和相应电磁阀工作。本申请，不仅温度控制过程简单、操作方便，且温度控制的效果良好。

Description

一种大体积混凝土温控系统及方法

技术领域

本申请涉及大体积混凝土施工技术领域，具体涉及一种大体积混凝土温控系统及方法。

背景技术

大体积混凝土为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。目前，桥梁基础建设中的大体积混凝土施工应用趋于广泛。大体积混凝土因其平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，容易产生裂缝。

相关技术中，采用的控温方法是在混凝土内埋设水管等散热材料，利用冷却水的流动将热量带出混凝土外，以实现降低内部温度。但是，就效果而言，通过埋设的散热材料进行降温时，无法准确结合实际施工情况，存在降温速度过慢、过快或不能及时停止降温等弊端，进而给大体积混凝土施工带来风险。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷之一，本申请的目的在于提供一种大体积混凝土温控系统及方法，以解决相关技术中无法准确结合实际施工情况进行降温，给大体积混凝土施工带来风险的问题。

本申请第一方面提供一种大体积混凝土温控系统，大体积混凝土由下至上具有多个温控截面，以每个温控截面的中心为坐标原点，以经过坐标原点且相互垂直的两条直线分别为X轴和Y轴，上述温控系统包括：

冷却水管，其设有多层，每层冷却水管布置于一个温控截面内；

第一测点，其布置于上述坐标原点处；

第二测点，其设有多个，分别布置于上述温控截面的Y轴正半轴和X轴负半轴上；

水泵，其一端分别通过多个电磁阀连接到各冷却水管，其另一端连接冷却水箱；

控制主机，其用于接收各第一测点和各第二测点的温度信号，并根据上述温度信号获取各温度参数，还用于当任一温度参数超出其阈值范围时，控制上述水泵和相应电磁阀工作。

一些实施例中，上述控制主机还用于设置各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围；

上述温度参数包括大体积混凝土各测点处的测量温度及温度变化率。

一些实施例中，最下方和最上方的温控截面的第二测点的数量和布置位置均相同，最下方和最上方以外的各温控截面的第二测点的数量和布置位置均相同。

一些实施例中，每个截面上均设有多个等温环线；

最下方和最上方以外的温控截面中，上述Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点数量均为偶数，上述Y轴负半轴和X轴正半轴上还分别设有第三测点，上述Y轴负半轴上的第三测点的数量为Y轴正半轴上第二测点数量的一半，上述X轴正半轴上的第三测点的数量为X轴负半轴上第二测点数量的一半，且每个第三测点均存在与其相对坐标原点对称设置的第二测点，相对坐标原点对称设置的第二测点和第三测点位于同一等温环线。

一些实施例中，上述温控截面设有四个，由下至上依次包括第一截面、第二截面、第三截面和第四截面，上述第一截面与大体积混凝土底面的距离不超过0.5m，上述第一截面与第二截面之间的距离、以及第二截面和第三截面之间的距离均为0.8-1.2m，上述第四截面为大体积混凝土顶面。

一些实施例中，每个上述冷却水管的入水口和出水口均水平延伸并露出于大体积混凝土的侧壁。

本申请第二方面提供一种基于上述的大体积混凝土温控系统的温控方法，其包括步骤：

大体积混凝土浇筑前，于每个温控截面分别预埋冷却水管、第一测点和第二测点；

大体积混凝土浇筑后，采集混凝土硬化过程中各测点的温度信号，并根据上述温度信号获取各温度参数；

当任一温度参数超出其阈值范围时，控制水泵和相应电磁阀工作，调节相应的冷却水管的流量，至各温度参数均在其阈值范围内。

一些实施例中，上述大体积混凝土浇筑前，还包括：

通过温度场数值仿真确定大体积混凝土的温度场分布情况；

根据上述温度场分布情况得到多个温控截面、以及每个温控截面上的多个等温环线。

一些实施例中，在最下方和最上方以外的温控截面中，上述Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点数量均为偶数；上述布置冷却水管、第一测点和第二测点之后，还包括：

在最下方和最上方以外的温控截面中，于上述Y轴负半轴和X轴正半轴上布置第三测点，并使Y轴负半轴上的第三测点的数量为Y轴正半轴上第二测点数量的一半，X轴正半轴上的第三测点的数量为X轴负半轴上第二测点数量的一半，且每个第三测点均存在与其相对坐标原点对称设置的第二测点，相对坐标原点对称设置的第二测点和第三测点位于同一等温环线。

一些实施例中，上述采集混凝土硬化过程中各测点的温度之前，还包括：

设置各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围；

上述温度参数包括大体积混凝土各测点处的测量温度及温度变化率。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的大体积混凝土温控系统及方法，由于每层冷却水管分别布置在大体积混凝土的一个温控截面内，且每个温控截面内设有一个第一测点和多个第二测点，通过控制主机接收各第一测点和各第二测点的温度信号后，可根据温度信号获取各温度参数，进而对各温度参数进行判断，当任一温度参数超出其阈值范围时，控制水泵和相应电磁阀工作，以调节相应的冷却水管的流量，至各温度参数均在其阈值范围内，因此，不仅温度控制过程简单、操作方便，且温度控制的效果良好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请实施例中最下方和最上方温控截面以外的温控截面的布置示意图；

图2为本申请实施例中最下方和最上方温控截面的布置示意图；

图3为本申请实施例中温控方法的流程图。

附图标记：

1、第一测点；2、第二测点；3、第三测点；4、冷却水管。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请实施例提供了一种大体积混凝土温控系统及方法，其能解决相关技术中无法准确结合实际施工情况进行降温，给大体积混凝土施工带来风险的问题。

如图1和图2所示，本申请实施例的大体积混凝土温控系统，用于对浇筑后的大体积混凝土进行温度控制，该大体积混凝土由下至上具有多个温控截面，以每个温控截面的中心为坐标原点，以经过坐标原点且相互垂直的两条直线分别为X轴和Y轴。上述温控系统包括冷却水管4、第一测点1、第二测点2、水泵和控制主机。

上述冷却水管4设有多层，每层冷却水管4分别布置在大体积混凝土的一个温控截面内。即冷却水管4的数量与温控截面的数量相同。

上述第一测点1布置于上述坐标原点处，即每个温控截面内设有一个第一测点。

上述第二测点2设有多个，多个第二测点2分别布置于上述温控截面的Y轴正半轴和X轴负半轴上。其中，每个温控截面上，Y轴正半轴上第二测点2的数量和X轴负半轴上第二测点2的数量可相同，也可不同。

水泵的一端分别通过多个电磁阀连接到各冷却水管4的进水口，水泵的另一端连接冷却水箱。每个冷却水管4的出水口连通该冷却水箱。

控制主机用于接收各第一测点1和各第二测点2的温度信号，并根据上述温度信号获取各温度参数，控制主机还用于当任一温度参数超出其阈值范围时，控制上述水泵和相应电磁阀工作。

本实施例的大体积混凝土温控系统，由于每个温控截面内均设有一层冷却水管4、一个第一测点1和多个第二测点2，通过控制主机接收各第一测点和各第二测点的温度信号后，可根据温度信号获取各温度参数，进而对各温度参数进行判断，当任一温度参数超出其阈值范围时，控制水泵和相应电磁阀工作，以调节相应的冷却水管4的流量，至各温度参数均在其阈值范围内，因此，不仅温度控制过程简单、操作方便，且温度控制的效果良好。

本实施例中，上述控制主机还用于设置各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围。

上述温度参数包括大体积混凝土各测点处的测量温度及温度变化率。控制主机还用于分别将获取的各测点处的测量温度及温度变化率与对应时间节点的各阈值范围进行比较。若某一温控截面的测量温度较高或温度变化率较慢，则可增加该层的冷却水管4的流量，以尽量缩短温控截面间的龄期差。

优选地，最下方温控截面的第二测点2和最上方温控截面的第二测点2的数量和布置位置均相同，最下方温控截面和最上方温控截面以外的各温控截面的第二测点2的数量和布置位置均相同。

可选地，上述温控截面设有四个，由下至上依次包括第一截面、第二截面、第三截面和第四截面，上述第一截面与大体积混凝土底面的距离不超过0.5m，上述第一截面与第二截面之间的距离、以及第二截面和第三截面之间的距离均为0.8-1.2m，上述第四截面为大体积混凝土顶面。

进一步地，每个截面上均设有多个等温环线，即每个等温环线上的各点温度应相同，或差值不超过预设温度范围。

本实施例中，最下方温控截面和最上方温控截面以外的温控截面中，Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点2数量均为偶数，上述Y轴负半轴和X轴正半轴上还分别设有第三测点3，上述Y轴负半轴上的第三测点3的数量为Y轴正半轴上第二测点2数量的一半，上述X轴正半轴上的第三测点3的数量为X轴负半轴上第二测点2数量的一半，且每个第三测点3均存在与其相对坐标原点对称设置的第二测点2，相对坐标原点对称设置的第二测点2和第三测点3位于同一等温环线上。

可选地，最下方温控截面和最上方温控截面以外的温控截面中，Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点2数量相同。

本实施例中，大体积混凝土为圆柱体混凝土，截面直径为4m，高3m。以距离大体积混凝土底面0.5m处的截面为第一截面，以距离第一截面1.0m处的截面为第二截面，以距离第二截面1.0m处的截面为第三截面，因此，第三截面与第四截面之间距离为0.5m。

其中，第一截面和第四截面上均设有一个第一测点1和三个第二测点2，其Y轴正半轴上设有一个第二测点2，X轴负半轴上设有两个第二测点2。第二截面和第三截面上均设有一个第一测点1、四个第二测点2和两个第三测点3，其Y轴正半轴和X轴负半轴上均设有两个第二测点2，其X轴正半轴和Y轴负半轴上均设有一个第三测点3，且第三测点3距离坐标原点1000mm处设置。另外，每个靠近坐标原点设置的第二测点2距离坐标原点1000mm处设置，远离坐标原点设置的第二测点2距离坐标原点1930mm处设置。

本实施例中，第一测点1、第二测点2和第三测点3均为智能型温度传感器，每个温度传感器均连接多点温度自动测试仪，多点温度自动测试仪将获取的每个温度信号通过标准串行接口发送至控制主机。本实施例的控制主机为计算机。

其中，计算机自动采集保存数据信息，在温度监测控制过程中，及时分析监测数据，通过温度场变化趋势，预判大体积混凝土降温是否正常，若出现某个温控截面的温度场变化速率异常，及时调整冷却水的进水流量，以保证各温度参数均在其阈值范围内。

可选地，根据实际施工需求，可对大体积混凝土的温度应力进行准确地预测分析，然后在温控实施过程中，对混凝土强度、弹性模量等实测数据或试验数据及时进行分析，如果发现实测值与理论计算参数取值有所偏离，及时将实测参数代入混凝土仿真模型进行修正计算，必要时调整后续温控措施。

可选地，每个上述冷却水管4的入水口和出水口均水平延伸并露出于大体积混凝土的侧壁。每个冷却水管4可单独控制调整进水口水流量，以提高温度控制效果。

其中，通过多层冷却水管4、水泵和冷却水箱之间形成的内部冷却水循环系统，可削减混凝土内部温度峰值，控制内部降温速率，防止混凝土内部温度收缩过快，同时还可控制上下层间温差，尽量缩短层间龄期差，防止可能出现的层间裂缝。

如图3所示，本申请实施例的基于上述的大体积混凝土温控系统的温控方法，其包括步骤：

S1.大体积混凝土浇筑前，于每个温控截面分别预埋冷却水管4、第一测点1和第二测点2。

本实施例中，根据大体积混凝土结构对称性的特点，对每个温控截面布置测点。

S2.大体积混凝土浇筑后，采集混凝土硬化过程中各测点的温度，并根据上述温度信号获取各温度参数。

其中，浇筑过程中还需控制入模温度。

S3.当任一温度参数超出其阈值范围时，控制水泵和相应电磁阀工作，调节相应的冷却水管4的流量，至各温度参数均在其阈值范围内。

本实施例中，在大体积混凝土浇筑完成后，还可对大体积混凝土表面进行二次收浆抹平，然后在大体积混凝土顶面依次覆盖一层塑料薄膜、一层土工布和一层防雨布进行保湿保温。

在其他实施例中，还可通过温控理论计算和施工环境条件，选择适合施工季节的表面保温措施，降低混凝土的内外温差，使混凝土内温度场分布尽量均匀，减小温度梯度。

优选地，上述步骤S1中，大体积混凝土浇筑前，还包括：

首先，通过温度场数值仿真确定大体积混凝土的温度场分布情况。然后，根据上述温度场分布情况得到多个温控截面、以及每个温控截面上的多个等温环线。

其中，可根据工程的实际情况，通过大体积混凝土的温度场数值仿真预先预测分析大体积混凝土的温度场特征和温度应力，以合理划分多个温控截面，以及制定合理的冷却水管4和各测点的布设方案。

进一步地，上述步骤S2中，采集混凝土硬化过程中各测点的温度之前，还包括：设置各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围。

本实施例中，上述温度参数包括大体积混凝土各测点处的测量温度及温度变化率。

可选地，上述各时间节点的各温度参数的阈值范围可基于实际工程，通过温度场数值仿真进行设定，还可基于大体积混凝土施工规范和施工历史数据进行设定。

本实施例中，在最下方和最上方以外的温控截面中，上述Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点2数量均为偶数。

上述预埋冷却水管4、第一测点1和第二测点2之后，还包括：

在最下方和最上方以外的温控截面中，于上述Y轴负半轴和X轴正半轴上布置第三测点3，并使Y轴负半轴上的第三测点3的数量为Y轴正半轴上第二测点2数量的一半，X轴正半轴上的第三测点3的数量为X轴负半轴上第二测点2数量的一半，且每个第三测点3均存在与其相对坐标原点对称设置的第二测点2，相对坐标原点对称设置的第二测点2和第三测点3位于同一等温环线。

其中，以大体积混凝土横截面的1/2作为主要测试区域，可直观反映温度场变化特征，另外1/2作为对比测试区域，以布置对比测点，进行温度比对。

本实施例中，以X轴正向和Y轴正向之间的区域为第一象限，以过坐标原点、部分位于第一象限、且与X轴夹角为45°的直线为分界线，该分界线将温控截面划分为主要测试区域和对比测试区域两部分，第二测点2为主要测试区域内的测点，第三测点3为对比测试区域内的对比测点。当相对坐标原点对称设置的第二测点2和第三测点3测得的温度相同或二者的差值不超过预设温度范围，表示分界线两侧区域的温度为对称分布的可信度高，主要测试区域的温度场可表征对比测试区域的温度场。

可选地，每个测点处的温度传感器均可设置两个，以防止其中一个损坏，确保数据完整性。

可选地，在浇筑大体积混凝土之前，还可基于混凝土配比原则，通过混凝土原材料的选择和配合比试验，降低大体积混凝土的绝热温升和最高温度峰值。比如，采用中热硅酸盐水泥减缓水泥的水化反应速度和混凝土早期强度的增长速度，进而降低混凝土内部的温升值。另外，还可在中热硅酸盐水泥中添加聚羧酸高效减水剂，以有效降低每方混凝土水泥用量，进而降低混凝土的水化热温升。

可选地，本实施例的大体积混凝土原料包括水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料和减水剂，在将粗骨料加入混凝土搅拌站之前，还可提前对粗骨料进行水洗降温。

本实施例的温控方法，适用于上述各温控系统，可根据工程的实际情况，设定各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围，进而合理制定温控方案，使混凝土内部温度场变化按照预想的方向发展，不仅操作简单，且温控效果好。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种大体积混凝土温控系统，其特征在于，大体积混凝土由下至上具有多个温控截面，以每个温控截面的中心为坐标原点，以经过坐标原点且相互垂直的两条直线分别为X轴和Y轴，所述温控系统包括：

冷却水管(4)，其设有多层，每层冷却水管(4)布置于一个温控截面内；

第一测点(1)，其布置于所述坐标原点处；

第二测点(2)，其设有多个，分别布置于所述温控截面的Y轴正半轴和X轴负半轴上；

水泵，其一端分别通过多个电磁阀连接到各冷却水管(4)，其另一端连接冷却水箱；

控制主机，其用于接收各第一测点(1)和各第二测点(2)的温度信号，并根据所述温度信号获取各温度参数，还用于当任一温度参数超出其阈值范围时，控制所述水泵和相应电磁阀工作；

最下方和最上方的温控截面的第二测点(2)的数量和布置位置均相同，最下方和最上方以外的各温控截面的第二测点(2)的数量和布置位置均相同；

每个截面上均设有多个等温环线；

最下方和最上方以外的温控截面中，所述Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点(2)数量均为偶数，所述Y轴负半轴和X轴正半轴上还分别设有第三测点(3)，所述Y轴负半轴上的第三测点(3)的数量为Y轴正半轴上第二测点(2)数量的一半，所述X轴正半轴上的第三测点(3)的数量为X轴负半轴上第二测点(2)数量的一半，且每个第三测点(3)均存在与其相对坐标原点对称设置的第二测点(2)，相对坐标原点对称设置的第二测点(2)和第三测点(3)位于同一等温环线。

2.如权利要求1所述的大体积混凝土温控系统，其特征在于：所述控制主机还用于设置各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围；

所述温度参数包括大体积混凝土各测点处的测量温度及温度变化率。

3.如权利要求1所述的大体积混凝土温控系统，其特征在于：所述温控截面设有四个，由下至上依次包括第一截面、第二截面、第三截面和第四截面，所述第一截面与大体积混凝土底面的距离不超过0.5m，所述第一截面与第二截面之间的距离、以及第二截面和第三截面之间的距离均为0.8-1.2m，所述第四截面为大体积混凝土顶面。

4.如权利要求1所述的大体积混凝土温控系统，其特征在于：每个所述冷却水管(4)的入水口和出水口均水平延伸并露出于大体积混凝土的侧壁。

5.一种基于权利要求1所述的大体积混凝土温控系统的温控方法，其特征在于，其包括步骤：

大体积混凝土浇筑前，于每个温控截面分别预埋冷却水管(4)、第一测点(1)和第二测点(2)；

大体积混凝土浇筑后，采集混凝土硬化过程中各测点的温度信号，并根据所述温度信号获取各温度参数；

当任一温度参数超出其阈值范围时，控制水泵和相应电磁阀工作，调节相应的冷却水管(4)的流量，至各温度参数均在其阈值范围内；所述大体积混凝土浇筑前，还包括：

通过温度场数值仿真确定大体积混凝土的温度场分布情况；

根据所述温度场分布情况得到多个温控截面、以及每个温控截面上的多个等温环线；在最下方和最上方以外的温控截面中，所述Y轴正半轴和X轴负半轴上的第二测点(2)数量均为偶数；所述预埋冷却水管(4)、第一测点(1)和第二测点(2)之后，还包括：

在最下方和最上方以外的温控截面中，于所述Y轴负半轴和X轴正半轴上布置第三测点(3)，并使Y轴负半轴上的第三测点(3)的数量为Y轴正半轴上第二测点(2)数量的一半，X轴正半轴上的第三测点(3)的数量为X轴负半轴上第二测点(2)数量的一半，且每个第三测点(3)均存在与其相对坐标原点对称设置的第二测点(2)，相对坐标原点对称设置的第二测点(2)和第三测点(3)位于同一等温环线。

6.如权利要求5所述的温控方法，其特征在于，所述采集混凝土硬化过程中各测点的温度之前，还包括：

设置各时间节点大体积混凝土的各温度参数的阈值范围；

所述温度参数包括大体积混凝土各测点处的测量温度及温度变化率。

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