CN113216482B - 一种钢桁架楼承板电加热保温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢桁架楼承板电加热保温系统，涉及高寒地区混凝土养护技术领域，包括导热层和下保温层，导热层和下保温层设置于钢桁架楼承板的下方，导热层位于下保温层的上方，导热层与下保温层之间敷设有电加热体，下保温层与电加热体之间设有热反射膜，电加热体连接有自动控温装置。本发明采用自动控温，在混凝土浇筑前，对模板以及钢筋进行预热处理，保证混凝土浇筑温度满足规范要求；在混凝土养护阶段，当混凝土温度不满足养护温度要求时，电加热体自动通电，当温度符合要求时自动断电。本发明有效降低了高寒地区钢桁架楼承板的养护难度，提高了高寒地区钢桁架楼承板的可靠性，同时降低了钢桁架楼承板养护成本。

Description

一种钢桁架楼承板电加热保温系统

技术领域

本发明涉及高寒地区混凝土养护技术领域，特别是涉及一种钢桁架楼承板电加热保温系统。

背景技术

随着我国经济高速发展，建筑工程体量越来越大，导致建筑工程的工期要求变的越来越严格，尤其是在中国高寒地区，常因温度低等原因严重制约施工节奏，为满足工期的要求，很多施工单位在冬期也需要施工，然而冬期施工混凝土养护一直是制约冬施最主要的因素，而电伴热以其优异的热学性能逐渐被建筑行业所认可，成为建筑行业冬期施工混凝土养护最受欢迎的“新星”材料。

在北方地区寒冷的冬季，现浇混凝土的保温防护是土建施工的重点课题，在传统的混凝土冬期施工过程中，预拌混凝土站一般采取材料加热保温，使用热水搅拌等方法来保证混凝土的出机、人泵和入模温度。混凝土浇筑完毕后采用帐篷或棉被覆盖后生火炉等简易方法进行早期养护，但这种方法存在一定局限和养护温度不均匀持久的弊端，且对工期紧张的工程而言，混凝土强度早期发展不理想。因而需要使用一种更加方便、有效的混凝土保温养护方法。由于冬季温度较低，冬期施工持续时间较长，且一些工程性质特殊、结构复杂、土建施工任务繁重，考虑到工期要求，摒弃了传统的养护工艺，将电伴热用于主体结构施工。电伴热工艺是利用电热补偿机理，在已绑扎的钢筋网中预埋电伴热线路管道，浇筑混凝土后通电持续供热，以达到保温养护效果，其工艺理论与传统的电热法养护理论相同。

电伴热系统，温度梯度小，热稳定时间较长，具有工作性能、可靠性高、使用寿命长、无泄漏、施工方便简单、维护工作量小等优势，能准确维持工艺伴热温度，但由于通过伴热工艺，一次性成本较高，电伴热方法可执行性需给予更加深入的分析，并对技术经济性给予综合的考虑。

钢筋桁架楼承板作为装配式建筑施工的一个环节，具有无需搭设模板支撑体系，施工速度快的优点。同时由于钢筋桁架楼承板板厚较薄，底部为镀锌钢板模板，在冬期施工时采用常规方法覆盖保温综合蓄热法养护，实施难度较大，混凝土施工质量难以保证，针对这种情况，我项目部在本工程钢筋桁架楼承板冬期施工采用电伴热及挤塑板的保温养护方法，成功地保证了混凝土冬期施工的质量，为工程如期完工打下了坚实的基础。

因此，亟待提供一种钢桁架楼承板电加热保温系统，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢桁架楼承板电加热保温系统，以解决上述现有技术存在的问题，有效降低了高寒地区钢桁架楼承板的养护难度，提高了高寒地区钢桁架楼承板的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钢桁架楼承板电加热保温系统，包括导热层和下保温层，所述导热层和所述下保温层用于设置于钢桁架楼承板的下方，所述导热层位于所述下保温层的上方，所述导热层与所述下保温层之间敷设有电加热体，所述下保温层与所述电加热体之间设有热反射膜，所述电加热体连接有自动控温装置。

优选的，所述电加热体采用恒功率固定阻值式电加热体。

优选的，所述导热层为复合导热粘胶材料，所述导热层用于减小所述电加热体与所述钢桁架楼承板之间的空隙，进而减少预热热量损失。

优选的，所述热反射膜用于使所述电加热体产生的热能更多流向所述钢桁架楼承板。

优选的，所述自动控温装置包括温度传感器和电气控制器，所述温度传感器与所述电气控制器连接，所述电气控制器与所述电加热体连接；所述自动控温装置按照混凝土养护要求，当温度达到要求时，控制所述电加热体自动断电，当温度未达到要求时，控制所述电加热体自动通电。

优选的，所述温度传感器设置于所述钢桁架楼承板的下方，所述温度传感器与所述电加热体间隔设置。

优选的，所述下保温层采用挤塑聚苯板、石墨聚苯板或石墨烯保温板。

优选的，所述钢桁架楼承板的上方覆盖有上保温层；所述上保温层包括由下至上依次设置的第一保温层和第二保温层，所述第一保温层采用塑料膜，所述第二保温层采用防火保温棉毡。

优选的，所述钢桁架楼承板的上方还覆盖有塑料膜。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明有效降低了高寒地区钢桁架楼承板的养护难度，提高了高寒地区钢桁架楼承板的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明钢桁架楼承板电加热保温系统的结构示意图；

图2为本发明自动控温装置的结构示意图；

其中，1为防火保温棉毡，2为塑料布，3为钢桁架楼承板，4为导热层，5为热反射膜，6为钢梁上翼缘，7为电加热体，8为下保温层，9为自动控温装置，10为电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种钢桁架楼承板电加热保温系统，以解决上述现有技术存在的问题，有效降低了高寒地区钢桁架楼承板的养护难度，提高了高寒地区钢桁架楼承板的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供一种钢桁架楼承板电加热保温系统，包括下保温层8和导热层4，下保温层8和导热层4用于设置于钢桁架楼承板3的下方，钢桁架楼承板3下方设置有钢梁6，用于对钢桁架楼承板3进行支撑；导热层4位于下保温层8的上方，导热层4与下保温层8之间敷设有电加热体7，导热层4填充于电加热体7与钢桁架楼承板3之间的缝隙中，电加热体7连接有自动控温装置9。

本实施例中，电加热体7采用恒功率固定阻值式的电加热体，其具体结构根据工作需要从现有技术中进行选择。

在本实施例中，电加热体7与钢桁架楼承板3下方之间的间距以及电加热体7与钢梁上翼缘6下方之间的间距为500mm，导热层4填充在该缝隙中，导热层4可以减小电加热体7与钢桁架楼承板3之间的空隙，进而减少预热热量损失；其中，导热层4优选复合导热粘胶材料制成。

在本实施例中，下保温层8与电加热体7之间设有热反射膜5，热反射膜5用于使电加热体7产生的热量更多的向钢桁架楼承板3方向流去，提高加热保温效果。

本实施例中采用上述结构，使热量由下往上传递，使钢桁架楼承板3的混凝土均匀受热，电加热体7通过连接的自动控温装置9，实现自动控温。

在本实施例中，自动控温装置9包括温度传感器和电气控制器，温度传感器与述电气控制器连接，电气控制器与所述电加热体连接；通过温度传感器检测到浇筑混凝土的温度，并将温度信号传递给电气控制器，电气控制器控制电加热体7工作；本实施例中温度传感器设置于钢桁架楼承板3的下方，温度传感器与电加热体7间隔设置，温度传感器未浇筑于钢桁架楼承板3上的混凝土内，减小对浇筑混凝土的影响，而且能够重复使用，节约成本；但是，因为温度传感器位于混凝土直接接触，测得的温度存在一定温差，在自动控温的过程中，要将此误差考虑进去。

本实施例中自动控温装置的工作原理如下：

1、混凝土浇筑前预热处理：

①混凝土浇筑前模板与空气对流损失：

dQ₁＝h*(T-T_∞)dt (1)

式中：

h称为表面对流传热系数，单位W/(m²·K)；

T、T_∞分别为模板表面和空气的温度，单位K；

t为时间，单位s；

Q₁为单位面积传热热量，单位J/m²。

②混凝土浇筑前楼承板预热模板钢筋需要的热量损失：

Q₂＝CM(T-T_∞) (2)

式中：

Q₂为模板当前在空气中的温度加热到T所需要的热量，单位J/m²；

C为钢筋模板的比热容，单位J/(kg·K)；

M为每平米楼承板需要钢筋和模板的总质量，单位Kg/m²；

T_b为模板表面的温度，单位K。

③根据对流热损失和钢筋模板加热计算电加热体7的功率：

式中：

P为电加热体7的功率，单位W/m²；

t为电加热体7的时间，单位s。

④要求式中的温度T满足混凝土浇筑的最不利温度，假设电加热体7的预热时间为2个小时，根据市面上已有的电加热体7，选取其功率近似的电加热体P₁，可根据选取电加热体7的功率灵活的调整电加热体7的时间，只需满足温度T大于混凝土浇筑的最不利温度即可。

2、混凝土养护阶段自动控温计算

①混凝土的水化热计算

Q_t＝Q₀(1-e^-nt) (5)

式中，Q_t为在龄期t时的累积水化热，单位kJ/kg；Q₀为趋向于无穷大时的最终水化热，单位kJ/kg；e为常数2.718；m与水泥品种、浇筑温度有关的经验常数，一般为0.2～0.4；t混凝土浇筑后至计算时的龄期，dq₁每立方混凝土的单位时间dt内发热量dq₁具体可用如下公式计算：

dq₁＝mWQe^-ntdt (6)

式中，W为每立方米混凝土胶凝材用量，单位：kg/m³；Q为每千克胶凝材水化热量，单位kJ/kg；

②混凝土围护层的散热量计算

由于混凝土的表面与周围空气存在热对流，且在考虑透风系数ω时，单位时间dt内的散热量dq₂可表述为式:

dq₂＝ωKψ(T_m,a-T)dt (7)

式中，ω为透风系数，按《钢筋混凝土结构施工验收规范》附录三附表3.2选用；K为混凝土保温层总的传热系数，单位kJ/(m²·h·K)；ψ为结构表面系数，单位1/m；T_m，a为混凝土养护过程中的平均气温，单位℃；T为混凝土养护到t时刻的温度，单位℃。

③电加热器功率

电伴热养护时，每立方米混凝土配备的电伴热功率为P(W/m)。单位时间dt内产生的热量为dq₃。其表达式如下：

dq₃＝Pdt (8)

④热平衡方程

dq₁+dq₂+dq₃＝dq₄ (9)

由于混凝土的温升值就等于混凝土增加的热量除以混凝土的比热和密度，所以方程式如下所示：

式中：c为混凝土的比热，单位kJ/kg·K；ρ为混凝土的密度，单位kg/m³

将(6)，(7)，(8)代入(10)整理得：

可以得到电加热体养护时混凝土温度的计算公式：

T＝Ae^-mt+B+Ce^-Dt (12)

式中：

C为积分常数，

当t→∞时，T→B，其表示混凝土温度与时间的曲线应该以B为渐进线。

因此在养护阶段，将T近似于B，将T_m，a作为变量，可以直接得到功率P关于T_m，a的函数：

根据(13)可以得到每平米所需要的电功率为：

式中，ω为透风系数，按《钢筋混凝土结构施工验收规范》附录三附表3.2选用；K为混凝土保温层总的传热系数，kJ/(m²·h·K)；ψ为结构表面系数，1/m；T_m，a为混凝土养护过程中的平均气温，单位：℃；T为混凝土养护温度，单位℃，d为楼承板的厚度。

当P₁大于P_t，即符合设计要求。

在本实施例中，下保温层8采用50mm厚的挤塑聚苯板、石墨聚苯板或石墨烯保温板，或者根据需要选择其它材料、其它厚度的下保温层。

在本实施例中，钢桁架楼承板3的上方覆盖有上保温层，上保温层包括由下至上依次设置的第一保温层和第二保温层，第一保温层采用厚的塑料布2，第二保温层采用40mm厚防火保温棉毡1，或者根据工作需要选择第一保温层、第二保温层的材料和厚度。

在本实施例中，钢桁架楼承板3厚120mm，钢桁架楼承板3的上方还覆盖有塑料薄膜。

本实施例中还公开了一种钢桁架楼承板电加热保温系统的施工方法，包括以下步骤：

1.钢桁架楼承板3及钢筋安装

按照楼承板深化图逐块安装钢桁架楼承板3，保证接缝处平直紧密。钢桁架楼承板3安装完毕后，按照图纸要求在钢桁架楼承板3搭接钢梁部位焊接栓钉，按照图纸要求进行分布筋、加强筋等钢筋绑扎。

2.电加热体敷设

根据需要电加热体7的功率得出所需的长度，以S型合理布置电加热体7，保持电加热体7间距均匀，电加热体7铺设在导热层4与热反射膜5之间。

3.导热层4、热反射膜5和下保温层8安装

在敷设完毕电加热体7后，用自攻钉及垫片将导热层4、热反射膜5和下保温层8固定在钢筋桁架楼承板本体3下方。

4.电加热体7预热

在钢桁架楼承板3混凝土浇筑前t小时之前开始对电加热体7进行通电，对钢桁架楼承板3进行预热。

5.混凝土浇筑

电加热体7预热后进行混凝土浇筑，浇筑前测温人员要测量混凝土出罐、入模温度。

6.混凝土覆盖

在浇筑完成的混凝土上方覆盖厚的塑料布2和防火保温棉毡1，防火保温棉毡1要保证防滑性。

7.混凝土自动控温

根据《建筑工程冬期施工规程》，混凝土养护的温度要求确定电加热体7的加热时间。当混凝土温度小于养护所需要的温度，自动控温装置9会自动通电。

8.电加热体7停止，保温材料拆除

当同条件试块强度达到混凝土受冻临界强度后，报送项目部技术负责人审批同意后，停止电加热体7加热，将电加热体7及保温材料拆除周转至下一施工段进行加热保温养护。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，其改进之处在于：电加热体7包括依次设置的多个电加热体模组，每个电加热体模组均连接有一个自动控温装置9；本实施例中将电加热体7分成多个单独设置的模组，可以根据具体施工要求对其中一个或多个电加热体模组进行加热，而不需要对所有的电加热体7进行加热，有效降低能耗，节约能源。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种钢桁架楼承板电加热保温系统，其特征在于：包括导热层和下保温层，所述导热层和所述下保温层用于设置于钢桁架楼承板的下方，所述导热层位于所述下保温层的上方，所述导热层与所述下保温层之间敷设有电加热体，所述下保温层与所述电加热体之间设有热反射膜，所述电加热体连接有自动控温装置，其中，所述导热层为复合导热粘胶材料，所述导热层用于减小所述电加热体与所述钢桁架楼承板之间的空隙，进而减少预热热量损失；所述电加热体包括依次设置的多个电加热体模组，每个所述电加热体模组均连接有一个所述自动控温装置；所述自动控温装置包括温度传感器和电气控制器，所述温度传感器与所述电气控制器连接，所述电气控制器与所述电加热体连接；所述自动控温装置按照混凝土养护要求，当温度达到要求时，控制所述电加热体自动断电，当温度未达到要求时，控制所述电加热体自动通电；所述温度传感器设置于所述钢桁架楼承板的下方，所述温度传感器与所述电加热体间隔设置。

2.根据权利要求1所述的钢桁架楼承板电加热保温系统，其特征在于：所述电加热体采用恒功率固定阻值式电加热体。

3.根据权利要求1所述的钢桁架楼承板电加热保温系统，其特征在于：所述热反射膜用于使所述电加热体产生的热能更多流向所述钢桁架楼承板。

4.根据权利要求1所述的钢桁架楼承板电加热保温系统，其特征在于：所述下保温层采用挤塑聚苯板、石墨聚苯板或石墨烯保温板。

5.根据权利要求1所述的钢桁架楼承板电加热保温系统，其特征在于：所述钢桁架楼承板的上方覆盖有上保温层；所述上保温层包括由下至上依次设置的第一保温层和第二保温层，所述第一保温层采用塑料膜，所述第二保温层采用防火保温棉毡。

6.根据权利要求5所述的钢桁架楼承板电加热保温系统，其特征在于：所述钢桁架楼承板的上方还覆盖有塑料膜。

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