CN113885619A - 一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统，至少包括：若干测温单元，其被埋设于混凝土浇筑结构中对应的测温点处，以用于采集该测温点附近的温度信息；控制单元，其至少能够接收由测温单元采集的温度信息和时间信息，控制单元能够基于有限元模型的模型数据按照将预设温度变化与时间彼此关联的方式生成用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第一关联曲线，和基于测温单元采集的关联于时间的温度信息而生成实时的用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第二关联曲线，其中，控制单元至少能够在第二关联曲线和第一关联曲线彼此超出预设差异之时，通过修改预设温度变化的方式更新相应的第二关联曲线以判断混凝土浇筑结构的温度变化情况。

Description

一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统。

背景技术

《大体积混凝土施工规范》中对大体积混凝土的定义是：混凝土结构实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中凝胶材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。

随着世界各国对基础设施投入的不断加大，大型/特大型工程也在日益增多，导致大体积混凝土工程也越来越多，而温度应力是影响超长混凝土结构裂缝开展的重要因素，是工程界长期关注、并致力于迫切解决的重要课题之一。由于大体积混凝土整体性要求高，因此对混凝土施工技术要求较高，水泥的水化热量大且聚集在构建内不易散出，往往形成较大的里表温差，造成混凝土表面产生收缩裂缝等。

混凝土结构温度应力变化规律与其它结构相比有一定的差别，产生这些差别的主要原因有两个方面：一是混凝土的弹性模量是随龄期的变化而变化的；二是因为混凝土的徐变。混凝土裂缝主要是由混凝土的收缩、水泥的安定性和施工水化热造成的温差而引起，且裂缝类型主要可分为收缩裂缝、温度裂缝及安定性裂缝。

收缩裂缝产生的原因是由于收缩变形产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度；温差裂缝产生的原因是在水泥水化过程中，大量的水化热会导致混凝土内部温度急剧上升，而混凝土是热的不良导体，就会使大体积混凝土内外形成较大的温差，因而会造成大体积混凝土内部与外部热胀冷缩程度不均，同时混凝土在内外约束作用下产生巨大的温度应力，当温度应力超过当时的混凝土极限抗拉强度时相应产生裂缝；安定性裂缝产生的原因则是水泥安定性不合格。收缩裂缝和安定性裂缝可通过原材料的控制来实现，温度收缩裂缝和温差裂缝除材料问题之外，还与混凝土结构有关，因此可能需要从设计上寻找解决裂缝的根本原因或从施工方面防止裂缝产生等。

一般而言，现有技术通常是根据普遍的经验性理论进行计算分析，从而确定相应的原材料选取及其控制、施工方案、过程控制以及后期养护等技术指标，同时结合依据《大体积混凝土施工规范》推荐的温度监测实现对大体积混凝土的施工养护。常规方法对于技术人员的专业性要求不高，虽简单易操，但仍然不能有效避免混凝土裂缝的产生。

CN109164852 A公开了一种大体积混凝土自适应温度与应力控制方法，该方法对先后施工的同一大体积混凝土的多块相同的子混凝土结构或先后施工多块相同的大体积混凝土结构进行控制，具体包括以下步骤：施工第1块混凝土结构，获取第1块混凝土结构的现场实测数据和设计数据；以获取的数据及规范值或工程经验值为基础条件进行有限元模型迭代，识别出有限元模型参数；基于上一步获取的有限元模型参数进行有限元计算，获取用于控制下一块待施工的混凝土结构的控制参数，直至所有混凝土结构均施工完成。与现有技术相比，本发明解决大体积混凝土温度控制中存在的各种难题，通过自适应方法建立精准的控制模型，实现大体积混凝土温度与应力的自适应控制。

然而，在现场施工过程中，混凝土构件的实际温度应力变化是较复杂的，它与混凝土构件的结构形式、外界气候条件、施工工艺、原材料特性以及运行条件等多种因素有关，此外，尤其是对于混凝土内外温差而言，混凝土构件竖直方向上不同浇筑层的温度是彼此不同的，在浇筑初期因较大内外温差导致混凝土表面开裂，而在后期混凝土随散热而收缩，但由于基底的约束力使得混凝土产生内部裂纹向上发展从而贯穿整个基底，造成更大危害，同时，混凝土构件同一水平浇筑层的不同区域的温度彼此也存在一定差异，使得温度裂缝沿横向扩散，与纵向裂缝一并造成更为严重的后果。因此，现有技术仍然有需要改进的至少一个或几个方面。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统，至少包括：若干测温单元，其被埋设于混凝土浇筑结构的不同浇筑层中对应的多个测温点处，以至少用于采集或测量该测温点附近的温度信息；控制单元，其被配置为至少能够接收由测温单元采集并发送的温度信息和时间信息。

优选地，控制单元能够基于数学模型或有限元模型的模型数据按照将预设温度变化与时间彼此关联的方式生成用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第一关联曲线，和基于测温单元采集的关联于时间的温度信息而生成实时的用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第二关联曲线。

优选地，控制单元至少能够在第二关联曲线和第一关联曲线彼此超出预设差异之时，通过修改预设温度变化的方式更新相应的第二关联曲线以判断混凝土浇筑结构的温度变化情况。

优选地，基于混凝土浇筑结构不同浇筑层的温度变化规律，第一关联曲线和第二关联曲线包括对应于混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层的关联曲线。

优选地，第一关联曲线被划分为第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃；第二关联曲线被划分为第二顶层关联曲线B₁、第二中心层关联曲线B₂以及第二底层关联曲线B₃。

优选地，在对混凝土温度进行采集或测量之时，测温单元采用的预设温度变化是按照随温度的升高、降低或温度差值增大或温度变化速率加快而缩短与之对应的采样时间周期的方式来设定的，并且混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层各自的第二关联曲线所对应的预设温度变化与采样时间周期是不同的。

优选地，第二中心层关联曲线B₂、第二顶层关联曲线B₁和第二底层关联曲线B₃各自对应的任一预设温度变化及相应的采样时间周期依次增大。

优选地，在同一混凝土浇筑层中的若干测温单元中的至少一个测温单元对应的预设温度变化超出变化阈值之时，控制单元能够通过将其对应的预设温度变化值缩小的方式以缩短对应的采样时间周期，以使得分布于同一混凝土浇筑层中的多个测温单元对应的预设温度变化及相应的采样时间周期彼此间是不完全相同的。

优选地，控制单元能够根据修改后的对应于不同浇筑层的预设温度变化值同步更新与之对应的采样时间周期，并基于修改后的预设温度变化值和对应的采样时间周期更新第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃。

优选地，该系统还包括：重量检测单元，其被配置为测量用于添加混凝土物料的混凝土料斗的重量；开度检测单元，其被配置为检测混凝土料斗的开合程度；振捣单元，其用于对混凝土浇筑结构进行振捣；物料配置方式检测单元，其用于检测混凝土物料的进料方式。

优选地，控制单元至少能够基于重量检测单元、开度检测单元及物料配置方式检测单元的检测数据得到相应的混凝土物料重量/流量和/或加料方式从而控制混凝土料斗、振捣单元的动作。

优选地，测温单元能够将包含有该测温单元的位置信息和其采集的温度信息所形成的射频信号发送至接收电缆，接收电缆将射频信号发送至接收器。

优选地，接收器能够将射频信号解调以获取包含有该测温单元采集的温度信息和其位置信息的数据信息，并将数据信息发送至控制单元。

优选地，一种超大体积混凝土的温度应力控制方法，该方法包括：

基于数学模型或有限元模型的模型数据按照将预设温度变化与时间彼此关联的方式生成用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第一关联曲线，

基于采集的关联于时间的温度信息以生成实时的用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第二关联曲线，

其中，在第二关联曲线和第一关联曲线彼此超出预设差异之时，通过修改预设温度变化的方式更新相应的第二关联曲线以判断混凝土浇筑结构的温度变化情况，

基于混凝土浇筑结构不同浇筑层的温度变化规律，第一关联曲线和第二关联曲线包括对应于混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层的关联曲线，

其中，第一关联曲线被划分为第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃；第二关联曲线被划分为第二顶层关联曲线B₁、第二中心层关联曲线B₂以及第二底层关联曲线B₃。

优选地，采用的预设温度变化是按照随温度的升高、降低或温度差值增大或温度变化速率加快而缩短与之对应的采样时间周期的方式来设定的，并且混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层各自的第二关联曲线所对应的预设温度变化与采样时间周期是不同的，其中，第二中心层关联曲线B₂、第二顶层关联曲线B₁和第二底层关联曲线B₃各自对应的任一预设温度变化及相应的采样时间周期依次增大。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种测温系统优选的结构示意图以及其在混凝土浇筑结构中的布置示意图；

图2是根据本发明实施例提供的对应于不同混凝土浇筑层的预设温度变化与采样时间周期的关联曲线示意图；

图3是根据本发明实施例提供的第一顶层关联曲线A₁和第二顶层关联曲线B₁实时的比较示意图；

图4是根据本发明实施例提供的第一中心层关联曲线A₂和第二中心层关联曲线B₂实时的比较示意图；

图5是根据本发明实施例提供的第一底层关联曲线A₃和第二底层关联曲线B₃实时的比较示意图；

图6是本发明优选的结构原理示意图。

附图标记列表

10：测温单元；20：控制单元；30：线缆；40：接收器；50：重量检测单元；60：开度检测单元；70：振捣单元；80：物料配置方式检测单元；

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明涉及一种超大体积混凝土的温度应力控制方法及系统，其用于对混凝土浇筑结构的浇筑质量进行控制，尤其是对于超大体积混凝土温度应力的控制。具体地，该系统至少包括测温单元10和控制单元20。测温单元10包括若干测温元件(例如温度传感器)，若干测温元件中的至少部分被配置在混凝土浇筑结构中以用于测量混凝土内部不同区段的温度以及混凝土表面温度，其余部分则用于测量大气环境温度以及铺设在混凝土浇筑结构中的冷却管的温度等。进一步地，混凝土内部和/或表面温度的测量是通过预埋于混凝土沿竖直方向上的不同浇筑层内的测温元件来完成的，并且测量点位及对应的测温元件的数量可根据混凝土浇筑体内温度场和温控的要求确定。此外，混凝土浇筑结构的保温养护效果和大气环境温度监测点的数量应根据实际需求确定。

根据一种优选实施方式，混凝土的浇筑分层一般分为全面分层、分段分层和斜向分层三种。优选地，全面分层适用于平面尺寸较小的混凝土浇筑结构。分段分层适用于厚度不大而面积或长度较大的混凝土浇筑结构。斜向分层适用于用于长度较大的混凝土浇筑结构。具体地，分块分层是将大体积混凝土进行分层分块多次浇筑，通过设置施工缝的方式逐步消除大体积混凝土浇筑过程中因尺寸变化而产生的热胀冷缩应力所带来的影响，使大体积混凝土内部的水化热得到充分散发，从而使温度裂缝产生的可能性降低。此外，通过施工缝也使得大体积混凝土具备一定程度的自由形变的能力，从而使大体积混凝土浇筑结构内外部的约束力减轻。进一步地，采用分层浇筑方法时，需要确保混凝土结合层的间歇时间不得超过混凝土的初凝时间。

根据一种优选实施方式，在对混凝土内外部温度进行采集或测量之前，需要根据相关的设计施工方案将对应的测温元件埋设于混凝土浇筑结构之中，即需要在混凝土浇筑结构中进行测温点布置和测温孔安装。具体地，测温点布置安排在在混凝土浇筑前夕进行，例如在拟施工段钢筋捆扎完毕进行相应验收工作之时，可进行测温点的布置施工。

根据一种优选实施方式，可按照设计施工方案中确定的布点位置进行布点，例如常规方法是选取至少一根长度比混凝土浇筑层厚度高约20cm且相应强度满足要求的钢筋，将测温元件按照预设点位间隙设置于沿钢筋轴向的不同位置处，然后将钢筋与底板钢筋网绑扎牢固。进一步地，布点结束后需对测温元件的位置、连接及质量等进行检验，以使测温元件安装位置准确、连接牢固，并同时保持其与结构钢筋及固定架金属体绝热，从而保证后续温度采集或测量过程的顺利进行，同时提升温度检测数据的可信度。

根据一种优选实施方式，测温点的选取或布置必须具有一定的代表性，即通过测温点能够全面反映大体积混凝土内部各区段的温度，因此从大体积混凝土浇筑结构的厚度方向考虑，测温点应至少包含混凝土浇筑结构的底面、中心及上表面；而从大体积混凝土浇筑结构的宽度或平面方向考虑，测温点应至少包含混凝土浇筑结构的中部和边角部位。进一步地，平面内的测温点一般选取在平面形状的中心、中心对应的侧边和热量易散发的拐角处以及主风向部位；而在厚度上，每个平面位置应至少包括混凝土浇筑结构的上、中、下三个位置。此外，还应在空气和保温层中各埋设至少一个测温点以用于测量大气环境温度和保温层内的温度。优选地，一般认为大体积混凝土的内外温差宜控制在20℃以内。

根据一种优选实施方式，混凝土浇筑结构的外表温度应以混凝土浇筑结构内部的距混凝土表面以内约100mm处的温度为准；混凝土浇筑结构的底面温度应以混凝土浇筑结构内部距混凝土底面以上约100mm处的温度为准。中部温度应以混凝土浇筑结构内部约为混凝土整体厚底1/2处的温度为准。测温点的布置范围应以混凝土浇筑结构体平面图对称轴线的半条轴线为测试区，测温点在测试区内按照平面分层方式进行布置。优选地，在基础平面对称轴线上，测温点数量应不少于4处，且需充分考虑混凝土浇筑结构的几何尺寸，沿混凝土浇筑结构厚度方向，每一点位的测点数量应不少于2点。

根据一种优选实施方式，传统方法布线量较大导致施工不便，因此可采用一种不同于传统方法的混凝土内部温度测量系统，进一步地，该系统可以包括配置在混凝土浇筑结构内的多个测温单元10以及与测温单元10相连的泄露线缆30及接收器40。

根据一种优选实施方式，测温单元10被埋设于混凝土浇筑结构内部不同测温点处，其至少能够用于采集或测量对应测温点附近的温度信息，且进一步将由该温度信息和测温单元10的位置信息所形成的射频信号发送至泄露线缆30。优选地，测温单元10可按如图1所示的方式埋设于混凝土浇筑结构中。具体地，形成混凝土浇筑结构时，可按照分层法进行混凝土浇筑，以在竖直方向上形成若干混凝土浇筑层，并且若干测温单元10按照预设间隙分别沿混凝土浇筑结构的竖向及横向方向预埋于各混凝土浇筑层之中，以用于采集或测量混凝土浇筑结构底部、中部及表面的不同部位的温度信息。

根据一种优选实施方式，测温单元10至少包括测温元件(例如温度传感器)、天线、射频接口及处理器。具体地，测温元件连接于处理器，该处理器用于接收及存储由测温元件10采集或测量的测温点附近的温度信息以及测温元件所在点位的位置信息，并对信息编码。进一步地，天线通过射频接口与处理器连接。处理器可以包括微处理器(例如MCU)和存储器(例如ROM、RAM)。射频接口可以包括电压调节器、调解器及调制器。

根据一种优选实施方式，泄露线缆30被预埋设于混凝土浇筑结构内部，其用于将由测温单元10采集或测量的温度信息和测温单元10的位置信息所形成的射频信号发送至接收器40。接收器40通过泄露线缆30实现与测温单元10的无线通信耦连。具体地，泄露线缆30的泄露孔被安置在距混凝土浇筑结构内的测温点一定距离处，例如小于等于5cm的任意值。优选地，测温单元10与泄露线缆30间的距离小于等于预设距离，在保持彼此间的通信感应的同时，避免过多的能量消耗。每个测温点相应安装一个测温单元10，测温单元10将包含有温度信息和测温单元10的位置信息的射频信号发送至泄露线缆30。进一步地，接收器40能够通过泄露线缆30向测温单元10供给电力以及通过泄露线缆30接收由各测温点的测温单元10所发送的射频信号，并将射频信号解调后得到与之对应的数据信息，其中，该数据信息包括温度信息和位置信息。

根据一种优选实施方式，接收器40通过通信接口与控制单元20通信连接，接收器40将包含有温度信息和位置信息的数据信息发送至控制单元20。控制单元20至少能够基于测温单元10采集或测量的各测温点处的温度信息通过对各温度信息数据的分析计算生成相应的调控数据来控制其他功能装备/设备的运行状态，以减小混凝土浇筑结构的内外部温差，从而维持混凝土浇筑结构的稳定性。

根据一种优选实施方式，混凝土是热的不良导体，由于大体积混凝土结构水泥用量大，因此天然冷却速度非常缓慢，为了加快施工进度同时保证工程质量，故常在混凝土浇筑结构内部埋设冷却水管以达到冷却降温的目的。目前工程上常采用钢管和塑料管，钢管导热系数大，降温快，但其无法跟随混凝土浇筑过程的进行而同步铺设，故通常只能铺设于浇筑层之上，且同时钢管接头较多容易漏水；另一方面，塑料管能够跟随混凝土浇筑过程的进行而同步铺设，且管质柔软、接头少，但其材质较脆，混凝土振捣过程中，容易对其产生破坏，同时其质量较轻容易上浮，使得混凝土浇筑结构产生形变。

根据一种优选实施方式，铝塑管是由铝合金与聚乙烯材料通过高温高压共挤复合形成的新型管材，其具有化学性质稳定、导热系数小、塑性变形性能强、耐压、耐热及机械强度高等众多优点。故优选可以铝塑管作为冷却水管材料。具体地，冷却水管的铺设一般在大体积混凝土浇筑前夕实施，在平行于混凝土浇筑结构的长度或面积方向上，将由铝塑材料制成的冷却水管以蛇形或弓形铺设于混凝土水平层之上；在沿混凝土浇筑结构厚度或垂直方向上，以矩形方式铺设于各混凝土浇筑层中。

根据一种优选实施方式，该系统还可包括：重量检测单元50，其可包括重量传感器，用于测量向混凝土浇筑结构/构件内添加物料的混凝土料斗的重量，以对混凝土物料的进料量进行实时监测；开度检测单元60，其可包括开度传感器，优选为位移传感器，开度检测单元60被配置为检测混凝土料斗的开合程度，以能够结合重量检测单元50的检测数据实时监测混凝土物料的给料流量；用于对混凝土浇筑结构/构件进行振捣的振捣单元70，其至少包括振捣器，且振捣器是利用高压气体进行驱动，通过控制气体压力可对振捣强度进行控制；以及物料配置方式检测单元80，其可包括加料传感器，用于检测混凝土物料的进料方式。进一步地，控制单元20至少能够基于重量检测单元50、开度检测单元60及物料配置方式检测单元80的检测数据得到相应的混凝土物料重量/流量和/或加料方式从而控制混凝土料斗、振捣单元70的动作。

根据一种优选实施方式，在混凝土浇筑之时，需要设置及调整与混凝土浇筑过程相关的各设备及其工艺参数，例如加料方式、加料质量或流量、振捣单元70的振捣方式(包括振捣周期、时长、强度及频率等)。具体地，在混凝土浇筑过程中，控制单元20能够实时接收前述重量检测单元50、开度检测单元60及物料配置方式检测单元80的检测数据以至少获知当前加料及振捣状态，并同时接收由埋设于混凝土浇筑结构内不同测温点处的测温单元10采集的温度信息，从而基于实时的加料、振捣信息和混凝土浇筑结构中不同测温点的温度信息之间的关联性建立与之相关的数学或有限元模型，或是通过神经网络进行训练，以在后续的数据采集和分析过程中对该数学或有限元模型进行修正完善。

根据一种优选实施方式，控制单元20能够实时接收埋设于混凝土浇筑结构内各测温点处的测温单元10的温度检测数据，并计算各测温点处的实测温度值与标准设计值间的差值，以及混凝土内部温度与大气环境温度之间的差值，以基于各具体差值的大小来调节或控制环境温度或是混凝土物料的温度，从而维持混凝土结构的内外部温度及温度变化的稳定。进一步地，对于不满足温差的情况，可以调节环境温度或是调节混凝土物料温度，和/或调节混凝土物料的加料方式等。具体地，当混凝土温度过高时，可以通过加冰方式对混凝土物料进行降温；而当混凝土温度过低时，可对混凝土物料加热以进行升温。此外，当混凝土温度及其变化规律不满足设计标准值或工程经验值之时，可能与混凝土物料的加料方式有关，例如持续性加料与周期式间歇加料两种方式对于同一混凝土浇筑层而言，其温度变化规律及其对应的结构强度也将有所不同，这是由于两种方式使混凝土浇筑结构内部的温度散发规律或变化不同，从而引起温度应力变化的效果不同，使得产生温度裂缝或结构形变的结果也不同；或是加料流量的不同，例如间歇式缓慢加料和间歇式快速加料两种方式对最终成型的混凝土浇筑结构所引起的温度应力变化的效果是不同的。由此而言，基于实测温度数据与设计标准值之间的差值及其变化规律，可以通过控制混凝土物料的加料方式使混凝土内部温度能够处于合理的温度范围内并符合相应的变化规律。

根据一种优选实施方式，在混凝土浇筑过程中，温度变化是动态的，并且随着混凝土配合比、加料方式、混凝土入模温度、振捣频率及强度、缓凝时间等施工参数的不同，其动态变化的规律也是不同的，现有技术虽已有众多大体积混凝土温度监测及控制系统，但多是对已发生的温度变化或结构应变进行统计分析，缺乏对混凝土结构的温度失控风险或结构形变风险进行评估及预测，同样地，也无法依据准确有效的混凝土温度和/或结构应变的变化向前述各施工参数的配置方式提供合理的指导建议。进一步地，在混凝土浇筑过程中，施工工序往往是按照施工方案拟定的施工顺序进行的，因此任一工序的实施方案及其施工结果对于后续工序都会产生一定影响，尤其是会对最终成型的混凝土浇筑结构的温度变化和/或结构形变产生影响，进而会影响混凝土浇筑结构的整体稳固性。此外，现有技术对于混凝土温度或结构应变的模拟预测还欠缺相关设计考量，并且伴随在实际混凝土浇筑过程中可能出现的众多不确定因素，系统对于温度失控风险和/或结构形变风险的预警预测都存在一定的滞后性，即在相关参数未达到警报阈值之时已有相关事故发生或即刻发生。因此，基于一般的采样方式难以准确预估混凝土温度的变化趋势和/或混凝土结构的形变趋势。

此外，现有技术中通常是按照固定的时间周期，例如以毫秒或秒为时间单位对混凝土内部及外部温度进行实时监测。在混凝土内、外温度以及彼此间的温差出现异常变化之时，混凝土浇筑结构的形变概率增加，或是说混凝土浇筑结构产生温度裂缝的可能性增加，而系统一般只能在采样时刻达到以获取相应的数据之时才能发现，因此异常数据的获取以及基于异常数据对混凝土结构形变风险的预测结果等都出现了一定程度的延迟接收现象。进一步地，对于未发生温度突变或温度突变不明显的时间段而言，此阶段的混凝土浇筑过程是相对较安全的，而采集或测量设备的数据收集频率及作用有限，若在此阶段向系统的数据处理单元频繁发送大量数据信息，无疑会增加数据的传输量、数据处理单元的运算量和存储量，大量的数据交互进一步将导致数据传输的效率降低，使得各功能单元/模块彼此间的通信速率减缓，进而导致数据处理单元接收异常数据及基于异常数据经分析计算得出相应分析结果并发送至处理终端的时间节点被推迟，这对于混凝土温度的监测管理，以及防止混凝土浇筑结构产生温度裂缝而言是不利的。

根据一种优选实施方式，本发明在通过测温单元10采集或测量混凝土内部不同测温点附近的温度信息时，是以发生预设温度变化的时间周期作为采样时间周期来对混凝土的温度变化情况进行监测的，这更有利于及时掌握混凝土内部的温度变化情况，及内、外温差变化情况。尤其是在温度变化较缓或不显著的阶段内，减少若干测温单元10同时或不同时向控制单元20发送检测数据的频率及相应数据量，以减少控制单元20对于伪数据或不必要数据的处理消耗；而在温度变化加剧阶段，测温单元10能够基于控制单元20的调控指令以随具体的温度变化速率改变而与之同步更新的采样时间周期对混凝土温度进行采集或测量，并将对应的温度信息和时间信息发送至控制单元20。换而言之，测温单元10仅需将发生预设温度变化的时间信息和相应的温度数据发送至控制单元20即可，而不需要按照固定的时间周期频繁发送采样数据，由此使得整个混凝土温度采集或检测过程中整体的数据交互量减少，降低了通信延迟，提高了控制单元20的运算效率以能够及时得出相应分析结果，并响应于该分析结果及时发出反馈或调控指令，从而能够及时响应相关指令发出预警和/或施工建议。优选地，预设温度变化可以由工程人员根据工程经验值或设计标准值进行设定，例如出于对混凝土浇筑结构稳定性的考虑，一般认为最小温差每X℃(X＝5、10、……)就可能对混凝土结构产生影响。

根据一种优选实施方式，在设置预设温度变化及对应的采样时间周期之前，需要通过数学模型或有限元模型进行模拟计算，以获取理论的混凝土温度-时间变化曲线。具体地，根据具体的混凝土配合比、加料方式、混凝土入模温度、振捣频率及强度、缓凝时间等施工参数，结合设计标准值或工程经验值通过计算得出与混凝土温度变化相关的模型参数，以用于后续建立混凝土温度和时间彼此关联的第一关联曲线。第一关联曲线中的温度变化与采样时间周期形成具有一定斜率的曲线。第一关联曲线可以是拟合曲线或折线。进一步地，混凝土配合比、加料方式、混凝土入模温度、振捣频率及强度、缓凝时间等施工参数均会影响混凝土结构浇筑及成型时的温度，因此各施工参数均与一个预设温度变化内的时间曲线的斜率相关，故首先通过斜率变化能够直观迅速地判断混凝土温度变化。并且对于施工环境(譬如包括地质条件、气候气温等)及施工方案相似的混凝土浇筑结构而言，通过模拟计算所得的第一关联曲线也应是类似的，由此参照第一关联曲线也能够对混凝土浇筑结构的温度变化情况进行预测。

根据一种优选实施方式，控制单元20能够基于由测温单元10采集的与时间相关的混凝土温度信息建立实时的预设温度变化与时间相关的第二关联曲线。进一步地，在第二关联曲线与第一关联曲线彼此存在差异时，控制单元20能够基于第二关联曲线与第一关联曲线之间的差值通过更新预设温度变化的方式来更新第二关联曲线并判断混凝土浇筑结构的温度变化情况，其中，与时间关联的温度变化信息以混凝土浇筑结构的预设温度变化为驱动事件进行记录。具体地，例如第一关联曲线中显示某一温升阶段混凝土温度升高10℃应需1天，对应斜率为0.1；而第二关联曲线在对应温升阶段显示混凝土温度升高10℃消耗时间为0.5天，对应斜率为0.05，则斜率差值为-0.05，而差异阈值设定为0.01，第二关联曲线在该阶段的斜率较第一关联曲线更为平缓，其斜率超出差异阈值，即此阶段混凝土温升变化较理论值表现出加速现象，则控制单元20可基于该差异结果将测温单元10的采样时间周期缩短，从而加强对混凝土温度的监测。此外，在混凝土温度变化出现异常之时，控制单元20可以同步向外部终端发送警示信息。

根据一种优选实施方式，在对混凝土温度进行采集或测量时，采用的预设温度变化可以按照随温度的显著升高、降低或温度差值增大或温度变化速率加快而缩短与之对应的采样时间周期的方式来设定。换而言之，混凝土温度变化越迅速或温度差异越大，则混凝土产生温度裂缝或产生结构形变的可能性就越大。因此，随着混凝土温度的显著升高或降低，控制单元20将预设温度变化值减小以缩减与之对应的采样时间周期，从而使得系统对于该阶段混凝土温度的监测更加密集频繁，并能够根据温度监测结果对其他施工参数进行控制调整，从而降低混凝土温度失控或结构形变带来的风险。

根据一种优选实施方式，传统意义上混凝土温度是较为笼统的概念，其反映的是整个混凝土浇筑结构的温度变化情况，而在实际的混凝土浇筑过程中，例如图1所示的最终成型的混凝土浇筑结构之中，至少在沿混凝土浇筑结构厚度方向上，各混凝土浇筑层的温度变化规律并不是相同的。因此，基于埋设于不同浇筑层中不同测温点位的测温单元10所采集的温度信息及对应的温度变化趋势，控制单元20预设的温度变化及各测温单元10采用的与预设温度变化对应的采样时间周期应应是彼此不同才是更为合理的。具体地，由于中心层混凝土受到上、下层混凝土的包围，基本处于绝热状态，因此大体积混凝土温度场的最高温度一般出现在混凝土的中心层(图1所示第二层)，且无论是温升还是温降过程，中心层任一时刻的温度都是要高于顶层(图1所示第一层)和底层(图1所示第三层)温度的，在沿混凝土厚度方向上，底层的混凝土浇筑层最先达到最高温度，而顶层的混凝土浇筑层最后达到最高温度。进一步地，大体积混凝土一般仅在厚度方向上表现出传热现象，且上层新浇筑混凝土对下层混凝土的影响随着深度逐渐减小的。

根据一种优选实施方式，由于混凝土浇筑结构各浇筑层的温度变化范围及其变化规律彼此不同，故对埋设于混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层中相应测温点位处的各测温单元10而言，其对应的初始预设温度变化值、预设温度变化值调整方式及对应的采样时间周期等参数至少是彼此不同的。优选地，考虑到不同混凝土浇筑层彼此间不同的温度变化趋势或规律，第一关联曲线进一步地可被划分为第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃。

进一步地，控制单元20在基于由测温单元10采集的与时间相关的混凝土温度信息建立实时的预设温度变化与时间相关的第二关联曲线之时，同样能够分别建立对应于不同混凝土浇筑层的第二关联曲线，第二关联曲线优选地可包括第二顶层关联曲线B₁、第二中心层关联曲线B₂以及第二底层关联曲线B₃。在控制单元20接收数据并作分析计算以生成相应的关联曲线之时，可通过识别测温单元10所上传的位置信息的方式来进行同一浇筑层的分析计算，即控制单元20基于若干测温单元10对应的位置信息，将同一浇筑层内的温度信息进行整合计算从而生成对应于该浇筑层的第二关联曲线。

根据一种优选实施方式，针对于不同的混凝土浇筑层，都分别有与之对应的混凝土温度和时间彼此关联的第一关联曲线和基于测温单元10的实时监测数据而建立的预设温度变化与时间相关的第二关联曲线，故根据不同混凝土浇筑层对应的第一关联曲线和第而关联曲线彼此间所反映出变化趋势及具体数据，能够更为细致地比较各混凝土浇筑层的异常，从能够更准确地对混凝土整体温度及结构进行监督、预测及管理。

其次，根据前述的混凝土不同浇筑层之间的温度变化规律可知，中心层任一时刻温度始终高于底层和顶层，沿混凝土厚度方向从下至上，达到该层最高温度所需时间依次增多，且中心层在温度变化过程中(包括温升和温降过程)变化速率是领先于顶层和底层的，因此，基于混凝土温度和时间彼此关联的第一关联曲线，控制单元20在通过更新预设温度变化的方式来更新第二关联曲线并判断混凝土浇筑结构的温度变化情况时，第二中心层关联曲线B₂对应的预设温度变化及其采样时间周期应与第二顶层关联曲线B₁和第二底层关联曲线B₃各自对应预设温度变化及其采样时间周期不同，且优选为第二中心层关联曲线B₂、第二顶层关联曲线B₁和第二底层关联曲线B₃各自对应的任一预设温度变化及相应的采样时间周期依次增大，即对于混凝土中心层的监测是相较于顶层和底层更为频繁的，并且各浇筑层的监测频率不同，控制单元20对于各浇筑层的数据处理频率也不尽相同，因此能够进一步地减少系统的数据交互量，使得控制单元20的计算分析效率提高，且最终的分析结果也更为具体准确。

根据一种优选实施方式，在第二关联曲线与第一关联曲线存在差异的情况下，控制单元20以更新预设温度变化的方式来更新第二关联曲线并判断混凝土浇筑结构的温度异常情况。具体地，如图2所示，控制单元20根据预设温度变化为X，单位为℃的信息，从系统数据库或系统内部的数学模型或有限元模型中提取混凝土每变化X℃的时间信息。温度变化X℃的两次时间信息之间的时间间隔为采样时间周期。将时间信息和预设温度变化相关联从而形成理想的第一关联曲线。进一步地，基于根据不同混凝土浇筑层的温度变化规律而设定的不同预设温度变化，第一关联曲线被划分为分别对应于混凝土浇筑结构顶层、中心层和底层的第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃。

根据一种优选实施方式，如图3-图5所示，混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层各自对应的预设温度变化分别为0.5X、0.2X和X，单位均为天。埋设于各混凝土浇筑层中的若干测温单元10在采集或检测到其对应的混凝土浇筑层的温度达到对应的预设温度变化之时，向控制单元20发送与该预设温度变化对应的时间信息。两次时间信息之间的时间间隔为采样时间周期。将时间信息和预设温度变化相关联从而形成实时的第二关联曲线。进一步地，基于根据不同混凝土浇筑层的温度变化规律而设定的不同预设温度变化，第二关联曲线被划分为分别对应于混凝土浇筑结构顶层、中心层和底层的第二顶层关联曲线B₁、第二中心层关联曲线B₂以及第二底层关联曲线B₃。

根据一种优选实施方式，在混凝土浇筑结构的各浇筑层对应的第二关联曲线与第一关联曲线彼此存在差异之时，控制单元20可按照改变预设温度变化值的方式从而调整相应的采样周期，以实时更新第二关联曲线，且优选地以减小预设温度变化从而缩减相应的采样时间周期的方式为佳，使得第二关联曲线的斜率变化更加明显，即能够更加细致准确地体现在细微温差下的温度变化情况，之所以将预设温度变化缩减是因为，一般而言混凝土结构稳定性受温度的影响最为直接，因此认为温度变化若相较于理论变化更为迅速，则混凝土产生温度裂缝或结构形变的可能性增大，但即便是温度变化相较于理论变化减缓，增大预设温度变化及采样时间周期也并非合理的，因为这很可能与外界气候条件、地质条件和/或一些未知因素、突发事件等有关，故仍应增加对混凝土温度的监测频率才是合理的。此外，控制单元20能够根据修改后不同浇筑层的预设温度变化值同步更新各自对应的第一关联曲线，使得第二关联曲线和第一关联曲线之间的对比结果更为直观明显。

根据一种优选实施方式，同一混凝土浇筑层中也存在温度差异，因此分布于同一混凝土浇筑层中各测温点处的测温单元10的预设温度变化及相应的采样时间周期也应是不同的，在一些优选实施方式之中，同一混凝土浇筑层中的多个测温单元10的预设温度变化及相应的采样时间周期可以根据该浇筑层对应的第一关联曲线和第二关联曲线及彼此间的差值进行调整，例如，平面的中心位置处不利于散热，而侧边或拐角相较于中心散热性好，当同一混凝土浇筑层的若干测温单元10以同一初始预设温度变化对应的采样时间周期进行采样时，由于同一平面内的温度分布不均，则各测温点达到预设温度变化所需的时间也是不同的，而该层对应的第二关联曲线则是在整合各测温单元10的检测数据的基础上通过结合热传导方程经有限元模型计算得出的，以能够反应该层整体温度变化情况，因此将同一层的各测温单元10的预设温度变化及采样时间周期均始终保持一致是不准确的，故控制单元20能够进一步地根据分布于同一浇筑层中各测温点的测温单元10采集的温度信息、其达到预设温度变化时的所需时间以及该温度信息和所需时间与能够实时反映该浇筑层整体温度变化情况的第二关联曲线的对应温度和时间信息间的差值调整各测温单元10的预设温度变化及对应的采样时间周期。优选地，对于与预设温度变化不符或与预设温度变化差值超出变化阈值的测温单元10，控制单元20将其对应的预设温度变化缩小从而缩短对应的采样时间，从而使得对于同一浇筑层中不同部位的监测频率也是不尽相同的，以使得对混凝土浇筑结构的温度变化情况的监测及反应结果更加精准有效。优选地，变化阈值可由工程人员根据大体积混凝土温度场的分布规律结合有限元模型的计算结果进行设定。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种超大体积混凝土的温度应力控制系统，至少包括：

若干测温单元(10)，其被埋设于混凝土浇筑结构的不同浇筑层中对应的多个测温点处，以至少用于采集或测量该测温点附近的温度信息，

控制单元(20)，其被配置为至少能够接收由所述测温单元(10)采集并发送的温度信息和时间信息，

其特征在于，

所述控制单元(20)能够基于数学模型或有限元模型的模型数据按照将预设温度变化与时间彼此关联的方式生成用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第一关联曲线，

和基于测温单元(10)采集的关联于时间的温度信息而生成实时的用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第二关联曲线，

其中，

所述控制单元(20)至少能够在所述第二关联曲线和第一关联曲线彼此超出预设差异之时，通过修改所述预设温度变化的方式更新相应的第二关联曲线以判断混凝土浇筑结构的温度变化情况。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，基于混凝土浇筑结构不同浇筑层的温度变化规律，所述第一关联曲线和第二关联曲线包括对应于混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层的关联曲线，

其中，

所述第一关联曲线被划分为第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃；

所述第二关联曲线被划分为第二顶层关联曲线B₁、第二中心层关联曲线B₂以及第二底层关联曲线B₃。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，在对混凝土温度进行采集或测量之时，所述测温单元(10)采用的预设温度变化是按照随温度的升高、降低或温度差值增大或温度变化速率加快而缩短与之对应的采样时间周期的方式来设定的，并且混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层各自的第二关联曲线所对应的预设温度变化与采样时间周期是不同的，其中，

所述第二中心层关联曲线B₂、第二顶层关联曲线B₁和第二底层关联曲线B₃各自对应的任一预设温度变化及相应的采样时间周期依次增大。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，在同一混凝土浇筑层中的若干测温单元(10)中的至少一个测温单元(10)对应的预设温度变化超出变化阈值之时，所述控制单元(20)能够通过将其对应的预设温度变化值缩小的方式以缩短对应的采样时间周期，以使得分布于同一混凝土浇筑层中的多个测温单元(10)对应的预设温度变化及相应的采样时间周期彼此间是不完全相同的。

5.根据前述权利要求之一所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元(20)能够根据修改后的对应于不同浇筑层的预设温度变化值同步更新与之对应的采样时间周期，并基于修改后的预设温度变化值和对应的采样时间周期更新第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃。

6.根据前述权利要求之一所述的控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

重量检测单元(50)，其被配置为测量用于添加混凝土物料的混凝土料斗的重量；

开度检测单元(60)，其被配置为检测所述混凝土料斗的开合程度；

振捣单元(70)，其用于对混凝土浇筑结构进行振捣；

物料配置方式检测单元(80)，其用于检测所述混凝土物料的进料方式，

其中，控制单元(20)至少能够基于所述重量检测单元(50)、开度检测单元(60)及物料配置方式检测单元(80)的检测数据得到相应的混凝土物料重量/流量和/或加料方式从而控制混凝土料斗、振捣单元(70)的动作。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述测温单元(10)能够将包含有该测温单元(10)的位置信息和其采集的温度信息所形成的射频信号发送至接收电缆(30)，所述接收电缆(30)将所述射频信号发送至接收器(40)，

所述接收器(40)能够将所述射频信号解调以获取包含有该测温单元(10)采集的温度信息和其位置信息的数据信息，并将所述数据信息发送至控制单元(20)。

8.一种超大体积混凝土的温度应力控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于数学模型或有限元模型的模型数据按照将预设温度变化与时间彼此关联的方式生成用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第一关联曲线，

基于采集的关联于时间的温度信息以生成实时的用于表征混凝土浇筑结构的温度变化的第二关联曲线，

其中，

在所述第二关联曲线和第一关联曲线彼此超出预设差异之时，通过修改所述预设温度变化的方式更新相应的第二关联曲线以判断混凝土浇筑结构的温度变化情况。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

基于混凝土浇筑结构不同浇筑层的温度变化规律，所述第一关联曲线和第二关联曲线包括对应于混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层的关联曲线，

其中，

所述第一关联曲线被划分为第一顶层关联曲线A₁、第一中心层关联曲线A₂以及第一底层关联曲线A₃；

所述第二关联曲线被划分为第二顶层关联曲线B₁、第二中心层关联曲线B₂以及第二底层关联曲线B₃。

10.根据权利要求8或9任一所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用的预设温度变化是按照随温度的升高、降低或温度差值增大或温度变化速率加快而缩短与之对应的采样时间周期的方式来设定的，并且混凝土浇筑结构的顶层、中心层及底层各自的第二关联曲线所对应的预设温度变化与采样时间周期是不同的，

其中，

所述第二中心层关联曲线B₂、第二顶层关联曲线B₁和第二底层关联曲线B₃各自对应的任一预设温度变化及相应的采样时间周期依次增大。

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