CN113981837B - 一种混凝土水化热控制装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土水化热控制装置及使用方法，属于建筑工程领域。本发明的控制装置，包括设置于混凝土块内部用于测温的单元一、用于降低内外温差的单元二，以及设置于混凝土块表面外的相串联的交流继电器和交流电感应线圈，交流继电器的设置位置与用于测温的单元一位置相对应，交流电感应线圈的设置位置与用于降低内外温差的单元二位置相对应。本发明克服现有技术中混凝土传统水化热控制方式成本较高、施工不便的不足，采用热电效应中的汤姆逊效应控制混凝土的内外温差，具体结合串联的半导体PN结温差生电和半导体PN结电制冷原理进行应用，有效控制混凝土块的内外温差，减少混凝土块的损坏。

Description

一种混凝土水化热控制装置及使用方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，更具体地说，涉及一种混凝土水化热控制装置及使用方法，适合于房建、桥梁与涵洞及隧道等结构物的质量控制。

背景技术

建筑施工中桥梁的承台及扩大基础的施工都普遍涉及大体积混凝土，而大体积混凝土块的凝固中释放大量的热量。因混凝土块的体积大，外表面的热量散发较快而中心部分的热量无法及时释放而聚集，使混凝土中心部分膨胀引起混凝土块的开裂，从而损坏建成的结构物。

目前大体积的混凝土水化热控制的方法很多，除了从混凝土的配合比设计方面控制外，分层施工或设计冷却水管采用水循环的冷却方法，需要增加水泵和散热装置。当然采用压缩机效果更好，但养护的成本大大增加，而且压缩机的安装和使用也不方便。对于体积不是很大的混凝土结构物，这种方法不经济，只能采用分层施工、分层养护，大大影响施工进度。

经检索，如申请号2021102240635的申请案公开了水泥基水化热抑制剂及水泥水化热抑制混凝土的制备方法，抑制剂以质量份计包括：10～20份乙二胺四甲叉膦酸钠钙、5～10份交联淀粉、5～10份多氨基多醚基甲叉膦酸、10～15份六偏磷酸钠、10～20份缓凝增强剂、其余份数为水，共计100份。该申请案通过抑制水泥基胶凝材料水化热速度，减缓水泥放热速率、拉长水泥水化时间，实现大体积混凝土内部绝热温升低，控制温度裂缝的目的。申请号2017108196432的申请案公开了大体积混凝土水化热控制装置，包括容器组件和设置在容器组件上的竖向波纹管，容器组件包括塑料容器和放置在塑料容器中的冰块；容器组件设置有多组，且每组容器组件之间通过横向波纹管连通。该申请案将科技冰块的原理运用到工程施工中，克服了利用冷水吸收水化热产生的热量的局限性。以上方案仍然无法克服上述提到的缺陷。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中混凝土传统水化热控制方式成本较高、施工不便的不足，拟提供一种混凝土水化热控制装置及使用方法，本发明的控制装置结构简单，安装方便，成本较低，使用便利，易于推广应用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种混凝土水化热控制装置，包括设置于混凝土块内部用于测温的单元一、用于降低内外温差的单元二，以及设置于混凝土块表面外的相串联的交流继电器和交流电感应线圈，交流继电器的设置位置与用于测温的单元一位置相对应，交流电感应线圈的设置位置与用于降低内外温差的单元二位置相对应。

更进一步地，单元一埋设于混凝土块内部，包括沿混凝土块中心至外表面方向分层设置的多段半导体PN结，多段半导体PN结串联形成PN结组，且每段半导体PN结的首尾两端分别设有金属片，PN结组与感应线圈连接，PN结组首尾两端的温差梯度让温差电流流入感应线圈并产生磁场，单元一内的感应线圈与混凝土块表面外的交流继电器位置相对应，感应线圈用于控制交流继电器的通断。

更进一步地，单元一内设置有至少一组PN结组，多组PN结组并联后与感应线圈连接。

更进一步地，单元二同样埋设于混凝土块内部，包括沿混凝土块中心至外表面方向分层设置的多段半导体PN结，多段半导体PN结串联形成PN结组，且每段半导体PN结的首尾两端分别设有金属片，PN结组与感应线圈和整流二极管连接，单元二的感应线圈与混凝土块表面外的交流电感应线圈位置相对应。单元一用于测混凝土内外温差并通过控制交流继电器通断来控制单元二工作。

更进一步地，混凝土块内部埋设有至少一组用于降低内外温差的单元二，混凝土块表面外对应设有至少一组交流电感应线圈。

更进一步地，每组单元二内设置有至少一组PN结组，多组PN结组并联后与感应线圈和整流二极管连接。

更进一步地，沿混凝土块中心至外表面方向，单元一和单元二内的多段半导体PN结中，其中心位置分布的半导体PN结尺寸规格最小。

更进一步地，交流继电器上设有弹簧和永久磁铁NS极，单元一内的感应线圈产生磁场足够时引起交流继电器闭合使交流电通过交流电感应线圈。

更进一步地，单元一和单元二分别密封安装在PVC管中，混凝土块中可安装多组单元一和单元二。

本发明的一种混凝土水化热控制装置的使用方法，过程如下：

a、单元一中，混凝土块内部靠中心处的水化热量大，温度大大高于靠近混凝土外表面位置，半导体层每层具有温差梯度，半导体PN结每段因温差产生电流经过感应线圈产生磁场，让靠近混凝土外表面的交流继电器闭合，使交流电经过靠近单元二的交流电感应线圈，并产生变化的磁场，单元二内的感应线圈感应交流电流并经过整流二极管后形成单方向脉动电流，再经过单元二内的半导体PN结分层将混凝土块中心和靠近混凝土外表面的温差降低；

b、当混凝土块中心和靠近混凝土外表面的温差降低后，温差较小使单元一中产生的电流减少，单元一中的感应线圈产生磁场减弱，使交流继电器断开，单元二不再抽取混凝土块中心的热量；一旦温差再增加后，重复上述过程，以控制混凝土块内外的温差不超过允许值。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的控制装置，为了降低大体积的混凝土水化热，采用热电效应中的汤姆逊效应(塞贝克效应及其逆效应-珀耳帖效应)控制混凝土的内外温差，具体利用串联的半导体PN结温差生电和半导体PN结电制冷原理进行应用，有效控制混凝土块的内外温差，减少混凝土块的损坏，且整体装置结构简单，具有成本低，安装便利的优点。

(2)本发明的使用方法，分为测温部分和调温部分，首先检测混凝土块内外温差，利用埋置于混凝土内的半导体PN结的温差生电经过埋置于靠边外表面线圈产生磁场，控制置于混凝土外表面的交流继电器开关闭合，交流电通过另外多组线圈产生感应电，再经过调温部分的半导体材料组件珀耳帖效应将内部热量抽到靠混凝土块外表面，让内外热量均匀，一旦内外温差不大，检测温差组件的电流小，产生的磁场小，交流继电器在弹力作用下断开交流电，停止半导体抽热，从而有效控制混凝土块的内外温差，减少混凝土块的损坏，应用过程方便易推广。

附图说明

图1为本发明的控制装置的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、半导体PN结；101、金属片；102、感应线圈；103、交流继电器；104、交流电感应线圈；105、整流二极管；106、混凝土外表面。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种混凝土水化热控制装置，分为两部分，包括设置于混凝土块内部用于测温的单元一、用于降低内外温差的单元二，以及设置于混凝土块表面外的相串联的交流继电器103和交流电感应线圈104，交流继电器103的设置位置与用于测温的单元一位置相对应，交流电感应线圈104的设置位置与用于降低内外温差的单元二位置相对应。

具体地，单元一埋设于混凝土块内部，包括沿混凝土块中心至外表面方向分层设置的多段半导体PN结100，多段半导体PN结100串联形成PN结组，且每段半导体PN结100的首尾两端分别设有金属片101，PN结组与感应线圈102连接，如图1中所示为采用三层半导体PN结100串联形成PN结组，实践中，单元一内设置有至少一组PN结组，多组PN结组并联后汇集与感应线圈102连接。利用PN结组首尾两端的温差梯度让每节产生的温差电流流入感应线圈102并产生磁场的NS极，单元一内的感应线圈102与混凝土块表面外的交流继电器103位置相对应，感应线圈102用于控制交流继电器103的通断。

同理，单元二同样埋设于混凝土块内部，包括沿混凝土块中心至外表面方向分层设置的多段半导体PN结100，多段半导体PN结100串联形成PN结组，且每段半导体PN结100的首尾两端分别设有金属片101，PN结组与感应线圈102和整流二极管6连接，具体地，每组单元二内设置有至少一组PN结组，多组PN结组并联后与感应线圈102和整流二极管6连接。单元二的感应线圈102与混凝土块表面外的交流电感应线圈104位置相对应。

本实施例中交流继电器103上设有弹簧和永久磁铁NS极，单元一内的感应线圈102产生磁场足够强时即引起交流继电器103克服弹力闭合使交流电通过交流电感应线圈104。单元一内的感应线圈102无电流时，交流继电器103处于断开状态。

交流电感应线圈104中的交流电让单元二中的感应线圈102产生感应交流电，再经过整流二极管6形成单向脉动电流，再经过单元二内的多组半导体PN结100让混凝土中心的热量层层抽取到靠近外表面位置，再由外表面与外界的洒水养护将热量散发出来。

本实施例的控制装置包括一组单元一和至少一组单元二，以及一组交流继电器103和交流电感应线圈104组件组成，即混凝土块内部埋设有至少一组用于降低内外温差的单元二，混凝土块表面外对应设有至少一组交流电感应线圈104。如图1中所示为设置一组单元一，并配合两组单元二。对于大体积混凝土而言，可以内部布置多组该控制装置，且实践施工中可以与分层施工结合使用，每层混凝土可以安装多组该控制装置。

更进一步地，本实施例中沿混凝土块中心至外表面方向，单元一和单元二内的多段半导体PN结100中，由于靠近中心空间有限，其中心位置分布的半导体PN结100尺寸规格最小，沿靠近混凝土外表面106的方向，半导体PN结100的规格逐渐增大。更进一步地，为检测温度差，单元一中的单个半导体PN结100长度不小于50cm，单元二中的半导体PN结100用于分层抽取热量，单个PN结长度不大于30cm。单元一和单元二分别密封安装在PVC管中，即半导体PN结100和感应线圈102也是密封在PVC管道中。

利用本实施例的控制装置进行使用时，具体过程如下：

a、单元一部分，混凝土块内部靠中心处的水化热量大，温度大大高于靠近混凝土外表面106位置，半导体层每层具有温差梯度，半导体PN结100每段因温差产生电流，经过并联的电线相加成总电流较大后流入感应线圈102产生磁场，该磁场分布与交流继电器103的永久磁铁NS极分布是对应配合的，从而让靠近混凝土外表面106的交流继电器103闭合，使交流电经过靠近单元二的交流电感应线圈104，并产生变化的磁场，单元二内的感应线圈102感应交流电流并经过整流二极管105后形成单方向脉动电流，再经过单元二内的半导体PN结100分层将混凝土块中心和靠近混凝土外表面106的温差降低；

b、当混凝土块中心和靠近混凝土外表面106的温差降低后，温差较小使单元一中产生的电流减少，单元一中的感应线圈102产生磁场减弱，使交流继电器103因弹簧力断开，单元二不再抽取混凝土块中心的热量；一旦温差再增加后，重复上述过程，单元一产生的电流让感应的磁场增大，交流继电器103再闭合让交流电接通，单元二再抽取热量，以控制混凝土块内外的温差不超过允许值。

本实施例的控制装置具有成本低，安装简单的优点，混凝土内部没有液体的流动，实践中置于混凝土外表面106附近的交流电及其感应线圈组件也需要密封防水，混凝土的外表面需要洒水养护。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种混凝土水化热控制装置，其特征在于：包括设置于混凝土块内部用于测温的单元一、用于降低内外温差的单元二，以及设置于混凝土块表面外的相串联的交流继电器（103）和交流电感应线圈（104），交流继电器（103）的设置位置与用于测温的单元一位置相对应，交流电感应线圈（104）的设置位置与用于降低内外温差的单元二位置相对应；

单元一埋设于混凝土块内部，包括沿混凝土块中心至外表面方向分层设置的多段半导体PN结（100），多段半导体PN结（100）串联形成PN结组，且每段半导体PN结（100）的首尾两端分别设有金属片（101），PN结组与感应线圈（102）连接，PN结组首尾两端的温差梯度让温差电流流入感应线圈（102）并产生磁场，单元一内的感应线圈（102）与混凝土块表面外的交流继电器（103）位置相对应，感应线圈（102）用于控制交流继电器（103）的通断；

单元二同样埋设于混凝土块内部，包括沿混凝土块中心至外表面方向分层设置的多段半导体PN结（100），多段半导体PN结（100）串联形成PN结组，且每段半导体PN结（100）的首尾两端分别设有金属片（101），PN结组与感应线圈（102）和整流二极管（105）连接，单元二的感应线圈（102）与混凝土块表面外的交流电感应线圈（104）位置相对应；

沿混凝土块中心至外表面方向，单元一和单元二内的多段半导体PN结（100）中，中心位置分布的半导体PN结（100）尺寸规格最小，沿靠近混凝土外表面（106）的方向，半导体PN结（100）的规格逐渐增大；单元一中的单个半导体PN结（100）长度不小于50cm，单元二中的半导体PN结（100）用于分层抽取热量，单个PN结长度不大于30cm。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土水化热控制装置，其特征在于：单元一内设置有至少一组PN结组，多组PN结组并联后与感应线圈（102）连接。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土水化热控制装置，其特征在于：混凝土块内部埋设有至少一组用于降低内外温差的单元二，混凝土块表面外对应设有至少一组交流电感应线圈（104）。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土水化热控制装置，其特征在于：每组单元二内设置有至少一组PN结组，多组PN结组并联后与感应线圈（102）和整流二极管（105）连接。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土水化热控制装置，其特征在于：交流继电器（103）上设有弹簧和永久磁铁NS极，单元一内的感应线圈（102）产生磁场足够时引起交流继电器（103）闭合使交流电通过交流电感应线圈（104）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种混凝土水化热控制装置，其特征在于：单元一和单元二分别密封安装在PVC管中，混凝土块中可安装多组单元一和单元二。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种混凝土水化热控制装置的使用方法，其特征在于：过程如下：

a、单元一中，混凝土块内部靠中心处的水化热量大，温度大大高于靠近混凝土外表面（106）位置，半导体层每层具有温差梯度，半导体PN结（100）每段因温差产生电流经过感应线圈（102）产生磁场，让靠近混凝土外表面（106）的交流继电器（103）闭合，使交流电经过靠近单元二的交流电感应线圈（104），并产生变化的磁场，单元二内的感应线圈（102）感应交流电流并经过整流二极管（105）后形成单方向脉动电流，再经过单元二内的半导体PN结（100）分层将混凝土块中心和靠近混凝土外表面（106）的温差降低；

b、当混凝土块中心和靠近混凝土外表面（106）的温差降低后，温差较小使单元一中产生的电流减少，单元一中的感应线圈（102）产生磁场减弱，使交流继电器（103）断开，单元二不再抽取混凝土块中心的热量；一旦温差再增加后，重复上述过程，以控制混凝土块内外的温差不超过允许值。

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