CN114789504A - 一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，具体涉及一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件智能养护的方法；将电伴热带预埋在混凝土构件内部，并进行自主控温，可用于公路建设及养护工程、建筑工程、水利水电工程、铁路建设等所有的水泥混凝土构件的快速养护使用，有效缩短养护时间，减少施工量，有助于道路快速养护修复，保证通行安全。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土构件养护技术领域，具体为一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法。
背景技术
在高速公路建设过程时，有大量的桥梁、涵洞、通道结构物，箱梁、空心板等预制等混凝土结构件或现浇构件，需要使用各种标号水泥混凝土进行结构件的浇注施工，常温条件下(如夏秋季节)可以进行正常的预制生产及浇注施工，但每当工程抢险、工期紧张及冬季恶劣气候条件时，必须采取有效的保温、升温技术措施，缩短混凝土构件的养护时间，使构件的强度迅速提高；如对大体积混凝土构件锅炉蒸汽养生，小体积混凝土构件采取棉被保暖、电热毯加热、电阻丝加热、燃烧炉加热蒸汽养生等，因受现场条件及环境因素的制约，这些手段往往养护效果不显著，无法达到短期投入使用的目的。
在高速公路养护维修时，由于道路交通量较大，桥涵结构物病害处理施工时，只能采取临时半封闭交通方式，边施工边通车，存在较大的道路交通安全隐患，构件的养护成为制约高速公路养护工作的一大困扰；水泥混凝土构件修补必须在强度达到设计标准的90％以上时才能达到放行要求，提前开放交通会造成混凝土构件的早期破坏，存在质量隐患；因此需要探索一种能够快速完成水泥混凝土养护工作的方式方法，保证道路作业时，能够快速恢复通行，尤其是低温环境下的工况，确保通行安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，改变了寒冷气温条件下混凝土构件的施工养生问题，缩短混凝土构件的养护周期，通过智能控制技术，减少人工操作，进一步提高施工效率，保证混凝土构件质量，延长混凝土构件施工的有效工作天数，解决低温条件下混凝土构件的养生技术难题，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，将电伴热带预埋在混凝土构件内部，并进行自主控温，包括以下步骤：
在构件的混凝土浇筑前，
1)构件预测量：测得构件厚度H，根据电伴热带有效导热半径R，计算铺设层级N＝H/2R；
2)电伴热带铺设：通过扎带或铁丝将伴热带固定在构件内钢筋的下部或侧部，相邻两组电伴热带间距为2R，且两端均伸出构件外部，若干组电伴热带并联布置且单独控制供电；
3)测温头放置：测温头放置在相邻两组电伴热带的中间位置，且处于构件的混凝土浇筑区域，能测得浇筑后混凝土内部温度，并反馈至电伴热带的控制器；
在构件的混凝土浇筑后，
4)将若干组电伴热带和测温头接入带有温控功能的接触器，电伴热带通电，使混凝土构件内部温度始终保持在40°-55°，保持养护时间T。
作为本发明的一种优选技术方案，所述测温头与电伴热带平行布置，且测温头外部设置有端部封闭的不锈钢管，所述测温头能够在不锈钢管内抽动；
测温头必须设置于混凝土构件内，且与电伴热带平行布设，距离电伴热带5-10CM为佳；为了测温头的重复使用，建议温度感应器不直接将插入混凝土构件内，可使用直径略大于测温头的不锈钢管、比测温头长10CM、端部封闭，将测温头插入不锈钢管内并封闭好，测温头可收回下次再利用。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电伴热带单根长度不大于50m；
单根电伴热带最佳长度为30米，最大长度不得超过50米；超过50米后远端热效率会较差，影响加热效果，建议以30--50米为宜，电伴热带超过要求长度时应剪断处理；
普通电伴热带的有效热半径为20-30CM，最大不得超过50CM，由于混凝土为不良热传导体，热传导效果较差，故相邻两根电伴热带的间距以40-60CM为佳；由于电伴热带截面积较小，且埋设数量有限，所以埋设于混凝土构件内不会对构件结构造成任何影响；且当混凝土构件养护完成后，电伴热带永久埋入构件内部，对构件的整体强度提升具有一定的效果。
一种用于混凝土养护的电伴热带，包括主线和若干组支线；
主线，用于供电且平行布置的两根导线，具有较低的电阻，外部包裹有绝缘层；
支线，用于将电能转化为内能，以并联的方式与主线电性导通，外部包裹有绝缘层，所述支线的绝缘层表面设置有用于将支线裁断的裁切口。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括若干组测温电阻，每组测温电阻并联或串联布置有若干组电阻，且沿主线的长度方向布置，且同一组测温电阻内并联布置的电阻具有不同的电阻温度系数，同一组测温电阻内串联的电阻具有相同的电阻温度系数；
通过每组内不同电阻温度系数的电阻排布，当反馈电流出现波动时，能够根据电流变化曲率，结合多组数据，进行温度异常点的具体位置推定，从而保证伴热带的工作稳定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述支线与主线处于同一条直线内，且主线和支线的绝缘层一体注塑成型；
支线呈S形排布在两组主线之间，并通过注塑的绝缘层将支线与主线的位置固定，避免二者短路，且通过弯曲的支线，提升单点温升速度，且整体外形与现有伴热带相似，便于收纳和铺设，且主线无需加热，在设置时，其材料和线径选择较为宽泛，有助于通过自身线径和材料的匹配，提升自身的抗拉伸性能，避免使用过程中折断的问题，适合混凝土浇筑前直接固定铺设在钢筋笼网中，在进行混凝土浇筑时，不易被扯断。
作为本发明的一种优选技术方案，所述支线与主线呈鱼骨状排布，所述裁切口处于支线的自由端，所述主线表面设置有能够插入裁切口将支线固定的固定扣；
支线采用鱼骨状排布，向两侧分散，与主线脱离，避免主线长时间被短距离加热，降低对主线电阻的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，电伴热带通过一定的方式与智能控制器连接，即可通电开始构件的电加热养护，通过智能控制及时了解混凝土构件内部的温度变化，在温度控制范围内促进构件强度的快速增长；与传统养护手段相比，具有以下优势：
1)工程投资少、加热材料易采购、智能控制器具有较强的专业技术性，降低养护成本、养护效率高，节省人工；
2)混凝土构件加热养护实现智能化控制，接线简单，操作方便，安全性高，技术适应性强，可满足多种条件下的混凝土养生；
3)养护时间可控制，极大地缩短了混凝土构件的养护周期，解决了冬季低温天气条件不能进行混凝土构件施工的难题；
4)混凝土强度上升快，热量由构件内部向外部传播，热量散失少，热效率高，提高了混凝土养生受热的均匀度，更具有科学性、合理性，是混凝土冬季养生技术的一大进步；
5)本技术应用范围广泛，方便适用，操作简单，提高工效、效果显著，具有较高的推广应用价值，社会效益及经济效益明显，具有极高的推广应用价值。
附图说明
图1为混凝土强度增长曲线；
图2为本发明结构示意图；
图3为本发明结构示意图；
图4为本发明局部示意图；
图5为本发明另一种结构示意图；
图6为本发明支线结构示意图；
图7为本发明测温电阻布置示意图。
图中：1、主线；2、支线；3、裁切口；4、测温电阻；5、固定扣；6、预裁孔。
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。
本发明提供一种技术方案：一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，将电伴热带预埋在混凝土构件内部，并进行自主控温，包括以下步骤：
在构件的混凝土浇筑前，
构件预测量：测得构件厚度H，根据电伴热带有效导热半径R，计算铺设层级N＝H/2R；
电伴热带铺设：通过扎带或铁丝将伴热带固定在构件内钢筋的下部或侧部，相邻两组电伴热带间距为2R，且两端均伸出构件外部，若干组电伴热带并联布置且单独控制供电；
测温头放置：测温头放置在相邻两组电伴热带的中间位置，且处于构件的混凝土浇筑区域，能测得浇筑后混凝土内部温度，并反馈至电伴热带的控制器；
在构件的混凝土浇筑后，
将若干组电伴热带和测温头接入带有温控功能的接触器，电伴热带通电，使混凝土构件内部温度始终保持在40°-55°，保持养护时间T。
测温头与电伴热带平行布置，且测温头外部设置有端部封闭的不锈钢管，测温头能够在不锈钢管内抽动；
测温头必须设置于混凝土构件内，且与电伴热带平行布设，距离电伴热带5-10CM为佳；为了测温头的重复使用，建议温度感应器不直接将插入混凝土构件内，可使用直径略大于测温头的不锈钢管、比测温头长10CM、端部封闭，将测温头插入不锈钢管内并封闭好，测温头可收回下次再利用。
电伴热带单根长度不大于50m；
单根电伴热带最佳长度为30米，最大长度不得超过50米；超过50米后远端热效率会较差，影响加热效果，建议以30--50米为宜，电伴热带超过要求长度时应剪断处理；
普通电伴热带的有效热半径为20-30CM，最大不得超过50CM，由于混凝土为不良热传导体，热传导效果较差，故相邻两根电伴热带的间距以40-60CM为佳；由于电伴热带截面积较小，且埋设数量有限，所以埋设于混凝土构件内不会对构件结构造成任何影响；且当混凝土构件养护完成后，电伴热带永久埋入构件内部，对构件的整体强度提升具有一定的效果。
本发明通过以下技术方案加以实现：
材料准备：
电伴热带：根据水泥混凝土构件体积及厚度的不同，可选择使用普通型电伴热带；
电源：选择发电机或就近接入现场施工电源，要求额定电压220V；
电控设备：水泥砼构件电加热快速养护智能控制器。
布线及固定：
根据混凝土构件体积或尺寸进行电伴热带的布线，按40-60cm间距布设电伴热带，将电伴热带附着在混凝土构件钢筋的下部或侧面，用绑扎铁丝固定。
连接方法：
按并联方式进行连接电伴热带；单根电伴热带的长度不得超过50米，可随构件内结构钢筋进行环绕布置；可根据混凝土构件的尺寸布设多根电伴热带，将每根电伴热带应分别接入智能控制器。每个智能控制器可以连接电伴热带90根或3000延米。
智能控制通电养护：
电伴热带通过一定的方式与智能控制器连接，即可通电开始构件的电加热养护，通过智能控制及时了解混凝土构件内部的温度变化，在温度控制范围内促进构件强度的快速增长。
智能控制器工作原理：
将电伴热带通过并联方式连接到控制器外接加热线端子，对应相应的加热接触器及电源分开关；连通总电源后在加热接触器的控制下，电伴热带通电加热；可根据电伴热带的数量分组情况开通对应的电源分开关。
在布设有电伴热带的混凝土构件中插入温度感应器感应构件温度的变化，温度感应器通过温度感应模块，将温度信息传递到可编程逻辑控制器，逻辑控制器再传递到温度显示器，显示出对应区域范围内混凝土构件的加热温度；此处温度感应器即为测温头。
通过智能控制器显示器输入最高温度及最低温度控制标准值，当构件内部加热温度达到设定的最高控制温度时智能控制器自动切断电源，电伴热带停止加热；当构件内部温度低于设定的最低控制温度时智能控制器就自动接通电源，电伴热带恢复加热。
定期检测混凝土构件的强度增长情况，当混凝土构件通过电加热达到要求的强度时，即可切断电源完成加热养护工作。
智能控制器的元器件设置：
加热系统：智能控制器设置有三个单元组共三十个加热线连接端子，每个单元组对应设置有三个加热接触器及电源分开关，分开关与总开关相连，可根据电伴热带的连接数量可全部或部分使用。
信息显示系统：对应于三个单元组加热线连接端设置有三个温度传感器及三个分控继电器，温度变送模块连接于可编程逻辑控制器，通过外接电子显示屏显示混凝土构件养护温度。
连接控制：设置两个分控开关，将加热系统及信息显示系统连接在一起。
智能控制器的连接：
将布设于混凝土构件内的电伴热带的两根电阻丝通过并联方式分别连接到智能控制器外接加热线端子-火线及外接电加热线端子-零线上；当电伴热带数量少于30根时可直接分组连接于外接加热线端；当数量多于30根时可按2-3根/组，最多连接3根/组连接于导线上，通过导线连接于外接加热线端子。
将温度感应器对应连接于3个外接温度探头端子，通过分控继电器及温度变送模块与可编和逻辑控制器连接。
电伴热带的连接要求：
单根电伴热带最佳长度为30米，最大长度不得超过50米；超过50米后远端热效率会较差，影响加热效果，建议以30--50米为宜，电伴热带超过要求长度时应剪断处理。
普通电伴热带的有效热半径为20-30CM，最大不得超过50CM；由于混凝土为不良热传导体，热传导效果较差，故相邻两根电伴热带的间距以40-60CM为佳；由于电伴热带截面积较小，且埋设数量有限，所以埋设于混凝土构件内不会对构件结构造成任何影响。
电伴热带具有较好的柔性功能，与普通电力线一样可以在混凝土构件内进行弯曲，但弯曲成直角时宜造成电阻丝的折断损坏。为防止构件混凝土浇注及振捣作业时造成电阻丝的损坏，应将电伴热带绑扎于构件内钢筋下部或侧面。电伴热带的一端与智能控制器连接，另一端必须使用绝缘胶布包裹，防止进水、漏电，并伸出混凝土构件外。
混凝土构件内电伴热带的设置应根据构件的断面形式布设，可按照一根电伴热带热效半径25CM控制，一个断面内可布设多条或多层次电伴热带，以使混凝土构件均匀受热，多条布设时以平行布设，减少交叉为宜，距离构件边缘不应小于10CM。
普通电伴热带的最大耐热温度为105度，温度过高时会造成电伴热带融断短路失去电加热效果，智能控制柜电子显示器设定的控制温度为40-55度为宜。即当混凝土构件的内部温度达到55度时控制器自动断电停止加热，构件内部降温到40度时控制器自动通电恢复加热。
温度感应器必须设置于混凝土构件内，且与电伴热带平行布设，距离电伴热带5-10CM为佳；为了温度感应器的重复使用，建议温度感应器不直接将插入混凝土构件内，可使用直径略大于温度感应管不锈钢管，比感应管长10CM、端部封闭，将感应器插入不锈钢管内并封闭好，温度感应器可收回下次再利用。
智能控制器共设置有30根电伴热线连接头，每个连接头最多可以并联连接3根电伴热带线，长度不超过150米，控制器最大可以连接3000米的电伴热带。
实验验证：
采用标准抗压试块进行试验，将混凝土标准试块在相同环境条件下，分别采用电伴热带加热，试模内设置单根电加热带，及正常保水两种养生方法进行混凝土变化情况的对比试验。
试验条件：
共选取12个抗压试模，分为两组，每组各做6个试块；第一组采用电伴热带加热养生，电伴热带单根长度为7+11+7㎝，按U型布置于试件中部，因试块体积较小，采取连续加热方式；第二组采用普通养生方式，常温湿水保养。
试件按C40标号的普通混凝土由试验室统一配制。
所有试块均放置在试验室标准养生室内进行养生。
电加热养生时未对试件采取外部保温，铁质试模会损失一定量的热能，正常养生为土工布覆盖后保持湿润状态。
混凝土试件强度变化结果如下：
混凝土强度增长曲线参见附图1。
同时，参阅图2，区别于传统的布置在表层的电伴热带，能够同时向四周传递热量，减少热损耗，且无需或仅需少量在表层增加覆盖物，有效减少施工量，有助于缩短工期和加速混凝土构件内部强度增加。
参阅图3-图7，同时还公布了一种用于混凝土养护的电伴热带，包括主线1和若干组支线2；
主线1，用于供电且平行布置的两根导线，具有较低的电阻，外部包裹有绝缘层；
支线2，用于将电能转化为内能，以并联的方式与主线1电性导通，外部包裹有绝缘层，支线2的绝缘层表面设置有用于将支线2裁断的裁切口3。
还包括若干组测温电阻4，每组测温电阻4并联或串联布置有若干组电阻，且沿主线1的长度方向布置，且同一组测温电阻4内并联布置的电阻具有不同的电阻温度系数，同一组测温电阻4内串联的电阻具有相同的电阻温度系数；
通过每组内不同电阻温度系数的电阻排布，当反馈电流出现波动时，能够根据电流变化曲率，结合多组数据，进行温度异常点的具体位置推定，从而保证伴热带的工作稳定。
支线2与主线1处于同一条直线内，且主线1和支线2的绝缘层一体注塑成型；
支线呈S形排布在两组主线之间，并通过注塑的绝缘层将支线与主线的位置固定，避免二者短路，且通过弯曲的支线，提升单点温升速度，且整体外形与现有伴热带相似，便于收纳和铺设，且主线无需加热，在设置时，其材料和线径选择较为宽泛，有助于通过自身线径和材料的匹配，提升自身的抗拉伸性能，避免使用过程中折断的问题，适合混凝土浇筑前直接固定铺设在钢筋笼网中，在进行混凝土浇筑时，不易被扯断。
支线2与主线1呈鱼骨状排布，裁切口3处于支线2的自由端，主线1表面设置有能够插入裁切口3将支线2固定的固定扣5；
支线采用鱼骨状排布，向两侧分散，与主线脱离，避免主线长时间被短距离加热，降低对主线电阻的影响。
主线1采用现有供电线缆常见的铝线、铜线等，支线2采用加热丝常见的铁铬铬高电阻电热合金，主线1具有较好的导电性能和抗拉扯强度，支线2具有较好的耐腐蚀和发热能力，且价格低廉，稳定性较强；
参阅图7，还包括若干组沿主线1均匀布置的测温电阻4，测温电阻4通过带有屏蔽层的导线并联或串联电性连通，测温电阻4采用合金热敏电阻，通过调整合金内材料占比，改变其电阻温度系数，在使用时，同一位置的电阻具有不同的电阻温度系数，且同一组测温电阻4内的电阻电阻温度系数呈规律性变化，通过计算多组测温电阻4最终的反馈电流变化趋势，对并联连接的测温电阻4内电阻值突变的电阻进行定位，确定工作异常的支线2，进行修补或截断；且串联的测温电阻4内电阻电阻温度系数一致，能够对混凝土内部整体温度进行测控，反映整体温度，当串联电路所测温度与并联电路所测温度出现差异，则表明内部局部温度发生变化。
为解决伴热带处于混凝土表层加热效果差的问题，在进行混凝土浇筑前，将伴热带直接进行预埋，通过扎带或铁丝将伴热带与钢筋直接进行捆扎，对于无需加热的位置，如裸露在混凝土外部的位置，为减少主线1的供电压力，将对应位置支线2的裁切口3处裁断，做好绝缘处理即可，此时该位置的支线2处于断路，不会产热。
此时采用本发明所公布的电伴热带进行混凝土养护时，无需额外布置测温部件，温度感应器与电伴热带集成一体，直接进行预埋铺设，且通过缩短支线2并且采用并联的方式布置，是电伴热带的长度不受限制，且能够保证加热效果。
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 (7)
1.一种利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，其特征在于，将电伴热带预埋在混凝土构件内部，并进行自主控温，包括以下步骤：
在构件的混凝土浇筑前，
1)构件预测量：测得构件厚度H，根据电伴热带有效导热半径R，计算铺设层级N＝H/2R；
2)电伴热带铺设：通过扎带或铁丝将伴热带固定在构件内钢筋的下部或侧部，相邻两组电伴热带间距为2R，且两端均伸出构件外部，若干组电伴热带并联布置且单独控制供电；
3)测温头放置：测温头放置在相邻两组电伴热带的中间位置，且处于构件的混凝土浇筑区域，能测得浇筑后混凝土内部温度，并反馈至电伴热带的控制器；
在构件的混凝土浇筑后，
4)将若干组电伴热带和测温头接入带有温控功能的接触器，电伴热带通电，使混凝土构件内部温度始终保持在40°-55°，保持养护时间T。
2.根据权利要求1所述的利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，其特征在于：所述测温头与电伴热带平行布置，且测温头外部设置有端部封闭的不锈钢管，所述测温头能够在不锈钢管内抽动。
3.根据权利要求1所述的利用电伴热带进行水泥混凝土构件快速养护的方法，其特征在于：所述电伴热带单根长度不大于50m。
4.一种用于混凝土养护的电伴热带，其特征在于：包括主线(1)和若干组支线(2)；
主线(1)，用于供电且平行布置的两根导线，具有较低的电阻，外部包裹有绝缘层；
支线(2)，用于将电能转化为内能，以并联的方式与主线(1)电性导通，外部包裹有绝缘层，所述支线(2)的绝缘层表面设置有用于将支线(2)裁断的裁切口(3)。
5.根据权利要求4所述的用于混凝土养护的电伴热带，其特征在于：还包括若干组测温电阻(4)，每组测温电阻(4)并联或串联布置有若干组电阻，且沿主线(1)的长度方向布置，且同一组测温电阻(4)内并联布置的电阻具有不同的电阻温度系数，同一组测温电阻(4)内串联的电阻具有相同的电阻温度系数。
6.根据权利要求4所述的用于混凝土养护的电伴热带，其特征在于：所述支线(2)与主线(1)处于同一条直线内，且主线(1)和支线(2)的绝缘层一体注塑成型。
7.根据权利要求4所述的用于混凝土养护的电伴热带，其特征在于：所述支线(2)与主线(1)呈鱼骨状排布，所述裁切口(3)处于支线(2)的自由端，所述主线(1)表面设置有能够插入裁切口(3)将支线(2)固定的固定扣(5)。
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