CN115095172A - 一种混凝土结构冬期养护温度控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混凝土结构冬期养护温度控制系统及方法，所述方法包括：步骤1：采集混凝土结构的内部温度和表面温度，并计算出内外的温度差，若内外温度差大于预设温度阈值，则继续执行步骤2；步骤2：按相应公式计算出用于调节加热部件工作电流的电流调节装置的滑动距离所对应的电流，该电流为加热部件的最小工作电流；步骤3：以最小工作电流进行加热，继续检测内部温度，若内部温度＞预设温度峰值，则执行步骤4；步骤4：停止加热，并对混凝土结构进行冷却降温，并持续检测混凝土结构内外的温度差，直至内外温度差≤预设温度阈值K，结束处理。本发明可以最小工作电流进行工作，能够有效节约能源且提高加热部件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土温度控制技术领域，具体是一种混凝土结构冬期养护温度控制系统及方法。
背景技术
混凝土结构养护特别是冬期养护需考虑两方面问题，一方面是保温养护措施问题，冬期施工环境温度较低，保温养护措施对于保证混凝土结构的内部水化十分关键；另一方面，保温养护还将给混凝土结构带来更高的芯部(也即是混凝土结构内部)温度，更大的芯部与表层(混凝土结构的表面)温差、以及表层与环境温差，由此增加混凝土结构的开裂风险。如何控制保温加热措施在前期能够保证混凝土顺利进入水化期以及后期控制保温加热措施赋予混凝土的热量与混凝土本身水化热产生热量在考虑温差情况下合理散发出去，保证混凝土工程正常工期及耐久性要求是目前冬期施工亟待解决的问题。
现有的混凝土结构的养护措施方法较多，但大多数的养护措施只考虑了对混凝土进行加热保温，如公开号为CN112333854A的中国发明申请专利，其对混凝土结构的养护通常是以最短时间进行加热以达到最大保护温度值，仅仅是以最短时间为目标，这样的加热方式所产生的功耗并非最低，原因在于要以最短时间进行加热往往需要较大输出功率进行加热并且常使得混凝土结构的温度超过养护所需要的温度，并未考虑到将温度调整到预设值情况下的最低工作电流，既未考虑到加热部件所能够承受的工作电流，又未以最低工作功耗进行以维持在预设温度范围内，导致造成较大的能源浪费。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种混凝土结构冬期养护温度控制系统及方法，其能够解决背景技术描述到的问题。
实现本发明的目的的技术方案为：一种混凝土结构冬期养护温度控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集混凝土结构的内部温度和表面温度，计算出内部温度和表面温度的温度差ΔT，若ΔT≤预设温度阈值K，则停止对混凝土结构进行加热和冷却，若ΔT＞K，则执行步骤2；
步骤2：按公式①计算出用于调节加热部件工作电流的电流可调节装置的滑动距离L1：
式中，U表示加热部件的工作电压，c表示混凝土结构的比热容，m为步骤1中用于测量表面温度的表层混凝土质量，L为电流可调节装置的变阻器电阻圈长度，r为加热部件的电阻值，Δt＝ΔT-K,t为加热部件的设定的加热时间，R为电流可调节装置的最大电阻值。
进一步地，所述内部温度为混凝土结构内部的中心处温度。
进一步地，所述内部温度为混凝土结构内部的偏心处温度。
进一步地，所述内部温度为混凝土结构内部的中心处与一处或多处偏心处温度之和的平均温度值。
进一步地，所述表面温度为距离混泥土结构的外壁表面5cm深处的温度值。
进一步地，所述表面温度为距离混泥土结构的外壁表面5cm深处若干处的平均温度值。
进一步地，所述步骤2之后，还包括，
步骤3：在保持步骤2的最低工作电流进行加热情况下，测得当前时刻的混凝土结构的内部温度T1，若T1≤预设温度峰值Tmax，则继续按步骤2对混凝土结构进行加热，否则进入步骤4；
步骤4：停止对混凝土结构加热，对混凝土结构进行冷却降温，并持续检测混凝土结构内外的温度差，直至内外温度差≤预设温度阈值K且T1≤预设温度峰值Tmax，并结束处理。
进一步地，所述步骤4中，通过向预埋在混凝土内部的冷却水管供冷水，以对混凝土结构进行冷却降温。
一种混凝土结构冬期养护温度控制系统，包括，
可调节电流供电单元，用于向混凝土结构上的加热单元供电，
加热单元，用于加热混凝土结构，
供水单元，用于向混凝土结构内的冷却单元供水，
冷却单元，用于冷却混凝土结构，
温度采集单元，用于采集混凝土结构内部的一处或者多处温度值、表面的一处或者多处温度值，
温控单元，用于根据采集的混凝土结构内外温度差与预设温度阈值进行比较，并根据比较结果控制可调节电流供电单元，以使得加热单元以最小工作电流对混凝土结构进行加热，
以及根据混凝土结构内部温度与预设温度峰值进行比较，并根据比较结果控制供水单元，以在内部温度大于预设温度峰值下对混凝土冷却，直至所述内外温度差≤预设温度阈值，温控单元与加热单元和供水单元连接。
进一步地，最小工作电流为按如下公式计算出的滑动距离L1所对应的工作电流：
式中，U表示可加热单元的工作电压，c表示混凝土结构的比热容，m为用于测量表面温度的表层混凝土质量，L为可调节电流供电单元的变阻器电阻圈长度，r为加热单元的电阻值，Δt表示实测的温度差值与预设温度阈值K之间的差值，t为加热单元设定的加热时间，R为可调节电流供电单元的最大电阻值。
本发明的有益效果为：本发明可以使得加热部件产生所需要的发热量Q2并且使得混凝土结构达到所需要的温度和内外温度差满足要求(≤预设温度阈值K)，在能够避免因内外温度差过大而使得混凝土结构开裂的情况下，实现了在固定工作时间下的最小工作电流进行工作，能够有效节约能源且提高加热部件的使用寿命。
附图说明
图1为较佳实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方案，对本发明做进一步描述：
如图1所示，一种混凝土结构冬期养护温度控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集混凝土结构内部至少一处的温度值T1和表面至少一处的温度值T2。计算出混凝土结构内部温度和表面温度的差值ΔT，若ΔT≤预设温度阈值K，则停止对混凝土结构进行加热和冷却，并继续检测混凝土内部和表面温度；若ΔT＞K，则执行步骤2。
在本步骤中，可以在混凝土结构内部的中心处或偏心处设置一个或多个温度传感器、混凝土结构的一个或多个表面设置温度传感器，其中，表面是指距离外壁表面一定距离的混凝土结构深度位置深度。以长方体的混凝土结构为例，可以在混凝土结构的中心处安装一个温度传感器，和/或在偏离中心处的混凝土结构的内部安装一个或多个温度传感器，在长方体的一个表面或者多个表面(例如五个表面)安装温度传感器。当在内部安装有多个温度传感器，则内部的多个温度传感器采集的温度的平均值作为T1，当在表面安装有多个温度传感器，在表面的多个温度传感器采集的温度的平均值作为T2。
步骤2：按公式①计算出用于调节加热部件工作电流的电流可调节装置的滑动距离L1：
式中，U表示电流可调节装置的工作电压，该工作电压也是加热部件的工作电压，通常为220V(即直接连接市电进行工作)，c表示混凝土结构的比热容，目前普遍认定混凝土结构的比热容为970J/kg·℃，m表示为步骤1中用于测量表面温度的表层混凝土质量，在一个可选的方式中，根据GB50496-2018大体积混凝土施工标准，按距离混凝土结构表面5cm厚度所占的混凝土质量为表层混凝土质量，L为电流可调节装置的变阻器电阻圈长度，电流可调节装置本质上是一个滑动电阻器，L1表示电流可调节装置需要移动的距离也即是表征通过改变距离来调整电阻，滑动距离L1所对应的电阻为R1，r为加热部件的电阻值，加热部件通常为发热电阻丝，Δt＝ΔT-K,其表示实测的温度差值与预设温度阈值K之间的差值，由于是在ΔT＞K条件下执行的本步骤，故该差值始终为正数，t为设定的加热时间，R为电流可调节装置的最大电阻值。
在本步骤中，所述加热部件通过导热板安装在混凝土结构上，导热板包裹全部或部分混凝土结构，例如，在混凝土结构的五个面(长方体结构情形下)上均贴上导热板，加热部件固定于靠近混凝土结构的导热板的表面上，例如通过胶水或其他方式固定于导热板表面上，加热部件成S型分布于导热板上。
加热部件与电流可调节装置电性连接，电路可调节装置将输出电流输出给加热部件，加热部件接收到电流后进行发热，对混凝土结构进行加热。
在本步骤中，混凝土结构的外表面加热到预期温度所需要的热量为Q1，为了使得混凝土结构外表面能够加热到预期温度，并且考虑到电阻和热传递损耗(通常为20％)，则可得出加热部件(也即发热电阻丝)的最低发热量Q2＝Q1/0.8，在恒定工作电压(在持续220V电压下工作)、加热部件固定电阻值r、固定工作时间t的条件下，从而可以通过改变电流可调节装置的电阻(通常为增大电阻值)，进而调整加热部件的电流值，使得电阻丝发热量达到Q2，达到发热量Q2时加热部件工作的电流也即是最小工作电流，该最小工作电流在能够满足养护混凝土结构所需热量情况下及在固定工作时间的功耗最低，从而能够最大化降低功耗，并且由于采用小电流工作，能够延长加热部件的使用寿命，特别是对于这些细小呈长条状的发热电阻丝其本身能够承受的最大电流是有限的，因此，让其在最小工作电流工作能够大幅提高发热电阻丝的使用寿命。
步骤3：在保持步骤2的最低工作电流进行加热情况下，测得当前时刻的混凝土结构的内部温度T1，若T1≤预设温度峰值Tmax，则继续按步骤2对混凝土结构进行加热，否则进入步骤4。
步骤4：停止对混凝土结构加热，并且可以拆除导热板，从而将发热部件从混凝土结构上拆除，并向预埋在混凝土内部的冷却水管供冷水，以对混凝土结构进行冷却降温，并持续检测混凝土结构内外的温度差，直至内外温度差≤预设温度阈值K且T1≤预设温度峰值Tmax，并结束处理。
通过循环执行步骤1-步骤4，最终可以使得加热部件产生所需要的发热量Q2并且使得混凝土结构达到所需要的温度和内外温度差满足要求(≤预设温度阈值K)，在能够避免因内外温度差过大而使得混凝土结构开裂的情况下，实现了在固定工作时间下的最小工作电流进行工作，能够有效节约能源且提高加热部件的使用寿命。
通过以上步骤，能根据混凝土结构内外实测的温度调控出能加热到预期温度的最低工作电流，实现低能耗条件下的温度实时自动控制，并通过内部冷却单元的协同作用，将混凝土水化过程温峰值控制在指定温度下，避免混凝土因内外温差大产生结构裂缝。在此基础上，将采集的温度上传，可同远程监控系统能实时反映混凝土水化过程中温度情况，避免克服人工控制效率低、实时性不高等缺点。
本发明还提供一种混凝土结构冬期养护温度控制系统，包括，
可调节电流供电单元，用于向混凝土结构上的加热单元供电，
加热单元，用于加热混凝土结构，
供水单元，用于向混凝土结构内的冷却单元供水，
冷却单元，用于冷却混凝土结构，
温度采集单元，用于采集混凝土结构内部的一处或者多处温度值、表面的一处或者多处温度值，
温控单元，用于根据采集的混凝土结构内外温度差与预设温度阈值进行比较，并根据比较结果控制可调节电流供电单元，以使得加热单元以最小工作电流对混凝土结构进行加热，
以及根据混凝土结构内部温度与预设温度峰值进行比较，并根据比较结果控制供水单元，以在内部温度大于预设温度峰值下对混凝土冷却，直至所述内外温度差≤预设温度阈值，温控单元与加热单元和供水单元连接。
其中，最小工作电流为按如下公式计算出的滑动距离L1所对应的工作电流：
式中，U表示可调节电流供电单元的工作电压，该工作电压也是加热单元的工作电压，通常为220V(即直接连接市电进行工作)，c表示混凝土结构的比热容，目前普遍认定混凝土结构的比热容为970J/kg·℃，m为用于测量表面温度的表层混凝土质量，在一个可选的方式中，根据GB50496-2018大体积混凝土施工标准，按距离混凝土结构表面5cm厚度所占的混凝土质量为表层混凝土质量，L为可调节电流供电单元的变阻器电阻圈长度，可调节电流供电单元本质上是一个滑动电阻器，L1表示可调节电流供电单元需要移动的距离也即是表征通过改变距离来调整电阻，滑动距离L1所对应的电阻为R1，r为加热单元的电阻值，加热单元通常为发热电阻丝，Δt＝ΔT-K,其表示实测的温度差值与预设温度阈值K之间的差值，该差值始终为正数，t为设定的加热时间，R为可调节电流供电单元的最大电阻值。
本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集混凝土结构的内部温度和表面温度，计算出内部温度和表面温度的温度差ΔT，若ΔT≤预设温度阈值K，则停止对混凝土结构进行加热和冷却，若ΔT＞K，则执行步骤2；
步骤2：按公式①计算出用于调节加热部件工作电流的电流可调节装置的滑动距离L1：
式中，U表示加热部件的工作电压，c表示混凝土结构的比热容，m为步骤1中用于测量表面温度的表层混凝土质量，L为电流可调节装置的变阻器电阻圈长度，r为加热部件的电阻值，Δt＝ΔT-K,t为设定的持续加热时间，R为电流可调节装置的最大电阻值。
2.根据权利要求1所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述内部温度为混凝土结构内部的中心处温度。
3.根据权利要求1所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述内部温度为混凝土结构内部的偏心处温度。
4.根据权利要求1所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述内部温度为混凝土结构内部的中心处与一处或多处偏心处温度之和的平均温度值。
5.根据权利要求1所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述表面温度为距离混泥土结构的外壁表面5cm深处的温度值。
6.根据权利要求1所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述表面温度为距离混泥土结构的外壁表面5cm深处若干处的平均温度值。
7.根据权利要求1所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述步骤2之后，还包括，
步骤3：在保持步骤2的最低工作电流进行加热情况下，测得当前时刻的混凝土结构的内部温度T1，若T1≤预设温度峰值Tmax，则继续按步骤2对混凝土结构进行加热，否则进入步骤4；
步骤4：停止对混凝土结构加热，对混凝土结构进行冷却降温，并持续检测混凝土结构内外的温度差，直至内外温度差≤预设温度阈值K且T1≤预设温度峰值Tmax，并结束处理。
8.根据权利要求7所述的混凝土结构冬期养护温度控制方法，其特征在于，所述步骤4中，通过向预埋在混凝土内部的冷却水管供冷水，以对混凝土结构进行冷却降温。
9.一种混凝土结构冬期养护温度控制系统，其特在于，包括，
可调节电流供电单元，用于向混凝土结构上的加热单元供电，
加热单元，用于加热混凝土结构，
供水单元，用于向混凝土结构内的冷却单元供水，
冷却单元，用于冷却混凝土结构，
温度采集单元，用于采集混凝土结构内部的一处或者多处温度值、表面的一处或者多处温度值，
温控单元，用于根据采集的混凝土结构内外温度差与预设温度阈值进行比较，并根据比较结果控制可调节电流供电单元，以使得加热单元以最小工作电流对混凝土结构进行加热，
以及根据混凝土结构内部温度与预设温度峰值进行比较，并根据比较结果控制供水单元，以在内部温度大于预设温度峰值下对混凝土冷却，直至所述内外温度差≤预设温度阈值，温控单元与加热单元和供水单元连接。
10.根据权利要求9所述的混凝土结构冬期养护温度控制系统，其特在于，最小工作电流为按如下公式计算出的滑动距离L1所对应的工作电流：
式中，U表示可加热单元的工作电压，c表示混凝土结构的比热容，m为用于测量表面温度的表层混凝土质量，L为可调节电流供电单元的变阻器电阻圈长度，r为加热单元的电阻值，Δt表示实测的温度差值与预设温度阈值K之间的差值，t为加热单元的从开始到当前时刻的持续加热时间，R为可调节电流供电单元的最大电阻值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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