CN115419285A - 一种混凝土自动蒸汽养护工艺 - Google Patents

Abstract

一种混凝土自动蒸汽养护工艺，涉及混凝土蒸汽养护技术领域，所采用的技术方案包括S1，拟定养护参数，并根据混凝土结构的物理、热力学参数建立仿真模型，根据仿真结果验证并修正养护参数；S2，根据混凝土结构的尺寸制作、安装蒸养棚；S3，混凝土浇筑完毕后，控制系统根据养护参数按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护，并在升温、降温阶段控制混凝土结构每个表面的表层温度一致。本发明通过建立仿真模型修正养护参数，以降低人工处理意外情况的几率，避免出现人工调节不及时造成的温差裂缝；在升温、降温阶段，分别控制混凝土结构每一个表面的温度变化速率使表层温度一致，防止混凝土表层出现温差裂缝。

Description

一种混凝土自动蒸汽养护工艺

技术领域

本发明涉及混凝土蒸汽养护技术领域，尤其涉及一种混凝土自动蒸汽养护工艺。

背景技术

蒸汽养护是近年来逐渐普及的一种混凝土养护方法，能够减小养护时间，尤其是在低温区域或冬季施工中具有极大的应用价值。但目前蒸汽养护方法一般由人工进行定时测温、记录以及调控温度变化，在升温、降温阶段容易出现温度调节不及时而导致混凝土温差过大进而产生裂纹的问题。某些尺寸的混凝土各个表面的表面积差异大，导致某些表面升、降温较快，容易拉开温差，传统的蒸汽养护方法容易忽视这一特性，造成温度变化不均匀，出现温差、收缩裂纹的几率大为增加。

发明内容

针对现有技术方案中人工调节不及时、忽视表面系数差异的问题，本发明提供了一种混凝土自动蒸汽养护工艺。

本发明提供如下的技术方案：一种混凝土自动蒸汽养护工艺，包括以下步骤：

S1，拟定养护参数，所述养护参数包括初始参数和根据初始参数计算得到的二次参数，并根据混凝土结构的物理、热力学参数建立仿真模型，根据仿真结果验证并修正养护参数；

S2，根据混凝土结构的尺寸制作、安装蒸养棚，所述蒸养棚包括隔热棚体、蒸汽管道、与蒸汽管道连接的蒸汽机以及分别设置在隔热棚体内、外的棚内温度传感器和环境温度传感器；选取检测截面，混凝土结构浇筑时在检测截面埋入表层温度传感器和多个不同深度的内部温度传感器；棚内、环境、表层、内部温度传感器及蒸汽机信号连接到控制系统；

S3，混凝土浇筑完毕后，控制系统根据养护参数按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护，并在升温、降温阶段控制混凝土结构每个表面的表层温度一致。

优选地，在步骤S2中，所述蒸汽管道包括主管、连接在主管上的多个支管、均匀分布在支管长度方向上的喷气口以及设置在所述支管朝向主管一端的调节阀，所述调节阀信号连接到控制系统，混凝土的每个表面至少覆盖一根所述支管。

优选地，在步骤S2中，混凝土结构的每个表面均设置有至少一个检测截面。

优选地，在步骤S3中的升温阶段，所述养护参数包括第一升温速率、第一升温时间、第二升温速率和恒温温度，所述恒温温度包括表层恒温温度和内部恒温温度；在第一升温时间内，控制系统计算混凝土结构每个表面的表层温度实时升温速度，并将其与第一升温速率对比，并分别控制每个支管的调节阀调整支管的蒸汽流量，将每个表面的表层温度实时升温速度均控制在第一升温速率附近；第一升温时间结束后，取所有表面的表层温度实时升温速度最大值与第二升温速率对比，并通过控制调节阀统一调整支管的蒸汽流量，将表层温度实时升温速度最大值控制在第二升温速率附近，直至表层温度达到表层恒温温度或内部温度达到内部恒温温度。

优选地，所述第一升温速率为5~8℃/h，所述第一升温时间为1~3h，所述第二升温速率为8~10℃/h。

优选地，在步骤S3中的恒温阶段，所述养护参数包括恒温温度和恒温时间，恒温温度包括表层恒温温度和内部恒温温度；取所有表层温度传感器检测到的表层温度最大值，通过控制调节阀调整蒸汽流量，使表层温度最大值不超过表层恒温温度；同时取所有内部温度传感器检测到的内部温度最大值，通过控制调节阀调整蒸汽流量，使内部温度最大值不超过内层恒温温度，直至恒温时间结束。

优选地，所述表层恒温温度为40~45℃，所述内部恒温温度为60~65℃。

优选地，在步骤S3中的降温阶段，所述养护参数包括降温速率、环境温度和限定温差；控制系统计算混凝土结构每个表面的表层温度实时降温速度，通过分别控制每个调节阀调整每个蒸汽支管的蒸汽流量，使混凝土结构每个表面的表层温度实时降温速度均维持在降温速率附近，直至表层温度分别与环境温度、内部温度的差值均不超过限定温差。

优选地，在步骤S2中，混凝土结构浇筑时预埋用于降低内部温度的多根冷却水管，冷却水管依次连接水泵和冷却水源；在静停、升温、降温过程中，通过在冷却水管中通入冷却水降低内部温度，使内部温度最大值与表层温度最小值的温差不超过限定温差。

优选地，所述限定温差为15~25℃。

本发明的有益效果是：通过建立仿真模型，可全面了解养护过程中的温度场、应力场变化，用于修正养护参数，以降低人工处理意外情况的几率，避免出现人工调节不及时造成的温差裂缝，并将最终的养护参数反馈给仿真模型，建立仿真模型数据库，留作参考；在升温、降温阶段，分别控制混凝土结构每一个表面的温度变化速率使表层温度一致，防止混凝土表层出现温差裂缝。

附图说明

图1为本发明中检测截面的一个实施例的示意图。

图2为本发明中蒸汽管道的一个实施例的示意图。

附图标记：11-表层温度传感器，12-内部温度传感器，21-主管，22-支管，23-喷气口，30-混凝土柱。

具体实施方式

以下结合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供了一种混凝土自动蒸汽养护工艺，用于养护混凝土柱30，包括以下步骤：

S1，拟定养护参数，所述养护参数包括初始参数和根据初始参数计算得到的二次参数，并根据混凝土结构的物理、热力学参数建立仿真模型，根据仿真结果验证并修正养护参数。

按照蒸汽养护作业中的一般工序（静停、升温、恒温、降温），并参照国家及行业标准中对于温度控制的规定，所述的养护参数包括：环境温度、棚内温度、静停时间、静停温度、升温速率、升温时间、恒温温度、恒温时间、降温速率、降温时间等。其中，环境温度、棚内温度、静停时间、静停温度、升温速率、恒温温度、恒温时间、降温速率为可参照相关标准、规范、经验值和混凝土试验研究报告以及测量确定的初始参数，升温时间、降温时间为可由静停温度、升温速率、恒温温度、降温速率、环境温度计算得到的二次参数，并可进一步参照类似项目的经验值。在现有技术中，养护参数与实际数据存在较大的偏差，常常因为人工调整不及时造成温差裂缝。

在本实施例中，为全面了解养护过程中的温度场、应力场变化情况，可采用有限元程序MIDAS水化热模块，根据混凝土柱的结构特点以及所选用材料的物理和热力学参数建立仿真模型，再导入前期拟定的养护参数，模拟养护过程中温度场、应力场变化情况，根据结果判断是否需要对养护参数进行修改，直至模拟结果满足要求；例如，模拟结果中混凝土结构的表层、内部温度温差超出限定温差，在某升温速率下应力变化导致裂缝产生，均需进行修正。所述物理、热力学参数包括水泥的强度等级、用量、比热、热传导率等。

S2，根据混凝土柱的尺寸制作、安装蒸养棚，所述蒸养棚包括隔热棚体、蒸汽管道、与蒸汽管道连接的蒸汽机以及分别设置在隔热棚体内、外的棚内温度传感器和环境温度传感器；选取检测截面，混凝土柱浇筑时在检测截面埋入表层温度传感器11和多个不同深度的内部温度传感器12；棚内、环境、表层、内部温度传感器及蒸汽机信号连接到控制系统。

蒸养棚用于笼罩整个混凝土柱，起到隔热作用，营造出独立的温度环境，同时防止蒸汽流失。具体地，隔热棚体包括支架、设置在支架上的隔热层和密封层，支架可采用槽钢或角钢焊接而成，隔热层可采用彩钢瓦、石棉布，魔封层可采用篷布。

蒸汽管道用于为隔热棚体内提供蒸汽以升温、降温，包括主管21、连接在主管21上的多个支管22、均匀分布在支管22长度方向上的喷气口23以及设置在所述支管22朝向主管21一端的调节阀，所述调节阀信号连接到控制系统，如图2所示。主管用于输送蒸汽，与蒸汽机连接，蒸汽机可采用电蒸汽机或蒸汽锅炉。调节阀用于控制蒸汽流量，进而控制棚内温度变化，可采用电动调节阀。支管22及设置在支管上的喷气口23则用于控制蒸汽的释放范围，与现有技术不同的是，混凝土的每个表面至少覆盖一根所述支管22，而某一表面的表层温度对与此表面对应支管的蒸汽流量大小反应最为迅速，控制系统可以对喷洒到每个表面上的蒸汽流量进行单独控制，避免由于表面差异导致升温、降温温差过大的情况。两相邻喷气口23的间距为500~2000 mm，且喷气口23的朝向与对应的混凝土柱表面平行，避免直射到混凝土表面造成局部温度过高。

温度传感器用于检测环境、棚内及混凝土柱的温度，并传递给控制系统，监测混凝土柱的温度变化，为养护过程的推进提供依据。具体地，棚内温度传感器设置在隔热棚体内，用于检测棚内温度；环境温度传感器设置在隔热棚体外部空间中，用于检测周围环境的气温；由于混凝土柱具有一定的体积且导热系数低，为了掌握混凝土柱的整体温度情况，可在混凝土柱的每个表面均设置至少一个检测截面，所述检测截面为混凝土柱剖面，多个检测截面可间隔一定距离，使多个表面的检测截面构成一个立体的检测系统。某一表面设置有一检测截面，在检测截面朝向此表面的表层预埋表层温度传感器11，用于检测混凝土柱的表层温度；在检测截面上按照到此表面的深度不同，在混凝土柱内部安装多个内部温度传感器12，用于检测混凝土柱不同位置的内部温度；多个表面的检测截面可重叠，如图1所示。上述各种温度传感器通过有线或无线通讯的方式与控制系统信号连接，具体地，上述温度传感器可通过有线线缆连接到无线信号发射器，控制系统以无线信号接收器接收信息。

控制系统包括上位机和控制器，上位机可采用具有数据输入、计算、存储能力的电脑，用于处理温度数据；控制器可采用可编程逻辑控制器，接收上位机的指令控制调节阀调节蒸汽流量。控制系统根据各个温度传感器检测的温度信息绘制各个检测点的温度-时间变化曲线，并计算出实时的温度变化速率。

S3，混凝土浇筑完毕后，控制系统根据养护参数按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护，并在升温、降温阶段控制混凝土结构每个表面的表层温度一致。

将经过仿真模型验证的养护参数输入控制系统，混凝土柱浇筑完毕、蒸养棚安装结束后，进入自动蒸汽养护作业，按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护。

在静停阶段，所述养护参数包括静停温度和静停时间，静停温度为棚内温度，如果棚内温度传感器测得的棚内温度＜5℃，则控制系统打开调节阀通入蒸汽，直至棚内温度达到5℃；如果棚内温度≥5℃，则维持静停状态，直至静停时间结束，此时混凝土柱各个表面的表层温度均与棚内温度一致。静停时间一般为4~6h。

在升温阶段，所述养护参数包括第一升温速率、第一升温时间、第二升温速率和恒温温度，所述恒温温度包括表层恒温温度和内部恒温温度。升温阶段是混凝土柱由初始温度上升到恒温温度的阶段，在施工中申请人发现升温速度上升过快会导致混凝土表面产生裂缝，而且各个表面升温速率不一致，因此将升温阶段划分为初步升温阶段和后升温阶段。初步升温阶段的时间为第一升温时间，在此期间，由于蒸养棚内蒸汽分布不均匀、各表面表面积不一致导致升温速率不一致，控制系统可由各表面的表层温度-时间曲线计算混凝土柱每个表面的表层温度实时升温速度，并将其与第一升温速率对比，并通过分别控制每个支管的调节阀调整支管的蒸汽流量，将每个表面的表层温度实时升温速度均控制在第一升温速率附近，进而使各个表面的表层温度一致。具体地，若某一表面的表层温度实时升温速度大于第一升温速率，则控制与此表面对应的支管上的调节阀减小甚至关闭蒸汽流量，若某一表面的表层温度实时升温速度小于第一升温速率，则控制与此表面对应的支管上的调节阀增大蒸汽流量，将此表面的表层温度实时升温速度控制在第一升温速率附近；如果一个表面有多个表层温度传感器，则取其中最大值。第一升温速率为5~8℃/h，第一升温时间为1~3h。

第一升温时间结束后，进入后升温阶段，蒸养棚内蒸汽分布趋于均匀，则取所有表面的表层温度实时升温速度最大值与第二升温速率对比，并通过控制调节阀统一调整所有支管的蒸汽流量，将表层温度实时升温速度最大值控制在第二升温速率附近，直至表层温度达到表层恒温温度或内部温度达到内部恒温温度。第二升温速率为8~10℃/h，可稍大于第一升温速率，加速升温阶段。表层恒温温度一般为40~45℃，内部恒温温度一般为60~65℃。

在恒温阶段，所述养护参数包括恒温温度和恒温时间，恒温温度包括表层恒温温度和内部恒温温度；取所有表层温度传感器检测到的表层温度最大值，通过控制调节阀统一调整所有支管的蒸汽流量，使表层温度最大值不超过表层恒温温度；同时取所有内部温度传感器检测到的内部温度最大值，通过控制调节阀统一调整所有支管的蒸汽流量，使内部温度最大值不超过内层恒温温度，直至恒温时间结束。恒温时间可为10~20h，可在静停阶段在蒸养棚内放置多个混凝土试件，在恒温阶段后期取出混凝土试件检测其强度，达到设计强度的60%即可结束恒温阶段。

在降温阶段，所述养护参数包括降温速率、环境温度和限定温差，通过缓慢降低蒸汽流量进行降温。由于混凝土柱各表面表面积不一致导致表面积大的表面降温速度较快，容易产生温差裂缝，因此针对每个表面分别控制蒸汽流量以维持降温速率一致。控制系统计算混凝土柱每个表面的表层温度实时降温速度，通过分别控制每个调节阀调整各个蒸汽支管的蒸汽流量，使混凝土柱每个表面的表层温度实时降温速度均维持在降温速率附近，直至表层温度分别与环境温度、内部温度的差值均不超过限定温差。降温速率可为5~10℃/h，限定温差可为15~25℃，非大体积混凝土的浇筑、养护过程中，表层温度与内部温度的温差一般不会超过25℃，因此一般只需比较表层温度与环境温度的温差。降温阶段结束后，拆除蒸养棚、模板，养护完毕。

实施例2

本发明提供了一种混凝土自动蒸汽养护工艺，用于养护混凝土楼板，包括以下步骤：

S1，拟定养护参数，所述养护参数包括初始参数和根据初始参数计算得到的二次参数，并根据混凝土结构的物理、热力学参数建立仿真模型，根据仿真结果验证并修正养护参数。

S2，根据混凝土楼板的尺寸制作、安装蒸养棚，所述蒸养棚包括隔热棚体、蒸汽管道、与蒸汽管道连接的蒸汽机以及分别设置在隔热棚体内、外的棚内温度传感器和环境温度传感器；选取检测截面，混凝土楼板浇筑时在检测截面埋入表层温度传感器11和多个不同深度的内部温度传感器12；棚内、环境、表层、内部温度传感器及蒸汽机信号连接到控制系统。与实施例1不同的是，由于混凝土楼板的厚度远小于其长度、宽度，因此可只针对混凝土楼板的顶面覆盖支管22和选取检测截面。

S3，混凝土浇筑完毕后，控制系统根据养护参数按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护，并在升温、降温阶段控制混凝土结构每个表面的表层温度一致。

实施例3

本发明提供了一种混凝土自动蒸汽养护工艺，用于养护大体积混凝土结构，包括以下步骤：

S1，拟定养护参数，所述养护参数包括初始参数和根据初始参数计算得到的二次参数，并根据混凝土结构的物理、热力学参数建立仿真模型，根据仿真结果验证并修正养护参数。

S2，根据混凝土结构的尺寸制作、安装蒸养棚，所述蒸养棚包括隔热棚体、蒸汽管道、与蒸汽管道连接的蒸汽机以及分别设置在隔热棚体内、外的棚内温度传感器和环境温度传感器；选取检测截面，混凝土结构浇筑时在检测截面埋入表层温度传感器11和多个不同深度的内部温度传感器12；棚内、环境、表层、内部温度传感器及蒸汽机信号连接到控制系统。

与实施例1不同的是，由于大体积混凝土在浇筑、养护时内部温度较高，表层温度与内部温度的温差可能大于25℃，因此必须设置人工降温措施。具体地，大体积混凝土浇筑时预埋用于降低内部温度的多根冷却水管，冷却水管依次连接水泵和冷却水源。在大体积混凝土内部，冷却水管可呈S型延伸。

S3，混凝土结构浇筑完毕后，控制系统根据养护参数按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护，并在升温、降温阶段控制混凝土结构每个表面的表层温度一致。在此过程中，控制系统还需监测内部温度，可取多个内部温度传感器检测到的最大值，通过在冷却水管中通入冷却水降低内部温度，使内部温度最大值与表层温度最小值的温差不超过限定温差。限定温差为15~25℃。

以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混凝土自动蒸汽养护工艺，其特征在于：包括以下步骤，

S1，拟定养护参数，所述养护参数包括初始参数和根据初始参数计算得到的二次参数，并根据混凝土结构的物理、热力学参数建立仿真模型，根据仿真结果验证并修正养护参数；

S2，根据混凝土结构的尺寸制作、安装蒸养棚，所述蒸养棚包括隔热棚体、蒸汽管道、与蒸汽管道连接的蒸汽机以及分别设置在隔热棚体内、外的棚内温度传感器和环境温度传感器；选取检测截面，混凝土结构浇筑时在检测截面埋入表层温度传感器（11）和多个不同深度的内部温度传感器（12）；棚内、环境、表层、内部温度传感器及蒸汽机信号连接到控制系统；

S3，混凝土结构浇筑完毕后，控制系统根据养护参数按照静停、升温、恒温、降温的步骤完成养护，并在升温、降温阶段控制混凝土结构每个表面的表层温度一致。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土自动蒸汽养护工艺，其特征在于：在步骤S2中，所述蒸汽管道包括主管（21）、连接在主管（21）上的多个支管（22）、均匀分布在支管（22）长度方向上的喷气口（23）以及设置在所述支管（22）朝向主管（21）一端的调节阀，所述调节阀信号连接到控制系统，混凝土的每个表面至少覆盖一根所述支管（22）。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土自动蒸汽养护工艺，其特征在于：在步骤S2中，混凝土结构的每个表面均设置有至少一个检测截面。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土自动蒸汽养护工艺，其特征在于：在步骤S3中的升温阶段，所述养护参数包括第一升温速率、第一升温时间、第二升温速率和恒温温度，所述恒温温度包括表层恒温温度和内部恒温温度；在第一升温时间内，控制系统计算混凝土结构每个表面的表层温度实时升温速度，并将其与第一升温速率对比，并分别控制每个支管（22）的调节阀调整支管（22）的蒸汽流量，将每个表面的表层温度实时升温速度均控制在第一升温速率附近；第一升温时间结束后，取所有表面的表层温度实时升温速度最大值与第二升温速率对比，并通过控制调节阀统一调整支管（22）的蒸汽流量，将表层温度实时升温速度最大值控制在第二升温速率附近，直至表层温度达到表层恒温温度或内部温度达到内部恒温温度。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土结构自动蒸汽养护工艺，其特征在于：所述第一升温速率为5~8℃/h，所述第一升温时间为1~3h，所述第二升温速率为8~10℃/h。

6.根据权利要求3所述的一种混凝土结构自动蒸汽养护工艺，其特征在于：在步骤S3中的恒温阶段，所述养护参数包括恒温温度和恒温时间，恒温温度包括表层恒温温度和内部恒温温度；取所有表层温度传感器检测到的表层温度最大值，通过控制调节阀调整蒸汽流量，使表层温度最大值不超过表层恒温温度；同时取所有内部温度传感器检测到的内部温度最大值，通过控制调节阀调整蒸汽流量，使内部温度最大值不超过内层恒温温度，直至恒温时间结束。

7.根据权利要求4~6任意一项所述的一种混凝土结构自动蒸汽养护工艺，其特征在于：所述表层恒温温度为40~45℃，所述内部恒温温度为60~65℃。

8.根据权利要求3所述的一种混凝土结构自动蒸汽养护工艺，其特征在于：在步骤S3中的降温阶段，所述养护参数包括降温速率、环境温度和限定温差；控制系统计算混凝土结构每个表面的表层温度实时降温速度，通过分别控制每个调节阀调整每个蒸汽支管的蒸汽流量，使混凝土结构每个表面的表层温度实时降温速度均维持在降温速率附近，直至表层温度分别与环境温度、内部温度的差值均不超过限定温差。

9.根据权利要求1所述的一种混凝土结构自动蒸汽养护工艺，其特征在于：在步骤S2中，混凝土结构浇筑时预埋用于降低内部温度的多根冷却水管，冷却水管依次连接水泵和冷却水源；在静停、升温、降温过程中，通过在冷却水管中通入冷却水降低内部温度，使内部温度最大值与表层温度最小值的温差不超过限定温差。

10.根据权利要求8或9所述的一种混凝土结构自动蒸汽养护工艺，其特征在于：所述限定温差为15~25℃。

Images