RU2462355C2

RU2462355C2 - Concrete strength monitoring device

Info

Publication number: RU2462355C2
Application number: RU2009112212/03A
Authority: RU
Inventors: Вадим Михайлович Мовчанюк (RU); Вадим Михайлович Мовчанюк; Геннадий Михайлович Бадьин (RU); Геннадий Михайлович Бадьин; Леонид Викторович Круть (RU); Леонид Викторович Круть
Original assignee: ЗАО "Ленстройтрест"
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2012-09-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to construction, namely, to method of controlling concrete thermal treatment. Proposed device comprises heater to heat laid concrete mix by heating wire or electrodes, measure mix temperature by temperature pickups, and system for automatic control over concrete article heating. Said system is composed of nondestructive control electronic transducers and instruments, i.e. USB-1, Pulsar-2 to take readings directly from early concrete, heating transformer KTP, double-ended lamps, multichannel temperature, heating and data reading interval meter, bus line, feed and heating devices, registrator and computer.

EFFECT: higher accuracy of control, stabilised temperature difference and concrete article and ambient medium.

Description

Изобретение относится к строительной отрасли, в частности к устройствам управления технологическим процессом тепловой обработки в монолитном домостроении и системе автоматизированного прогрева бетона "Эфир". В строительстве при изготовлении железобетонных изделий известны устройства для их тепловой обработки, обеспечивающие ускорение нарастания прочности изделий [Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. Изд. 3-е, перераб. и дополн. М.: Стройиздат, 1975 - 700 с.]. Причем подача теплоносителя корректируется и ограничивается при достижении максимальной температуры поверхности изделий. Однако при этом невозможно обеспечить набор бетоном заданной прочности за кратчайший промежуток времени при минимуме энергозатрат. Кроме того, недостатками устройства являются малая производительность, большая трудоемкость, низкое качество производства работ, отсутствие комфортных условий труда обслуживающего персонала. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является устройство регулирования температуры и влажности при обработке железобетонных изделий в установках периодического действия (авторское свидетельство СССР №1529180, кл. G05D 27/00, 1987), включающее нагреватель изделия, командный блок, регулятор температуры, датчики температуры.The invention relates to the construction industry, in particular to devices for controlling the technological process of heat treatment in monolithic housing construction and the system of automated heating of concrete "Ether". In construction, in the manufacture of reinforced concrete products, devices are known for their heat treatment, providing acceleration of the increase in the strength of products [Mironov S. Theory and methods of winter concreting. Ed. 3rd, rev. and add. M .: Stroyizdat, 1975 - 700 p.]. Moreover, the coolant supply is adjusted and limited when the maximum surface temperature of the products is reached. However, it is impossible to provide concrete with a given strength for the shortest period of time with a minimum of energy consumption. In addition, the disadvantages of the device are low productivity, high complexity, low quality of work, lack of comfortable working conditions for staff. The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed device is a temperature and humidity control device for processing reinforced concrete products in batch installations (USSR author's certificate No. 1529180, class G05D 27/00, 1987), including a product heater, command unit, controller temperature, temperature sensors.

Известное устройство ориентировано на заводскую технологию производства изделий в стационарных климатических условиях и не в полной мере отвечает требованиям тепловой обработки изделий на открытой строительной площадке в условиях резкопеременных внешних факторов, например температуры наружного воздуха и скорости ветра, что имеет место в монолитном домостроении. Без учета перечисленных внешних факторов нельзя точно определить оптимальное время изотермического прогрева бетона и спрогнозировать время остывания бетона, что не позволит своевременно прекратить подачу теплоносителя и приведет к перерасходу энергии. Кроме того, без учета температуры наружного воздуха и скорости ветра невозможно правильно управлять скоростью подъема температуры бетонной смеси (от 5°С до 20°С за час в зависимости от модуля поверхности конструкции) и скоростью остывания бетона (15°С в час), что может привести к снижению качества строительной продукции. Целью изобретения является обеспечение оптимальных условий твердения бетона конструкций. Поставленная цель достигается тем, что устройство автоматического управления тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках, содержащее нагреватели уложенной бетонной смеси, датчики температуры смеси, регулятор температуры, который ограничивает температуру поверхностного слоя бетона путем изменения подачи теплоносителя в процессе тепловой обработки, дополнительно снабжено датчиками температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиками температуры бетона в контактной зоне с нагревателями, датчиком прочности бетона и вторым регулятором температуры, причем первый регулятор регулирует температуру теплоносителя наружного щита, а второй - внутреннего щита.The known device is focused on factory technology for the production of products in stationary climatic conditions and does not fully meet the requirements of heat treatment of products on an open construction site in conditions of abruptly varying external factors, such as outdoor temperature and wind speed, which takes place in monolithic housing construction. Without taking into account the listed external factors, it is impossible to accurately determine the optimal time for isothermal heating of concrete and to predict the cooling time of concrete, which will not allow timely termination of the coolant supply and lead to energy overruns. In addition, without taking into account the outside temperature and wind speed, it is impossible to correctly control the rate of rise in temperature of the concrete mixture (from 5 ° C to 20 ° C per hour, depending on the module of the surface of the structure) and the cooling rate of concrete (15 ° C per hour), which may lead to a decrease in the quality of construction products. The aim of the invention is to provide optimal conditions for hardening concrete structures. This goal is achieved by the fact that the automatic control device for heat treatment of concrete in thermo-active formwork, containing heaters of the laid concrete mixture, temperature sensors of the mixture, a temperature controller that limits the temperature of the surface layer of concrete by changing the flow rate of the coolant during heat treatment, is additionally equipped with outdoor temperature sensors and wind speed, concrete temperature sensors in the contact zone with heaters, concrete strength sensor and WTO th temperature controller, wherein the first controller controls the flow temperature of the outer shield, and the second - the inner shield.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков, а именно снабжено датчиками температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиками температуры бетона в контактной зоне с нагревателями, датчиком прочности бетона.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the presence of new units, namely, it is equipped with sensors of outdoor temperature and wind speed, sensors of concrete temperature in the contact zone with heaters, a concrete strength sensor.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".Thus, the claimed device meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг.1 представлена схема подключения электропрогрева монолитного основания. На фиг.2 - электрическая схема функционирования системы автоматизированного прогрева бетона. На фиг.3 представлен график набора прочности бетона в зависимости от температуры. На фиг.4 представлен график набора прочности бетона в зависимости от температуры. На фиг.5 представлен график выхода на режим прогрева в зависимости от температуры при использовании методики по автоматизированному прогреву бетона, на фиг.6 приведен график набора прочности бетона при температуре окружающего воздуха 15 градусов Цельсия. На фиг.7 приведена таблица экономии электроэнергии от внедрения оперативного контроля набора прочности бетона в раннем возрасте с автоматизированным управлением прогревом бетона.Figure 1 presents the connection diagram of electric heating monolithic base. Figure 2 - electrical diagram of the functioning of the system of automated heating of concrete. Figure 3 presents a graph of the set of concrete strength depending on temperature. Figure 4 presents a graph of the set of concrete strength depending on temperature. Figure 5 presents a graph of the exit to the heating mode depending on the temperature when using the technique for automated heating of concrete, figure 6 shows a graph of the set strength of concrete at an ambient temperature of 15 degrees Celsius. Figure 7 shows a table of energy savings from the introduction of operational control of the set of concrete strength at an early age with automated control of heating of concrete.

Устройство оперативного контроля прочности бетона в раннем возрасте с помощью управления тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках (фиг.1) содержит измеритель-регистратор 1, в котором программно реализованы командный блок 1, вычислительное устройство 1, регулятор температуры (не показан) наружного щита термоопалубки (не показан), регулятор температуры (не показан) внутреннего щита термоопалубки (не показан), датчик скорости ветра (не показан), датчик температуры наружного воздуха (не показан), датчик температуры бетона в контактной зоне (не показан) с наружным щитом термоопалубки (не показан), датчик температуры бетона в контактной зоне (не показан) с внутренним щитом термоопалубки (не показан), датчик (не показан) температуры бетона в теле конструкции, датчик прочности бетона (не показан). Система оперативного контроля прочности бетона в раннем возрасте и устройство АСУ его осуществления (фиг.1) представляет из себя программируемый логический контроллер измеритель-регулятор ТРМ 1 А, состоящий из центрального процессорного устройства 1, блока питания трансформатора (не показан), температурных датчиков (термопары) (не показаны), нагревательных проводов (не показаны); блока дискретных выходов (не показан), шины данных и управления (не показана), блока таймера реального времени (не показании), блока памяти 1, блока входа быстрых счетчиков и прерываний (не показан) и блока последовательного интерфейса. Датчики скорости ветра (не показан) и температуры наружного воздуха (не показан) подключены к первому и второму входу командного блока, соответственно. Датчики температуры бетона в теле конструкции (не показан), температуры бетона в контактной зоне с наружным щитом термоактивной опалубки (не показан), внутренним щитом (не показан) подключены к третьему, четвертому и пятому входу командного блока, соответственно. Датчик температуры бетона (не показан) подключен к шестому входу командного блока. Вычислительное устройство 1 подключено к третьему выходу командного блока (не показано). Регулятор температуры наружного щита термоопалубки (не показан) подключен к первому выходу командного блока (не показан). Регулятор температуры внутреннего щита термоопалубки подключен к второму выходу командного блока. Командный блок 1 подключен к первому выходу вычислительного устройства 1. Устройство работает следующим образом (фиг.1). После включения блока управления 1 вырабатывается команда на включение датчиков температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиков температуры бетона в контактной зоне с нагревателями (не показано) и датчика температуры бетона в теле конструкции (не показано). Командный блок осуществляет запрос начальных параметров технологического процесса бетонирования (вид бетонируемого сооружения, конструктивные особенности термоопалубки, вид уложенной бетонной смеси, модуль поверхности конструкции). При отсутствии ввода таких параметров запрос повторяется. После ввода начальных параметров вычислительное устройство 1, в соответствии с данными, поступающими на входы командного блока от датчиков температуры наружного воздуха, скорости ветра и датчика температуры бетона в теле конструкции (не показано), определяет температурный режим термообработки. Вычислительное устройство 1 передает информацию на седьмой вход командного блока. Командный блок 1 подает сигнал регуляторам температуры (не показано). Щиты термоактивной опалубки (не показаны) и начинают процесс термообработки бетона конструкции. Регуляторы температуры (не показан) поддерживают и ограничивают заданные вычислительным устройством (не показано) значения температуры. Во время термообработки датчик скорости ветра, датчик температуры наружного воздуха, датчик температуры бетона 5 в теле конструкции, датчики температуры бетона в контактной зоне с термоактивной опалубкой (не показана) постоянно подают информацию на входы командного блока. При резких изменениях внешних факторов или аварийной ситуации вычислительное устройство 1 корректирует режим термообработки или останавливает ее. После завершения времени термообработки командный блок 1 подает сигнал регуляторам температуры (не показан) на прекращение подачи теплоносителя. Датчик прочности (не показан) определяет набранную бетоном прочность, при несовпадении полученного значения заданным процесс термообработки бетона продолжается.The device for operational control of concrete strength at an early age by controlling the heat treatment of concrete in thermoactive formwork (Fig. 1) contains a meter-recorder 1, in which a command unit 1, a computing device 1, and a temperature controller (not shown) for an external formwork panel are implemented ( not shown), temperature controller (not shown) of the internal formwork panel (not shown), wind speed sensor (not shown), outdoor temperature sensor (not shown), concrete temperature sensor in contact zone (not shown) with an external formwork shield (not shown), a concrete temperature sensor in the contact zone (not shown) with an internal formwork shield (not shown), a temperature sensor (not shown) in the body of the structure, a concrete strength sensor (not shown). An operational control system for concrete strength at an early age and an ACS device for its implementation (Fig. 1) is a programmable logic controller measuring device-regulator TPM 1 A, consisting of a central processing unit 1, a transformer power supply (not shown), temperature sensors (thermocouples) ) (not shown), heating wires (not shown); a block of discrete outputs (not shown), a data and control bus (not shown), a real-time timer block (not shown), a memory block 1, an input block for fast counters and interrupts (not shown), and a serial interface block. Sensors of wind speed (not shown) and outdoor temperature (not shown) are connected to the first and second input of the command unit, respectively. The temperature sensors of the concrete in the body of the structure (not shown), the temperature of the concrete in the contact zone with the outer shield of the thermoactive formwork (not shown), and the inner shield (not shown) are connected to the third, fourth and fifth input of the command unit, respectively. A concrete temperature sensor (not shown) is connected to the sixth input of the command unit. Computing device 1 is connected to the third output of the command unit (not shown). The temperature controller of the outer formwork panel (not shown) is connected to the first output of the command unit (not shown). The temperature controller of the internal formwork panel is connected to the second output of the command unit. The command unit 1 is connected to the first output of the computing device 1. The device operates as follows (figure 1). After the control unit 1 is turned on, a command is developed to turn on the outdoor temperature and wind speed sensors, concrete temperature sensors in the contact zone with heaters (not shown) and concrete temperature sensor in the structure body (not shown). The command unit queries the initial parameters of the concreting technological process (type of concrete structure, structural features of thermo formwork, type of laid concrete mix, module of the surface of the structure). In the absence of input of such parameters, the request is repeated. After entering the initial parameters, the computing device 1, in accordance with the data received at the inputs of the command unit from the sensors of the outdoor temperature, wind speed and concrete temperature sensor in the body of the structure (not shown), determines the temperature regime of heat treatment. Computing device 1 transmits information to the seventh input of the command unit. The command unit 1 sends a signal to the temperature controllers (not shown). Shields of thermoactive formwork (not shown) and begin the process of heat treatment of concrete construction. Temperature controllers (not shown) maintain and limit the temperature set by a computing device (not shown). During heat treatment, a wind speed sensor, an outdoor temperature sensor, a concrete temperature sensor 5 in the structure, concrete temperature sensors in the contact zone with thermoactive formwork (not shown) constantly supply information to the inputs of the command unit. When sudden changes in external factors or emergency situation, the computing device 1 corrects the heat treatment mode or stops it. After completion of the heat treatment time, the command unit 1 sends a signal to the temperature controllers (not shown) to stop the flow of coolant. The strength sensor (not shown) determines the strength gained by the concrete, if the obtained value does not match the set value, the concrete heat treatment process continues.

Использование предлагаемого устройства автоматизированного прогрева бетона обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества.Using the proposed device for automated heating of concrete provides the following advantages compared to existing devices.

Способ автоматизированного управления процессом тепловой обработки бетона, включающий нагрев уложенной смеси путем разогрева с помощью греющего провода либо электродов, измерение температуры смеси, регулирование температуры смеси путем изменения электрических характеристик, ограничение температуры ее поверхностного слоя путем изменения характеристик электрического тока в процессе тепловой обработки, измерение температуры и текущей прочности изделия, определение момента начала подъема температуры по достижению изделием на стадии предварительной выдержки заданной начальной прочности и определение момента начала снижения температуры изделия, отличается тем, что с целью повышения точности управления стабилизируют допустимый перепад температуры изделия и окружающей среды, задают продолжительность тепловой обработки, скорости подъема и снижения температуры изделия и требуемую прочность изделия к концу тепловой обработки, подъем температуры осуществляют со скоростью, не превышающей максимально допустимую, при этом непрерывно определяют время, оставшееся до конца тепловой обработки, с учетом последнего и текущей прочности изделия рассчитывают прогнозируемую прочность, сравнивают ее с требуемой к концу тепловой обработки, подъем температуры прекращают при достижении прогнозируемой прочности не менее требуемой, а определение момента начала снижения температуры ведут по времени, оставшемуся до конца тепловой обработки, необходимому для остывания изделия, причем снижение температуры ведут со скоростью, не превышающей максимально допустимую. Способ также отличается тем, что оперативный контроль осуществляется не косвенным термометрическим способом, а непосредственным прямым измерением прочности бетона Rб в режиме реального времени Т, для чего используются электронные датчики и приборы неразрушающего контроля (УКВ-1, Пульсар-2 и др.), снимающие показания непосредственно с бетона в раннем возрасте и включенные в общую систему автоматизированного управления процессом (трансформатор прогрева - КТП, софиты, электронные датчики и термодатчики, многоканальный измеритель температуры, времени прогрева и снятия показаний приборов неразрушающего контроля, шинопровод, подводящие и греющие провода, прибор регистратор, компьютер); способ учитывает следующие характеристики технологического процесса: скорость подъема температуры, температуру наружного воздуха, модуль поверхности (массивность) конструкции, коэффициент теплопередачи опалубки, коэффициент продуваемости опалубки, время изотермического прогрева бетона с учетом экзотермических свойств применяемого цемента; применяется трехстадийный режим прогрева: разогрев, изотермическое выдерживание по методу «управляемого термоса» и экономный режим прогрева при остывании бетона с учетом расчетной температуры бетона и продолжительности прогрева, при которых снижение энергозатрат достигает не менее 20%; учитывается расчетное время набора проектной прочности бетона, например, 30% Rпр. - до момента распалубки конструкции или 70% Rпр. - до момента возможной нагрузки бетонной конструкции; автоматизированная система управления динамична, самонастраиваемая и способна автоматически регулировать режим прогрева в зависимости от изменений условий внешней среды и в зависимости от первоначальных исходных данных - заданного режима энергопотребления; система АСУ позволяет выполнять непрерывный мониторинг с получением достоверной информации в режиме реального времени и прогнозировать время достижения проектной прочности бетонных конструкций при ускоренной термообработке с использованием греющих проволочных электропроврдников.A method for automated control of the process of heat treatment of concrete, including heating the laid mixture by heating with a heating wire or electrodes, measuring the temperature of the mixture, controlling the temperature of the mixture by changing the electrical characteristics, limiting the temperature of its surface layer by changing the characteristics of the electric current during the heat treatment, measuring the temperature and the current strength of the product, determining the moment of the start of the temperature rise when the product reaches the stage and preliminary exposure of a given initial strength and determining the moment of the beginning of the decrease in the temperature of the product, characterized in that in order to increase the control accuracy they stabilize the permissible temperature drop of the product and the environment, set the duration of the heat treatment, the speed of rise and decrease in the temperature of the product and the required strength of the product to the end of the heat processing, the temperature rise is carried out at a speed not exceeding the maximum allowable, while continuously determining the time remaining to NTSA of heat treatment, taking into account the last and current strength of the product, calculate the predicted strength, compare it with the required by the end of the heat treatment, stop the temperature rise when the predicted strength is not less than the required, and determine the moment of the start of temperature reduction by the time remaining until the end of the heat treatment necessary for cooling the product, and the temperature is reduced at a speed not exceeding the maximum allowable. The method also differs in that the operational control is carried out not by an indirect thermometric method, but by direct direct measurement of the concrete strength Rb in real time T, for which electronic sensors and non-destructive testing devices (UKV-1, Pulsar-2, etc.) are used. readings directly from concrete at an early age and included in the general system of automated process control (heating transformer - KTP, spotlights, electronic sensors and temperature sensors, multi-channel temperature meter ry, time of warming up and taking readings of non-destructive testing devices, busbar trunk, supply and heating wires, recorder, computer); the method takes into account the following process characteristics: rate of temperature rise, outdoor temperature, surface modulus (solidity) of the structure, formwork heat transfer coefficient, formwork purge coefficient, concrete isothermal heating time taking into account the exothermic properties of the cement used; the three-stage heating mode is used: heating, isothermal aging according to the “controlled thermos” method and economical heating mode when cooling concrete, taking into account the calculated temperature of the concrete and the duration of heating, at which the reduction in energy consumption reaches at least 20%; takes into account the estimated time to set the design strength of concrete, for example, 30% Rpr. - until the dismantling of the structure or 70% Rpr. - until the moment of a possible load of the concrete structure; the automated control system is dynamic, self-adjusting and is able to automatically adjust the heating mode depending on changes in environmental conditions and depending on the initial input data - a given power consumption mode; ACS system allows continuous monitoring to obtain reliable information in real time and to predict the time to reach design strength of concrete structures with accelerated heat treatment using heating wire electroconductors.

1. Точно выдерживаются технологически необходимые скорость подъема температуры бетонной смеси и скорость остывания бетона в условиях резкопеременных внешних факторов (температуры наружного воздуха и скорости ветра), что гарантированно обеспечивает качество строительной продукции.1. The technologically necessary rate of rise in temperature of the concrete mixture and the rate of cooling of concrete are precisely maintained under conditions of abruptly varying external factors (outdoor temperature and wind speed), which ensures the quality of construction products.

2. Кроме того, выполнение тепловой обработки бетона предлагаемым устройством обеспечивает набор конструкцией заданной прочности за кратчайший промежуток времени при минимуме энергозатрат.2. In addition, the implementation of heat treatment of concrete by the proposed device provides a set of structural design of a given strength for the shortest period of time with a minimum of energy consumption.

3. Использование предлагаемого устройства в процессе возведения монолитных зданий и сооружений в скользящей и переставной опалубках позволит существенно повысить производительность производства работ при уменьшении трудоемкости и повышении качества строительства.3. The use of the proposed device in the process of erecting monolithic buildings and structures in sliding and climbing formwork will significantly increase the productivity of work while reducing the complexity and improving the quality of construction.

Claims

A device for the operational control of the process of heat treatment of concrete, including heating the laid mixture by heating with a heating wire or electrodes, measuring the temperature of the mixture, controlling the temperature of the mixture by changing the electrical characteristics, limiting the temperature of its surface layer by changing the characteristics of the electric current during the heat treatment, measuring temperature and current strength of the product, determining the moment the temperature rises when the product reaches the stud and preliminary exposure to a predetermined initial strength and determining the start point for lowering the temperature of the product, characterized in that, in order to increase the accuracy of control, they stabilize the allowable temperature drop of the product and the environment, set the duration of the heat treatment, the speed of rise and decrease of the temperature of the product, and the required strength of the product the end of the heat treatment, the temperature rise is carried out at a speed not exceeding the maximum allowable, while continuously determining the time remaining the end of the heat treatment, taking into account the last and current strength of the product, the predicted strength is calculated, it is compared with that required by the end of the heat treatment, the temperature rise is stopped when the predicted strength is not less than the required, and the determination of the moment of the start of temperature reduction is carried out by the time remaining until the end of the heat processing necessary for cooling the product, and the temperature is reduced at a speed not exceeding the maximum allowable, while operational control is carried out e by indirect thermometric method, and by direct direct measurement of concrete strength Rb in real time T, for which electronic sensors and non-destructive testing devices (UKV-1, Pulsar-2) are used, which take readings directly from concrete at an early age and are included in the general system automated process control (heating transformer - KTP, spotlights, electronic sensors and temperature sensors, a multi-channel meter for temperature, heating time and reading non-destructive testing devices, w inoprovod, supply and heating wires, recorder, computer); the method takes into account the following process characteristics: rate of temperature rise, outdoor temperature, surface modulus (solidity) of the structure, formwork heat transfer coefficient, formwork purge coefficient, concrete isothermal heating time taking into account the exothermic properties of the cement used; the three-stage heating mode is used: heating, isothermal aging according to the “controlled thermos” method and economical heating mode when cooling concrete, taking into account the calculated temperature of the concrete and the duration of heating, at which the reduction in energy consumption reaches at least 20%; takes into account the estimated time to set the design strength of concrete, for example, 30% Rpr. - until the dismantling of the structure or 70% Rpr. - until the moment of a possible load of the concrete structure; the automated control system is dynamic, self-adjusting and is able to automatically adjust the heating mode depending on changes in environmental conditions and depending on the initial input data - a given power consumption mode; ACS system allows continuous monitoring to obtain reliable information in real time and to predict the time to reach design strength of concrete structures with accelerated heat treatment using heating wire conductors.