大体积混凝土自动温控装置

技术领域

本发明涉及混凝土设备领域，特别涉及大体积混凝土自动温控装置。

背景技术

混凝土在浇筑、养护过程中，会散发大量水化热，并在一个较长时间周期内完成不同区位的升、降温过程，导致混凝土体积膨胀与收缩不均，从而引起混凝土开裂，此类裂缝在大体积混凝土结构中最为突出，为此对混凝土进行温度监测与温度控制十分重要，可有效减少混凝土因温度不均匀引起的裂缝。

现有控制混凝土温度裂缝的方法主要是通过调整混凝土土料配比、减少混凝土浇筑层厚度、预留注水降温孔、混凝土表面洒水降温或覆盖保温材料等方式实现。

其中，调整混凝土配比可通过选用低水化热水泥，改善骨料级配等方法实现，但是会改变混凝土性状，增加材料成本；减少混凝土浇筑层厚度和表面覆盖保温材料也易于实现，但是对于施工进度的影响相对较大；预留注水降温孔的方法应用最为广泛，但是，通过注水降温的方法难于控制水温，识别混凝土各单位体积温差，不适宜的水温调节可能适得其反，实时对混凝土进行人工测温工作量大，也不宜测量混凝土内部温度，工序复杂，并且精确度不高；混凝土表面洒水降温或覆盖保温材料的方式应用也相对广泛，但是该方法使用时机要求较高，同时在大体积混凝土结构中的温控效果不显著；所以研究大体积混凝土自动温控装置十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种大体积混凝土自动温控装置，以便在混凝土浇筑、养护过程中对混凝土进行自动控温。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：大体积混凝土自动温控装置，包括液冷系统主体，设置在液冷系统主体外部的温控系统，以及连接液冷系统主体与温控系统的数据传输结构和介质传输结构；

所述液冷系统主体包括抗压管、隔液管和温度传感元件，温度传感元件设置在隔液管内，隔液管设置在抗压管内，且在抗压管和隔液管之间形成密闭的介质腔；所述温控系统包括温度监测系统、液控系统以及容置于温度监测系统和液控系统之间的制动系统，温度监测系统通过数据传输结构与温度传感元件实现数据联通，液控系统通过介质传输结构与介质腔实现温控介质流通。

进一步的，由于水的价格比较低，同时便于就地取材，因此所述温控介质通常为水。

进一步的，所述抗压管的结构为圆柱形结构。

根据实施例，本发明在自动温控时，温度监测系统通过比较温度传感元件反馈的混凝土内部温度信号和温度监测系统监测的外部温度信号，计算得出的温差信号，输出温控信号，并通过制动系统传输制动信号；水控系统通过制动系统接收制动信号后，根据制动信息控制介质传输结构从介质腔中排出适量的非适温温控介质，并向介质腔中输入适量的适温温控介质，以使混凝土内部温度与混凝土外部温度同步下降，并逐渐趋近于环境温度，从而降低混凝度浇筑及养护过程中由于混凝土内外温差过大引起的混凝土表面开裂。

进一步的，所述适温温控介质的温度可以等于环境温度。

进一步的，如果需要加快混凝土温降速率，所述适温温控介质的温度t

本发明的有益效果是：

1.本发明的大体积混凝土自动温控装置，能够自动监测各混凝土单元的温度，实时监测混凝土温度变化过程，可预估混凝土凝结硬化时间，使整个混凝土凝结硬化过程可控，使混凝土放热过程可控。

2.本发明的大体积混凝土自动温控装置，能通过对各水冷系统温差比较，制动水体控制系统，进行水温调节，不但可实现混凝土内部结构降温，而且可实现低温环境下混凝土表面升温；可在不需人工作用条件下，实时控制混凝土温差，尽量避免混凝土温度裂缝。

3.本发明的大体积混凝土自动温控装置，抗压管采用圆柱形结构，以最大限度减少应力集中，从而降低对混凝土结构主体应力分布情况的影响；抗压管截面直径可以根据构件尺寸、装置分布密度等情况按需调整，以增加本发明的普适性。

4.本发明的大体积混凝土自动温控装置，可在混凝土凝结硬化整体过程完成后取出，一方面便于回收、重复利用，降低设备制造成本，降低项目施工成本；另一方面预留孔洞可以用于“后张法”预应力构件埋设，也以通过结构改造作为伸缩缝使用。当对混凝体结构承载力有较高要求时，可以仅拆除主体部分构件，保留抗压钢管，以满足混凝土结构承载力。

附图说明

图1是本发明基本结构图；

图2是本发明水冷结构布置示意图。

具体实施方式

为了能够在混凝土浇筑、养护过程中无法对混凝土进行自动控温的问题，本发明实施例提供了一种适用于大体积混凝土的自动温控装置，由水冷系统主体、温控系统、传输结构三部分组成。

水冷系统主体包括抗压钢管1，以及设置在抗压钢管1内部的PVC隔水管2和温度传感元件3；抗压钢管1与PVC隔水管2间形成密闭的介质腔，介质腔内为水冷介质(温控介质)，PVC隔水管2内为温度传感元件3。其中，抗压钢管1用于保护PVC隔水管2不受混凝土重力及混凝土膨胀变形挤压破坏；PVC隔水管2用于保护温度传感元件3不被水体侵蚀。

传输结构8主要用于介质腔内的介质交换，传输结构8包括了进水管9和出水管10，通过出水管10从介质腔中排出适量非适温水冷介质(温控介质)，通过进水管9向介质腔中输入适量适温水冷介质(温控介质)，完成介质交换，控制混凝土内部温度适宜。

温控系统包括温度监测系统5、水控系统7，以及容置于两者之间的制动系统6。温控系统5通过温控传输结构4(可根据需要选有线、无线结构)与温度传感元件3完成数据传输，同时，温度监测系统5将对环境温度(混凝土所处外部环境)进行监测；水控系统7通过导水管8与水冷系统联通，用于向抗压钢管1与PVC隔水管2间输送水冷介质(温控介质)。

温度传感元件3用于监测PVC隔水管内空气温度t

式中，为温度(℃)，为介质绝热温升(℃)，a为导温系数(m

进一步的，温度传感元件3还对环境温度t

值得注意的是，如果需要加快混凝土温降速率，也可使进水管9输入略低于环境温度的水冷介质(温控介质)，即t

根据弹性力学有限单元法基本原理：

K

式中：Δδ

运用本发明，可以通过调整自动温控装置布设位置及布设数量，有效降低温差引起的节点力增量ΔP

如图2所示，在混凝土浇筑过程中，依据混凝土浇筑块体积大小、温控精度需求等因素，在混凝土浇筑块内按需布置抗压钢管，并完成其他结构元件的布置与组装。图2所示，为单层布置情况，本装置在实际应用中也可根据混凝土浇筑块厚度采取多层布置；另外可根据浇筑快形状采用等距均匀布置、不等距非均匀布置。

本发明的自动温控装置，抗压钢管采用圆柱形结构，以最大限度减少应力集中，从而降低对混凝土结构主体应力分布情况的影响；钢管截面直径可以根据构件尺寸、装置分布密度等情况按需调整，以增加本发明的普适性。

本发明的自动温控装置，可在混凝土凝结硬化整体过程完成后取出，一方面便于回收、重复利用，降低设备制造成本，降低项目施工成本；另一方面预留孔洞可以用于“后张法”预应力构件埋设，也以通过结构改造作为伸缩缝使用。当对混凝体结构承载力有较高要求时，可以仅拆除主体部分构件，保留抗压钢管，以满足混凝土结构承载力。

本发明的自动温控装置，在各水冷系统温差较小时，温度传感元件3产生的数字信号只激活温度监测系统5的温度监测功能，以检测水温是否已降到适宜温度，来确保混凝土温度是否适宜、是否已稳定，若温度较高，则导水管8保持水冷介质(温控介质)输入状态，持续对混凝土结构降温，进水管9和排水管10持续进行水冷介质(温控介质)排除，形成介质交换(热传递引起的能量交换)，并对温度调节后的介质进行回收降温，重复利用。

当各水冷系统温差超过限定值(混凝土内部温度与其所处外部环境温度温差过大)时，温度传感元件3产生的数字信号同时激活温度监测系统5的温度监测功能和温差调节功能，以对温差较大的混凝土单元进行温度调节，向温度偏高的混凝土水冷单元持续供应更低温度的介质，加速降温，并对温度偏低的混凝土水冷单元进行适量升温调节，以避免由局部温差引起的温度裂缝。

因此，本发明可实现大体积混凝土温度实时监测，以避免混凝土结构局部温差过大、整体内外温差过大，监测混凝土温度，并实现自动温度调节，解决由于混凝土温度变化、温差过大引起的裂缝问题。同时，便于结构尺寸及分布灵活，便于布置，普适性较高；介质可以循环利用，经济环保；设备造价低，且便于拆除与重复利用，可大幅节约成本；设备预留孔洞功能性强，升级改造灵活。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。