大体积混凝土结构的温控冷却系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种大体积混凝土结构的温控冷却系统，涉及大体积混凝土施工【技术领域】。针对现有大体积混凝土结构的冷却系统中，冷却水管布置不能有效控制内部降温均匀性的问题。它包括循环冷却水系统、变频器、中央控制器、计算机及温度传感器，循环冷却水系统包括依次连接并形成回路的冷却水管单元、水箱及变频式水泵，至少一个冷却水管单元水平布设于大体积混凝土结构的模板内，每个冷却水管单元包括两个冷却水管组，冷却水管组是由若干两端分别连接进水管和出水管的冷却水管组成，却水管的进水口和出水口均设于大体积混凝土结构的模板外部，两个冷却水管组交错且相叠置，冷却水管分别平行且间隔设置，相邻冷却水管内冷却循环水流向相反。
【专利说明】大体积混凝土结构的温控冷却系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及大体积混凝土施工【技术领域】，特别涉及一种大体积混凝土结构的温控冷却系统。
【背景技术】
[0002]随着城市建筑规模越来越大，大体积混凝土施工技术的应用也越来越普遍。在大体积混凝土结构的施工过程中，水泥的水化反应会产生大量的水化热，综合混凝土自身材料的特殊性，在混凝土内部会产生一个不均匀的温度场，外部冷混凝土受到内部热混凝土的膨胀和收缩的约束，从而产生温度应力，导致大体积混凝土在硬化过程中易产生温度裂缝，降低了大体积混凝土的承载能力、防水性能及耐久性能，影响建筑结构的安全及正常使用。
[0003]目前，采用较多的冷却控制系统是在待浇筑大体积混凝土结构内部埋设冷却水管，向冷却水管内通入循环冷却水来实现混凝土的降温。这种冷却控制系统冷却水管布置盲目性大，不能很好结合混凝土内部温度分布规律，冷却水管不能有效控制内部降温均匀性；另外，控温所采用的冷却水管多为盘管，盘管虽然能够减少管路接头，但由于循环冷却水在盘管内流动路径较长，导致循环冷却水在盘管入口侧和出口侧的温差较大，不能有效控制大体积混凝土结构的内部温差。
【发明内容】
[0004]针对现有大体积混凝土结构的冷却系统中，冷却水管布置盲目性大，不能很好结合混凝土内部温度分布规律；冷却水管不能有效控制内部降温均匀性的问题，本实用新型的目的是提供一种大体积混凝土结构的温控冷却系统，能够有效控制因冷却水管内循环冷却水单一流向而造成混凝土内部降温不均匀的现象，达到减小温度梯度、改变降温温度场不均匀对称的目的。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的大体积混凝土结构的温控冷却系统，包括循环冷却水系统、变频器、中央控制器、计算机及温度传感器，所述循环冷却水系统包括依次连接并形成回路的冷却水管单元、水箱及变频式水泵，至少一个所述冷却水管单元水平布设于所述大体积混凝土结构的模板内，每个所述冷却水管单元包括两个冷却水管组，所述冷却水管组是由若干两端分别连接进水管和出水管的冷却水管组成，所述冷却水管的进水口和出水口均设于所述大体积混凝土结构的模板外部，两个所述冷却水管组交错且相叠置，所述冷却水管分别平行且间隔设置，相邻所述冷却水管内冷却循环水流向相反。
[0006]优选的，所述大体积混凝土结构的模板内由上至下设有至少两个平行的所述冷却水管单元，且上下相邻的两个所述冷却水管单元中的冷却水管相垂直。
[0007]更佳的，所述冷却水管为直管。
[0008]所述冷却水管内的水流流量通过设置于所述冷却水管单元管路上的调节阀控制。
[0009]所述大体积混凝土结构表层布设的所述温度传感器的温度测点与所述大体积混凝土结构上表面的距离Dl为30mm?80mm，所述大体积混凝土结构底层的所述温度传感器的温度测点与所述大体积混凝土结构底面的距离D2为200mm?300mm。
[0010]本实用新型的效果在于:
[0011]一、本实用新型大体积混凝土结构的温控冷却系统，冷却水管的布设采用同层双向对流，这种布置方式能够有效避免同一水平层内循环冷却水单一方向进入大体积混凝土结构造成的进入侧温度降低快，而流出侧温度降低慢的现象，从而有效控制因冷却水管内循环冷却水单一流向而造成的混凝土内部降温不均匀的现象，达到减小水平温度梯度、改变水平降温温度场不对称的目的。
[0012]二、本实用新型大体积混凝土结构的温控冷却系统，冷却水管单元的布设不但采用同层双向对流，而且沿大体积混凝土厚度方向设置至少两个冷却水管单元，且相邻两个冷却水管单元中的冷却水管相垂直，采用这种布置方式，能够保证大体积混凝土结构内部降温温度场对称，尤其能够有效避免超厚大体积混凝土结构纵向降温不均匀的弊端，达到减小大体积混凝土结构竖向温度梯度、改变竖向降温温度场不对称的目的。
[0013]本实用新型有助于改变冷却水管布置的盲目性，提高冷却水管的利用率，也能够避免冷却水管降温的不均匀性，进而有效控制大体积混凝土内部温差及应力，减少温度裂缝的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1至图3为本实用新型一实施例中冷却水管单元的布置示意图；
[0015]图4为本实用新型大体积混凝土结构温控冷却过程的流程图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种大体积混凝土结构的温控冷却系统作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本实用新型的技术内容及特征。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”、“左”、“右”与附图的上、下、左、右的方向一致，但这不能成为本实用新型技术方案的限制。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0017]实施例一:结合图1至图3说明本实用新型大体积混凝土结构的温控冷却系统(图中箭头方向为循环冷却水的流动方向)，它包括循环冷却水系统、变频器、中央控制器、计算机及多个温度传感器。其中，多个温度传感器布设于大体积混凝土结构的模板内部，并与中央控制器信号连接，中央控制器通过通信电缆连接计算机，中央控制器还通过变频器连接循环冷却水系统。循环冷却水系统包括依次连接并形成回路的变频式水泵、冷却水管和水箱，且变频式水泵与变频器连接。上述连接方式为现有技术内容，此处不再赘述。
[0018]本实用新型的温控冷却系统与上述现有技术的不同在于大体积混凝土结构的模板内冷却水管的结构及布设，图1所示为大体积混凝土结构I水平层内布设的冷却水管单元一 10，冷却水管单元一 10包括两个冷却水管组，即冷却水管组Al I和冷却水管组B12，冷却水管组是由若干左右两端分别连接进水管和出水管的冷却水管组成，冷却水管的进水口和出水口均设于大体积混凝土结构I模板的外部，冷却水管组All和冷却水管组B12交错且相叠置，冷却水管组All和冷却水管组B12的冷却水管分别平行且间隔设置，相邻冷却水管内冷却循环水流向相反。上述仅是一个水平层设置一个冷却水管单元一 10的示例，本领域技术人员根据上述技术内容及实际施工的需要，也可在同一水平层内设置多个冷却水管单元一 10，在此不作限定。
[0019]本实用新型大体积混凝土结构的温控冷却系统，冷却水管的布设采用同层双向对流，即相邻两根冷却水管内的循环冷却水流向相反，这种布置方式能够有效避免同一水平层内循环冷却水单一方向进入大体积混凝土结构造成的进入侧温度降低快，而流出侧温度降低慢的现象，从而有效控制因冷却水管内循环冷却水单一流向而造成的混凝土内部降温不均匀的现象，达到减小水平温度梯度、改变水平降温温度场不对称的目的。
[0020]进一步地，大体积混凝土结构I的模板内由上至下设有至少两个平行的冷却水管单元，且相邻的两个冷却水管单元中的冷却水管垂直设置。图2所示为大体积混凝土结构I中另一水平层内布设的冷却水管单元二 20，冷却水管单元二 20位于冷却水管单元一 10的下方，与上述冷却水管单元一 10的结构相类似，冷却水管单元二 20包括冷却水管组C21和冷却水管组D22，冷却水管组是由若干上下两端分别连接进水管和出水管的冷却水管组成，且冷却水管的进水口和出水口均设于大体积混凝土结构I模板的外部。冷却水管组C21和冷却水管组D22交错且相叠置，使得冷却水管组C21和冷却水管组D22的冷却水管分别平行且间隔设置。图3所示为大体积混凝土结构I内纵向设置的冷却水管单元的示意图，由上至下依次为冷却水管单元一 10、冷却水管单元二 20、冷却水管单元三30和冷却水管单元四40，其中，相邻两个冷却水管单元中的冷却水管相垂直。
[0021]综上所述，冷却水管单元的布设不但采用同层双向对流，而且沿大体积混凝土结构纵向设置至少两个冷却水管单元，且相邻两个冷却水管单元中的冷却水管相垂直，采用这种布置方式，能够保证大体积混凝土结构内部降温温度场对称，尤其能够有效避免超厚大体积混凝土结构纵向降温不均匀的弊端，达到减小大体积混凝土结构竖向温度梯度、改变竖向降温温度场不对称的目的。
[0022]更佳的，上述冷却水管单元中的冷却水管优选直管，以保证循环冷却水在冷却水管内的水流路径最短，另外，直管相比传统的盘管而言，管路间距调整的灵活性更强，更有利于通过控制冷却水管的间距来控制大体积混凝土结构内部降温不均匀的现象。
[0023]并采用直径Φ 15mm?Φ40πιπι的金属管或硬塑料管。
[0024]冷却水管内的水流流量通过设置于冷却水管单元管路上的调节阀控制。
[0025]大体积混凝土结构表层的温度传感器的温度测点与大体积混凝土结构上表面的距离Dl为30mm?80mm，大体积混凝土结构底层的温度传感器的温度测点与大体积混凝土结构底面的距离D2为200mm?300mm。
[0026]结合图1至图4说明本实用新型的大体积混凝土结构的冷却控制系统的工作过程:
[0027]SlOl:在计算机内建立大体积混凝土结构的有限元模型，进行网格划分，并进行水热化分析得到最高温度及温度分布规律，进而判定最高温差及温度梯度。
[0028]S102:根据热能交换原理，以有效控制温度梯度为目的，对不同温度区域的冷却水管单元的布置比例进行初步确定，得到冷却水管单元布置方案。并选定冷却水管管径、流量等参数；
[0029]S103:将上述冷却水管单元布置方案的信息代入有限元模型中进行仿真模拟，通过模拟结果分析冷却水管的布设是否满足要求，由于产生温度裂缝的理论温差值为25V,因此，当判断结果为是时，即混凝土温度梯度之差小于25°C时，即可按上述冷却水管单元布置方案进行冷却水管施工；当判断结果为否时，即混凝土中心温度与表层温度之差大于等于25°C时，调整冷却水管的布设及循环冷却水的流量，并重复上述步骤S102，直至满足要求。
[0030]S104，即大体积混凝土结构冷却降温结束后，及时对冷却水管进行压浆封堵。
[0031]其中，有限元模型可通过ANSYS热分析软件建立，ANSYS热分析计算是基于能量守恒原理与热平衡方程，通过有限元分析方法计算各节点的温度，然后将ANSYS的温度数据和其他物理参数施加到大体积混凝土结构上，从而计算出温度应力。
[0032]上述步骤S102具体如下:
[0033]步骤a:在大体积混凝土结构的模板内布设冷却水管单元并固定，在各温度测点布设温度传感器并固定；
[0034]步骤b:向模板内浇筑混凝土之前，完成冷却水管单元的布置，并连通进出水系统，浇筑混凝土并待其初凝后，中央控制器通过变频器驱动循环水冷却系统工作，同时中央控制器将温度传感器获得的实时信息传输给计算机。
[0035]此外，在实际施工时，大体积混凝土结构的浇筑过程通常采用分块分层分批的形式，按施工进度每昼夜浇捣作业面宜布置I?2个测位，大体积混凝土结构厚度均匀时，测位间距一般为1m?15m，测位位于大体积混凝土结构的边缘、角部及中部等。根据混凝土厚度不同，每个测位布置3?5个温度测点。测位布置于相邻两根冷却水管的中间位置，并在冷却水管的进水口和出水口处分别布置温度测点。温度测点处的温度传感器可直接埋入混凝土内。
[0036]上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.大体积混凝土结构的温控冷却系统，包括循环冷却水系统、变频器、中央控制器、计算机及温度传感器，其特征在于:所述循环冷却水系统包括依次连接并形成回路的冷却水管单元、水箱及变频式水泵，至少一个所述冷却水管单元水平布设于所述大体积混凝土结构的模板内，每个所述冷却水管单元包括两个冷却水管组，所述冷却水管组是由若干两端分别连接进水管和出水管的冷却水管组成，所述冷却水管的进水口和出水口均设于所述大体积混凝土结构的模板外部，两个所述冷却水管组交错且相叠置，所述冷却水管分别平行且间隔设置，相邻所述冷却水管内冷却循环水流向相反。
2.根据权利要求1所述的大体积混凝土结构的温控冷却系统，其特征在于:所述大体积混凝土结构的模板内由上至下设有至少两个平行的所述冷却水管单元，且上下相邻的两个所述冷却水管单元中的冷却水管相垂直。
3.根据权利要求1或2所述的大体积混凝土结构的温控冷却系统，其特征在于:所述冷却水管为直管。
4.根据权利要求3所述的大体积混凝土结构的温控冷却系统，其特征在于:所述冷却水管内的水流流量通过设置于所述冷却水管单元管路上的调节阀控制。
5.根据权利要求1或2所述的大体积混凝土结构的温控冷却系统，其特征在于:所述大体积混凝土结构表层布设的所述温度传感器的温度测点与所述大体积混凝土结构上表面的距离Dl为30mm?80mm，所述大体积混凝土结构底层的所述温度传感器的温度测点与所述大体积混凝土结构底面的距离D2为200mm?300mm。
【文档编号】E04G21/02GK204059978SQ201420460085
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】伍小平, 李鑫奎, 焦常科 申请人:上海建工集团股份有限公司