混凝土冷却调控系统及混凝土冷却调控方法与流程

本发明涉及混凝土温控防裂技术领域，具体而言，涉及一种混凝土冷却调控系统及混凝土冷却调控方法。

背景技术：

裂缝控制一直是大体积混凝土施工的难点之一。温控防裂的理论研究与工程实践，最早始自20世纪30年代，经过数十年的发展，已逐步建立了一整套相对完善的温控防裂理论体系，形成了较为系统的混凝土温控防裂措施，包括改善混凝土抗裂性能、分缝分块、降低浇筑温度、通水冷却、表面保温等，但“无坝不裂”仍然是一个客观现实。混凝土裂缝产生的原因复杂，有结构、材料、施工等方面，其中一个重要原因是信息获取的“四不”(不及时、不准确、不真实、不系统)导致的温控措施与温控管理不到位，。同时，由于人为的控制方式，施工质量往往受现场工程人员的素质影响较大，产生与设计状态较大的偏差，导致温控施工的“四大”问题，即：温差大、降温幅度大、降温速率大、温度梯度大，最终导致混凝土裂缝的产生。

以“信息化”、“数字化”为基础，结合人工智能、自动化等技术，便可实现施工过程中影响质量的若干工序的智能化。通水冷却是控制混凝土温度的主要措施之一。现阶段混凝土通水已实现通水流量及通水流向的智能测控未能实现通水水温的智能化，本专利将提供一种混凝土通水水温智能测控系统及方法，实现混凝土通水水温的智能化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种混凝土冷却调控系统及混凝土冷却调控方法，其能够精细控制混凝土的冷却，实现可靠的温控防裂。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明的实施例提供了一种混凝土冷却调控系统，包括制冷系统、混掺系统、蛇形管网、温度监测系统和控制器；

所述制冷系统产生的冷却水通过所述混掺系统混掺，所述混掺系统混掺的所述冷却水通入所述蛇形管网，所述蛇形管网设置于砼的内部；

所述温度监测系统用于监测混凝土的温度以及所述冷却水的温度并反馈至所述控制器，所述控制器用于控制所述混掺系统根据所述温度监测系统的反馈结果混掺所述冷却水。

另外，根据本发明的实施例提供的混凝土冷却调控系统，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施例中，所述制冷系统的数量为两套，分别为第一制冷系统和第二制冷系统，所述混掺系统包括第一进水主管、第一进水支管、第二进水主管、第二进水支管和第一混掺部，所述第一进水主管与所述第一制冷系统连通，所述第二进水主管与所述第二制冷系统连通，所述第一进水支管的一端和所述第一进水主管连通，所述第二进水支管的一端和所述第二进水主管连通，所述第一进水支管和所述第二进水支管的另外一端均与所述第一混掺部连通，所述第一混掺部与所述蛇形管网连通。

在本发明的可选实施例中，所述蛇形管网包括循环管，所述蛇形管网与所述制冷系统通过所述循环管连通，所述循环管内的冷却水的温度通过所述温度监测系统监测。

在本发明的可选实施例中，所述混凝土冷却调控系统包括第一阀门和第二阀门，所述循环管通过所述第一阀门控制与所述第一制冷系统的通断，通过所述第二阀门控制与所述第二制冷系统的通断。

在本发明的可选实施例中，所述制冷系统的数量为一套，以之为第三制冷系统，所述混掺系统包括第三进水主管、第三进水支管、回水管和第二混掺部，所述第三进水主管与所述第三制冷系统连通，所述第三进水支管的一端与所述第三进水主管连通，另外一端与所述第二混掺部连通，所述蛇形管网包括回流管，所述回流管与所述回水管连通，所述回水管与所述第二混掺部连通，所述第二混掺部与所述蛇形管网连通。

在本发明的可选实施例中，所述回水管包括第四进水主管和第四进水支管，所述回流管与所述第四进水主管连通，所述第四进水支管的一端与所述第四进水主管连通，另外一端与所述第二混掺部连通。

在本发明的可选实施例中，所述第三进水支管设置有用于控制管路通断的第三支路阀，所述第四进水支管设置有用于控制管路通断的第四支路阀，所述第二混掺部设置有用于控制管路通断的第二混掺阀。

在本发明的可选实施例中，混掺系统混掺的部分所述冷却水的温度为t1，流量为q1，另外部分的所述冷却水的温度为t2，流量为q2，冷却砼的所用的所述冷却水的温度为t3，流量为q3，t1、q1和t3、q3为已知量；

其中，q3＝q1+q2，q3*t3＝(q1*t1+q2*t2)/(q1+q2)；

则有，q2＝q3-q1，t2＝((q3^2)*t3-q1*t1)/(q3-q1)；

所述混掺系统根据计算值确定所需混掺的所述冷却水的流量和温度。

本发明的实施例提供了一种混凝土冷却调控方法，采用了上述任一项的混凝土冷却调控系统，所述混凝土冷却调控方法包括以下步骤：

步骤一，根据所述温度监测系统确定砼的温度；

步骤二，根据砼的温度、允许温差和降温速率确定所需冷却水的温度；

步骤三，通过所述制冷系统通入冷却水；

步骤四，通过所述控制器控制所述混掺系统将冷却水混掺至所需的冷却水的温度；

步骤五，将冷却水通入所述蛇形管网；

所述控制器根据所述温度监测系统的反馈数据自动控制循环上述步骤。

在本发明的可选实施例中，所述制冷系统提供的冷却水为施工环境周围的水或者纯水。

本发明的有益效果是：

混凝土冷却调控系统及混凝土冷却调控方法能够通过温度监测系统监测砼以及混掺系统的温度，并将监测结果反馈至控制器，控制器根据反馈数据能够得出冷却混凝土所需要的水温和流量是多少，并控制制冷系统制备冷却水并输送至混掺系统进行混掺，混掺到所需水温后再将冷却水通入蛇形管网，使得冷却水能够根据需求来对混凝土进行冷却，使得冷却水的通水效率提高，混凝土冷却的控制更加精细。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例1提供的第一种混凝土冷却调控系统的示意图；

图2为本发明的实施例1提供的第二种混凝土冷却调控系统的示意图；

图3为本发明的混凝土冷却调控方法的步骤关系图。

图标：100-混凝土冷却调控系统；10-第一制冷系统；11-第二制冷系统；12-第三制冷系统；30-混掺系统；301-第一进水主管；302-第二进水主管；303-第三进水主管；304-第四进水主管；311-第一进水支管；3110-第一支路阀；312-第二进水支管；3120-第二支路阀；313-第三进水支管；3130-第三支路阀；314-第四进水支管；3140-第四支路阀；33-第一混掺部；330-第一混掺阀；30a-混掺系统；36-回水管；37-第二混掺部；370-第二混掺阀；50-蛇形管网；51-循环管；511-第一阀门；512-第二阀门；53-回流管；70-温度监测系统；90-控制器；200-砼。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1，本实施例提供了一种混凝土冷却调控系统100，包括制冷系统、混掺系统30、蛇形管网50、温度监测系统70和控制器90。需要说明的是，图中温度监测系统70和控制器90与其他结构的之间的连线以及温度监测系统70和控制器90相互之间的连线仅表明有功能上的联系，而不特指安装位置必须如此。

图1所示的混凝土冷却调控系统100具有两套制冷系统，分别为第一制冷系统10和第二制冷系统11，混掺系统30包括第一进水主管301、第一进水支管311、第二进水主管302、第二进水支管312和第一混掺部33。

具体的，第一进水主管301与第一制冷系统10连通，第二进水主管302与第二制冷系统11连通，第一进水支管311的一端和第一进水主管301连通，第二进水支管312的一端和第二进水主管302连通，第一进水支管311和第二进水支管312的另外一端均与第一混掺部33连通，第一混掺部33与蛇形管网50连通。

在此基础上，混凝土冷却调控系统100包括第一阀门511和第二阀门512，蛇形管网50还包括循环管51。蛇形管网50通过循环管51实现了与制冷系统的连通，详细的，循环管51通过第一阀门511控制与第一制冷系统10的通断，通过第二阀门512控制与第二制冷系统11的通断，循环管51内的冷却水也能够通过温度监测系统70来监测温度。

可选的，请参照图2。图2所示的混凝土冷却调控系统100具有一套制冷系统，以该制冷系统为第三制冷系统12。混掺系统30a包括第三进水主管303、第三进水支管313、回水管36和第二混掺部37。其中，回水管36包括第四进水主管304和第四进水支管314。

蛇形管网50包括回流管53，回流管53与回水管36连通。详细的，第三进水主管303与第三制冷系统12连通，第三进水支管313的一端与第三进水主管303连通，另外一端与第二混掺部37连通；回流管53与第四进水主管304连通，第四进水支管314的一端与第四进水主管304连通，另外一端与第二混掺部37连通，第二混掺部37与蛇形管网50连通。

无论是两套制冷系统的方案还是一套制冷系统的方案，在各个进水支管、混掺部均设置有用于控制管路通断的阀门，阀门可以选用截止阀。对应第一进水支管311的为第一支路阀3110，对应第二进水支管312的为第二支路阀3120，对应第三进水支管313的为第三支路阀3130，对应第四进水支管314的为第四支路阀3140，对应第一混掺部33的为第一混掺阀330，对应第二混掺部37的为第二混掺阀370。

蛇形管网50所用的水管按照砼200浇筑的厚度分层布置成多层并形成管网。也即蛇形管网50设置于砼200的内部且与混掺系统30连通。温度监测系统70用于监测混凝土的温度以及混掺系统30的温度并反馈至控制器90。控制器90能够控制混掺系统30根据温度监测系统70的反馈结果混掺制冷系统产生的冷却水。

混掺系统30要混掺的冷却水的流量和温度可以通过如下公式确定：

混掺系统30混掺的部分冷却水的温度为t1，流量为q1，另外部分的冷却水的温度为t2，流量为q2，冷却砼200的所用的冷却水的温度为t3，流量为q3，t1、q1和t3、q3为已知量；

其中，q3＝q1+q2，q3*t3＝(q1*t1+q2*t2)/(q1+q2)；

则有，q2＝q3-q1，t2＝((q3^2)*t3-q1*t1)/(q3-q1)。

本实施例提供了采用混凝土冷却调控系统100的混凝土冷却调控方法，步骤关系如图3，具体的步骤如下：

步骤一，根据温度监测系统70的监测结果来判断砼200的温度；

步骤二，根据砼200的温度、允许温差和降温速率来确定所需的冷却水的温度，即上述公式中的t3；

步骤三，通过制冷系统通入冷却水；

步骤四，通过控制器90控制混掺系统30将冷却水混掺至所需的冷却水的温度；

步骤五，将冷却水通入蛇形管网50；

控制器90根据温度监测系统70的反馈数据自动控制循环上述步骤。

具体的，温度监测系统70具有多个测温点，分布于浇筑的砼200的内部以及混掺系统30的管路上，并可以将不同位置的温度检测并反馈，还能做到实时的监测。确定了砼200的温度后，根据所允许的温差以及降温速率，来判断所需的冷却水的温度，同时也确定冷却水的流量。

此时，对于两套制冷系统的方案而言，依据计算得出的结果，开启第一制冷系统10并调节第一支路阀3110的开度以通入确定温度和流量的冷却水，再开启第二制冷系统11并调节第二支路阀3120的开度。第一混掺阀330此时关闭，这就使得第一制冷系统10和第二制冷系统11出来的冷却水在混掺系统30中混掺，最终达到冷却砼200所需的水温并开启第一混掺阀330来对砼200进行通水冷却。

在有循环管51的情况下，从蛇形管网50出来的水又可以再次进入制冷系统进行循环使用，节约水资源。而温度监测系统70通过监测循环管51的水温，也可以将该数据用于反映降温效果是否达到要求。

对于一套制冷系统的方案而言，首先需要先往浇筑好的砼200中通入冷却水，使得冷却水经过回流管53进入回水管36，此时，回水管36中的水温和流量得到确定，最终用于冷却砼200的冷却水的温度和流量也是通过温度监测系统70来确定。

然后控制器90再控制第三制冷系统12制取出相应水温和流量的冷却水，与回水管36中的冷却水进行混掺，混掺发生在对应的第二混掺部37，之后再开启第二混掺阀370并对砼200进行混掺冷却。

不论是一套制冷系统还是两套制冷系统的方案，进水主管都可以起到缓冲冷却水的作用，使得冷却水流速和温度更为均匀稳定，为通过进水支管去进行进一步的混掺做准备，以保障混掺所需的冷却水能够满足要求。而在整个混掺以及后续循环的过程中，温度监测系统70都能时时监测提供冷却水的温度的数据，使整体混凝土冷却调控系统100的相关温度数据得到及时的反馈，以便于控制器90进行相应的控制。

冷却水所选用的水，可以是施工环境周围的水，如一些江水、河水等，在水温比较适宜的时候甚至不用靠制冷系统进行制冷，直接靠制冷系统将水泵送到混掺系统30即可。

而纯水的比热容大于含有杂质的水，在同样的流速下，能够使得砼200降温速率更快，更有利于精细控制砼200的冷却，对一些特别重要的需要浇筑混凝土的工程而言，使用纯水作为冷却水可以使得温控防裂工作进行地更加可靠，减少一些细微的裂纹产生，保障整个混凝土浇筑后的可靠性。

在进行完上述步骤后，温度监测系统70依然保持对砼200的温度的监测，控制器90根据反馈数据来自动控制上述步骤循环进行，来确保砼200得到足够的冷却，避免开裂。这样可以实现对砼200通水的精细控制，在不同的时间不同的水温需求下，进行相应的冷却作业。

在不同的需求时给予最合适的温度的冷却水，避免一个温度的冷却水通水很长时间才能达到温控防裂的目的，使得砼200通水的效率得到提高。

综上所述，本发明的混凝土冷却调控系统100及混凝土冷却调控方法，使得混凝土通水冷却时，能够根据混凝土本身放热以及环境中的热传递的一些热量带来的温度变化而变化，在不同时间通过不同水温的冷却水来对温度进行调节，提高了通水的效率，并且通过控制器90的控制，实现水温自动调节，减少了人工作业的成本。此外，对于砼200的通水温控更加精细，对于一些对砼200浇筑防裂有更高要求的工程而言，也能很好地适应需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。