适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构及施工方法与流程

本发明涉及大体积混凝土施工领域，特别是一种适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构及施工方法。

背景技术：

近年来，我国的大型、特大型工程日益增多，大体积混凝土工程也越来越多。其特点是长度、宽度、厚度尺寸均较大，混凝土浇筑面和浇筑量大，在浇筑过程中水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。根据混凝土施工规范的规定混凝土内部与外表面的温差不能超过25℃，为防止混凝土内外温差超过25℃时，混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，需采取养护措施。受工程工期限制，尤其是跨越冬季的项目，在冬季进行大体积结构物施工经常发生，对大体积混凝土养护存在较高的技术难度，通常采取内降外保的养护措施，内部通过布置冷却管降温，外部覆盖保温养护，但无法避免以下问题：

（1）大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，多数发生在浇筑后的最初3～5天，而该部分热量往往没有被利用，能耗较高。

（2）因混凝土养护需要在特定温度及湿度条件，冬季温度很难达到养护要求，因此施工单位采用很多方法对该种结构进行养护，增加了很大的施工成本。

中国专利文献CN20416414U记载了一种智能温控混凝土加热模板施工装置，其中提到了在混凝土模板上设置发热毯或加热材料，配合模板保温构成。并记载了置换器9设置在混凝土内进行热量交换。在混凝土初凝过程中，释放的水化热被置换器9内的液体带到混凝土之外，这部分热量被浪费。在该方案中，保温材料采用的是玻纤、岩棉、硅酸铝等保温材料，以避免引发火灾。中国专利文献CN102852145A中记载了一种在建大坝混凝土智能温度控制方法及系统，其中记载了混凝土的冷却阶段包括三个阶段，分别是一期冷却，中期冷却和二期冷却，而且在中期冷却和二期冷却过程中，还分别设有温度变换大致为直线的控温阶段。还记载了根据当前的混凝土温度和通水流量，预测下一龄期的混凝土平均温度，并给出了算法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构及施工方法，能够充分利用大体积混凝土在初凝过程中产生的水化热，降低大体积混凝土冬季施工过程中的能耗。并且便于实现大体积混凝土的养护标准。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构，它包括布置在模板背面的导热管和保温层，导热管位于保温层与模板背面之间，还包括布置在混凝土内的冷却水管；

冷却水管的进水口与换热箱连接，冷却水管的出水口与导热管的一端连接，导热管的另一端与换热箱连接，以使冷却水经过混凝土内的冷却水管换热后，进入到导热管中循环，提升模板的温度，降低混凝土内部与表面之间的温差。

优选的方案中，所述的保温层为阻燃型挤塑聚丙乙烯板。

优选的方案中，所述的保温层的结构为：在基层上设有多个凸起部，所述的凸起部与模板背面槽口形状相对应。

优选的方案中，所述的冷却水管沿着混凝土分层布置，导热管也沿着混凝土分层布置，冷却水管通过第一汇流管与换热箱连接，换热箱的出水口的位置设有可调流速的泵；

导热管通过第二汇流管与换热箱连接；

在导热管的进口位置设有出水口温度传感器，在导热管的出口位置设有回水口温度传感器，通过出水口温度传感器的反馈调节泵的流速。

优选的方案中，在模板的背面还设有电加热丝，或者在保温层的背面设有加热层，加热层内设有用于使模板发热的电磁线圈。

优选的方案中，在混凝土内设有分布式光纤传感器，分布式光纤传感器与采集装置电连接；

在混凝土内设有多个温度传感器，其中至少有一个位于混凝土的中间位置，还至少有一个位于靠近混凝土表面的位置，温度传感器与采集装置电连接。

优选的方案中，冷却水管在混凝土内成蛇形布置；

或者冷却水管在混凝土内成螺旋布置，冷却水管的进水口位于螺旋结构的中间位置，冷却水管的出水口位于螺旋结构的边缘位置。

一种采用上述的适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、在模板背面安装导热管和保温层；

S2、大体积混凝土结构浇筑前布置冷却水管，并布置温度传感器；

S3、通过拉杆安装模板；

S4、将冷却水管的进水口与换热箱连接，换热箱出口的位置安装泵，冷却水管的出水口与导热管的一端连接，导热管的另一端与换热箱连接；

在导热管的两端分别设置出水口温度传感器和回水口温度传感器；

S5、根据预设控温要求，在冷却水管中通入冷却水，在满足控温要求的前提下，确保混凝土内部与表面温差不超过预设温度差；

通过以上步骤实现大体积混凝土冬季保温施工。

优选的方案中，根据预设控温要求和混凝土内的温度传感器、出水口温度传感器的反馈控制冷却水管中冷却水的通水流量；

根据出水口温度传感器与回水口温度传感器之间的差值判断是否启动辅助加热。

优选的方案中，所述的温度传感器包括分布式光纤传感器和温度传感器；

其中，分布式光纤传感器至少沿着温度变化方向布设，温度传感器至少在混凝土的内部和表面各布设一个，通过分布式光纤传感器检测混凝土的温度变化梯度，通过温度传感器对分布式光纤传感器的监检测数据进行校正。

本发明提供的一种适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构及施工方法，与现有技术相比，具有以下的有益效果。

1、本发明通过将冷却水管的回水用于加热模板，充分利用了水化热，以较低的成本实现了大体积混凝土浇筑过程因水化热反应的余热的有效利用，达到了冬季施工保温的标准，并减低了施工成本。

2、优选的方案中，本发明采用阻燃型挤塑聚丙乙烯板作为保温层，由于是利用导热管增温，因此没有火灾隐患。且加工方便，保温性能也高于玻纤、岩棉、硅酸铝等保温材料。

3、采用螺旋状布设冷却水管的方案，使较低温度的冷却水优先在混凝土内部水化热集聚的位置进行换热，然后将热量带出到混凝土表面，与蛇形布置相比，能够使混凝土内部的温度变化梯度更为均匀。

4、采用拉杆固定保温层的方案，安全可靠。

5、采用了分布式光纤传感器与温度传感器的组合，既克服了分布式光纤传感器精度不高的缺陷，也克服了温度传感器所需数量较多，布置较为困难和成本较高的缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明结构的立面示意图。

图2为本发明结构的局部剖视图。

图3为本发明结构的横截面俯视示意图。

图4为本发明中保温层的主视图。

图5为本发明中保温层的固定结构示意图。

图6为本发明中大体积混凝土的温度控制曲线图。

图中：模板1，导热管2，保温层3，基层31，凸起部32，加热层4，第二汇流管5，槽钢6，拉杆7，冷却水管8，换热箱9，混凝土10，泵11，出水口温度传感器12，回水口温度传感器13，分布式光纤传感器14，采集装置15，温度传感器16，第一汇流管17。

具体实施方式

实施例1：

如图1~4中，一种适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构，它包括布置在模板1背面的导热管2和保温层3，导热管2位于保温层3与模板1背面之间，还包括布置在混凝土10内的冷却水管8；

冷却水管8的进水口与换热箱9连接，冷却水管8的出水口与导热管2的一端连接，导热管2的另一端与换热箱9连接，以使冷却水经过混凝土10内的冷却水管8换热后，进入到导热管2中循环，提升模板1的温度，降低混凝土10内部与表面之间的温差。由此结构，通过冷却水管8将冷却水送入到混凝土10内进行换热，加热后的冷却水排入到导热管2内，使模板加热，从而提高模板1的温度，进而提高混凝土表面的温度，以降低混凝土内部与表面之间的温差。采用冷却水管8的回水给模板增温，能够大幅降低用于给模板加热的能耗，而且采用导热管2进行增温也没有火灾隐患。

优选的方案如图2、4中，所述的保温层3为阻燃型挤塑聚丙乙烯板。由此方案，能够大幅降低原材料和施工费用，提高保温效果。

优选的方案如图2、4中，所述的保温层3的结构为：在基层31上设有多个凸起部32，所述的凸起部32与模板1背面槽口形状相对应。由此结构，便于安装。且能够进一步提高保温效果。如图5中所示，在本例中，立模后，先以螺母在拉杆7上拧紧，将模板1可靠固定，然后将拉杆7穿过保温层3以垫圈和另一个螺母固定。如图2中，在模板1的背楞设有孔，导热管2穿过模板1背楞上的孔，位于模板1背面与保温层3之间。

优选的方案如图1、3中，所述的冷却水管8沿着混凝土10分层布置，导热管2也沿着混凝土10分层布置，冷却水管8通过第一汇流管与换热箱9连接，换热箱9的出水口的位置设有可调流速的泵11；

导热管2通过第二汇流管5与换热箱9连接；即从换热箱9出来的冷却水，通过泵11泵入到第一汇流管17，然后经过第一汇流管17流入到各层的冷却水管8中，经过换热后，进入到导热管2，然后流回到换热箱9内。

在导热管2的进口位置设有出水口温度传感器12，在导热管2的出口位置设有回水口温度传感器13，通过出水口温度传感器12的反馈调节泵11的流速。通过回水口温度传感器13反馈模板1的温度，以判断是否需要启动加热装置。

优选的方案如图2中，在模板1的背面还设有电加热丝，或者在保温层3的背面设有加热层4，加热层4内设有用于使模板1发热的电磁线圈。本例中优选采用加热层4的方案，加热层4为绝缘阻燃隔热材质，例如玻纤层、岩棉层，将电磁线圈放置在加热层4内，通入交流电流，即可产生交变电磁场，模板1位于交变电磁场，使模板1上产生电涡流从而发热，由于所需发热温度不高，因此电流的功率较小，而且采用电磁线圈的方案更便于控制也更节能和安全。

优选的方案如图3中，在混凝土10内设有分布式光纤传感器14，分布式光纤传感器14与采集装置15电连接；分布式光纤传感器为现有技术，例如中国专利文献CN103115693A一种分布式光纤拉曼测温系统、CN103630266A光纤测温主机、系统及方法和CN200982895Y可以进行多点测量的光纤传感测温阵列中的记载。测温光纤具有布设较为方便，成本低的优点，但是存在测量数值不精确的缺陷。进一步优选的方案中，在混凝土10内还设有多个温度传感器16，其中至少有一个位于混凝土10的中间位置，还至少有一个位于靠近混凝土10表面的位置，温度传感器16与采集装置15电连接。本例中的温度传感器16优选采用无线式温度传感器，包括预埋式或插入式的无线式温度传感器，也可以采用有线传感器，例如插入式的温度传感器可以采用有线连接的方式，无线式温度传感器以例如WiFi、蓝牙、zigbee、4G等通信方式与采集装置15电连接，优选采用zigbee自组网通信方式。将温度参数上传至采集装置15，采集装置15包括无线信号接收装置和电脑，通过电脑对温度参数进行处理，并由电脑对泵和加热层4加以温度控制。以温度参数为依据进行混凝土温度控制。

优选的方案中，冷却水管8在混凝土内成蛇形布置；

另一可选的方案如图3中，冷却水管8在混凝土内成螺旋布置，冷却水管8的进水口位于螺旋结构的中间位置，冷却水管8的出水口位于螺旋结构的边缘位置。浇筑后的大体积混凝土温度变化，通常从混凝土内部到混凝土表面逐渐降低，采用螺旋结构的冷却水管8，能够使冷却水优先降低混凝土内部的温度，然后再降低或升高混凝土表面的温度，从而使混凝土内部到表面之间的温度差位于25℃之内。

实施例2：

一种采用上述的适用于大体积混凝土冬季保温的复合模板结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、在模板1背面安装导热管2和保温层3；导热管2穿过模板1的背楞。保温层3穿过拉杆7以垫圈和螺母加以固定。

S2、大体积混凝土结构浇筑前布置冷却水管8，优选的，单层的冷却水管8采用螺旋形布置，冷却水管8的进水口位于混凝土10中间的位置，即最难以散热的位置，通常该处位置的温度达到60~65℃。在浇筑前布置温度传感器；

优选的方案中，所述的温度传感器包括分布式光纤传感器14和温度传感器16；

其中，分布式光纤传感器14至少沿着温度变化方向布设，温度传感器16至少在混凝土10的内部和表面各布设一个，通过分布式光纤传感器14检测混凝土10的温度变化梯度，通过温度传感器16对分布式光纤传感器14的监检测数据进行校正。通过分布式光纤传感器14获得温度变化曲线，然后通过埋设的温度传感器16对温度变化曲线上相应位置的数值进行替换，并以温度变化曲线加以拟合，即使温度变化曲线穿过被替换的数值，或者位于被替换的数值附近，从而得到更为精确的温度变化曲线。由此方案，能够在降低施工成本、提高施工效率的基础上，得到相对精确的温度参数，以实现混凝土10温度的自动控制。

S3、通过拉杆7安装模板1；立模浇筑。

S4、将冷却水管8的进水口与换热箱9连接，换热箱9出口的位置安装泵11，冷却水管8的出水口与导热管2的一端连接，导热管2的另一端与换热箱9连接；

在导热管2的两端分别设置出水口温度传感器12和回水口温度传感器13；

S5、根据预设控温要求，在冷却水管8中通入冷却水，在满足控温要求的前提下，确保混凝土10内部与表面温差不超过预设温度差；

优选的方案中，根据预设控温要求和混凝土10内的温度传感器、出水口温度传感器12的反馈控制冷却水管8中冷却水的通水流量；

根据出水口温度传感器12与回水口温度传感器13之间的差值判断是否启动辅助加热。参见图6，在各期的冷却阶段，降温速率要小于或等于0.5℃/每天，在控温阶段中，温度变化幅度要小于或等于1℃/每天。控温的原则是温度变化符合图6中控温曲线的要求，在环境温度不低于10℃时，优先使用通水控温，通过调节冷却水管8中的通水流量控制温度。当通水控温处于满负荷状态，并检测到混凝土内部温度和混凝土表面温度相差大于或等于25℃时，辅助启动模板1辅助加热装置，例如电磁线圈，进行电磁感应加热。当环境温度低于10℃时，则在通水控温的同时，还需持续驱动模板1辅助加热装置进行加温。

通过以上步骤实现大体积混凝土冬季保温施工。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的技术特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。