混凝土电热温控结构的制作方法

1.本公开涉及土木水利工程技术领域，尤其涉及一种适用于大体积混凝土工程的混凝土电热温控结构。


背景技术：

2.导电混凝土是指在保证混凝土材料力学和耐久性能的基础上，掺入适量的导电相材料能够大幅降低电阻率，使其具有优良的力学性能与电热性能，导电混凝土已成功应用于实现桥梁、路面以及机场跑道的融雪除冰、地面采暖、健康诊断监测以及电磁屏蔽功能。
3.然而，现阶段导电混凝土在大体积混凝土结构中应用较少，更多的是利用融雪除冰。导电混凝土难以应用于大体积混凝土结构的原因主要是缺乏精确的温度控制，当产生电热过多时虽然能控制表面温降，但电热会向大体积混凝土结构的核心传导，使得混凝土内部温度升高，不利于温控防裂。
4.因此，浇筑导电混凝土层的同时，辅以合理的电极布置措施与通水冷却结构，可为解决大体积混凝土结构的温控问题提供新的思路，对导电混凝土的研究与开发具有广阔的前景和重要的实用意义。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本公开提供了一种混凝土电热温控结构，以解决冬季寒冷地区温差过大导致大体积混凝土开裂，现有的导电混凝土层的温控精度不高，过多的电热传入大体积混凝土内部造成不利影响等技术问题。
7.(二)技术方案
8.根据本公开的一个方面，提供了一种混凝土电热温控结构，铺设在混凝土结构表面，其包括：
9.第一电极保护层，铺设在所述混凝土结构上；
10.第一电极层，铺设在所述第一电极保护层上；
11.导电混凝土层，铺设在所述第一电极层上；
12.第二电极层，铺设在所述导电混凝土层上；
13.第二电极保护层，铺设在所述第二电极层上；
14.外接电源，所述外接电源的正极与所述第一电极层电连接，所述外接电源的负极与所述第二电极层电连接。
15.在本公开的一些实施例中，所述混凝土结构包括：至少两层普通混凝土层；冷却水管，呈s型布设在相邻两层所述普通混凝土层之间。
16.在本公开的一些实施例中，所述第一电极层包括：多个条带状铜网，多个所述条带状铜网呈阵列状铺设在所述第一电极保护层上；所述第二电极层包括：多个条带状铜网，多个所述条带状铜网呈阵列状铺设在所述导电混凝土层上；所述条带状铜网的孔径不小于
10mm，丝径不小于1mm，宽度为1.0～5.0m。
17.在本公开的一些实施例中，相邻两个所述条带状铜网间的间距不超过所述导电混凝土层的厚度的1/3。
18.在本公开的一些实施例中，所述冷却水管以相等的间距进行布设，所述间距为1.0m～2.5m。
19.在本公开的一些实施例中，所述冷却水管的内半径为1.0cm～1.5cm，所述冷却水管的外半径为1.5cm～2.0cm，所述冷却水管的通水流速为0.5～1.5m3/h。
20.在本公开的一些实施例中，所述导电混凝土层包括：按质量份数计，水泥140～200份，粉煤灰60～150份，炭黑15～30份，细骨料550～880份，粗骨料1100～1500份，水120～165份，减水剂1.5～3份，表面活性剂15～30份。
21.在本公开的一些实施例中，所述细骨料由轻骨料在相变材料中浸泡而成，其中所述相变材料为有机石蜡溶液。
22.在本公开的一些实施例中，所述外接电源的电压小于等于36v，所述导电混凝土层的电阻率小于1000ω
·
cm。
23.在本公开的一些实施例中，所述普通混凝土层为碾压混凝土或常态混凝土；所述冷却水管的材料为聚氯乙烯管或金属管。
24.(三)有益效果
25.从上述技术方案可以看出，本公开适用于大体积混凝土工程的混凝土电热温控结构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
26.(1)本公开中将两个电极层分别铺设在导电混凝土层的上下表面，充分利用导电混凝土层的电热性能，能够降低大体积混凝土结构的温度敏感性，实现大体积混凝土结构的表面温控防护，为保证结构安全运行提供技术支撑。
27.(2)本公开中电极层采用条带状铜网，通过电极的优化布置解决了导电混凝土的电热性能与施工成本间的矛盾。
28.(3)本公开中混凝土电热温控结构配合呈s型布设的冷却水管的设置，对多余电热进行梯度冷却，防止多余的电热传入大体积混凝土核心。
附图说明
29.图1为本公开实施例混凝土电热温控结构铺设在混凝土结构上的示意图。
30.图2为图1中混凝土电热温控结构的示意图。
31.图3为图2中条带状铜网的结构示意图。
32.图4为图1中混凝土结构的示意图。
33.【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
34.100
‑
混凝土电热温控结构；
35.110
‑
第一电极保护层；
36.120
‑
第一电极层；
37.130
‑
导电混凝土层；
38.140
‑
第二电极层；
39.150
‑
第二电极保护层；
40.200
‑
混凝土结构；
41.210
‑
普通混凝土层；
42.220
‑
冷却水管。
具体实施方式
43.本公开提供了一种混凝土电热温控结构，铺设在混凝土结构表面，其中，所述混凝土电热温控结构包括：第一电极保护层、第一电极层、导电混凝土层、第二电极层、第二电极保护层和外接电源；第一电极保护层铺设在所述混凝土结构上；第一电极层铺设在所述第一电极保护层上；导电混凝土层铺设在所述第一电极层上；第二电极层铺设在所述导电混凝土层上；第二电极保护层铺设在所述第二电极层上；外接电源的正极与第一电极层电连接，外接电源的负极与第二电极层电连接。本公开将两个电极层分别铺设在导电混凝土层的上下表面，充分利用导电混凝土层的电热性能，能够降低大体积混凝土结构的温度敏感性，实现大体积混凝土结构的表面温控防护。
44.关于大体积混凝土，是指结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，通常会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化导致有害裂缝产生，通过本公开可有效改善大体积混凝土的温度分布，减少温度裂缝造成的危害。。
45.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
46.本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
47.在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种混凝土电热温控结构。图1为本公开实施例混凝土电热温控结构铺设在混凝土结构上的示意图。如图1所示，混凝土电热温控结构铺设在混凝土结构表面。
48.图2为图1中混凝土电热温控结构的示意图。如图2所示，本公开混凝土电热温控结构100包括：第一电极保护层110、第一电极层120、导电混凝土层130、第二电极层140、第二电极保护层150和外接电源。
49.第一电极保护层110铺设在所述混凝土结构200上；第一电极层120铺设在所述第一电极保护层110上；导电混凝土层130铺设在所述第一电极层120上。其中，第一电极层120包括：多个条带状铜网，多个所述条带状铜网呈阵列状铺设在所述第一电极保护层110上。外接电源的正极与第一电极层120电连接。
50.图3为图2中条带状铜网的结构示意图。如图3所示，所述条带状铜网的孔径r1≥10mm，丝径r2≥1mm，宽度d＝1.0～5.0m。相邻两个所述条带状铜网间的间距不超过所述导电混凝土层130的厚度的1/3，导电混凝土层130的厚度为0.5～3m。
51.第二电极层140铺设在所述导电混凝土层130上；第二电极保护层150铺设在所述第二电极层140上。外接电源的负极与第二电极层140电连接。其中，第二电极层140包括：多个条带状铜网，多个所述条带状铜网呈阵列状铺设在所述导电混凝土层130上。具体的，所述条带状铜网的孔径r1≥10mm，丝径r2≥1mm，宽度d＝1.0～5.0m。
52.相邻两个所述条带状铜网间的间距不超过所述导电混凝土层130的厚度的1/3，导
电混凝土层130的厚度为0.5～3m。本领域技术人员应该了解的是，第一电极层120和第二电极层140可以选择相同的条带状铜网的布置方式。第一电极层120和第二电极层140也可以选择不同的条带状铜网的布置方式，这里不具体限定。
53.导电混凝土层130包括：按质量份数计，水泥140～200份，粉煤灰60～150份，炭黑15～30份，细骨料550～880份，粗骨料1100～1500份，水120～165份，减水剂1.5～3份，表面活性剂15～30份。其中，细骨料为封装的蓄热骨料。蓄热骨料由轻骨料在相变材料(如有机石蜡溶液)中浸泡而成，所述有机石蜡溶液能通过固
‑
液相的改变提高表明混凝土的比热容，同时用于储存电热能节约成本。
54.外接电源的电压不超过安全电压36v，所述导电混凝土层130的电阻率不超过1000ω
·
cm。
55.图4为图1中混凝土结构的示意图。如图4所示，混凝土结构200包括：至少两层普通混凝土层210和冷却水管220。
56.普通混凝土层210的层数例如为两层、三层等，根据实际应用场景进行调整选择，不再一一例举。
57.普通混凝土层210为碾压混凝土或常态混凝土。其中，碾压混凝土包括：水泥60～100份，粉煤灰90～150份，细骨料700～900份，粗骨料1200～1500份，水70～100份，减水剂0.5～1份，适用于低成本建设与快速施工的混凝土结构。常态混凝土包括：水泥150～200份，粉煤灰30～80份，细骨料600～800份，粗骨料1300～1700份，水80～110份，减水剂0.5～1份，适用于结构形式相对复杂的结构。
58.冷却水管220呈s型布设在相邻两层所述普通混凝土层210之间。其中，冷却水管220以相等的间距进行布设，所述间距为1.0m～2.0m。冷却水管220的内半径为1.0cm～1.5cm，所述冷却水管220的外半径为1.5cm～2.0cm，所述冷却水管220的通水流速为0.5～1.5m3/h。
59.需要说明的是，为避免造成过大的温度梯度，不利于混凝土结构防裂，与第一电极保护层相接触的这层普通混凝土层210，其与第一电极保护层间一般不设置冷却水管220。
60.至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
61.依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开混凝土电热温控结构有了清楚的认识。
62.综上所述，本公开提供一种适用于大体积混凝土工程的混凝土电热温控结构，解决冬季寒冷地区温差过大导致大体积混凝土开裂，现有的导电混凝土层的温控精度不高，过多的电热传入大体积混凝土内部造成的不利影响等问题，实现大体积混凝土结构的表面温控防护，为保证结构安全运行提供技术支撑。
63.还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
64.并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
65.除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10％的变化、在一些实施例中
±
5％的变化、在一些实施例中
±
1％的变化、在一些实施例中
±
0.5％的变化。
66.再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
67.说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
68.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
69.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。