一种大体积混凝土施工控温方法与流程

本发明涉及一种大体积混凝土施工控温方法，属于大体积混凝土施工技术领域。

背景技术：

国标《大体积混凝土施工规范》(gb50496-2009)里规定，混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。大体积混凝土广泛应用于建筑工程、桥梁工程、水利工程等大型基础性工程中。

混凝土凝固的过程中会释放水化热，导致混凝土升温，如果混凝土内外温差较大，则会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。为此，美国混凝土学会(aci)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。

一般来说，大体积混凝土施工过程中的温度变化具有如下规律：

1、浇筑过程中，上部刚浇筑的混凝土还没有开始升温，只有下部先浇筑的混凝土开始放热，且温度呈持续上升的趋势。

2、浇筑完成后，温度先呈持续上升的趋势，并在3-5天左右达到最高值，然后开始降温，大约15天后就无需控温了。

目前，现有技术中采用的控温方法是在混凝土内埋设水管等散热材料，但是这种方式存在以下弊端：

1、不应该冷却的时候开启冷却。例如，浇筑过程中，混凝土还没有开始升温，就已经开始冷却了。

2、开启冷却后，不能及时停止冷却。例如，浇筑过程中，混凝土温度已经降下来了，没有及时停止冷却。

3、温度下降过程中过度持续冷却，造成温度下降过快。

如果温控不好，会影响产品质量，并有重大安全隐患。一旦内部温度超过75度，则属于施工不合格。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种大体积混凝土施工控温方法，其能够在大体积混凝土施工过程中进行自动控温，可以有效保障大体积混凝土施工的施工质量。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大体积混凝土施工控温方法，其中：

施工前，根据施工高度，在施工体内选定一层或多层，层间间距为50～100cm，最上层距离施工体顶面的距离和最下层距离施工体底面的距离均在40～60cm范围内；

在每一层内布置水管，边缘处水管到该处施工体体壁的距离为50～80cm，每层中相邻两段水管之间的距离为50～100cm，每层水管的入水管头和出水管头均向上延伸并露出于施工体的上表面外；

在每一层内的混凝土中心处、混凝土边缘处以及混凝土中心和边缘的中间位置处布置温度传感器，其中，边缘处的传感器与该处施工体体壁的距离为40～60cm，所有温度传感器均通过线路与设于施工体外的控制器连接，所述控制器通过驱动电机控制各层水管内的水流；

开始混凝土浇筑，在浇筑过程以及浇筑之后的硬化过程中，通过控制器采集各温度传感器的读数，并根据读数控制各层水管的水流；

所述控制器用于执行如下程序：

连续采集各温度传感器的读数，并对一定时间内每个温度传感器的读数进行筛选和求平均，得到每个温度传感器的读数均值；

对驱动电机的工作模式进行循环判断，每次判断时：

若有一个温度传感器的当前读数均值大于第一预设温度，或中心温度与表面温度相差大于第一预设温差，则控制驱动电机持续工作；

若没有温度传感器的当前读数均值大于第二预设温度，且中心温度与表面温度相差不大于第二预设温差，则控制驱动电机停止工作；

若中心温度大于第三预设温度，且连续三次判断时所获得的中心温度呈持续下降形势，则控制驱动电机以占空比模式工作；

若驱动电机处于占空比工作模式，且中心温度相比上次判断时的中心温度上升了设定阈值，则控制驱动电机持续工作；

所述表面温度为施工体表面处多个温度传感器读数均值的算术平均值；

所述中心温度为施工体混凝土区域中心位置处多个温度传感器读数均值的算术平均值。

具体的，所述表面温度为施工体内顶层以及除顶层外每层边缘处所有温度传感器读数均值的算术平均值，所述中心温度为中间一层或多层中中心及中间位置处所有温度传感器读数均值的算术平均值。

具体的，所述施工体为承台，承台的各层中均设置有五个温度传感器；每层中，第一温度传感器设于中心位置处，第二、第三温度传感器分别设于该层的两个相邻的侧边处，第四、第五温度传感器分别设于第一温度传感器与第二、第三温度传感器的中间位置处。

具体的，所述连续采集各温度传感器的读数，并对一定时间内每个温度传感器的读数进行筛选和求平均，得到每个温度传感器的读数均值的具体方式为：针对每个温度传感器：

每隔1～5秒采集一次温度读数；

采集20组读数后，将读数按大小进行排序，取中间30％～50％的读数，得到初选读数；

取初选读数的中位数，将初选读数中，偏离中位数超过1℃，或不在-40℃～100℃范围内的读数滤除，得到合规读数；

对合规读数取平均值，作为该温度传感器的读数均值。

具体的，所述占空比模式的周期为5～20分钟，每个周期内驱动电机先工作再停止，每个周期内驱动电机工作时间的占比为1％～90％。

具体的，所述第一、第二、第三预设温度均为40℃，所述第一、第二预设温差均为20℃。

具体的，所述第一预设温度和第一预设温差均为变量，若驱动电机连续从持续工作状态切换至停止状态再切换回持续工作状态，则切换回持续工作状态时的第一预设温度和第一预设温差均取原始值与回差值之和，其他情况下，第一预设温度和第一预设温差均取原始值，所述回差值为0.1～2℃。

具体的，所述设定阈值为1～2℃。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明方法可以对大体积混凝土内的温度进行实时监控，并对大体积混凝土进行自动控温，可以有效防止温度过高或温差过大而导致的质量问题，整个控温过程可以做到无人值守，控温准确且节省人工。

2、本发明方法可以对包括浇筑和硬化的整个施工过程进行统一的温度控制，尤其是针对硬化过程中的降温阶段，本发明可以通过占空比模式控制温度降低的速度，有效保障施工质量。

3、进一步地，本发明通过设置回差值，可以避免温度处于临界值时驱动电机的频繁开闭问题，从而延长驱动电机的使用寿命。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图。

图1为本发明实施例中控制器的工作流程图；

图2为本发明实施例中一种施工体的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做进一步的说明。

一种大体积混凝土施工控温方法，其中：

施工前，根据施工高度，在施工体内选定一层或多层，层间间距为50～100cm，最上层距离施工体顶面的距离和最下层距离施工体底面的距离均在40～60cm范围内；

在每一层内布置水管，边缘处水管到该处施工体体壁的距离为50～80cm，每层中相邻两段水管之间的距离为50～100cm，每层水管的入水管头和出水管头均向上延伸并露出于施工体的上表面外；

在每一层内的混凝土中心处、混凝土边缘处以及混凝土中心和边缘的中间位置处布置温度传感器，其中，边缘处的传感器与该处施工体体壁的距离为40～60cm，所有温度传感器均通过线路与设于施工体外的控制器连接，所述控制器通过驱动电机控制各层水管内的水流；

开始混凝土浇筑，在浇筑过程以及浇筑之后的硬化过程中，通过控制器采集各温度传感器的读数，并根据读数控制各层水管的水流；

所述控制器用于执行如下程序：

连续采集各温度传感器的读数，并对一定时间内每个温度传感器的读数进行筛选和求平均，得到每个温度传感器的读数均值；

对驱动电机的工作模式进行循环判断，每次判断时：

若有一个温度传感器的当前读数均值大于第一预设温度，或中心温度与表面温度相差大于第一预设温差，则控制驱动电机持续工作；

若没有温度传感器的当前读数均值大于第二预设温度，且中心温度与表面温度相差不大于第二预设温差，则控制驱动电机停止工作；

若中心温度大于第三预设温度，且连续三次判断时所获得的中心温度呈持续下降形势，则控制驱动电机以占空比模式工作；

若驱动电机处于占空比工作模式，且中心温度相比上次判断时的中心温度上升了设定阈值，则控制驱动电机持续工作；

所述表面温度为施工体表面处多个温度传感器读数均值的算术平均值；

所述中心温度为施工体混凝土区域中心位置处多个温度传感器读数均值的算术平均值。

具体的，所述表面温度为施工体内顶层以及除顶层外每层边缘处所有温度传感器读数均值的算术平均值，所述中心温度为中间一层或多层中中心及中间位置处所有温度传感器读数均值的算术平均值。

具体的，所述施工体为承台，承台的各层中均设置有五个温度传感器；每层中，第一温度传感器设于中心位置处，第二、第三温度传感器分别设于该层的两个相邻的侧边处，第四、第五温度传感器分别设于第一温度传感器与第二、第三温度传感器的中间位置处。

具体的，所述连续采集各温度传感器的读数，并对一定时间内每个温度传感器的读数进行筛选和求平均，得到每个温度传感器的读数均值的具体方式为：针对每个温度传感器：

每隔1～5秒采集一次温度读数；

采集20组读数后，将读数按大小进行排序，取中间30％～50％的读数，得到初选读数；

取初选读数的中位数，将初选读数中，偏离中位数超过1℃，或不在-40℃～100℃范围内的读数滤除，得到合规读数；

对合规读数取平均值，作为该温度传感器的读数均值。

具体的，所述占空比模式的周期为5～20分钟，每个周期内驱动电机先工作再停止，每个周期内驱动电机工作时间的占比为1％～90％。

具体的，所述第一、第二、第三预设温度均为40℃，所述第一、第二预设温差均为20℃。

具体的，所述第一预设温度和第一预设温差均为变量，若驱动电机连续从持续工作状态切换至停止状态再切换回持续工作状态，则切换回持续工作状态时的第一预设温度和第一预设温差均取原始值与回差值之和，其他情况下，第一预设温度和第一预设温差均取原始值，所述回差值为0.1～2℃。

具体的，所述设定阈值为1～2℃。

具体来说，应用该方法可对如图2所示的承台进行控温。该承台长1520cm，宽920cm，高350cm。承台中布设三层水管，每层中布设5个温度传感器，其中，3号传感器位于各层中心，1号传感器位于各层的短边处，5号传感器位于各层的长边处，2号传感器位于各层内1、3号传感器之间，4号传感器位于各层内3、5号传感器之间。则承台的表面温度由上层1、2、4、5号，以及中层1、5号传感器的平均值表征，中心温度由中层2、3、4号传感器的平均值表征。

施工过程中，通过温度传感器采集承台内的温度，并通过驱动电机控制各层水管内的水流，整个控制过程由工控机完成。如图1所示，工控机的控制流程如下：

每隔2秒采集一次温度读数；

取15组数据进行大小排序，取中间5组数据进行合规性处理，并取均值；

每隔30秒对驱动电机的工作模式进行一次判断，每次判断时：

若有一个温度传感器的当前读数均值大于40℃，或中心温度与表面温度相差大于20℃，则控制驱动电机持续工作(即，全速模式)；

若没有温度传感器的当前读数均值大于40℃，且中心温度与表面温度相差不大于20℃，则控制驱动电机停止工作；

若中心温度大于40℃，且连续三次判断时所获得的中心温度呈持续下降形势，则控制驱动电机以占空比模式工作；占空比模式的周期为10分钟，每个周期内驱动电机先工作再停止，每个周期内驱动电机工作时间的占比为60％。

若驱动电机处于占空比工作模式，且中心温度相比上次判断时的中心温度上升了1℃，则控制驱动电机退出占空比模式，进入全速模式；

若驱动电机连续从全速模式切换至停止状态再切换回全速模式，为了防止电机连续启停影响寿命，可在原始预设温度和预设温差基础上加上一个回差值2℃。

总之，本发明方法可以对大体积混凝土内的温度进行实时监控，并对大体积混凝土进行自动控温，可以有效防止温度过高或温差过大而导致的质量问题，整个控温过程可以做到无人值守，控温准确且节省人工，有效地保障了施工质量。

需要指出的是，以上具体实施方式只是本专利实现方案的具体个例，没有也不可能覆盖本专利的所有实现方式，因此不能视作对本专利保护范围的限定；凡是与以上案例属于相同构思的实现方案，或是上述若干方案的组合方案，均在本专利的保护范围之内。