一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置和方法与流程

本发明属于建筑领域，具体涉及一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置和方法。

背景技术：

如今，裂缝仍然是困扰大体积混凝土结构的顽疾。研究和实践表明，温度应力是导致大体积混凝土施工期乃至运行期开裂的最主要原因。在施工期，混凝土中的胶凝材料的水化反应产生大量的热会引起结构温度上升，温升带来的内外温差变形在自约束作用下产生的温度应力容易造成结构表面裂缝，此外，结构后期整体降温温差在外约束作用下产生的温度应力容易引起结构贯穿性裂缝。因此，控制混凝土早期水化温升是防裂的最重要措施之一。

通水冷却经过数十年的工程实践验证和研究，已经被证明是一种行之有效的温控措施之一。最早在1931年，美国垦务局对owyhee拱坝进行了混凝土水管冷却的现场试验，取得了令人满意的效果。1935年hoover拱坝开始施工，全面采用水管冷却，取得了良好的效果，冷却水管开始在全世界范围内推广。1956年我国在兴建造洪甸拱坝时就开始采用水管冷却。在长期经验积累及理论研究过程中，人们对水管冷却的施工工艺有了更深刻的认识，早期的水管冷却大部分使用铁管，近年来塑料管也开始被广泛使用起来，如二滩拱坝使用了高聚乙烯水管取得了较好的效果。虽然通水冷却在冷却效果方面取得了具有较好的效果，但其水管布置、制冷成本等方面存在诸多不足。尤其是对于渡槽、边墙、底板等薄壁结构，布置水管后混凝土仍然会出现较多的裂纹。因为除了温度应力外、干缩应力也是混凝土结构的致裂因素之一。

混凝土干缩是由混凝土水分的丧失造成的，混凝土在干燥的空气中硬化，水分逐渐蒸发就容易产生干缩。混凝土表面在干燥空气的影响下水分挥发后容易产生干缩裂纹，因此传统的观点都认为只需对其表面就行加湿处理而无需对混凝土内部加湿，所以在混凝土内部只采取通冷却水冷却减少因温升产生的裂纹，且冷却水管在埋设过程中接头需要采用胶带缠裹，防止漏水。现有技术中缺少在混凝土内部同时冷却和加湿养护的装置和方法。

中国专利cn102094528b公开了一种大体积混凝土冷却水管布置方法，包括以下步骤：a、采用实测或温度场数值仿真技术得出大体积混凝土的温度场分布情况，画出温度场的等温线图；b、沿等温线或接近等温线布置冷却水管，将进水设置在混凝土温度最高的区域，水管间距根据等温线间距布置或近似等间距布置。该专利提供的一种大体积混凝土冷却水管布置方法，克服了等间距布置冷却水管的缺点，能有效减小混凝土内部温度差异，减小混凝土内部温度应力，防止温升裂缝的产生，但是对于混凝土内部的干缩裂缝并没有较好的控制方法。

中国专利cn206486448u公开了一种大体积混凝土的风冷控温装置。所述冷却装置包括由风机和通风管道组成的风冷机构、加湿机构和温度监测机构，通风管道穿过混凝土且一端通过变径连接件与风机连接，加湿机构包括湿度控制箱，湿度控制箱的水雾出口处设有湿气输送主管，湿气输送主管通过支管与通风管道连接，温度监测机构包括数条数据线和设置于混凝土内部、上表面及外界的测温构件，测温构件分别通过数据线与温度采集器连接，信号通过无线数据传输至控制终端。该专利中通风管道对大体积混凝土进行通风降温并实现数据监控，对大体积混凝土的温度裂缝进行有效控制，提高了工程质量。其中设置了加湿机构，但是由于输送管道内部并没有开设通气孔，加湿机构并不能对混凝土内部进行加湿养护。

技术实现要素：

本发明目的是针对上述现状，本发明发现混凝土内部也容易产生干缩裂纹，为了至少解决上述技术问题之一，设计一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置，采用冷却空气和雾气对混凝土内部进行降温和加湿；可实现混凝土永久养护，混凝土取样检测结论分析，材料水化，提高混凝土后期强度和耐久性。对由内部混凝土进行后期湿养护，继续促进胶凝材料水化，同时减少混凝土的温度收缩和干燥收缩，有效实现抗裂，且可以大大降低成本，提高效率。

本发明目的的实现方式为：一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置，包括空气制冷机、雾化器和冷气管道；冷气管道包括冷气主管道和多条均匀预埋在混凝土中的迂回的冷气埋管，空气制冷机的出气口和雾化器的排雾口与冷气主管道相连，冷气主管道同时连接多条冷气埋管，冷气埋管的进口设置控制阀门；冷气埋管管壁设置多个通气孔。通气孔可沿管壁按梅花形均匀布置，根据冷却管材质、混凝土级配可设置不同的孔径和间距。

本发明采用制冷空气代替制冷水作为冷媒，无需在现场设置专门大规模存储冷却水的工程设施，也无需复杂的回路系统，现场冷气埋管布置简单，且空气制冷机制冷效率高，成本低。采用管壁带通气孔的冷却埋管代替传统水管，通过雾化器增加冷风的湿度，水雾通过冷气埋管的通气孔进入混凝土内部，实现内部湿养护，施工冷却期间无爆管风险；混凝土凝结后降温器结束后，可以将冷却埋管连接水管进行低压灌水，进一步通过渗水继续进行湿养护。发明人发现通过水汽对混凝土内部进行湿养护可以大大降低其收缩应力，有效实现抗裂。

作为本发明的一种优选方案，所述冷气埋管出口与真空管道相连，真空管道上设置真空泵和电子真空表。进一步优选地，所述真空泵的出口连接雾化器的进气口。

通过真空泵在冷气埋管出口施加-0.01～-0.03mpa的微负压可以加快低温雾化水汽在冷气埋管中的流动，使其混凝土内部更快速均匀地降温。通过真空泵出口的低温雾化水汽再次进入雾化器循环使用，节约用水。

作为本发明的一种优选方案，所述冷气埋管内壁设有透气防堵档圈。所述透气防堵档圈可以采用现有技术中过滤网预先安装在冷气埋管内用于防止混凝土浇筑过程中混凝土通过通气孔进入冷气埋管堵塞管道。

作为本发明的一种优选方案，所述冷气埋管内壁内设置多个保湿环，多个保湿环沿冷气埋管长度方向均匀布置；保湿环朝向冷气埋管的中心且向冷气埋管的进口方向倾斜设置。所述保湿环可以采用现有技术中的保湿棉或保湿纤维等材料，保湿环的设置可以同时起到阻挡雾气、吸收雾气和释放湿气的作用，避免湿气直接从冷却埋管的出口排出；且促使雾气从通气孔进入混凝土；保湿环可预先吸饱水后安装在冷气埋管内壁，在周围环境湿度较低时水分会从中挥发出来，可以在雾化器未开启时短时间保持内部湿度稳定，雾化器开启后重新吸收水分，有效利用雾化水汽，可以降低雾化器的开启时间，减低成本，也可以维持内部的湿度更稳定，使湿气能够充分养护混凝土。

作为本发明的一种优选方案，所述雾化器采用大功率超声波雾化器。大功率超声波雾化器雾化颗粒较细，易被混凝土吸收，且雾化速度快，可同时供应大面积的混凝土中多条冷气埋管，提高加湿速度。

作为本发明的一种优选方案，所述混凝土外围和内部钢筋上固定布置多个温度传感器、湿度传感器和应力传感器；进一步优选地，冷气埋管内设有流量传感器。通过温湿度以及流量监测可以更方便调控制冷和雾化速度。应力传感器可以用于测试混凝土内部在固化过程中产生的应力，累积不同条件下混凝土的应力变化数据，用于进一步优化养护工艺降低内部应力，避免裂纹产生。

进一步优选地，所述控制阀门为电磁阀，所述雾化器、空气制冷机、真空泵和电磁阀的信号输入端均连接可编程显示控制器；所述温度传感器、湿度传感器、应力传感器、流量传感器、真空表均将数据传输给可编程显示控制器。根据监测的数据累积的经验后可通过可编程控制器可以预设特定的养护程序，实现自动养护。

使用上述养护装置进行混凝土内部降温和加湿的方法，包括如下步骤：

(1)冷气埋管上设有流量传感器；保湿环可预先充分吸水均匀间隔安装在管状的透气防堵档圈上，然后将透气防堵档圈固定在冷气埋管上；分层连续浇筑混凝土，在混凝土中预埋多个冷气埋管、温度传感器、湿度传感器、应力传感器；

(2)将冷气埋管和外部管道及真空泵、空气制冷机和雾化器连接，可编程显示控制器与雾化器、空气制冷机、真空泵和电磁阀的信号输入端电连接；可编程显示控制器与温度传感器、湿度传感器、应力传感器、流量传感器、真空表的数据输出端电连接；

(3)混凝土固化过程中，检测内外部温度、湿度和应力，当检测到内外部温度或湿度超过设定范围时，可编程显示控制器控制启动空气制冷机、雾化器、电磁阀和真空泵并控制制冷、雾化及抽真空速度；

(4)降温和加湿过程可编程显示控制器持续接收并记录温度传感器、湿度传感器、应力传感器、流量传感器、真空表的数据信息，并根据监测到的温湿度和流量数据时刻调整制冷、雾化及抽真空速度。

本发明的用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置具有以下优点：

(1)可同时进行加湿和降温养护混凝土内部，大大降低内部应力，减少温度收缩及干燥收缩，减少裂纹。

(2)通过大功率超声雾化器产生细小雾化颗粒通过通气孔进入混凝土，提高加湿效率，且冷却埋管内设置的保湿环具有稳定湿度和阻挡雾气的作用，解决湿气难以进入混凝土内部的难题，使混凝土持续吸收湿气达到良好养护效果。

(3)雾化水汽循环利用，节省用水，且提高雾化水汽利用率。

(4)施工冷却期间管道不易堵塞，无爆管风险。

(5)降温期结束后，冷却管中可以直接低压灌冷水，进一步通过渗水继续进行混凝土后期的湿养护，持续提高混凝土后期强度和耐久性。

(6)低温雾化水汽在冷气埋管中的流动速度均匀可控，湿度稳定，使其混凝土内部更快速均匀地降温和加湿。

(7)通过应力传感器监测不同的养护条件下的应力变化，累积养护环境与内部应力的关系数据，通过可编程显示控制器与温湿度传感器等连接可以实现养护程序自动化。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置；

图2是图1中a处的放大图；

图3是本实施例2中一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置；

图4是本实施例2中b处冷气埋管的部分剖面放大结构示意图。

图中：1、空气制冷机；2、雾化器；3、冷气主管道；4、冷气埋管；5、混凝土；6、通气孔；7、控制阀门；8、冷气埋管进口；9、冷气埋管出口；10、真空泵；11、真空表；12、透气防堵档圈；13、保湿环；14、温湿度传感器；15、应力传感器；16、流量传感器；17、可编程显示控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体附图仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-2所示，本实施例的一种用于大体积混凝土内部降温及加湿的养护装置，包括空气制冷机1、雾化器2和冷气管道；冷气管道包括冷气主管道3和多条均匀预埋在混凝土5中的冷气埋管4，空气制冷机1的出气口和雾化器2的排雾口与冷气主管道3相连，冷气主管道3同时连接多条冷气埋管4，冷气埋管进口8设置控制阀门7；冷气埋管4管壁设置多个通气孔6。冷气埋管出口9位于混凝土外侧。所述雾化器采用大功率超声波雾化器。制冷设备采用工业用冷气机，其功率根据施工进度定制。湿养护通气孔6沿冷气埋管4的管壁按梅花形布置。混凝土中每20cm间距布置一根冷气埋管，冷气埋管的直径为30mm，通气孔的孔径为5mm；间距为10mm。本实施例的养护装置可以根据现场情况人工开启空气制冷机、雾化器和控制阀门，对大体积混凝土内部进行降温和加湿。

本实施例的采用和管壁带小孔的冷却管代替传统水管，通过雾化装置增加冷风湿度，水雾通过冷却管壁上的小孔进入混凝土内部，实现内部湿养护。与传统的通水冷却相比，本措施的优势主要有以下几个方面(1)将通水冷却与内部湿养护结合，减少温度收缩的同时，减少混凝土干燥收缩，有效实现抗裂；(2)无需在现场专门大规模存储冷却水的工程设施。(2)无需复杂的回路系统，现场冷却管布置简单；(3)制冷空气制备效率高，成本低；(4)施工冷却期间无爆管风险。(5)混凝土凝结后，降温期结束后，冷却管中可以直接灌水，进一步通过渗水继续进行湿养护。(6)可实现混凝土永久养护，混凝土取样检测结论分析，材料水化，提高混凝土后期强度和耐久性。对由内部混凝土进行后期湿养护，继续促进胶凝材料水化。

实施例2

如图3-4所示，相比实施例1，本实施例的冷气埋管出口9与真空管道相连，真空管道上设置真空泵10和电子真空表11。所述真空泵10的出口连接雾化器2的进气口。所述冷气埋管4内壁设有透气防堵档圈12。所述冷气埋管4内壁内设置多个保湿环13，多个保湿环13沿冷气埋管长度方向均匀布置；保湿环朝向冷气埋管的中心且向冷气埋管4的进口方向倾斜设置。所述混凝土5外围和内部钢筋上固定布置多个温度传感器、湿度传感器。所述温湿度传感器为一体式探头型的温湿度传感器14。所述混凝土外围和内部的钢筋上还固定布置多个应力传感器15；所述应力传感器既可以测试膨胀应力，也可以测试收缩应力。冷气埋管内设有流量传感器16。所述控制阀门7为电磁阀，所述雾化器2、空气制冷机1、真空泵10和电磁阀的信号输入端均连接可编程显示控制器17；温湿度传感器14、应力传感器15、流量传感器16、真空表11均将数据传输给可编程显示控制器17。可编程控制器包括plc控制器和与之连接的计算机作为输入和显示器，计算机内设置控制系统自动控制温湿度、流量和真空度等参数。图中仅示意性画出部分传感器和部分电连接线。

使用本实施例进行进行混凝土内部降温和加湿的方法，包括如下步骤：

(1)冷气埋管上设有流量传感器；保湿环预先充分吸水、均匀间隔安装在管状的透气防堵档圈上，然后将透气防堵档圈固定在冷气埋管上；分层连续浇筑混凝土，在混凝土中预埋多个冷气埋管、温度传感器、湿度传感器、应力传感器；

(2)将冷气埋管和外部管道及真空泵、空气制冷机和雾化器连接，可编程显示控制器与雾化器、空气制冷机、真空泵和电磁阀的信号输入端电连接；可编程显示控制器与温度传感器、湿度传感器、应力传感器、流量传感器、真空表的数据输出端电连接；

(3)混凝土固化过程中，检测内外部温度、湿度和应力，当检测到内外部温度或湿度超过设定范围时时可编程显示控制器控制启动空气制冷机、雾化器、电磁阀和真空泵并控制制冷、雾化及抽真空速度；

(4)降温和加湿过程可编程显示控制器持续接收并记录温度传感器、湿度传感器、应力传感器、流量传感器、真空表的数据信息，并根据监测到的温湿度和流量数据时刻调整制冷、雾化及抽真空速度。刚开始可以根据水泥型号和环境温度不同，设定内部温度高于外部温度5～10℃即开启空气制冷机，湿度低于85～90％开启雾化器，并同时开启真空泵保持微真空度-0.01～-0.02mpa，并开启相应位置的电磁阀；记录温湿度变化、流量变化、制冷和雾化功率等与混凝土的应力变化关系曲线，累积经验，后可选择最优的养护条件。

本装置中雾化水汽通过微真空带动顺畅在管道中流通，且可以循环利用，节省用水，且提高雾化水汽利用率；冷却埋管内预设透气防堵圈和保湿环，具有防止冷风埋管堵塞且保证稳定的湿度环境，混凝土持续吸收使其达到良好的湿养护效果。

使用本实施例的装置进行养护不仅可以智能自动控制养护温湿度和冷风流量，还可以累积养护条件与混凝土内部应力的变化情况，可用于严格控制混凝土养护条件，保证内部拉应力不超过混凝土的抗拉强度极限值，且内部和外部混凝土的应力差值控制在较小范围，防止裂缝的产生。本装置在养护过程中相对于仅开冷气降温养护而言，同时开启雾化器，不仅可以加快降温速度，混凝土内部设置的应力传感器检测到混凝土的收缩应力也变小，且拉应力值远远低于该混凝土型号的抗拉强度极限值，从而避免混凝土裂缝的产生。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。