一种大体积混凝土空间立体混合冷却系统的制作方法

本发明涉及土木工程领域，尤其是涉及一种大体积混凝土空间立体混合冷却系统。

背景技术：

传统大体积混凝土冷却系统一般单一地采用水作为冷却介质，并且普遍采用水平分层的方式布置冷却水管。这样的系统存在以下问题：

1、由于冷却水管水平布置，混凝土在厚度方向的散热性能较差，尤其当混凝土厚度较大时，分层层间更容易出现最高温度集中的现象。一个可选的方案是在厚度方向加密冷却管的布置层数，但这样会使得管材的使用和能源的消耗成倍增长。

2、这种系统的冷却介质在携带出混凝土中的热量后，通常是被更低温度的水中和，然后多余的水则外排。而与此同时，为了保证混凝土的质量，在混凝土的表面又需要进行养护，保证其温度和湿度。上述两个能量流动过程，前者的能量没有得到利用，后者却又需要引入外来能量(蒸汽养护)或采取措施防止能量流失(自然养护)，这是非常不经济的。

3、这种系统需水量比较大，对于水资源稀缺地区的工程而言实现起来有相当大的难度。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大体积混凝土空间立体混合冷却系统，解决了解决传统混凝土水冷装置的竖向散热效率和能量利用率低下的问题，以及新型风冷装置冷却效果不稳定和对超大体积混凝土冷却效果差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大体积混凝土空间立体混合冷却系统，包括风冷装置和水冷装置，其中，水冷装置中的水冷管道水平分层分布在混凝土中，风冷装置包括风机、总风管、连接软管、内部风管和散流器，所述的内部风管呈u型竖直分布在混凝土中，所述的总风管设置在混凝土的外侧上方，内部风管的一端通过连接软管连接总风管，另一端连接散流器，所述的风机连接总风管。

进一步地，所述的风冷装置还包括加湿器，所述的加湿器连接总风管的入风口。

进一步地，所述的内部风管为钢管。

进一步地，所述的总风管为软性管。

进一步地，待混凝土冷却工作结束后，拆除连接软管和总风管，向内部风管内浇注混凝土进行封闭。

进一步地，内部风管还包括多根水平管，水平管的两端分别连接u型内部风管的两条竖直管道。

进一步地，所述的水平管和水冷管道上下交错分布。

进一步地，所述的水冷装置包括第一水箱、通水软管、阀门和水泵，水冷管道通过通水软管连接第一水箱，阀门设置在水冷管道的入水口处，所述水泵设置在第一水箱内连接通水软管。

进一步地，每层的水冷管道采用蛇形布置。

进一步地，所述的水冷装置还包括第二水箱，所述的第二水箱通过水泵和通水软管连接第一水箱。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用了风冷和水冷协同作用的模式，形成了空间立体冷却系统，冷却效率相比于传统单一冷却系统提高不少，较高的冷却效率和系统自然形成的养护效果意味着工期的缩短，可以更早更快的进行下一阶段的施工。同时，由于冷却效率的提高，现场水冷管材耗费和能耗在一定程度上得到了降低，经过合理设计，风冷管材和能耗带来的成本增加大于水冷管材耗费和能耗的减少和养护成本的减少的和，则可以做到总成本的减少。

2、通过设置具有加湿器的风冷装置，能够利用加湿的风吸收混凝土内部热量形成热蒸汽，吹出到混凝土表面作养护使用。

3、风冷装置的内部风管竖向布置，可以克服经典水平分层冷却装置在竖向维度上冷却效果不佳的问题。

4、即使风机不工作(如遇到能源不足或机械故障)，风冷装置的管道也可以作为散气孔，以自然冷却的方式控制混凝土温度，提高了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为中间层水冷管道的分布俯视示意图。

图3为最底层水冷管道的分布俯视示意图。

图4为闸门的放大示意图。

图5为水冷管道的局部放大示意图。

图6为水冷机理示意图。

图7为风冷装置安装的侧视示意图。

图8为风机的放大示意图。

图9为加湿器的放大示意图。

图10为连接软管的放大示意图。

图11为内部风管的局部放大示意图。

图12为散流器的放大示意图。

图13为风冷机理示意图。

附图标记：1、风冷装置，11、水平管，12、总风管，13、连接软管，14、内部风管，15、散流器，2、水冷装置，21、水冷管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例以哑铃型桥梁承台为例，提出了一种大体积混凝土空间立体混合冷却系统，具体包括风冷装置1和水冷装置2。

一、水冷装置

水冷装置2包括水冷管道21、通水软管、阀门、水泵和第一水箱。水冷管道21通过通水软管连接第一水箱。

水冷管道21呈蛇形水平分层分布在混凝土中，和传统的大体积混凝土冷却装置布置大体相同，如图2和图3所示。但由于有风冷装置1的存在，水冷装置2在厚度上分层可以布置得少一些，水冷管道21之间相互间距也可适当放宽。本实施例中的布置方式仅供示意和参考，实际应当根据仿真计算的结果或施工现场实际情况，对同层冷却水管根数(一般为1-2根，可以更多)、布置层数、布置形式进行调整。

阀门设置在水冷管道21的入水口处，水泵设置在第一水箱内连接通水软管。第一水箱作为热交换池，水泵提供动力实现冷却水流入水冷管道21。如图4所示的阀门用于控制冷却水进出混凝土。如图5所示的水冷管道21架设在大体积混凝土钢筋骨架上，随混凝土浇筑成为整体，并在完成冷却任务后采用真空压密注浆的方式灌浆。

在另一实施例中，水冷装置2还可以包括一个第二水箱，第二水箱通过水泵和通水软管连接第一水箱。如图6所示，在水冷机理上，将第一水箱作为热中和池，将第二水箱作为热交换池，实现冷却水的内循环和外交换结合，以满足规范对于混凝土绝热温升不太大、混凝土空间温度梯度不太大、混凝土降温速度不太快的要求。

采取内循环和外交换的循环是非常必要的，因为要控制水化热温度，就必须对循环水的温度做出严格的限制。若循环水不断吸收混凝土的水化热而温度过高，则无法控制混凝土温度的上升，使得混凝土绝热温升值超过规范要求的50℃；若循环水进入温度过低，则当混凝土内部温度因释放水化热达到最高值时，循环水和混凝土之间的温度梯度会很大，导致混凝土降温速度过大，超过规范要求的2℃，可能会造成混凝土开裂。因此，设置外交换，从热交换池中抽水来对较热的循环水进行热中和，以避免循环水温度过高；将内循环与外交换分离开来以避免温度过低的热交换池水直接和混凝土进行热交换。

二、风冷装置

如图1和图7所示，风冷装置1包括风机(图中未示出)、总风管12、连接软管13、内部风管14、加湿器(图中未示出)和散流器15。本实施例中内部风管14呈u型竖直均分布在混凝土中；两根总风管12设置在混凝土的外侧上方；u型内部风管14的两端均向上伸出混凝土，并且一端通过连接软管13连接总风管12，另一端连接散流器15；风机连接总风管12；加湿器连接总风管12的入风口。内部风管14还包括多根水平管11，水平管11的两端分别连接u型内部风管的两条竖直管道；水平管11和水冷管道21上下层交错分布，本实施例中因为水冷管道21只有三层，因此只设置一根水平管11和u型内部风管14本身的水平管道一起分别设在相邻两层的水冷管道21之间。

如图8所示的风机是产生风的装置。由于冷却装置对风速、入管温度要求严格，因此风速的确定应基于理论计算，并且确保风机周围的风的温度为设计温度，风机应尽量远离混凝土，避免入管温度过高。此外，风机还设有电热器配件，开启时可避免温度过低的空气直接与混凝土进行热交换。

如图9所示的加湿器总风管12的入风口，使风在入管前变为雾，提高其吸热能力。

总风管12采用软性管，起到将风分送到内部风管14中的作用，采用软性管而不是钢管，是因为便于架设和节约成本。总风管12在布设时必须注意其布置标高，不应距离混凝土表面太近，因为表面正在养护的混凝土的蒸汽会导致总风管12温度升高，降低风的冷却效果。

如图10所示的连接软管13连接了总风管12和内部风管14。

如图11所示的内部风管14采用钢管，为混凝土和风做热交换的主要场所。待混凝土冷却工作结束后，向风管中浇筑混凝土密封。

如图12所示的散流器15是位于风道末端的装置，可以将热蒸汽分为多向流动，提高蒸汽养护的覆盖面积。在混凝土表面形成的均匀的湿热层能很好地提供养护效果。

风冷机理如图13所示，风冷装置1先用风机产生风，并通过加湿器增加风的湿度，以提高其比热容和吸热能力。加湿风通过总风管12分散到内部风管14中，在内部风管14中吸收混凝土热量，变为热蒸汽。这些热蒸汽通过风管出口的散流器15分散到混凝土表面，可用来进行蒸汽养护。

本系统可以利用混凝土内部吹出的热气对表面混凝土进行养护，因此更加适用于蒸汽养护的方式。大体积混凝土温度控制一个方面在于控制混凝土温度梯度不太大，而本系统吹出的热气可以降低混凝土内部温度，利用热气的养护措施又可以提高混凝土表面温度，显著减小了混凝土温度梯度。本系统养护措施与传统混凝土养护措施不同，传统混凝土蒸汽养护包括静停期、升温期、恒温期和降温期，蒸汽温度可以由锅炉温度控制。而本系统养护阶段包括静停期、升温期、和降温期，养护温度和混凝土内部温度发展相关。

此外，即使采用自然养护的方式，混凝土内的通风管道也可以作为气孔，使得热量自然对流，从混凝土内部排出。由于理论计算和实际情况有所偏差，设置测温系统实时监测混凝土温度是有必要的。测温系统包括：测风的入管温度、测风的出管温度、测混凝土内部温度、测混凝土表面温度、测入水口水温、测出水口水温、测混凝土应力。根据所测得的数据采取相应的应对措施。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。