[发明专利]大体积混凝土冷却水智能自动循环控制系统

说明书

本发明公开一种大体积混凝土冷却水智能自动循环控制系统，包括第一测温元件T1、第二测温元件T2、第三测温元件T3、第四测温元件T4、第五测温元件T5、冷水蓄水箱、冷水泵、温度调节水箱、热水泵、第一电动三通球阀、第二电动三通球阀、第一分水器、第二分水器和冷却水管，所述冷却水管布置于待测混凝土中。本发明采用模块化设计，安装简单，施工容易，自动控制系统中冷却水的开关、流量、温度调节完全匹配自动采集的混凝土温度，可以提高最高温度和降温率的合格率，保证控制效果更加准确、稳定、及时、有效。

技术领域

本发明涉及路桥工程，具体为一种大体积混凝土冷却水智能自动循环控制系统。

背景技术

我国大体积混凝土施工规范GB50496-2009中定义：“实体最小尺寸大于或等于1m，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”。

混凝土裂缝的存在成为环境中的有害物质渗入混凝土内部的有利通道，是造成钢筋锈蚀，导致混凝土过早破坏的重要因素之一，控制裂缝的产生成为混凝土结构工程的迫切需求。大体积混凝土裂缝形成有多原因，温度裂缝是其中较常见的一种。开展大体积混凝土温控工作，能够为混凝土的裂缝控制提供技术支持，是确保混凝土结构耐久性和运行安全性的重要手段，具有非常重要的意义。大体积混凝土温度控制措施有很多种，包括构件分层分块、混凝土原材料优选、混凝土预冷、通水冷却、构件的保温养护等。

通过埋设冷却水管，通冷却水降低混凝土的温峰值是大体积混凝土施工中常见的有效的温控措施。通水冷却第一次在水利工程领域中的正式应用源于20世纪30年代，1931年美国垦务局在欧瓦希(Owyhee)拱坝上进行了混凝土水管冷却的现场试验，结果令人满意。此后的两年，胡佛水坝(Hoover)首次在混凝土内全面预埋通水冷却水管，获得较理想的温控防裂效果。随后，通水冷却以其灵活性、可靠性及多用性等特点，在世界各国混凝土坝施工中被广泛采用。我国在1955年修建第一座混凝土拱坝——响洪甸拱坝时，首次采用了预埋冷却水管，获得了不错的防裂效果。近年来通水冷却技术由传统的大坝施工推广到大型桥梁工程中并得到了广泛应用，已成为大体积混凝土施工中不可缺少的一项关键温控防裂措施。

目前，混凝土人工通水冷却控温主要弊端有：(1)通水冷却的监控主要采用人工记录人工球阀、水银温度计和水表的数据变化；人工调整通水流量间隔长，人工采集温度和流量数据工作量大，受主观因素以及设备运行状况影响较大；(2)现有通水系统精度不高，效率低，数据可靠度不高，采集时间间隔长，信息反馈慢，控制手段单一，常常导致混凝土温控不理想；(3)通水资源浪费，为了避免大坝温度过高，在现有温控方法中，往往采取宁可加大通水流量的策略，这样在长周期大坝建设过程中，造成不必要的水资源浪费，经济利益损失大；(4)现有温控策略往往不能够将大坝混凝土温度变化精确控制在设计温控曲线附近，人工测量与控制往往不能实时联动，导致实际大坝温度控制与预期偏离较大，容易导致大坝开裂破坏；(5)现有技术中，人工控制混凝土大坝温度时，很难实现大坝多坝段整体温度协调、精细化、个性化控制。

如何对大体积混凝土结构进行有效的智能温控一直是水工设计和施工中关心的核心问题。随着计算机技术、无线数据传输技术、传感控制技术的发展与成熟，各种软件与硬件普及推广，为大体积混凝土冷却通水自动化控制提供基本技术支撑。通过对控制算法、系统硬件以及控制软件的研究研制出了一套智能控制系统对混凝土冷却通水进行自动化控制，根据混凝土温度不断调整通水流量以达到混凝土均衡降温、降低温度梯度、减小温度拉应力、防止混凝土出现裂缝、减少了人工采集数据与调控流量的误差并提高冷却通水系统的经济效益与管理质量，具有重大意义。

大型桥梁建设中存在承台、塔座、锚碇、箱梁等大体积构件，随着外加剂技术的发展，高强混凝土广泛应用，混凝土水化热增大，收缩增大，混凝土开裂情况普遍。冷却通水过程中存在通水时机不佳、流量温度控制不佳导致的降温削峰效果有限、降温过快导致应力累积开裂等实际问题，设计一套适用于桥梁大体积混凝土冷却通水的自动控制系统具有工程实际意义。

发明内容