[发明专利]大体积混凝土实时在线个性化换热智能温度控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及大体积混凝土实时在线个性化换热智能控制系统，尤其涉及高混凝土坝浇筑过程中混凝土换热的控制。

背景技术

对于特高拱坝，施工期的防裂的重点是混凝土温度控制。拱坝混凝土的温度问题主要应从控制温度和改善约束两方面来解决。从温控角度，混凝土浇筑温度、混凝土最高温度以及最终稳定温度是三个特征温度，最高温度等于浇筑温度加上水化热温升。而最终稳定温度取决于当地气候条件和坝体结构形式，所以工程上主要控制的是浇筑温度和水化热温升。目前高拱坝的施工中温度控制主要控制3个温差：基础温差、内外温差和上下层温差。基础温差通过最高温度控制，内外温差通过表面保温和内部通水冷却温度控制，上下层温差则通过混凝土最高温度及合理的通水冷却过程控制。通水冷却第一次在工程领域中的正式应用源于上世纪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，美国垦务局在修建胡佛水坝（Hoover）的过程中首次在混凝土仓中全面预埋冷却水管进行人工冷却，起到了较理想的温控防裂效果。随后冷却水管以其应用的灵活性、可靠性及多用性等特点，在世界各国混凝土坝的施工中被广泛采用。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，建成后得到了不错的防裂效果。随后，在三峡大坝、周公宅拱坝、二滩拱坝、大潮山围堰、索风营水电站碾压混凝土坝、龙滩水电站碾压混凝土重力坝、白沙水库、锦屏一级拱坝、溪洛渡拱坝等众多的大型水利工程中得到了广泛应用，并获得了较好的温控防裂效果。从众多的大体积混凝土工程实践当中，可以看出水管冷却这种人工冷却的方法，已成为混凝土坝设计和施工中不可或缺的一项关键温控防裂措施。

大量工程实践表明，在高温季节浇筑混凝土时，受入仓温度、太阳辐射和通水冷却等外界条件的影响，混凝土浇筑仓温度很难完全控制不超过容许最高温度。为了使混凝土材料性能正常发展，必须使混凝土浇筑仓最高温度达到合适的温度。即混凝土浇筑仓的最高温度不能过高，也不能过低。大坝施工期温控的目的是通过人工通水冷却实施温度控制，使混凝土温度保持在设计温度（按照设计的“温度-时间曲线”）附近，从而使施工程序和质量可控。简单的说，整个通水冷却是一个温度目标控制，是按照设计要求，将每阶段的混凝土温度调整（降低或升温），或控制在一定的T温度点附近。但有很多因素会直接影响温度控制效果，这些因素大致分类如下：（1）不同气温、不同浇筑温度、不同水管间距、不同施工细节（夯实程度、水管布置合理程度等）等，可能导致浇筑块的密度不同，从而导致内部发热状态不一致，要求对各浇筑块个体化冷却控制；（2）不同仓水管变形程度不同，导致需要不同流量控制，最好做到每组冷却支管单独温控；（3）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、且受主观因素以及设备运行状况影响较大；（4）目前控制不能做到实时、在线，现有冷却系统受制于工程施工传统、工程配套技术水平与施工成本的限制，难以布置足够的相关采集仪器，难以做到实时动态的反馈控制。

目前大坝施工期控温采用的方法和系统主要弊端包含：

（1）目前通水冷却或加热的监控主要通过人工球阀、水银温度计和传统水表采用人工记录，然后根据记录数据进行人工现场调控流量。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、且受主观因素以及设备运行状况影响较大。

（2）现有通水系统精度差，效率低，数据可靠度不高，采集时间间隔长，信息反馈慢，常常导致混凝土温控控制不理想。

（3）现有控温由于不存在自动在建混凝土大坝温度控制采集系统，而且也不存在具体的控制策略。往往不能够将大坝混凝土温度精确控制在设计温度曲线附近，人工测量与控制往往不能够实时，导致实际大坝温度控制与预期偏离很大。因此大坝施工中，在保温效果不佳，或者突遇寒潮时，往往防裂效果差，容易导致大坝开裂破坏。

（4）现有技术中，人工控制混凝土大坝温度时，也难实现大坝多坝段整体温度协调地控制，不同坝段仓号混凝土温度控制难以精细化、个性化控温。

（5）现有的控温技术中，控制手段单一，检测设备与控制设备之间的接口单一，设备基本没有互通互联，为控制大坝混凝土的温度带来困难和诸多不便。