[发明专利]用于混凝土分区网格化温湿度智能调控的系统和方法

说明书

本发明涉及用于混凝土分区网格化温湿度智能调控的系统，包括多温度介质补偿源、可换向多联循环管网、湿度节点调控单元、网格传感器组、混凝土强度监测装置和控制机构；湿度节点调控单元包括括气化器、电控阀、湿度扩散瓦、透气膜、保护网和节点控制器；决策机根据实时采集的温度、湿度、应力数据，推理分析得到控制决策结论，控制多温度介质补偿源、可换向多联循环管网和湿度节点调控单元运行。本发明实现了对不同部位混凝土分区的主动、引导式、双向温度调控和不同部位混凝土分区内部的湿度调控，可满足不同部位的混凝土分区的温度调控、湿度调控的差异性需求，实现了对超大体积混凝土结构体的温湿度网格化、个性化、精准化、自动化控制。

技术领域

本发明属于混凝土温湿度控制领域，具体涉及一种用于混凝土分区网格化温湿度智能调控的系统和方法。

背景技术

目前，由于混凝土材料卓越的性能，其在水利水电工程大坝建设中得到了广泛应用。并且在今后很长一段时间内，它仍然是水利工程结构中最重要的材料之一。但是随着混凝土及混凝土结构使用量的逐年增加，许多大坝的混凝土结构都发生了开裂，严重影响了其耐久性和服役寿命，增加了维护成本。特别是位于我国西北地区的工程，气候条件更加复杂，冬季寒冷干燥，昼夜温差大等环境特性，使得混凝土大坝的“无坝不裂”问题更加突显。

混凝土结构开裂主要是由应力和约束条件引起的。其中应力是主动因素，约束是被动因素。工程实践表明，引起大体积混凝土结构开裂的大多是由非荷载应力，即结构内温度及湿度变化引起的混凝土体积膨胀或收缩，约束条件下导致结构内拉应力达到一定的应力水平所致。

领域专家和技术人员进一步研究发现，大坝混凝土结构温度变化主要受内部水化热以及外界环境温度的影响。由于在浇筑初期水泥水化反应会产生大量的水化热使得坝体温度迅速上升，而在混凝土温度下降期间，由于混凝土的不良导热特性，使得坝体内外形成较大的温度梯度产生拉应力，而此时的混凝土抗拉强度较低，使得温度应力超过抗拉极限而产生裂缝。坝体温度的改变除了受其内部水化热影响外，还受外界环境温度及湿度的影响，在运行期的坝体温度主要受环境气温以及水库水温的影响。当外界气温急剧变化时，坝体内部的温度的延缓性而导致坝体内外形成较大的温度梯度，以至于产生温度裂缝。

大体积混凝土内部湿度分布受多种因素的影响，例如温度、龄期以及内部水分的迁移，根据相对湿度的定义，温度越高，相对湿度越低，测定混凝土内部的湿度必须要考虑温度的影响。混凝土水化反应过程中需要消耗水，随着水分的消耗，混凝土内部湿度逐渐降低。除了温度和龄期的影响外，混凝土内部湿度的分布及演化规律还受到水分迁移的影响，而内部水分迁移主要受浓度梯度、压力梯度、温度梯度等驱动。混凝土内部相对湿度不均匀性会引发混凝土结构体积收缩，进而引发收缩变形产生干缩裂缝。

因此需要寻求方法对大坝混凝土的温度和湿度进行有效控制。此外，混凝土大坝体积庞大、结构复杂，其建设时间往往需要几年甚至十几年时间才能全部完成，而且不论是在建设期还是运行期都需要对大坝混凝土进行温度和湿度调控，这使其温湿度调控需求随着时空分布不同还存在较大的差异性。主要体现在以下几个方面。

(1)对浇筑初期的混凝土需要对其进行降温：大坝混凝土浇筑初期，水泥在一段时间内持续发生水化作用产生大量的水化热，使得坝体温度迅速上升。如果不及时控制其温升，当水化作用结束后进入降温阶段时会因内外温差过大而产生较大的拉应力，进而产生开裂。

(2)对低温季节的混凝土需要对其进行升温：寒冷地区的水利工程大坝，低温季节环境温度可达零下40℃，且日气温波幅较大，这时大坝混凝土温度也会随之发生变化，从而使内外形成较大的温度梯度和温度应力，需要采取措施对其进行升温调控。

(3)对同一坝段内部和表层的混凝土需要进行差异化的升温或者降温：对于寒冷地区低温季节浇筑的混凝土，其内部会因水化热产生较高的温度，而表面受环境低温影响反而会降低到零度以下，这时既要控制内外温差在较小的范围，又要保证表层混凝土在合适的温度范围内进行养护以达到设计强度，就需要差异化的措施，在对大坝表层混凝土进行升温的同时对内部混凝土进行降温。