空气能相变材料大体积混凝土控温系统及其施工方法与流程

本发明涉及建筑施工技术领域，特别是空气能相变材料大体积混凝土控温系统及其施工方法。

背景技术

通常情况下，单边长度大于一米的混凝土构件称为大体积混凝土。大体积混凝土浇筑后，水泥基内的胶凝材料水化放热进而引起温度升高，在混凝土体积较大的情况下，聚集在其内部的水化热不易散发出去，内部温度升高，但表面温度因散热较快而较低，所以容易造成内外显著的温差，使混凝土表面形成温度拉应力，在早期抗拉强度较低的情况下，会在大体积混凝土表面形成裂缝，裂缝不仅会降低结构的承载力，而且对结构的防水、抗腐蚀等性能产生较大的影响。因此，必须控制大体积混凝土的内部温度的升高，从而降低其内外温差，减小结构裂缝。

减少大体积混凝土构件表面或者内部出现裂缝的方法，除了通过调整混凝土配合比，采用低水化热的水泥的方式来降低混凝土内部温度的升高的方式以外，目前控制混凝土内部温度过高还可以采用循环冷却水管法，利用冷却水管法具有布管方便，经济适用等特点得到了广泛的应用。

相变材料是指随温度变化而改变物质状态并能吸收或释放能量的物质，转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。

目前，多采用将相变材料应用于混凝土的温控技术主要是将相变材料直接掺加到混凝土中，在混凝土升温过程中，相变材料发生固—液相变，吸收水化反应产生的热量，控制温度的上升速度，从而降低混凝土内外的温差。相变材料的加入使大体积混凝土的温度场分布更均匀合理。

但是现有技术存在的问题是：第一，运用循环冷却水管法因冷却水温度过低，从而使冷却水管与混凝土之间的温差过大，引起冷却水管周围混凝土拉应力过大，造成大体积混凝土内部的贯穿开裂；第二，工程施工过程中水循环需要大量的流动水资源，资源浪费，成本增大；第三，降温过程中人工干预控制的程度有限，且效果并不理想。

技术实现要素：

本发明的目的是提供空气能相变材料大体积混凝土控温系统及其施工方法，要解决大体积混凝土施工过程中，混凝土的内部温度和外部温差过大，容易出现结构裂缝，水资源浪费过大，降温过程中混凝土温度场分布不均等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供空气能相变材料大体积混凝土控温系统，包括智能控温感应调节装置、控温相变材料水溶液输送管线、相变材料投加器3、加压泵5、过滤装置6和至少一台空气能制冷装置4，

控温相变材料水溶液输送管线包括冷却系统管道11、输水管线、设置在大体积混凝土9表面散热管网12以及预埋在大体积混凝土9内部的至少一条降温管路10；

相变材料投加器3一侧连接进水管2，相变材料投加器3另一侧通过输水管线与空气能制冷装置4相连，空气能制冷装置4与加压泵5一侧相连，加压泵5将混有相变材料的溶液泵入冷却系统管道11；冷却系统管道11与降温管路10入水口连通，降温管路10出水口与混凝土表面散热管网12入水口连接，混凝土表面散热管网12出水口与过滤装置6一侧相连，过滤装置6侧壁上设置有废水排出口13，过滤装置6底部设置有相变材料收集板，相变材料经传送装置送回至相变材料投加器3；

智能控温感应调节装置包括温度控制装置1、一端与温度控制装置1连接的并布设在施工场地的信号线14、设置在大体积混凝土9表面和降温管路10上用于探测温度的温度感应装置15以及与温度感应装置15相连的温度信息收集仪。

进一步，空气能制冷装置4与加压泵5之间还设置有空气能制冷装置控制开关7。

进一步，进水管2靠近相变材料投加器3的一侧设置有流量控制开关8。

进一步，预埋降温管路10的条数与大体积混凝土9的体积大小相适应；降温管路10的管线间距为0-600mm；降温管路10两端分别伸出大体积混凝土9外。

进一步，空气能制冷装置4包括汽化膨胀机、制冷箱和智能控制装置。

本发明另一方面还提供上述空气能相变材料大体积混凝土控温系统的施工方法，施工方法的具体步骤如下：

步骤一，将大体积混凝土9空间区域按照体积中心向外扩散的原则进行进一步控温区域的划分；

步骤二，在划分好的多个控温区域中分别预埋一条降温管路10；

步骤三，在大体积混凝土9表面和降温管路10上安装用于探测温度的温度感应装置15；

步骤四，在大体积混凝土9的表面铺设一层散热管网12；多条降温管路10出水口与散热管网12入水口相连，散热管网12出水口与过滤装置6一侧相连；

步骤五，将固态的相变材料通过相变材料投加器3加入输水管线中，混有相变材料的溶液经过至少一个空气能制冷装置4进行降温处理，随后加压注入到冷却系统管道11中；

步骤六，观测温度信息收集仪从设置在大体积混凝土9表面和多条降温管路10上的温度感应装置15反馈回的温度变化情况，实时查看各条降温管路10的温度分布和相变材料的状态，并根据观测温度分布的状态，对水流量及相变材料用量做出相应调节；

步骤七，在散热管网12出水口通过设置过滤装置6，对混有相变材料的溶液进行过滤，排出废水，分离出回收固态的相变材料；

步骤八，将分离得到的固态相变材料通过传送带送回相变材料投加器3，实现相变材料的循环应用；

步骤九，待大体积混凝土9不需继续进行降温时，分别断开降温管路10入水口与冷却系统管道11出水口以及降温管路10出水口与散热管网12入水口的连接，并进行灌浆封闭处理；

步骤十，拆除敷设在大体积混凝土9表面的散热管网12；

步骤十一，大体积混凝土9养护；将设备和回收的相变材料流转至下一施工场所。

进一步，步骤二中，每条降温管路10温度可以独立控制，相邻降温管路10之间间距为0-1000mm。

进一步，步骤三中，温度感应装置15的温度监测范围为0℃-80℃，其温度感应精度为±0.5℃。

进一步，步骤四中，散热管网12中管道间距为0-600mm。

进一步，步骤六中，温度感应装置15通过信号线14传送给温度信息收集仪，对比混凝土内部温度与表面温度的差值，并调节冷却水的温度和流量，从而将大体积混凝土9中的温差控制在5-15℃内。

本发明的有益效果体现在：

1，本发明空气能相变材料大体积混凝土控温系统及其施工方法，结构简单，设计合理。巧妙的利用有着较好的发展前景和经济优势的空气能实现制冷，利用空气中的能量，通过压缩机压缩空气的方式，制备出温度较低的空气，从而获得冷媒以提供制备大体积混凝土控温系统所需的循环冷水，充分利用再生能源，利用自然环境中的空气中的能量，节省电能，稳定性好，并且对环境要求较低，适用性较广。采用无毒无害、用之不尽取之不竭的空气作为制冷介质，对环境不产生污染，节能环保，实用性强。工作时，可以有效的提高混凝土冷却循环水介质的热容，降低循环系统中水的温度梯度，改善循环水系统的控温效率，同时使大体积混凝土温度场分布更加均匀稳定。

2，本发明空气能相变材料大体积混凝土控温系统及其施工方法，相变材料可以循环使用，可以从散热管网出水口过滤收集并且再次添加至相变材料投加器，降低了成本，加大了循环水的热熔的同时增强了循环水控温系统的控温效率，在一定程度上减少了循环用水量，节约了大量的水资源，将大体积混凝土内外温差控制大许可范围内，并且相变材料不会残留在混凝土内，最终提高大体积混凝土的完工质量。

3，本发明中大体积混凝土采用水化热低的水泥搅拌制备而成，在大体积混凝土外表面增加了散热管网，将大体积混凝土降温系统流出的温度较高的水流入混凝土表面散热管网，从而提高混凝土表面的温度，缩小大体积混凝土的内外温差，更好的保证大体积混凝土的浇筑质量。

4，本发明可以按照大体积混凝土的控温精度以及大体积混凝土的体积大小来划分控温区域，埋设降温管路，并且实现了对单条降温管路的温度监控。多条降温管路之间相互独立，方便观测调节温度，按照实际处理水量的需求加设空气能制冷装置，本发明提供的技术具有普适性和灵活性，有较高的推广使用价值。施工成品质量高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是空气能相变材料大体积混凝土控温系统的结构示意图。

附图标记：1－温度控制装置、2－进水管、3－相变材料投加器、4－空气能制冷装置、5－加压泵、6－过滤装置、7－空气能制冷装置控制开关、8－流量控制开关、9-大体积混凝土、10-降温管路、11-冷却系统管道、12-散热管网、13-废水排出口、14-信号线、15-温度感应装置。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。

如图1所示，本发明的一方面提供空气能相变材料大体积混凝土控温系统，大体积混凝土9采用水化热低的水泥搅拌制备而成，具体包括智能控温感应调节装置、控温相变材料水溶液输送管线、相变材料投加器3、至少一台空气能制冷装置4、加压泵5和过滤装置6。其中，智能控温感应调节装置包括温度控制装置1、一端与温度控制装置1连接的并布设在施工场地的信号线14、设置在大体积混凝土9表面和降温管路10上用于探测温度的温度感应装置15以及与温度感应装置15相连的温度信息收集仪。

控温相变材料水溶液输送管线包括冷却系统管道11、输水管线、设置在大体积混凝土9表面散热管网12以及预埋在大体积混凝土9内部的至少一条降温管路10；相变材料投加器3一侧连接进水管2，进水管2靠近相变材料投加器3的一侧还可以设置有流量控制开关8；相变材料投加器3另一侧通过输水管线与空气能制冷装置4相连，空气能制冷装置4与加压泵5一侧相连，空气能制冷装置4与加压泵5之间还可以设置空气能制冷装置控制开关7。空气能制冷装置4的具体使用数量需要根据大体积混凝土9的体积以及降温管路10内用水量来实际确定，至少设置有一台空气能制冷装置4。空气能制冷装置4包括汽化膨胀机、制冷箱和智能控制装置。在制冷箱内设有积冷板，在积冷板上设有回型微细水管，外部温度较高的水经过加压通过微细水管，从而将热量释放给积冷板，降低水管中水的温度。其智能控制装置可根据进入回型微细水管中水的温度，调节汽化膨胀剂的功率，调节积冷板的换热效率，从而满足回型微细水管出水水温的要求。

加压泵5将混有相变材料的溶液泵入冷却系统管道11；冷却系统管道11与降温管路10入水口连通；降温管路10出水口与混凝土表面散热管网12入水口连接，混凝土表面散热管网12出水口与过滤装置6一侧相连，过滤装置6侧壁上设置有废水排出口13，过滤装置6底部设置有相变材料收集板，相变材料经传送装置送回至相变材料投加器3。

空气能相变材料大体积混凝土控温系统的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，将大体积混凝土9空间区域按照体积中心向外扩散的原则进行进一步控温区域的划分；控温区域的个数是根据大体积混凝土9的控温精度以及大体积混凝土9的体积大小确定。

如果是大体积且厚度较薄的混凝土，采用的控温方式就是在较大面积上进行均分即可；如果是大体积混凝土9长度、宽度以及厚度均较大，进一步划分控温区域时，从体积中心向外间隔一定的距离进行划分，主要考虑依据是体积中心的混凝土温度热量散失较慢，温度较高的实际情况。

步骤二，在每个控温区域均预埋一条降温管路10，并通过降温管路10与外部过滤装置6以及空气能冷水系统相连。降温管路10之间独立控制、相互独立并且互不干扰；降温管路10的数量应该至少为一条。降温管路10的间距不大于1000mm。降温管路10可以按蛇行均匀布设在控温区域内，降温管路10两端分别伸出大体积混凝土9外。

步骤三，在大体积混凝土9表面和降温管路10上安装用于探测温度的温度感应装置15；温度感应装置15的温度监测范围为0℃-80℃，其温度感应精度为±0.5℃。

步骤四，在大体积混凝土9的表面铺设一层散热管网12，相邻散热管网12的管道间距为0-1000mm，多条降温管路10出水口与散热管网12入水口相连，散热管网12出水口与过滤装置6一侧相连；将大体积混凝土9内降温管路10中温度较高的水流引入混凝土表面散热管网12，从而提高混凝土表面的温度，缩小大体积混凝土9的内外温差，更好的保证大体积混凝土9的浇筑质量。

步骤五，将固态的相变材料通过相变材料投加器3加入输水管线中，混有相变材料的溶液经过至少一个空气能制冷装置4进行降温处理，随后加压注入到冷却系统管道11中，冷却系统管道11出水口与至少一条降温管路10入水口相连；

步骤六，观测温度信息收集仪从设置在大体积混凝土9表面和多条降温管路10上的温度感应装置15反馈回的温度变化情况，实时查看各条降温管路10的温度分布和相变材料的状态，并根据观测温度分布的状态，对水流量及相变材料用量做出相应调节；

温度感应装置15通过信号线14传送给温度信息收集仪，从而将各空间位置的实时温度传递给温度控制装置1；且各降温管路10上的温度感应装置15均与温度控制装置1相连接，温度控制装置1通过接收各降温管路10温度感应装置15的温度信号，并进行分析控制，对比大体积混凝土9内部温度与表面温度的差值，并调节各条降温管路10内冷却水的温度和流量，从而控制各条降温管路10之间温差的大小，将大体积混凝土9中的温差控制在5-15℃内。

步骤七，相变材料加入到冷水中，并在散热管网12出水口设置过滤装置6，过滤筛选出吸收热量后的相变材料，并将相变材料投入到冷却水中，进行冷水固化，进入下一个冷却循环中使用。加入相变材料可大大提高循环水介质的热容，从而降低控温相变材料水溶液输送管线中水的温度梯度，减缓水温的升高速度，改善大体积混凝土9的温控效果，使得大体积混凝土9内部温度场更加均匀稳定。

步骤八，将分离得到的固态相变材料通过传送带送回相变材料投加器3，实现相变材料的循环应用；

步骤九，待大体积混凝土9不需继续进行降温时，分别断开降温管路10入水口与冷却系统管道11出水口以及降温管路10出水口与散热管网12入水口的连接，并进行灌浆封闭处理；

步骤十，拆除敷设在大体积混凝土9表面的散热管网12；

步骤十一，大体积混凝土9养护；将设备和回收的相变材料流转至下一施工场所。

其中，步骤八中，相变材料的收集重新投放也可以人工完成。

施工时，当空气能制冷装置4的数量大于一台时，空气能制冷装置4之间串联设置。

本发明提供的空气能相变材料大体积混凝土控温系统及其施工方法，结构简单，设计合理，相变材料可以从散热管网12出水口过滤收集并且再次添加至相变材料投加器3，降低了成本，加大了循环水的热熔的同时增强了循环水控温系统的控温效率。根据大体积混凝土9的控温精度以及大体积混凝土9的体积大小确定控温区域，埋设降温管路10，并且实现了对单条降温管路10的温度监控；按照实际处理水量的需求加设空气能制冷装置4，技术具有普适性和灵活性，有较高的推广使用价值。本发明提供的施工方法施工成品质量高。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。