一种水温控制装置及其使用方法与流程

1.本发明属于大体积混凝土结构施工技术领域，尤其涉及一种水温控制装置及其使用方法。


背景技术：

2.大体积混凝土结构水泥量大，在水泥水化过程中释放大量的热量，易使结构物产生过大的水化热并导致结构产生温致裂缝。这些裂缝将影响结构的安全性和耐久性。一般入模温度越高，水化反应越快，放出的热量越大，内外温差控制越难，结构越容易开裂。因此，一般规定混凝土的入模温度不高于28℃。夏季施工时，如果入模温度偏高，可以将拌合水冷却，以降低入模温度。
3.另一方面，在冬季施工时，环境温度低，过低的拌合水温度不利于水化反应。一般规定拌合水温不低于8℃。因此，在进水温度较低于7℃时，可对拌合水加热，提高拌合水的温度，增加极端低温条件下混凝土的水化速率，避免混凝土长时间不凝结发生离析、胀模等病害。
4.因此，需提供水温控制装置来满足大体积混凝土的施工。


技术实现要素：

5.本发明的目的一方面，在于提供一种水温控制装置，从而控制混凝土的入模温度，降低混凝土表面的裂痕数量；另一方面，还提供水温控制装置的使用方法。
6.第一方面，提供一种水温的温度控制装置，其包括：
7.水箱，其用于储存水体，其设有进水口和出水口；
8.测温模块，其用于测量进水口水温、出水口水温；
9.加热系统，其包括电热管和加热控制模块；所述电热管设置于水箱内，用于加热拌合用水；所述加热控制模块与电热管连接，其控制电热管工作时间；
10.冷却系统，其包括制冰机和冷却控制模块；所述制冰机位于水箱上部，其制作冰晶，并将冰晶加入水箱内；所述冷却控制模块与制冰机连接，其控制制冰机的制冰量；
11.搅拌机构，包括搅拌电机和搅拌棒；搅拌棒从水箱本体上方伸入水箱内，用于搅拌水体；搅拌电机位于水箱上方，其控制搅拌棒搅拌。
12.进一步的，电热管与搅拌棒固接；两根电热管十字交叉布置，并形成一组，一组电热管所形成的平面与搅拌棒的轴线垂直；多组电热管沿搅拌棒的轴向间隔分布，且相邻的两组电热管相互错开。
13.第二方面，本发明提供水温控制装置的使用方法包括以下步骤：
14.往水箱内注入水体，并测量进水口处的进水口水温；
15.当进水口处的水温大于20℃时，往水箱内加入冰晶降温，冷却到出水口处的出水口水温小于20℃时，水箱内的水体从出水口流出，并用作混凝土拌合水或混凝土养护冷却水，所述混凝土养护冷却水用于给混凝土内部降温；
16.当进水口处水温小于或等于10℃时，启动电热管加热水体，加热到出水口处的出水口水温大于10℃时，水箱内的水体从出水口流出，并用作混凝土拌合水，加热到出水口水温大于20℃时，水箱内的水体从出水口流出，并用作混凝养护保温水，所述混凝养护保温水用于给混凝土外部保温。
17.可选的，往水箱内加入冰晶降温包括：根据进水口水温和水位确定加冰量；
18.启动电热管加热水体包括：根据进水口水温和水位高度确定加热时间。
19.可选的，所述确定加冰量包括：
20.取多种水位，获取每一种水位下将水温冷却至小于20℃时加冰量与出水口温度的关系式；
21.将多种水位下加冰量与出水口温度的关系式进行归一化处理，获取加冰量与进水口温度、水位的关系式，并根据该关系式确定冷却时所需的加冰量。
22.可选的，所述确定加热时间包括：
23.取多种水位，获取每一种水位下将水温加热至大于10℃时，加热时间与出水口温度的关系式；
24.将多种水位下，加热时间与出水口温度的关系式进行归一化处理，获取加热时间与进水口温度、水位的关系式，并根据该关系式确定加热过程所需的加热时间。
25.可选的，所述加冰量为m1,m1＝72.83*(5.4v1+h)t-1897.8h，式中，h为水位高度，0m≤h≤3.0m，t为进水口温度，30.0℃≤t≤50.0℃，v1为冷却水在混凝土内部的冷却管中的水流速度，其单位为m3/h；
26.可选的，所述电热管加热时间为t1,t1＝3.6*(4.6v2+h)-0.23ht；式中，h为水位，0m≤h≤3.0m，t为进水口温度，10.0℃≤t＜15℃，v2为混凝土外部的保温管中的水流速度，其单位为m3/h。
27.有益效果：本发明提供水温控制装置，可对拌合用水进行温度控制，从而可有效控制拌合用水的水温保持在一定温度范围内，从而使混凝土入模温度保持在一定温度范围内，减少混凝土外表面的裂缝数量；还可对保温水进行温度控制，从而对混凝土进行表面保温。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步详细说明。
29.图1为水温控制装置的结构示意图。
30.图2为水温控制方法的流程图。
31.图3为加冰曲线示意图。
32.图4为加热时间曲线示意图。
33.附图标记：1、水箱；21、进水口温度传感器；22、出水口温度传感器；23、环境温度传感器；31、搅拌电机；32、搅拌棒；4、制冰机；5、电热管。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.实施例1
38.参考图1所示，提供一种水温的温度控制装置，其包括水箱1、测温模块、加热系统、冷却系统、搅拌机构和循环结构。
39.具体来说，所述水箱1为由钢板拼合成的长方形箱体，其用于储存水体，其上端设有进水口，下端设有出水口。
40.具体来说，所述测温模块包括进水口温度传感器21，出水口温度传感器22和环境温度传感器23；所述进水口温度传感器21设置于进水口处，其用于测量进水口水温；所述出水口温度传感器22设置于出水口处，其用于测量出水口水温；所述环境温度传感器23设置水箱1外侧，其用于测量水箱1外的环境温度；所述进水口温度传感器21、出水口温度传感器22和环境温度传感器23分别为两个(附图中分别示意出一个)，并分别取平均值，用以提高测量准确率；所述进水口温度传感器21，出水口温度传感器22和环境温度传感器23分别与加热控制模块和冷却控制模块连接；
41.具体来说，所述搅拌机构包括搅拌电机31和搅拌棒32；所述搅拌棒32从水箱1上方伸入水箱1内，用于搅拌水体；所述搅拌电机31位于水箱1上方，并与搅拌棒32连接，其用于控制搅拌棒32搅拌。
42.具体来说，冷却系统包括制冰机4和冷却控制模块；所述制冰机4位于水箱1上部，其制作冰晶，并将冰晶加入水箱1内；所述冷却控制模块与制冰机4连接，其控制制冰机4的制冰量。
43.具体来说，加热系统包括电热管5和加热控制模块；所述加热控制模块与电热管5连接，其控制电热管5工作时间；所述电热管5与搅拌棒32固接，其用于加热拌合用水；两根电热管5十字交叉布置，并形成一组，一组电热管5所形成的平面与搅拌棒32的轴线垂直；多组电热管5沿搅拌棒32的轴向间隔分布，且相邻的两组电热管5相互错开。
44.使用本实施例提供的温度控制装置时，测温模块测量进水口水温、出水口水温。
45.本实施例提供的温度控制装置，往水箱1内注入拌合用水，可实现对拌合用水的温度控制，从而可有效控制拌合用水的水温保持在一定温度范围内，从而使混凝土入模温度保持在一定温度范围内，减少混凝土外表面的裂缝数量；混凝土冷却管内的冷却水可流入水箱1内，与水箱1内的水体混合形成保温水，温度控制装置可对保温水进行温度控制，并实
现冷却水循环利用；电热管5设置与搅拌棒32上，加热时提升水体的温度场均匀度；多组电热管5沿搅拌棒32的轴向间隔分布可提高水体的升温速率；相邻的两组电热管5相互错开，从而进一步提升加热过程中拌合用水的温度场均匀度。
46.实施例2
47.本实施例提供一种水温的温度控制装置的使用方法，该温度控制装置既可以用作控制混凝土拌合水的水温，又可以用作控制混凝土养护冷却水的温度给混凝土内部降温，还可以用作控制混凝土保温水的温度给混凝土外部保温。
48.具体来说，参考图2，包括如下步骤：
49.往水箱1内注入水体，并测量进水口处的进水口水温；
50.当进水口处的水温大于20℃时，往水箱1内加入冰晶降温，冷却到出水口处的出水口水温小于20℃时，水箱1内的水体从出水口流出，并用作混凝土拌合水或混凝土养护冷却水，所述混凝土养护冷却水用于给混凝土内部降温；
51.当进水口处水温小于或等于10℃时，启动电热管5加热水体，加热到出水口处的出水口水温大于10℃时，水箱1内的水体从出水口流出，并用作混凝土拌合水，加热到出水口水温大于20℃时，水箱1内的水体从出水口流出，并用作混凝养护保温水，所述混凝养护保温水用于给混凝土外部保温。
52.在本实施例中详细记载了控制混凝土拌合水水温的过程，在另一实施例中详细记载了控制混凝土保温水和混凝土养护水温度的过程。
53.控制混凝土拌合水水温的过程具体步骤如下。
54.往水箱1内注入水体，并测量进水口水温；
55.当进水口水温的温度范围为10＜t≤20℃时，水箱1内的水体从出水口流出直接作为混凝土拌合水；
56.当进水口水温t＞20℃时，往水箱1内加入冰晶，对水体进行冷却降温，出水口处水温t1＜20℃时，水箱1内的水体从出水口流出，此时从出水口流出的水体可用做混凝土拌合水。
57.当进水口水温t温度范围为t≤10℃时，启动电热管5，对水体进行加热，出水口处水温t1＞10℃时，水箱1内的水体从出水口流出，此时从出水口流出的水体用做混凝土拌合水。
58.冷却降温过程包括如下步骤：
59.确定加冰量，需先确定加冰量与进水口温度、水位的关系式；
60.测量进水口温度、水位，将进进水口温度、水位代入进加冰量与进水口温度、水位的关系式，从而确定加冰量；
61.往水箱1内加入质量为的冰晶，同时启动搅拌棒32，使水箱1内的水体温度保持均匀；测量出水口水温，当出水口处水温t1＜20℃时，搅拌棒32停止搅拌，水箱1内的水体从出水口流出；
62.具体来说，确定加冰量与进水口温度、水位的关系式具体包括以下步骤：取多种水位，通过拟合得到每一种水位下将水温冷却至小于20℃时加冰量与出水口温度的关系式；将多种水位下，加冰量与出水口温度的关系式进行归一化处理，获取加冰量与进水口温度、水位的关系式。
63.此实施例中，分别取水位为1m、1.5m、2m、2.5m、3m，确定加冰量与进水口水温的关系式；加冰量的单位为kg，进水口水温的单位为℃，水位的单位为m。
64.1、当水位为1m时，水体质量m1＝9
ⅹ
103kg，进水口水温为t；
65.所需加冰量m＝105.79t-1586.90；
66.2、水位为1.5m时，水体质量m1＝13.5
ⅹ
103kg，进水口水温为t；
67.所需加冰量m＝158.69t-2380.35；
68.3、水位为2m时，水体质量m1＝18
ⅹ
103kg，进水口水温为t；
69.所需加冰量m＝211.59t-3173.80；
70.4、水位为2.5m时，水体质量m1＝22.5
ⅹ
103kg，进水口水温为t；
71.所需加冰量m＝264.48t-3967.25；
72.5、水位为3m时，水体质量m1＝27
ⅹ
103kg，进水口水温为t；
73.所需加冰量m＝317.38t-4760.71；
74.不同水位下，加冰量与进水口水温的关系线如图3所示，采用常规数据处理方法，将以上五个关系式进行归一处理，得出加冰量、进水口水温和水位之间的关系为：
75.m＝105.79ht-1586.9h，0m≤h≤3.0m，20.0℃≤t≤30.0℃，式中，m为加冰量，h为水位，t为进水口水温。
76.往水箱1内加入质量为m的冰晶，冰晶的粒径小、流动性强、易于融化，可加快降温速率；冰晶融化后水体的温度降低至20℃以下，当测得出水口处水温t1＜20℃时，水箱1内的水体从出水口流出。
77.当水体的温度需要加热到10摄氏度时，所述加热过程包括如下步骤：
78.确定加热时间与进水口温度、水位的关系式；
79.测量进水口水温及水位，将该进水口水温及水位代入进加热时间与进水口温度、水位的关系式，获得电热管5加热时间t；
80.使用电热管5加热水箱1内的水体，加热时间为t，同时启动搅拌棒32，使水箱1内的水体温度保持均匀；
81.当测得出水口处水温t1＞10℃时，搅拌棒32停止工作，水箱1内的水体从出水口流出。
82.具体来说，确定加热时间与进水口温度、水位的关系式包括以下步骤：取多种水位，通过拟合得到每一种水位下将水温加热至大于10℃时，加热时间与出水口温度的关系式；将多种水位下，加热时间与出水口温度的关系式进行归一化处理，获取加热时间与进水口温度、水位的关系式。
83.此实施例中分别取水位为1m、1.5m、2m、2.5m、3m，确定加热时间与进水口水温的关系式；加热时间的单位为h，进水口水温的单位为℃，水位的单位为m。
84.1、水位为1m时，水体质量m1＝9
ⅹ
103kg，进水口水温为t，
85.则所需加热时间t＝-0.35t+2.8；
86.2、水位为1.5m时，水体质量m1＝13.5
ⅹ
103kg，进水口水温为t，
87.则所需加热时间t＝-0.525t+4.2；
88.3、水位为2m时，水体质量m1＝18
ⅹ
103kg，进水口水温为t，
89.则所需加热时间t＝-0.7t+5.6；
90.4、水位为2.5m时，水体质量m1＝22.5
ⅹ
103kg，进水口水温为t，
91.则所需加热时间t＝-0.875t+7；
92.5、水位为3m时，水体质量m1＝27
ⅹ
103kg，进水口水温为t，
93.则所需加热时间t＝-1.05t+8.4。
94.不同水位下，加热时间与进水口水温的关系线如图4所示，采用常规数据处理方法，将以上五个关系式进行归一处理，得出加热时间、进水口水温和水位之间的关系为：t＝-0.35ht+2.8h；0m≤h≤3.0m，4.0℃≤t＜10℃，式中，t为加热时间，h为水位，t为进水口水温。
95.使用电热管5加热水体，加热时间为t，加热结束后，水体的温度升至10℃以上，当测得出水口水温大于10℃时，搅拌棒32停止工作，水体从出水口流出。本实施例提供的水温控制方法，当进水口温度大于20℃时，往水箱1加入质量为m的冰晶，降低水体的水温；当进水口温度小于10℃时，通过电热管5加热水体，提高水体的水温；从而可有效控制水体的水温保持在一定温度范围内，从而使混凝土入模温度保持在一定温度范围内，减少混凝土外表面的裂缝数量。
96.实施例3
97.本实施例提供一种水温控制装置的使用方法，用于控制混凝土养护冷却水和混凝土养护保温水的温度，用于混凝土内部降温和表面保温，混凝土冷却管和保温管在混凝土浇筑前已布置好，冷却管道铺设于混凝土内部，保温管敷设于混凝土表面。
98.使用方法包括以下步骤：
99.s1、冷却水塔的水体流入到混凝土内部的冷却管中，冷却管充满水体后，水体在冷却管与水温控制装置中循环流动，水温控制装置对水体进行温度调控；水体用于混凝土内部降温；
100.所述水温控制装置对水体进行温度调控包括当进水口水温大于20℃时往水箱1中加入质量为m1的冰晶；所述m1＝72.83*(5.4v1+h)t-1897.8h，式中，h为水位高度，0m≤h≤3.0m，t为进水口温度，30.0℃≤t≤50.0℃，v1为水体循环流动过程中，水体在冷却管内的水流速度；
101.水体在冷却管与水箱1之间进行多次循环，直至混凝土内部温度满足要求，每次循环往水箱1中加入冰晶，冰晶量为m1，冰晶量取决于该次循环的水位高度、进水口温度及水体在冷却管中的水流速度。
102.s2、当混凝土内部降温结束后，水体从冷却管留出，经进水口流入到水箱1内，并与水箱1内水体混合；水体在保温管与水温控制装置中循环流动，水温控制装置对保温水进行温度调控，此时水体用于混凝土表面保温。
103.水温控制装置对保温水进行温度调控包括：当进水口水温小于等于10℃时，启动电热管5，电热管5加热时间为t1，t1＝3.6*(4.6v2+h)-0.48ht；式中，h为水位高度，0m≤h≤3.0m，t为进水口温度，4.0℃≤t＜10℃，v2为水体循环流动过程中，水体在保温管内的水流速度。
104.同理，水体在冷却管与水箱1之间进行多次循环，每次循环过程电热管5加热，加热时间t1取决于水位高度、进水口温度及水体在保温管中循环流动的水流速度。
105.浇筑混凝土后，混凝土凝结产生水化热，通过往混凝土冷却管中通入水体，可对混
凝土内部进行降温，降低混凝土的峰值温度，可有效减少混凝土产生裂缝的数量。混凝土内部降温结束后，水体流入到水箱1内，可实现水体的循环利用；水体对混凝土内部降温，吸收混凝土的热量后水温上升，与水箱1内的水混合后对混凝土表面保温，此过程利用了混凝土内部的热量，减少混凝土表面保温过程对保温水升温的能源消耗；对混凝土进行内部降温和表面保温，可有效减少混凝土裂缝的产生，提高混凝土的使用寿命。
106.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种水温控制装置，其特征在于，包括：水箱(1)，其用于储存水体，其设有进水口和出水口；测温模块，其用于测量进水口水温、出水口水温；加热系统，其包括电热管(5)和加热控制模块；所述电热管(5)设置于水箱(1)内，用于加热拌合用水；所述加热控制模块与电热管(5)连接，其控制电热管(5)工作时间；冷却系统，其包括制冰机(4)和冷却控制模块；所述制冰机(4)位于水箱(1)上部，其制作冰晶，并将冰晶加入水箱(1)内；所述冷却控制模块与制冰机(4)连接，其控制制冰机(4)的制冰量；搅拌机构，包括搅拌电机(31)和搅拌棒(32)；搅拌棒(32)从水箱(1)本体上方伸入水箱(1)内，用于搅拌水体；搅拌电机(31)位于水箱(1)上方，其控制搅拌棒(32)搅拌。2.根据权利要求1所述的水温控制装置，其特征在于，电热管(5)与搅拌棒(32)固接；两根电热管(5)十字交叉布置，并形成一组，一组电热管(5)所形成的平面与搅拌棒(32)的轴线垂直；多组电热管(5)沿搅拌棒(32)的轴向间隔分布，且相邻的两组电热管(5)相互错开。3.一种权利要求2所述水温控制装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：往水箱(1)内注入水体，并测量进水口处的进水口水温；当进水口处的水温大于20℃时，往水箱(1)内加入冰晶降温，冷却到出水口处的出水口水温小于20℃时，水箱(1)内的水体从出水口流出，并用作混凝土拌合水或混凝土养护冷却水，所述混凝土养护冷却水用于给混凝土内部降温；当进水口处水温小于或等于10℃时，启动电热管(5)加热水体，加热到出水口处的出水口水温大于10℃时，水箱(1)内的水体从出水口流出，并用作混凝土拌合水，加热到出水口水温大于20℃时，水箱(1)内的水体从出水口流出，并用作混凝养护保温水，所述混凝养护保温水用于给混凝土外部保温。4.一种权利要求3所述水温控制装置的使用方法，其特征在于，往水箱(1)内加入冰晶降温包括：根据进水口水温和水位确定加冰量；启动电热管(5)加热水体包括：根据进水口水温和水位高度确定加热时间。5.一种权利要求4所述水温控制装置的使用方法，其特征在于，所述确定加冰量包括：取多种水位，获取每一种水位下将水温冷却至小于20℃时加冰量与出水口温度的关系式；将多种水位下加冰量与出水口温度的关系式进行归一化处理，获取加冰量与进水口温度、水位的关系式，并根据该关系式确定冷却时所需的加冰量。6.一种权利要求4所述水温控制装置的使用方法，其特征在于，所述确定加热时间包括：取多种水位，获取每一种水位下将水温加热至大于10℃时，加热时间与出水口温度的关系式；将多种水位下，加热时间与出水口温度的关系式进行归一化处理，获取加热时间与进水口温度、水位的关系式，并根据该关系式确定加热过程所需的加热时间。7.一种权利要求4所述水温控制装置的使用方法，其特征在于，所述加冰量为m1,m1＝72.83*(5.4v1+h)t-1897.8h，式中，h为水位高度，0m≤h≤3.0m，t为进水口温度，30.0℃≤t≤50.0℃，v1为冷却水在混凝土内部的冷却管中的水流速度，其单位为m3/h。
8.一种权利要求4所述水温控制装置的使用方法，其特征在于，所述电热管(5)加热时间为t1,t1＝3.6*(4.6v2+h)-0.23ht；式中，h为水位，0m≤h≤3.0m，t为进水口温度，10.0℃≤t＜15℃，v2为混凝土外部的保温管中的水流速度，其单位为m3/h。

技术总结
本发明涉及一种水温控制装置及使用方法，水温控制装置包括：水箱，其用于储存拌合用水，其设有进水口和出水口；测温模块，其用于测量进水口水温、出水口水温；加热系统，其包括电热管和加热控制模块；所述加热控制模块与电热管连接，其控制电热管工作时间；冷却系统，其包括制冰机和冷却控制模块；所述制冰机制作冰晶，并将冰晶加入水箱内；所述冷却控制模块控制制冰量；搅拌机构，包括搅拌电机和搅拌棒；搅拌棒用于搅拌水箱内的水；搅拌电机位于水箱上方，其控制搅拌棒搅拌。水温控制装置，可对拌合用水进行温度控制，从而控制混凝土入模温度，减少混凝土外表面的裂缝数量；还可对冷却水进行温度控制，对混凝土进行表面保温。对混凝土进行表面保温。对混凝土进行表面保温。


技术研发人员：徐冬生 刘盛林 王俊康 尚焕春 朱思虎 李博汉 罗仕林 曾兵 刘启春 尹玉林
受保护的技术使用者：中交二公局第一工程有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/15