混凝土喷淋养护控制系统与高层建筑混凝土梁板养护方法与流程

1.本发明涉及混凝土养护技术领域，特别涉及一种混凝土喷淋养护控制系统与高层建筑混凝土梁板养护方法。


背景技术：

2.中国专利文cn112479740a公开了一种绿色智能化混凝土养护系统和养护方法，其通过在混凝土结构内部、顶部分别设置内循环养护管道和外循环养护管道，内循环养护管道对混凝土结构内部养护一段时间后，外循环养护管道才开始工作，再将内循环养护形成的温水通过花洒喷洒在混凝土结构表面进行外循环养护，通过温水养护提升混凝土的强度，并实现对水箱中水的循环利用，节省资源。显然，该方案主要适用于北方冬季寒冷条件下的混凝土养护作业，在南方夏季高温条件下，温水养护对于混凝土强度提高并无明显作用。另外，于混凝土结构内部设置内循环养护管道还增加了混凝土浇筑施工难度和成本，若在不增加高层建筑梁板厚度的前提下于其内部设置养护管道甚至还有可能降低梁板的抗压强度，若增加梁板厚度，将导致建筑成本大幅增加，得不偿失。
3.目前，高层建筑的梁板混凝土仍旧是依靠人工洒水的原始方式养护，养护工人要爬到高层，劳动强度高，环境恶劣，效率低下，常出现养护不到位的情况。加之人工作业对温度、湿度的掌握不准确，难以做到适时、适量的养护，保证混凝土的最佳质量。另外，人工养护劳动强度大、效率低，混凝土构件养护期需要14d，人工成本较高。养护工人要爬到高层，劳动强度高，环境恶劣，效率低下，常出现养护不到位的情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一是提供一种适用于高层建筑混凝土梁板养护作业的喷淋养护控制系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：混凝土喷淋养护控制系统，包括控制器以及设置在建筑物室内养护区的喷淋头、第一温度检测模块、湿度检测模块以及设置在喷淋头供水管路上的电磁阀门，所述电磁阀门、第一温度检测模块和湿度检测模块均与控制器连接，所述控制器通过控制电磁阀门的开合来打开和关闭喷淋头；所述第一温度检测模块被配置为用于监测养护区的环境温度t0、混凝土梁板的表层温度t1、混凝土梁板内的核心温度t2，所述湿度检测模块被配置为用于监测养护区的空气相对湿度φ0；所述控制器根据当前监测到的t0、t1、t2、φ0值计算和判断是否需要或继续对混凝土梁板进行养护并控制相应电磁阀门的开合。
6.其中，所述被配置为用于监测混凝土梁板内的核心温度t2的第一温度检测模块与混凝土梁板内的钢筋接触并通过隔热防水套管进行隔离保护。
7.优选地，上述混凝土喷淋养护控制系统还包括设置在所述养护区内的zigbee模
块，所述第一温度检测模块、第二温度检测模块和湿度检测模块均与zigbee模块连接并通过zigbee模块与控制器无线通信连接。
8.进一步地，所述zigbee模块与控制器的主控制芯片连接，在所述电磁阀门的供电电路上设置有用于控制电路通断的继电器，所述主控制芯片控制与其连接的继电器的闭合和断开来实现电磁阀门的打开和闭合，进而控制喷淋头对混凝土梁板的喷水养护。
9.在本发明的一个实施例中，所述控制器采用以下方式控制相应电磁阀门开合以对混凝土梁板进行养护：当监测到t0≥t
’ꢀ
，t1>t0，t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2时，判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’且t2‑ꢀ
t0<t1时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合；当监测到t
’’
≤t0<t
’ꢀ
，t1>t0，t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2时，判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’且t1‑
t0<t3时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合；其中，t1为第一温差阈值，t2为第二温差阈值，t3为第三温差阈值，φ’为空气相对湿度下阈值，t’为环境温度上阈值，t
’’
为环境温度下阈值。
10.在本发明的另一个实施例中，上述混凝土喷淋养护控制系统还包括被配置为用于监测混凝土梁板所对应楼层外部空气温度t0’
的第二温度检测模块，所述第二温度检测模块与控制器通信连接，所述控制器采用以下方式控制相应电磁阀门开合以对混凝土梁板进行养护：当监测到t0≥t’，t0≥t0’
， t1>t0，t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2时，判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’且t1‑
t0<t1时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合；当监测到t
’’
≤t0<t’， t0≥t0’
， t1>t0，t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2时，判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’且t1≤t0时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合；其中，t1为第一温差阈值，t2为第二温差阈值，t3为第三温差阈值，φ’为空气相对湿度下阈值，t’为环境温度上阈值，t
’’
为环境温度下阈值。
11.进一步地，所述控制器还采用以下方式控制相应电磁阀门开合以对混凝土梁板进行养护：当监测到t0≥t’， t0<t0’
， t1>t0，t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2时，判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ
’’
且t2‑ꢀ
t0<t3时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合；当监测到t
’’
≤t0<t
’ꢀ
， t0<t0’
， t1>t0，t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2时，判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ
’’
且t2‑ꢀ
t1<t3时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合；其中，φ
’’
为空气相对湿度上阈值，φ
’’ꢀ
>1.1φ’。
12.最后，本发明还涉及一种高层建筑混凝土梁板养护方法，具体实施方式为：将待养护的混凝土梁板划分为若干个养护区；在养护区内设置喷淋头、第一温度检测模块、湿度检测模块并在喷淋头供水管路
上设置电磁阀门来控制喷淋头打开和关闭；在待养护的混凝土梁板所对应楼层外部设置第二温度检测模块；将所述电磁阀门、第一温度检测模块、第二温度检测模块和湿度检测模块均连接控制器以构建上面所述的混凝土喷淋养护控制系统并通过该混凝土喷淋养护控制系统控制喷淋头对混凝土梁板进行喷水养护。
13.与背景技术文献相比，本发明通过监测养护区环境温度和湿度、混凝土表层温度和核心温度，依据监测结果计算和判断是否执行养护动作，无需在混凝土内部设置内循环养护管道，在不改变传统混凝土梁板结构并不增加建造成本的前提下同样能够对混凝土梁板及时、有效养护。与传统的人工养护相比，本发明通过温度检测模块和湿度检测模块实时对养护区的温湿度以及混凝土梁板的表层温度和核心温度进行监测，控制系统根据温湿度监测情况控制喷淋头及时、适量对混凝土梁板进行喷水养护，避免了人工养护存在的养护不到位和养护不及时等问题，能够大大减轻了人工养护工作的强度并提高养护效率。
附图说明
14.图1为实施例1中混凝土喷淋养护控制系统的结构框图；图2为实施例2中混凝土喷淋养护控制系统的结构框图。
具体实施方式
15.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明所涉及的混凝土喷淋养护控制系统及其工作原理作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
16.需要强调的是，在本发明的描述中，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。
17.实施例1见图1所示，在本实施例中，混凝土喷淋养护控制系统包括控制器以及设置在建筑物室内养护区的喷淋头、第一温度检测模块、湿度检测模块以及设置在喷淋头供水管路上的电磁阀门，电磁阀门、第一温度检测模块和湿度检测模块均与控制器连接，控制器通过控制电磁阀门的开合来打开和关闭喷淋头。当该混凝土喷淋养护控制系统用于高层建筑混凝土梁板养护时，为便于远程控制，可以在养护区内还设置zigbee模块，第一温度检测模块和湿度检测模块均与zigbee模块连接，通过zigbee模块即可将其与控制器实现无线通信连接。此外，将zigbee模块与控制器的主控制芯片连接，同时在电磁阀门的供电电路上设置用于控制电路通断的继电器，籍由主控制芯片控制与其连接的继电器的闭合和断开即可实现电磁阀门的打开和闭合，进而控制喷淋头对混凝土梁板的喷水养护。
18.具体而言，在本实施例中，第一温度检测模块被配置为用于监测养护区的环境温度t0、混凝土梁板的表层温度t1、混凝土梁板内的核心温度t2，所述湿度检测模块被配置为用于监测养护区的空气相对湿度φ0。其中，被配置为用于监测混凝土梁板内的核心温度t2的第一温度检测模块与混凝土梁板内的钢筋接触并通过隔热防水套管进行隔离保护。控制器则被配置为根据当前监测到的t0、t1、t2、φ0值计算和判断是否需要或继续对混凝土梁板
进行养护并控制相应电磁阀门的开合，具体方式如下：当监测到t0≥t
’ꢀ
（即养护区环境温度超过上限），t1>t0（即混凝土梁板表层温度高于养护区环境温度），t2‑ꢀ
t1≥t1（即混凝土梁板核心温度与表层温度差超出第一温差阈值），t2‑ꢀ
t0≥t2（即混凝土梁板核心温度与养护区环境温度差超出第二温差阈值）时，系统认为此时混凝土中水泥正在进行水化反应且反应放热所导致的温升超出范围，从而判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ
’ꢀ
（即喷水养护一段时间后，使得养护区空气相对湿度已超过设定的空气相对湿度下阈值）且t2‑ꢀ
t0<t1（即混凝土梁板核心温度与养护区环境温度的温差小于设定的第一温差阈值）时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合。
19.当监测到t
’’
≤t0<t
’ꢀ
（即养护区环境温度处于下限和上限之间），t1>t0（即混凝土梁板表层温度高于养护区环境温度），t2‑ꢀ
t1≥t1（即混凝土梁板核心温度与表层温度差超出第一温差阈值），t2‑ꢀ
t0≥t2（即混凝土梁板核心温度与养护区环境温度差超出第二温差阈值）时，系统认为此时混凝土中水泥正在进行水化反应且反应放热所导致的温升超出范围，从而判定需要对相应混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ
’ꢀ
（即喷水养护一段时间后，使得养护区空气相对湿度已超过设定的空气相对湿度下阈值）且t1‑
t0<t3（即混表层温度与养护区环境温度的温差小于设定的第三温差阈值）时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合。上述t1为第一温差阈值，t2为第二温差阈值，t3为第三温差阈值，φ’为空气相对湿度下阈值，t’为环境温度上阈值，t
’’
为环境温度下阈值。
20.实施例2本实施例与实施例1中混凝土喷淋养护控制系统的硬件结构类似，硬件上的不同之处主要在于本实施例中还包括被配置为用于监测混凝土梁板所对应楼层外部空气温度t0’
的第二温度检测模块，当然，该第二温度检测模块也与zigbee模块连接并通过zigbee模块与控制器无线通信连接。另外，本实施例所采用的控制方式与实施例1最大的不同之处是考虑了室外气温变化这一因素并将其引入到了喷淋养护控制参数中，具体如下：在本实施例中，当监测到t0≥t’（即养护区环境温度超过上限）且t0≥t0’
（即室内养护区环境温度高于室外环境温度），系统认为此时外部环境处于降温过程中，若此时还满足t1>t0（即混凝土梁板表层温度高于养护区环境温度），且t2‑ꢀ
t1≥t1（即混凝土梁板核心温度与表层温度差超出第一温差阈值），且t2‑ꢀ
t0≥t2（即混凝土梁板核心温度与养护区环境温度差超出第二温差阈值），系统认为此时混凝土中水泥正在进行水化反应且反应放热所导致的温升超出范围，从而判定需要对混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’（即喷水养护一段时间后，使得养护区空气相对湿度已超过设定的空气相对湿度下阈值）且t1‑
t0<t1（即混凝土梁板表层温度下降且其与养护区环境温差小于设定的第一温差阈值）时，加上此前系统已认为外部环境处于降温过程中，此时系统判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合。
21.当监测到t
’’
≤t0<t
’ꢀ
（即养护区环境温度处于下限和上限之间），且 t0≥t0’ꢀ
（即室内养护区环境温度高于室外环境温度），同样地，系统认为此时外部环境处于降温过程中，若此时还满足t1>t0（即混凝土梁板表层温度高于养护区环境温度），t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2，系统认为此时混凝土中水泥正在进行水化反应且反应放热所导致的温升超出范围，
从而判定需要对混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’（即喷水养护一段时间后，使得养护区空气相对湿度已超过设定的空气相对湿度下阈值）且t1≤t0（即混凝土梁板表层温度下降至低于养护区环境温度）时，加上此前系统已认为外部环境处于降温过程中，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合。
22.而当监测到t0≥t
’ꢀ
（即养护区环境温度超过上限）， t0<t0’ꢀ
（即室内养护区环境温度低于外部环境温度），系统认为此时外部环境处于升温过程中，若此时还满足 t1>t0（即混凝土梁板表层温度高于养护区环境温度），且t2‑ꢀ
t1≥t1（即混凝土梁板核心温度与表层温度差超出第一温差阈值），且t2‑ꢀ
t0≥t2（即混凝土梁板核心温度与养护区环境温度差超出第二温差阈值），系统认为此时混凝土中水泥正在进行水化反应且反应放热所导致的温升超出范围，加上此前系统已认为外部环境处于升温过程中，从而判定需要立即对混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ’（即喷水养护一段时间后，使得养护区空气相对湿度已超过设定的空气相对湿度下阈值）且t2‑ꢀ
t0<t3（即混凝土梁板核心温度下降且其与养护区环境温差小于设定的第三温差阈值）时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合。
23.当监测到t
’’
≤t0<t
’ꢀ
（即养护区环境温度处于下限和上限之间）， t0<t0’ꢀ
（即室内养护区环境温度低于外部环境温度），系统认为此时外部环境处于升温过程中，若此时还满足t1>t0且t2‑ꢀ
t1≥t1，t2‑ꢀ
t0≥t2，系统认为此时混凝土中水泥正在进行水化反应且反应放热所导致的温升超出范围，加上此前系统已认为外部环境处于升温过程中，从而判定需要立即对混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门打开，直至监测到φ0>φ
’’
（ φ
’’
为空气相对湿度上阈值，φ
’’ꢀ
≥1.1φ’，即喷水养护一段时间后，使得养护区空气相对湿度已超过设定的空气相对湿度上阈值） ，且t2‑ꢀ
t1<t3（即混凝土梁板的核心温度与表层温度的温差小于设定的第三温差阈值）时，判定不需要再对该混凝土梁板进行养护并控制对应电磁阀门闭合。
24.为了验证上述实施例1和实施例2所涉方案的可行性，在实验室内对二者以及传统的人工养护方式进行了对比测试。
25.测试条件为：在实验室内用c30商砼浇注三块长宽高分别为2m
×
2m
×
0.15m的混凝土块，每块混凝土块外部通过一个长宽高分别为3m
×
3m
×
1m的木制外罩罩住，在外罩内部形成用以模拟养护区的小环境，外罩两侧开直径为0.8m的圆形对流孔。实施例1、2中的第一温度检测模块和湿度检测模块设置在外罩内部，实施例2中的第二温度检测模块设置于外罩外部，各温度检测模块均通过隔热防水套管作隔离保护，湿度检测模块的隔热防水套管上设置透气口并在透气口处设置防水罩，以防止养护过程中温度检测模块和湿度检测模块与喷淋头喷出的自来水直接接触而影响检测结果，与实施例1和实施例2对应的试样由各自的控制系统控制喷淋头自动进行养护。测试持续时间为自混凝土块浇筑完成后14d。养护14d后，自每块混凝土块上取3块150mm
×
150mm
×
150mm的立方体试样，按照gb/t50081
‑
2002测试试样抗压强度。
26.测试过程包括3个阶段：第一阶段：第1d和第2d温度控制在26
°
c左右。第二阶段：第3d通过空调调节实验室环境温度在6h内从26
°
c上升至36
°
c并保持至第4d，第5d通过空调调节实验室环境温度在6h内下降至26
°
c并保持至第6d，第7d通过空调调节实验室环境温度在6h内下降至15
°
c并保持至第8d。第三阶段：第9d通过空调调节实验室环境温度在6h内上升
至26
°
c并保持至第10d，第11d通过空调调节实验室环境温度在6h内从26
°
c上升至36
°
c并保持至第12d，第13d通过空调调节实验室环境温度在6h内下降至26
°
c并保持至第14d。
27.养护用水采用自来水，水温控制在12～13
°
c，每种养护方式单独计算用水量。人工养护基本按照超过30
°
c，每4h养护一次；20～30
°
c，每8h养护一次；15～20
°
c，每12h养护一次。控制系统参数设定为t1：2.5
°
c，t2：4.5
°
c，t3:1
°
c，φ’：85%，φ
’’
：95%，t’：30
°
c，t
’’
：15
°
c。
28.养护14d后，观察各混凝土块表面裂纹情况，其中，人工养护的混凝土块表层肉眼可见有6处蛛网状的裂纹，最大的一处裂纹的最长段约为8cm,裂纹最大宽度约为0.1mm，裂纹深度约为1.5mm；采用实施例1所涉控制系统进行养护控制得到的混凝土块表层肉眼可见有3处蛛网状的裂纹，最大的一处裂纹的最长段约为5cm,裂纹宽度最大约为0.05mm，裂纹深度约为1.2mm；；采用实施例2所涉控制系统进行养护控制得到的混凝土块表层仅见到2处蛛网状裂纹，裂纹最长段约为3cm,裂纹宽度最大约为0.03mm，裂纹深度约为0.5mm。对比试验结果见下表1所示。
29.表1从上述测试结果可以看出，与传统的人工养护相比，实施例1和实施例2所对应的方案养护次数更多，用水量更少，对混凝土块表面裂纹发育的抑制作用更明显，并且在养护14d后所得到的混凝土块的抗压强度更高。尤其值得一提的是，与实施例1所对应的方案相比，在累计养护总次数相同的前提下，实施例2所对应方案的养护用水总量进一步降低，而养护14d后所得混凝土块的抗压强度反而显著提高，因此实施例2所对应方案在经济性和养护效果方面均更好，更适合在工程实践中应用。
30.上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
31.为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本技术文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。