一种桥梁大体积混凝土温度控制系统的制作方法

1.本发明属于桥梁施工技术领域，具体而言，涉及一种桥梁大体积混凝土温度控制系统。


背景技术：

2.随着国家经济的发展，桥梁跨径也随之增加，对于主桥墩身及承台这类大体积混凝土关键结构的质量要求也越来越严格，而大体积混凝土中的水泥等胶凝材料在水化过程中会释放大量的热量，但混凝土导热性较差，热量聚集在内部不易散发，而表面散热较快，这样在混凝土内部和表层会形成较大温差，而由于膨胀与收缩、内外温差和约束促使混凝土中拉伸应力发展，当应力大于混凝土的抗拉强度时，结构内部或表面将产生热裂缝或贯通裂缝，从而影响混凝土结构的稳定性、适用性和耐久性，因此，减少大体积混凝土内外温度应力是解决其开裂问题的症结所在。
3.目前，减少大体积混凝土内外温度应力的系统措施一般会包括改良配合比、降低入模温度、预测与定时监测、加强表面养护、配置冷却水管等措施，而降低混凝土内外温差的具体措施往往顾此失彼或只采取某一措施不成体系，并且改良配合比时采用的低热水泥价格高昂，并且桥梁大体积混凝土承台等易受到海水、江水中有害离子的侵蚀和泥沙的冲蚀，其混凝土必须具备优异的抗硫酸盐、抗氯离子等耐久性能，而普通的低热混凝土这些性能表现并不优秀，在改良配合比之后，通常需要对水泥水化热进行预测，而目前，对于桥梁承台大体积混凝土水化热温度的预测研究，只是对混凝土的绝热温升和最高温度进行预测，并未实现对大体积混凝土温度的实时预测，并且，由于通常只采用定点定时监测大体积混凝土温度的方式，无法及时显现其温度场变化，这导致温控措施的采取有一定的滞后，不足以指导现场设计和施工。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种桥梁大体积混凝土温度控制系统，旨在解决现有桥梁大体积混凝土温度控制系统存在的不适用于海水的缺点、有效性差以及措施滞后的问题。
5.本发明是这样实现的：
6.本发明提供一种桥梁大体积混凝土温度控制系统，其中，包括材料处理模块、温度调控模块以及表面维护模块；
7.其中，所述材料处理模块用于调整出混凝土配合比，并降低混凝土入模温度；
8.所述温度调控模块用于对大体积混凝土的进行温度预测，并结合实时温度监测数据，确定采取适当的温控措施，确保大体积混凝土的不出现有害裂缝；
9.所述表面维护模块用于混凝土表面进行及时的保温、养护处理。
10.在上述技术方案的基础上，本发明的一种桥梁大体积混凝土温度控制系统还可以做如下改进:
11.其中，所述温度调控模块具体包括以下模块：
12.温度预测模块，用于对监测数据采用神经网络进行预测；
13.温度监测模块，用于对混凝土中温度数据进行实时采集；
14.冷却水调控模块，用于在所述温度预测模块中对混凝土内外温差进行计算；
15.其中，所述冷却水调控模块还包括冷水能效自动测试装置。
16.进一步的，所述温度预测模块具体执行以下步骤：
17.第一步，构建一个卷积神经网络，其中包含一个输入层，三个卷积层，三个relu非线性激活层，三个池化层，一个全连接层以及一个输出层，其中输入层为所述温度监测模块所收集到的上一个时段的温度数据，输出层为下一个时段的温度预测数据；
18.第二步，对所述输出层所输出的下一个时段的温度预测数据按比例选取，构成遗传算法所需的种群；
19.第三步，对所述输入层所输入的上一个时段的温度监测数据通过正弦函数与余弦函数统一处理到0～1区间内，即对数据进行归一化处理，归一化处理后对所得数据进行参数化编码，生成初始种群；
20.第四步，把同一时段所述温度预测模块所预测的温度数据和所述温度监测模块所预测的温度数据之间的方差作为个体适应度值，个体通过适应度函数计算个体适应度值，遗传算法通过选择、交叉和变异操作找到最优适应度值对应个体；
21.第五步，用遗传算法得到最优个体对网络赋值，网络经训练后输出混凝土水化热预测函数。
22.进一步的，所述温度检测模块具体包括以下模块：
23.传感器模块，设置在混凝土的内部、表面、冷却水管壁以及相邻水管间的混凝土中；
24.采集模块，与所述传感器模块相连，用于采集所述传感器模块的数据；
25.统计模块，与所述采集模块相连，用于统计所述采集模块所上产的温度数据。
26.本发明提供一种桥梁大体积混凝土温度控制系统，所述传感器模块分布具有一下几条原则：
27.第一，在混凝土的边缘、角部、中部等部位可布置测位，混凝土浇筑体厚度均匀时，测位间距为10m～15m，变截面部位可增加测位数量；
28.第二，宜选择具有代表性的两个交叉竖向剖面进行测温，竖向剖面交叉位置宜通过基础中部区域；
29.第三，在测试区内，监测点的位置与数量可根据混凝土浇筑体内温度场的分布情况及温控的要求确定。
30.进一步的，所述冷却水调控模块具体包括一下模部件：
31.水泵模块，用于抽水；
32.水箱模块，用于存放所述水泵模块抽取的水；
33.管道模块，为s形，分为上层冷却水管与下层水管冷却水管，上层冷却水管与下层冷却水管绕行方向相互垂直，且每层冷却水管相互独立，并设进水管和出水管，进水管与分水装置连接，出水管与回水装置连接，根据混凝土施工情况，逐层向进水管通水；
34.电动阀门模块，与所述水泵模块连接，可接收并执行由温度控制模块中温度预测模块发出的指令，用于调控冷却水输送。
35.进一步的，所述冷却水调控模块在所述预测模块中对混凝土内外温差等计算值，达到规范要求值或设计值时，冷却水系统会将该点设置为最大临界值或者最小临界值，具体操作步骤如下：
36.当神经网络输出层输出的对混凝土下一时段的相应预测数值达到最大临界值时，冷却水系统会开始通水，提升混凝土内部降温速率，降低混凝土内外温差；
37.当神经网络输出层输出的对混凝土下一时段的相应预测数值低于最小临界值时，停止通水；
38.其中，所述预测模块留有一个时段提前量，在监测模块所监测的数值达到规范数值或设计值之前，冷却水模块就会自动通水或停止，避免由于监测不及时导致措施滞后或过度。
39.其中，所述材料处理模块执行如下步骤：
40.第一步，在混凝土搅拌制作前采用冰渣预冷等措施降低粗细集料入机温度；
41.第二步，估算混凝土的出机温度；
42.第三部，判断温度；
43.其中，温度判断标准为；
44.当处于夏季时，混凝土最高浇筑温度不得超过30℃；
45.当处于冬季时，混凝土最低浇筑温度不得低于5℃。
46.进一步的，所述冷水能效自动测试装置包括：
47.功率采集器，用于检测冷却水调控模的电流、电压、功率、耗电量；
48.温度采集器，用于检测所述冷却水调控模块的水箱内胆表面温度和出水口温度；
49.电子秤，用于检测冷却水调控模输出的水的质量；
50.流量采集器，用于检测冷却水调控模的注水管路中水的流量；
51.压力采集器，用于检测冷却水调控模的注水管路中水的压力；
52.恒温水系统，用于提供恒温冷水；
53.注水系统，用于连接恒温水系统和冷却水调控模的注水管路并向冷却水调控模补水；
54.plc，用于数据采集和传输，且具有计时功能；
55.所述plc和所述功率采集器、温度采集器、电子秤、计时器、流量采集器、压力采集器、恒温水系统以及注水系统电连接。
56.其中，所述材料处理模块用于调整出混凝土配合比的具体质量配比为：
57.水泥为290kg/m3；
58.粉煤灰为50kg/m3；
59.矿粉为90kg/m3；
60.河砂为774kg/m3；
61.碎石为946kg/m3；
62.水为170kg/m3；
63.聚羧酸减水剂为9kg/m3；
64.防腐阻锈剂为26kg/m3；
65.聚丙烯醇纤维为0.06kg/m3。
66.与现有技术相比较，本发明提供的一种桥梁大体积混凝土温度控制系统的有益效果是：通过采用混凝土配合比试验，控制混凝土的水化热，降低混凝土的绝对温升，从而保证混凝土具备良好的抗硫酸盐、抗氯离子等耐久性能，使得混凝土能够适用于海水，同时保证混凝土的品质与强度，减少混凝土的收缩、徐变带来的不良影响；通过设置温度预测模块、温度检测模块以及冷水调控模块，在温度预测方面，可以预测混凝土的绝对温升和最高温度，并且能够预测与监测大体积混凝土在各个时段、各个位置的温度及温度应力，提高温度控制系统的有效性；在温度监测方面，能够对混凝土进行实施的预测，解决温度控制系统存在的滞后性的问题。
附图说明
67.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
68.图1为本发明提供的桥梁大体积混凝土温度控制系统的架构图；
69.图2为冷却水调控模块中的冷水能效自动监测模块电连接图；
70.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
具体实施方式
71.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
72.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
73.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
74.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
76.如图1所示，是本发明提供的一种桥梁大体积混凝土温度控制系统的第一实施例，在本实施例中，包括材料处理模块、温度调控模块以及表面维护模块；
77.其中，材料处理模块用于调整出混凝土配合比，并降低混凝土入模温度；
78.温度调控模块用于对大体积混凝土的进行温度预测，并结合实时温度监测数据，确定采取适当的温控措施，确保大体积混凝土的不出现有害裂缝；
79.表面维护模块用于混凝土表面进行及时的保温、养护处理。
80.其中，在上述技术方案中，温度调控模块具体包括以下模块：
81.温度预测模块，用于对监测数据采用神经网络进行预测；
82.温度监测模块，用于对混凝土中温度数据进行实时采集；
83.冷却水调控模块，用于在温度预测模块中对混凝土内外温差进行计算；
84.其中，冷却水调控模块还包括冷水能效自动测试装置。
85.进一步的，在上述技术方案中，温度预测模块具体执行以下步骤：
86.第一步，构建一个卷积神经网络，其中包含一个输入层，三个卷积层，三个relu非线性激活层，三个池化层，一个全连接层以及一个输出层，其中输入层为温度监测模块所收集到的上一个时段的温度数据，输出层为下一个时段的温度预测数据；
87.第二步，对输出层所输出的下一个时段的温度预测数据按比例选取，构成遗传算法所需的种群；
88.第三步，对输入层所输入的上一个时段的温度监测数据通过正弦函数与余弦函数统一处理到0～1区间内，即对数据进行归一化处理，归一化处理后对所得数据进行参数化编码，生成初始种群；
89.第四步，把同一时段温度预测模块所预测的温度数据和温度监测模块所预测的温度数据之间的方差作为个体适应度值，个体通过适应度函数计算个体适应度值，遗传算法通过选择、交叉和变异操作找到最优适应度值对应个体。
90.第五步，用遗传算法得到最优个体对网络赋值，网络经训练后输出混凝土水化热预测函数。
91.进一步的，在上述技术方案中，温度检测模块具体包括以下模块：
92.传感器模块，设置在混凝土的内部、表面、冷却水管壁以及相邻水管间的混凝土中；
93.采集模块，与传感器模块相连，用于采集传感器模块的数据；
94.统计模块，与采集模块相连，用于统计采集模块所上产的温度数据。
95.如图1所示，是本发明提供的一种桥梁大体积混凝土温度控制系统的第一实施例，在本实施例中，传感器模块分布具有一下几条原则：
96.第一，在混凝土的边缘、角部、中部等部位可布置测位，混凝土浇筑体厚度均匀时，测位间距为10m～15m，变截面部位可增加测位数量；
97.第二，宜选择具有代表性的两个交叉竖向剖面进行测温，竖向剖面交叉位置宜通过基础中部区域；
98.第三，在测试区内，监测点的位置与数量可根据混凝土浇筑体内温度场的分布情况及温控的要求确定。
99.进一步的，在上述技术方案中，冷却水调控模块具体包括一下模部件：
100.水泵模块，用于抽水；
101.水箱模块，用于存放水泵模块抽取的水；
102.管道模块，为s形，分为上层冷却水管与下层水管冷却水管，上层冷却水管与下层冷却水管绕行方向相互垂直，且每层冷却水管相互独立，并设进水管和出水管，进水管与分水装置连接，出水管与回水装置连接，根据混凝土施工情况，逐层向进水管通水；
103.电动阀门模块，与水泵模块连接，可接收并执行由温度控制模块中温度预测模块发出的指令，用于调控冷却水输送。
104.进一步的，在上述技术方案中，冷却水调控模块在预测模块中对混凝土内外温差等计算值，达到规范要求值或设计值时，冷却水系统会将该点设置为最大临界值或者最小临界值，具体操作步骤如下：
105.当神经网络输出层输出的对混凝土下一时段的相应预测数值达到最大临界值时，冷却水系统会开始通水，提升混凝土内部降温速率，降低混凝土内外温差；
106.当神经网络输出层输出的对混凝土下一时段的相应预测数值低于最小临界值时，停止通水；
107.其中，预测模块留有一个时段提前量，在监测模块所监测的数值达到规范数值或设计值之前，冷却水模块就会自动通水或停止，避免由于监测不及时导致措施滞后或过度。
108.其中，在上述技术方案中，材料处理模块执行如下步骤：
109.第一步，在混凝土搅拌制作前采用冰渣预冷等措施降低粗细集料入机温度；
110.第二步，估算混凝土的出机温度；
111.第三部，判断温度；
112.其中，温度判断标准为；
113.当处于夏季时，混凝土最高浇筑温度不得超过30℃；
114.当处于冬季时，混凝土最低浇筑温度不得低于5℃。
115.进一步的，在上述技术方案中，冷水能效自动测试装置包括：
116.功率采集器，用于检测冷却水调控模的电流、电压、功率、耗电量；
117.温度采集器，用于检测冷却水调控模块的水箱内胆表面温度和出水口温度；
118.电子秤，用于检测冷却水调控模输出的水的质量；
119.流量采集器，用于检测冷却水调控模的注水管路中水的流量；
120.压力采集器，用于检测冷却水调控模的注水管路中水的压力；
121.恒温水系统，用于提供恒温冷水；
122.注水系统，用于连接恒温水系统和冷却水调控模的注水管路并向冷却水调控模补水；
123.plc，用于数据采集和传输，且具有计时功能；
124.如图2所示，plc和功率采集器、温度采集器、电子秤、计时器、流量采集器、压力采集器、恒温水系统以及注水系统电连接。
125.其中，在上述技术方案中，材料处理模块用于调整出混凝土配合比的具体质量配比为：
126.水泥为290kg/m3；
127.粉煤灰为50kg/m3；
128.矿粉为90kg/m3；
129.河砂为774kg/m3；
130.碎石为946kg/m3；
131.水为170kg/m3；
132.聚羧酸减水剂为9kg/m3；
133.防腐阻锈剂为26kg/m3；
134.聚丙烯醇纤维为0.06kg/m3。
135.具体的，本发明的原理是：
136.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。