一种基于碳纤维电热的混凝土结构预应力管道温控系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于碳纤维电热的混凝土结构预应力管道温控系统及控制方法，属于混凝土结构预应力管道施工控制技术领域，该系统包括供热模块、温度反馈模块和温度控制模块三大模块。供热模块包括电源、通电电缆、发热碳丝、电极触点和波纹管，为温控系统提供热源。温度反馈模块包括温度传感器和多通道温度自动采集仪，将采集的温度数据反馈给温度控制模块。温度控制模块根据温度反馈模块反馈的数据调整输入端的电压和电流，实现预应力管道温控系统温度的动态控制，其中温度控制模块包括电路控制器。本系统能够对寒冷地区桥梁预应力管道浆体的凝结全过程保温控温，确保浆体水化充分，提高注浆质量可靠度，避免结构因浆体冻胀的共生开裂的问题。的共生开裂的问题。的共生开裂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纤维电热的混凝土结构预应力管道温控系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种预应力混凝土桥梁预应力管道施工
，尤其涉及一种基于碳纤维电热的混凝土结构预应力管道温控系统及控制方法。

技术介绍

[0002]我国基础建设正在向西部、北部高寒地区深入，如川藏铁路等。高寒地区气候寒冷多变，冬季时间长、昼夜正负温度交替的日期可占全年的120天。防冻抗冻，是高寒地区桥梁建设施工必须面对的问题。当预应力管道内的浆体在凝固阶段遭遇严寒低温情况，浆体内自由水将会冻结膨胀，向外挤压引起外围保护层厚度区的混凝土产生径向拉应力。另一方面，频繁的正负温交替环境下，浆体反复冻融，水化进程不完整，内部结晶结构受到破坏，也会导致泌水率的增加，压浆体本身的强度损伤，以及浆体与钢绞线粘结强度下降、预应力损失加大。粘结受损会降低预应力梁的抗弯承载能力。
[0003]为防止浆体冻胀，国内外规范对预应力张拉与注浆施工提出了严格要求。交通部公路桥梁冬季施工规范要求，预应力钢绞线张拉时，气温不得低于
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15℃，同时要求张拉后48小时内完成注浆，注浆时浆液温度应在5～30℃之间，压浆过程中及压浆后48h内，梁体及环境温度不得低于5℃。这条件对于高寒地区桥梁注浆施工近乎苛刻，使每年的可施工时间受到极大限制，也不能从根本上解决浆体未能充分水化，反复冻融损伤的问题。目前常用的技术路线的基本方向可分为：物理加热保温与化学防冻。对于纵向分段施工的预应力混凝土桥梁而言，浇筑混凝土阶段过程，采用节段保温材料围覆与养生技术手段，加之混凝土自身水化热量较大，梁体本身可避免受冻。但对于大批量的预应力管道注浆过程，全梁的加温养护技术路线显然不可行。化学防冻手段之一是降低水泥浆的冻结冰点，常见做法往水泥浆中掺加无机盐，但盐的添加会降低材料的耐腐蚀性，尤其对预应力钢筋不利。手段之二为化学升温，通过往水泥基材中添加外加剂，加快水化反应或增加发热量，提高材料的早期强度，但早强混凝土的技术路线对压浆体配置，需要严密考虑环境条件，入模温度等，并对压浆工艺过程控制提出了很高的要求。另一方面，浆体注入后，温度是不可控的，无法对浆体温度实现二次调控，难以应对正负温交替变化。
[0004]可见，现有技术中无法有效解决高寒地区预应力桥梁施工过程中结构因浆体冻胀的共生开裂的问题。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种混凝土结构预应力管道温控系统及控制方法，能够对寒冷地区桥梁预应力管道浆体的凝结全过程保温控温，确保浆体水化充分，提高注浆质量可靠度，避免结构因浆体冻胀的共生开裂的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种混凝土结构预应力管道温控系统，其中，所述的管道温控系统由供热模块、温
度反馈模块和温度控制模块组成；供热模块包括电源、通电电缆、发热碳丝、电极触点和波纹管，为温控系统提供热源；温度反馈模块包括温度传感器和多通道温度自动采集仪，将采集的温度数据反馈给温度控制模块。温度控制模块根据温度反馈模块反馈的数据调整输入端的电压和电流，实现预应力管道温控系统温度的动态控制，其中温度控制模块包括电路控制器；
[0008]所述管道温控系统，其系统组件包括：电路控制器、通电电缆、发热碳丝、电极触点、波纹管、温度传感器、多通道温度采集仪；
[0009]所述波纹管外缠绕设置有所述发热碳丝，所述发热碳丝两端分别设置有电极触点；
[0010]所述电路控制器的输入、输出端分别通过所述通电电缆与两个电极触点连接；
[0011]所述温度传感器压浆材料中，用于监测所述压浆材料的温度；
[0012]所述多通道温度采集仪与所述温度传感器连接，用于采集所述温度传感器的测量值；
[0013]所述数据采集与控制系统与所述多通道温度采集仪通信连接，用于获取所述多通道温度采集仪采集的数据信息；
[0014]所述数据采集与控制系统与所述电路控制器通信连接，用于控制所述电路控制器输入端电压，以使所述电路控制器调节所述发热碳丝的温度。
[0015]其中，所述电路控制器为单向可调自耦变压器。
[0016]其中，所述电路控制器电压的调整范围为0V～220V。
[0017]其中，所述发热碳丝的规格包括：3K、6K、12K、24K和48K中的任意一种，其中，1K表示1000根碳纤维丝组成1束。
[0018]其中，所述发热碳丝的熔点为210℃，所述发热碳丝在通电的条件下将电能转换成热能，并将热量传递给预应力管道。
[0019]其中，所述发碳丝缠绕方式包括：单丝缠绕、双丝缠绕和多丝缠绕中的任意一种。
[0020]其中，所述波纹管为金属波纹管和塑料波纹管中的任意一种。
[0021]其中，所述压浆材料为导热压浆材料。
[0022]一种预应力管道温度控制方法包括预热阶段、水化恒温阶段、强度快速发展段、强度平稳发展阶段和自然下降段，如图11所示。
[0023]其中，所述的预热阶段是指在预应力管道压浆之前对预应力管道进行预加热，使压浆前的管道内的温度控制在5℃～75℃之间。
[0024]其中，所述的水化恒温阶段可以保证水化反应的正常进行，在压浆材料终凝前将温度控制在5℃～75℃之间，且预应力管道内表外温差不超过25℃。
[0025]其中，所述的强度快速发展阶段，预应力管道内的压浆材料强度开始逐步形成，为避免出现温度裂缝，需将温度控制在5℃以上，且内表面温度差不大于25℃，控制时间为3天。
[0026]其中，所述的强度平稳发展阶段，预应力管道内的压浆材料处于固体状态，强度已发展到75％左右，需将温度控制在5℃以上进行养护，时间周期为4天。
[0027]其中，所述的自然下降段，发热模块不再为预应力管道系统供热，直至温度预应力管道体系温度自动调整至与环境温度持平。
[0028]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0029]本专利技术提供的混凝土结构预应力管道温控系统，包括电路控制器、通电电缆、发热碳丝、电极触点、波纹管、温度传感器、多通道温度采集仪以及数据采集与控制系统，使得常温下的压浆材料能在负温环境正常使用，通过对预应力管道体系温度的动态调控，可确保预应力管道内压浆材料的正常凝结硬化，有效防止压浆材料的冻胀破坏。
附图说明
[0030]图1是本申请实施例的混凝土结构预应力管道温控系统示意图；
[0031]图2是本申请研发思路流程图；
[0032]图3是不同规格碳丝的电热特性；
[0033]图4是不同养护方式下普通压浆料体系温度变化图；
[0034]图5是不同养护方式下导热压浆料体系温度变化图；
[0035]图6是60mm管径下预应力管道体系温度变化趋势图；
[0036]图7是75mm管径下预应力管道体系温度变化趋势图；
[0037]图8是90mm管径下预应力管道体系温度变化趋势图；
[0038]图9是100mm管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纤维电热的混凝土结构预应力管道温控系统，其特征在于，所述的温控系统由供热模块、温度反馈模块和温度控制模块组成，供热模块包括电源、通电电缆、发热碳丝、电极触点和波纹管，为温控系统提供热源；温度反馈模块包括温度传感器和多通道温度自动采集仪，将采集的温度数据反馈给温度控制模块；温度控制模块根据温度反馈模块反馈的数据调整输入端的电压和电流，实现预应力管道温控系统温度的动态控制，其中温度控制模块包括电路控制器；所述波纹管外缠绕设置有所述发热碳丝，所述发热碳丝两端分别设置有电极触点；所述电路控制器的输入、输出端分别通过所述通电电缆与两个所述电极触点连接；所述温度传感器压浆材料中，用于监测所述压浆材料的温度；所述多通道温度采集仪与所述温度传感器连接，用于采集所述温度传感器的测量值；所述数据采集与控制系统与所述多通道温度采集仪通信连接，用于获取所述多通道温度采集仪采集的数据信息；所述数据采集与控制系统与所述电路控制器通信连接，用于控制所述电路控制器输入端电压，以使所述电路控制器调节所述发热碳丝的发热量。2.根据权利要求1所述的混凝土结构预应力管道温控系统，其特征在于，所述电路控制器为单向可调自耦变压器，动态调压范围为0～220V。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：舒小娟，赵洋，吴金灿，沈明燕，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：