适用于大型预冷混凝土拌合楼的温度控制方法与流程

本发明属于混凝土拌合，具体涉及一种适用于大型预冷混凝土拌合楼的温度控制方法。

背景技术：

1、大体积混凝土由于浇筑后内部水化温升产生的热量无法及时散失到空气中，导致混凝土结构内部出现先温升后温降的过程，相应地，混凝土内部先表现为压应力后表现为拉应力的受力过程，当混凝土内部的拉应力一旦超过混凝土的抗拉强度，大体积混凝土便会开裂。

2、影响混凝土拉应力幅值的一个重要因素是混凝土的生产温度，即混凝土拌合楼的出机口温度，也就是混凝土拌合楼在拌和各种原材料之后生成的准备浇筑的混凝土温度。该温度越低，混凝土水化反应的最高温度也越低，混凝土由最高温降至环境温度的温降幅度也越低，混凝土内部的最终拉应力也越小，开裂风险越小。

3、目前，在大体积混凝土工程中，为了有效控制混凝土裂缝，根据建筑物部位的重要性、结构形式的不同，一般在夏季高温控制混凝土的出机口温度，一般由7℃与14℃两种。

4、但在炎热夏季的南方地区(如湖北、湖南、江西等地)，混凝土自然出机口温度一般为30℃左右，要降到7℃或者14℃，单靠某一种单一的预冷措施是不够的，通常采用的措施有：1)“三冷法”预冷混凝土：首先用水冷骨料，通常是用2-4℃冷水在罐中浸泡骨料，或用喷淋法在专用的水冷骨料输送胶带机上水冷骨料，将骨料冷至i0℃左右，然后在拌和楼料仓中对骨料进行风冷，最后以片冰代水拌和混凝土。采取“三冷法”综合措施可将混凝土出机口温度降至7℃，该技术适合骨料系统无二次筛分，施工场地开阔的工程。2)“两次风冷骨料及加冰”技术预冷混凝土两次风冷骨料技术则是在地面骨料仓内第一次用冷风风冷粗骨料，骨料转入拌和楼料仓内再第二次通冷风风冷粗骨料，第一次将骨料冷至8℃左右，第二次将骨料终温冷至0℃左右，最后以片冰代替水拌和混凝土。采用“两次风冷骨料及加冰”综合措施可以稳定地将混凝土出机口温度降至7℃以至更低。

5、另外，对于国家重大工程，也会将混凝土的出机口温度控制在12-14℃。此时的冷却组合方法主要有1）利用拌和楼料仓内通冷风风冷骨料，再以片冰代水拌和混凝土；2）用地面骨料仓一次风冷，拌和楼料仓两次风冷骨料联合运行；3)用地面骨料仓一次风冷，加片冰拌和混凝土联合运行。

6、随着我国绿色、低碳建造技术的发展，研究表明，在运距较短、混凝土生产后温度增长较低的环境下，混凝土的出机口温度调整到16℃，可有效提高混凝土的生产效率，同时减少二次风冷和冷水、片冰的使用量，达到绿色、低碳建造的目标。

7、在本项目要求混凝土经过一次风冷、加冰、加冷水等条件实现预冷混凝土出机口温度达到16℃的要求，因此，本专利在历经5个月的数据监测，通过大量数据拟合得到粗骨料、细骨料、胶凝材料随环境温度变化特征参数，进一步获得粗骨料冷却时间（运输粗骨料的皮带机的传送时间）、冷风机出风口温度、冷水温度和片冰的使用量与混凝土出机口温度16℃的关系函数。可实现预冷混凝土出机口温度精准控制在16℃左右，并通过合理调整粗骨料风冷时间、冷风机出风口温度、加入冷水温度以及片冰使用量等参数，实现拌合楼资源配置的最优解，节约资源和成本，实现混凝土绿色低碳生产的目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于大型预冷混凝土拌合楼的温度控制方法。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种适用于大型预冷混凝土拌合楼的温度控制方法，其特征在于：所述温度控制方法包括如下步骤：

4、步骤1）测定拌合楼所在位置的环境温度；

5、步骤2）测定粗骨料、细骨料在堆存棚存料时的表层温度及胶凝材料在存料罐时温度；

6、步骤3）测定粗骨料、细骨料及胶凝材料在堆存棚及存料罐运输至拌合楼并在投入使用前的表层温度；

7、步骤4）通过采集步骤1）-3）的大量数据，建立粗骨料、细骨料和胶凝材料从存料到投入使用前的温度变化值与环境温度的关系模型，通过拟合得到粗骨料、细骨料、胶凝材料随环境温度变化的特征参数；

8、步骤5）根据粗骨料用量、粗骨料运输速度、冷风机出气口温度、粗骨料冷却温度与步骤4）中所得粗骨料随环境温度变化特征参数相关的关系模型，获得运输粗骨料的皮带机的传送时间，获得冷风机出风口温度；

9、步骤6）根据细骨料用量、细骨料冷却温度、冷水温度、冷水用量，细骨料与冷水混合物冷却温度之间的与所述细骨料随环境温度变化特征参数相关的关系模型，获得冷水温度；

10、步骤7）根据胶凝材料用量、混凝土冷却温度目标值与所述胶凝材料随环境温度变化特征参数的关系模型，确定片冰的使用量；

11、步骤8）步骤4）至步骤7）循环优化，确定不同环境温度下，冷风机出风口温度、冷水温度及片冰的使用量。

12、而且，所述步骤4）的具体过程为：

13、通过采集大量的实测数据，建立粗骨料从存料到投入使用前的温度变化值△tc1与环境温度关系t0的关系模型，可拟合得到粗骨料随环境温度变化的特征参数n1：

14、△tc1=|tc1-tc0|=|tc0-t0|*[ e^(-n1t)-1] （1）

15、其中，

16、△tc1为粗骨料存料至投入使用前的温度变化值；

17、tc1为运输至拌合楼的粗骨料投入使用前的表层温度；

18、tc0为粗骨料在堆存棚存料时的表层温度；

19、t0为拌合楼所在位置的环境温度；

20、t为时间因子，归一化处理后，计算时取1；

21、n1为粗骨料随环境温度变化的特征参数；

22、通过采集大量的实测数据，建立细骨料从存料到投入使用前的温度变化值△tx1与环境温度t0的关系模型，拟合得到细骨料随环境温度变化的特征参数n2：

23、△tx1=|tx1-tx0|=|tx0-t0|* [ e^(-n2t)-1] （2）

24、其中，

25、△tx1为细骨料存料至投入使用前的温度变化值；

26、tx1为运输至拌合楼的细骨料投入使用前的表层温度；

27、tx0为细骨料在堆存棚存料时的表层温度；

28、n2为细骨料随环境温度变化的特征参数；

29、通过采集大量的实测数据，建立胶凝材料从存料罐到投入使用前的温度变化值△tj1与环境温度t0的关系模型，拟合得到胶凝材料随环境温度变化的特征参数n3：

30、△tj1=|tj1-tj0|=|tj0 -t0|* [ e^(-n3t)-1] （3）

31、其中

32、△tj1为胶凝材料来料至拌合楼投入生产前的变化温度；

33、tj1为输送至拌合楼的胶凝材料投入使用前的表层温度；

34、tj0为胶凝材料在存料罐时温度；

35、n3为胶凝材料随环境温度变化的特征参数。

36、而且，所述步骤5）的具体过程为：

37、由公式（4）根据粗骨料用量qc、皮带机速度vc、传送带上每米的粗骨料质量m2，确定粗骨料在受到风冷降温的时间，即皮带机的传送时间t2：

38、qc=vct2m2 （4）

39、其中

40、qc为粗骨料用量；

41、vc为运输粗骨料的皮带机速度；

42、t2为传送带输送qc质量粗骨料所需的时间；

43、m2为传送带上每米的粗骨料质量；

44、根据粗骨料在皮带机上的传送时间t2、粗骨料风冷后的目标温度tc2，由公式（5）计算得到冷风机出气口温度tl0；

45、△tc2=|tc2-tc1|=|tc1-tl0|*[ e^(-n1t2)] （5）

46、其中：

47、△tc2 为粗骨料风冷前后的温度变化值；

48、tc2为粗骨料风冷后的目标温度；

49、tl0为冷风机出气口温度。

50、而且，所述步骤6）的具体过程为：

51、由公式（6）根据细骨料冷却后的目标温度tx2，细骨料与冷水的拌合时间t3，计算得到冷水温度tld：

52、△tx2=|tx2-tx1|=（tx1-tld）*[ e^(-n2t3)-1] （6）

53、其中

54、△tx2为细骨料水冷后的温度变化值；

55、tx2为细骨料冷却目标温度；

56、tld为冷水温度；

57、t3为细骨料与冷水的拌合时间；

58、由公式（7）可根据细骨料用量qx、细骨料与冷水混合物的温度th，确定冷水用量qld：

59、cs*qld（th-tld）=cx*|tx2- th|*z*qx （7）

60、其中

61、cs为水的比热容；qld为冷水用量；

62、cx为细骨料的比热容；qx为细骨料用量；

63、th为细骨料与冷水混合物的温度；

64、z为配合比中固体材料总质量与细骨料质量的比值。

65、而且，所述步骤7）的具体过程为：

66、根据公式（8）由胶凝材料冰冷后的温度tj2，确定胶凝材料与片冰的拌合时间t4；

67、△tj2=|tj2-tj1|=|tj1-tb|*[ e^(-n3t4)] （8）

68、其中

69、△tj2为胶凝材料冰冷后的温度变化值；

70、tj2为胶凝材料冰冷后的温度；

71、tb为片冰温度，为0℃；

72、t4为胶凝材料与片冰的拌合时间；

73、将n3代入绝热温升如公式（9）的用于调整水化热的绝热温升：

74、tt＝qj*q/ch*ρ(1－e^(-n3mt)) （9）

75、其中

76、tt为混凝土的最大绝热温升；

77、qj为胶凝材料用量；

78、ch为混凝土的比热容；

79、ρ为混凝土密度；

80、m为温度系数，随温度的变化而改变，在16℃时，取0.35；

81、q为胶凝材料水化热总量，q=kq0，q0为水泥水化热总量，取375，k为不同产量掺合料水化热调整系数；

82、由能量守恒，根据公式（10），由胶凝材料用量qj、混凝土冷却后的目标温度tm，确定片冰的使用量qp；

83、|th+tt- tm|*（z2*qj*cj+q1d*cs+qp*cs）= tm * qj* cj （10）

84、此处认为片冰的温度为0摄氏度；

85、cj为胶凝材料的比热容；

86、qj为胶凝材料用量；

87、tm为混凝土冷却后的目标温度，为16℃阈值；

88、z2为配合比中固体材料总质量与胶凝材料质量的比值。

89、本发明的优点和有益效果为：

90、1、本发明适用于大型预冷混凝土拌合楼的温度控制方法，通过建立粗骨料、细骨料和胶凝材料从存料到投入使用前的温度变化值与环境温度关系的计算模型，得到粗骨料、细骨料、胶凝材料随环境温度变化温度特性参数，再通过一次风冷、加冰、加冷水制冷工艺中各个冷却步骤中的模型构建，确定不同环境温度下，运输粗骨料的皮带机速度，冷风机出风口温度、冷水的用量及片冰使用量，考虑物料对环境温度敏感性因素，从而在满足预冷混凝土出机口温度要求前提下，实现尽量节约拌合楼生产系统预冷设备。

91、2、本发明适用于大型预冷混凝土拌合楼的温度控制方法，通过实践探索，确定在不同天然环境温度下，预冷混凝土拌合楼在生产不同出机口温度要求时，有效控制粗骨料的风冷时间、风冷温度、冷水及片冰的用量等，在满足预冷混凝土出机口温度要求的同时，最大限度地实现资源的最大配置，节约成本、提高效率，可进一步实现预冷混凝土拌合楼绿色、低碳、节能环保的目标。