устройство оперативного контроля прочности бетона

Формула изобретения

Устройство для оперативного управления процессом тепловой обработки бетона, включающий нагрев уложенной смеси путем разогрева с помощью греющего провода либо электродов, измерение температуры смеси, регулирование температуры смеси путем изменения электрических характеристик, ограничение температуры ее поверхностного слоя путем изменения характеристик электрического тока в процессе тепловой обработки, измерение температуры и текущей прочности изделия, определение момента начала подъема температуры по достижению изделием на стадии предварительной выдержки заданной начальной прочности и определение момента начала снижения температуры изделия, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, стабилизируют допустимый перепад температуры изделия и окружающей среды, задают продолжительность тепловой обработки, скорости подъема и снижения температуры изделия и требуемую прочность изделия к концу тепловой обработки, подъем температуры осуществляют со скоростью, не превышающей максимально допустимую, при этом непрерывно определяют время, оставшееся до конца тепловой обработки, с учетом последнего и текущей прочности изделия рассчитывают прогнозируемую прочность, сравнивают ее с требуемой к концу тепловой обработки, подъем температуры прекращают при достижении прогнозируемой прочности не менее требуемой, а определение момента начала снижения температуры ведут по времени, оставшемуся до конца тепловой обработки, необходимому для остывания изделия, причем снижение температуры ведут со скоростью, не превышающей максимально допустимую, при этом оперативный контроль осуществляется не косвенным термометрическим способом, а непосредственным прямым измерением прочности бетона Rб в режиме реального времени Т, для чего используются электронные датчики и приборы неразрушающего контроля (УКВ-1, Пульсар-2), снимающие показания непосредственно с бетона в раннем возрасте и включенные в общую систему автоматизированного управления процессом (трансформатор прогрева - КТП, софиты, электронные датчики и термодатчики, многоканальный измеритель температуры, времени прогрева и снятия показаний приборов неразрушающего контроля, шинопровод, подводящие и греющие провода, прибор регистратор, компьютер); способ учитывает следующие характеристики технологического процесса: скорость подъема температуры, температуру наружного воздуха, модуль поверхности (массивность) конструкции, коэффициент теплопередачи опалубки, коэффициент продуваемости опалубки, время изотермического прогрева бетона с учетом экзотермических свойств применяемого цемента; применяется трехстадийный режим прогрева: разогрев, изотермическое выдерживание по методу «управляемого термоса» и экономный режим прогрева при остывании бетона с учетом расчетной температуры бетона и продолжительности прогрева, при которых снижение энергозатрат достигает не менее 20%; учитывается расчетное время набора проектной прочности бетона, например, 30% Rпр. - до момента распалубки конструкции или 70% Rпр. - до момента возможной нагрузки бетонной конструкции; автоматизированная система управления динамична, самонастраиваемая и способна автоматически регулировать режим прогрева в зависимости от изменений условий внешней среды и в зависимости от первоначальных исходных данных - заданного режима энергопотребления; система АСУ позволяет выполнять непрерывный мониторинг с получением достоверной информации в режиме реального времени и прогнозировать время достижения проектной прочности бетонных конструкций при ускоренной термообработке с использованием греющих проволочных электропроводников.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительной отрасли, в частности к устройствам управления технологическим процессом тепловой обработки в монолитном домостроении и системе автоматизированного прогрева бетона "Эфир". В строительстве при изготовлении железобетонных изделий известны устройства для их тепловой обработки, обеспечивающие ускорение нарастания прочности изделий [Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. Изд. 3-е, перераб. и дополн. М.: Стройиздат, 1975 - 700 с.]. Причем подача теплоносителя корректируется и ограничивается при достижении максимальной температуры поверхности изделий. Однако при этом невозможно обеспечить набор бетоном заданной прочности за кратчайший промежуток времени при минимуме энергозатрат. Кроме того, недостатками устройства являются малая производительность, большая трудоемкость, низкое качество производства работ, отсутствие комфортных условий труда обслуживающего персонала. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является устройство регулирования температуры и влажности при обработке железобетонных изделий в установках периодического действия (авторское свидетельство СССР № 1529180, кл. G05D 27/00, 1987), включающее нагреватель изделия, командный блок, регулятор температуры, датчики температуры.

Известное устройство ориентировано на заводскую технологию производства изделий в стационарных климатических условиях и не в полной мере отвечает требованиям тепловой обработки изделий на открытой строительной площадке в условиях резкопеременных внешних факторов, например температуры наружного воздуха и скорости ветра, что имеет место в монолитном домостроении. Без учета перечисленных внешних факторов нельзя точно определить оптимальное время изотермического прогрева бетона и спрогнозировать время остывания бетона, что не позволит своевременно прекратить подачу теплоносителя и приведет к перерасходу энергии. Кроме того, без учета температуры наружного воздуха и скорости ветра невозможно правильно управлять скоростью подъема температуры бетонной смеси (от 5°С до 20°С за час в зависимости от модуля поверхности конструкции) и скоростью остывания бетона (15°С в час), что может привести к снижению качества строительной продукции. Целью изобретения является обеспечение оптимальных условий твердения бетона конструкций. Поставленная цель достигается тем, что устройство автоматического управления тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках, содержащее нагреватели уложенной бетонной смеси, датчики температуры смеси, регулятор температуры, который ограничивает температуру поверхностного слоя бетона путем изменения подачи теплоносителя в процессе тепловой обработки, дополнительно снабжено датчиками температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиками температуры бетона в контактной зоне с нагревателями, датчиком прочности бетона и вторым регулятором температуры, причем первый регулятор регулирует температуру теплоносителя наружного щита, а второй - внутреннего щита.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков, а именно снабжено датчиками температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиками температуры бетона в контактной зоне с нагревателями, датчиком прочности бетона.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена схема подключения электропрогрева монолитного основания. На фиг.2 - электрическая схема функционирования системы автоматизированного прогрева бетона. На фиг.3 представлен график набора прочности бетона в зависимости от температуры. На фиг.4 представлен график набора прочности бетона в зависимости от температуры. На фиг.5 представлен график выхода на режим прогрева в зависимости от температуры при использовании методики по автоматизированному прогреву бетона, на фиг.6 приведен график набора прочности бетона при температуре окружающего воздуха 15 градусов Цельсия. На фиг.7 приведена таблица экономии электроэнергии от внедрения оперативного контроля набора прочности бетона в раннем возрасте с автоматизированным управлением прогревом бетона.

Устройство оперативного контроля прочности бетона в раннем возрасте с помощью управления тепловой обработки бетона в термоактивных опалубках (фиг.1) содержит измеритель-регистратор 1, в котором программно реализованы командный блок 1, вычислительное устройство 1, регулятор температуры (не показан) наружного щита термоопалубки (не показан), регулятор температуры (не показан) внутреннего щита термоопалубки (не показан), датчик скорости ветра (не показан), датчик температуры наружного воздуха (не показан), датчик температуры бетона в контактной зоне (не показан) с наружным щитом термоопалубки (не показан), датчик температуры бетона в контактной зоне (не показан) с внутренним щитом термоопалубки (не показан), датчик (не показан) температуры бетона в теле конструкции, датчик прочности бетона (не показан). Система оперативного контроля прочности бетона в раннем возрасте и устройство АСУ его осуществления (фиг.1) представляет из себя программируемый логический контроллер измеритель-регулятор ТРМ 1 А, состоящий из центрального процессорного устройства 1, блока питания трансформатора (не показан), температурных датчиков (термопары) (не показаны), нагревательных проводов (не показаны); блока дискретных выходов (не показан), шины данных и управления (не показана), блока таймера реального времени (не показании), блока памяти 1, блока входа быстрых счетчиков и прерываний (не показан) и блока последовательного интерфейса. Датчики скорости ветра (не показан) и температуры наружного воздуха (не показан) подключены к первому и второму входу командного блока, соответственно. Датчики температуры бетона в теле конструкции (не показан), температуры бетона в контактной зоне с наружным щитом термоактивной опалубки (не показан), внутренним щитом (не показан) подключены к третьему, четвертому и пятому входу командного блока, соответственно. Датчик температуры бетона (не показан) подключен к шестому входу командного блока. Вычислительное устройство 1 подключено к третьему выходу командного блока (не показано). Регулятор температуры наружного щита термоопалубки (не показан) подключен к первому выходу командного блока (не показан). Регулятор температуры внутреннего щита термоопалубки подключен к второму выходу командного блока. Командный блок 1 подключен к первому выходу вычислительного устройства 1. Устройство работает следующим образом (фиг.1). После включения блока управления 1 вырабатывается команда на включение датчиков температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиков температуры бетона в контактной зоне с нагревателями (не показано) и датчика температуры бетона в теле конструкции (не показано). Командный блок осуществляет запрос начальных параметров технологического процесса бетонирования (вид бетонируемого сооружения, конструктивные особенности термоопалубки, вид уложенной бетонной смеси, модуль поверхности конструкции). При отсутствии ввода таких параметров запрос повторяется. После ввода начальных параметров вычислительное устройство 1, в соответствии с данными, поступающими на входы командного блока от датчиков температуры наружного воздуха, скорости ветра и датчика температуры бетона в теле конструкции (не показано), определяет температурный режим термообработки. Вычислительное устройство 1 передает информацию на седьмой вход командного блока. Командный блок 1 подает сигнал регуляторам температуры (не показано). Щиты термоактивной опалубки (не показаны) и начинают процесс термообработки бетона конструкции. Регуляторы температуры (не показан) поддерживают и ограничивают заданные вычислительным устройством (не показано) значения температуры. Во время термообработки датчик скорости ветра, датчик температуры наружного воздуха, датчик температуры бетона 5 в теле конструкции, датчики температуры бетона в контактной зоне с термоактивной опалубкой (не показана) постоянно подают информацию на входы командного блока. При резких изменениях внешних факторов или аварийной ситуации вычислительное устройство 1 корректирует режим термообработки или останавливает ее. После завершения времени термообработки командный блок 1 подает сигнал регуляторам температуры (не показан) на прекращение подачи теплоносителя. Датчик прочности (не показан) определяет набранную бетоном прочность, при несовпадении полученного значения заданным процесс термообработки бетона продолжается.

Использование предлагаемого устройства автоматизированного прогрева бетона обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества.

Способ автоматизированного управления процессом тепловой обработки бетона, включающий нагрев уложенной смеси путем разогрева с помощью греющего провода либо электродов, измерение температуры смеси, регулирование температуры смеси путем изменения электрических характеристик, ограничение температуры ее поверхностного слоя путем изменения характеристик электрического тока в процессе тепловой обработки, измерение температуры и текущей прочности изделия, определение момента начала подъема температуры по достижению изделием на стадии предварительной выдержки заданной начальной прочности и определение момента начала снижения температуры изделия, отличается тем, что с целью повышения точности управления стабилизируют допустимый перепад температуры изделия и окружающей среды, задают продолжительность тепловой обработки, скорости подъема и снижения температуры изделия и требуемую прочность изделия к концу тепловой обработки, подъем температуры осуществляют со скоростью, не превышающей максимально допустимую, при этом непрерывно определяют время, оставшееся до конца тепловой обработки, с учетом последнего и текущей прочности изделия рассчитывают прогнозируемую прочность, сравнивают ее с требуемой к концу тепловой обработки, подъем температуры прекращают при достижении прогнозируемой прочности не менее требуемой, а определение момента начала снижения температуры ведут по времени, оставшемуся до конца тепловой обработки, необходимому для остывания изделия, причем снижение температуры ведут со скоростью, не превышающей максимально допустимую. Способ также отличается тем, что оперативный контроль осуществляется не косвенным термометрическим способом, а непосредственным прямым измерением прочности бетона Rб в режиме реального времени Т, для чего используются электронные датчики и приборы неразрушающего контроля (УКВ-1, Пульсар-2 и др.), снимающие показания непосредственно с бетона в раннем возрасте и включенные в общую систему автоматизированного управления процессом (трансформатор прогрева - КТП, софиты, электронные датчики и термодатчики, многоканальный измеритель температуры, времени прогрева и снятия показаний приборов неразрушающего контроля, шинопровод, подводящие и греющие провода, прибор регистратор, компьютер); способ учитывает следующие характеристики технологического процесса: скорость подъема температуры, температуру наружного воздуха, модуль поверхности (массивность) конструкции, коэффициент теплопередачи опалубки, коэффициент продуваемости опалубки, время изотермического прогрева бетона с учетом экзотермических свойств применяемого цемента; применяется трехстадийный режим прогрева: разогрев, изотермическое выдерживание по методу «управляемого термоса» и экономный режим прогрева при остывании бетона с учетом расчетной температуры бетона и продолжительности прогрева, при которых снижение энергозатрат достигает не менее 20%; учитывается расчетное время набора проектной прочности бетона, например, 30% Rпр. - до момента распалубки конструкции или 70% Rпр. - до момента возможной нагрузки бетонной конструкции; автоматизированная система управления динамична, самонастраиваемая и способна автоматически регулировать режим прогрева в зависимости от изменений условий внешней среды и в зависимости от первоначальных исходных данных - заданного режима энергопотребления; система АСУ позволяет выполнять непрерывный мониторинг с получением достоверной информации в режиме реального времени и прогнозировать время достижения проектной прочности бетонных конструкций при ускоренной термообработке с использованием греющих проволочных электропроврдников.

1. Точно выдерживаются технологически необходимые скорость подъема температуры бетонной смеси и скорость остывания бетона в условиях резкопеременных внешних факторов (температуры наружного воздуха и скорости ветра), что гарантированно обеспечивает качество строительной продукции.

2. Кроме того, выполнение тепловой обработки бетона предлагаемым устройством обеспечивает набор конструкцией заданной прочности за кратчайший промежуток времени при минимуме энергозатрат.

3. Использование предлагаемого устройства в процессе возведения монолитных зданий и сооружений в скользящей и переставной опалубках позволит существенно повысить производительность производства работ при уменьшении трудоемкости и повышении качества строительства.