大体积混凝土冷却通水数据自动化采集系统研制与应用

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1、大体积混凝土冷却通水数据自动化采集系统研制与应用谭恺炎1陈军琪1马金刚2鄢江平21葛洲坝集团试验检测有限公司2葛洲坝集团第二工程有限公司摘要：研制混凝土冷却通水流量、温度传感器以及自动化采集系统，并应用于锦屏水电站混凝土大坝，实现了对混凝土冷却通水的流量和水温进行自动测试和数据传输，具有适应恶劣环境条件、测量精度高、省时省力、反馈迅速、节约成本、节水等特点，系统具有通水计划辅助设计功能，可为调整混凝土温控措施提供及时准确的依据，有效保证混凝土工程质量和进度；该系统是水利水电工程施工信息化的重要组成部分，也是我国水利信息化的必要手段，将对

2、我国水电工程建设和节水事业的发展产生深远的影响。关键词：冷却通水信息化传感器采集系统通水计划1前言为防止大体积混凝土产生温度裂缝，在混凝土施工中需要对其温度和温差进行控制与调节。混凝土温度控制措施一般有：①降低热源，缩小温差。如选用低热或中热水泥、搭盖骨料凉棚、加高成品料堆、从廊道取料、降低原材料温度、水冷或风冷骨料、加冰或加冷水拌和、缩短运输时间并加遮阳措施、仓面喷雾、用以防范外界高气温影响等。②进行表面防护。延期脱模或脱模后覆盖防护材料，以防因气温骤降造成冷击。③强迫冷却。可在坝块内部埋设冷却水管，通水冷却，削减温峰，迫使提前达到稳

3、定温度。冷却通水作为大体积混凝土温控的重要措施，可以快速降低混凝土内部温度，调节混凝土温度在时空上的分布，有效控制混凝土裂缝，但同时也是一把双刃剑，如果控制不好，不但不能控制混凝土裂缝，反而会使混凝土受到冷击而损害混凝土结构。随着混凝土施工质量要求越来越高，冷却通水技术得到不断发展。通过对混凝土浇筑的初期、中期和后期过程中混凝土不同龄期水化热的发展特点、不同季节内外温差的不同要求以及混凝土块体间接缝灌浆施工的温度需要，在通水冷却过程中，需根据坝体内混凝土温度变化情况，采取个性化通水方法，减小混凝土内的拉应力，达到防止混凝土出现裂缝的目的

4、。个性化通水需要对流量和温度进行及时、准确的测试，以便达到最佳控制效果；另一方面，随着一批高坝大库的开工建设，工程施工条件越来越复杂，尤其在一些大型、特大型工程施工中，机械化、立体化施工环境中由人工开展冷却通水工作的风险加大，开展混凝土冷却通水数据自动化采集系统研究与应用将有利于提高效率、降低安全风险，也是水利水电工程施工信息化建设的需要。2系统设计混凝土冷却通水参数一般包括流量、进水温度、出水温度、气温、混凝土温度，其中混凝土温度可采用水管闷温资料间接获得，也有采用埋入式温度计或测温管直接测试。现有技术对于流量测试一般采用超声波流量计

5、、水表等仪表进行测试，或者直接采用容积法进行测试，也有利用供水系统总流量平均分配进行支管流量计算的；对于温度测试则采用便携式温度计如玻璃温度计、电子温度计、非接触式测温仪（如红外激光测温仪）等进行测试，但上述方法和手段均存在测试误差大、效率低等缺点，对于个性化通水技术而言，很难做到及时准确的采集实测数据，也就不易做到实时的真正意义上的个性化通水。所以设计一套混凝土冷却通水数据的自动化采集系统对于实现个性化通水具有重要的现实意义。通过大量比选分析和试验研究，设计出一套混凝土冷却通水数据自动化采集系统[1]，它包括安装在每组冷却水管进水管和

6、出水管的遥测温度计、安装在每组冷却水管上的遥测流量计以及智能数据采集仪，采集遥测温度计和遥测流量计的数据并存储和显示，并能将采集的数据通过GPRS或局域网上传至数据库服务器，可增加2个温度测试通道实现对气温和混凝土温度的同步采集。通过传感器内部的编码模块自动识别冷却水管的位置信息，实现了对混凝土冷却通水的流量和水温进行自动测试和数据传输，解决了人工测试记录需要耗费大量人工、信息反馈慢且精度不高的缺点，省时省力、测量精度高且反馈迅速，能及时调整混凝土温控措施、避免混凝土裂缝，实现及时调整混凝土施工措施、保证工程质量和进度。几种常用的冷却通

7、水数据采集测试系统对照情况详见表1。表1几种冷却通水数据测试系统特征对照情况表Tab.1Comparisonthefeaturesofseveralcoolingwateringacquisitionsystems测试参数测试仪器测试方法特点温度玻璃温度计打开水管插入温度计测试。易损、损失水量、读数麻烦、工效低。电子温度计打开水管插入温度计测试。损失水量、工效低。红外激光测温仪人工近距离扫描水管外壁。准确度受环境影响大。流量超声波流量计仪器与水管接触并耦合测试。双人操作、准确度低、工效低。水表打开水管连接水表放水测试。损失水量、工效低。

8、容积法测量打开水管放水用容量筒测试体积和时间计算流量。损失水量、工效低。机组自身仪表抄读冷水机组自身流量传感器数据平均计算各支管流量。受管路损失影响差异大。温度、流量砼冷却通水自动化采集系统通过一次安装的仪