第二十一章大面積薄板混凝土養(yǎng)護(hù)溫度自動調(diào)控抗裂技術(shù)大面積薄板混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中應(yīng)用日益廣泛，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到工程的安全性和耐久性。然而，由于薄板混凝土具有表面積大、厚度小、散熱快等特點，在養(yǎng)護(hù)過程中極易因溫度應(yīng)力不均勻而產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法主要依賴人工經(jīng)驗，存在溫度控制精度低、響應(yīng)速度慢、勞動強(qiáng)度大等問題，難以滿足現(xiàn)代工程對高質(zhì)量施工的要求。針對上述問題，本章系統(tǒng)研究了大面積薄板混凝土養(yǎng)護(hù)溫度自動調(diào)控抗裂技術(shù)。該技術(shù)基于混凝土水化熱機(jī)理和溫度場分布規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動控制理論和計算機(jī)信息技術(shù)，構(gòu)建了一套完整的溫度監(jiān)測分析調(diào)控一體化系統(tǒng)。通過在混凝土內(nèi)部和表面布置高精度溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，實時采集溫度數(shù)據(jù)；利用智能算法對溫度場進(jìn)行分析和預(yù)測，識別潛在的溫度應(yīng)力集中區(qū)域；根據(jù)分析結(jié)果，自動調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)措施，如噴淋水量、覆蓋材料、通風(fēng)條件等，實現(xiàn)對混凝土溫度的精準(zhǔn)控制。21.1技術(shù)原理與理論基礎(chǔ)大面積薄板混凝土養(yǎng)護(hù)溫度自動調(diào)控抗裂技術(shù)的核心在于對混凝土溫度場的精確控制，其理論基礎(chǔ)主要涉及混凝土水化熱動力學(xué)、溫度應(yīng)力理論和自動控制原理?；炷猎谟不^程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)釋放大量熱量，由于薄板結(jié)構(gòu)散熱面積大，內(nèi)部溫度分布不均，容易形成較大的溫度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。21.1.1混凝土水化熱機(jī)理水化熱在混凝土內(nèi)部的傳遞遵循熱傳導(dǎo)定律，其溫度場分布可用三維熱傳導(dǎo)方程描述：?T/?t=α(?2T/?x2+?2T/?y2+?2T/?z2)+Q/(ρc)其中，T為溫度，t為時間，α為熱擴(kuò)散系數(shù)，Q為內(nèi)部熱源強(qiáng)度，ρ為密度，c為比熱容。對于大面積薄板結(jié)構(gòu)，由于厚度方向尺寸遠(yuǎn)小于平面尺寸，可簡化為二維熱傳導(dǎo)問題，便于工程應(yīng)用和分析。21.1.2溫度應(yīng)力理論溫度應(yīng)力是由于混凝土內(nèi)部溫度分布不均勻或溫度變化引起的約束應(yīng)力。在大面積薄板混凝土中，溫度應(yīng)力主要由兩部分組成：一是內(nèi)部約束應(yīng)力，由于混凝土內(nèi)部各點溫度不同，變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生；二是外部約束應(yīng)力，由于地基、相鄰結(jié)構(gòu)等外部約束對混凝土變形的限制而產(chǎn)生。溫度應(yīng)力的計算可采用彈性理論或彈塑性理論，考慮混凝土的徐變、收縮等因素。根據(jù)彈性理論，溫度應(yīng)力σ可表示為：σ=EαΔT/(1μ)其中，E為彈性模量，α為熱膨脹系數(shù)，ΔT為溫度差，μ為泊松比。實際工程中，需要考慮混凝土的齡期、約束條件、材料性能等因素，采用有限元方法進(jìn)行精確計算。21.1.3自動控制原理溫度自動調(diào)控系統(tǒng)基于反饋控制原理，通過實時監(jiān)測混凝土溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，根據(jù)偏差大小和變化趨勢，自動調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)措施，實現(xiàn)溫度的精確控制。系統(tǒng)采用PID（比例積分微分）控制算法，結(jié)合模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制方法，提高控制精度和響應(yīng)速度?？刂葡到y(tǒng)的傳遞函數(shù)可表示為：G(s)=Kp(1+1/Ti·s+Td·s)21.2系統(tǒng)構(gòu)成與硬件配置大面積薄板混凝土養(yǎng)護(hù)溫度自動調(diào)控系統(tǒng)由溫度監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)、控制決策子系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)四部分組成，各子系統(tǒng)協(xié)同工作，形成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。21.2.1溫度監(jiān)測子系統(tǒng)溫度監(jiān)測子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)實時采集混凝土內(nèi)部和表面的溫度數(shù)據(jù)。該子系統(tǒng)主要由溫度傳感器、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。溫度傳感器采用高精度數(shù)字溫度傳感器，測量精度可達(dá)±0.1℃，分辨率為0.0625℃。傳感器布置遵循"重點區(qū)域加密、邊緣區(qū)域適當(dāng)"的原則，在混凝土內(nèi)部按網(wǎng)格狀布置，間距一般為23m；在表面沿邊緣和中心線布置，間距為12m。對于特殊部位如角部、孔洞周圍等應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)增加傳感器密度。傳感器安裝采用預(yù)埋式和表面粘貼式兩種方式。內(nèi)部傳感器在混凝土澆筑前預(yù)埋固定，確保位置準(zhǔn)確；表面?zhèn)鞲衅髟诨炷脸跄笳迟N，避免對混凝土表面造成損傷。所有傳感器均進(jìn)行防水處理，保證在潮濕環(huán)境下的長期穩(wěn)定工作。21.2.2數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸和初步處理。該子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、通信模塊、數(shù)據(jù)存儲單元和數(shù)據(jù)處理軟件組成。數(shù)據(jù)采集器采用分布式結(jié)構(gòu)，每個采集器可連接1632個溫度傳感器，采集頻率可調(diào)，一般為110分鐘/次。采集器具有數(shù)據(jù)緩存功能，在通信中斷時可保存至少24小時的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)不丟失。通信模塊支持有線和無線兩種傳輸方式。有線傳輸采用RS485總線，傳輸距離可達(dá)1200m；無線傳輸采用LoRa或NBIoT技術(shù)，傳輸距離可達(dá)35km，適合大型工地使用。所有數(shù)據(jù)均采用加密傳輸，保證數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)處理軟件運行在中央控制計算機(jī)上，具有數(shù)據(jù)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、溫度場可視化、異常報警等功能。軟件采用模塊化設(shè)計，便于功能擴(kuò)展和維護(hù)。21.2.3控制決策子系統(tǒng)控制決策子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)根據(jù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策，控制指令。該子系統(tǒng)由控制算法模塊、專家知識庫和決策支持軟件組成。控制算法模塊采用PID控制與模糊控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又提高了控制的靈活性。算法根據(jù)溫度偏差、偏差變化率和歷史趨勢，動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，適應(yīng)不同工況下的控制需求。專家知識庫存儲了大量工程經(jīng)驗和專家知識，包括不同混凝土配合比、環(huán)境條件下的最佳養(yǎng)護(hù)參數(shù)，以及各種異常情況的處理方案。知識庫采用產(chǎn)生式規(guī)則表示，便于知識的更新和維護(hù)。21.2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行控制指令，調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)措施，實現(xiàn)對混凝土溫度的精確控制。該子系統(tǒng)主要由噴淋系統(tǒng)、覆蓋系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)組成。噴淋系統(tǒng)采用高壓霧化噴頭，噴灑均勻，水量可調(diào)。系統(tǒng)由水泵、管道、電磁閥和噴頭組成，通過控制電磁閥的開關(guān)和開度，調(diào)節(jié)噴淋水量和頻率。噴頭布置采用全覆蓋方式，確?；炷帘砻鏉駶櫨鶆颉ＭL(fēng)系統(tǒng)采用軸流風(fēng)機(jī)，可調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)向，用于加速混凝土表面散熱。系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、變頻器和導(dǎo)風(fēng)裝置組成，通過控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和導(dǎo)風(fēng)角度，實現(xiàn)通風(fēng)條件的精確調(diào)節(jié)。加熱系統(tǒng)采用電加熱或熱水循環(huán)方式，用于低溫環(huán)境下的混凝土養(yǎng)護(hù)。系統(tǒng)由加熱裝置、溫度傳感器和控制器組成，可根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)加熱功率，保證混凝土養(yǎng)護(hù)溫度。21.3實施方法與工藝流程大面積薄板混凝土養(yǎng)護(hù)溫度自動調(diào)控技術(shù)的實施需要科學(xué)的工藝流程和嚴(yán)格的操作規(guī)范，確保系統(tǒng)正常運行并達(dá)到預(yù)期效果。本節(jié)詳細(xì)介紹該技術(shù)的實施方法和工藝流程。21.3.1施工準(zhǔn)備階段施工準(zhǔn)備階段是系統(tǒng)實施的基礎(chǔ)，主要包括方案設(shè)計、設(shè)備選型和安裝調(diào)試等工作。方案設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程特點和要求，確定溫度監(jiān)測點的布置方案、控制策略和養(yǎng)護(hù)措施。監(jiān)測點布置應(yīng)考慮混凝土結(jié)構(gòu)的幾何形狀、約束條件和環(huán)境因素，重點監(jiān)測溫度梯度較大的區(qū)域?？刂撇呗詰?yīng)根據(jù)混凝土配合比、環(huán)境條件和工程要求，確定溫度控制范圍和控制精度。安裝調(diào)試應(yīng)在混凝土澆筑前完成，確保系統(tǒng)各部分工作正常。傳感器安裝應(yīng)位置準(zhǔn)確、固定牢固；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行通信測試和數(shù)據(jù)校驗；執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行動作測試和性能校準(zhǔn)。系統(tǒng)調(diào)試完成后，應(yīng)進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)，驗證系統(tǒng)的功能和性能。21.3.2混凝土澆筑階段混凝土澆筑階段是系統(tǒng)實施的關(guān)鍵，主要包括混凝土澆筑、傳感器保護(hù)和系統(tǒng)啟動等工作?；炷翝仓?yīng)按照施工方案進(jìn)行，控制澆筑速度和順序，避免產(chǎn)生溫度集中。澆筑過程中應(yīng)注意保護(hù)已安裝的傳感器，防止損壞或移位。澆筑完成后，應(yīng)及時對混凝土表面進(jìn)行整平處理，為后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作做好準(zhǔn)備。傳感器保護(hù)是確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作的重要措施。對于預(yù)埋傳感器，應(yīng)在澆筑過程中采取保護(hù)措施，避免振動和沖擊；對于表面?zhèn)鞲衅鳎瑧?yīng)在混凝土初凝后安裝，并采取防水和防損措施。所有傳感器均應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識和記錄，便于后續(xù)維護(hù)和管理。系統(tǒng)啟動應(yīng)在混凝土初凝后進(jìn)行，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)各部分工作正常；然后開始數(shù)據(jù)采集，建立初始溫度場；根據(jù)預(yù)設(shè)策略啟動控制程序，開始自動調(diào)控。系統(tǒng)啟動過程中應(yīng)密切監(jiān)控各項參數(shù)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。21.3.3養(yǎng)護(hù)調(diào)控階段養(yǎng)護(hù)調(diào)控階段是系統(tǒng)實施的核心，主要包括溫度監(jiān)測、控制決策和養(yǎng)護(hù)執(zhí)行等工作。溫度監(jiān)測應(yīng)按照設(shè)定的頻率進(jìn)行，實時采集混凝土內(nèi)部和表面的溫度數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，進(jìn)行存儲和處理。系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)異常檢測功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器故障或數(shù)據(jù)異常時，及時報警并采取相應(yīng)措施?？刂茮Q策應(yīng)根據(jù)實時溫度數(shù)據(jù)和歷史趨勢，結(jié)合專家知識和控制算法，最優(yōu)控制策略。決策過程應(yīng)考慮多種因素，如混凝土齡期、環(huán)境條件、約束條件等，確保控制策略的科學(xué)性和有效性。系統(tǒng)應(yīng)支持在線調(diào)整和優(yōu)化，適應(yīng)不同工況下的控制需求。養(yǎng)護(hù)執(zhí)行應(yīng)根據(jù)控制決策，自動調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)措施，實現(xiàn)對混凝土溫度的精確控制。執(zhí)行過程中應(yīng)監(jiān)測各項參數(shù)的變化，評估控制效果，及時調(diào)整控制策略。系統(tǒng)應(yīng)具有故障診斷和處理功能，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時，及時報警并采取備用措施。21.3.4系統(tǒng)維護(hù)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)維護(hù)與數(shù)據(jù)分析是系統(tǒng)實施的重要環(huán)節(jié)，主要包括日常維護(hù)、數(shù)