阅读说明：本技术 混凝土水化热实时监测系统及方法 (Concrete hydration heat real-time monitoring system and method ) 是由 伍伟 孙畅 江平 刘博� 张亮 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混凝土水化热实时监测系统,包括温度传感光纤、光纤传感检测单元以及实时数据分析处理单元；还公开了一种混凝土水化热实时监测方法,在浇筑区域内铺设温度传感光纤；建立3D模型；将浇筑区域的3D模型由内向外分为若干层；在混凝土开始浇筑后,通过温度传感光纤对浇筑区域的温度进行实时监测。采用上述技术方案,使用温度传感光纤能够深入到混凝土内部进行连续区域测温,具有温度监测点多、实时和精确度高等优点,对混凝土养护提供科学依据；将混凝土浇筑区域和温度传感光纤的排布走向进行3D建模,当出现报警时能够直观地进行观察,以便于进行针对性的养护,特别适用于大型混凝土结构。(The invention discloses a concrete hydration heat real-time monitoring system, which comprises a temperature sensing optical fiber, an optical fiber sensing detection unit and a real-time data analysis processing unit; the concrete hydration heat real-time monitoring method is also disclosed, wherein a temperature sensing optical fiber is laid in the pouring area; establishing a 3D model; dividing the 3D model of the pouring area into a plurality of layers from inside to outside; and after the concrete is poured, monitoring the temperature of the pouring area in real time through the temperature sensing optical fiber. By adopting the technical scheme, the temperature sensing optical fiber can be used for carrying out continuous area temperature measurement in the concrete, has the advantages of multiple temperature monitoring points, real time, high accuracy and the like, and provides scientific basis for concrete maintenance; the 3D modeling is carried out on the arrangement trend of the concrete pouring area and the temperature sensing optical fiber, and the concrete pouring area and the arrangement trend of the temperature sensing optical fiber can be visually observed when an alarm occurs, so that the targeted maintenance is convenient to carry out, and the method is particularly suitable for large concrete structures.)

混凝土水化热实时监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土水化热实时监测系统及方法，属于混凝土施工技术领域。

背景技术

近年来，国家对公路、桥梁、隧道和大坝等大型基建工程科学规范施工管理要求越来越严，混凝土施工质量要求也越来越高。水化热在大体积混凝土施工中较为常见，由于混凝土凝结、硬化过程中，水泥的水化反应，产生水化热聚集不易散失，过大的内外温度差引起巨大的温度应力，使混凝土产生裂缝和变形等质量问题。

在混凝土养护环节，要求核心区的温度峰值不超过70℃，核心区和混凝土表面温度差值不超过25℃，混凝土表面和环境温度差值不超过25℃。混凝土养护是混凝土浇筑完成后进行的重要工作，由于产生水化热整个时间跨度长达7天，养护工作比较繁重，需要防止水泥水化热引起混凝土内部温度和温度应力剧烈变化，导致混凝土出现裂缝，造成整体结构的质量安全隐患。

目前混凝土养护过程中，主要依赖工人和监理的经验，缺乏监测混凝土核心区温度、混凝土表面温度以及跟外部环境的温度差的科学手段，缺乏实时监控和预警混凝土水化热的软件系统。导致混凝土出现裂缝等质量问题。中国专利文献CN207526123U公开了一种新型混凝土智能温控装置，采用预埋多根测温管的技术方案，测温管内部填充有液体介质层；所述液体介质层内部插接有粘贴在测温管内壁的温度感应器，温度感应器通过有线连接温度控制器来监测混凝土水化热，这种系统有如下不足之处：测温管不能埋得很深，对于大型混凝土工程，无法监测中间温度，不适用大体积混凝土结构；温度监测点不多，如果要增加温度监测点，需要多埋测温管等，对混凝土结构有破坏。中国专利文献CN207351938U公开了一种快速检测高性能混凝土水化热的检测装置，采用温度传感器单点监测混凝土水化热，该装置有如下不足之处：只能单点监测，对于实际的混凝土工程，不适用大体积混凝土结构；无法及时通知过热等告警，不能实时指导混凝土养护。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种混凝土水化热实时监测系统及方法，能够通过温度传感光纤对混凝土工程结构体实现连续区间的温度监测。

为了实现上述目的，本发明的一种混凝土水化热实时监测方法，包括以下步骤：

在浇筑区域内铺设温度传感光纤，将温度传感光纤连接于光纤传感检测单元；

建立与浇筑区域以及温度传感光纤的排布走向相对应的3D模型；

将浇筑区域的3D模型由内向外分为若干层，并预先设定每一层的水化热时间温度变化趋势图作为参照；

在混凝土开始浇筑后，通过温度传感光纤对浇筑区域的温度进行实时监测，并对温度传感光纤各个位置采集到的温度数值与该位置对应层的水化热时间温度变化趋势图中参照数值进行比对；当采集到的温度数值大于参照数值并且二者差值超过预设值△t1时，将该位置标记为异常点；当在预设的距离区间L内异常点数量超过预设值n时，发出针对该区域发出预警信息。

在3D模型中对预警信息的区域予以显示。

将浇筑区域的3D模型至少分为位于内侧的内核层、位于外侧的表面层以及位于二者之间的中间层。

当温度传感光纤采集到的对应于核心层位置的温度数值大于对应于表面层位置的温度数值并且二者差值超过预设值△t2时，则发出预警信息。

实时获取外部环境温度数值，当温度传感光纤采集到的对应于表面层位置的温度数值大于外部环境温度数值并且二者差值超过预设值△t3时，则发出预警信息。

一种混凝土水化热实时监测系统，包括：

温度传感光纤，布置于混凝土的浇筑区域内；

光纤传感检测单元，用于接收传感光纤发送的光信号，分析光信号并获得光纤各部位的温度信息数据，用于将温度信息数据发送至实时数据分析处理单元；

实时数据分析处理单元，用于建立与浇筑区域以及温度传感光纤的排布走向相对应的3D模型；将浇筑区域的3D模型由内向外分为若干层；用于对温度传感光纤各个位置采集到的温度数值与该位置对应层的水化热时间温度变化趋势图中参照数值进行比对；用于当采集到的温度数值大于参照数值并且二者差值超过预设值△t1时，将该位置标记为异常点，当在预设的距离区间L内异常点数量超过预设值n时，发出针对该区域发出预警信息。

实时数据分析处理单元，用于在3D模型中对预警信息的区域予以显示。

所述实时数据分析处理单元，还用于在温度传感光纤采集到的对应于核心层位置的温度数值大于对应于表面层位置的温度数值并且二者差值超过预设值△t2时，发出预警信息。

所述实时数据分析处理单元，还用于在温度传感光纤采集到的对应于表面层位置的温度数值大于外部环境温度数值并且二者差值超过预设值△t3时，发出预警信息。

采用上述技术方案，本发明的混凝土水化热实时监测系统及方法，相比于现有技术而言，具有以下有益效果：

1、使用温度传感光纤能够深入到混凝土内部进行连续区域测温，具有温度监测点多、实时和精确度高等优点，对混凝土养护提供科学依据。

2、将混凝土浇筑区域和温度传感光纤的排布走向进行3D建模，当出现报警时能够直观地进行观察，以便于进行针对性的养护，特别适用于大型混凝土结构。

附图说明

图1为本发明的混凝土水化热实时监测系统的一种实施方式的结构示意图。

图2为温度传感光纤的排布示意图。

图3为水化热时间温度变化趋势图的实例图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，本发明的一种混凝土水化热实时监测系统，包括实时数据分析处理单元、与实时数据分析处理单元相连的光纤传感检测单元以及与所述光纤传感检测单元相连的温度传感光纤。

所述温度传感光纤布置于混凝土浇筑区域，沿着混凝土钢筋架的钢筋延伸方向铺设。如图1所示，本实施例中的传感光纤通过往复折返的方式进行铺设。光纤传感技术目前应用广泛，主要是基于光的反射和干涉，利用光纤中的光散射或非线性效应随外部环境产生的变化来进行传感的。根据被测光信号的不同，分布式光纤传感技术分为基于光纤中的瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射三种类型；根据信号分析法，可分为基于时域和基于频域的分布式光纤传感技术。在分布式光纤传感系统中，光纤既是信息传输介质，又是信号传感单元。该系统中，整根光纤均为传感单元，传感点是连续分布的，因此该传感方法可以测量光纤沿线任意位置处的信息。分布式光纤传感技术特别适合监测混凝土结构体的温度、振动和应力等参量。分布式光纤传感技术可以在混凝土结构全生命周期内，对其进行全方位健康参数监控，能够监控混凝土结构体的温度变化情况、承压载荷情况、振动形变情况，以及环境侵蚀、材料老化等造成的混凝土结构裂缝和缺损。温度传感光纤是传感光纤的一种。所述光纤传感检测单元用于接收传感光纤发送的光信号，分析光信号并获得光纤各部位的温度信息数据，再将温度信息数据发送至实时数据分析处理单元。

所述实时数据分析处理单元，用于建立与浇筑区域以及温度传感光纤的排布走向相对应的3D模型，并将浇筑区域的3D模型由内向外分为若干层。在本实施例中，如图2所示，将浇筑区域的3D模型分为位于内侧的内核层10、位于外侧的表面层30以及位于二者之间的中间层20，温度传感光纤40穿过上述分层。预先设定每一层的水化热时间温度变化趋势图作为参照。例如小体积混凝土浇筑后，一般在1-2天出现水化热温度最高点，中体积一般为2-3天，大体积一般为3-4天。因此，根据施工经验法则，可以制作一般情况下的水化热时间温度变化趋势图，趋势图中的温度曲线在不同环境下可以适当调整。参见图3，图中所示的为内核层温度变化曲线1、中间层温度变化曲线2以及表面层温度变化曲线3的实例，曲线4为监测到的内核层某一点的温度变化曲线。

在混凝土开始浇筑后，通过温度传感光纤对浇筑区域的温度进行实时监测，并对温度传感光纤各个位置采集到的温度数值与该位置对应层的水化热时间温度变化趋势图中参照数值进行比对；当采集到的温度数值大于参照数值并且二者差值超过预设值△t1时，将该位置标记为异常点；当在预设的距离区间L内异常点数量超过预设值n时，发出针对该区域发出预警信息。

本实施例中，以△t1为2℃、L为0.5m、n为3个为例，则在0.5m的区间范围内，检测到3个异常点，每个异常点位置的温度数值超过参照数值2℃以上，则该区域即为非正常区域，系统则发出预警信息，并且在3D模型中对预警信息的区域予以显示。

所述实时数据分析处理单元，还用于在温度传感光纤采集到的对应于核心层位置的温度数值大于对应于表面层位置的温度数值并且二者差值超过预设值△t2时，发出预警信息；以及还用于在温度传感光纤采集到的对应于表面层位置的温度数值大于外部环境温度数值并且二者差值超过预设值△t3时，发出预警信息。例如△t2、△t3可以为25℃，即核心层位置的温度超过表面层位置的温度25℃，或者表面层位置的温度超过外界温度25℃时，则为温度异常，系统发出预警信息。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。