【技術實現步驟摘要】
本申請涉及混凝土構件的快速養護和寒區供暖、除冰融雪，特別是涉及一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統和方法。
技術介紹
1、混凝土預制構件的生產是新型建筑工業化發展的基礎，但預制構件的現有生產主要采用蒸汽養護，這種養護方法因投資高、熱效率低、工藝維護成本高和溫度自動調節繁瑣等問題，導致整體生產費用高昂。此外，蒸汽的凝結使工廠的工作條件較差內部造成較差的工作條件，影響工人的生產效率和安全性。
2、電熱養護技術因其良好的經濟性和多功能性，成為可替代蒸汽養護的有效方法。電熱加熱方式靈活，適用于商業混凝土預制行業的快速生產，也能滿足寒冷地區混凝土現場施工的需求。但隨著混凝土的硬化，混凝土材料的電阻率激增。導致電熱效果顯著降低。
3、為改善混凝土在硬化過程中電導率的驟降，現階段研究普遍采用導電混凝土作為構件的基材。導電材料(如鋼纖維、碳纖維、石墨或碳黑等)的摻入可控制材料的電阻率從而提升電熱性能，然而，制備導電混凝土的過程復雜、成本較高，且存在導電材料分散性較差導致的溫度不均勻和影響混凝土力學及耐久性性能問題，大大限制了其在實際工程中的大規模應用。
4、將短切碳纖維改成連續碳纖維束(或帶、布)制品，使混凝土材料內部的復雜電通路變為設定的高速電通路，可有效解決上述問題。此外，碳纖維制品還廣泛應用于供暖和融雪等領域，利用電阻加熱原理和熱傳導，解決硬化后混凝土構件的發熱問題。然而，目前這些電熱應用技術和領域大多是相互割裂的，缺乏有效整合，導致各自的功能未能充分發揮，從而限制了其在實際工程中的綜合效益。p>
5、基于結構和功能一體化的設計理念，盡管導電混凝土可以作為電熱元件實現快速電養護，并在后期維護中用于寒冷地區的除冰和融雪功能。然而，考慮到環保和可持續發展，結合綠色電力的使用，當前尚缺乏將這些功能整合到一個統一體系中的有效方法，因此，如何設計一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統和方法，以降低混凝土的養護和維護的成本，提升快速養護和維護的效率，是很有必要的。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統和方法，可降低混凝土的養護和維護的成本，提升快速養護和維護的效率。
2、為實現上述目的，本申請提供了如下方案：
3、第一方面，本申請提供了一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，應用于混凝土構件的快速制造階段和寒區維護階段，所述快速制造階段為混凝土澆筑振實后進行養護得到所述混凝土構件的階段，所述寒區維護階段為所述混凝土構件表面的供暖或冰雪融化的階段，所述混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統包括混凝土模型、碳纖維發熱組和溫度控制設備；
4、所述混凝土模型，內部放置碳纖維發熱組，外部安裝保溫模具，用于在所述快速制造階段，對澆筑的混凝土進行固定支撐和保溫，以使澆筑的混凝土快速養護成型后得到所述混凝土構件；
5、所述碳纖維發熱組，設置于所述混凝土模型的內部，既作為快速制造階段地快速養護的電加熱元件，用于通電后產生熱量對預制的混凝土構件進行快速養護，又在混凝土構件的寒區維護階段通電后提供供暖或融雪化冰功能；
6、所述溫度控制設備，與所述碳纖維發熱組連接，用于實時采集環境溫度和控制功率，并根據所述環境溫度調節所述碳纖維發熱組電加熱時的溫度，以使在所述快速制造階段，所述混凝土構件的溫度處于第一溫度區間；以及在所述寒區維護階段，所述混凝土構件的溫度處于第二溫度區間；所述第一溫度區間為滿足所述混凝土構件的快速養護需求對應的溫度區間，所述第二溫度區間為滿足所述混凝土構件表面的供暖或融雪化冰需求對應的溫度區間。
7、可選地，所述混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統還包括高反射性板，所述高反射性板在澆筑混凝土后安裝在混凝土構件的外表面，所述高反射性板用于在預制混凝土構件的制造階段阻止熱量流失，起到保溫作用，以及在預制混凝土構件完成后通電的寒區維護階段起到隔熱作用。
8、可選地，所述碳纖維發熱組包括若干并聯的條狀碳纖維束，所述條狀碳纖維束的兩端分別通過電極與一根供電電纜的一端連接，所述供電電纜的另一端與所述溫度控制設備連接；
9、對混凝土構件內部的條狀碳纖維束通電，由于焦耳熱效應和熱傳導，并使混凝土構件達到所需溫度，遵循以下公式計算：
10、p＝[h·a·(t-t)+m·c(t-t始)/δt]·a；
11、其中，p是功率，單位為w，h是碳纖維束熱傳遞系數，單位為w/m2·℃，a是碳纖維束布置表面積，單位為m2，t是混凝土構件所需溫度，單位為℃，t是環境溫度，單位為℃，m是混凝土構件的質量，單位為kg，c是混凝土的比熱容，單位為j/(kg·℃)，t始是混凝土構件的初始溫度，單位為℃，δt是升溫所需時間，單位為s，a是修正系數。
12、可選地，所述溫度控制設備包括溫度采集模塊和電壓電流控制模塊；
13、所述溫度采集模塊與所述電壓電流控制模塊連接，所述電壓電流控制模塊還與所述供電電纜連接；
14、所述溫度采集模塊用于實時采集所述環境溫度，所述電壓電流控制模塊用于根據所述環境溫度，通過調節所述碳纖維發熱組輸入的電壓和電流的大小，來控制所述碳纖維發熱組電加熱時的溫度。
15、可選地，所述條狀碳纖維束和所述供電電纜的連接處包裹有一層環氧樹脂層，所述環氧樹脂層的表面還包裹有一層熱縮管；
16、所述混凝土構件在快速養護并且脫模形成單一成品，其靠近碳纖維發熱組的表面設置0.5mm-2mm厚的石墨基導熱涂層或石墨烯導熱涂層。
17、可選地，所述第一溫度區間為45-55℃，所述第二溫度區間為40-50℃。
18、第二方面，本申請提出了一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱方法，應用于混凝土構件的快速制造階段和寒區維護階段，所述快速制造階段為混凝土澆筑振實后進行養護得到所述混凝土構件的階段，所述寒區維護階段為所述混凝土構件表面的供暖或冰雪融化的階段，所述混凝土預制構件養護-維護一體化方法包括以下步驟：
19、所述快速制造階段：
20、利用混凝土模型對澆筑的混凝土進行固定支撐和保溫，形成混凝土構件；
21、利用碳纖維發熱組，通電后產生熱量，對所述混凝土構件進行電加熱；
22、利用溫度控制設備實時采集環境溫度，并根據所述環境溫度調節所述碳纖維發熱組電加熱時的溫度，以使所述混凝土構件的溫度處于第一溫度區間，所述第一溫度區間為滿足所述混凝土構件的快速養護需求對應的溫度區間；
23、所述寒區維護階段：
24、利用所述碳纖維發熱組，通電后產生熱量，對所述混凝土構件進行電加熱；
25、利用所述溫度控制設備實時采集環境溫度，并根據所述環境溫度調節所述碳纖維發熱組電加熱時的溫度，以使所述混凝土構件的溫度處于第二溫度區間，所述第二溫度區間為滿足所述混凝土構件表面的供暖或融雪化冰需求對應的溫度區間。
26、第本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，應用于混凝土構件的快速制造階段和寒區維護階段，所述快速制造階段為混凝土澆筑振實后進行養護得到所述混凝土構件的階段，所述寒區維護階段為所述混凝土構件表面的供暖或冰雪融化的階段，其特征在于，所述混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統包括混凝土模型、碳纖維發熱組和溫度控制設備；
2.根據權利要求1所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統還包括高反射性板，所述高反射性板在澆筑混凝土后安裝在混凝土構件的外表面，所述高反射性板用于在預制混凝土構件的制造階段阻止熱量流失，起到保溫作用，以及在預制混凝土構件完成后通電的寒區維護階段起到隔熱作用。
3.根據權利要求1所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述碳纖維發熱組包括若干并聯的條狀碳纖維束，所述條狀碳纖維束的兩端分別通過電極與一根供電電纜的一端連接，所述供電電纜的另一端與所述溫度控制設備連接；
4.根據權利要求3所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述溫度控制
5.根據權利要求3所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述條狀碳纖維束和所述供電電纜的連接處包裹有一層環氧樹脂層，所述環氧樹脂層的表面還包裹有一層熱縮管；
6.根據權利要求1所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述第一溫度區間為45-55℃，所述第二溫度區間為40-50℃。
7.一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱方法，應用于混凝土構件的快速制造階段和寒區維護階段，所述快速制造階段為混凝土澆筑振實后進行養護得到所述混凝土構件的階段，所述寒區維護階段為所述混凝土構件表面的供暖或冰雪融化的階段，其特征在于，所述混凝土預制構件養護-維護一體化方法包括以下步驟：
8.一種多模塊組合電熱系統，其特征在于，基于權利要求1所述的混凝土構件，采用板狀的所述混凝土構件形成混凝土板，多個內置碳纖維束的混凝土板按照特定的電路組合方式連接，形成用于寒區維護網絡系統；
...【技術特征摘要】
1.一種混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，應用于混凝土構件的快速制造階段和寒區維護階段，所述快速制造階段為混凝土澆筑振實后進行養護得到所述混凝土構件的階段，所述寒區維護階段為所述混凝土構件表面的供暖或冰雪融化的階段，其特征在于，所述混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統包括混凝土模型、碳纖維發熱組和溫度控制設備；
2.根據權利要求1所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統還包括高反射性板，所述高反射性板在澆筑混凝土后安裝在混凝土構件的外表面，所述高反射性板用于在預制混凝土構件的制造階段阻止熱量流失，起到保溫作用，以及在預制混凝土構件完成后通電的寒區維護階段起到隔熱作用。
3.根據權利要求1所述的混凝土預制構件養護-維護一體化電熱系統，其特征在于，所述碳纖維發熱組包括若干并聯的條狀碳纖維束，所述條狀碳纖維束的兩端分別通過電極與一根供電電纜的一端連接，所述供電電纜的另一端與所述溫度控制設備連接；
4.根據權利要求3所述的混凝土預制構...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳偉，劉仲洋，顧宇森，任俊，田佳鑫，王逸舸，周占學，卜躍剛，宋金哥，潘雨潔，
申請(專利權)人：國網冀北電力有限公司張家口供電公司，
類型：發明
國別省市：
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