(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013829.6 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 湖南科技大 学 地址 411201 湖南省湘潭市雨湖区石码头2 号 (72)发明人 舒小娟　宋健　沈明燕　蒋宇翔　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G01K 13/00(2021.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种现场大体积混凝土水化热温度预测系 统及方法 (57)摘要 本发明提供了一种现场大体积混凝土水化 热温度预测系统及方法， 属于建筑工程领域。 所 述水化热温度预测系统中， 绝热温升曲线采集模 块采集并绘制绝热温升曲线； 放热量计算模块计 算水化反应过程的放热量； 水化反应速率计算模 块根据温升曲线及放热量计算水化反应速率； 热 源函数修正模块根据水化反应速率模型对热源 函数进行修正； 导热系数标定模块标定导热系数 时变模型； 边界条件确定模块根据现场状态确定 热交换边界条件参数； 水化热温度预测模块根据 修正的水化热源函数模型及水泥浆导热系数时 变模型建立水化热仿真模型， 并根据所确定的热 交换边界条件 预测水化热温度。 本发 明测试装置 便捷、 成本低、 可重复利用且操作性强， 同时提高 了温度预测的准确性。 权利要求书4页 说明书11页 附图4页 CN 115392082 A 2022.11.25 CN 115392082 A 1.一种现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 包括绝热温升曲线采集 模块、 放热量计算模块、 水化反应速率计算模块、 热源函数修正模块、 导热系数修正模块、 边 界条件确定模块及混凝 土水化热温度预测模块； 其中， 所述绝热温升曲线采集模块用于采集当前配比条件下混凝 土的绝热温升曲线； 所述放热量计算模块用于根据绝热温升曲线生成放热曲线， 并计算水化反应过程的放 热量； 所述水化反应速率计算模块用于根据绝热温升曲线及放热量计算水化反应过程中四 个阶段的水化反应速率， 得到水化反应速率模型； 所述热源函数修正模块用于根据水化反应速率模型对热源函数进行修正， 得到修正的 水化热源函数模型； 所述导热系数标定模块用于在实验室条件下实时修正水泥浆体导热系数， 构建水泥浆 体导热系数时变模型； 所述边界条件确定模块用于根据现场状态确定热交换边界条件参数； 所述水化热温度预测模块用于根据修正的水化热源函数模型及水泥浆体导热系数时 变模型， 基于有限元模型建立水化热仿真模型， 并根据所确定的热交换边界条件及水化热 仿真模型 预测混凝 土水化热温度。 2.根据权利要求1所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 所述绝 热温升曲线采集模块包括反应盒、 隔热材料、 排气装置、 温度传感器及温升曲线生成仪； 其 中， 所述反应盒用于放置被测试的试件； 所述隔热 材料填充于反应盒内的环形空间内， 用于降低反应盒内热量的散失； 所述排气装置由两个抽气式排气装置组成， 对称布置于反应盒外壁， 用于试验前排除 珠光砂内部的空气， 降低热量的散失； 所述温度传感器为微型电子埋入式温度传感器， 测试精度为0.1℃； 沿反应盒直径方向 在盒内的待测试样品中对称布置五个温度传感器， 用于测定水泥浆体 体系温度的变化； 所述温升曲线生成仪用于采集温度传感器在水化过程中不同时间点所测定的温度值， 并生成绝热温升曲线。 3.根据权利要求2所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 所述反 应盒由外壁、 内壁、 顶部隔热层和顶部密封层四个部分组成， 内壁和外壁为纤维 ‑树脂混合 材料， 顶部隔热层材料为纤维材料， 顶部密封层为普通树脂材料， 密封侧内层设置有螺纹构 造， 能与容器壁紧密贴合； 反应盒呈圆环状， 外部直径为100 ‑500mm， 内部直径为50 ‑200mm， 高70‑300mm。 4.根据权利要求2所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 所述隔 热材料导热系数在0.02 2～0.025(w/(m.k) )之间， 粒径小于1.2m m。 5.根据权利要求1所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 所述放 热量计算模块进一 步用于： 根据热量与温度之间的换算关系计算 放热曲线， 换算公式如式(1)所示 Qt＝Cp(Tt‑T0)+K∑F                  (1) 式(1)中， Qt表示龄期为t时水泥水化过程的总热量， J； Cp表示总热容量， J/℃； Tt表示龄权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115392082 A 2期为t时的水泥浆体温度， ℃； T0表示水泥浆体的初始温度， ℃； F表示恒温线和 水泥浆体温 度曲线间的面积， h /℃； K表示散热常数， J/(h ·℃)， 且： 式(2)中， W表示加水质量， g； C表示温度传 感器的热容量， J/℃； θ1表示试验开始后6h读 取的温度传感器温度， ℃； θ2表示试验开始后44h读取的温度传感器温度， ℃； ΔT表示θ1到θ2 的时间差； Cp＝[CC×(MC‑M)]+M×C水+C             (3) 式(3)中， Cc表示水泥净浆的比热容， 0.84J/℃； C水表示水的比热容， 4.1816J/℃； MC表示 水泥净浆的质量， g； M表示水的质量， g； C表示热量 瓶的热容 量， J/℃。 6.根据权利要求1所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 所述 四 个阶段， 包括 诱导期、 加速期、 减速期和稳定期。 7.根据权利要求6所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 水化反 应速率模型， 其 函数表达式如下 所示： 式(8)中， V 表示水化 放热速率， W水胶表示水胶比； τ表示龄期。 8.根据权利要求1所述的现场大体积混凝土水化热温度预测系统， 其特征在于， 所述热 源函数修正模块中， 水化反应速率和绝热温升之间采用双曲线函数映射关系， 函数公式如 下式： 式(9)中， θ 为水泥 浆在不同龄期时段的绝热 温升值， ℃； θu为水泥浆的最终绝热 温升值， ℃； Vτ为水泥浆在龄期为τ 时的水化放热速率； t为水泥浆绝热温升过程结束的时间， 单位为 天； t0为水泥浆 绝热温升过程 开始的时间， 单位 为天； 将水化反应速率模型V 代入式(9)中， 得到水泥浆的热源函数模型如下 所示：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115392082 A 3