等温量热仪‑水化热‑大体积混凝土温度场数字孪生监测平台构建研究

【资料简介】

国标基准法等温量热仪‑水化热‑大体积混凝土温度场数字孪生监测平台构建研究

摘要

当前大体积混凝土温控项目水化热试验检测与施工现场温度监测两套数据相互独立，试验室等温量热仪测得的水泥水化动力学数据无法实时联动施工现场混凝土温升监测，水化放热演化趋势预判滞后。本文将国标基准法等温传导量热仪水化热检测系统作为底层数据输入端，融合施工现场大体积混凝土内部温度传感器监测数据，搭建2D‑3D大体积混凝土温控防裂数字孪生运维平台；实现试验室水化放热速率曲线、累计水化热参数自动上传孪生平台；将等温量热实测水化动力学模型导入混凝土温度场仿真模块，实时预测坝体、承台等大体积构件未来温升演化趋势，提前预警超温、温差超标开裂风险。通过某混凝土大坝示范项目验证，等温量热‑数字孪生一体化平台可打通“试验室水化热检测‑现场温控监测‑温升风险预判‑施工调控”全链条，推动大体积混凝土温控由事后监测转向事前预判，为重大工程智慧温控防裂提供新型技术路径。

关键词：等温量热仪；GB/T12959‑2024；水泥水化热；大体积混凝土；温度场仿真；数字孪生；智慧温控防裂

引言

大体积混凝土温度裂缝防控一直是水利、核电、桥梁工程当中重难点问题。传统温控工作模式分为两个独立环节：第一步在试验室采用水化热检测设备，提前测定胶凝材料水化热参数；第二步施工现场埋设温度传感器，实时监测混凝土内部温度变化。试验室等温量热仪测得的完整水化放热动力学曲线，大多以离线试验报告形式存档；现场温度监测系统仅采集实时温度数据；两套系统数据割裂，试验室水化热数据没有实时参与现场温度演化预判计算。

随着数字孪生智慧工程技术快速发展，大体积混凝土温控管控模式向事前预判、动态仿真方向升级。如果能够将国标基准法等温量热仪实时水化放热数据接入数字孪生平台，把实测水化动力学模型作为温度场仿真计算内核，就可以大幅提升混凝土未来温升趋势预测准确度，提前预判温度超标风险，及时调整冷却通水、养护保温施工方案，从源头降低温度裂缝风险。基于以上工程需求，本文开展等温量热仪‑水化热‑大体积混凝土数字孪生温控平台构建研究。

1 一体化平台总体架构

整套平台分为四层：

1）试验室感知层：国标基准法等温传导量热仪，实时采集水泥水化放热速率、累计水化热动力学曲线数据；

2）数据传输层：等温量热仪软件通过485/以太网通讯，将水化热原始试验数据上传至云端孪生服务器；

3）数字孪生仿真层：建立大体积混凝土构件三维实景模型；内置温度场有限元仿真模块，以等温量热实测水化热曲线作为热源函数；叠加施工现场温度传感器实时监测数据，动态反演混凝土水化温升演化过程，预测未来3‑7d内部温度变化趋势；

4）可视化管控应用层：2D‑3D孪生平台展示水化放热曲线、混凝土内部温度云图、内外温差数值、温控风险预警弹窗；输出冷却通水、保温养护调控建议。

2 等温量热水化热数据‑温度场仿真耦合技术

传统混凝土温度场仿真，水化热热源函数大多采用经验公式拟合，与真实水泥水化放热过程偏差较大。而国标基准法等温量热仪输出的放热速率‑时间曲线，是胶凝材料在恒温条件下实测得到的真实水化动力学数据，可信度远高于经验拟合曲线。平台将等温量热实测放热速率曲线导入仿真软件，作为混凝土内部热源输入边界条件；再结合现场实测环境温度、入模温度、冷却通水参数，动态计算混凝土内部温度场演化，温升预测精度得到显著提升。当施工现场更换混凝土配比，只需要重新取胶凝材料在等温量热仪开展水化热试验，新配比水化动力学数据自动更新至孪生平台仿真模型，无需人工修改热源参数。

3 示范工程平台应用案例

某碾压混凝土大坝项目，采用本套等温量热‑数字孪生温控一体化平台开展坝体温控管理。首先在试验室使用国标基准法等温量热仪测定优选大坝混凝土配比完整水化放热曲线，数据上传孪生平台；大坝浇筑之后，现场温度传感器实时采集坝体内部温度；孪生平台结合实测水化热模型开展温升预测；在混凝土内部温度即将到达温控上限前24h，平台发出超温预警，管理人员提前加大冷却通水流量，成功将坝体最高温升控制在设计限值以内，未出现温度超标现象。对比传统温控方案，温升预判准确度明显提升。

4 平台综合优势与推广方向

1、打通试验室水化热检测‑现场温控监测的数据壁垒；

2、以国标基准等温量热实测水化动力学数据驱动仿真计算，温度预判精度更高；

3、实现大体积混凝土温控风险由事后报警向事前预判转型；

4、平台扩展性强，可接入多台等温量热仪，同步管理多个大体积工程项目水化热‑温控数据。

5 结论

本文构建的等温量热仪‑水化热‑大体积混凝土数字孪生温控平台，将GB/T12959‑2024基准法等温量热实测水化动力学数据与施工现场混凝土温度监测深度耦合，利用真实水化放热曲线驱动混凝土温度场仿真，实现大体积混凝土温升趋势精准预判，提前防控温度裂缝风险。该一体化平台为水利水电、核电、跨海大桥重大工程大体积混凝土智慧温控防裂开辟一条全新技术路线，具备很高工程推广价值。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司开发的8通道等温量热仪配置详表：

序号	型号	配置说明	数量
１	HO-DW4L	2通道等温量热仪主机（内置温控器和数据采集系统）4台，电脑1套，测控分析软件1套，20ml西林瓶400个，取瓶器2个，混匀仪1台, 1拖4串口数据线2根	1套

售后服务：主机在2年内非人为原因的故障，包修包换。

此款设备相关方案列为新水化热国标GB/T12959-2024《水泥水化热测定方法》

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五、行业应用场景关键词

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