严寒地区混凝土冬季施工拌和系统改造技术研究

严寒地区混凝土冬季施工拌和系统改造技术研究

董绍红

中国水利水电第十六工程局有限公司 福建省福州市 350001   

【摘要】：丰满大坝地处我国东北严寒地区，坝址区多年平均气温4.9℃，极端最高气温37℃；极端最低气温-42.5℃。根据统计资料坝址区进入11月份后，白天日均温度在7℃至10℃，夜间温度降至零下10℃，在低温期白天具备冬季施工条件，做好拌和系统冬季施工改造，实施冬季混凝土浇筑施工对施工进度意义重大。

【关键词】：严寒地区；强制式混凝土拌和楼；浮船取水；冬季施工。

引言

丰满大坝地处我国东北严寒地区，坝址区多年平均气温4.9℃，极端最高气温37℃；极端最低气温-42.5℃。为满足丰满冬季施工（10月25日至11月20日）要求，现需对拌和系统HL240（2×3m³）强制式拌和楼进行冬季施工改造，以确保混凝土出机口温度大于8℃（确保混凝土入仓温度大于5℃），以满足冬季施工要求。

1工程概况

丰满项目部目前共设置两个拌和系统，系统分左右两岸布置。右岸系统按总进度计划混凝土月高峰浇筑强度复核后确定设计生产能力为515m³/h。设置一座HL240（2×3m³）和一座HL360（2×6.0m³），强制型制冷混凝土搅拌楼。两座楼均采用双线出料，可以同时生产两种不同标号的混凝土，三班制生产。

为满足丰满冬季施工（10月25日至11月20日）要求，现需对右岸拌和系统HL240（2×3m³）强制式拌和楼进行冬季施工改造，以确保混凝土出机口温度大于8℃。经过计算，拌和水温为45度时，混凝土出机口温度为8.19度。由于冬季外部气温较低，混凝土在运输及浇筑过程中有温度损失，为保证混凝土拌和质量，满足混凝土冬季施工温度要求，本次冬季施工改造在水箱内部增设发热管，确保拌和水温度为50摄氏度。

具体改造措施为：在围堰下游侧设置浮筒取水点，在拌和楼处设置水箱、外加剂箱及引气剂箱，拌和楼拌和混凝土时由泵将水、外加剂及引气剂输送到拌和楼配料层。为满足冬季运行要求，供水管线及上楼管路需全线包裹发热带及保温海绵，水箱底部设置加热棒，外围包裹橡塑海绵及棉被保温，同时为保证楼内拌和温度需求，需在拌和楼内安装数台小太阳取暖器。

2拌和系统改造方案

2.1拌和楼供水管路施工

现HL240（2×3m³）强制式拌和楼用水来源为右岸拌和系统高位水池，进入冬季施工后右岸高位水池将不具备运行条件，拌和楼冬季用水另寻水源，在大坝围堰下游侧靠近右岸拌和系统处设置新的取水点，采用浮筒船加水泵取水，现场采用1台排污泵（型号为50WQ18-60-5.5KW）抽水。

取水浮船主要由4.0m×6.0m钢结构支架、8个浮筒、葫芦架、栏杆及锚钩等部位组成，具体结构见图1 、图2。

图1取水浮船平面布置图

图2取水浮船剖面图

供水管路保温采用发热带加热保温及橡塑海绵包裹，发热带型号为3.5kw/100m，采用锡箔纸粘附在供水管路外侧，发热带应紧附在供水管路外壁。发热带安装完成后在外围包裹1层橡塑海绵，厚3cm，采用铁丝绑扎固定，橡塑海绵包裹应平整，扎带紧固适中、间距均匀，相邻两段橡塑海绵连接接头处应包裹严密。具体施工方法详见图3。

图3 供水管路保温示意图

2.2 供水管路线路布置

为保证供水管路在停止供水时管路内不残留积水，供水管线应带角度布设，以本次冬季施工改造为例：现场共设置3个固定点，1#固定点为岸边栏杆处，主要固定栏杆到取水点之间供水管线，其中1#固定点高程约为EL207.00,取水点高程约为EL192.00,两点高差15m；2#固定点设置在水泥罐立柱上，主要固定立柱到栏杆之间的供水管路，2#固定点高程约为EL215.00,两点高差8m；3#固定点设置在上楼皮带机四管柱上，高程约为EL219，主要固定四管柱到水泥罐立柱之间及四管柱到拌和楼临时水箱之间，高差分别为4m和13m。具体布置线路见图4。

图4 供水管路布置图

2.3水箱、外加剂箱及引气剂箱施工

为满足拌和楼冬季施工需求，在拌和楼处设置水箱、外加剂箱及引气剂箱。水箱及外加剂箱采用12mm厚钢板制作，尺寸为4.5m×1.8m×1.8m，中间设置隔板分为两个箱体，其中水箱体积为2.5m×1.8m×1.8m，外加剂箱体积为2.0m×1.8m×1.8m，引气剂箱尺寸为1.5m×1.5m×1.5m。水箱底部设置电热管，功率为9000W，共三套，外加剂箱及引气剂箱底部各设置一套电热管，功率为2000w。

水箱、外加剂箱及引气剂箱放置在由［20槽钢加工成的支架上，支架尺寸为4.5m×1.8m，高1m。箱体制作完成后采用25t吊车吊装在支架上。

3个箱体外侧需全面包裹橡塑保温海绵，共安装3层，每层厚3cm，保温海绵应包裹严密、均匀平整，水箱底部的保温橡塑海绵应在吊装完成前施工完毕，橡塑海绵施工完成后需在外侧覆盖棉被，棉被覆盖完成后采用∠50×5角钢配合M16螺栓将其固定在水箱外侧。

水箱顶部应设置盖板密封，并进行橡塑海绵保温及棉被覆盖，在3个箱子顶部各设置一个投料孔，尺寸为0.4m×0.4m，在箱子顶部四周安装1.2m高栏杆，栏杆采用∠50×5角钢焊接制成，并配置相应的爬梯作为上下通道。

2.4上楼管线施工

本次拌和楼冬季施工技改措施中，水、外加剂及引气剂均以泵送的形式输送至拌和楼配料平台，水箱内布置潜水泵1台，功率为5.5kw,外加剂箱及引气剂箱内布置3台2.2kw的化工泵，供应拌和楼的水、外加剂及引气剂分别由φ50、φ40镀锌钢管及输送至拌和楼，上楼管路需采用电热管加热及包裹橡塑海绵的方式进行保温，具体施工方法与供水管路一致。

2.5拌和楼内保温措施

为满足拌和楼冬季运行温度需求，需在拌和楼内安装30台小太阳取暖器（功率1000w），小太阳取暖器应安装在拌和楼四周，在每个楼层均匀布置，搅拌机启动前拌和楼工作人员必须先开启小太阳加热器提高楼内温度，同时检查各部件运行是否灵活，运行前必须加热搅拌机减速器，防止启动负荷过大造成电机烧毁。

2.6 水箱、灰罐单仓泵及水泥罐单仓泵保温棚搭设

目前现场布置的水箱、外加剂箱、引气剂箱及粉煤灰罐单仓泵均直接暴露在空气中，为满足拌和楼冬季运行要求，对以上部位搭设保温暖棚，共搭设4个，其中水箱处搭设1个，尺寸为10m×8m，高5m；粉煤灰罐单仓泵搭设1个、水泥罐单仓泵搭设2个，尺寸规格为6m×6m，高5m。保温暖棚搭设时采用φ50钢管搭设框架，在钢管框架外侧安装10cm厚夹心彩钢板墙面及棚顶，彩钢板安装完成后在外侧包裹1～2层棉被，采用钢管及铁丝将其固定。水箱处保温棚搭设时在博物馆方向设置大门，门宽4m，高2.5m，满足外加剂倒运车（长城轻卡）出入。单仓泵保温棚搭设时顶部与罐体底部应搭接严密，有缝隙的地方用保温橡塑海绵或棉被封堵。

3水温及流量校核

 3.1 气温、水温条件

根据吉林市气象站及丰满水库的气温、水温资料，年平均气温4.9℃，年平均水温11.6℃，其中11月份平均气温为-3.7度，平均水温为10.1度。由于冬季施工设计11月，现在按11月水温进行温度核算。

表3-1               丰满坝址多年月平均气温、水温表单位：℃

3.2混凝土原材料特性

表3-2               混凝土原材料物理热学性质

3.3 混凝土原材料初温

表3-3               混凝土原材料温度表               单位：℃

3.4 典型混凝土级配

2018年冬季施工主要针对厂房坝段混凝土及消力池混凝土，主要级配有C30W6F300三级配常态混凝土、C30W6F300二级配泵送混凝土、C9020W4F200三级配混凝土、C25F200二级配常态混凝土。现以C9020W4F200三级配混凝土进行温度核算。

表3-4              典型参考混凝土级配表

3.5 出机口温度计算

混凝土理论出机口温度计算如下：

式中：T0—混凝土出机口计算温度，℃；

Ti—组成混凝土中第i类材料的平均进料温度，℃；

Gi—每立方米混凝土中第i类材料的质量，kg；

Ci—第i类材料的比热，kJ/（kg·K）；

Q —每立方米混凝土拌和时产生的机械热，取4000kJ/m3；

N —冰的冷量利用率，以小数计；

Gc—每立方混凝土的加冰量。

本次混凝土拌和未加冰，故出机口温度计算公式为：

经过计算，拌和水温为45度时，混凝土出机口温度为8.19度。由于冬季外部气温较低，混凝土在运输及浇筑过程中有温度损失，为保证混凝土拌和质量，满足混凝土冬季施工温度要求，本次冬季施工改造在水箱内部增设发热管，确保拌和水温度为50摄氏度。拌和水加热计算如下：

根据公式：水温加热时间=C.m.(t2-t1)/P*3600

加热时间:小时

C:每公斤水的比热，4200焦耳/公斤。度

M:水的重量，公斤

t1、t2:加温前后的温度

P:加热器功率，瓦

本次拌和楼配置水箱规格为：2.5m*1.5m*1.5m,共计5625kg（M）水，按每立方米混凝土用水113kg（C9020W4F200三级配混凝土），每箱水可拌和骨料49.8m³。

水箱内共配置12根发热管，每根12000w，共计120000w（P）。

拌和水加温前温度为10.1度（t1），加热后温度为50度（t2）。

将以上数值带入加热公式中可得：按照以上配置将10.1度水加热至50度时需1.8小时。每小时可用50度水拌制的混凝土工程量为：49.8(m³)/1.8( h)=28.0m³/h。

冬季施工上楼管路全部采用发热带加热保温及橡塑海绵包裹，拌和楼出水箱外部设置保温被及保温棚，同时配置5根12000w发热管作为备用，如出机口温度偏低则增加水箱内发热管数，同时现场备制2.5m×1.5m×1.5m水箱一个，并配备10根12000w发热管，如现场拌制混凝土方量过大则启用备用水箱，确保拌和水温在50度左右，以保证混凝土出机口温度。

4相关技术措施

（1）混凝土拌制时，应改变拌和加料顺序，将骨料与水先拌和，再加入水泥及外加剂。

（2）混凝土拌和前，应用热水冲洗拌和机，并将积水排除，使拌和料斗及出料口处于正常状态。

（3）因运输及浇筑过程有部分温度损失，冬季施工时混凝土出机口温度应不低于8℃。

（4）现场备制2.5m×1.5m×1.5m水箱一个，并配备10根12000w发热管，如现场拌制混凝土方量过大则启用备用水箱，确保拌和水温在50度左右，以保证混凝土出机口温度。

5结论

通过取水浮船取水，上楼供水管路保温加热，水箱及外加剂箱外部保温内部加热，水泥及粉煤灰灌单仓泵搭设保温棚等措施，在严寒地区实现强制式拌和楼冬季施工拌制混凝土。以丰满大坝2018年冬季施工为例，通过改造后的右岸拌和系统HL240（2×3m³）强制式拌和楼在2018年10月25日至11月20日成功拌制并浇筑完成消力池混凝土3500m³，对加快消力池施工进度具有很好的效果。

参考文献

［1]佟 阳，彭相国，马霖峰，刘孟振。混凝土拌和系统冬季运行技术研究［B] .甘肃水利水电技术，2015.

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