摘要 關于冬季混凝土施工國內(nèi)外現(xiàn)狀進行介紹，對國內(nèi)冬季混凝土施工傳統(tǒng)工藝的優(yōu)劣進行分析，重點介紹在哈薩克斯坦寒冷地區(qū)冬季混凝土施工應用最為廣泛的電阻絲加熱施工工藝。從影響冬季混凝土施工的多個環(huán)節(jié)和注意事項系統(tǒng)介紹了冬季混凝土施工準備、所需機械物資材料、澆筑及養(yǎng)護過程中的保溫措施及重點注意事項。并從成本方面簡要分析其經(jīng)濟可行性，以期對國內(nèi)同行在類似環(huán)境下進行冬季混凝土施工起到一定的參考和借鑒意義。

關鍵詞 冬季混凝土施工;傳統(tǒng)施工工藝;電阻絲加熱;經(jīng)濟技術分析

中圖分類號 TU755 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0059-03

收稿日期：2022-04-11

作者簡介：劉光忠（1985—），男，本科，工程師，從事公路橋梁施工技術管理工作。

0 引言

冬季混凝土施工由于環(huán)境氣溫低導致混凝土施工質(zhì)量難以保證，而為了確保施工質(zhì)量往往需要增加大量人員、設備和材料投入，導致經(jīng)濟可行性差。中鐵十四局集團在哈薩克斯坦實施的公路項目技術組，利用該地區(qū)漫長的冬季，檢驗該國使用十分成熟的電阻絲加熱養(yǎng)護混凝土施工工藝，取得了顯著的效果，技術難度低，經(jīng)濟可行性大大提升。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

20世紀80年代以來，國家先后在黑龍江、甘肅等寒冷地區(qū)成立了科研小組，探索冬季混凝土施工技術。混凝土冬季施工的關鍵是混凝土冬季施工和養(yǎng)護工藝，根據(jù)2011版《建筑工程冬期施工規(guī)程》，目前在國內(nèi)應用并得到推廣的冬季混凝土施工和養(yǎng)護技術有6大類、10余種方法，但應用最普遍的只有蓄熱法、電熱毯法和暖棚法等三種較為傳統(tǒng)的施工工藝[1]，且近年來我國寒冷地區(qū)每年進行冬季施工的面積占比不足40%，多數(shù)企業(yè)因考慮成本選擇不進行混凝土冬季施工。

相較于國內(nèi)，俄羅斯、哈薩克斯坦等寒冷地區(qū)，由于冬季嚴寒而漫長，而且寒冷等級比國內(nèi)更高，更早地開始探索和應用混凝土冬季施工技術，并且更熱衷于采用加熱混凝土效率更高的電加熱技術，目前在俄羅斯和哈薩克斯坦地區(qū)使用最廣泛的冬季混凝土施工工藝之一就是電阻導線加熱法養(yǎng)護混凝土，超過70%的工業(yè)與民用建筑采用這種工藝，哈薩克斯坦寒冷地區(qū)冬季施工的面積占比超過了80%，因此研究這些地區(qū)的冬季混凝土施工技術，加以改進并在國內(nèi)寒冷地區(qū)推廣應用，有助于提高我國冬季施工的總體水平，具有顯著的經(jīng)濟和社會價值。

2 傳統(tǒng)施工工藝及優(yōu)劣分析

2.1 電熱毯加熱法

電熱毯是可以自主運行的設備，預熱時間是自動設置的，無須人員監(jiān)視設備的開啟和關閉。與用電線加熱結(jié)構(gòu)相比，設備所消耗的電能要少得多。該方法可以有效地加熱材料，加熱均勻進行施工，不會發(fā)生局部過熱，混凝土將硬化而不會產(chǎn)生微裂紋并具有高強度。

這種方法的優(yōu)點是使用簡單，設備不需要復雜的維護，無須控制加熱溫度，自動控制;在12 h內(nèi)，結(jié)構(gòu)物達到設計強度的70%。缺點：溫控器價格昂貴，并非每個開發(fā)商都可以購買;市場上的大多數(shù)產(chǎn)品都是假貨，不適合加熱混凝土，因為它由韓國的加熱膜組成，專為地暖而設計;這種設備的功率太低，無法加熱混凝土混合物。

2.2 電極加熱法

這種加熱法加熱時不必使用PNSV導線，如果澆筑平板基礎或混凝土板，則此方法不適用。通常在澆筑圓柱，隔板，墻壁時使用，這種加熱方法非常方便，不需要額外的費用。此外還需要一個變壓器，金屬棒連接到變壓器，再連接到混凝土結(jié)構(gòu)。降壓變壓器將提供欠壓加熱結(jié)構(gòu)的金屬部件。

環(huán)境溫度是確定電極之間間距時必須考慮的重要因素。電極之間標準間距為0.6～1 m。混凝土的加熱是由于其中的水分產(chǎn)生的水化反應。變壓器將三相電傳遞到結(jié)構(gòu)，安裝的電極之間的區(qū)域被加熱。該方法的優(yōu)點是安裝簡單、快速;材料成本低。缺點是電極需要消耗大量能量。一個電極大約需要45～50 A，而功率為80 kW的降壓變壓器不能連接到大量電極上。為了解決該問題，建議使用多個變壓器。鋼筋和線材在加熱后不能從結(jié)構(gòu)中拉出。

2.3 模板加熱法

此方法在模板中插入加熱元件，通過加熱模板來加熱混凝土。該方法的優(yōu)點在于，如果有必要，可以很容易地更換其故障元件;高性能，相對較低的能源成本;可以在嚴寒條件下使用;可以重復使用多次。缺點是成本高，如果結(jié)構(gòu)是非標準的，會帶來不便;準備、安裝需要一些時間。

2.4 感應加熱法

這種加熱方法很少使用，并且少于百分之十。材料的加熱由于磁感應而進行，并轉(zhuǎn)化為熱量。通過使用絕緣導線匝和安裝在結(jié)構(gòu)中的金屬零件可以實現(xiàn)此過程。該過程的主要困難在于，必須考慮到結(jié)構(gòu)中的金屬量，才能準確地計算導線的匝數(shù)。通常幾乎不可能做到這一點，這就是為什么磁感應方法不被廣泛使用的原因。

2.5 紅外線加熱法

引導式紅外設備可以在冬天加熱混凝土。該設備不需要安裝在任何地方，加熱可以直接通過結(jié)構(gòu)的模板發(fā)生。紅外線裝置可以對裸露的混凝土表面進行高質(zhì)量的加熱。適用于任何結(jié)構(gòu)。熱量調(diào)節(jié)非常簡單，通過將加熱元件移開或移近結(jié)構(gòu)來進行。優(yōu)點：該方法可有效地提高混凝土質(zhì)量。缺點：設備價格高。如果生產(chǎn)量大，則紅外裝置需要很多，對于承包商來說成本太高;該方法會加快混凝土中水分的蒸發(fā)，從而削弱其強度。為避免此問題，建議用薄膜覆蓋結(jié)構(gòu)。

2.6 暖棚加熱法

使用方式為在混凝土結(jié)構(gòu)上蓋上框架，并蓋上防水油布，加熱裝置放置在暖棚內(nèi)。該方法的優(yōu)點：升溫相對較快;能源成本低，可以使用天然氣或其他燃料。缺點：耗時較長，尤其是在大面積區(qū)域。

3 電阻絲加熱施工工藝

該工藝通過電機加熱混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)部提前埋設的PSNV導線，確保結(jié)構(gòu)物在混凝土初期強度增長的關鍵時期不受凍。根據(jù)天氣情況控制加熱時間，配合簡單的外部保溫措施，既保障了混凝土初期強度，又可以保證后期強度增長，經(jīng)濟技術方面表現(xiàn)優(yōu)異。根據(jù)哈薩克本地經(jīng)驗，該文依托東哈州卡麥9標項目實際以?15 ℃低溫環(huán)境為例講述該工藝流程及施工方法，其他溫度環(huán)境可依此做適當調(diào)整。

3.1 工藝流程

電阻絲加熱施工工藝流程圖如圖1。

3.2 主要的材料設備

該工藝所需主要材料設備見表1。

3.3 常見的電阻絲布置方式

卡麥項目混凝土澆筑主要由涵洞和橋梁組成，涵洞為預制裝配式，基礎為現(xiàn)澆素混凝土，橋梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土擴大基礎，其他下部及上部結(jié)構(gòu)（預制梁除外）均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。因此電阻絲布置主要有兩種形式：涵洞現(xiàn)澆素混凝土基礎和橋梁現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.3.1 涵洞現(xiàn)澆素混凝土基礎

現(xiàn)澆素混凝土基礎電阻絲布置需事先在兩側(cè)模板開洞將φ8圓鋼穿過并固定（開洞間距視現(xiàn)場情況確定），作為縱向電阻絲的支撐，之后將絕緣電阻絲按照環(huán)境溫度計算的間距依此綁扎在φ8圓鋼上。

3.3.2 現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎（以整體墩柱為例）

電阻絲沿著整體墩柱外側(cè)鋼筋骨架以固定間距（此溫度下為12 cm）布設，電阻絲布設要形成回路，單根電阻絲長度不宜大于60 m，所有電阻絲起點均向整體墩柱下部延伸，最后用膠帶綁扎成一整束固定在鋼筋骨架上，所有電阻絲末端向整體墩柱上部延伸，用膠帶綁扎成三束，預留在整體墩柱混凝土內(nèi)側(cè)，留作與加熱電機連接。

3.4 內(nèi)部電阻絲與加熱電機的連接

內(nèi)部電阻絲采用АПВ-4型母線（紅色電纜）與加熱電機連接，內(nèi)部電阻絲尾部分成三束，分別連接到加熱電機45 V檔位。

3.5 混凝土的加熱養(yǎng)護

送電須在混凝土澆筑、保溫層鋪設結(jié)束，人員撤出后進行[2]。送電前須檢查所有接地裝置是否可靠，檢查所有接頭質(zhì)量是否牢固，檢查電流表讀數(shù)和用于加熱的加熱電機工作狀態(tài)及參數(shù)是否滿足要求，采用溫度自動控制及加熱模式自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加熱養(yǎng)護3～5天后視情況結(jié)束通電。

3.6 電阻絲布置及加熱注意事項

（1）電阻絲沿外側(cè)鋼筋骨架布置，距離混凝土表面5～10 cm。

（2）電阻絲必須放置在混凝土里面，不允許接觸模板，更不允許裸露在空氣中。

（3）電阻絲敷設在結(jié)構(gòu)中時不能用力張緊，在帶有尖銳邊緣的拐角處，在導線下安放由油毛氈或瀝青紙構(gòu)成的絕緣層。

（4）電阻絲的固定方式可采用剪掉的電阻絲、金屬線制作的卡針、塑料固定銷及聚丙烯繩。

（5）加熱電機應放置在結(jié)構(gòu)物附近且放置場地需平整，并加蓋防雨雪設施。

（6）混凝土澆筑前需用歐姆表檢查電阻絲，確保電阻絲回路絕緣良好。

（7）進行電加熱時必須按照安全要求保證現(xiàn)場的用電安全，鋪設電阻絲的工人及接電人員應接受安全培訓，加熱過程有電工值班[3]。

4 冬季混凝土施工工藝流程及要點

4.1 冬季混凝土配合比

通過在普通混凝土里加入防凍劑可以防止在負溫下混凝土中水分結(jié)冰，使混凝土在負溫下可以正常施工和正常硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護條件下達到預期性能。冬季混凝土試配強度應比設計強度提高一個等級。混凝土防凍劑通常有粉體和液體兩種，在哈薩克斯坦地區(qū)普遍使用的是一種叫作116 s的液體防凍劑（有減水效果），摻量通常為水泥含量的1%，具體數(shù)值通過試驗確定。

4.2 冬季混凝土生產(chǎn)

哈薩克斯坦東部地區(qū)11月至次年3月為冬季，月平均氣溫均在0 ℃以下，其中12、1、2月三個月平均氣溫均在?10 ℃以下，1月最低氣溫可達?30 ℃。在如此低溫環(huán)境下生產(chǎn)混凝土，需要將混凝土用水和骨料同時進行加熱，水采用煤炭加熱儲水罐，水的加熱溫度不宜高于80 ℃，骨料采用暖棚加熱，骨料加熱溫度不宜高于60 ℃。暖棚采用彩鋼板搭設的臨時板房，板房地面和三側(cè)墻壁按40 cm（根據(jù)適宜施工的極端低溫計算）間距安裝加熱管道，加熱管道采用無縫鋼管，管道內(nèi)部采用循環(huán)熱水加熱，為減少加熱空間，粗骨料按設計配合比（最常用的）預先拌合后存入暖棚內(nèi)，細骨料單獨存放。

4.3 冬季混凝土運輸

混凝土攪拌運輸車罐體采用保溫被覆蓋，混凝土卸落前采用熱水沖洗罐體，冬季施工混凝土盡量選擇運輸距離近的結(jié)構(gòu)物，減少中間倒運，根據(jù)運輸距離配置混凝土罐車數(shù)量，使整個澆筑過程連續(xù)。

4.4 冬季混凝土澆筑

冬季混凝土澆筑盡量選擇在天氣晴好的情況下進行，混凝土澆筑前清除模板及鋼筋上的冰雪和污漬，搭設簡易暖棚并在內(nèi)部放置暖風炮將模板和鋼筋加熱到5 ℃以上，混凝土澆筑前新舊混凝土接觸面應鑿毛，鑿毛深度不小于5 mm，整個澆筑過程應連續(xù)，混凝土澆筑完成后及時在頂部覆蓋棉被保溫，并在前24 h內(nèi)保持暖風炮工作。

4.5 冬季混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑完成后，在專業(yè)電工做完所有檢查后通電加熱，電加熱時間一般為3～5天[4]。

5 經(jīng)濟技術分析

目前國內(nèi)大部分企業(yè)因為冬季施工成本高，混凝土施工質(zhì)量不易控制導致進行冬季施工的意愿并不強烈。電阻導線加熱法通過在混凝土內(nèi)部埋設經(jīng)過絕緣的PSNV導線，避免了由外部加熱造成的傳導與輻射的熱損失，可均勻加熱混凝土，更容易保證混凝土內(nèi)部溫度的平穩(wěn)，避免因局部溫度過高失水而產(chǎn)生裂縫，大大提高了電能的利用率，更容易滿足施工質(zhì)量要求，加快了施工進度。

哈薩克斯坦由于瀕臨西伯利亞，全國大部分地區(qū)冬季寒冷而漫長，電阻絲加熱混凝土工藝在哈薩克斯坦應用已超過30年，且由于工藝簡單，成本低，全國超過70%的地區(qū)和建筑施工企業(yè)在冬季采用該工藝進行冬季混凝土施工。該工藝所需三種材料（設備）在該國很容易獲取且價格低廉，混凝土內(nèi)部絕緣導線150元/km，連接母線0.4元/m，加熱電機8 000元/臺，加上加熱電機運行需要的柴油，每立方米混凝土成本增加費用約為55元，大大低于國內(nèi)其他傳統(tǒng)施工工藝，具有顯著的經(jīng)濟效益。

6 結(jié)束語

我國寒冷地區(qū)地域遼闊，包括了“三北”地區(qū)等13個省、市、自治區(qū)，占全國面積50%以上，冬季施工時間長達3～6個月，充分利用冬季進行施工，是縮短工期、提高社會效益和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)。近年在俄羅斯和哈薩克斯坦地區(qū)常用的電阻導線加熱法，若經(jīng)過研究優(yōu)化應用于國內(nèi)寒冷地區(qū)冬季施工，既可以保障企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)，又可以加快我國寒冷地區(qū)經(jīng)濟建設，使一些重點工程提前建成并投入使用，提前發(fā)揮工程投資效益，為國家建設作出貢獻。

參考文獻

[1]建筑工程冬期施工規(guī)程： JGJ/T 104—2011[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2011.

[2]朱林. 混凝土內(nèi)置電阻絲加熱法的施工工藝[J]. 工程建設與設計， 2018（S1）： 53-54.

[3]謝斌. 電阻絲加熱混凝土法在嚴寒地區(qū)施工中的應用[J]. 民營科技， 2017（2）： 151.

[4]李洪海， 黃勇. 寒冷地區(qū)混凝土內(nèi)部埋入電阻絲升溫養(yǎng)護施工技術[J].建筑技術， 2009（9）： 806-809.