朱 華,熊 靜

(中國水利水電第十二工程局有限公司,杭州 310004)

1 綜 述

冬季混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)比較困難,混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度難以保證。我國北方等高寒地區(qū)很多工程項(xiàng)目到冬季在經(jīng)濟(jì)因素和技術(shù)因素的影響下基本停止混凝施工,影響整個工程的進(jìn)度。在負(fù)溫環(huán)境中進(jìn)行混凝土作業(yè)并保證其施工質(zhì)量就顯得尤為重要。

傳統(tǒng)混凝土澆筑的環(huán)境氣溫一般需保持+5℃以上,使用電加熱養(yǎng)護(hù)技術(shù),有效解決了在嚴(yán)寒、高寒地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)在負(fù)溫條件施工養(yǎng)護(hù)的問題。

2 工藝原理

混凝土在終凝前如受到負(fù)溫環(huán)境,水泥的水化作用受到阻礙,其中游離水分開始結(jié)冰,體積增大,使混凝土凍裂而嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量;混凝土初期受凍后再置于正常溫度下養(yǎng)護(hù),其強(qiáng)度雖仍能增長,但因體積膨脹導(dǎo)致混凝土的孔隙率增大且不可逆,強(qiáng)度不能恢復(fù)到正常水平。因此冬季混凝土施工在其未達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度前必須保證其正溫下養(yǎng)護(hù)。

根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)程》的規(guī)定,普通混凝土采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制時,其抗凍臨界強(qiáng)度應(yīng)為設(shè)計的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的30%;采用礦渣硅酸鹽水泥配制的混凝土,應(yīng)為設(shè)計的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的40%;但混凝土強(qiáng)度等級為C10及以下時,≥5.0N/mm2。

使用發(fā)熱電阻線對整體混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行電加熱,確?；炷猎谡郎氐臈l件下養(yǎng)護(hù)。電阻線加熱法工作原理就是通過降壓變壓器將380V變壓到55V-95V作為二次電源,在將帶有絕緣橡膠外皮的電阻線敷設(shè)于混凝土結(jié)構(gòu)中,電阻線在接通電源后他的兩個電極由未凝固的混凝土構(gòu)成導(dǎo)電回路,此時變壓器二次電流很大,使導(dǎo)線發(fā)熱并釋放熱能,其熱量將會以散失的方式傳遞給混凝土,由于其發(fā)熱電阻線是埋置于混凝土內(nèi)部,其所產(chǎn)生的熱量將全部傳遞給混凝土構(gòu)件。從而保證了混凝土在正溫條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[1]。

理論上混凝土強(qiáng)度達(dá)到臨界強(qiáng)度即可停止加熱,但在實(shí)際施工中為了加快進(jìn)度,其加熱停止時的強(qiáng)度都會高于抗凍臨界強(qiáng)度。通過施工經(jīng)驗(yàn)證明,加熱養(yǎng)護(hù)一般≥72h。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

鋼筋模板安裝、加熱電阻線和設(shè)備安裝、混凝土澆筑、覆蓋保溫材料、通電加熱、溫度監(jiān)控、養(yǎng)護(hù)結(jié)束拆模。

3.2 施工準(zhǔn)備

1)技術(shù)準(zhǔn)備:根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際施工情況,確定澆筑混凝土的范圍,構(gòu)件類型。計算混凝土體積,計算需要布置加熱電阻線的混凝土面積,需要保溫的面積,確定電加熱參數(shù)以及功率。

2)主要設(shè)備準(zhǔn)備:降壓變壓器,主電纜,連接導(dǎo)線,電阻加熱線,其他輔助設(shè)備設(shè)施以及工器具。

3)電力參數(shù)的計算:現(xiàn)以某施工項(xiàng)目為例,采用當(dāng)?shù)厥袌龀Ｓ玫脑O(shè)備系統(tǒng)作為計算依據(jù)。

變壓器選擇100KVA,最大電流500A,降壓輸出電壓分55V,65V,75V,85V,95V五個檔次,加熱電阻線采用直徑1.2mm的鐵芯絕緣電阻絲,電阻率為0.15(Ω.m),額定電流為8A,不同品牌和廠家數(shù)據(jù)不同,實(shí)際施工中需要仔細(xì)閱讀說明書或者在現(xiàn)場實(shí)測。連接導(dǎo)線我們選用4mm2銅芯單股電纜,分區(qū)供電主電纜采用35mm2銅芯單股電纜。電阻線長度的計算公式為:

(1)

式中:I為導(dǎo)線的額定電流;L為導(dǎo)線的長度;U為工作電壓,取55V;R為導(dǎo)線的電阻率。

(2)

通過上述計算可得,當(dāng)選擇55V為工作電壓時,其單根電阻線的最大長度45m,但為了用電安全,加熱線長度的控制在40m以內(nèi)。

計算每臺變壓器可以接多少根單根長度為40m的電阻線,N=500A/8A=62.5根,實(shí)際在施工過程中,環(huán)境因素影響較大,為了保證整個加熱系統(tǒng)的安全和有效性,單臺變壓器最大連接加熱線≤50根。

3.3 加熱導(dǎo)線的布置和設(shè)備的安裝

3.3.1 發(fā)熱電阻線安裝

混凝土結(jié)構(gòu)在鋼筋綁扎完成或者綁扎過程,按照加熱線布置圖,利用原設(shè)計的鋼筋作為支架將電阻線綁扎在鋼筋籠上,若設(shè)計沒有鋼筋則需要在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置骨架筋用以固定電阻線。

綁扎固定加熱線可以用專用橡膠綁扎帶綁扎,也可以用帶絕緣橡膠皮的電阻加熱線按綁扎需要剪切成小段供綁扎用。

電阻線安裝注意事項(xiàng):

1)綁扎、或者其他作業(yè)過程中電阻線的橡膠外皮不能損壞,否則將可能因?yàn)槎搪冯娮璞粺龎挠绊懠訜嵝Ч?最終影響混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。若損壞了外部絕緣橡膠皮則需要對整根加熱線進(jìn)行替換,不能用絕緣膠帶將破損處纏繞修復(fù)將就使用。

2)加熱線埋入混凝土中深度在5～10cm左右,在有鋼筋的混凝土構(gòu)件中,我們選擇將電阻線布置在鋼筋網(wǎng)架的外側(cè),其鋼筋保護(hù)層的厚度就是電阻線的埋設(shè)深度。加熱線間距100～400mm,需根據(jù)環(huán)境和加熱要求來定,若環(huán)境溫度高,加熱線間間距可以增大,反之則應(yīng)減小。

3)加熱線必須全部埋入混凝土內(nèi)部,嚴(yán)禁接觸到模板。

4)安裝電阻線之前須清除模板和鋼筋上的垃圾、雪和冰層。

5)在安裝導(dǎo)線不能用力拉拽,在帶有尖銳邊緣的拐角處,須安裝橡膠墊等保護(hù)材料。避免電阻線的絕緣層可能發(fā)生的損壞和導(dǎo)線本身因受力而斷裂。

3.3.2 連接導(dǎo)線安裝

發(fā)熱電阻線不能直接同主電纜連接形成通電回路,且不能暴露于空氣中,否則因散熱不均勻極易引起電阻線絕緣層燒壞,接地斷路,連接的端頭容易被燒壞導(dǎo)致斷路。因此需要用截面積為發(fā)熱電阻線的2～3倍的導(dǎo)線從混凝土構(gòu)件內(nèi)部將發(fā)熱電阻線引出。常用的是4mm2單芯銅芯電纜。連接處用電工膠布做絕緣處理。

3.3.3 主供電電纜安裝

將35mm2主電纜從變壓器接出,并沿需要加熱構(gòu)件周圍布置。所有電纜必須架空,架空高度≥800mm,架空線需平行且順直,不能交叉,避免導(dǎo)線的連接過程中出現(xiàn)可能接錯等情況。也方便在發(fā)生故障是能快速進(jìn)行檢查修復(fù)。將4mm2連接導(dǎo)線同主電纜相接,接頭處用電工膠布做絕緣處理。

3.3.4 安裝溫度感應(yīng)器

溫度感應(yīng)器安裝規(guī)范要求:對于混凝土樓板、混凝土地坪等板式結(jié)構(gòu)每50m2設(shè)置一個測溫點(diǎn);對于基礎(chǔ)混凝土每3m3設(shè)置一個測溫點(diǎn),測溫點(diǎn)間距均勻;對于梁、條形基礎(chǔ)等構(gòu)件每6m設(shè)置一個測溫點(diǎn);溫度感應(yīng)器插入混凝土內(nèi)部≥10cm;在實(shí)際施工中,常用紅外線測溫槍對混凝土構(gòu)件的外表面溫度進(jìn)行實(shí)時全方位監(jiān)測。

3.3.5 加熱變壓器安裝

將變壓器布置在建筑構(gòu)件25m范圍內(nèi)平坦且堅固的的場地內(nèi),必要時可提前鋪設(shè)混凝土預(yù)制板等。變壓器不能直接與地面接觸,需要和大地絕緣,因此在布置變壓器之前需墊橡膠絕緣墊。

變壓器的布置場地內(nèi)設(shè)置高度≥1.5m的硬圍護(hù),圍護(hù)欄桿距變壓器距離≥2m,場地內(nèi)不能堆放雜物,嚴(yán)禁堆放易燃易爆材料,配置2個5L的二氧化碳滅火器,懸掛安全警示標(biāo)識。

關(guān)閉變壓器上面的所有通電開關(guān),電壓器同外部電源連接,按要求打開變壓器開關(guān),對變壓器進(jìn)行空載試驗(yàn)。

3.4 澆筑混凝土

3.4.1 確認(rèn)澆筑條件

澆筑混凝土前確認(rèn)熱電阻線布置完畢,發(fā)熱電阻線同導(dǎo)線,導(dǎo)線同主供電纜,主供電纜同降壓變壓器,變壓器同外部電源連通。確認(rèn)無斷路、短路現(xiàn)象,確保所有接地都已經(jīng)完成。

澆筑前按混凝土澆筑要求清理模板、鋼筋上的垃圾,提前去除冰層和積雪。少量的垃圾和冰雪可以利用內(nèi)燃式吹風(fēng)機(jī)吹出,對于量大且難以清除的冰雪層我們可以利用空氣壓縮機(jī)和鐵鏟配合進(jìn)行清理。

當(dāng)環(huán)境溫度以及鋼筋、模板等與混凝土直接接觸的構(gòu)件溫度<0℃時,如果直接澆筑混凝土,混凝土急速受冷,游離水分結(jié)冰受凍,影響混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量,因此要對鋼筋和模板等與混凝土直接接觸的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)熱,使構(gòu)件溫度上升5℃以上。對于構(gòu)件的預(yù)熱我們采取搭設(shè)暖棚,利用大功率柴油風(fēng)炮和電熱風(fēng)機(jī)對其加熱。

3.4.2 澆筑過程中注意事項(xiàng)

在進(jìn)料和振搗過程中需要特別注意不能破壞加熱體系,可能發(fā)生的加熱線錯位、斷裂、絕緣層脫落等現(xiàn)象都會影響混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

混凝土入模溫度≥5℃,在環(huán)境溫度較低時,需采取對原材料進(jìn)行預(yù)熱,并用熱水?dāng)嚢?對運(yùn)輸罐車用保溫棉包裹等措施進(jìn)行保溫,澆筑完畢后及時覆蓋塑料薄膜并覆蓋保溫棉進(jìn)行保溫。

澆筑過程須連續(xù),且需保證其在加熱養(yǎng)護(hù)前溫度為正,防止混凝土中游離水分結(jié)冰破壞混凝土質(zhì)量。

及時用薄膜和保溫棉覆蓋其構(gòu)件表面的表觀質(zhì)量難以保證,因此這種覆蓋適用于基礎(chǔ)和有二次找平工序的工程,若無二次找平,例如一次成型地坪,其需要混凝土初凝后覆蓋薄膜和保溫棉,在此之前我們需要持續(xù)對暖棚加熱保證環(huán)境溫度,若不具備暖棚條件則不能進(jìn)行類似地坪的澆筑[2]。

3.5 混凝土的養(yǎng)護(hù)

3.5.1 加熱前的準(zhǔn)備工作

1)確認(rèn)澆筑工作已經(jīng)完成,塑料薄膜、保溫棉等輔助保溫工作也已經(jīng)完成。

2)所有與電加熱養(yǎng)護(hù)的人員已經(jīng)全部撤離現(xiàn)場。

3)再次檢查所有的接頭連接牢靠,并用電工膠布進(jìn)行絕緣處理完畢,檢查所有接地點(diǎn)是否接地完成,并用萬能表檢測所有回路是否連通。

4)檢查現(xiàn)場的所有安全維護(hù)是否搭設(shè)完成,并懸掛安全警示標(biāo)語,安全消防用設(shè)備設(shè)施是否全部配備齊全并能正常使用,現(xiàn)場照明條件是否滿足要求。

5)檢查應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)是否已經(jīng)布置到位且能正常使用無故障,燃料儲備充足。

3.5.2 加熱養(yǎng)護(hù)

混凝土在加熱養(yǎng)護(hù)過程中需要經(jīng)過3個階段:升溫、恒溫和降溫。在確認(rèn)上述所有檢查項(xiàng)目符合條件時,接通電源開始加熱。

初始電壓需要選擇55V檔,在開始加熱的第1h內(nèi)每15～20min檢測一次溫度,如果升溫過快我們需要降低電壓;若上升過慢甚至出現(xiàn)降溫則需要增加電壓?；炷磷畲箴B(yǎng)護(hù)溫度和溫度變化速率見表1～2。

表1 構(gòu)件升溫、降溫冷卻速度

表2 電加熱養(yǎng)護(hù)混凝土的最大溫度 ℃/h

對于養(yǎng)護(hù)溫度的確定以每次測得數(shù)值的平均值作為當(dāng)次檢測值,所測溫度中有超過最大值和出現(xiàn)負(fù)值,則應(yīng)該立即查明原因采取相應(yīng)的處理措施。一般確定恒溫養(yǎng)護(hù)的溫度為40℃。當(dāng)溫度達(dá)到40℃時開始恒溫養(yǎng)護(hù)。

恒溫養(yǎng)護(hù)階段每2h需要檢測溫度一次,并做詳細(xì)的檢測記錄,隨著混凝土的持續(xù)硬化和外部環(huán)境的變化,在養(yǎng)護(hù)階段我們需要據(jù)混凝土溫度的變化對電壓進(jìn)行調(diào)整。恒溫養(yǎng)護(hù)結(jié)束后停止供電,即開始降溫冷卻,其降溫速率不能超過上述附表中的數(shù)值。如果降溫太快應(yīng)該及時加熱,保證混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

3.5.3 加熱養(yǎng)護(hù)階段需要注意事項(xiàng)

1)在通電養(yǎng)護(hù)開始的前6h內(nèi)。每2h檢測整個線路的電流、電壓以及加熱變壓器的其他工作狀態(tài)參數(shù)情況,若數(shù)據(jù)異常則應(yīng)立即查明原因并采取處理措施。之后每4h檢測一次或者每班次檢測2次。

2)養(yǎng)護(hù)期間需專業(yè)電氣技術(shù)操作人員值班監(jiān)護(hù),隨時檢查電流表和加熱設(shè)備的工作狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)是否超過允許值。

3)定時巡查,并檢查接頭位置,若有燒壞則應(yīng)立即修復(fù)處理。

3.6 模板以及保溫棉的拆除

當(dāng)確認(rèn)混凝土強(qiáng)度達(dá)到可以停止加熱并拆除保溫棉時,保溫棉需要待混凝土構(gòu)件冷卻至5℃以內(nèi)方能拆除;構(gòu)件在急速受熱和受冷的情況下極易損壞,混凝土若急速受冷則會產(chǎn)生裂縫,因此在準(zhǔn)備拆除模板和保溫棉之前先要確認(rèn)混凝土構(gòu)件本身內(nèi)外溫差≤25℃,混凝土構(gòu)件與環(huán)境的溫度,溫差≤20℃; 若不能保證其條件,則需對混凝土構(gòu)件進(jìn)行覆蓋,使之能緩慢冷卻。

4 質(zhì)量控制措施

1)施工前制定電加熱混凝土養(yǎng)護(hù)專項(xiàng)施工方案,施工工程中按施工方案進(jìn)行技術(shù)交底,所有人參與施工的作業(yè)人員和管理人員參加。

2)在空氣溫度處于零度以下時對混凝土構(gòu)件進(jìn)行電加熱的質(zhì)量管理必須符合相關(guān)的施工規(guī)范的要求。

3)加熱系統(tǒng)所有設(shè)備、電纜等材料,工程實(shí)際用混凝土、鋼筋等在進(jìn)場使用之前必須經(jīng)過入場檢查,主要通過外部檢視檢查其是否符合規(guī)范要求和設(shè)計要求,是否有出廠合格證、第三方簽發(fā)質(zhì)量檢測報告及其它必須要經(jīng)過檢查的內(nèi)容,混凝土還需要檢查其坍落度,入模時的溫度是否符合規(guī)范要求。

4)負(fù)責(zé)電加熱施工的作業(yè)人員必須進(jìn)過專業(yè)培訓(xùn)并持證上崗,施工過程中嚴(yán)格遵守電氣作業(yè)相關(guān)規(guī)定。

5)鋼筋、預(yù)埋鐵件、管道等隱蔽工程需驗(yàn)收合格后方能進(jìn)行混凝土澆筑,混凝土入模傾倒高度盡量放低,使用小直徑振動棒,振搗過程嚴(yán)禁振動棒與加熱線接觸,避免損壞加熱電阻線的絕緣外皮。

6)加熱過程中實(shí)時監(jiān)測構(gòu)件和環(huán)境的溫度是否滿足規(guī)范要求,設(shè)備的電流、電壓以及其他的控制參數(shù)是否與計算數(shù)據(jù)一致,并按規(guī)定填寫檢查日志。

5 結(jié) 語

電加熱養(yǎng)護(hù)技術(shù),有效解決了在嚴(yán)寒、高寒地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)在負(fù)溫條件施工養(yǎng)護(hù)的問題,通過在我國東北地區(qū)及俄羅斯多個項(xiàng)目的積極探索,使用電阻線加熱法,并以暖棚、保溫材料覆蓋、混凝土外加劑、加熱風(fēng)炮等組成的綜合養(yǎng)護(hù)系統(tǒng),最低可以在-40℃環(huán)境中進(jìn)行混凝土澆筑。成本可控,施工質(zhì)量和進(jìn)度均可以得到有效保證。