冬季砼內(nèi)埋式電加熱施工法_熊正清

1、.2012年科技成果名稱： 冬季混凝土內(nèi)埋式電加熱施工法申報人：熊正清單位： 中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司俄羅斯 TAF 項目部2012 年12月 12日.專業(yè) .專注.冬季混凝土內(nèi)埋式電加熱施工法熊 正 清摘要俄羅斯韃靼斯坦 共和國 TAF項目，由于簽證 、入場手續(xù)辦理嚴(yán)重滯后、業(yè)主 AMMONI 對總工期又不作相應(yīng)調(diào)整，使得工期非常緊張 ，土建混凝土工作即使在寒冷季節(jié)也須施工。本文介紹了冬 季在混凝土內(nèi)敷設(shè)電阻導(dǎo)線、通電加熱的施工方法 ，確保了混凝土質(zhì)量 。與外部加熱相比 ，避免了傳導(dǎo)和輻射的熱損失 ，提高了熱能利用率 ；操作簡單 ；滿足施工質(zhì)量和進度要求。關(guān)鍵詞冬季混凝土施工內(nèi)部導(dǎo)線電加

2、熱節(jié)能一、前言：新澆筑的混凝土如果受凍，拌合水凍結(jié)成冰 ，體積增加 ，水泥的水化作用停止。恢復(fù)正溫養(yǎng)護以后 ，水泥漿體中的孔隙率比正常凝結(jié)的混凝土顯著增加，混凝土的各項物理力學(xué)性能全面下降。從保證混凝土質(zhì)量出發(fā) ，冬季施工砼必須防止其在硬化初期遭受凍害，并盡可能早地獲得強度 ，在溫度降至 0前，其抗壓強度不得低于抗凍臨界強度 。冬季施工混凝土 ，需要從施工期間的氣溫 、工程特點和施工條件出發(fā) ，在保證質(zhì)量 、加快進度 、節(jié)約能源、降低成本的前提下 ，選擇適宜的施工方法 。二、工程概況 ：俄羅斯 TAF 項目，位于韃靼斯坦 共和國門捷列夫市西 18 公里的化工園.專業(yè) .專注.區(qū)，包括合成氨、甲

3、醇、尿素裝置 。該地區(qū)的冬季為 11 月至次年 3 月，最冷2 月可達 -40 。11 月、12 月氣溫為 0至-30 。根據(jù)現(xiàn)場實際和工期要求，項目部安排在 11 月、12 月進行冬季砼施工 ，目的是完成尿素裝置的設(shè)備基礎(chǔ)、尿素泵房的鋼筋砼框架 ，為來年安裝施工創(chuàng)造工作面 。經(jīng)過對氣候條件 、結(jié)構(gòu)特點 、原材料情況 、工期和經(jīng)濟指標(biāo)等多方因素考慮，本工程采用內(nèi)埋式電加熱養(yǎng)護法 ，養(yǎng)護至混凝土強度大于早期受凍允許臨界強度 。三、內(nèi)埋式電加熱養(yǎng)護法的工作原理 ：在低溫澆筑的混凝土如果采取合適的措施 ，讓混凝土強度在正溫條件下增長至早期受凍的允許臨界強度以上，混凝土最終可達到設(shè)計強度。內(nèi)埋式電加熱

4、養(yǎng)護法的原理 ：就是將外包塑料絕緣層的電阻導(dǎo)線直接敷設(shè)在整體砼結(jié)構(gòu)中，金屬導(dǎo)線與電路接通后，起到電阻加熱器的作用 ，導(dǎo)線發(fā)出的熱量以接觸方式傳導(dǎo)給混凝土，使混凝土強度在正溫條件下增長至受凍的允許臨界強度以上 ，保證混凝土不受凍害 。施工中為了加快拆模時間 ，加快施工進度、節(jié)能，砼加熱所達到的強度一般都比受凍臨界強度高 。.專業(yè) .專注.四、應(yīng)用范圍 ：表面系數(shù) 10以內(nèi)，環(huán)境溫度 -40 以內(nèi) ，可對整體柱 、梁、板、承臺基礎(chǔ)進行澆筑 。五、電加熱的方法：1、操作流程 ：鋼筋和模板安裝導(dǎo)線和設(shè)備安裝澆筑混凝土覆蓋保溫材料混凝土電加熱養(yǎng)護拆模 。2、導(dǎo)線布置時間 ：根據(jù)施工方法的不同 ，加熱導(dǎo)線

5、可安排在鋼筋安裝進行時或在安裝結(jié)束之后布置。3、主要設(shè)備 ：降壓變壓器 （80KW ）、干線、加熱導(dǎo)線 、電流表、電壓表等設(shè)備 。根據(jù)溫控要求的不同 ，變壓器可將 380V電壓轉(zhuǎn)換為 55V、65V 、75V、85V 、95V，電流強度 490A。4、施工準(zhǔn)備 ：、提前掌握天氣預(yù)報 、大風(fēng)、大雪警報 ，及時采取防護措施 。、確定澆筑范圍和邊界 ，計算澆筑的混凝土體積 、計算需布置加熱導(dǎo)線的砼面積、需保溫覆蓋的面積 ，確定電加熱參數(shù)和功率 。.專業(yè) .專注.、對所有參加電加熱施工的人員進行技術(shù)交底和培訓(xùn)。、以現(xiàn)澆樓板為例 ，電加熱的準(zhǔn)備工作有 ：安裝模板 、鋼筋網(wǎng)和鋼筋骨架 ，在上、下層鋼筋網(wǎng)的

6、高度敷設(shè)加熱導(dǎo)線；清除模板和鋼筋上的垃圾、雪和冰層 ；在結(jié)構(gòu)電加熱區(qū)域平坦場地上安裝變壓器；安裝施工區(qū)域隔離柵 、信號裝置及照明設(shè)備 （如圖 1）；圖1電加熱施工區(qū)域布置圖1、三相導(dǎo)電單條工具單元2 、照明燈3、變電站4、絕緣墊5、施工區(qū)域隔離器材6、紅色信號燈7、溫度感應(yīng)器準(zhǔn)備導(dǎo)電條 ，沿施工段安裝 （如圖 2）；.專業(yè) .專注.圖 2 導(dǎo)電條示圖 （1 插頭 2 木支架 3 螺釘 4 導(dǎo)電體 (3 ×40mm) ）在沒有導(dǎo)電條模塊的情況下，安裝絕緣電纜組成的臨時導(dǎo)電條模塊，其橫截面積不少于 50mm2 ，用間距不大于 1.5m 的木支架固定 ；使用導(dǎo)線將導(dǎo)電線連接至導(dǎo)電條模塊，使

7、用電線將導(dǎo)電條連接至變電站；在變電站和配電箱附近安裝包覆有橡皮墊的木地板，安裝帶有二氧化碳滅火器的消防開關(guān) ；將變電站接通電源 ，在空載情況下對其進行試運轉(zhuǎn)，檢查臨時照明設(shè)備及溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作情況。5、導(dǎo)線的布置和設(shè)備的安裝：完成鋼筋安裝 、預(yù)埋件放置和焊接工作以后，按照加熱導(dǎo)線布置圖鋪設(shè)加熱導(dǎo)線。、加熱導(dǎo)線的布置要求 ：、加熱導(dǎo)線的直徑 、線段長度及繞距根據(jù)外部空氣溫度及電路電壓按后表取值 。為達到安全目的 ，通常按 55V的電壓來選取相應(yīng)的加熱線長度。.專業(yè) .專注.、 加熱導(dǎo)線的間距一般為1020cm 。、 加熱導(dǎo)線距離混凝土表面510cm ，且沿鋼筋骨架布置 。、加熱導(dǎo)線必須放在

8、混凝土里面，不允許接觸模板 。、加熱導(dǎo)線安裝注意事項：纏繞和加固導(dǎo)線 、安裝模板 、放置混凝土?xí)r防止絕緣層破壞。防止導(dǎo)電芯線與鋼筋 、鋼模及其它金屬構(gòu)件間出現(xiàn)短路。加熱導(dǎo)線敷設(shè)在結(jié)構(gòu)中時不要用力張緊。在帶有尖銳邊緣的拐角處，在導(dǎo)線下安放由油毛氈或瀝青紙構(gòu)成的絕緣層。將導(dǎo)線固定在鋼筋上的方式：采用剪下的絕緣線 、塑料固定銷 、金屬線制作的卡針及聚丙烯繩、扎帶系牢 。為避免絕緣層燒壞 、接地短路及加熱導(dǎo)線端頭燒壞，需從砼內(nèi)部向外設(shè)置橫截面為 2.5-4mm2 的引線 （見后圖 3）。連接接頭單獨絕緣 。使用加熱導(dǎo)線對混凝土進行電加熱的電力參數(shù)表.專業(yè) .專注.加熱導(dǎo)線繞距 mm加熱導(dǎo)線直徑 mm電

9、壓V導(dǎo)線長m 加熱單位功率 W/m2外部空氣溫度在上下層鋼筋網(wǎng)在下層鋼筋網(wǎng)1.1-52001001.21.41.1-10160801.21.41.1-151201.21.41.1-201001.21.45527653275378542954755286534200753985449548553365397545855195575527653275378542954755286534240753985449548553365397545855195575527653275378542954755286534320753985449548553365397545855195575527653275

10、37854295475528653440075398544954855336539754585 5195 57.專業(yè) .專注.圖 3 由混凝土內(nèi)部向外的引線示圖（ 1 加熱導(dǎo)線2 安裝線3 混凝土 ）.專業(yè) .專注.圖 4 導(dǎo)線布置示圖6、其他設(shè)備的安裝和注意事項：在電加熱區(qū)設(shè)置護欄 （高1.5m ）、發(fā)光信號設(shè)備和安全標(biāo)志。配電箱、用來加熱的變電站和其他電力設(shè)備、混凝土加熱區(qū)的鋼筋和相鄰的尚未澆筑混凝土而暴露的鋼筋必須接地。連接加熱導(dǎo)線必須先切斷電源。7、混凝土澆筑 ：、澆筑條件 ：導(dǎo)線布置完畢并接通后 ，檢查母線是否接地和有短路現(xiàn)象。在0以下澆筑砼時 ，提前去除結(jié)冰層 ：在氣溫低于 -10

11、 時，將直徑大于25毫米的鋼筋 、軋制型材 、大型的金屬埋件加熱到 0以上 ，對所有外伸的埋設(shè)部分及伸出部分進行額外加溫 。本工程采用熱風(fēng)機進行清雪和加熱 。.專業(yè) .專注.圖 5砼澆筑示圖、澆筑注意事項 ：混凝土澆筑時要防止加熱環(huán)路錯位和絕緣破壞。澆完砼，及時用防水保溫材料 （100150m的聚乙烯薄膜 ）覆蓋，并鋪設(shè)厚度為 50mm 的礦棉板或其它保溫材料，保證加熱表面達到要求的耐熱水平。圖 6 砼表面覆蓋保溫示圖.專業(yè) .專注.采用使砼熱損失更小的運輸工具，連續(xù)澆筑 。砼的入模溫度不低于5。對砼運輸罐車和輸送泵車的泵管進行覆蓋保溫。8、混凝土的加熱養(yǎng)護 ：送電加熱必須在混凝土澆筑、保溫層

12、鋪設(shè)結(jié)束 、人員撤出隔離范圍后進行。、加熱前的檢查 ：檢查所有裝置接地的可靠性；檢查所有接頭質(zhì)量 ；檢查保溫材料的質(zhì)量和鋪設(shè)是否正確；檢查測溫孔布置是否正確；檢查圍欄 、警示標(biāo)語；混凝土加熱區(qū)照明設(shè)備是否良好。、加熱過程 ：分升溫、 恒溫加熱 、 冷卻三個階段 。一般混凝土臨界強度在冷卻階段達到，在加溫階段可以按允許的最大加溫速度進行 ，在恒溫加熱時保持構(gòu)件允許的最大溫度值。在最短時間內(nèi)達到允許的最大溫度 ，可大大節(jié)約電能 。加熱時間初步確定為 72h ，包括加熱 、恒溫和冷卻 ，加熱溫度設(shè)為40。導(dǎo)線里通入低電壓 、高電流加熱混凝土?xí)r ,變壓器的功率為 80千瓦，濕冷混凝土的電阻率 300

13、500·cm 。在砼加熱和硬化過程中 ，電阻隨時變化，按下列方法調(diào)整 ：初始電壓為 55v，第一小時每 15min 20min 檢測溫度 。如果溫度增加過快及時降低電壓；相反增加電壓 。當(dāng)?shù)玫叫枰纳郎厮俣群?，每小時檢查溫度的變化 。.專業(yè) .專注.由于硬化和液態(tài)部分混凝土的分層，電阻會逐漸減小 ，一段時間后降低電壓 12級。達到指定的最高溫度后 ，混凝土的升溫加熱階段完成，恒溫加熱階段開始 ，隨著恒溫加熱的進行 ，混凝土硬化后電阻越來越大，為了保持恒溫適時增加電壓 。恒溫加熱結(jié)束后停止供電，開始冷卻階段 ，冷卻速度不允許超過下表列值 。構(gòu)件表面系數(shù) （ 1/升溫速度 （ /冷卻速度

14、 （ /m ）h ）h ）51025>10310電熱養(yǎng)護混凝土的最高允許溫度（）表面系數(shù)水泥強度等級 1010151532.570504542.5404035、 電流與電壓檢測 ：砼加溫開始后的頭3 個小時，每小時測量供電線路中的電流強度及電壓 ；之后每個工作班測量兩次；同時用目測法檢查電路連接處是否發(fā)出火花 。、溫度檢測 ：通過工業(yè)用溫度計 、紅外線測溫儀或遙控安裝在觀測孔內(nèi)的熱傳感器來檢測溫度 （如圖 7、圖8所示），溫度計尾部插入砼不少于.專業(yè) .專注.10cm 。圖 7 在砼中安裝熱傳感器或溫度計1 整體結(jié)構(gòu)2 保溫材料3 由薄壁鋼管制成的套筒4 防凍潤滑油5 熱傳感器溫度測點的

15、布置數(shù)量根據(jù)加熱對象特點來確定：每 50m2 的面板、3m3的砼、6 米長的結(jié)構(gòu) 、40m2 的地板內(nèi)不少于一個 ，位置在距導(dǎo)線 5-10cm處。在加溫過程 ：每小時測量一次混凝土的溫度。在恒溫及降溫過程 ：每兩個小時測量一次溫度 。為了更好調(diào)節(jié)混凝土溫度，盡可能采用溫度自動控制及加熱模式自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。每晝夜測量外部空氣一至兩次。所有測量結(jié)果如實記錄。.專業(yè) .專注.圖 8 檢測砼溫度、加熱注意事項 ：檢查電流表讀數(shù)和用于電加熱的變壓器的工作狀態(tài)、參數(shù)是否滿足要求。用電流表檢查電流 ，導(dǎo)線內(nèi)的電流不能超過允許值。禁止導(dǎo)線附近混凝土的液體部分沸騰。檢查接頭 ，處理燒壞的接頭 ，發(fā)現(xiàn)燒壞時打開備用

16、環(huán)路。在加熱和轉(zhuǎn)換到低電壓時，檢查接頭和加熱回路是否完好。檢查混凝土加熱質(zhì)量 ，監(jiān)視變壓器的工作和儀表的讀數(shù)。冷卻速度不能超過 10/h ，如果冷卻過快及時加熱 。、加熱過程中強度估算 ：、采用圖解法來估算 。普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，在各種養(yǎng)護溫度下的強度增長率分別如圖A和圖 B。根據(jù)混凝土養(yǎng)護記錄t 1+t 2+t 3+t n確定實際恒溫加熱溫度平均值： t 平均 =n式中 ： t1 ， t2 ，t3 ， ，tn 測溫得到的混凝土溫度值； n 測溫次數(shù) 。根據(jù)溫度平均值在圖中選擇溫度曲線，按照溫度曲線和養(yǎng)護時間確定混凝土的強度 。.專業(yè) .專注.圖 A 用普通硅酸鹽水泥拌

17、制的混凝土圖 B 用礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土、采用成熟度法估算 ：相同配合比的混凝土 ，只有在成熟度相等情況下其強度相同 。、用回彈儀檢測砼強度 。、混凝土強度確定 ：根據(jù)實際的溫度模式測量。當(dāng)砼溫度達到零度以上 ，在拆除其模板后 ，通過超聲波法或鉆孔測試的方法來確定砼強度。砼養(yǎng)護結(jié)束后，檢測與結(jié)構(gòu)同等養(yǎng)護條件的試塊強度，最終確定其強度 。9、拆模：模板和保溫層 ，在混凝土冷卻到 5后拆除 ，在外層溫度冷卻到零度之前掀去結(jié)構(gòu)的保溫層，不允許模板和保溫層凍結(jié)在混凝土上。為了防止出現(xiàn)溫度裂縫 ，混凝土露天表面和外部大氣之間的溫差，對表面系數(shù)低于 5的結(jié)構(gòu)不應(yīng)超過 20；對表面系數(shù)大于或等于 5的

18、結(jié)構(gòu)不應(yīng)超過 30。當(dāng)不能夠達到上述條件時 ，拆模后砼表面應(yīng)及時覆蓋使其緩慢冷卻。未完全冷卻.專業(yè) .專注.的混凝土有較高脆性 ，在冷卻前不得遭受沖擊荷載或動力荷載。10 、混凝土質(zhì)量檢查 ：冬期砼除按常溫施工要求檢查外，尚應(yīng)檢查 ：、外加劑的質(zhì)量和摻量 ；水和骨料的加熱溫度 ；混凝土在出機時 、澆筑后和硬化過程中的溫度 ；混凝土溫度降至 0時的強度 。、測溫人員測溫時同時檢查砼表面覆蓋保溫情況，若發(fā)現(xiàn)溫度過高或過低，立即通知有關(guān)人員 ，及時采取有效措施 。、 在澆筑地點隨機取樣制作試件，每次制作 3 組。1 組在 20標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護至 28d 試壓得強度 f28 ；1 組與構(gòu)件在同條件下養(yǎng)護

19、，在混凝土溫度降至0時試壓 ，檢查混凝土是否達到抗凍臨界強度；1 組與構(gòu)件在同條件下養(yǎng)護至 14d ，然后轉(zhuǎn)入 20標(biāo)準(zhǔn)條件下繼續(xù)養(yǎng)護21d ，在總齡期為 35d 時試壓，得強度 f14'+21 ，如果 f14'+21 f28，則砼未遭凍害 ，將 f28 作為強度評定的依據(jù) 。六、安全措施 ：1、進行電加溫 ，應(yīng)按照要求保證施工現(xiàn)場、施工區(qū)域 、工作地點的用電安全，操作人員應(yīng)當(dāng)接受安全施工方法培訓(xùn)，有專門負責(zé)電氣設(shè)備安全的技術(shù)人員，整個電加熱過程有電工值班。2、布設(shè)的電網(wǎng)能在單獨工段及施工區(qū)域內(nèi)切斷所有電氣設(shè)備。3、連接或斷開電氣線路 ，由具有相應(yīng)等級的電工完成。4、砼電加溫的工人須配備膠靴或絕緣長統(tǒng)靴。電工配備橡膠手套 。接通加熱導(dǎo)線、使用溫度計測量溫度時先斷開電路。.專業(yè) .專注.5、電加溫的區(qū)域設(shè)防護隔欄，在醒目位置放置警示牌 ，夜間對工作區(qū)域的防護隔欄進行照明 ，設(shè)置能夠自動發(fā)光的紅色信號燈（42V）。6、電氣設(shè)備的所有金屬導(dǎo)電部分和鋼筋接地可靠，將電源電纜的零線與其連接 。使用保護性接地回路時 ，線路的電阻值不大于4 歐姆，對可