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： 中國化學工程第七建設有限公司 俄羅斯TAF項目部 2012年12月 12日 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)辦理嚴重滯后、業(yè)主AMMONI對總工期又不作相應調(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)敷設電阻導線、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。關鍵詞 冬季 混凝土 施工 內(nèi)部 導線 電加熱 節(jié)能一、

2、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?；謴驼郎仞B(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公里的化工園區(qū)，包括合成氨、甲醇、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。

3、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備基礎、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)構特點、原材料情況、工期和經(jīng)濟指標等多方因素考慮，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計強度。內(nèi)埋式電加熱養(yǎng)護法的原理：就是將外包塑料絕緣層的電阻導線直接敷設在整體砼結(jié)構中，金屬導線與電路接通后，起到電阻加熱器的作用，導

4、線發(fā)出的熱量以接觸方式傳導給混凝土，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。四、應用范圍：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、承臺基礎進行澆筑。五、電加熱的方法 ：1、操作流程：鋼筋和模板安裝 導線和設備安裝 澆筑混凝土 覆蓋保溫材料 混凝土電加熱養(yǎng)護 拆模 。2、導線布置時間：根據(jù)施工方法的不同，加熱導線可安排在鋼筋安裝進行時或在安裝結(jié)束之后布置。3、主要設備：降壓變壓器（80KW）、干線、加熱導線、電流表、電壓表等設備。根據(jù)溫控要求的不同，變壓器可將

5、380V電壓轉(zhuǎn)換為55V、65V、75V、85V、95V，電流強度490A。 4、施工準備：、提前掌握天氣預報、大風、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、計算需布置加熱導線的砼面積、需保溫覆蓋的面積，確定電加熱參數(shù)和功率。、對所有參加電加熱施工的人員進行技術交底和培訓。、以現(xiàn)澆樓板為例，電加熱的準備工作有：安裝模板、鋼筋網(wǎng)和鋼筋骨架，在上、下層鋼筋網(wǎng)的高度敷設加熱導線；清除模板和鋼筋上的垃圾、雪和冰層；在結(jié)構電加熱區(qū)域平坦場地上安裝變壓器；安裝施工區(qū)域隔離柵、信號裝置及照明設備（如圖1）；圖1 電加熱施工區(qū)域布置圖1、三相導電單條工具單元 2、照明燈 3、變

6、電站 4、絕緣墊 5、施工區(qū)域隔離器材 6、紅色信號燈 7、溫度感應器準備導電條，沿施工段安裝（如圖2）；圖2 導電條示圖（1插頭 2木支架3螺釘 4導電體(3×40mm)）在沒有導電條模塊的情況下，安裝絕緣電纜組成的臨時導電條模塊，其橫截面積不少于50mm2，用間距不大于1.5m的木支架固定；使用導線將導電線連接至導電條模塊，使用電線將導電條連接至變電站；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；將變電站接通電源，在空載情況下對其進行試運轉(zhuǎn)，檢查臨時照明設備及溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作情況。5、導線的布置和設備的安裝：完成鋼筋安裝、預埋件放置和焊接

7、工作以后，按照加熱導線布置圖鋪設加熱導線。、加熱導線的布置要求：、加熱導線的直徑、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的電壓來選取相應的加熱線長度。、加熱導線的間距一般為1020cm。、加熱導線距離混凝土表面510cm，且沿鋼筋骨架布置。、加熱導線必須放在混凝土里面，不允許接觸模板。、加熱導線安裝注意事項：纏繞和加固導線、安裝模板、放置混凝土時防止絕緣層破壞。防止導電芯線與鋼筋、鋼模及其它金屬構件間出現(xiàn)短路。加熱導線敷設在結(jié)構中時不要用力張緊。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成的絕緣層。將導線固定在鋼筋上的方式：采用剪下的絕緣線

8、、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、接地短路及加熱導線端頭燒壞，需從砼內(nèi)部向外設置橫截面為2.5-4mm2的引線（見后圖3）。連接接頭單獨絕緣。使用加熱導線對混凝土進行電加熱的電力參數(shù)表 圖3 由混凝土內(nèi)部向外的引線示圖（1加熱導線 2安裝線 3混凝土）圖4 導線布置示圖6、其他設備的安裝和注意事項：在電加熱區(qū)設置護欄（高1.5m）、發(fā)光信號設備和安全標志。配電箱、用來加熱的變電站和其他電力設備、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。連接加熱導線必須先切斷電源。7、混凝土澆筑：、澆筑條件：導線布置完畢并接通后，檢查母線是否接地和有短路現(xiàn)

9、象。在0以下澆筑砼時，提前去除結(jié)冰層：在氣溫低于-10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，對所有外伸的埋設部分及伸出部分進行額外加溫。本工程采用熱風機進行清雪和加熱。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、保溫層鋪設結(jié)束

10、、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)量和鋪設是否正確；檢查測溫孔布置是否正確；檢查圍欄、警示標語；混凝土加熱區(qū)照明設備是否良好。、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，加熱溫度設為40。導線里通入低電壓、高電流加熱混凝土時,變壓器的功率為80千瓦，濕冷混凝土的電阻率300500·cm。在砼加熱和硬化過程中

11、，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15min20min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?shù)玫叫枰纳郎厮俣群?，每小時檢查溫度的變化。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。構件表面系數(shù)（ 1/ m）升溫速度（ / h）冷卻速度（ / h）510 25 >10 310 電熱養(yǎng)護混凝土的最高允許溫度（）水泥強度

12、等級表面系數(shù)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10cm。圖7 在砼中安裝熱傳感器或溫度計1整體結(jié)構 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、40m2的地板內(nèi)不少于一個，位置在距導線5-10cm處。在加

13、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。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，導線內(nèi)的電流不能超過允許值。禁止導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

14、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)護記錄確定實際恒溫加熱溫度平均值： t平均 = t1+t2+nt3+tn 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。圖A用普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土圖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

15、法來確定砼強度。砼養(yǎng)護結(jié)束后，檢測與結(jié)構同等養(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)構不應超過20；對表面系數(shù)大于或等于5的結(jié)構不應超過30。當不能夠達到上述條件時，拆模后砼表面應及時覆蓋使其緩慢冷卻。未完全冷卻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

16、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標準條件下養(yǎng)護至28d試壓得強度f28；1組與構件在同條件下養(yǎng)護，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組與構件在同條件下養(yǎng)護至14d，然后轉(zhuǎn)入20標準條件下繼續(xù)養(yǎng)護21d，在總齡期為35d時試壓，得強度f14'+21，如果f14'+21f28，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，應按照要求保證施工現(xiàn)場、施工區(qū)域、工作地點的用電

17、安全，操作人員應當接受安全施工方法培訓，有專門負責電氣設備安全的技術人員，整個電加熱過程有電工值班。2、布設的電網(wǎng)能在單獨工段及施工區(qū)域內(nèi)切斷所有電氣設備。3、連接或斷開電氣線路，由具有相應等級的電工完成。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。接通加熱導線、使用溫度計測量溫度時先斷開電路。5、電加溫的區(qū)域設防護隔欄，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，設置能夠自動發(fā)光的紅色信號燈（42V）。6、電氣設備的所有金屬導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，對可能被施加電壓的導線端頭進行絕緣隔離。7、

18、禁止無關人員進入加溫區(qū)域、在加熱結(jié)構的表面行走、在加熱結(jié)構表面放置其它物品；禁止將未經(jīng)過結(jié)構、暴露在空氣中的加熱導線接通電源，在帶電壓的情況下禁止將加熱導線與帶有機械損傷的絕緣體或不符合要求的轉(zhuǎn)換接頭接通；未對加溫區(qū)域進行隔離禁止電加溫施工。七、實施效果：前期在大氣溫度10內(nèi)經(jīng)過3個晝夜的加熱養(yǎng)護，測得混凝土平均抗壓強度達到27.9 MPa，后期由于大氣溫度達了20，于是增加加熱時間，調(diào)整為五個晝夜，測得混凝土平均抗壓強度達到28.6MPa，均達到了B30（設計強度39.2MPa）砼要求的養(yǎng)護強度27.4MPa（70R28），遠遠超過了規(guī)定的允許臨界強度，符合俄羅斯當?shù)匾?guī)定，確保了混凝土質(zhì)量。 八、結(jié)束語：經(jīng)過測算，內(nèi)埋導線加熱