远红外线加热冬施混凝土养护的应用

闫成标　肖春虎

[摘要]着重介绍远红外线加热混凝土的施工方法和推广应用情况,进行多种冬施混凝土养护的比较,做到经济合理,达到降低成本的目的。

[关键词]远红外线 远红外线辐射器 混凝土 施工技术

中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910111-01

冬期施工的混凝土养护方法,正常选用蓄热法、蒸汽法、电热法、暖棚法等。但在实际施工过程中,我们往往只是考虑到施工简便,而不进行经济对比,造成延长工期,施工成本增加,所施工的混凝土强度下降,使工程质量得不到保障。

蓄热法主要用于气温-10℃左右,结构比较厚大的工程。主要是:对原材料(水、砂、石)进行加热,使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后,还储备有相当的热量,以使水泥水化放热较快,并加强对混凝土的保温,以保证在温度降到0℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。

外部加热法主要用于气温-10℃以上,而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气,将热量传给混凝土,或直接对混凝土加热,使混凝土处于正温条件下能正常硬化的一种方法。

而外部加热使用火炉加热时,一般在较小的工程中使用,方法简单,但室内温度不高,比较干燥,并且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化,影响质量。采用蒸气加热法用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制,加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备,费用较高,且热损失较大,费用高,劳动条件也不太理想,工作环境也差。采用电加热法,将钢筋作为电极,或将电热器贴在混凝土表面,便电能变为热能,以提高混凝土的温度,此法虽然施工简单方便,热损失较少,易控制,但不足之处是电能消耗量大。采用远红外线加热法能以高温电加热器或气体红外线发生器,对混凝土进行密封辐射加热即环保,又节约电能。

通过以上比较,采用远红外线加热法适用于冬季施工的混凝土框架、煎力墙等且结构构件并不厚大的工程。

一、应用项目基本情况

(一)主要技术内容

1.工艺特点

使用远红外线加热板,利用远红外辐射向新浇混凝土照射,使混凝土的温度得以提高,从而在较短的时间内获得要求的强度。采用此种工艺具有施工简便,降低能耗,易于操作的特点。此工艺的作用机理是利用远红外线辐射冬施养护主要是电磁波,不同波长的远红外线对不同物质所产生的效果不同,远红外线加热板发射波长与混凝土组成的材料的吸收波长相匹配时,新拌混凝土作为吸收介质,在远红外线的共振作用下,介质分子作强烈运动,将辐射热能转化为热能,同时,加热板本身发出的热能与其共同作用使混凝土升温。

2.远红外线加热板配置计算

根据远红外线养护混凝土的能量消耗,一般加热混凝土的耗电量为30kWh/m3,可达到混凝土表温在42℃左右,当混凝土表温在90℃左右时,每立方米混凝土耗电量为51kWh/m3左右。本工程混凝土强度等级为C30,采用42.5普通硅酸盐水泥,并掺有水泥用量5%YC3抗冻早强剂。根据过去冬期施工经验资料在5℃达到0.5MPa时间在4～6左右,故按表面温度达10℃时耗电量为52kW/90×10=5.78kW/m3。由于本工程现浇板厚120mm,折成平方米,则5.78×0.12 =0.694kWh/m2。远红外线加热板为板式单向辐射状,外形尺寸为220×240×12mm,极限功率为1kw,约每块加热板可加热1.5m2左右。为准确了掌握原始数据,我们首先对辐射温度进行测试,测试模拟实际应用情况,在加热板距照射面1000cm左右处,测得温度为8℃左右,此时气温为-12℃,每块照射面积在1.7m2左右。经分析温度偏低的原因有以下几点:(1)加热板离养护面距离较远,实际使用时再调整靠近;(2)单面照射;(3)搭设防护棚漏风较多,且面积较计算大些。为此,调整照射距离为80cm每块面积在1.5m2时,温度达到12℃左右,基本接近计算温度。其次,应考虑的是风力,风大散热快,热损失多。因此,挡风棚搭设越严密不透风则效果越好。

(二)项目的适用范围

冬季施工的混凝土框架结构、剪力墙结构等。

(三)总体技术水准分析

1.技术水准:国内先进。

2.综合叙述:

用远红外线加热法进行冬施混凝土养护,对框架结构的养护方法,国内已有的方法多采用筒式加热器进行内部加热,工艺复杂,需预留孔洞。板式SIC加热以前用于剪力墙结构的加热,目前尚未有板式加热器法用于框架结构的报导。

远红外线热法与国内常采用的蓄热法和其它的养护方法相比,有独特的优点和特点:

(1)具有穿透力,能内外同时加热。加热均匀,不易产生温度缝。

(2)不需热传介质传递,热效率良好,辐射率达0.84。

(3)可局部加热,节省能源。

(4)提供舒适的作业环境。

(5)节省炉体的建造费用及空间,组合、安装及维修简单容易。

(6)干净的加热过程。

(7)温度控制容易、且升温迅速,并较具安全性。

(8)热惯性小,不需要暖机,节省人力。

(9)无烟雾,对人体无害,利于环保和实现文明施工。

二、应用情况

(一)已用于生产(工程)情况

淮安达方电子有限公司综合楼,位于淮安经济开发区内,三大沟以西,达方路以北。地下一层,地上四层。建筑面积10251m2,框架结构。

该工程主体施工时间为2007年11月至2008年元月17日,其中一至四层砼结构处于冬季施工期施工。各施工砼采用远红外线加热进行养护,同时砼中掺用YC-3抗冻早强剂,其同条件养护试块三天强度达设计者的30%左右,28天强度均达设计标号以上,采用远红外线加热的楼层面积为8000平方米,没有发生砼的冻害。

在施工期日平均温度为-12℃的情况下,达到8天一层的速度,新浇筑砼在经远红外线加热10小时左右,即可达到1.2MPa约2d,实际每层节约1.5天时间。该办公楼工程原定2008年元月23日封顶,实际比预定工期提前6天,这还不包括因增加垫层和停水、停电而延误的10天工期。实际的工期提前为16天。

(二)推广应用工作计划,实施措施和主要经验

推广应用工作分为三步:

第一步是可行性研究,在这阶段,通过资料检索,比较国内常用的冬季施工砼养护方法,进行技术经济分析后,决定采用SIC加热法,尽管目前国内的框架结构冬施砼的养护还没有采用SIC加热的先例,但现场施工人员决定用QC活动攻克这一难关。

第二步是对所需SIC加热板的数量,面积功率进行设计计算,并组织采购和安装使用。在使用过程中,不断总结经验,提出改进措施。

第三步是总结经验,提出改进措施。在远红外加热法应用的过程中,我们总结出了以下经验:

1.安放加热板的楼层,宜密闭,也可挂密目安全网、采条布和草帘。2.加热板的单块功率宜小,块数宜多,在已浇筑砼的楼层应均匀放置。3.加热板与被加热构建的距离不宜小于800,不宜大于1200。

(三)推广应用工作中的问题及有待改进的方面

在推广应用工作中,我们感到,远红外线加热法的确是一项方便有效的新技术,但是由于它是一种内部加热法,不容易被人们所理解,尤其是在推广该项目技术时,往往遇到很大阻力,这需要在组织和制度上完善新技术的推广体系,促使该项技术在冬施砼的施工中尽早发挥经济效益。

三、推广应用效益

(一)应用后经济效益

新增产值(万元) 56

新增利税(万元) 1.5

节约总额(万元) 24.40

应用后平均(节支)金额(万元) 6.1万元/层

(二)社会效益

社会效益分析:A.科技;B.教育;C.管理决策;D.资源保护;E.环境保护;F.安全生产;G.改善劳动条件;H.医疗卫生;I.国防;J.公共安全;K.人民生活;L.节能、节水、节地、节材;M.其它。

(三)采用远红外线加热法的作用

1.采用远红外线加热法对冬施混凝土进行养护,可加快混凝土强度的增长,从而加快了施工速度。与之相应,减少三大工具,机械设备利用时间,降低了工程成本,提高了工程的效益。

2.与传统的蒸养及用木材或煤炭直接加热相比,降低了能耗。因为电转化为红外线的比率达80%以上,90%的红外光又可以被混凝土吸收,从而节约了能源又减少了烟的排放,避免了污染,保证了施工。

3.采用远红外线法对保证混凝土的质量作用极大,同件砼试块3d强度达30%以上,对冬施混凝土意义深远。

4.远红外线加热法,得到了当地质监部门及业主的肯定,取得了较好的社会影响。

参考文献:

[1]郭正兴、李金根主编,《建筑施工》[M].江苏:东南大学出版社,1996.

[2]胡亚范,远红外辐射加热技术节能原理与应用[J].红外技术,2002.05.

[3]《现行建筑施工规范大全》[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[4]《建筑施工手册》第四版[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[5]陈守兰主编,《建筑施工技术》[M].北京:科学出版社,2005.

作者简介:

闫成标(1964-),男,就职于江苏盐城二建集团,市场部、项目公司经理,研究方向:工业与民用建筑;肖春虎(1963-),男,江苏盐城二建集团,董事长,研究方向:工业与民用建筑。