电能加热暖棚蓄热法高原冬季混凝土施工技术

陈新泉

（厦门安能建设有限公司，福建厦门 361004）

我国的高原地区多数在西部，生活着藏、蒙古等少数民族，这里的水利项目多数是国家援建项目，早日建成投产具有重要的政治意义，因而冬季混凝土施工成为很难避免的选项。针对高原气压低、空气稀薄，冬季时间长、气温低的特点，西藏旁多水利枢纽工程的发电厂房工程采用电暖风机、电加热水池等电能加热，外加土工布和保温棉被暖棚蓄热的冬季混凝土施工方法，取得了良好的效果。

1 工程简介

1.1 工程概况

西藏旁多水利枢纽工程地处西藏自治区拉萨河流域中游，水库总库容12.3×108m3，电站装机容量160 MW、灌溉面积4.325×104hm2。发电厂房布置4台单机容量为40 MW的水轮机组。为了实现业主提出的提前发电计划，厂房工程在2011—2012年度组织了冬季混凝土施工，共浇筑混凝土6 718 m3。

1.2 气候条件

西藏旁多水利枢纽工程位于拉萨河流域，属高原温带季风气候。旁多坝址多年平均气温3.9℃，极端最高气温为27.4℃，极端最低气温为－29.3℃，多年平均相对湿度为47%，最大冻土深度为1.3 m。拉萨河流域冰期为11月中旬至次年4月上旬。

2 温控原理

混凝土拌合物的强度随着水泥水化作用程度加深而逐渐增加，最后变成具有相当强度的石状固体。水泥的水化作用速度与环境温度成正向相关关系：环境温度越高，水化作用越快，混凝土强度增长也越快；当环境温度下降到零度时，混凝土中的一部分游离水开始变成冰，导致参与水化作用的游离水减少，水化作用减慢，混凝土强度增长也变慢；当环境温度低于零下十度时，能够参与水化反应的游离水很少，基本不发生水化作用，混凝土强度增长基本停滞。另外，水由液相转化为固相时，体积增大，对混凝土结构有一定的破坏作用[1-2]。因此，要确保冬季混凝土施工质量，关键是保持混凝土较高的环境温度。实践证明，环境温度高于10℃时，混凝土强度基本能够正常增长。

3 冬季混凝土施工措施

3.1 混凝土原材料保温措施

混凝土的原材料主要为砂、碎石、水和水泥。混凝土拌和物的理论温度，按下式计算：

式中，T0为混凝土拌合物温度，℃；Ts、Tg为砂石的温度，℃；Tc、Tw为水泥、拌合用水的温度，℃；mc、ms、mg、mw为水泥、砂、石、水的重量，kg；Cc、Cs、Cg、Cw为水泥、砂、石、水的热容，kJ/kg·k。

混凝土的拌合温度一般要求控制在20℃以上。在实践中，水泥不进行加热；砂、碎石一般在料场采用双层塑料薄膜覆盖进行保温，不进行加热；混凝土原材料的加热一般通过加热拌合水来实现。根据旁多实际气候条件，通过计算确定拌合用水的水温控制在50℃～60℃。

混凝土拌合站根据生产强度设置一个电加热水池和两个水箱。水池设电加热系统一套，加热系统由多根30 kW电加热棒组成；两个水箱中，一个为电加热水箱，用于补充热水，另一个为蓄水水箱，用于水温调节。水池四周及底部采用泡沫保温板进行保温，顶部搭设板房并铺设保温棉被进行保温；两个水箱外侧均包裹保温棉被。

3.2 混凝土拌合保温措施

拌合系统主机间外侧采用板房进行封闭，并在板房内设置电暖风机进行供暖。骨料运输斜皮带机顶部用彩钢瓦遮盖后，在斜皮带外侧包裹保温棉被进行保温。成品骨料仓内设置功率为30 kW的工业电暖风机进行供暖，并用大功率碘钨灯直照仓门启动阀，防止启动阀受冻无法开启。拌合系统的供水管路、加热水池的管路均采用管道保温棉包裹。

混凝土拌合施工过程中，采取了以下工艺措施：

1）混凝土施工前一天开始对骨料暖棚、骨料上料口暖棚等进行持续保温，确保骨料不结冰；

2）在浇筑大体积混凝土前，提前一天运行电加热水池，储备一定方量的备用搅拌用水，保证热水足量供应，待大体积混凝土浇筑完毕后，停止运行；

3）调整了骨料投放顺序：将骨料与水先进行拌合，然后再掺入水泥，防止水泥假凝；

4）混凝土拌合前用热水将搅拌机冲洗，拌合时间比正常时间多20%；

5）细骨料冬季施工极易结成冻块，为了确保进料口供料及时，设专人及时处理；

6）拌合暖棚内设置工业电暖风机进行加热，确保混凝土出机口温度不低于20℃，混凝土入仓温度不低于10℃。

3.3 混凝土运输保温措施

1）混凝土搅拌车保温措施。混凝土运输采用混凝土搅拌车运输，混凝土罐覆盖保温棉被，覆盖材料使用帆布，内夹保温棉被，达到防风、保温的要求。混凝土搅拌车在开始运输前清除车上的积雪和冰块，并用热水洗罐预热，防止冰块混入混凝土中。

2）混凝土输送泵保温措施。混凝土输送泵利用保温棉被进行覆盖，泵管包裹珍珠棉保温材料和保温棉被，管道使用前后，用热水清洗干净。

3）混凝土运输工艺措施。混凝土的拌合、运输、浇筑设备及设施，经计算或测量后采用最短运距，保持线路畅通，无堵塞；混凝土拉运到现场后立即入仓，杜绝人为原因造成在现场停、等，以减少中间过程中的热量损失。

3.4 混凝土仓面保温措施

混凝土施工尽可能安排在白天气温较高的时段（10:00—17:00），施工前搭设暖棚。

暖棚搭设：在清基结束后，进行暖棚的搭设。暖棚外边界与混凝土结构物外轮廓线最小距离为3.0 m。暖棚采用Φ48的钢管搭设支架作为支撑，支架纵、横向间距为2.0 m×2.0 m、步距为1.5 m。支架四周和顶部先固定一层500 g/cm2的土工布，再覆盖一层保温棉被，支架顶部与四周的土工布、保温棉被牢固连接，形成封闭的保温暖棚。保温棉被和土工布采用铅丝紧固在支架外侧，保温棉被接缝部位搭接长度为50 cm，用铅丝绑扎严实。四周的保温棉被和土工布底部紧贴基面固定，防止漏风。

图1 混凝土暖棚搭设示意图Fig.1 Schematic erection of concrete shelter

钢筋架设、模板支立在暖棚内完成。为了取得更好的保温效果，模板采用木模板。棚内钢筋架设、模板支立结束后，开仓前在暖棚内配备3～7台功率为30 kW的工业电暖风机、5～15盏碘钨灯等措施加热1～2 d，当棚内温度提升到10℃以上后，方可进行浇筑。混凝土运至浇筑部位后，采用混凝土输送泵入仓，人工铺料、人工振捣，浇筑完毕后立即用土工布、保温棉被覆盖仓面。

3.5 混凝土拆模与养护

混凝土浇筑后7～10 d（混凝土强度不低于设计强度的70%）拆除模板，暖棚保持至15 d后拆除，拆除前保持棚内温度不低于10℃，混凝土养护用水温度不低于20℃；暖棚拆除后覆盖土工布和保温棉被至28 d。

3.6 温度控制与测定

3.6.1 监测范围

冬季施工的测温范围：大气温度，水泥、水、砂子、碎石等原材料温度，仓面温度、混凝土出机口温度、混凝土入仓温度、混凝土入仓后初始温度和养护温度等。现场温度监测安排见表1。

3.6.2 温度测定

项目部设立专职试验测温员两名，温度计在使用前应校准合格。

4 温度监控措施

1）工区设立测温组织，每日对环境温度、混凝土温度、拌合料温度等进行观测，要求专职测温人员认真负责，确保测试数据真实可靠；

2）测温人员每天24 h都应有人上岗并实行严格的交接班制度，按部位填写测温记录，项目技术员每天应将审阅后的测温记录交技术负责人审查备案；

3）专职质检员每天要抽查测温情况，将其纳入质量控制的范围；

4）测温人员应与供热、保温人员保持经常联系，如发现供热故障或保温措施不当，使环境或混凝土温度急剧变化，应立即向项目技术负责人报告进行处理；

5）测温组长要定期将测温记录交工区技术人员归档，以备存查。

5 经验总结

5.1 电能加热暖棚蓄热法的优点

1）在混凝土骨料、拌合用水、拌合场、运输、仓面、养护等施工环节综合采用电暖风机、电加热水池等电能加热方式进行加热，热效率高，安全文明施工条件好；土工布抗拉强度高，抗变形能力强，在跟钢筋、模板、钢管接触时不容易破损；土工布抗冷冻、耐老化，可以重复利用，环保效果好；保温棉被张挂方便、蓄热效果好；加热拌合用水的电加热水池可以一次安装到位，电暖风机、碘钨灯可以根据需要轻便移动，操作技术简便、操作人员易懂易掌握。

2）在负温的条件下施工，不增加水泥用量，不添加抗冻剂，降低了施工成本。

3）采用不同的加热与保温模式，可以在梁、板、柱、墙、大体积混凝土等各种作业环境下实施冬季混凝土施工，为赶进度、保质量创造条件。

4）采取措施使施工环境温度接近于常温，保证了混凝土施工质量。

5.2 不足与建议

1）电加热水池、电暖风机、碘钨灯等用电设备需要耗用大量的电能，对供电电源容量和备用电源要求都比较高，需要采取更多的安全措施确保安全用电。

表1 现场测温安排计划表Tab.1 Temperature set schedule site

2）在梁板柱墙等薄壁结构，除了暖棚外，可以考虑在模板外侧加设土工布、保温棉被、电热毯等保暖或加热措施。

6 结语

西藏旁多水利枢纽工程在2011年11月—2012年4月采用电能加热，土工布+保温棉被暖棚蓄热的冬季混凝土施工方法进行施工，混凝土浇筑总量为6 718 m3，共取样79组，平均强度超过设计抗压强度的1.25倍，质量合格。该工程投入冬季混凝土施工费用960万元，比采取燃烧加热，塑料薄膜+保温棚布的传统冬季混凝土施工方法节约成本120万元，抢得了3个月的施工进度，为确保水利枢纽工程在2013年发电创造了条件，取得了良好的质量效益、经济效益、环保效益和社会效益，其他类似工程可以借鉴。

[1] 胡开云.混凝土冬期施工原理及方法[J].山西建筑，2011（27）:95-96.HU Kai-yun.Winter concrete construction principles and methods[J].Shanxi Architecture，2011（27）:95-96 （in Chinese）.

[2] 孟庆伟.混凝土冬季施工[J].硅谷，2009（18）：106.MENGQing-wei.Winter concrete construction[J].Guigu，2009（18）:106（in Chinese）.