水温自动精确控制混凝土拌和关键技术研究

2021-08-30吴广

建材与装饰 2021年25期

吴广

（浙江交工集团股份有限公司；浙江交工金筑交通建设有限公司，浙江杭州 310051）

在混凝土拌和施工过程中，环境温度会影响混凝土拌和物料中外加剂的性能与混凝土的水化凝结过程，从而对混凝土结构的整体性能造成不可恢复的不利影响。由此在实际混凝土施工中通常要避开高温或者严寒气候时期作业，这也造成了工期的延误[1-2]。为了保证工程的正常进度，需要在不同气候环境温度下对混凝土拌和物进行温度控制，以此改进保证混凝土施工质量。

现有混凝土温度控制形式主要分为两种：①改进混凝土的材料，通过适用的热水泥、控制水泥用量、掺入外加剂等措施来达到温度控制的目的。但这种方法施工过程繁杂，需要在不同环境下调整配合比，这样可能影响混凝土性能，可操作性不强[3-4]；②在大体积混凝土中埋设冷却水管，然而这种方式不仅增加了施工难度，而且提高了工程的造价，同时还存在影响结构浇筑问题，预埋冷却水管处常出现压浆不密实，使有害离子更易侵入混凝土内部，引发结构内部钢筋锈蚀[5-6]。

本文利用热交换原理对高性能混凝土拌和用水温度控制系统进行系统研究，提出混凝土拌和物温度控制的关键技术，研究成果可为类似公路隧道的施工提供经验借鉴。

1 工程概况

绍兴市袍江马山至上虞曹娥二期1标工程路线，西起越城区袍江越兴路，东至上虞区人民西路和南北中心大道交叉口，全长有13.86km。路线设计时速主车道为80km/h，辅道为40km/h。工程主要为桥梁结构物，占总工程量的65%左右，全线共2675.13m/14座桥，上部结构采用预应力混凝土小箱梁和空心板梁，下部结构桥台采用一字台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础，盖板涵60.0m/道；使用混凝土体量21万m3。

2 混凝土拌和用水温度控制系统

图1为混凝土拌和用水温度控制系统的布置图，主体结构由加热器、制冷器与智能温控系统等三部分组成；图2为智能温度控制系统结构图。

图1 混凝土拌和用水温度控制系统布置

图2 智能温度控制系统结构

加热器直接在管道加热器的反应釜中插入管道，其管状电热元件或管道加热器的侧壁四周均匀分布电热管。蓄水池的水在水泵作用下经入口管流入管道加热器内部又经出口管流入蓄水池。每次经管道加热器流出的水温远高于原蓄水池里的水温，两种水体经过冷热交换，从而提高蓄水池内存储水的温度，再经过一定程度的循环后，蓄水池里的水温便能达到预定的要求。

制冷器通过补给水入口提供充足水量储存于蓄水池内，通过冷冻水进水管，经蒸发器及冷凝器中转，再经冷却水进水管将水送入冷却塔内。送入冷却塔的水经冷却塔降温冷却后，再通过冷却水出水管以及冷凝器、蒸发器中转，最后通过冷冻水出水管输送至蓄水池内。每次经冷却流出的水温远低于原蓄水池里的水温，两种水体经过冷热交换，从而降低蓄水池内存储水的温度，再经过一定程度的循环后，蓄水池里的水温便能达到预定的要求。

3 施工关键技术

3.1 加热制冷系统的选择安装

蓄水池及水源的选择：以工程搅拌站的实际生产情况为例，该场日均生产预拌混凝土共计400m3，每立方最大150kg用水量，计算得日均最大用水量为60m3，平均每小时为9.375m3，考虑出水及进水的流速，按48m3计，设置蓄水池容量为48m3，尺寸为8m×4m×1.5m。

加热制冷系统规格型号选择：根据搅拌站的平均每小时用水量为9.375m3，选择金特利管道加热器，规格型号为JTL-GD-WS，额定电压为380V，额定功率为60kW，进出水口管径为63mm，采用加热管道方式加热；选择瑞海制冷器，规格型号为RHT-30W，额定电压为380V，额定制冷量为100kW，每小时冷却水量为15～20m3，进出水口管径为75mm，制冷剂采用R22。

3.2 加热制冷系统安装

（1）钻孔固定。在预留孔洞标记处进行钻孔，用于固定加热器和制冷机。

（2）管道布线。测量蓄水池与加热器的距离，计算配件的下料长度；下料完成后要对水管进行焊接，焊接完成后与加热器和制冷机进行组装；对管材与弯头进行热熔承插焊接，焊接完成后对其进行强度试验和严密性试验。

（3）系统组装。将管道加热器和制冷器放置指定位置，与预埋膨胀螺丝进行组装固定，固定后的总体效果见图3；在蓄水池相连接的进出水管口处加装温度感应传感器，传感器的另外一边与温度控制器进行连接，确保温度测量的准确性。

图3 拌和水温控系统总体布置

3.3 混凝土拌和温度设置

根据物料测得温度值基于热交换原理计算求出使混凝土拌和温度和入模温度符合规范要求的上下限范围的拌和水温度值，再考虑温度对减水剂的敏感程度，综合得出拌和用水需设定的最佳温度。

接通电源，在温度控制器设定需要达到的温度，同时进水泵开始工作，水池里的水经进水管流入加热制冷系统，经加热制冷系统工作处理后流出，经出水管回流至蓄水池与蓄水池里的水形成循环。

3.4 系统运行

拌和楼开始拌和混凝土，蓄水池里的水不断供给拌和楼。当蓄水池水位下降到一定高度时，蓄水池中的水位自动控制器就会控制水泵使水源进口管往蓄水池进水，以到达满足施工要求的水位。当外来水与蓄水池内的水融汇后，水温会下降或升高，此时加热制冷系统又会启动进行加热制冷工作，直至水温达到设定温度。另外为保障水温的控制效果，每天首盘混凝土出机后，要及时进行测温，验证当天设定的温度是否满足要求。