拌合站混凝土溫度控制原理是將溫度感應(yīng)原件埋入各種原材料的儲存?zhèn)}內(nèi),將采集的各種原材 料溫度輸入電腦,計(jì)算出拌和后混凝土的出機(jī)溫度,若計(jì)算的出機(jī)溫度高于10℃則可以拌和混凝土,若計(jì)算出的溫度低于10℃則采取水加溫,骨料加溫等手段提 高原材料溫度,以滿足溫度要求。本文結(jié)合拌合站混凝土溫度控制方法在哈齊客運(yùn)專線某標(biāo)段項(xiàng)目部冬季施工的應(yīng)用,根據(jù)現(xiàn)場測試該法的施工工藝參數(shù)、施工方法 以及原材料的選取,并驗(yàn)證其攪拌混凝土的質(zhì)量。
1 工程概況
本項(xiàng)目位于黑龍江省哈爾濱至齊齊哈爾線屬于中溫帶亞濕潤~亞干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。冬季嚴(yán)寒干燥漫長,夏季多雨涼爽,春、秋季干旱多風(fēng)。由于沿線最冷月平均氣溫均低于-15℃,屬嚴(yán)寒地區(qū)。年平均氣溫4.1℃~4.7℃,極端最低溫度-36.8℃~-39.3℃,年平均風(fēng)速2.9~4.0m/s,最大定時(shí)風(fēng)速21.7~24.7m/s,最大積雪厚度13~24cm,最大季節(jié)凍土深度189~272cm。
根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》6.1.17規(guī)定,當(dāng)結(jié)構(gòu)物所處環(huán)境的晝夜平均氣溫(最高和最低氣溫的平均值或當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)、14時(shí)及21時(shí)室外氣溫的平均值)連續(xù)3d低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí),應(yīng)按冬季施工處理。
冬季施工時(shí)間初定為2009年10月下旬,安排試驗(yàn)人員在每日6h、12h、21h,對溫度進(jìn)行監(jiān)控,并及時(shí)做好記錄工作。根據(jù)溫度監(jiān)控記錄,確定冬季施工具體開始時(shí)間。
2 冬季施工的基本技術(shù)要求
2.1 冬季施工的各項(xiàng)要求
總結(jié)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《關(guān)于落實(shí)冬期施工有關(guān)要求的通知》混凝土拌和站的規(guī)范要求如下:
2.1.1《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》7.0.5冬季攪拌混凝土?xí)r,混凝土出機(jī)溫度不宜低于10℃。
2.1.2拌和設(shè)備安裝在氣溫不低于10℃的廠房內(nèi)。
2.1.3《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》當(dāng)需要對水進(jìn)行加熱處理時(shí),水的加熱溫度不宜高于80℃。當(dāng)骨料不加熱時(shí),水可加熱至80℃以上,但攪拌時(shí)應(yīng)先投入骨料和已加熱的水,拌勻后再投入水泥。
2.1.4當(dāng)加熱水尚不能滿足要求時(shí),可將骨料均勻加熱,其加熱溫度不應(yīng)高于60℃.
2.2 冬季混凝土施工對原材料的要求
水泥:選用水泥強(qiáng)度等級32.5級以上的硅酸鹽水泥,其技術(shù)質(zhì)量符合國家和鐵路客運(yùn)專線現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。
細(xì)骨料:采用級配良好的硬質(zhì)、潔凈的中砂,不含有冰塊、雪團(tuán),貯備場地選擇地勢較高,不積水的地方。
粗骨料:采用級配良好,硬質(zhì)、潔凈、強(qiáng)度較高、抗凍融的粗骨料,并存放在地勢較高,不積水的地方。
外加劑:采用具有防凍效果的多功能復(fù)合外加劑,外加劑必須經(jīng)試驗(yàn)室檢驗(yàn)并試配驗(yàn)證質(zhì)量合格、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。
2.3 混凝土成型期間的規(guī)范要求
2.3.1《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,混凝土的入模溫度不低于5℃。
2.3.2新澆注與鄰接的已硬化混凝土或巖土介質(zhì)間的溫差不大于15℃。
3 混凝土拌合站原材料的保溫、加熱措施
3.1安排試驗(yàn)室技術(shù)人員一名、拌和站管理人員一名,密切跟蹤記錄天氣、溫度,及時(shí)掌握氣象變化情況。
3.2按照冬季施工要求,在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),要考慮適當(dāng)縮短混凝土的初凝時(shí)間,提高混凝土的早期強(qiáng)度等因素。
3.3粗細(xì)骨料的保溫措施。拌和站粗細(xì)骨料大棚實(shí)行全部封閉,在大棚內(nèi)使用暖氣地?zé)岬姆绞郊訜?,地?zé)峁懿捎昧缛肇S管或鋼管,間距按0.5m左右布設(shè)。并備碘鎢燈、電暖風(fēng),保證暖棚內(nèi)砂石料在清洗篩選后,表面不結(jié)冰及形成凍塊。根據(jù)熱工計(jì)算,保證骨料在混凝土出機(jī)溫度不低于10℃的情況下進(jìn)行投放。砂石料大棚供熱管道布置見下圖。
3.4外加劑儲存罐采用土工布、電熱毯包裹一層,外面包裹塑料泡沫保溫層的方式,保溫為主,若溫度低于-10℃,采用電熱毯加溫的形式,保證外加劑的正常使用。
3.5水溫加熱。水溫加熱是保證混凝土的出機(jī)溫度滿足驗(yàn)標(biāo)要求的重要保證,因此對拌和站水溫加熱及保溫采用多種方法。
砂石料大棚供熱管道布置效果圖
3.5.1每個(gè)拌和站配置1臺蒸汽鍋爐,將蒸汽管道通入拌和站水池內(nèi),利用熱蒸汽對拌和水進(jìn)行加熱,水的加熱溫度不宜高于80℃。
3.5.2在水池外搭設(shè)彩鋼棚,減少水溫不散失。
3.5.3對拌和站的上水管道進(jìn)行包裹,進(jìn)一步減少水投放前的熱量散失。
3.6外加劑保溫措施。將外加劑桶放置在砂石料的采暖棚內(nèi),保證外加劑性能的穩(wěn)定。
4 混凝土攪拌
拌和樓使用碘鎢燈等加溫設(shè)備進(jìn)行加熱,最大限度避免熱量散失。混凝土攪拌時(shí)應(yīng)先投入骨料和已加熱的水,攪拌均勻后再投入水泥。當(dāng)加熱水不能滿足要求時(shí),可將骨料均勻加熱,以保證混凝土出機(jī)溫度。攪拌混凝土前及停止攪拌后,用熱水沖洗攪拌機(jī)鼓筒。
混凝土攪拌時(shí)間宜較常溫施工延長50%左右,冬季混凝土的攪拌時(shí)間每盤不少于180s。
骨料投放工藝流程圖
5 溫度控制方案
為保證冬季施工期間混凝土出機(jī)溫度高于10℃,拌和站制定了一套混凝土溫度管理辦法。主要原理是將溫度感應(yīng)原件埋入各種原材料的儲存?zhèn)}內(nèi),將采集的各種原材料溫度輸入電腦,計(jì)算出拌和后混凝土的出機(jī)溫度,若計(jì)算的出機(jī)溫度高于10℃則可以拌和混凝土,若計(jì)算出的溫度低于10℃則采取水加溫,骨料加溫等手段提高原材料溫度,以滿足溫度要求。
5.1集各種材料的溫度。將溫控原件分別埋入拌和樓三個(gè)集料倉內(nèi),拌和前對水泥、砂、石子、水進(jìn)行測溫。將測量結(jié)果通過數(shù)顯儀顯示在拌和站操作間內(nèi)。
5.2將對應(yīng)溫度輸入已制作好的簡易電腦程序中,利用熱工計(jì)算公式,自行計(jì)算出混凝土的拌和溫度
5.2.1冬期砼拌和物熱工計(jì)算
5.2.1.1計(jì)算資料如下
T0——砼拌和物的理論溫度(℃);
Ww、Wc、Ws、Wg——水、水泥、砂、石的用量(kg);
Tw、Tc、Ts、Tg——水、水泥、砂、石的溫度(℃);
Ps、Pg——砂、石的含水率(%);
C1、C2——水的比熱容(kJ/kg.K)及熔解熱(kJ/kg)。
當(dāng)骨料溫度>0℃,C1=4.2,C2=0;
當(dāng)骨料溫度≤0℃,C1=2.1,C2=335。
取1m3混凝土,Ww=146kg,Wc=200kg,Ws=825kg,Wg=1052kg。
Tw=60℃,Tc=5℃,Ts=5℃,Tg=5℃。Ps=5%,Pg=1%。
5.2.1.2計(jì)算公式及結(jié)果
砼拌和物的理論溫度
T0=[0.9(WwTc+WsTs+WgTg)+4.2Tw(Ww-PsWs-PgWg)+C1(PsWsTs+PgWgTg)-C2(PsWs+PgWs)]÷[4.2Ww+0.9(Wc+Ws+Wg)]
=[0.9×(200×5+825×5+1052×5)+4.2×60(146-0.05×825-0.01×1052)+4.2×(0.05×825×5+001×1052×5)-0×(0.05×825+0.01×1052)]÷[4.2×146+0.9×(200+825+1052)]
=(9346.5+23745.96+1087.2+0)÷2482.5=13.8℃
砼出機(jī)溫度
T1=T0-0.16(T0-Tb)=13.8-0.16×(13.8-5)=12.4℃
T1——砼出機(jī)溫度(℃);
Tb——攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度(℃)。取Tb=5℃
砼運(yùn)輸至澆筑成型時(shí)溫度
T2=T1-(tα+0.032n)(T1-Ta)
=12.4-(0.25×0.5+0.032×1)(12.4-5)=11.2℃
T2——砼運(yùn)輸至澆筑成型時(shí)溫度(℃);
t——砼運(yùn)輸至澆筑完成的時(shí)間(℃);取t=0.5h
n——砼周轉(zhuǎn)次數(shù);取n=1
Ta——砼運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境溫度(℃);取Ta=5℃
α——溫度損失系數(shù),當(dāng)用混凝土攪拌運(yùn)輸車時(shí),α=0.25。
溫度降低后的砼溫度計(jì)算
取Tc=Tg=-5℃,Ts=40℃,Tb=8℃,Ta=-5℃。
在其他條件不變的情況下,根據(jù)上述公式:
則T0=13.9℃,T1=13℃,T2=10.2℃。
取Tc=Tg=-19℃,Ts=50℃,Tb=8℃,Ta=-19℃。
在其他條件不變的情況下,根據(jù)上述公式:
則T0=10.8℃,T1=10.3℃,T2=5.7℃。
5.3根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判定,若計(jì)算結(jié)果表明拌和后的混凝土溫度復(fù)核驗(yàn)標(biāo)要求,那么可立刻進(jìn)行混凝土拌和,若計(jì)算結(jié)果表明拌和后的溫度不能達(dá)到驗(yàn)標(biāo)要求,通過水加溫等手段提高各原材料溫度,重新進(jìn)入下一道工序。
拌和站保溫措施圖
工藝流程圖
6 結(jié)論
1)當(dāng)需要對水進(jìn)行加熱處理時(shí),水的加熱溫度不宜高于80℃。當(dāng)骨料不加熱時(shí),水可加熱至80℃以上,但攪拌時(shí)應(yīng)先投入骨料和已加熱的水,拌勻后再投入水泥。當(dāng)加熱水尚不能滿足要求時(shí),可將骨料均勻加熱,其加熱溫度不應(yīng)高于60℃。
2)混凝土攪拌時(shí)間宜較常溫施工延長50%左右,冬季混凝土的攪拌時(shí)間每盤不少于180s。
3)當(dāng)保證水溫60℃、攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度8℃、砂溫度50℃、運(yùn)輸時(shí)間0.5h,到達(dá)施工現(xiàn)場澆注砼溫度5.7℃>5℃滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí),水泥和碎石最低溫度可為-19℃,運(yùn)輸時(shí)的最低環(huán)境溫度可為-19℃。所以當(dāng)運(yùn)輸時(shí)間加長、外界環(huán)境氣溫改變時(shí),可按照冬期砼拌和物熱工計(jì)算公式反推自行調(diào)整水、砂、粗骨料的溫度(溫度在規(guī)范內(nèi)),經(jīng)測試結(jié)果表明試拌合站攪拌砼的質(zhì)量及溫度滿足設(shè)計(jì)要求。
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