水溫自動(dòng)精確控制混凝土拌和關(guān)鍵技術(shù)研究

吳廣

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司；浙江交工金筑交通建設(shè)有限公司，浙江杭州 310051）

在混凝土拌和施工過(guò)程中，環(huán)境溫度會(huì)影響混凝土拌和物料中外加劑的性能與混凝土的水化凝結(jié)過(guò)程，從而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能造成不可恢復(fù)的不利影響。由此在實(shí)際混凝土施工中通常要避開(kāi)高溫或者嚴(yán)寒氣候時(shí)期作業(yè)，這也造成了工期的延誤[1-2]。為了保證工程的正常進(jìn)度，需要在不同氣候環(huán)境溫度下對(duì)混凝土拌和物進(jìn)行溫度控制，以此改進(jìn)保證混凝土施工質(zhì)量。

現(xiàn)有混凝土溫度控制形式主要分為兩種：①改進(jìn)混凝土的材料，通過(guò)適用的熱水泥、控制水泥用量、摻入外加劑等措施來(lái)達(dá)到溫度控制的目的。但這種方法施工過(guò)程繁雜，需要在不同環(huán)境下調(diào)整配合比，這樣可能影響混凝土性能，可操作性不強(qiáng)[3-4]；②在大體積混凝土中埋設(shè)冷卻水管，然而這種方式不僅增加了施工難度，而且提高了工程的造價(jià)，同時(shí)還存在影響結(jié)構(gòu)澆筑問(wèn)題，預(yù)埋冷卻水管處常出現(xiàn)壓漿不密實(shí)，使有害離子更易侵入混凝土內(nèi)部，引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕[5-6]。

本文利用熱交換原理對(duì)高性能混凝土拌和用水溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，提出混凝土拌和物溫度控制的關(guān)鍵技術(shù)，研究成果可為類似公路隧道的施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

紹興市袍江馬山至上虞曹娥二期1標(biāo)工程路線，西起越城區(qū)袍江越興路，東至上虞區(qū)人民西路和南北中心大道交叉口，全長(zhǎng)有13.86km。路線設(shè)計(jì)時(shí)速主車道為80km/h，輔道為40km/h。工程主要為橋梁結(jié)構(gòu)物，占總工程量的65%左右，全線共2675.13m/14座橋，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁和空心板梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用一字臺(tái)，橋墩采用柱式墩，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，蓋板涵60.0m/道；使用混凝土體量21萬(wàn)m3。

2 混凝土拌和用水溫度控制系統(tǒng)

圖1為混凝土拌和用水溫度控制系統(tǒng)的布置圖，主體結(jié)構(gòu)由加熱器、制冷器與智能溫控系統(tǒng)等三部分組成；圖2為智能溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 混凝土拌和用水溫度控制系統(tǒng)布置

圖2 智能溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

加熱器直接在管道加熱器的反應(yīng)釜中插入管道，其管狀電熱元件或管道加熱器的側(cè)壁四周均勻分布電熱管。蓄水池的水在水泵作用下經(jīng)入口管流入管道加熱器內(nèi)部又經(jīng)出口管流入蓄水池。每次經(jīng)管道加熱器流出的水溫遠(yuǎn)高于原蓄水池里的水溫，兩種水體經(jīng)過(guò)冷熱交換，從而提高蓄水池內(nèi)存儲(chǔ)水的溫度，再經(jīng)過(guò)一定程度的循環(huán)后，蓄水池里的水溫便能達(dá)到預(yù)定的要求。

制冷器通過(guò)補(bǔ)給水入口提供充足水量?jī)?chǔ)存于蓄水池內(nèi)，通過(guò)冷凍水進(jìn)水管，經(jīng)蒸發(fā)器及冷凝器中轉(zhuǎn)，再經(jīng)冷卻水進(jìn)水管將水送入冷卻塔內(nèi)。送入冷卻塔的水經(jīng)冷卻塔降溫冷卻后，再通過(guò)冷卻水出水管以及冷凝器、蒸發(fā)器中轉(zhuǎn)，最后通過(guò)冷凍水出水管輸送至蓄水池內(nèi)。每次經(jīng)冷卻流出的水溫遠(yuǎn)低于原蓄水池里的水溫，兩種水體經(jīng)過(guò)冷熱交換，從而降低蓄水池內(nèi)存儲(chǔ)水的溫度，再經(jīng)過(guò)一定程度的循環(huán)后，蓄水池里的水溫便能達(dá)到預(yù)定的要求。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 加熱制冷系統(tǒng)的選擇安裝

蓄水池及水源的選擇：以工程攪拌站的實(shí)際生產(chǎn)情況為例，該場(chǎng)日均生產(chǎn)預(yù)拌混凝土共計(jì)400m3，每立方最大150kg用水量，計(jì)算得日均最大用水量為60m3，平均每小時(shí)為9.375m3，考慮出水及進(jìn)水的流速，按48m3計(jì)，設(shè)置蓄水池容量為48m3，尺寸為8m×4m×1.5m。

加熱制冷系統(tǒng)規(guī)格型號(hào)選擇：根據(jù)攪拌站的平均每小時(shí)用水量為9.375m3，選擇金特利管道加熱器，規(guī)格型號(hào)為JTL-GD-WS，額定電壓為380V，額定功率為60kW，進(jìn)出水口管徑為63mm，采用加熱管道方式加熱；選擇瑞海制冷器，規(guī)格型號(hào)為RHT-30W，額定電壓為380V，額定制冷量為100kW，每小時(shí)冷卻水量為15～20m3，進(jìn)出水口管徑為75mm，制冷劑采用R22。

3.2 加熱制冷系統(tǒng)安裝

（1）鉆孔固定。在預(yù)留孔洞標(biāo)記處進(jìn)行鉆孔，用于固定加熱器和制冷機(jī)。

（2）管道布線。測(cè)量蓄水池與加熱器的距離，計(jì)算配件的下料長(zhǎng)度；下料完成后要對(duì)水管進(jìn)行焊接，焊接完成后與加熱器和制冷機(jī)進(jìn)行組裝；對(duì)管材與彎頭進(jìn)行熱熔承插焊接，焊接完成后對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。

（3）系統(tǒng)組裝。將管道加熱器和制冷器放置指定位置，與預(yù)埋膨脹螺絲進(jìn)行組裝固定，固定后的總體效果見(jiàn)圖3；在蓄水池相連接的進(jìn)出水管口處加裝溫度感應(yīng)傳感器，傳感器的另外一邊與溫度控制器進(jìn)行連接，確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖3 拌和水溫控系統(tǒng)總體布置

3.3 混凝土拌和溫度設(shè)置

根據(jù)物料測(cè)得溫度值基于熱交換原理計(jì)算求出使混凝土拌和溫度和入模溫度符合規(guī)范要求的上下限范圍的拌和水溫度值，再考慮溫度對(duì)減水劑的敏感程度，綜合得出拌和用水需設(shè)定的最佳溫度。

接通電源，在溫度控制器設(shè)定需要達(dá)到的溫度，同時(shí)進(jìn)水泵開(kāi)始工作，水池里的水經(jīng)進(jìn)水管流入加熱制冷系統(tǒng)，經(jīng)加熱制冷系統(tǒng)工作處理后流出，經(jīng)出水管回流至蓄水池與蓄水池里的水形成循環(huán)。

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行

拌和樓開(kāi)始拌和混凝土，蓄水池里的水不斷供給拌和樓。當(dāng)蓄水池水位下降到一定高度時(shí)，蓄水池中的水位自動(dòng)控制器就會(huì)控制水泵使水源進(jìn)口管往蓄水池進(jìn)水，以到達(dá)滿足施工要求的水位。當(dāng)外來(lái)水與蓄水池內(nèi)的水融匯后，水溫會(huì)下降或升高，此時(shí)加熱制冷系統(tǒng)又會(huì)啟動(dòng)進(jìn)行加熱制冷工作，直至水溫達(dá)到設(shè)定溫度。另外為保障水溫的控制效果，每天首盤混凝土出機(jī)后，要及時(shí)進(jìn)行測(cè)溫，驗(yàn)證當(dāng)天設(shè)定的溫度是否滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用熱交換原理對(duì)高性能混凝土拌和用水溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過(guò)在工程實(shí)踐中不斷探索、完善，研發(fā)利用加熱器、制冷器及智能溫度控制系統(tǒng)三部分組成的混凝土拌和用水溫度控制系統(tǒng)，提出混凝土拌和物溫度控制的關(guān)鍵技術(shù)，具有自動(dòng)化程度高、溫控精度高等特點(diǎn)，解決混凝土拌和受環(huán)境溫度受限問(wèn)題。