熱經(jīng)濟性調整計算在預拌混凝土入模溫度優(yōu)化中的應用

1降低混凝土出機溫度混凝土大體積是指混凝土結構的最小體積為相當于或大于1米，或由于水泥水化熱，混凝土內(nèi)部和外部之間的高差過大，混凝土裂縫。如地鐵五號線地下工程中的車站底板、側墻、中樓板,隧道的仰拱、拱部二襯等部位。其中這種由于溫差引起的變形,加上混凝土體積的收縮,將發(fā)生不同程度的拉應力而出現(xiàn)裂縫,成為大體積混凝土的隱患。為避免或控制這種裂縫的出現(xiàn),混凝土最高溫升必須加以嚴格的限制。控制混凝土最高溫升的方法之一是降低混凝土澆筑溫度。因此,要限制混凝土的出機溫度及減少冷度損失。炎熱條件是指當月平均氣溫超過25℃時的施工環(huán)境。在炎熱季節(jié)(北京地區(qū)7月至9月),混凝土在自然條件下的出機溫度往往超過施工所要求的限制溫度(28℃)。此時,就必須采取人工降溫措施,即通過對水泥、水、骨料等原材料的溫度進行有效控制,達到降低混凝土的出機溫度,這是降低混凝土澆筑溫度的最有效措施。當然運輸過程中混凝土冷度損失的降低與減少,也非常重要,應采取措施加以控制。炎熱季節(jié)降低混凝土拌合物入模溫度最常見的措施是對骨料的預冷和加冰(冰水或碎冰)拌和混凝土來降低混凝土的出機溫度,通過混凝土攪拌運輸車在最短的時間內(nèi)運送至澆筑地點(減少冷度損失),但加冰混凝土成本太高,就攪拌站而言,另建拌和系統(tǒng)制冷廠,其設備利用率太低。本公司在地鐵五號線商品混凝土總監(jiān)辦的有效指導和監(jiān)督下,在不影響工程進度的前提下,合理選擇澆筑時間段,避開高溫期施工,利用地下水冷度,并對原材料拌和溫度(進廠溫度)等進行嚴格控制,在6月21日至9月20日高溫時期共累計為地鐵五號線3#標段、5#標段、6#標段、8#標段、9#標段、16#標段供應C30(包括C30S)商品混凝土2.2623萬m3(其中C30S為20929m3),混凝土入模溫度絕大部分在28℃以內(nèi),比往年同期平均降低4℃～5℃,達到了預控目標的要求,同時對降低混凝土溫差起到了非常重要的作用。其施工環(huán)境溫度平均為26.2℃,最高為35℃,最低為8℃,日氣溫最高為38℃。本文現(xiàn)將炎熱季節(jié)混凝土拌合物有效溫度控制措施進行歸納總結,供同行們參考,歡迎指正。2裂混凝土配合比依據(jù)《北京軌道交通工程現(xiàn)澆混凝土結構早期裂縫控制技術要求(第二版地下工程)》及《地鐵五號線工程現(xiàn)澆混凝土結構抗裂混凝土參考配合比》,采用最低膠凝材料及水泥用量的原則,在滿足強度等級和抗?jié)B指標及可泵性的要求下,盡量降低膠凝材料總用量,以減少混凝土的水化熱;采用優(yōu)質集料,嚴格控制砂、石含泥量,并保證砂石級配的良好;在炎熱季節(jié),為減少混凝土坍落度的經(jīng)時損失,適度提高粉煤灰的摻量,并根據(jù)大氣溫度及時調整外加劑的摻量及緩凝組分。我們確定配合比如表1。3攪拌樓溫度與摻合物溫度曲線炎熱季節(jié)原材料技術要求與常溫澆筑混凝土基本相同,但選用材料時還必須注意與炎熱條件下澆筑的混凝土特性相適應。據(jù)有關人員研究,各原材料的溫度對混凝土的制成溫度的影響如下:(1)水泥等膠凝材料每±8℃約使混凝土的溫度變化±1℃;(2)集料溫度每±2℃使混凝土溫度變化±1℃;(3)水溫每±4℃約使混凝土的溫度變化±1℃;(4)大氣溫度對混凝土制成溫度(出機溫度)的影響是非常關鍵的。在滿足入模溫度為28℃(地鐵工程要求入模溫度不大于28℃)時的混凝土拌和溫度(在混凝土配合比、運輸?shù)群驎r間及轉運次數(shù)既定的情況下)可通過公式(1)、(2)計算T1=T0-0.16(T0-Ti)(1)式中T1——混凝土出機溫度T0——混凝土拌合物溫度Ti——攪拌樓環(huán)境溫度,取大氣溫度T2=T1-(at1+0.032n)(T1-Ta)(2)式中T2——入模溫度(不高于28℃)T1——混凝土的出機溫度t1——運輸及等候時間(1h)n——混凝土轉運次數(shù)(2次,罐車-泵車;泵車-入模)Ta——混凝土運輸時的環(huán)境溫度a——溫度損失系數(shù)0.25其中公式(2)可簡化為0.686T1=28-0.314Ta,計算結果如下表2所示。由上表可以看出①溫度越高,在滿足既定的入模溫度(28℃)時所要求的出機溫度越低,而拌合物的溫度也越低;②在大氣溫度從39℃降至29℃,每變化±1℃,在滿足入模溫度不超過28℃所要求的最高出機溫度變化為±0.4℃～±0.6℃,而且大氣溫度變化會影響整個溫控制過程。③在滿足既定的入模溫度的要求前提下,混凝土出機溫度與拌和溫度的差值隨著溫度的降低而大幅度降低,為直觀現(xiàn)用圖表表達如圖1。從圖1可看出,攪拌樓(計算時取大氣溫度)溫度越低,混凝土拌和與出機溫差越小,在29℃時,其溫差降至0.5℃以下。據(jù)此我們可在攪拌樓上安裝兩臺大風扇及灑水、合理選擇時間段施工等措施來降低攪拌機樓的環(huán)境溫度,基本能控制攪拌樓溫度控制在29℃以內(nèi),此時混凝土出機與入模溫差與大氣溫度曲線圖如下圖2所示。從圖2可看出:①攪拌樓溫度為29℃,大氣溫度在39℃以內(nèi),混凝土出機溫度與拌和溫度差值小于1.20,②大氣溫度從33℃升至39℃時,在滿足入模溫度要求的情況下,兩曲線溫差值的差值從1℃上升到3℃左右。從表3的“T02-T01”值分析,大氣溫度超過34℃,“T02-T01”值大于1.0,其相當于水泥等膠凝材料±8℃、集料溫度±2℃或水溫±4℃的變化而引起的混凝土拌和溫度變化?？偵隙?通過在攪拌樓上安裝風扇及灑水、選擇合理時間段施工等措施來降低攪拌機樓的環(huán)境溫度,使攪拌樓溫度控制在29℃以內(nèi)是相當有效的。在攪拌樓溫度控制在29℃以內(nèi)(以29℃計算),通過公式(1)、(2)可計算出在大氣最高溫度為39℃～29℃時滿足入模要求的混凝土拌和溫度,如表3所示。在原材料及大氣溫度對混凝土制成溫度影響程度從大到小排序上林永權等認為砂子在水之后,他是針對加冰混凝土而言,因為加冰混凝土的主要措施就是通過水溫的大幅度下調,來降低混凝土的制成溫度。但由于地下水的溫度一般比較穩(wěn)定,其隨大氣溫度波動而在15℃～18℃范圍內(nèi)變化,所以在不采取加冰制冷的情況下,地下水溫變化可不與考慮。因此原材料及大氣溫度對混凝土制成溫度影響程度從大到小排序為:氣溫>碎石溫度>砂溫度>水溫>水泥溫度>粉煤灰溫度。4合理選擇不同原材料的控制目標4.1另建各制冷廠①北京混凝土市場競爭已達白熱化,銷售價格偏低,形成了企業(yè)的微利。②另建拌和系統(tǒng)制冷廠,其設備利用率太低;而外購冰塊成本高,③加冰時須延長攪拌時間,生產(chǎn)效率低。在混凝土銷售價格不變的情況下,考慮到成本我們沒有能力采取加冰混凝土工藝。4.2大體積混凝土人工鑒于北京地鐵五號線工程的特點,其明挖車站、通道、風道的底板、中樓板和頂板,暗挖車站、區(qū)間(含折返線)、通道和風道的仰拱、拱部二襯等部位都屬于大體積混凝土范疇,且大部分為地下工程。我們可以通過合理控制各原材料的拌和溫度,來滿足入模溫度不大于28℃的要求。4.3原材料溫度控制從原材料及大氣溫度對混凝土制成溫度影響程度從大到小排序來看,在原材料方面,粗骨料、細骨料是首先應控對象,按地鐵要求,骨料溫度不宜大于28℃;其次為水泥,地鐵要求為水泥進廠溫度不宜大于60℃,使用時,嚴禁使用溫度大于60℃的水泥;生產(chǎn)用水,水溫不宜大于20℃,對于地下水,其水溫一般在15℃～18℃之間隨氣溫而變化。在確定各原材料溫度的控制點時,據(jù)本文第2節(jié)所介紹,我們可以通過混凝土拌和溫度公式T0∑M·c=∑TiMc計算出配比為53-2,骨料溫度在20℃～28℃之間每變化±2℃,水泥溫度在60℃～36℃每±8℃,水溫在17℃時,在攪拌樓溫度為29℃時各種溫度組合能適應的環(huán)境溫度范圍是否在表3數(shù)據(jù)之內(nèi),并考慮原材料溫度可控性,以此來確定各原材料的控制指標點。其計算過程見表4、計算結果見表5。按表3計算方法可計算出所有原材溫度可能組合下的混凝土拌和溫度及其適應環(huán)境的溫度Ta,計算結果見表5。從表5可看出,在考慮各原材料溫度可控性,生產(chǎn)時水泥溫度宜控制在36℃～44℃之間,相應地骨料溫度宜控制24℃～20℃之間,其適用于29℃～37℃的大氣溫度。綜上所述,當環(huán)境溫度在29℃～37℃時,為保證混凝土出機溫度和入模溫度符合地鐵工程要求,骨料溫度宜控制在24℃～20℃之間;水泥使用溫度宜控制在36℃～44℃之間。5通過實現(xiàn)預期目標所需的原材料的措施5.1砂料的進料和砂料比對(1)砂石廠用涼水沖洗砂石,對河砂,要嚴格控制砂的細度模數(shù)在2.3～2.8之間,在用涼水沖洗的條件下,控制砂含水在6%～8%,否則砂含水過大易出現(xiàn)結拱或穿孔等現(xiàn)象,且不利于地下水冷度的利用及混凝土坍落度控制;(2)砂石料進料時間上,我們選擇在晚12點至次日8點之間,避免了日光直接照射;(3)所有進廠骨料置于全封閉料倉,避免了骨料的日光照射;(4)按統(tǒng)計計劃進廠,爭取現(xiàn)進現(xiàn)用,縮短骨料的囤積時間。通過以上措施,實際用于生產(chǎn)的砂子平均溫度為21.6℃,石子的平均溫度為22.7℃,達到預控目標。5.2通過3644c溫度控制下的步驟(1)建立健全專用庫,延長入庫均化時間在北京地鐵五號線商品混凝土總監(jiān)辦的支持下,經(jīng)與北京琉璃河水泥廠協(xié)商、溝通,達成一致意見:a、設立北京地鐵水泥專用庫;b、適當延長水泥的入庫均化時間;c、加強水泥出廠溫度控制,嚴控水泥出廠溫度在60℃以內(nèi)。(2)固定時放置水沖洗用于運輸水泥的專用罐車,在沒有運輸?shù)那闆r下,應停放在陰涼處,在裝載完畢后,應用水沖洗;水泥的運輸時間安排上,宜安排在晚8點之后至次日凌晨8點。(3)水泥罐車淋水、停置降溫我公司指定專人對進場的每車琉璃河水泥的進廠溫度進行檢測,并作好記錄,超過50℃不得入庫(地鐵要求60℃),當超過50℃時,采取對水泥罐車淋水、停置降溫等措施降溫,降至50℃以下方可入倉。(4)混凝土進廠平均溫度用于地鐵五號線的兩個專用倉最大容量為1000噸,按地鐵工程每周澆筑2000m3混凝土,大約需540噸水泥,水泥進廠入倉可停置10天左右,倉內(nèi)水泥與大氣溫度的交換,在這10天左右的停置時間里,水泥平均可降低3℃～4℃。最終效果經(jīng)統(tǒng)計其進廠平均溫度為42.5℃,生產(chǎn)時的平均溫度為39℃。預控效果良好。5.3溫度隨大氣溫度變化不生產(chǎn)所用的地下水,由于比熱大(4.2),一般隨大氣溫度變化不大,在白天其最高溫度可達19℃,夜間可下降到15℃;如選擇在夜間施工時,其溫度變化范圍為18℃～15℃。5.4根據(jù)水泥溫度標準測定碳粉的溫度用于地鐵工程的山東德州華能電廠生產(chǎn)的磨細Ⅰ級粉煤灰質量穩(wěn)定性,有利于混凝土的和易性的改善,實際使用溫度平均為42℃。6生產(chǎn)和施工控制地鐵工程的特點是量大面廣,要求混凝土連續(xù)作業(yè),為減少混凝土拌合物的冷度損失,還應注意以下幾點。6.1混凝土澆筑時間2m3、3m3攪拌樓各一個,混凝土運輸攪拌車27輛,另有西站42臺運輸攪拌車可供調配。確保地鐵工程混凝土澆筑的連續(xù)性。機務科設專人對生產(chǎn)設備及運輸設備進行維護維修與除塵工作。泵送劑要求合理選擇緩凝成份及摻量,因緩凝組分對溫度比較敏感,緩凝劑在氣溫較高時,應先做溫度適應性試驗,對進廠每車泵送劑進行凈漿流動度、密度、pH值等檢測,使混凝土的初凝時間控制在15小時以上。6.3夜/夜平均溫度根據(jù)2003年同期大氣溫度檢測資料統(tǒng)計,炎熱季節(jié)日平均溫度為28.5℃,最高溫度為39℃,大氣溫度在14點達到最高峰,晚9點以后,氣溫較14點平均約降低3℃～4℃;夜(晚8點至次日早8點)平均溫度為27.2℃,最高夜平均溫度32.5℃,最低平均溫度為19℃?；炷涟韬衔锏奶涠鹊慕?jīng)時損失隨溫度的降低而有所改善,經(jīng)我公司有關人員與地鐵五號線業(yè)主、各標段施工方、監(jiān)理等多次溝通,達成了一致意見——為降低混凝土的入模溫度,明挖車站、通道、風道的底板、中樓板和頂板,暗挖車站、區(qū)間(含折返線)、通道和風道的仰拱、拱部二襯等部位的混凝土應避開高溫期施工,選擇溫度較低的夜晚施工。6.4出機溫度與溫濕度的關系表1中編號為53-2的配合比施工的混凝土經(jīng)運輸及等候時間的不同,在環(huán)境溫度29依據(jù)公式(2)計算的對應的入模溫度見表6。表6分析:①此表數(shù)據(jù)表示當混凝土出機溫度與環(huán)境溫度的溫差越小,混凝土拌合物與環(huán)境交換熱量越小,混凝土的溫升越低;②混凝土出機溫度與環(huán)境溫差越大,允許的運輸?shù)群驎r間越長,混凝土溫度改變越大。混凝土出機溫度為22,運輸?shù)群驎r間為3.5小時,環(huán)境溫度為29時,混凝土溫度為28.6。根據(jù)地鐵各標段所在位置,提前制定出科學合理的運輸路線,實際生產(chǎn)過程中,在施工現(xiàn)場安排質檢人員及現(xiàn)場調度,與施工方保持良好的聯(lián)系,確保信息反饋的及時性。做到不壓車、不斷車,使每車混凝土在2.5小時以內(nèi)澆筑完畢。6.5加強車站內(nèi)的質量控制在駐站監(jiān)理的配合下,對出廠的混凝土增加檢測頻次,檢測和易性、出機溫度,并做好記錄,為后繼生產(chǎn)積累數(shù)據(jù)。7炎熱季節(jié)，中國宣布這股公司的建設7.1夜/夜平均溫度今年炎熱季節(jié)大氣平均溫度為27.6℃,最高溫度為39℃,夜(晚8點至次日早8點)平均溫度為26.2℃,最高夜平均溫度32.3℃,最低平均溫度為18℃。7.2施工的溫度效益7.2.1原材料的溫度效果以上數(shù)據(jù)證明我們采取的有關預控措施是相當有效的。7.2.2#段