高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土骨料加熱技術研究

2021-04-12 07:52:21

智能城市 2021年1期

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000）

施工中最基礎的材料是混凝土，混凝土的質(zhì)量將直接影響工程的整體質(zhì)量和效果，會影響后續(xù)工作的進程，因此，混凝土的高效生產(chǎn)和有效利用可提高工程的穩(wěn)定性與安全性[1]。高寒高海拔地區(qū)的冬季混凝土施工，尤其是混凝土骨料加熱作業(yè)，受外部氣溫條件影響，溫度應力作用明顯。施工企業(yè)應采取一些措施，解決該地區(qū)冬季混凝土施工中存在的問題。

1 高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土施工存在的問題

（1）質(zhì)量要求較高。

由于高寒高海拔地區(qū)的氣候普遍較為寒冷、干燥，陽光覆蓋率較高，溫差較大，對混凝土的堅固性和耐寒性要求較高[2]。高寒高海拔地區(qū)的施工作業(yè)存在危險滯后性的特點，可能在施工完成后一段時間發(fā)生嚴重的質(zhì)量問題，增加工程后期的修護和管理成本。出現(xiàn)上述問題是高寒高海拔地區(qū)在施工時與施工后，氣候條件發(fā)生變化導致的。由此可見，高寒高海拔地區(qū)對混凝土的質(zhì)量要求較高，應從工程建設之初便保證混凝土質(zhì)量，保證施工工程的整體質(zhì)量。

（2）溫度條件差。

高寒高海拔地區(qū)溫度條件較差，混凝土結構內(nèi)外溫差較大，易導致開裂、收縮等現(xiàn)象[3]。應生產(chǎn)質(zhì)量良好的混凝土，施工人員對澆筑倉面內(nèi)進行保溫養(yǎng)護，需要混凝土具備一定出機口溫度和入倉溫度。在高寒高海拔地區(qū)的冬季，經(jīng)過一般攪拌的混凝土，溫度均無法達到入倉溫度不低于5 ℃的要求[4]。在混凝土生產(chǎn)過程中，需要對混凝土施行加熱措施，保證出機口溫度滿足規(guī)范施工要求。

（3）傳統(tǒng)混凝土加熱方式不適合高寒高海拔地區(qū)。

在實際生產(chǎn)中，施工人員須加熱混凝土、骨料，提高骨料溫度，由于冬季高寒高海拔地區(qū)最低氣溫可能達到-20 ℃以下，導致該地區(qū)混凝土作業(yè)不能采用傳統(tǒng)加熱方式，傳統(tǒng)加熱方式僅適用于室外日平均氣溫在-1～5 ℃時。骨料尚未凍結時，采用熱水拌和的方法提高混凝土拌和溫度，滿足冬季混凝土溫度要求。該地區(qū)熱水不易獲取，易在拌和中發(fā)生急速降溫情況，導致拌和不成功、影響使用等問題。

（4）施工難度大。

艱苦的氣候條件和混凝土加工流程的增加，使高寒高海拔的地區(qū)作業(yè)的施工人員工作任務變多、難度加大，相同的工作內(nèi)容在高寒高海拔地區(qū)產(chǎn)生的效果不同。對施工人員的技術水平和相關專業(yè)知識提出了一定的要求[5]，從各個角度分析，高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土施工的難度均較大。

2 高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土加熱研究的必要性

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，相關部門高度重視高寒高海拔地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展狀況和基礎設施建設，未來該地區(qū)的工程開發(fā)項目會逐漸增多。因此，以該地區(qū)的施工特色為參考，進行相應的施工研究是建筑領域研究人員不可回避的課題。工程的建設將帶動該地區(qū)的電力工程、企業(yè)生產(chǎn)、居民生活等各方面的發(fā)展，工程建設水平的提高可加速這一進程[6]。

2013年，水電局在部黨組的正確領導下，認真貫徹落實黨的十八大和十八屆三中全會精神，按照中央加快水利改革發(fā)展決定提出的“大力發(fā)展農(nóng)村水電”，“在保護生態(tài)和農(nóng)民利益前提下，加快水能資源開發(fā)利用”的要求，積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，全力推進民生水電、平安水電、綠色水電、和諧水電建設，中央投資30.8億元，比2012年增加了108%，協(xié)調(diào)國家農(nóng)發(fā)行出臺了農(nóng)村水電信貸支持政策，全年完成投資240億元，新增裝機200多萬kW，總裝機超過6 800萬kW，年發(fā)電量2 000多億kWh，很好地完成了各項工作任務。

由于高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土施工，制約項目目標的實現(xiàn)和施工質(zhì)量的提高。因此，混凝土骨料加熱技術水平的提高，有利于在實際生產(chǎn)施工過程中，解決冬季混凝土生產(chǎn)施工的難題?？蓪橇霞訜嵝Ч?、能力消耗、骨料溫度隨外界氣溫變化的關系等進行統(tǒng)計總結，推動相關領域前沿科技的發(fā)展，為高寒高海拔地區(qū)的工程建設保存施工的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，提供可靠的技術支持。對企業(yè)而言，可加強企業(yè)競爭力，使企業(yè)在專業(yè)領域獲得經(jīng)驗，該研究有很好的發(fā)展和應用前景，會創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。

3 高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土骨料加熱技術關鍵點分析

通過對現(xiàn)有的混凝土骨料加熱措施進行深入研究，分析了骨料加熱效果和溫度變化的關系，對預熱強度、耗能量等問題進行了研究。采用實際生產(chǎn)中收集的數(shù)據(jù)進行分析和檢測，經(jīng)過反復試驗，總結得出一些加熱技術的關鍵點。

（1）加熱設備和加工工藝的選擇。

根據(jù)招標文件要求和初步能量轉(zhuǎn)換計算，決定采用6 t蒸汽鍋爐為預熱系統(tǒng)提供熱源，其中，粗骨料采用暖風機形成熱風進行熱交換，砂采用蒸汽排管進行熱交換[7]。在加工工藝的選擇上，首先，結合冬季施工完成30臺風機基礎混凝土澆筑計劃，計算所需砂石骨料總量，提前采購并儲存于拌和系統(tǒng)場區(qū)內(nèi)，用三防保溫篷布覆蓋保溫；其次，增設了骨料堆存棚，堆存棚采用“輕鋼結構+保溫彩板”封閉，堆存容量不小于5 000 m3；再次，增設了骨料預熱料倉，在預熱料倉內(nèi)采用熱風和蒸汽管進行骨料加熱。經(jīng)過室外覆蓋保溫堆存和骨料堆存棚內(nèi)堆存，提高砂石骨料初始溫度。在加熱過程中，使砂石骨料的溫升值降低，以降低加熱砂石骨料所需消耗的能量，降低方案成本，使其在經(jīng)濟上可行。

（2）系統(tǒng)建安施工。

結合拌和站建安施工，預熱系統(tǒng)主要涉及鍋爐及其輔助設施基礎施工、設備安裝、管道安裝等施工內(nèi)容，預熱系統(tǒng)隨拌和站一同建設，拌和站具備投產(chǎn)條件時，可對砂石骨料進行加熱，生產(chǎn)預熱混凝土。

（3）關鍵技術操作方法。

骨料大棚保溫技術：骨料堆場設計安裝骨料堆存棚，堆存棚四周采用保溫板進行全封閉，頂部采用透明專用采光材料滿足骨料棚內(nèi)光線和太陽直射，提升溫度防止骨料凍結[8]。

供熱系統(tǒng)設置：安裝專用燃油蒸汽鍋爐系統(tǒng)，進行拌和用水加熱，骨料倉供暖加熱，改變傳統(tǒng)的燃煤鍋爐，減小對環(huán)境的污染，提高加熱效果。該系統(tǒng)為2臺3 t鍋爐，在料倉內(nèi)安裝溫度傳感器，可根據(jù)骨料溫度調(diào)節(jié)設置自動交替運行啟動，節(jié)約運行成本。

骨料倉加熱方法：將骨料倉安裝在骨料堆存棚內(nèi)，在骨料倉內(nèi)安裝多層暖蒸氣排管，通過鍋爐供熱加熱，在粗骨料倉側(cè)面安裝暖風機，對骨料倉內(nèi)進行吹暖風加熱；可采用風機與暖氣蒸汽道連通進行吹風工作，提升暖蒸管道內(nèi)快速循環(huán)，加快熱氣擴散速度。

骨料保溫設置：骨料上料傳送皮帶安裝保溫桁架，桁架四周采用全封閉保溫材料，桁架內(nèi)采用暖風機對其內(nèi)部送風，保證骨料傳送過程中溫度減少損失。

拌和間與拌和機保溫設置：拌和間內(nèi)設暖氣管道提高環(huán)境溫度，拌和機采用橡塑海綿進行保溫。

出風口保溫設置：在出機口處安裝暖風機，混凝土拌和好后向運輸罐車內(nèi)卸料時，開啟暖風機吹熱風，防止卸料時混凝土溫度損失過快。

4 高寒高海拔地區(qū)冬季混凝土骨料加熱技術研究突破

由于主要研究根據(jù)地位處青海，該地區(qū)氣候具有明顯的高寒高海拔地區(qū)特點，十分適合開展對混凝土的骨料加工的研究。

（1）針對青海日照時間長、輻射大的特點，在骨料大棚頂部設置吸光板，吸收熱能，提高骨料溫度，防止凍結；

（2）骨料運輸皮帶桁架內(nèi)采用暖風機對其內(nèi)部送風，保證骨料傳送過程中，減少溫度損失；

（3）采用風機與暖氣蒸汽道連通進行吹風工作，加快暖蒸管道內(nèi)快速循環(huán)，加快熱氣擴散速度；

（4）為保證混凝土不在運輸過程中發(fā)生急劇降溫現(xiàn)象，在出機口處安裝了暖風機，使混凝土拌和好后向運輸罐車內(nèi)卸料時，能夠在暖風機的升溫作用下，不造成混凝土溫度損失過快的現(xiàn)象[9]。

實地考察了本次研究針對的地區(qū)及其氣候、環(huán)境條件，堅持在研究地開展了一系列的試驗，針對試驗中收集的數(shù)據(jù)進行了綜合對比和研究，取得了一定的突破性進展。

近幾年，我國在骨料加熱技術方面，已有較長時間的工程實踐，依托我國不同地區(qū)不同的地勢、氣候條件，在混凝土加工技術方面掌握了較多的技術和經(jīng)驗，達到了世界領先的水平。

5 結語