哈牡客專冬期拌和站保溫施工技術(shù)措施

張利濤

（中鐵十二局集團第三工程有限公司 太原 030032）

1 引言

隨著建筑、鐵路、水利和電力等各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，越來越多北方施工項目陸續(xù)開工建設(shè)，北方冬季長達數(shù)個月的寒冷氣候，給施工帶來諸多困難[1]。目前，部分混凝土拌和站未考慮冬季施工問題。當氣溫下降到0℃時，拌和站用水會在管道中凍結(jié)，這樣不但影響正常作業(yè)，而且還容易凍裂水罐閥門和水泵。同時，砂倉內(nèi)的砂子也因含水量較高，造成凍結(jié)，無法流動。為此，必須在開機前2～3 h用噴燈加熱各過水管道、泵和閥門，造成生產(chǎn)效率很低[2]。

在北方寒冷且漫長的冬季如何正常施工的問題是工程建設(shè)單位必須要克服的一個難題。誰能更好地解決這個問題，誰就能在工程建設(shè)市場中占據(jù)優(yōu)勢地位[3]。

2 工程概況及氣候特點

2.1 工程概況

哈牡客運專線是黑龍江省一條從哈爾濱市到牡丹江市的鐵路客運專線，線路起自哈爾濱市，終至牡丹江市，設(shè)計時速為250 km/h，全長299.340 km，沿線共設(shè)哈爾濱站、新香坊北站、阿城北站、帽兒山西站、尚志南站、一面坡北站、葦河西站、亞布力西站、橫道河子?xùn)|站、海林北站、牡丹江站11座車站，預(yù)留牡丹江西站。中鐵十二局承攬的工程標段2015年冬期施工的主要工程有：5座隧道共10個掌子面施工；16座橋梁明挖、挖井基礎(chǔ)、樁基、承臺施工，連續(xù)梁主墩墩身施工；7段路基CFG樁施工。冬期施工配套大臨設(shè)施有：混凝土拌和站6座，鋼構(gòu)件（鋼筋）加工廠6座。

2.2 氣候特點

工程所在區(qū)域?qū)僦袦貛?，濕潤～亞濕潤大陸性氣候。冬季寒冷漫長，累年極端最低氣溫-38.5℃，累年最大積雪深度27 cm，平均風速為3.0 m/s，最大風速可達23.3 m/s。按對鐵路工程影響的氣候分區(qū)，屬嚴寒地區(qū)。累年11月份至來年3月份日平均最低氣溫分別為-10℃、-20℃、-24℃、-20℃、-10 ℃。

3 拌和站保溫技術(shù)措施

施工單位對拌和站料倉、拌和樓、上料斗和傳送帶采用全封閉式保溫棚，四周采用10cm厚泡沫夾心保溫板，頂棚為鋼絲網(wǎng)+10cm厚巖棉+彩鋼瓦式結(jié)構(gòu)。每個拌和站均設(shè)燃煤蒸汽鍋爐，進行拌和水加熱和料倉、拌和樓供暖。

3.1 保溫棚內(nèi)供暖

保溫棚內(nèi)供暖主要由蒸汽管道供熱，采用?80鋼管，間距30 cm，沿圍墻布設(shè)四道熱循環(huán)管道。

3.2 砂石料倉保溫

碎石合格區(qū)、中砂合格區(qū)采用地熱供暖，各存儲區(qū)地面硬化時預(yù)留深20 cm，寬20 cm預(yù)留槽，預(yù)留槽內(nèi)嵌入地熱管道，地熱管道管徑為?150 mm，管道間距為30 cm。

3.3 拌和用水加熱

在攪拌機附近設(shè)一個可循環(huán)熱水蓄水池，采用鍋爐通過地熱管道循環(huán)進行加熱，蓄水池容量70～140 m3。拌和時，通過冷、熱水混合控制水溫。

3.4 混凝土運輸保暖

混凝土運輸選用能確保澆筑工作連續(xù)進行、運輸能力與混凝土攪拌機的攪拌能力相匹配的罐車運輸?；炷吝\輸過程中遵循快裝快運，少停留的原則；并對混凝土罐采用特制保溫套包裹保溫，以減少混凝土在運輸過程的中的溫度散失。

運輸混凝土過程中，保持運輸混凝土的道路平坦暢通，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性，運到澆筑地點時不分層、不離析、不漏漿，并具有要求的坍落度和含氣量等工作性能。

罐車運輸混凝土過程中慢速攪拌混凝土。攪拌速度以2～4轉(zhuǎn)/分鐘為宜。 混凝土的裝載量約為攪拌筒幾何容量的2/3。 當罐車到達澆筑現(xiàn)場時，使罐車高速旋轉(zhuǎn)20～30 s，再將混凝土拌和物喂入泵車受料斗或混凝土料斗。保證混凝土的均勻性和坍落度。

當拌制的混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時，須重新調(diào)整拌和料的加熱溫度。罐車進出洞口時，安排專人開啟保溫門簾，盡量減少門簾開啟時間，避免冷空氣進入洞內(nèi)。

4 拌和站熱工計算

考慮當?shù)厥┕l件：室外溫度為-20 ℃；保溫棚內(nèi)溫度：5～10 ℃；蓄水池：140m3，水溫50 ℃；

生產(chǎn)任務(wù)：日最大混凝土需求量600 m3；每小時供應(yīng)混凝土50 m3，每小時用水量為8 t，每小時骨料用量為100 t。

計算基準：

1t / h蒸汽鍋爐能產(chǎn)生熱能：1 000 kg×2 500 kJ/kg = 2 500 000 kJ。換算功率：2 500 000 kJ÷3.6 kJ /w= 694 444 w/h。換算大卡：694 444w÷1.163 w/ kcal = 600 000 kcal。

（1）蓄水池消耗熱能

1公斤水升溫1 ℃需要1大卡（千卡）熱量=1.163 W，原水0度，加熱50度。

計算：8×1 000×50＝400 000大卡。400 000大卡×1.163W = 465 200 W。

鍋爐燃煤量：465 200VW÷694 444 W = 0.67 t/h。

（2）存料棚消耗熱能

條件：棚內(nèi)面積1 600 m2，棚高6 m，料棚體積1 600×6＝9 600 m3；棚外溫度零下20 ℃，棚內(nèi)需溫5～10 ℃，最大溫差為30 ℃；料棚結(jié)構(gòu)：上部為巖面+彩鋼瓦，下部為10 cm厚泡沫保溫板。

計算取值：

表面系數(shù)：M =1 600/9 600 = 0.17。

傳熱系數(shù)：k = 1/ (1/9 + 0.24/0.8 + 1/30) =1/ 0.444 = 2.25近似取3.0。

冷風滲透等綜合散熱系數(shù)：a = 3。

計算公式：Q = M k tVa = 0.17×3×30×9 600×3 = 440 640 w。

鍋爐燃煤量：440 640÷694 444 = 0.63 t/h。

（3）骨料保溫及加熱

耗料量：360 m3/h×1 600 kg/m3= 576 000 kg/h。

骨料溫度：30 ℃，骨料室內(nèi)存放溫度5 ℃。

骨料比熱容（按建筑用沙）0.24 kcal/kg.℃。

熱負荷：0.24×576 000×(30-5)=288 000 kcal/h。

鍋爐燃煤量：288 000×1.163 w÷694 444=0.48 t/h。

鍋爐總?cè)济毫浚?.67 t/h+ 0.63 t/h+0.48 t/h = 1.78 t/h。

折算選用燃煤量為2 t/h的低壓鍋爐可滿足要求。

5 混凝土拌和物熱工計算

（1）混凝土拌和物理論溫度

混凝土拌和物的理論溫度，根據(jù)組成材料的溫度，按熱平衡原理推導(dǎo)的公式進行計算。以C25混凝土配合比為例進行計算混凝土拌和物理論溫度，計算公式如式（1）所示，計算參數(shù)和計算結(jié)果如表1所示。

表1 C25混凝土拌和物理論溫度計算參數(shù)和計算結(jié)果

施工時水溫加熱至50℃，則混凝土理論溫度為14.6℃。

（2）混凝土拌和物出機溫度

式中：

T0——混凝土理論溫度；

Ti——攪拌機棚內(nèi)溫度，取10℃。

則混凝土拌和物出機溫度T1＝14.6－0.16（14.6－10）＝13.9 ℃。

（3）混凝土拌和物入模溫度

式中：

α——溫度損失系數(shù)，當用混凝土罐車運輸時，α＝0.25；

t1——混凝土拌和物自運輸至澆筑的時間（h），t1＝0.5 h；

n——混凝土拌和物運轉(zhuǎn)次數(shù)，采用輸送泵時n＝2；

Tα——混凝土運輸時環(huán)境溫度，取－20 ℃。

則采用輸送泵泵送時，混凝土拌和物入模溫度T2＝13.9－（0.25×0.5＋0.032×2）（13.9+20）=7.5 ℃。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)拌和站熱工計算，拌和站料倉、拌和樓、上料斗、傳送帶全封閉式保溫棚，保溫面積1 600 m2，采用2 t燃煤蒸汽鍋爐循環(huán)供熱，在棚外溫度零下20 ℃，棚內(nèi)可達到溫度5～10℃；

（2）拌和用水加熱至50 ℃時，拌和物出機溫度為13.9 ℃；

（3）混凝土0.5 h運輸至工點澆筑時，入模溫度為7.5 ℃，滿足冬季施工要求。