水溫自動精確控制混凝土拌和關鍵技術研究

吳廣

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

在混凝土拌和施工過程中，環境溫度會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過程，從而對混凝土結構的整體性能造成不可恢復的不利影響。由此在實際混凝土施工中通常要避開高溫或者嚴寒氣候時期作業，這也造成了工期的延誤[1-2]。為了保證工程的正常進度，需要在不同氣候環境溫度下對混凝土拌和物進行溫度控制，以此改進保證混凝土施工質量。

現有混凝土溫度控制形式主要分為兩種：①改進混凝土的材料，通過適用的熱水泥、控制水泥用量、摻入外加劑等措施來達到溫度控制的目的。但這種方法施工過程繁雜，需要在不同環境下調整配合比，這樣可能影響混凝土性能，可操作性不強[3-4]；②在大體積混凝土中埋設冷卻水管，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，同時還存在影響結構澆筑問題，預埋冷卻水管處常出現壓漿不密實，使有害離子更易侵入混凝土內部，引發結構內部鋼筋銹蝕[5-6]。

本文利用熱交換原理對高性能混凝土拌和用水溫度控制系統進行系統研究，提出混凝土拌和物溫度控制的關鍵技術，研究成果可為類似公路隧道的施工提供經驗借鑒。

1 工程概況

紹興市袍江馬山至上虞曹娥二期1標工程路線，西起越城區袍江越興路，東至上虞區人民西路和南北中心大道交叉口，全長有13.86km。路線設計時速主車道為80km/h，輔道為40km/h。工程主要為橋梁結構物，占總工程量的65%左右，全線共2675.13m/14座橋，上部結構采用預應力混凝土小箱梁和空心板梁，下部結構橋臺采用一字臺，橋墩采用柱式墩，墩臺采用樁基礎，蓋板涵60.0m/道；使用混凝土體量21萬m3。

2 混凝土拌和用水溫度控制系統

圖1為混凝土拌和用水溫度控制系統的布置圖，主體結構由加熱器、制冷器與智能溫控系統等三部分組成；圖2為智能溫度控制系統結構圖。

圖1 混凝土拌和用水溫度控制系統布置

圖2 智能溫度控制系統結構

加熱器直接在管道加熱器的反應釜中插入管道，其管狀電熱元件或管道加熱器的側壁四周均勻分布電熱管。蓄水池的水在水泵作用下經入口管流入管道加熱器內部又經出口管流入蓄水池。每次經管道加熱器流出的水溫遠高于原蓄水池里的水溫，兩種水體經過冷熱交換，從而提高蓄水池內存儲水的溫度，再經過一定程度的循環后，蓄水池里的水溫便能達到預定的要求。

制冷器通過補給水入口提供充足水量儲存于蓄水池內，通過冷凍水進水管，經蒸發器及冷凝器中轉，再經冷卻水進水管將水送入冷卻塔內。送入冷卻塔的水經冷卻塔降溫冷卻后，再通過冷卻水出水管以及冷凝器、蒸發器中轉，最后通過冷凍水出水管輸送至蓄水池內。每次經冷卻流出的水溫遠低于原蓄水池里的水溫，兩種水體經過冷熱交換，從而降低蓄水池內存儲水的溫度，再經過一定程度的循環后，蓄水池里的水溫便能達到預定的要求。

3 施工關鍵技術

3.1 加熱制冷系統的選擇安裝

蓄水池及水源的選擇：以工程攪拌站的實際生產情況為例，該場日均生產預拌混凝土共計400m3，每立方最大150kg用水量，計算得日均最大用水量為60m3，平均每小時為9.375m3，考慮出水及進水的流速，按48m3計，設置蓄水池容量為48m3，尺寸為8m×4m×1.5m。

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

3.2 加熱制冷系統安裝

（1）鉆孔固定。在預留孔洞標記處進行鉆孔，用于固定加熱器和制冷機。

（2）管道布線。測量蓄水池與加熱器的距離，計算配件的下料長度；下料完成后要對水管進行焊接，焊接完成后與加熱器和制冷機進行組裝；對管材與彎頭進行熱熔承插焊接，焊接完成后對其進行強度試驗和嚴密性試驗。

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

圖3 拌和水溫控系統總體布置

3.3 混凝土拌和溫度設置

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

接通電源，在溫度控制器設定需要達到的溫度，同時進水泵開始工作，水池里的水經進水管流入加熱制冷系統，經加熱制冷系統工作處理后流出，經出水管回流至蓄水池與蓄水池里的水形成循環。

3.4 系統運行

拌和樓開始拌和混凝土，蓄水池里的水不斷供給拌和樓。當蓄水池水位下降到一定高度時，蓄水池中的水位自動控制器就會控制水泵使水源進口管往蓄水池進水，以到達滿足施工要求的水位。當外來水與蓄水池內的水融匯后，水溫會下降或升高，此時加熱制冷系統又會啟動進行加熱制冷工作，直至水溫達到設定溫度。另外為保障水溫的控制效果，每天首盤混凝土出機后，要及時進行測溫，驗證當天設定的溫度是否滿足要求。

4 結語

本文利用熱交換原理對高性能混凝土拌和用水溫度控制系統進行系統研究，通過在工程實踐中不斷探索、完善，研發利用加熱器、制冷器及智能溫度控制系統三部分組成的混凝土拌和用水溫度控制系統，提出混凝土拌和物溫度控制的關鍵技術，具有自動化程度高、溫控精度高等特點，解決混凝土拌和受環境溫度受限問題。