拌合站混凝土溫度控制原理是將溫度感應(yīng)原件埋入各種原材料的儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)，將采集的各種原材 料溫度輸入電腦，計(jì)算出拌和后混凝土的出機(jī)溫度，若計(jì)算的出機(jī)溫度高于10℃則可以拌和混凝土，若計(jì)算出的溫度低于10℃則采取水加溫，骨料加溫等手段提 高原材料溫度，以滿足溫度要求。本文結(jié)合拌合站混凝土溫度控制方法在哈齊客運(yùn)專線某標(biāo)段項(xiàng)目部冬季施工的應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場測試該法的施工工藝參數(shù)、施工方法 以及原材料的選取，并驗(yàn)證其攪拌混凝土的質(zhì)量。
1 工程概況
本項(xiàng)目位于黑龍江省哈爾濱至齊齊哈爾線屬于中溫帶亞濕潤～亞干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。冬季嚴(yán)寒干燥漫長，夏季多雨涼爽，春、秋季干旱多風(fēng)。由于沿線最冷月平均氣溫均低于-15℃，屬嚴(yán)寒地區(qū)。年平均氣溫4.1℃～4.7℃，極端最低溫度-36.8℃～-39.3℃，年平均風(fēng)速2.9～4.0m/s，最大定時(shí)風(fēng)速21.7～24.7m/s，最大積雪厚度13～24cm，最大季節(jié)凍土深度189～272cm。
根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》6.1.17規(guī)定，當(dāng)結(jié)構(gòu)物所處環(huán)境的晝夜平均氣溫（最高和最低氣溫的平均值或當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)、14時(shí)及21時(shí)室外氣溫的平均值）連續(xù)3d低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，應(yīng)按冬季施工處理。
冬季施工時(shí)間初定為2009年10月下旬，安排試驗(yàn)人員在每日6h、12h、21h，對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，并及時(shí)做好記錄工作。根據(jù)溫度監(jiān)控記錄，確定冬季施工具體開始時(shí)間。
2 冬季施工的基本技術(shù)要求
2.1 冬季施工的各項(xiàng)要求
總結(jié)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《關(guān)于落實(shí)冬期施工有關(guān)要求的通知》混凝土拌和站的規(guī)范要求如下：
2.1.1《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》7.0.5冬季攪拌混凝土?xí)r，混凝土出機(jī)溫度不宜低于10℃。
2.1.2拌和設(shè)備安裝在氣溫不低于10℃的廠房內(nèi)。
2.1.3《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》當(dāng)需要對(duì)水進(jìn)行加熱處理時(shí)，水的加熱溫度不宜高于80℃。當(dāng)骨料不加熱時(shí)，水可加熱至80℃以上，但攪拌時(shí)應(yīng)先投入骨料和已加熱的水，拌勻后再投入水泥。
2.1.4當(dāng)加熱水尚不能滿足要求時(shí)，可將骨料均勻加熱，其加熱溫度不應(yīng)高于60℃.
2.2 冬季混凝土施工對(duì)原材料的要求
水泥：選用水泥強(qiáng)度等級(jí)32.5級(jí)以上的硅酸鹽水泥，其技術(shù)質(zhì)量符合國家和鐵路客運(yùn)專線現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。
細(xì)骨料：采用級(jí)配良好的硬質(zhì)、潔凈的中砂，不含有冰塊、雪團(tuán)，貯備場地選擇地勢(shì)較高，不積水的地方。
粗骨料：采用級(jí)配良好，硬質(zhì)、潔凈、強(qiáng)度較高、抗凍融的粗骨料，并存放在地勢(shì)較高，不積水的地方。
外加劑：采用具有防凍效果的多功能復(fù)合外加劑，外加劑必須經(jīng)試驗(yàn)室檢驗(yàn)并試配驗(yàn)證質(zhì)量合格、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。
2.3 混凝土成型期間的規(guī)范要求
2.3.1《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，混凝土的入模溫度不低于5℃。
2.3.2新澆注與鄰接的已硬化混凝土或巖土介質(zhì)間的溫差不大于15℃。
3 混凝土拌合站原材料的保溫、加熱措施
3.1安排試驗(yàn)室技術(shù)人員一名、拌和站管理人員一名，密切跟蹤記錄天氣、溫度，及時(shí)掌握氣象變化情況。
3.2按照冬季施工要求，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮適當(dāng)縮短混凝土的初凝時(shí)間，提高混凝土的早期強(qiáng)度等因素。
3.3粗細(xì)骨料的保溫措施。拌和站粗細(xì)骨料大棚實(shí)行全部封閉，在大棚內(nèi)使用暖氣地?zé)岬姆绞郊訜?，地?zé)峁懿捎昧缛肇S管或鋼管，間距按0.5m左右布設(shè)。并備碘鎢燈、電暖風(fēng)，保證暖棚內(nèi)砂石料在清洗篩選后，表面不結(jié)冰及形成凍塊。根據(jù)熱工計(jì)算，保證骨料在混凝土出機(jī)溫度不低于10℃的情況下進(jìn)行投放。砂石料大棚供熱管道布置見下圖。
3.4外加劑儲(chǔ)存罐采用土工布、電熱毯包裹一層，外面包裹塑料泡沫保溫層的方式，保溫為主，若溫度低于-10℃，采用電熱毯加溫的形式，保證外加劑的正常使用。
3.5水溫加熱。水溫加熱是保證混凝土的出機(jī)溫度滿足驗(yàn)標(biāo)要求的重要保證，因此對(duì)拌和站水溫加熱及保溫采用多種方法。
3.5.1每個(gè)拌和站配置1臺(tái)蒸汽鍋爐，將蒸汽管道通入拌和站水池內(nèi)，利用熱蒸汽對(duì)拌和水進(jìn)行加熱，水的加熱溫度不宜高于80℃。
3.5.2在水池外搭設(shè)彩鋼棚，減少水溫不散失。
3.5.3對(duì)拌和站的上水管道進(jìn)行包裹，進(jìn)一步減少水投放前的熱量散失。
3.6外加劑保溫措施。將外加劑桶放置在砂石料的采暖棚內(nèi)，保證外加劑性能的穩(wěn)定。
4 混凝土攪拌
拌和樓使用碘鎢燈等加溫設(shè)備進(jìn)行加熱，最大限度避免熱量散失?；炷翑嚢钑r(shí)應(yīng)先投入骨料和已加熱的水，攪拌均勻后再投入水泥。當(dāng)加熱水不能滿足要求時(shí)，可將骨料均勻加熱，以保證混凝土出機(jī)溫度。攪拌混凝土前及停止攪拌后，用熱水沖洗攪拌機(jī)鼓筒。
混凝土攪拌時(shí)間宜較常溫施工延長50%左右,冬季混凝土的攪拌時(shí)間每盤不少于180s。
骨料投放工藝流程圖
5 溫度控制方案
為保證冬季施工期間混凝土出機(jī)溫度高于10℃，拌和站制定了一套混凝土溫度管理辦法。主要原理是將溫度感應(yīng)原件埋入各種原材料的儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)，將采集的各種原材料溫度輸入電腦，計(jì)算出拌和后混凝土的出機(jī)溫度，若計(jì)算的出機(jī)溫度高于10℃則可以拌和混凝土，若計(jì)算出的溫度低于10℃則采取水加溫，骨料加溫等手段提高原材料溫度，以滿足溫度要求。
5.1集各種材料的溫度。將溫控原件分別埋入拌和樓三個(gè)集料倉內(nèi)，拌和前對(duì)水泥、砂、石子、水進(jìn)行測溫。將測量結(jié)果通過數(shù)顯儀顯示在拌和站操作間內(nèi)。
5.2將對(duì)應(yīng)溫度輸入已制作好的簡易電腦程序中，利用熱工計(jì)算公式，自行計(jì)算出混凝土的拌和溫度
5.2.1冬期砼拌和物熱工計(jì)算
5.2.1.1計(jì)算資料如下
T0——砼拌和物的理論溫度(℃)；
Ww、Wc、Ws、Wg——水、水泥、砂、石的用量（kg）；
Tw、Tc、Ts、Tg——水、水泥、砂、石的溫度（℃）；
Ps、Pg——砂、石的含水率（%）；
C1、C2——水的比熱容（kJ/kg.K）及熔解熱（kJ/kg）。
當(dāng)骨料溫度＞0℃，C1=4.2，C2=0；
當(dāng)骨料溫度≤0℃，C1=2.1，C2=335。
取1m3混凝土，Ww=146kg，Wc=200kg，Ws=825kg，Wg=1052kg。
Tw=60℃，Tc=5℃，Ts=5℃，Tg=5℃。Ps=5％，Pg=1％。
5.2.1.2計(jì)算公式及結(jié)果
砼拌和物的理論溫度
T0=[0.9(WwTc+WsTs+WgTg)+4.2Tw(Ww-PsWs-PgWg)+C1(PsWsTs+PgWgTg)-C2(PsWs+PgWs)]÷[4.2Ww+0.9(Wc+Ws+Wg)]
=[0.9×(200×5+825×5+1052×5)+4.2×60(146-0.05×825-0.01×1052)+4.2×(0.05×825×5+001×1052×5)-0×(0.05×825+0.01×1052)]÷[4.2×146+0.9×(200+825+1052)]
=(9346.5+23745.96+1087.2+0)÷2482.5=13.8℃
砼出機(jī)溫度
T1=T0-0.16（T0-Tb）=13.8-0.16×(13.8-5)=12.4℃
T1——砼出機(jī)溫度（℃）；
Tb——攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度（℃）。取Tb=5℃
砼運(yùn)輸至澆筑成型時(shí)溫度
T2=T1-(tα+0.032n)(T1-Ta)
=12.4-(0.25×0.5+0.032×1)(12.4-5)=11.2℃
T2——砼運(yùn)輸至澆筑成型時(shí)溫度（℃）；
t——砼運(yùn)輸至澆筑完成的時(shí)間（℃）；取t=0.5h
n——砼周轉(zhuǎn)次數(shù)；取n=1
Ta——砼運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境溫度（℃）；取Ta=5℃
α——溫度損失系數(shù)，當(dāng)用混凝土攪拌運(yùn)輸車時(shí)，α=0.25。
溫度降低后的砼溫度計(jì)算
取Tc=Tg=-5℃,Ts=40℃,Tb=8℃,Ta=-5℃。
在其他條件不變的情況下，根據(jù)上述公式：
則T0=13.9℃,T1=13℃,T2=10.2℃。
取Tc=Tg=-19℃,Ts=50℃,Tb=8℃,Ta=-19℃。
在其他條件不變的情況下，根據(jù)上述公式：
則T0=10.8℃,T1=10.3℃,T2=5.7℃。
5.3根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判定，若計(jì)算結(jié)果表明拌和后的混凝土溫度復(fù)核驗(yàn)標(biāo)要求，那么可立刻進(jìn)行混凝土拌和，若計(jì)算結(jié)果表明拌和后的溫度不能達(dá)到驗(yàn)標(biāo)要求，通過水加溫等手段提高各原材料溫度，重新進(jìn)入下一道工序。
拌和站保溫措施圖
工藝流程圖
6 結(jié)論
1)當(dāng)需要對(duì)水進(jìn)行加熱處理時(shí)，水的加熱溫度不宜高于80℃。當(dāng)骨料不加熱時(shí)，水可加熱至80℃以上，但攪拌時(shí)應(yīng)先投入骨料和已加熱的水，拌勻后再投入水泥。當(dāng)加熱水尚不能滿足要求時(shí)，可將骨料均勻加熱，其加熱溫度不應(yīng)高于60℃。
2)混凝土攪拌時(shí)間宜較常溫施工延長50%左右,冬季混凝土的攪拌時(shí)間每盤不少于180s。
3）當(dāng)保證水溫60℃、攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度8℃、砂溫度50℃、運(yùn)輸時(shí)間0.5h，到達(dá)施工現(xiàn)場澆注砼溫度5.7℃＞5℃滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，水泥和碎石最低溫度可為-19℃，運(yùn)輸時(shí)的最低環(huán)境溫度可為-19℃。所以當(dāng)運(yùn)輸時(shí)間加長、外界環(huán)境氣溫改變時(shí)，可按照冬期砼拌和物熱工計(jì)算公式反推自行調(diào)整水、砂、粗骨料的溫度（溫度在規(guī)范內(nèi)），經(jīng)測試結(jié)果表明試拌合站攪拌砼的質(zhì)量及溫度滿足設(shè)計(jì)要求。
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