1、第 1 页 共 16 页2012 年 科 技 成 果名 称： 冬季混凝土内埋式电加热施工法申报人： 熊 正 清单 位： 中国化学工程第七建设有限公司俄罗斯 TAF 项目部2012 年 12 月 12 日第 2 页 共 16 页冬季混凝土内埋式电加热施工法 熊 正 清摘 要 俄罗斯鞑靼斯坦共和国TAF项目，由于签证、入场手续办理严重滞后、业主AMMONI对总工期又不作相应调整，使得工期非常紧张，土建混凝土工作即使在寒冷季节也须施工。本文介绍了冬季在混凝土内敷设电阻导线、通电加热的施工方法，确保了混凝土质量。与外部加热相比，避免了传导和辐射的热损失，提高了热能利用率；操作简单；满足施工质量和进度要
2、求。关键词 冬季 混凝土 施工 内部 导线 电加热 节能一、前言：新浇筑的混凝土如果受冻，拌合水冻结成冰，体积增加，水泥的水化作用停止。恢复正温养护以后，水泥浆体中的孔隙率比正常凝结的混凝土显著增加，混凝土的各项物理力学性能全面下降。从保证混凝土质量出发，冬季施工砼必须防止其在硬化初期遭受冻害，并尽可能早地获得强度，在温度降至 0前，其抗压强度不得低于抗冻临界强度。冬季施工混凝土，需要从施工期间的气温、工程特点和施工条件出发，在保证质量、加快进度、节约能源、降低成本的前提下，选择适宜的施工方法。二、工程概况：俄罗斯 TAF 项目，位于鞑靼斯坦共和国门捷列夫市西 18 公里的化工园区，包括合成氨
3、、甲醇、尿素装置。该地区的冬季为 11 月至次年 3 月，最冷 2 月可达-40。11 月、12 月气温为 0至-30。根据现场实际和工期要求，项目部安排在 11 月、12 月进行冬季砼施工，目的是完成尿素装置的设备基础、尿素泵房的钢筋砼框架，为来年安装施工创造工作面。经过对气候条件、结构特点、原材料情况、工期和经济指标等多方因素考虑，本工程采用内埋式电加热养护法，养护至混凝土强度大于早期受冻允许临界强度。 三、内埋式电加热养护法的工作原理：第 3 页 共 16 页在低温浇筑的混凝土如果采取合适的措施，让混凝土强度在正温条件下增长至早期受冻的允许临界强度以上，混凝土最终可达到设计强度。内埋式电
4、加热养护法的原理：就是将外包塑料绝缘层的电阻导线直接敷设在整体砼结构中，金属导线与电路接通后，起到电阻加热器的作用，导线发出的热量以接触方式传导给混凝土，使混凝土强度在正温条件下增长至受冻的允许临界强度以上，保证混凝土不受冻害。施工中为了加快拆模时间，加快施工进度、节能，砼加热所达到的强度一般都比受冻临界强度高。四、应用范围：表面系数10以内，环境温度-40以内，可对整体柱、梁、板、承台基础进行浇筑。五、电加热的方法 ：1、操作流程：钢筋和模板安装 导线和设备安装 浇筑混凝土 覆盖保温材料 混凝土电加热养护 拆模 。2、导线布置时间：根据施工方法的不同，加热导线可安排在钢筋安装进行时或在安装结
5、束之后布置。3、主要设备：降压变压器（80KW）、干线、加热导线、电流表、电压表等设备。根据温控要求的不同，变压器可将380V电压转换为55V、65V、75V、85V、95V，电流强度490A。 4、施工准备：第 4 页 共 16 页、提前掌握天气预报、大风、大雪警报，及时采取防护措施。、确定浇筑范围和边界，计算浇筑的混凝土体积、计算需布置加热导线的砼面积、需保温覆盖的面积，确定电加热参数和功率。、对所有参加电加热施工的人员进行技术交底和培训。、以现浇楼板为例，电加热的准备工作有：安装模板、钢筋网和钢筋骨架，在上、下层钢筋网的高度敷设加热导线；清除模板和钢筋上的垃圾、雪和冰层；在结构电加热区域
6、平坦场地上安装变压器；安装施工区域隔离栅、信号装置及照明设备（如图1）；图1 电加热施工区域布置图1、三相导电单条工具单元 2、照明灯 3、变电站 4、绝缘垫 5、施工区域隔离器材 6、红色信号灯 7、温度感应器准备导电条，沿施工段安装（如图2）；第 5 页 共 16 页图 2 导电条示图（1 插头 2 木支架 3 螺钉 4 导电体(340mm)）在没有导电条模块的情况下，安装绝缘电缆组成的临时导电条模块，其横截面积不少于50mm2，用间距不大于1.5m的木支架固定；使用导线将导电线连接至导电条模块，使用电线将导电条连接至变电站；在变电站和配电箱附近安装包覆有橡皮垫的木地板，安装带有二氧化碳灭
7、火器的消防开关；将变电站接通电源，在空载情况下对其进行试运转，检查临时照明设备及温度自动调节系统的工作情况。5、导线的布置和设备的安装：完成钢筋安装、预埋件放置和焊接工作以后，按照加热导线布置图铺设加热导线。、加热导线的布置要求：、加热导线的直径、线段长度及绕距根据外部空气温度及电路电压按后表取值。为达到安全目的，通常按55V的电压来选取相应的加热线长度。、加热导线的间距一般为1020cm。、加热导线距离混凝土表面510cm，且沿钢筋骨架布置。、加热导线必须放在混凝土里面，不允许接触模板。、加热导线安装注意事项：缠绕和加固导线、安装模板、放置混凝土时防止绝缘层破坏。第 6 页 共 16 页防止
8、导电芯线与钢筋、钢模及其它金属构件间出现短路。加热导线敷设在结构中时不要用力张紧。在带有尖锐边缘的拐角处，在导线下安放由油毛毡或沥青纸构成的绝缘层。将导线固定在钢筋上的方式：采用剪下的绝缘线、塑料固定销、金属线制作的卡针及聚丙烯绳、扎带系牢。为避免绝缘层烧坏、接地短路及加热导线端头烧坏，需从砼内部向外设置横截面为2.5-4mm2的引线（见后图3）。连接接头单独绝缘。使用加热导线对混凝土进行电加热的电力参数表第 7 页 共 16 页在 上 下 层 钢 筋 网 在 下 层 钢 筋 网55 2765 3275 3785 4295 4755 2865 3475 3985 4495 4855 3365
9、3975 4585 5195 5755 2765 3275 3785 4295 4755 2865 3475 3985 4495 4855 3365 3975 4585 5195 5755 2765 3275 3785 4295 4755 2865 3475 3985 4495 4855 3365 3975 4585 5195 5755 2765 3275 3785 4295 4755 2865 3475 3985 4495 4855 3365 3975 4585 5195 57加 热 单 位 功 率 W/m2加 热 导 线 绕 距 mm外 部 空 气 温 度 加 热 导 线 直 径 mm 电
10、 压 V 导 线 长 m1.42002403204001.11.21.41.11.21.41.11.21.41.11.2100200-580160-10120-15100-20第 8 页 共 16 页图 3 由混凝土内部向外的引线示图（1 加热导线 2 安装线 3 混凝土）图 4 导线布置示图第 9 页 共 16 页6、其他设备的安装和注意事项：在电加热区设置护栏（高1.5m）、发光信号设备和安全标志。配电箱、用来加热的变电站和其他电力设备、混凝土加热区的钢筋和相邻的尚未浇筑混凝土而暴露的钢筋必须接地。连接加热导线必须先切断电源。7、混凝土浇筑：、浇筑条件：导线布置完毕并接通后，检查母线是否接
11、地和有短路现象。在0以下浇筑砼时，提前去除结冰层：在气温低于-10时，将直径大于25毫米的钢筋、轧制型材、大型的金属埋件加热到0以上，对所有外伸的埋设部分及伸出部分进行额外加温。本工程采用热风机进行清雪和加热。第 10 页 共 16 页图 5 砼浇筑示图、浇筑注意事项：混凝土浇筑时要防止加热环路错位和绝缘破坏。浇完砼，及时用防水保温材料（100150m的聚乙烯薄膜）覆盖，并铺设厚度为50mm的矿棉板或其它保温材料，保证加热表面达到要求的耐热水平。图 6 砼表面覆盖保温示图采用使砼热损失更小的运输工具，连续浇筑。砼的入模温度不低于5。对砼运输罐车和输送泵车的泵管进行覆盖保温。8、混凝土的加热养护
12、：送电加热必须在混凝土浇筑、保温层铺设结束、人员撤出隔离范围后进行。、加热前的检查：检查所有装置接地的可靠性；检查所有接头质量；检查保温材料的质量和铺设是否正确；检查测温孔布置是否正确；检查围栏、警示标语；混凝土加热区照明设备是否良好。、加热过程：分升温、 恒温加热、 冷却三个阶段。一般混凝土临界强度在冷却阶段达到，在加温阶段可以按允许的最大加温速度进行，在恒温加热时保持构件允许的最大温度值。在最短时间内达到第 11 页 共 16 页允许的最大温度，可大大节约电能。 加热时间初步确定为72h，包括加热、恒温和冷却，加热温度设为40。导线里通入低电压、高电流加热混凝土时,变压器的功率为80千瓦，
13、湿冷混凝土的电阻率300500cm。在砼加热和硬化过程中，电阻随时变化，按下列方法调整：初始电压为55v，第一小时每15min20min检测温度。如果温度增加过快及时降低电压；相反增加电压。当得到需要的升温速度后，每小时检查温度的变化。由于硬化和液态部分混凝土的分层，电阻会逐渐减小，一段时间后降低电压12级。达到指定的最高温度后，混凝土的升温加热阶段完成，恒温加热阶段开始，随着恒温加热的进行，混凝土硬化后电阻越来越大，为了保持恒温适时增加电压。恒温加热结束后停止供电，开始冷却阶段，冷却速度不允许超过下表列值。电 热养护混凝土的最高允许温度（）、电流与电压检测：砼加温开始后的头 3 个小时，每小
14、时测量供电线路中的电流强度及电压；之后每个工作班测量两次；同时用目测法检查电路连接处是否发出火花。构件表面系数（ 1/ m）升温速度（ / h）冷却速度（ / h）510 2 5 10 3 10 表面系数水泥强度等级10 1015 1532.5 70 50 4542.5 40 40 35第 12 页 共 16 页、温度检测：通过工业用温度计、红外线测温仪或遥控安装在观测孔内的热传感器来检测温度（如图7、图8所示），温度计尾部插入砼不少于10cm。图7 在砼中安装热传感器或温度计1 整体结构 2 保温材料 3 由薄壁钢管制成的套筒 4 防冻润滑油 5 热传感器温度测点的布置数量根据加热对象特点来
15、确定：每 50m2 的面板、3m3 的砼、6 米长的结构、40m2 的地板内不少于一个，位置在距导线 5-10cm 处。在加温过程：每小时测量一次混凝土的温度。在恒温及降温过程：每两个小时测量一次温度。为了更好调节混凝土温度，尽可能采用温度自动控制及加热模式自动调节系统。每昼夜测量外部空气一至两次。所有测量结果如实记录。图 8 检测砼温度第 13 页 共 16 页、加热注意事项：检查电流表读数和用于电加热的变压器的工作状态、参数是否满足要求。用电流表检查电流，导线内的电流不能超过允许值。禁止导线附近混凝土的液体部分沸腾。检查接头，处理烧坏的接头，发现烧坏时打开备用环路。在加热和转换到低电压时，
16、检查接头和加热回路是否完好。检查混凝土加热质量，监视变压器的工作和仪表的读数。冷却速度不能超过10/h，如果冷却过快及时加热。、加热过程中强度估算：、采用图解法来估算。普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，在各种养护温度下的强度增长率分别如图A和图B。根据混凝土养护记录确定实际恒温加热温度平均值： t平均 = t1+t2+nt3+tn 式中： t1，t2，t3，tn测温得到的混凝土温度值； n测温次数。根据温度平均值在图中选择温度曲线，按照温度曲线和养护时间确定混凝土的强度。图 A 用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土第 14 页 共 16 页图 B 用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土、采用成熟度法估
17、算：相同配合比的混凝土，只有在成熟度相等情况下其强度相同。、用回弹仪检测砼强度。、混凝土强度确定：根据实际的温度模式测量。当砼温度达到零度以上，在拆除其模板后，通过超声波法或钻孔测试的方法来确定砼强度。砼养护结束后，检测与结构同等养护条件的试块强度，最终确定其强度。 9、拆模：模板和保温层，在混凝土冷却到5后拆除，在外层温度冷却到零度之前掀去结构的保温层，不允许模板和保温层冻结在混凝土上。为了防止出现温度裂缝，混凝土露天表面和外部大气之间的温差，对表面系数低于5的结构不应超过20；对表面系数大于或等于5的结构不应超过30。当不能够达到上述条件时，拆模后砼表面应及时覆盖使其缓慢冷却。未完全冷却的
18、混凝土有较高脆性，在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载。10、混凝土质量检查：冬期砼除按常温施工要求检查外，尚应检查：、外加剂的质量和掺量；水和骨料的加热温度；混凝土在出机时、浇筑后和硬化过程中的温度；混凝土温度降至0时的强度。、测温人员测温时同时检查砼表面覆盖保温情况，若发现温度过高或过低，立即通知有关人员，及时采取有效措施。、在浇筑地点随机取样制作试件，每次制作 3 组。1 组在 20标准条件下养护至 28d 试压得强度 f28；1 组与构件在同条件下养护，在混凝土温度降至0时试压，检查混凝土是否达到抗冻临界强度；1 组与构件在同条件下养护至 14d，然后转入 20标准条件下继续养护 21d
19、，在总龄期为 35d 时试压，得强度 f14+21，如果 f14+21 f28，则砼未遭冻害，将 f28作为强度评定的依据。六、安全措施：1、进行电加温，应按照要求保证施工现场、施工区域、工作地点的用电安第 15 页 共 16 页全，操作人员应当接受安全施工方法培训，有专门负责电气设备安全的技术人员，整个电加热过程有电工值班。2、布设的电网能在单独工段及施工区域内切断所有电气设备。3、连接或断开电气线路，由具有相应等级的电工完成。4、砼电加温的工人须配备胶靴或绝缘长统靴。电工配备橡胶手套。接通加热导线、使用温度计测量温度时先断开电路。5、电加温的区域设防护隔栏，在醒目位置放置警示牌，夜间对工作
20、区域的防护隔栏进行照明，设置能够自动发光的红色信号灯（42V） 。6、电气设备的所有金属导电部分和钢筋接地可靠，将电源电缆的零线与其连接。使用保护性接地回路时，线路的电阻值不大于 4 欧姆，对可能被施加电压的导线端头进行绝缘隔离。7、禁止无关人员进入加温区域、在加热结构的表面行走、在加热结构表面放置其它物品；禁止将未经过结构、暴露在空气中的加热导线接通电源，在带电压的情况下禁止将加热导线与带有机械损伤的绝缘体或不符合要求的转换接头接通；未对加温区域进行隔离禁止电加温施工。七、实施效果：前期在大气温度10内经过3个昼夜的加热养护，测得混凝土平均抗压强度达到27.9 MPa，后期由于大气温度达了2
21、0，于是增加加热时间，调整为五个昼夜，测得混凝土平均抗压强度达到28.6MPa，均达到了B30（设计强度39.2MPa）砼要求的养护强度27.4MPa（70R28），远远超过了规定的允许临界强度，符合俄罗斯当地规定，确保了混凝土质量。 八、结束语：经过测算，内埋导线加热法比工频涡流加热法省电约40%。内埋式电加热养护避免了由外部加热造成的传导与辐射的热损失，提高了电能的利用率；操作简单，只需将电阻导线敷设在绑扎好的钢筋上；可均匀地加热混凝土，避免了因局部温度过高失水而产生裂缝。不但能够满足施工质量、施工进度，第 16 页 共 16 页同时施工费用较低，能充分利用能源，有着显著的经济效益。电加热的节能措施有：采用热损失更小的运输工具；使用强度更高的混凝土；掺加早强剂提高混凝土早期强度；结合混凝土冷却时强度的增加，采用允许的最高热处理温度；对要经历冷却过程的混凝土表面和模板进行有效保温；导线及电缆端口连接紧密和坚固；保温层保持干燥。
