哈牡客专冬期拌和站保温施工技术措施

张利涛

（中铁十二局集团第三工程有限公司 太原 030032）

1 引言

随着建筑、铁路、水利和电力等各项基础设施建设的高速发展，越来越多北方施工项目陆续开工建设，北方冬季长达数个月的寒冷气候，给施工带来诸多困难[1]。目前，部分混凝土拌和站未考虑冬季施工问题。当气温下降到0℃时，拌和站用水会在管道中冻结，这样不但影响正常作业，而且还容易冻裂水罐阀门和水泵。同时，砂仓内的砂子也因含水量较高，造成冻结，无法流动。为此，必须在开机前2～3 h用喷灯加热各过水管道、泵和阀门，造成生产效率很低[2]。

在北方寒冷且漫长的冬季如何正常施工的问题是工程建设单位必须要克服的一个难题。谁能更好地解决这个问题，谁就能在工程建设市场中占据优势地位[3]。

2 工程概况及气候特点

2.1 工程概况

哈牡客运专线是黑龙江省一条从哈尔滨市到牡丹江市的铁路客运专线，线路起自哈尔滨市，终至牡丹江市，设计时速为250 km/h，全长299.340 km，沿线共设哈尔滨站、新香坊北站、阿城北站、帽儿山西站、尚志南站、一面坡北站、苇河西站、亚布力西站、横道河子东站、海林北站、牡丹江站11座车站，预留牡丹江西站。中铁十二局承揽的工程标段2015年冬期施工的主要工程有：5座隧道共10个掌子面施工；16座桥梁明挖、挖井基础、桩基、承台施工，连续梁主墩墩身施工；7段路基CFG桩施工。冬期施工配套大临设施有：混凝土拌和站6座，钢构件（钢筋）加工厂6座。

2.2 气候特点

工程所在区域属中温带，湿润～亚湿润大陆性气候。冬季寒冷漫长，累年极端最低气温-38.5℃，累年最大积雪深度27 cm，平均风速为3.0 m/s，最大风速可达23.3 m/s。按对铁路工程影响的气候分区，属严寒地区。累年11月份至来年3月份日平均最低气温分别为-10℃、-20℃、-24℃、-20℃、-10 ℃。

3 拌和站保温技术措施

施工单位对拌和站料仓、拌和楼、上料斗和传送带采用全封闭式保温棚，四周采用10cm厚泡沫夹心保温板，顶棚为钢丝网+10cm厚岩棉+彩钢瓦式结构。每个拌和站均设燃煤蒸汽锅炉，进行拌和水加热和料仓、拌和楼供暖。

3.1 保温棚内供暖

保温棚内供暖主要由蒸汽管道供热，采用∅80钢管，间距30 cm，沿围墙布设四道热循环管道。

3.2 砂石料仓保温

碎石合格区、中砂合格区采用地热供暖，各存储区地面硬化时预留深20 cm，宽20 cm预留槽，预留槽内嵌入地热管道，地热管道管径为∅150 mm，管道间距为30 cm。

3.3 拌和用水加热

在搅拌机附近设一个可循环热水蓄水池，采用锅炉通过地热管道循环进行加热，蓄水池容量70～140 m3。拌和时，通过冷、热水混合控制水温。

3.4 混凝土运输保暖

混凝土运输选用能确保浇筑工作连续进行、运输能力与混凝土搅拌机的搅拌能力相匹配的罐车运输。混凝土运输过程中遵循快装快运，少停留的原则；并对混凝土罐采用特制保温套包裹保温，以减少混凝土在运输过程的中的温度散失。

运输混凝土过程中，保持运输混凝土的道路平坦畅通，保证混凝土在运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能。

罐车运输混凝土过程中慢速搅拌混凝土。搅拌速度以2～4转/分钟为宜。 混凝土的装载量约为搅拌筒几何容量的2/3。 当罐车到达浇筑现场时，使罐车高速旋转20～30 s，再将混凝土拌和物喂入泵车受料斗或混凝土料斗。保证混凝土的均匀性和坍落度。

当拌制的混凝土运输到现场出现坍落度减小或发生速凝现象时，须重新调整拌和料的加热温度。罐车进出洞口时，安排专人开启保温门帘，尽量减少门帘开启时间，避免冷空气进入洞内。

4 拌和站热工计算

考虑当地施工条件：室外温度为-20 ℃；保温棚内温度：5～10 ℃；蓄水池：140m3，水温50 ℃；

生产任务：日最大混凝土需求量600 m3；每小时供应混凝土50 m3，每小时用水量为8 t，每小时骨料用量为100 t。

计算基准：

1t / h蒸汽锅炉能产生热能：1 000 kg×2 500 kJ/kg = 2 500 000 kJ。换算功率：2 500 000 kJ÷3.6 kJ /w= 694 444 w/h。换算大卡：694 444w÷1.163 w/ kcal = 600 000 kcal。

（1）蓄水池消耗热能

1公斤水升温1 ℃需要1大卡（千卡）热量=1.163 W，原水0度，加热50度。

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

锅炉燃煤量：465 200VW÷694 444 W = 0.67 t/h。

（2）存料棚消耗热能

条件：棚内面积1 600 m2，棚高6 m，料棚体积1 600×6＝9 600 m3；棚外温度零下20 ℃，棚内需温5～10 ℃，最大温差为30 ℃；料棚结构：上部为岩面+彩钢瓦，下部为10 cm厚泡沫保温板。

计算取值：

表面系数：M =1 600/9 600 = 0.17。

传热系数：k = 1/ (1/9 + 0.24/0.8 + 1/30) =1/ 0.444 = 2.25近似取3.0。

冷风渗透等综合散热系数：a = 3。

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

锅炉燃煤量：440 640÷694 444 = 0.63 t/h。

（3）骨料保温及加热

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

骨料温度：30 ℃，骨料室内存放温度5 ℃。

骨料比热容（按建筑用沙）0.24 kcal/kg.℃。

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

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

锅炉总燃煤量：0.67 t/h+ 0.63 t/h+0.48 t/h = 1.78 t/h。

折算选用燃煤量为2 t/h的低压锅炉可满足要求。

5 混凝土拌和物热工计算

（1）混凝土拌和物理论温度

混凝土拌和物的理论温度，根据组成材料的温度，按热平衡原理推导的公式进行计算。以C25混凝土配合比为例进行计算混凝土拌和物理论温度，计算公式如式（1）所示，计算参数和计算结果如表1所示。

表1 C25混凝土拌和物理论温度计算参数和计算结果

施工时水温加热至50℃，则混凝土理论温度为14.6℃。

（2）混凝土拌和物出机温度

式中：

T0——混凝土理论温度；

Ti——搅拌机棚内温度，取10℃。

则混凝土拌和物出机温度T1＝14.6－0.16（14.6－10）＝13.9 ℃。

（3）混凝土拌和物入模温度

式中：

α——温度损失系数，当用混凝土罐车运输时，α＝0.25；

t1——混凝土拌和物自运输至浇筑的时间（h），t1＝0.5 h；

n——混凝土拌和物运转次数，采用输送泵时n＝2；

Tα——混凝土运输时环境温度，取－20 ℃。

则采用输送泵泵送时，混凝土拌和物入模温度T2＝13.9－（0.25×0.5＋0.032×2）（13.9+20）=7.5 ℃。

6 结论

（1）根据拌和站热工计算，拌和站料仓、拌和楼、上料斗、传送带全封闭式保温棚，保温面积1 600 m2，采用2 t燃煤蒸汽锅炉循环供热，在棚外温度零下20 ℃，棚内可达到温度5～10℃；

（2）拌和用水加热至50 ℃时，拌和物出机温度为13.9 ℃；

（3）混凝土0.5 h运输至工点浇筑时，入模温度为7.5 ℃，满足冬季施工要求。