哈萨克斯坦严寒地区冬季混凝土施工经济技术研究

摘要 关于冬季混凝土施工国内外现状进行介绍，对国内冬季混凝土施工传统工艺的优劣进行分析，重点介绍在哈萨克斯坦寒冷地区冬季混凝土施工应用最为广泛的电阻丝加热施工工艺。从影响冬季混凝土施工的多个环节和注意事项系统介绍了冬季混凝土施工准备、所需机械物资材料、浇筑及养护过程中的保温措施及重点注意事项。并从成本方面简要分析其经济可行性，以期对国内同行在类似环境下进行冬季混凝土施工起到一定的参考和借鉴意义。

关键词 冬季混凝土施工;传统施工工艺;电阻丝加热;经济技术分析

中图分类号 TU755 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）12-0059-03

收稿日期：2022-04-11

作者简介：刘光忠（1985—），男，本科，工程师，从事公路桥梁施工技术管理工作。

0 引言

冬季混凝土施工由于环境气温低导致混凝土施工质量难以保证，而为了确保施工质量往往需要增加大量人员、设备和材料投入，导致经济可行性差。中铁十四局集团在哈萨克斯坦实施的公路项目技术组，利用该地区漫长的冬季，检验该国使用十分成熟的电阻丝加热养护混凝土施工工艺，取得了显著的效果，技术难度低，经济可行性大大提升。

1 国内外现状

20世纪80年代以来，国家先后在黑龙江、甘肃等寒冷地区成立了科研小组，探索冬季混凝土施工技术。混凝土冬季施工的关键是混凝土冬季施工和养护工艺，根据2011版《建筑工程冬期施工规程》，目前在国内应用并得到推广的冬季混凝土施工和养护技术有6大类、10余种方法，但应用最普遍的只有蓄热法、电热毯法和暖棚法等三种较为传统的施工工艺[1]，且近年来我国寒冷地区每年进行冬季施工的面积占比不足40%，多数企业因考虑成本选择不进行混凝土冬季施工。

相较于国内，俄罗斯、哈萨克斯坦等寒冷地区，由于冬季严寒而漫长，而且寒冷等级比国内更高，更早地开始探索和应用混凝土冬季施工技术，并且更热衷于采用加热混凝土效率更高的电加热技术，目前在俄罗斯和哈萨克斯坦地区使用最广泛的冬季混凝土施工工艺之一就是电阻导线加热法养护混凝土，超过70%的工业与民用建筑采用这种工艺，哈萨克斯坦寒冷地区冬季施工的面积占比超过了80%，因此研究这些地区的冬季混凝土施工技术，加以改进并在国内寒冷地区推广应用，有助于提高我国冬季施工的总体水平，具有显著的经济和社会价值。

2 传统施工工艺及优劣分析

2.1 电热毯加热法

电热毯是可以自主运行的设备，预热时间是自动设置的，无须人员监视设备的开启和关闭。与用电线加热结构相比，设备所消耗的电能要少得多。该方法可以有效地加热材料，加热均匀进行施工，不会发生局部过热，混凝土将硬化而不会产生微裂纹并具有高强度。

这种方法的优点是使用简单，设备不需要复杂的维护，无须控制加热温度，自动控制;在12 h内，结构物达到设计强度的70%。缺点：温控器价格昂贵，并非每个开发商都可以购买;市场上的大多数产品都是假货，不适合加热混凝土，因为它由韓国的加热膜组成，专为地暖而设计;这种设备的功率太低，无法加热混凝土混合物。

2.2 电极加热法

这种加热法加热时不必使用PNSV导线，如果浇筑平板基础或混凝土板，则此方法不适用。通常在浇筑圆柱，隔板，墙壁时使用，这种加热方法非常方便，不需要额外的费用。此外还需要一个变压器，金属棒连接到变压器，再连接到混凝土结构。降压变压器将提供欠压加热结构的金属部件。

环境温度是确定电极之间间距时必须考虑的重要因素。电极之间标准间距为0.6～1 m。混凝土的加热是由于其中的水分产生的水化反应。变压器将三相电传递到结构，安装的电极之间的区域被加热。该方法的优点是安装简单、快速;材料成本低。缺点是电极需要消耗大量能量。一个电极大约需要45～50 A，而功率为80 kW的降压变压器不能连接到大量电极上。为了解决该问题，建议使用多个变压器。钢筋和线材在加热后不能从结构中拉出。

2.3 模板加热法

此方法在模板中插入加热元件，通过加热模板来加热混凝土。该方法的优点在于，如果有必要，可以很容易地更换其故障元件;高性能，相对较低的能源成本;可以在严寒条件下使用;可以重复使用多次。缺点是成本高，如果结构是非标准的，会带来不便;准备、安装需要一些时间。

2.4 感应加热法

这种加热方法很少使用，并且少于百分之十。材料的加热由于磁感应而进行，并转化为热量。通过使用绝缘导线匝和安装在结构中的金属零件可以实现此过程。该过程的主要困难在于，必须考虑到结构中的金属量，才能准确地计算导线的匝数。通常几乎不可能做到这一点，这就是为什么磁感应方法不被广泛使用的原因。

2.5 红外线加热法

引导式红外设备可以在冬天加热混凝土。该设备不需要安装在任何地方，加热可以直接通过结构的模板发生。红外线装置可以对裸露的混凝土表面进行高质量的加热。适用于任何结构。热量调节非常简单，通过将加热元件移开或移近结构来进行。优点：该方法可有效地提高混凝土质量。缺点：设备价格高。如果生产量大，则红外装置需要很多，对于承包商来说成本太高;该方法会加快混凝土中水分的蒸发，从而削弱其强度。为避免此问题，建议用薄膜覆盖结构。

2.6 暖棚加热法

使用方式为在混凝土结构上盖上框架，并盖上防水油布，加热装置放置在暖棚内。该方法的优点：升温相对较快;能源成本低，可以使用天然气或其他燃料。缺点：耗时较长，尤其是在大面积区域。

3 电阻丝加热施工工艺

该工艺通过电机加热混凝土结构物内部提前埋设的PSNV导线，确保结构物在混凝土初期强度增长的关键时期不受冻。根据天气情况控制加热时间，配合简单的外部保温措施，既保障了混凝土初期强度，又可以保证后期强度增长，经济技术方面表现优异。根据哈萨克本地经验，该文依托东哈州卡麦9标项目实际以−15 ℃低温环境为例讲述该工艺流程及施工方法，其他温度环境可依此做适当调整。

3.1 工艺流程

电阻丝加热施工工艺流程图如图1。

3.2 主要的材料设备

该工艺所需主要材料设备见表1。

3.3 常见的电阻丝布置方式

卡麦项目混凝土浇筑主要由涵洞和桥梁组成，涵洞为预制装配式，基础为现浇素混凝土，桥梁为现浇钢筋混凝土扩大基础，其他下部及上部结构（预制梁除外）均为现浇钢筋混凝土。因此电阻丝布置主要有两种形式：涵洞现浇素混凝土基础和桥梁现浇钢筋混凝土结构。

3.3.1 涵洞现浇素混凝土基础

现浇素混凝土基础电阻丝布置需事先在两侧模板开洞将φ8圆钢穿过并固定（开洞间距视现场情况确定），作为纵向电阻丝的支撑，之后将绝缘电阻丝按照环境温度计算的间距依此绑扎在φ8圆钢上。

3.3.2 现浇钢筋混凝土基础（以整体墩柱为例）

电阻丝沿着整体墩柱外侧钢筋骨架以固定间距（此温度下为12 cm）布设，电阻丝布设要形成回路，单根电阻丝长度不宜大于60 m，所有电阻丝起点均向整体墩柱下部延伸，最后用胶带绑扎成一整束固定在钢筋骨架上，所有电阻丝末端向整体墩柱上部延伸，用胶带绑扎成三束，预留在整体墩柱混凝土内侧，留作与加热电机连接。

3.4 内部电阻丝与加热电机的连接

内部电阻丝采用АПВ-4型母线（红色电缆）与加热电机连接，内部电阻丝尾部分成三束，分别连接到加热电机45 V档位。

3.5 混凝土的加热养护

送电须在混凝土浇筑、保温层铺设结束，人员撤出后进行[2]。送电前须检查所有接地装置是否可靠，检查所有接头质量是否牢固，检查电流表读数和用于加热的加热电机工作状态及参数是否满足要求，采用温度自动控制及加热模式自动调节系统，加热养护3～5天后视情况结束通电。

3.6 电阻丝布置及加热注意事项

（1）电阻丝沿外侧钢筋骨架布置，距离混凝土表面5～10 cm。

（2）电阻丝必须放置在混凝土里面，不允许接触模板，更不允许裸露在空气中。

（3）电阻丝敷设在结构中时不能用力张紧，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。

（4）电阻丝的固定方式可采用剪掉的电阻丝、金属线制作的卡针、塑料固定销及聚丙烯绳。

（5）加热电機应放置在结构物附近且放置场地需平整，并加盖防雨雪设施。

（6）混凝土浇筑前需用欧姆表检查电阻丝，确保电阻丝回路绝缘良好。

（7）进行电加热时必须按照安全要求保证现场的用电安全，铺设电阻丝的工人及接电人员应接受安全培训，加热过程有电工值班[3]。

4 冬季混凝土施工工艺流程及要点

4.1 冬季混凝土配合比

通过在普通混凝土里加入防冻剂可以防止在负温下混凝土中水分结冰，使混凝土在负温下可以正常施工和正常硬化，并在规定养护条件下达到预期性能。冬季混凝土试配强度应比设计强度提高一个等级。混凝土防冻剂通常有粉体和液体两种，在哈萨克斯坦地区普遍使用的是一种叫作116 s的液体防冻剂（有减水效果），掺量通常为水泥含量的1%，具体数值通过试验确定。

4.2 冬季混凝土生产

哈萨克斯坦东部地区11月至次年3月为冬季，月平均气温均在0 ℃以下，其中12、1、2月三个月平均气温均在−10 ℃以下，1月最低气温可达−30 ℃。在如此低温环境下生产混凝土，需要将混凝土用水和骨料同时进行加热，水采用煤炭加热储水罐，水的加热温度不宜高于80 ℃，骨料采用暖棚加热，骨料加热温度不宜高于60 ℃。暖棚采用彩钢板搭设的临时板房，板房地面和三侧墙壁按40 cm（根据适宜施工的极端低温计算）间距安装加热管道，加热管道采用无缝钢管，管道内部采用循环热水加热，为减少加热空间，粗骨料按设计配合比（最常用的）预先拌合后存入暖棚内，细骨料单独存放。

4.3 冬季混凝土运输

混凝土搅拌运输车罐体采用保温被覆盖，混凝土卸落前采用热水冲洗罐体，冬季施工混凝土尽量选择运输距离近的结构物，减少中间倒运，根据运输距离配置混凝土罐车数量，使整个浇筑过程连续。

4.4 冬季混凝土浇筑

冬季混凝土浇筑尽量选择在天气晴好的情况下进行，混凝土浇筑前清除模板及钢筋上的冰雪和污渍，搭设简易暖棚并在内部放置暖风炮将模板和钢筋加热到5 ℃以上，混凝土浇筑前新旧混凝土接触面应凿毛，凿毛深度不小于5 mm，整个浇筑过程应连续，混凝土浇筑完成后及时在顶部覆盖棉被保温，并在前24 h内保持暖风炮工作。

4.5 冬季混凝土养护

混凝土浇筑完成后，在专业电工做完所有检查后通电加热，电加热时间一般为3～5天[4]。

5 经济技术分析

目前国内大部分企业因为冬季施工成本高，混凝土施工质量不易控制导致进行冬季施工的意愿并不强烈。电阻导线加热法通过在混凝土内部埋设经过绝缘的PSNV导线，避免了由外部加热造成的传导与辐射的热损失，可均匀加热混凝土，更容易保证混凝土内部温度的平稳，避免因局部温度过高失水而产生裂缝，大大提高了电能的利用率，更容易满足施工质量要求，加快了施工进度。

哈萨克斯坦由于濒临西伯利亚，全国大部分地区冬季寒冷而漫长，电阻丝加热混凝土工艺在哈萨克斯坦应用已超过30年，且由于工艺简单，成本低，全国超过70%的地区和建筑施工企业在冬季采用该工艺进行冬季混凝土施工。该工艺所需三种材料（设备）在该国很容易获取且价格低廉，混凝土内部绝缘导线150元/km，连接母线0.4元/m，加热电机8 000元/台，加上加热电机运行需要的柴油，每立方米混凝土成本增加费用约为55元，大大低于国内其他传统施工工艺，具有显著的经济效益。

6 结束语

我国寒冷地区地域辽阔，包括了“三北”地区等13个省、市、自治区，占全国面积50%以上，冬季施工时间长达3～6个月，充分利用冬季进行施工，是缩短工期、提高社会效益和经济效益的重要环节。近年在俄罗斯和哈萨克斯坦地区常用的电阻导线加热法，若经过研究优化应用于国内寒冷地区冬季施工，既可以保障企业的连续生产，又可以加快我国寒冷地区经济建设，使一些重点工程提前建成并投入使用，提前发挥工程投资效益，为国家建设作出贡献。

参考文献

[1]建筑工程冬期施工规程： JGJ/T 104—2011[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2011.

[2]朱林. 混凝土内置电阻丝加热法的施工工艺[J]. 工程建设与设计， 2018（S1）： 53-54.

[3]谢斌. 电阻丝加热混凝土法在严寒地区施工中的应用[J]. 民营科技， 2017（2）： 151.

[4]李洪海， 黄勇. 寒冷地区混凝土内部埋入电阻丝升温养护施工技术[J].建筑技术， 2009（9）： 806-809.