遠紅外線加熱冬施混凝土養(yǎng)護的應用

閆成標　肖春虎

[摘要]著重介紹遠紅外線加熱混凝土的施工方法和推廣應用情況,進行多種冬施混凝土養(yǎng)護的比較,做到經(jīng)濟合理,達到降低成本的目的。

[關鍵詞]遠紅外線 遠紅外線輻射器 混凝土 施工技術

中圖分類號:TU3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910111-01

冬期施工的混凝土養(yǎng)護方法,正常選用蓄熱法、蒸汽法、電熱法、暖棚法等。但在實際施工過程中,我們往往只是考慮到施工簡便,而不進行經(jīng)濟對比,造成延長工期,施工成本增加,所施工的混凝土強度下降,使工程質(zhì)量得不到保障。

蓄熱法主要用于氣溫-10℃左右,結構比較厚大的工程。主要是:對原材料(水、砂、石)進行加熱,使混凝土在攪拌、運輸和澆灌以后,還儲備有相當?shù)臒崃?以使水泥水化放熱較快,并加強對混凝土的保溫,以保證在溫度降到0℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。

外部加熱法主要用于氣溫-10℃以上,而構件并不厚大的工程。通過加熱混凝土構件周圍的空氣,將熱量傳給混凝土,或直接對混凝土加熱,使混凝土處于正溫條件下能正常硬化的一種方法。

而外部加熱使用火爐加熱時,一般在較小的工程中使用,方法簡單,但室內(nèi)溫度不高,比較干燥,并且放出的二氧化碳會使新澆混凝土表面碳化,影響質(zhì)量。采用蒸氣加熱法用蒸氣使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制,加熱溫度均勻。但因其需專門的鍋爐設備,費用較高,且熱損失較大,費用高,勞動條件也不太理想,工作環(huán)境也差。采用電加熱法,將鋼筋作為電極,或將電熱器貼在混凝土表面,便電能變?yōu)闊崮?以提高混凝土的溫度,此法雖然施工簡單方便,熱損失較少,易控制,但不足之處是電能消耗量大。采用遠紅外線加熱法能以高溫電加熱器或氣體紅外線發(fā)生器,對混凝土進行密封輻射加熱即環(huán)保,又節(jié)約電能。

通過以上比較,采用遠紅外線加熱法適用于冬季施工的混凝土框架、煎力墻等且結構構件并不厚大的工程。

一、應用項目基本情況

(一)主要技術內(nèi)容

1.工藝特點

使用遠紅外線加熱板,利用遠紅外輻射向新澆混凝土照射,使混凝土的溫度得以提高,從而在較短的時間內(nèi)獲得要求的強度。采用此種工藝具有施工簡便,降低能耗,易于操作的特點。此工藝的作用機理是利用遠紅外線輻射冬施養(yǎng)護主要是電磁波,不同波長的遠紅外線對不同物質(zhì)所產(chǎn)生的效果不同,遠紅外線加熱板發(fā)射波長與混凝土組成的材料的吸收波長相匹配時,新拌混凝土作為吸收介質(zhì),在遠紅外線的共振作用下,介質(zhì)分子作強烈運動,將輻射熱能轉化為熱能,同時,加熱板本身發(fā)出的熱能與其共同作用使混凝土升溫。

2.遠紅外線加熱板配置計算

根據(jù)遠紅外線養(yǎng)護混凝土的能量消耗,一般加熱混凝土的耗電量為30kWh/m3,可達到混凝土表溫在42℃左右,當混凝土表溫在90℃左右時,每立方米混凝土耗電量為51kWh/m3左右。本工程混凝土強度等級為C30,采用42.5普通硅酸鹽水泥,并摻有水泥用量5%YC3抗凍早強劑。根據(jù)過去冬期施工經(jīng)驗資料在5℃達到0.5MPa時間在4～6左右,故按表面溫度達10℃時耗電量為52kW/90×10=5.78kW/m3。由于本工程現(xiàn)澆板厚120mm,折成平方米,則5.78×0.12 =0.694kWh/m2。遠紅外線加熱板為板式單向輻射狀,外形尺寸為220×240×12mm,極限功率為1kw,約每塊加熱板可加熱1.5m2左右。為準確了掌握原始數(shù)據(jù),我們首先對輻射溫度進行測試,測試模擬實際應用情況,在加熱板距照射面1000cm左右處,測得溫度為8℃左右,此時氣溫為-12℃,每塊照射面積在1.7m2左右。經(jīng)分析溫度偏低的原因有以下幾點:(1)加熱板離養(yǎng)護面距離較遠,實際使用時再調(diào)整靠近;(2)單面照射;(3)搭設防護棚漏風較多,且面積較計算大些。為此,調(diào)整照射距離為80cm每塊面積在1.5m2時,溫度達到12℃左右,基本接近計算溫度。其次,應考慮的是風力,風大散熱快,熱損失多。因此,擋風棚搭設越嚴密不透風則效果越好。

(二)項目的適用范圍

冬季施工的混凝土框架結構、剪力墻結構等。

(三)總體技術水準分析

1.技術水準:國內(nèi)先進。

2.綜合敘述:

用遠紅外線加熱法進行冬施混凝土養(yǎng)護,對框架結構的養(yǎng)護方法,國內(nèi)已有的方法多采用筒式加熱器進行內(nèi)部加熱,工藝復雜,需預留孔洞。板式SIC加熱以前用于剪力墻結構的加熱,目前尚未有板式加熱器法用于框架結構的報導。

遠紅外線熱法與國內(nèi)常采用的蓄熱法和其它的養(yǎng)護方法相比,有獨特的優(yōu)點和特點:

(1)具有穿透力,能內(nèi)外同時加熱。加熱均勻,不易產(chǎn)生溫度縫。

(2)不需熱傳介質(zhì)傳遞,熱效率良好,輻射率達0.84。

(3)可局部加熱,節(jié)省能源。

(4)提供舒適的作業(yè)環(huán)境。

(5)節(jié)省爐體的建造費用及空間,組合、安裝及維修簡單容易。

(6)干凈的加熱過程。

(7)溫度控制容易、且升溫迅速,并較具安全性。

(8)熱慣性小,不需要暖機,節(jié)省人力。

(9)無煙霧,對人體無害,利于環(huán)保和實現(xiàn)文明施工。

二、應用情況

(一)已用于生產(chǎn)(工程)情況

淮安達方電子有限公司綜合樓,位于淮安經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi),三大溝以西,達方路以北。地下一層,地上四層。建筑面積10251m2,框架結構。

該工程主體施工時間為2007年11月至2008年元月17日,其中一至四層砼結構處于冬季施工期施工。各施工砼采用遠紅外線加熱進行養(yǎng)護,同時砼中摻用YC-3抗凍早強劑,其同條件養(yǎng)護試塊三天強度達設計者的30%左右,28天強度均達設計標號以上,采用遠紅外線加熱的樓層面積為8000平方米,沒有發(fā)生砼的凍害。

在施工期日平均溫度為-12℃的情況下,達到8天一層的速度,新澆筑砼在經(jīng)遠紅外線加熱10小時左右,即可達到1.2MPa約2d,實際每層節(jié)約1.5天時間。該辦公樓工程原定2008年元月23日封頂,實際比預定工期提前6天,這還不包括因增加墊層和停水、停電而延誤的10天工期。實際的工期提前為16天。

(二)推廣應用工作計劃,實施措施和主要經(jīng)驗

推廣應用工作分為三步:

第一步是可行性研究,在這階段,通過資料檢索,比較國內(nèi)常用的冬季施工砼養(yǎng)護方法,進行技術經(jīng)濟分析后,決定采用SIC加熱法,盡管目前國內(nèi)的框架結構冬施砼的養(yǎng)護還沒有采用SIC加熱的先例,但現(xiàn)場施工人員決定用QC活動攻克這一難關。

第二步是對所需SIC加熱板的數(shù)量,面積功率進行設計計算,并組織采購和安裝使用。在使用過程中,不斷總結經(jīng)驗,提出改進措施。

第三步是總結經(jīng)驗,提出改進措施。在遠紅外加熱法應用的過程中,我們總結出了以下經(jīng)驗:

1.安放加熱板的樓層,宜密閉,也可掛密目安全網(wǎng)、采條布和草簾。2.加熱板的單塊功率宜小,塊數(shù)宜多,在已澆筑砼的樓層應均勻放置。3.加熱板與被加熱構建的距離不宜小于800,不宜大于1200。

(三)推廣應用工作中的問題及有待改進的方面

在推廣應用工作中,我們感到,遠紅外線加熱法的確是一項方便有效的新技術,但是由于它是一種內(nèi)部加熱法,不容易被人們所理解,尤其是在推廣該項目技術時,往往遇到很大阻力,這需要在組織和制度上完善新技術的推廣體系,促使該項技術在冬施砼的施工中盡早發(fā)揮經(jīng)濟效益。

三、推廣應用效益

(一)應用后經(jīng)濟效益

新增產(chǎn)值(萬元) 56

新增利稅(萬元) 1.5

節(jié)約總額(萬元) 24.40

應用后平均(節(jié)支)金額(萬元) 6.1萬元/層

(二)社會效益

社會效益分析:A.科技;B.教育;C.管理決策;D.資源保護;E.環(huán)境保護;F.安全生產(chǎn);G.改善勞動條件;H.醫(yī)療衛(wèi)生;I.國防;J.公共安全;K.人民生活;L.節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材;M.其它。

(三)采用遠紅外線加熱法的作用

1.采用遠紅外線加熱法對冬施混凝土進行養(yǎng)護,可加快混凝土強度的增長,從而加快了施工速度。與之相應,減少三大工具,機械設備利用時間,降低了工程成本,提高了工程的效益。

2.與傳統(tǒng)的蒸養(yǎng)及用木材或煤炭直接加熱相比,降低了能耗。因為電轉化為紅外線的比率達80%以上,90%的紅外光又可以被混凝土吸收,從而節(jié)約了能源又減少了煙的排放,避免了污染,保證了施工。

3.采用遠紅外線法對保證混凝土的質(zhì)量作用極大,同件砼試塊3d強度達30%以上,對冬施混凝土意義深遠。

4.遠紅外線加熱法,得到了當?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門及業(yè)主的肯定,取得了較好的社會影響。

參考文獻:

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[5]陳守蘭主編,《建筑施工技術》[M].北京:科學出版社,2005.

作者簡介:

閆成標(1964-),男,就職于江蘇鹽城二建集團,市場部、項目公司經(jīng)理,研究方向:工業(yè)與民用建筑;肖春虎(1963-),男,江蘇鹽城二建集團,董事長,研究方向:工業(yè)與民用建筑。