研制大体积混凝土施工养护新方法QCWord文件下载.docx
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项目管理部副部长
现状调查、数据分析
6
陈晓斌
工安分公司部长
协调
7
周霞
女
资料员
基础数据资料整理
8
周小萍
施工员
实施
9
刘剑辉
工长
10
徐小华
材料员
实施数据资料整理
制表人：
周霞审核人：
邱国平制表时间：
2013年3月3日
三、选题理由
首次面临跨专业的重大技术问题，小组咨询了集团技术专家组，并查阅了档案资料，得知大体积混凝土施工需要避免主要质量缺陷及其关键影响因素：
图3-1大体积混凝土施工主要质量缺陷及其关键影响因素
制图人：
邱国平制图时间：
2013年3月4日
“施工冷缝”，无论是混凝土配合比、浇筑顺序及输送方式上，集团专家都给我们介绍了在多个项目上成功运用的成熟方案。
而“温度裂缝”，因不同项目环境温度、浇筑量及养护方式差别较大，尚未能给出相对成熟且适用性广泛的方法。
为此，小组调查了集团承建的多个不同类型高炉资料，对可以数据化的参数（如：
气温、浇筑量）结合温差超标时间（规范要求里表温差ΔT≤25℃）进行了统计分析，并绘制了关系曲线图：
里表温差超标及相关参数统计分析表表3-1
项目名称
高炉
容积
（m3）
基础
方量
平均
气温
（℃）
养护
时间
（D）
温差超标
累计时间（h）
超标时长
比例
（%）
安钢4#高炉
2500
4860
22
18
85
19.68
新余2#高炉
1850
3330
14
64
12.12
济钢5#高炉
3200
5800
16
20
82
17.08
舞钢新1#高炉
1400
2650
31
19.05
鄂钢1#高炉
1780
3460
98
25.52
合计
20100
90
393
18.19
2013年3月6日
图3-2大体积混凝土施工主要参数关系曲线图
通过曲线图可以看出，施工气温、浇筑量与超标比例之间无线性规律可循，因此，小组把大体积混凝土的养护方式做为重点进行研究，决定将“研制大体积混凝土施工养护新方法”作为本次活动的课题。
小组针对此次课题制定了活动计划表
QC小组活动计划表表3-2
阶段
活动
项目
活动时间（2013年3月——2013年9月）
2013.3
2013.4
2013.5
2013.6
2013.7
2013.8
2013.9
P
选择
课题
确定
目标
提出各种方案并确定最佳方案
制定
对策
D
C
效果
检查
A
巩固
措施
计划
实际
总结
制表人：
2013年3月7日
四、设定目标
1、目标值设定分析
通过查阅专业资料，小组发现养护的基本需求包括：
1）浇筑体内降温速度快、温差调节响应时间短（里表温差规范要求ΔT≤25℃）；
2）降温速率均匀（规范要求Δt/d≤2℃）。
而集团内高炉施工期间的多份测温监控曲线图及临时意见书显示出：
1）温差超标（ΔT≤25℃）起始阶段一般都在浇筑开始48h后开始，然后延续近一周时间；
2）
降温速率不均匀且超标一倍多，最高达4.3℃/d。
图4-1高炉基础混凝土浇筑各层温度记录曲线图
2013年3月9日
由上图曲线可见：
1、浇筑开始大约30h之后里表温差开始扩大，48h左右开始巨变至超过规范值ΔT≤25℃；
2、里表温差最大接近40℃。
图4-2高炉基础混凝土浇筑各层温度记录临时意见书
2、设定目标值
基于上述分析，我们将：
1、浇筑开始48h后，里表温差ΔT≤25℃
2、降温速率Δt/d≤2℃
作为本次活动的目标。
3、目标可行性分析：
按照《大体积混凝土施工规范》要求：
1.里表温差ΔT≤25℃；
2.降温速率Δt/d≤2℃。
而集团档案室提供的数据如下：
里表温差及降温速率统计分析表表4-1
养护时间
最大里表
温差
平均里表
最大降温
速率
平均降温
MaxΔT
ΔT
MaxΔT/D
ΔT/D
（℃/D）
34
27
2.6
2.1
23
1.9
1.6
28
2.7
1.8
26
2.9
2.3
42
3.6
平均值
32.2
23.2
2.98
1.98
2013年3月10日
资料显示：
1、我们有过将里表温差和降温速率的绝对值以及平均值全部控制在规范范围内的经历。
2、仅从平均值来看，以上5个项目的平均里表温差、平均降温速率均符合规范要求。
3、我公司虽是第一次独立承担全系统高炉专业施工，但集团调配了施工经验丰富的专家组成员担任土建专业施工负责人。
4、公司具有多个专业的跨专业协作能力，项目部成员QC活动经验丰富，多次荣获冶金系统及省、市、国家级QC活动优秀奖。
经过分析，小组一致认为：
在小组成员努力的基础上，通过跨专业融合、明确分工，按照创新型QC活动的基本步骤逐步实施，活动目标是可以实现的。
五、提出方案并确定最佳方案
1、方案的提出
经过小组成员进行同业咨询、网络搜索及查询系统查新，未发现有类似可借鉴及参考的技术资料，小组成员运用“头脑风暴法”针对具体需求，提出多个需求组合并最终汇总出三种不同方案并进行了对比分析：
1.温控方式主动化、多样化
2.温控方式的智能化、自动化
3.温控方式的相对独立化、便捷化
2、方案的分析和论证
针对上述功能需求，小组成员对三个不同的方案进行了综合性能的组合和对比：
不同方案功能组合对比表表5-1
方法
名称
实现途径
功能需求
主动化
多样化
智能化
自动化
独立化
便捷化
被
动
式
保
温
养
护
混凝土内埋管：
1.增大管径、提高流量
2.采用加压泵，提高流速
3.增加表面保温延缓热量散失
混凝土内预埋水管的水流流量、流速可调；
表面保温只能实现延缓表面热量散失
温控措施单一、被动
无
管路整体循环，无法实现独立调节
主
升
2.增加表面保温延缓热量散失
3.设加热器提高表面温度
除上述功能外，还可采取措施增加加热器提高表面温度
调节方式相对主动
联
调
节
混凝土内埋管+混凝土表面铺设管道：
1.利用散热水管余温进行表面保温
2.采用加压泵增加流速
除上述功能外，还可利用散热水余温进行表面保温、采用加压泵增加流速
混凝土内外温控措施多样化、调节方式完全主动、过程完全可控
可借助PLC实现过程控制的自动化
混凝土外铺设散热水管与混凝土内埋管联通，但通过设置交换水箱实现温控功能的独立调节
汪艳勇审核人：
2013年3月12日
为进一步验证上述分析是否正确，小组进行了实物模拟养护实验：
实验条件：
8m3混凝土+50m预埋管道
实验目标：
管道出口水温降至30℃
被动式保温养护分析表表5-2
方案特点
实验数据
1.增大管径，提高流量快速散发热量
3.增加保温措施延缓表面热量散失
1.降温时间：
146min
2.降温速率：
0.205℃/min
3.最大温差：
22℃
优点
缺点
1.方法简单明了
2.实施可操作性高
3.降温效果明显提高
1.一次性预埋钢管消耗量较大
2.保温投入增大且保温效果不高
3.水消耗量增加近一倍
实施示意图
结论：
不采用
主动式升温养护分析表表5-3
2.增加保温措施延缓表面热量散失
2.设加热器提高表面温度
182分钟
0.165℃/min
19℃
1.措施简易、可操作性高
2.实施成本低于方案一
3.可较为快速调节温差
2.水消耗量较大
3.保温投入增大且保温效果不高
联动式调节养护分析表表5-4
3设加热器提高表面温度
215分钟
0.140℃/min
16℃
1.温度调节速度快、精度高且可实现自动化
2.冷却水可循环使用，消耗极低
3.除启动时水箱内基本储水外，基本无排放
1.工艺复杂，需多专业合作
2.实施难度大
3.需前期投入部分机具
采用
3、方案的细化分析
围绕“方案三”小组展开专题讨论，针对实施过程中必须解决的三大系统提出了11个细化方案，并将结果用亲和图整理如下：
图5-1养护新方案“三大系统”归纳亲和图
2013年3月14日
在此基础上，我们分别针对三大系统功能的不同实现方式进行了进一步的定性和量化分析：
混凝土内部降温方案分析表表5-5
可选方案
方案一
方案二
方案三
方案四
加大
冷却水管径
增加
冷却水管数量
设置加压泵
增加流速
降低入模温度
难易程度
及可操作性
实施简单，原材料采购难度小
实施难度不大，原材料采购难度小
实施简单，设备可利旧
实施难度大，受气温影响较大
材料成本
原有管道1440m，管径加大后，重量增加2.485t，共计10437元
原有管道1440m，由5层增加为7层，重量增加2.312t，共计9711元
利旧，无
冰块使用量受制于天气影响，无法估算
人工成本
基本无变化
增加12个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本1920元
增加2个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本320元
需增加作业人员2人，持续降温3天，按单价160元/工日计算，共增加成本960元
机械成本
公司收取租金约60元
冰块运费，每天两车，运费30元/车，持续降温3天，共增加180元
成本增加合计
10437元
11631元
380元
1140元
使用寿命
一次性预埋
不可回收
可重复使用
一次性投入
工期影响
+2d
+4d
+1d
+0d
性能
降温效果明显
可调节性差
可灵活调节
降温效果一般
结论
2013年3月16日
混凝土外部保温方案分析表表5-6
增加表面覆盖厚度
表面蓄水加热
利用散热水余温
实施简单，但蓄水密封难度较大，需不断补水
实施简单，但需建立循环水系统
原有混凝土表面积289m2，增加一层草甸（10元/m2），增加一层塑料膜（12元/m2），共计3468元；
表面铺设塑料膜，周边使用密封材料，A=289m2，L=68m，增加密封材料（20元/m），增加一层塑料膜（12元/m2），共计4828元；
表面铺设循环水管，管道长度L=240m；
管径D50*3.5，重量增加0.963t，共计4045元
增加12个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本1920元；
按增加作业人员2人，持续降温3天，按单价160元/工日计算，共增加成本960元，养护补水人工成本可忽略不计
8278元
5788元
5965元
可重复使用，成本可两个高炉摊销
保温效果明显且可调节，但劳动强度大
保温效果一般
且无法调节
保温效果明显
可采用，需完善
温差调节机制方案分析表表5-7
联动式水循环+PLC自动化
独立式水循环+PLC自动化
联动式水循环+人工控制
独立式水循环+人工控制
实施难度大，调试时间长，要求有自动化专业人员配合
实施简单
需专人值守
PLC系统（含软件）约3万元
只需1人监控养护15天，按单价160元/工日计算，
共增加成本2400元
需2人监控养护15天，按单价160元/工日计算，共增加成本4800元
需6人协同作业养护15天，按单价160元/工日计算，共增加成本14400元
需8人协同作业养护15天计算，按单价160元/工日计算，共增加成本19200元
32400元
34800元
14400元
19200元
可长期
重复使用
一次性
即时人工消耗
+3d
调节起效快，自动化程度高，劳动强度低
自动化程度不高，劳动强度较低
温差调节效率较高，劳动强度大
内部降温及外部保温起效快，温差调节效率较低，劳动强度大
4、初选最佳方案：
图5-2最佳方案初选路径结构图
5、细化最佳方案
在混凝土外部保温方案选定为利用散热水余温的基础上，我们针对其三大主要功能需求，进行了更为细致的分析和功能设计：
利用散热水余温方案分析表表5-8
难易程度及可操作性
成本增加情况
使用
寿命
调速
增加水泵即可实现，实施简单，原材料采购难度小
1.材料成本：
2.人工成本：
3.机械成本：
公司收取租金4元/台/天，按使用一台水泵连续作业15天估算，共增加成本60元
合计：
可长期重复使用
调节散热水流速，有利于快速缩小里表温差
蓄水
增加水箱即可实现，实施简单，原材料采购难度小
需制作简易水箱一个，容积需大于冷却水管与保温水管的容积差，估算约1.75m3，共需消耗t=10mm钢板约0.824t，共增加成本3461元
增加8个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本1280元
制作及安装需8t汽车吊1台班，共增加400元
5141元
1.启动时预热保温水，缩小温差；
2.均衡各层冷却水温度，利于精确控制降温速率
加热
增加加热器即可实现，实施简单，原材料采购难度小
5KW加热器，共3个，按单价20元/个计算，共增加成本60元
380元，使用成本需另计
增加保温主动性，有利于快速缩小里表温差
2013年3月18日
6、确定最佳方案并绘制工艺图：
图5-3养护新方案“三大系统”方案选定路径图
图5-4养护新方案工艺流程图
2013年3月20日
六、制定对策
对策实施表表6-1
方案
地点
完成
负责人
混凝土内部降温
1.根据传感器测温值决定是否启动增压泵增加流速。
2.浇筑开始48h后，里表温差ΔT≤25℃。
1.设计管道循环路线
2.计算循环水管路体积，设计并制作、安装尺寸合适的外部水箱
3.混凝土浇筑前预埋冷却水管，配置机电设备进行组装、调试
4.混凝土浇筑前预埋温度检测探头并连接传感器
现场办公室及施工现场
2013.5.13
混凝土外部保温
1.根据传感器测温值决定是否启动热水箱加热装置。
2.浇筑开始48h后，里表温差Δt≤25℃。
3.降温速率Δt/d≤2℃
2.计算循环水管路体积，设计并制作、安装尺寸合适的热交换水箱
3.配置机电设备进行组装、调试，预制混凝土表面保温用管道
4.混凝土浇筑完立即现场完成管件的联通并连接测温探头并连接传感器
2013.5.15
温差调节机制
1.自动调节管内压力，相应调节流速，缩短温差调整时间
1.电气专业人员根据PLC控制逻辑电路需求提出加压控制技术装备需求，设计PLC控制逻辑电路
2.购置相关机电设备、软件进行组装、调试直至试验合格
3.根据施工季节温度、混凝土入模温度等特性、按照规范要求设置温控参数
4.混凝土浇筑完毕立即连接各部位温度传感器及控制电路至PLC控制器
机电公司自动化部、现场办公室及施工现场
2013年3月25日
七、对策实施
实施一：
建立联动式循环水系统
步骤1：
循环水路设计
图7-1循环水路工艺图
2013年3月28日
步骤2：
设计水箱
图7-2水箱设计示意图
2013年3月30日
水箱体积T=混凝土内预埋管内空体积+混凝土表面保温管内空体积+预留水泵启动水（约2m3）
步骤3：
预埋冷却水管
图7-3预埋冷却水管施工照片
2013年4月6日
步骤4：
预埋测温探头
图7-4测温探头预埋示意图及探头实物
2013年4月10日
实施效果：
由系统图可见，冷却水带出的热量最终作用于混凝土表面，从而缩小了里表温差，温差始终没有超过25℃，48h后的温度监控曲线图如下：
图7-5南京钢铁集团有限公司5#高炉基础混凝土浇筑温度记录曲线图
2013年5月13日
实施二：
循环水路设计，与对策一相同
热交换水箱制安
图7-6水箱预制
2013年4月11日
预制混凝土表面保温管
图7-7保温管预制
2013年4月12日
连接传感器
图7-8连接传感器
2013年5月9日
由系统图可见，冷却水的热量作用于混凝土表面，从而缩小了里表温差；
热水箱内的加热器也起到了降低内外温差的作用，并控制了降温速率。
图7-9南京钢铁集团有限公司5#高炉基础混凝土浇筑温度测温数据
由现场控制器输出的数据显示：
同一点位最大温差10℃，同一时间内不同点位最大温差23.6℃。
实施三：
设计PLC系统
图7-10PLC系统图
PLC试制、调试
图7-11PLC系统调试
2013年4月15日
相关参数设置及控制
图7-12PLC系统参数设置及工作流程
2013年4月18日
连接PLC各控制端子
图7-13PLC系统连接至控制中心（PC）
2013年4月19日
1、传感器测温值经PLC处理后，给水泵、加热器传递不同的信号，快速对上述功能部件进行调节进而快速缩小混凝土内外温差；
2、由于实现了多功能联动，通过PLC实现了精确温控，达到了控制降
升级会员 