水利水电施工组织设计专项方案模块39低温季节混凝土施工.docx
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水利水电施工组织设计专项方案模块39低温季节混凝土施工
低温季节混凝土施工
第1节低温季节混凝土施工要求和措施
1.低温季节混凝土施工期的确定
1.1低温季节施工期标准
按照《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）规定，凡工程所在地的日平均气温连续5天稳定在5°C以下或最低气温连续5天稳定在—3°C以下时，即进入低温季节施工期。
混凝土受到冻害仅仅和温度有关，与施工的地点无关，因此在规范中以日平均气温作为标准。
气温稳定在气象学上是指在降温的低温季节连续5天通过某一温度，之后很难再恢复这一温度。
气象部门可以提供气温稳定在某一温度的资料，对科学合理确定施工期较为方便。
本章中涉及到的气温，除另有注明外，一律为日平均气温。
1.2.低温季节施工期划分
我国地域辽阔，地形复杂，气候多变。
应根据当地十年以上的气象资料确定低温施工期划分和天数，当缺乏当地气象资料时，可借鉴邻近地区的气象资料。
如果是平原地区可以利用气候指标图进行估计（内插法），山区则应研究当地山地的气象要素梯度变化特点，并有较多的测站时，才能使用。
在气象要素中对温度、湿度等内插精度较高，对降水、云量等精度较差，对地方性较大的风向、风力、雾等要素精度很低。
同时，可以运用气象要素的分布规律性进行推断。
如已有气象资料的地点与地形复杂、没有气象资料的地点相距不远，则大气环流、海、陆纬度等对气候造成的影响相差不多，气象要素的水平差异相对于垂直差异来说是不大的，这时，气象要素的差异主要是两地的海拔高度差和地形不同造成的，海拔高度和地形对气象要素产生的变化有一定规律，可以进行推算。
有关气象资料有一些经验公式可用。
目前，在国家气象局和各地气象台站的网站上大多有全国和各地气象资料的数据，可以检索查询。
根据气象资料的分析，参考我国低温季节施工期划分略图和我国各地低温季节施工期参考表。
见图9-1-1和9-1-1表。
确定低温季节施工期和施工天数。
注：
本章计算公式、图表引用自《水利水电工程施工组织设计手册》第三卷第十一章。
图9-1-1我国各地低温季节施工期划分略图
工程实践证明，当室外日平均气温低于-10°C以下时，施工费用比常温施工时增加50%以上，同时由于施工设备、建筑材料、施工各环节出现问题的机率成倍增加使施工效率仅为常温施工的40%左右，而且工程质量也容易出问题，因此不宜在低负温条件下进行混凝土施工。
表9-1-1我国各地低温季节施工期参考表
工程所在地区
施工期日平均温度
施工天数
起讫日期
北部寒冷地区
第Ⅰ区
-20°C以下
200～220
10月初～５月上旬
第Ⅱ区
-16°C以下
180～200
10月上旬～４月中旬
第Ⅲ区
-12°C以下
160～180
10月中旬～４月上旬
第Ⅳ区
-8°C以下
140～160
10月下旬～３月下旬
第Ⅴ区
-4°C以下
105～140
11月上旬～３月中旬
中部温和地区
第Ⅵ区
0°C以下
50～105
11月底～３月初
第Ⅶ区
+5°C以下
35～50
12月底～２月中旬
2.低温季节混凝土施工基本要求
2.1防冻和防裂
（1）防止混凝土早期受冻。
在低温季节，当气温低于0°C时，新浇混凝土内空隙和毛细管中的水分逐渐冻结。
由于水冻结后体积膨胀（约增加9%），使混凝土结构遭到损坏，最终导致混凝土强度和耐久性能降低。
因此，低温季节混凝土施工，首先要防止混凝土早期受冻。
（2）防止混凝土表面裂缝。
低温季节浇筑混凝土，外界气温较低，若再遇气温骤降（如寒流袭击），将由于混凝土内外温差过大，使混凝土表面产生裂缝。
因此，混凝土的表面保温养护是十分必要的。
（3）注意防止混凝土受冰胀力的破坏。
一般在低温季节混凝土施工时不允许有外来水（包括拆模后）。
但是，特殊情况有外来水时，当有水体接触混凝土而水的温度低于0°C时，水体冻结，对混凝土结构产生冻胀力。
如果混凝土结构设计时未考虑冻胀力的作用，应事先分析混凝土结构在冰的冻胀力作用下结构的安全性。
当结构有可能破坏时，应事先采取预防措施。
例如，在寒冷地区修建的混凝土面板堆石坝的面板混凝土施工期越冬时，面板下游堆石体底部的积水必须采取可靠的措施进行处理，否则这部分积水结冰后冻胀将使混凝土面板破坏。
常用的处理措施有两种方法，一是通过予埋的排水管用水泵持续排水，使其经常处于流动状态而不冻；二是在入冬前用保温材料覆盖混凝土面板（最好按设计要求回填面板上游的防渗黏土），经热工计算，确认面板下游的积水不会冻结。
2.2混凝土允许受冻结临界强度和混凝土的成熟度
混凝土在正温养护下获得一定强度后再受冻，混凝土结构不致造成破坏，后期强度能继续增长，最终强度可达28天龄期强度的95%以上。
这种受冻以前所应具有的强度，称为允许受冻的临界强度。
混凝土允许受冻临界强度是低温季节混凝土拆模、保温、检验混凝土质量的重要标准。
《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）规定，混凝土允许受冻临界强度值应满足下列要求：
（1）大体积混凝土不应低于7.0MPa（或成熟度不低于1800°C·h）；
（2）非大体积混凝土和钢筋混凝土不应低于设计强度的85%。
关于大体积混凝土，目前仍没有统一的定义，用表面积系数M（定义见表9－4－1）来表示仅仅是一种方法。
由于方法简单我国北方施工企业的工程技术人员习惯使用此法来划分大体积混凝土，用于热工计算，并在施工中以M<3来划分大体积混凝土。
目前，工业和民用建筑大体积混凝土使用得越来越多，一般在工业和民用建筑中，以M<5来划分大体积混凝土。
在工业和民用建筑施工中，《建筑工程冬期施工规范》（JGJ104-97）规定，混凝土允许受冻临界强度对于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混凝土不宜低于混凝土设计强度的30%，对于矿渣硅酸盐水泥混凝土不宜低于混凝土设计强度的40%。
在低温季节施工，混凝土浇筑块在变化的低温状态下进行养护，其强度增长不同于实验室条件下的情况。
实践证明，混凝土在低温养护条件下，其强度为养护龄期与养护温度乘积的函数。
乘积相等，其强度大致相等。
这个乘积称为混凝土成熟度。
采用混凝土成熟度作为检验低温季节混凝土是否达到允许受冻临界强度的标准和确定拆模时间比较方便。
泊格施特（S.G.Bergstrom）根据绍尔（Saul）理论建立了混凝土成熟度函数式，混凝土成熟度可按此式进行计算。
函数式是：
M=∑（t+10）at（9-1-1）
式中M—混凝土成熟度°C·h；
t—养护时段混凝土的平均温度°C；
at—温度为t的持续时间h。
这个公式曾被广泛应用，但实践证明，其误差较大。
在桓仁水电工程施工中提出了以下的计算公式：
M=∑（t+X）at（9-1-2）
式中X—实验常数。
与水泥特性有关，普通硅酸盐水泥X=5；矿渣水泥X=8。
使用不同的水泥应按配合比通过试验确定X值。
其它字母含义同前。
在桓仁、回龙山、白山等水电施工工地上一直沿用成熟度1800°C·h作为混凝土允许受冻标准，并用于确定拆模时间。
国内科研单位对国产的施工材料进行了大量的研究后提出了等效龄期法计算混凝土成熟度。
用等效龄期法确定混凝土强度宜按下列步骤进行：
1）用标准养护试件的各龄期强度数据，经回归分析拟合成下列形式曲线方程：
f=a·e-b/D（9-1-3）
式中f—混凝土立方体抗压强度MPa；
D—混凝土养护龄期d；
a、b—回归分析拟合参数；
e—自然对数底，e=2.71828。
2）根据现场实测混凝土养护温度资料，用公式9-1-4计算混凝土已达到的等效龄期（相对于20°C标准养护时间），以等效龄期t作为D代入公式9-1-3即可计算出强度。
t=∑（αTtT）（9-1-4）
式中t—等效龄期d；
αT—温度为T的等效系数，按表9-1-2采用；
tT—温度为T的持续时间d。
表9-1-2温度T与等效系数αT关系表
温度T（°C）
等效系数（αT）
温度T（°C）
等效系数（αT）
温度T（°C）
等效系数（αT）
50
3.16
28
1.45
6
0.43
49
3.07
27
1.39
5
0.4
48
2.97
26
1.33
4
0.37
47
2.88
25
1.27
3
0.35
46
2.80
24
1.22
2
0.32
45
2.71
23
1.16
1
0.30
44
2.62
22
1.11
0
0.27
43
2.54
21
1.05
-1
0.25
42
2.46
20
1.00
-2
0.23
41
2.38
19
0.95
-3
0.21
40
2.30
18
0.91
-4
0.2
39
2.22
17
0.86
-5
0.18
38
2.14
16
0.81
-6
0.16
37
2.07
15
0.77
-7
0.15
36
1.99
14
0.73
-8
0.14
35
1.92
13
0.68
-9
0.13
34
1.85
12
0.64
-10
0.12
33
1.78
11
0.61
-11
0.11
32
1.71
10
0.57
-12
0.11
31
1.65
9
0.53
-13
0.10
30
1.58
8
0.50
-14
0.10
29
1.52
7
0.46
-15
0.09
3.低温季节混凝土施工措施
按照工程所在地区的气象资料，编制专项的施工组织设计和施工技术措施，保证浇筑的混凝土满足设计要求。
需要研究确定低温季节施工的起迄日期，要求进行环境及各环节的热工计算，保温材料的调查，配合比、外加剂试验，对掺有外加剂的骨料的试验、混凝土质量检查和测量方法及设备、采用成熟度计算混凝土的强度、气温骤降的施工保护措施等。
以便作好施工准备。
低温季节混凝土工程施工设计和施工措施设计的具体内容应至少包括：
（1）正确布置骨料储存及堆放系统，如堆料场形式，温度、湿度的控制，骨料运输方式，以及相应的保温措施等；
（2）选择骨料预热方法，确定骨料预热数量和预热温度；
（3）选择混凝土拌和系统和运输设备的保温措施；
（4）确定混凝土浇筑注块体尺寸（面积和高度）与块体升高速度；
（5）研究确定混凝土浇筑施工暖棚形式、仓面温度要求、混凝土浇筑与养护方法以及地基表面的加温措施，并应有防火措施；
（6）选择保温模板形式和拆模后的保温防裂措施；
（7）准备测温仪器，确定测温方法及组织管理；
（8）确定采暖方式、采暖温度与供热系统的布置，选择供热锅炉设备；
（9）编制各项保温材料、燃料、施工设备、劳动力等计划；
（10）编制施工进度计划，核算低温季节施工增加费。
第2节低温季节混凝土施工供热系统
1.施工供热
大、中型水利水电工程混凝土低温季节施工时，应采用蒸气锅炉集中供热，以保证各施工环节的采暖需要。
施工供热系统的范围包括：
施工建筑物的采暖，骨料预热以及其它原材料的加热，浇筑生产的供热（浇筑仓面、暖棚或蒸气养护）等。
参见东北某工程的供热系统工艺示意图9-2-1。
1.1供热系统的布置
混凝土低温季节施工供热系统的布置，要根据运输条件、施工现场的地形与主体工程和施工系统的布局等情况，经过技术经济比较后，再确定方案。
首先应选择集中供热方案，锅炉位置应设在供应中心，距主体工程供热管路应最短，热量损失应最小，而且要注意环境不被污染。
供热系统的布置参见图9-2-2。
1.2供热系统的锅炉及附属设备
1.2.1锅炉类型选择
供热系统的主要设备是锅炉。
锅炉类型的选择，要考虑满足如下几个方面：
（1）锅炉应能保证低温季节施工中最大热负荷的要求，并且供热介质（蒸气或热水）也要满足低温季节施工的需要。
（2）锅炉应有较高的热效率，锅炉蒸发量能有效地适应负荷变化的要求。
（3）应有较低的基建投资和运行管理费用，锅炉设备应尽可能就地就近订货。
（4）宜选用适合施工现场便于安装、维护、迁移的锅炉。
（5）尽量选用对水质标准要求较低，适应本地区煤种的锅炉。
1.2.2锅炉类型
常用的锅炉有立式锅炉、卧式锅壳锅炉、水管锅炉和沸腾锅炉。
（1）立式锅炉适用于工地临时用汽或用汽量不大、工作压力要求不高的场所，它因其基础简单，占地面积小，移运方便，安装迅速，操作容易（人工加煤），投资费用少，但一般热效率低，,如保养使用不良易发生事故。
现属于淘汰锅炉，一般不提倡使用。
（2）卧式锅壳锅炉适于蒸气采暖工程，它具有结构简单、汽压稳定、操作容易、对水质标准要求不等特点，但承受压力低，燃料消耗大，锅炉效率不高。
（3）卧式快装锅炉的特点是结构紧凑，体积小，安装容易，便于移运，对地基要求简单，投资较省，锅炉热效率高，对燃煤品质适应范围广，但对水质要求高，而且由于蒸发率高，水容量小，在负荷突然变化时，易产生汽水共腾现象。
图9－2－1某水电工程混凝土低温季节施工供热系统工艺示意图
图9－2－2白山工程混凝土系统30t/h锅炉房布置
1－铁路煤车；2－钢结构煤棚；3－卸货地弄口；4－1号皮带机；5－2号皮带机；6－反击式碎煤机；7－3号皮带机；8－圆筒筛；9－储煤斗；10－4号皮带机；11－5号皮带机；12－10t储煤斗；13－高压鼓风机；14－引风机；15－沉降室；16－钢板烟囱；17－热水交换器；18－热水泵；19－冷凝水泵；20－水处理罐；21－回水池
（4）水管锅炉适用于大型工业，蒸发量20～30t/h，蒸气压力可达2.5MPa（25kgf/cm2）.
（5）沸腾锅炉它的优点可烧无烟煤和劣质煤，汽压稳定，出力高，供热有保障。
缺点是土建和安装工程量较大。
1.2.3锅炉产品的铭牌形式和代号
（1）国产工业的锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连，见图9-2-3。
图9－2－3工业锅炉型号组成
（2）锅炉本体型号、燃烧方式和燃料种类汉语拼音字母代号见表9-2-1。
表9－2－1锅炉体型号、燃烧方式和燃料种类代号
锅炉本体型号、燃烧方式和燃料种类代号
立式水管
立式横火管
卧式内燃
卧式外燃
卧式快装
立式快装
LS（立、水）
LH（立、火）
WN（卧、内）
WW（卧、快）
kZ（快、纵）
kL（快、立）
双汽包横置式
单汽包纵置式
双汽包纵置式
卧式双锅筒
双横汽包
热水锅炉
SH（双、横）
DZ（单、纵）
SZ（双、纵）
WS（卧、双）
HH（横、横）
RS（热、水）
燃烧方式代号
固定炉排
活动手摇炉排
链条炉排
抛煤机
G（固）
H（活）
L（链）
P（抛）
振动炉排
往复推动炉排
燃汽炉
燃油炉
Z（振）
W（往）
Q（气）
Y（油）
燃料代号
无烟煤
烟煤
贫煤
劣质烟煤
W（无）
A（烟）
P（贫）
L（劣）
褐煤
煤矸石
油
气
H（褐）
S（石）
Y（油）
Q（气）
13—工作压力1．3MPa（13kgf/cm2）;
300—过热蒸气温度为300°C；
1—第一次修改设计或改变设计煤种。
（3）锅炉产品的铭牌型号的举例说明：
“kZL4－13－W锅炉”中各符号含意为：
k—快装；Z—纵锅筒；L—链条炉排；
4—蒸发量4t/h;13—工作压力1．3MPa（13kgf/cm2）;
w—适用于无烟煤。
“SHL20－13／300－1锅炉”中各符号做含意为：
SH—双汽包横置式；
L—链条炉排；20—蒸发量20t/h;
1.2.4水电工地常用锅炉和较大型锅炉型号及性能
水电工地常用锅炉和较大型锅炉型号性能见表9－2－2和表9－2－3。
表9－2－2工地常用小型锅炉
序号
锅炉名称
型号
蒸发量
（t/h）
工作压力
（MPa）
产地
1
立式简易煤气锅炉
LSG0.7－7－Q2
0.7
0.7
沈阳
2
立式简易煤气锅炉
LSG0.4－8－2
0.4
0.8
西安
3
立式横水管锅炉
LSA0.2－4－AⅢ3
0.2
0.4
上海
4
立式锅炉
LSC0.2－0.9－AⅡ
0.2
0.09
鞍山
5
立式火管锅炉
LHS1－0.9
1
0.09
鞍山
6
双锅筒双层炉排快装锅炉
kHSS0.5－7－A
0.5
0.7
哈尔滨
7
双层炉排卧式整装锅炉
DZN1－8
1
0.8
哈尔滨
8
卧式快装锅炉
kZG0.2－5
0.2
0.5
9
卧式快装锅炉
kZG0.5－8
0.5
0.8
10
卧式链条快装锅炉
kZL1－8
1
0.8
11
立式链条快装锅炉
kLL2－13
2
1.3
12
卧式链条快装锅炉
kZL4－13－AI（D）
4
1.3
13
卧式外燃往复炉排锅炉
WWW1－7－AⅢ2
1
0.7
北京
14
卧式外燃往复炉排锅炉
WWW2－7－AⅢ2
2
0.7
北京
15
快装双横锅筒往复炉排锅炉
kHW2－7－A
2
07
沈阳
16
往复炉排快装锅炉
kZW1－8
1
0.8
哈尔滨
17
往复炉排快装锅炉
kZW2－13
2
1.3
哈尔滨
18
往复炉排快装锅炉
kZW4－13
4
1.3
哈尔滨
19
卧式内燃链条锅炉
WNL2－13－AⅢ
2
1.3
天津
20
卧式内燃链条锅炉
WNL4－13－AⅢ6
4
1.3
天津
21
双锅筒纵置式往复炉排锅炉
SZW2－8－A
2
0.8
沈阳
22
双锅筒纵置式往复炉排锅炉
SZW4－8－A
4
0.8
沈阳
23
汽水两用锅炉
SZW2－13120／150－H（A）
2
1.3
哈尔滨
24
汽水两用锅炉
SZW1－1360／150－H（A）
1
1.3
哈尔滨
表9－2－3水电工地常用锅炉的技术性能
序号
项目
单位
卧式快装锅炉
双纵汽包煤机水管锅炉SZP
双纵汽包抛煤机倒转转炉排水管锅炉
沸腾锅炉
1
型号
kZG－
1－8
kZG－
2－8
kZL－
4－8
6．5－13
10－13
SZD－
10－25
密孔板
风帽
风帽
2
额定蒸发量
t/h
1
2
4
6．5
10
10
4
8
12
3
蒸气压力
MPa
0．8
0．8
0．8
1．3
1．3
2．5
0．8
0．8
0．8
4
蒸气温度（饱和）
℃
174．5
174．5
174．5
194
194
225
174．5
174．5
174．5
5
锅炉总受热面积
m2
20
62
110
250
305
212
129
207
303
6
辐射受热面积
m2
23．9
40
41
7
对流受热面积
m2
180．6
265
171
103．7
173
248
8
沸腾受热面积
m2
6．4
14
20．7
9
悬浮受热面积
m2
15．5
20
34．5
10
省煤器受热面积
m2
12．5
27．8
94．4
95．2
94．4
42
90
77
11
空气预热器受热面积
m2
53．75
12
炉排面积
m2
1．87
2．25
4．2
6．7
10．6
9．5
13
炉室容积
m2
23．6
27．6
36
14
排烟温度
℃
260
250
200
200
200
180
200
200
200
15
烟气阻力
mm水柱
76.3
85.5
180
180
180
180
16
布风板面积
m2
0.5
2.64
3.6
17
开孔率
%
8.4
2
18
锅筒直径
mm
1200
1500
1832
1000
1000
1000
1000
1000
1000
19
锅炉长度
m
4.0
4.6
6.34
7.30
9.40
9.20
5.50
5.70
7.80
20
锅炉宽度
m
1.85
2.15
2.51
3.80
3.94
3.83
3.35
4.00
3.80
21
锅炉高度
m
2.62
2.9
3.8
7.35
10.0
6.00
4.28
4.10
5.70
22
锅炉容水量
m2
2.6
4.2
7.5
8.14
9.5
9.5
6.7
8.0
10.2
23
锅炉重量
t
7.8
10.7
26
16.5
38
52.5
24
烟囱直径
mm
280
300
400
600
800
800
25
适用煤种
烟煤
烟煤
贫煤
褐煤，劣质煤，无烟煤
1.2.5锅炉数量
关于锅炉的数量，应该选定的每台锅炉均能在经济和效率高的条件下，适应不同负荷的需要。
一般锅炉的经济负荷是额定蒸发量的70％～80％。
锅炉的数量，最少应选用两台，避免只用1台；人工加煤的锅炉不宜超过5台；机械化加煤的锅炉最好安装2～4台。
1.2.6附属设备
关于高压鼓风机、引风机、水泵、水处理设备、热工仪表等附属设备，可参照有关的产品标准目录选用即可，不必另行计算。
散热器的选型要根据房屋类型,、耗热量大小来确定低温季节施工生产系统的管理房屋，例如车库、工地试验室等耗热量不大的建筑，可用暖汽片厂出产的定型散热器，像大60片式铸铁散热器等。
特殊要求的部位，如拌和楼需设热风幕，可采用暖风机。
暖棚、取暖廊道等耗热量大的部位，可根据热工计算采用自焊无缝钢管的散热排管。
对骨料预热仓，因结构构造形状有别于其它建筑，而且对散热器的抗碰、砸及耐磨强度要求很高，需自制斗形排管采暖。
1.3锅炉蒸气量计算
选择施工供热系统的蒸气锅炉，需要进行有关的热工计算，求得整个低温季节施工所需的最大小时总热负荷，计算出需要的锅炉蒸气量并根据煤质等条件，选出合适的锅炉型号。
低温季节施工最大小时总热负荷包括生产系统的房屋采暖和生产各环节耗热两部分。
而水电工程施工的生产环节耗热有原材料预热和施工养护两项。
最大小时总热负荷计算按下式：
Q﹦kO（k1Q1＋k2Q2）（9-2-1）
式中Q—低温季节施工的最大小时总耗热量，kJ／h;
Q1、Q2-—房屋采暖和生产小时耗热量，kJ／h;
kO、k1、k2—管路热损耗、采暖、生产耗热同时使用系数，kO取1．1～1．5；
k
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