哈薩克斯坦嚴寒地區冬季混凝土施工經濟技術研究

摘要 關于冬季混凝土施工國內外現狀進行介紹，對國內冬季混凝土施工傳統工藝的優劣進行分析，重點介紹在哈薩克斯坦寒冷地區冬季混凝土施工應用最為廣泛的電阻絲加熱施工工藝。從影響冬季混凝土施工的多個環節和注意事項系統介紹了冬季混凝土施工準備、所需機械物資材料、澆筑及養護過程中的保溫措施及重點注意事項。并從成本方面簡要分析其經濟可行性，以期對國內同行在類似環境下進行冬季混凝土施工起到一定的參考和借鑒意義。

關鍵詞 冬季混凝土施工;傳統施工工藝;電阻絲加熱;經濟技術分析

中圖分類號 TU755 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0059-03

收稿日期：2022-04-11

作者簡介：劉光忠（1985—），男，本科，工程師，從事公路橋梁施工技術管理工作。

0 引言

冬季混凝土施工由于環境氣溫低導致混凝土施工質量難以保證，而為了確保施工質量往往需要增加大量人員、設備和材料投入，導致經濟可行性差。中鐵十四局集團在哈薩克斯坦實施的公路項目技術組，利用該地區漫長的冬季，檢驗該國使用十分成熟的電阻絲加熱養護混凝土施工工藝，取得了顯著的效果，技術難度低，經濟可行性大大提升。

1 國內外現狀

20世紀80年代以來，國家先后在黑龍江、甘肅等寒冷地區成立了科研小組，探索冬季混凝土施工技術。混凝土冬季施工的關鍵是混凝土冬季施工和養護工藝，根據2011版《建筑工程冬期施工規程》，目前在國內應用并得到推廣的冬季混凝土施工和養護技術有6大類、10余種方法，但應用最普遍的只有蓄熱法、電熱毯法和暖棚法等三種較為傳統的施工工藝[1]，且近年來我國寒冷地區每年進行冬季施工的面積占比不足40%，多數企業因考慮成本選擇不進行混凝土冬季施工。

相較于國內，俄羅斯、哈薩克斯坦等寒冷地區，由于冬季嚴寒而漫長，而且寒冷等級比國內更高，更早地開始探索和應用混凝土冬季施工技術，并且更熱衷于采用加熱混凝土效率更高的電加熱技術，目前在俄羅斯和哈薩克斯坦地區使用最廣泛的冬季混凝土施工工藝之一就是電阻導線加熱法養護混凝土，超過70%的工業與民用建筑采用這種工藝，哈薩克斯坦寒冷地區冬季施工的面積占比超過了80%，因此研究這些地區的冬季混凝土施工技術，加以改進并在國內寒冷地區推廣應用，有助于提高我國冬季施工的總體水平，具有顯著的經濟和社會價值。

2 傳統施工工藝及優劣分析

2.1 電熱毯加熱法

電熱毯是可以自主運行的設備，預熱時間是自動設置的，無須人員監視設備的開啟和關閉。與用電線加熱結構相比，設備所消耗的電能要少得多。該方法可以有效地加熱材料，加熱均勻進行施工，不會發生局部過熱，混凝土將硬化而不會產生微裂紋并具有高強度。

這種方法的優點是使用簡單，設備不需要復雜的維護，無須控制加熱溫度，自動控制;在12 h內，結構物達到設計強度的70%。缺點：溫控器價格昂貴，并非每個開發商都可以購買;市場上的大多數產品都是假貨，不適合加熱混凝土，因為它由韓國的加熱膜組成，專為地暖而設計;這種設備的功率太低，無法加熱混凝土混合物。

2.2 電極加熱法

這種加熱法加熱時不必使用PNSV導線，如果澆筑平板基礎或混凝土板，則此方法不適用。通常在澆筑圓柱，隔板，墻壁時使用，這種加熱方法非常方便，不需要額外的費用。此外還需要一個變壓器，金屬棒連接到變壓器，再連接到混凝土結構。降壓變壓器將提供欠壓加熱結構的金屬部件。

環境溫度是確定電極之間間距時必須考慮的重要因素。電極之間標準間距為0.6～1 m。混凝土的加熱是由于其中的水分產生的水化反應。變壓器將三相電傳遞到結構，安裝的電極之間的區域被加熱。該方法的優點是安裝簡單、快速;材料成本低。缺點是電極需要消耗大量能量。一個電極大約需要45～50 A，而功率為80 kW的降壓變壓器不能連接到大量電極上。為了解決該問題，建議使用多個變壓器。鋼筋和線材在加熱后不能從結構中拉出。

2.3 模板加熱法

此方法在模板中插入加熱元件，通過加熱模板來加熱混凝土。該方法的優點在于，如果有必要，可以很容易地更換其故障元件;高性能，相對較低的能源成本;可以在嚴寒條件下使用;可以重復使用多次。缺點是成本高，如果結構是非標準的，會帶來不便;準備、安裝需要一些時間。

2.4 感應加熱法

這種加熱方法很少使用，并且少于百分之十。材料的加熱由于磁感應而進行，并轉化為熱量。通過使用絕緣導線匝和安裝在結構中的金屬零件可以實現此過程。該過程的主要困難在于，必須考慮到結構中的金屬量，才能準確地計算導線的匝數。通常幾乎不可能做到這一點，這就是為什么磁感應方法不被廣泛使用的原因。

2.5 紅外線加熱法

引導式紅外設備可以在冬天加熱混凝土。該設備不需要安裝在任何地方，加熱可以直接通過結構的模板發生。紅外線裝置可以對裸露的混凝土表面進行高質量的加熱。適用于任何結構。熱量調節非常簡單，通過將加熱元件移開或移近結構來進行。優點：該方法可有效地提高混凝土質量。缺點：設備價格高。如果生產量大，則紅外裝置需要很多，對于承包商來說成本太高;該方法會加快混凝土中水分的蒸發，從而削弱其強度。為避免此問題，建議用薄膜覆蓋結構。

2.6 暖棚加熱法

使用方式為在混凝土結構上蓋上框架，并蓋上防水油布，加熱裝置放置在暖棚內。該方法的優點：升溫相對較快;能源成本低，可以使用天然氣或其他燃料。缺點：耗時較長，尤其是在大面積區域。

3 電阻絲加熱施工工藝

該工藝通過電機加熱混凝土結構物內部提前埋設的PSNV導線，確保結構物在混凝土初期強度增長的關鍵時期不受凍。根據天氣情況控制加熱時間，配合簡單的外部保溫措施，既保障了混凝土初期強度，又可以保證后期強度增長，經濟技術方面表現優異。根據哈薩克本地經驗，該文依托東哈州卡麥9標項目實際以?15 ℃低溫環境為例講述該工藝流程及施工方法，其他溫度環境可依此做適當調整。

3.1 工藝流程

電阻絲加熱施工工藝流程圖如圖1。

3.2 主要的材料設備

該工藝所需主要材料設備見表1。

3.3 常見的電阻絲布置方式

卡麥項目混凝土澆筑主要由涵洞和橋梁組成，涵洞為預制裝配式，基礎為現澆素混凝土，橋梁為現澆鋼筋混凝土擴大基礎，其他下部及上部結構（預制梁除外）均為現澆鋼筋混凝土。因此電阻絲布置主要有兩種形式：涵洞現澆素混凝土基礎和橋梁現澆鋼筋混凝土結構。

3.3.1 涵洞現澆素混凝土基礎

現澆素混凝土基礎電阻絲布置需事先在兩側模板開洞將φ8圓鋼穿過并固定（開洞間距視現場情況確定），作為縱向電阻絲的支撐，之后將絕緣電阻絲按照環境溫度計算的間距依此綁扎在φ8圓鋼上。

3.3.2 現澆鋼筋混凝土基礎（以整體墩柱為例）

電阻絲沿著整體墩柱外側鋼筋骨架以固定間距（此溫度下為12 cm）布設，電阻絲布設要形成回路，單根電阻絲長度不宜大于60 m，所有電阻絲起點均向整體墩柱下部延伸，最后用膠帶綁扎成一整束固定在鋼筋骨架上，所有電阻絲末端向整體墩柱上部延伸，用膠帶綁扎成三束，預留在整體墩柱混凝土內側，留作與加熱電機連接。

3.4 內部電阻絲與加熱電機的連接

內部電阻絲采用АПВ-4型母線（紅色電纜）與加熱電機連接，內部電阻絲尾部分成三束，分別連接到加熱電機45 V檔位。

3.5 混凝土的加熱養護

送電須在混凝土澆筑、保溫層鋪設結束，人員撤出后進行[2]。送電前須檢查所有接地裝置是否可靠，檢查所有接頭質量是否牢固，檢查電流表讀數和用于加熱的加熱電機工作狀態及參數是否滿足要求，采用溫度自動控制及加熱模式自動調節系統，加熱養護3～5天后視情況結束通電。

3.6 電阻絲布置及加熱注意事項

（1）電阻絲沿外側鋼筋骨架布置，距離混凝土表面5～10 cm。

（2）電阻絲必須放置在混凝土里面，不允許接觸模板，更不允許裸露在空氣中。

（3）電阻絲敷設在結構中時不能用力張緊，在帶有尖銳邊緣的拐角處，在導線下安放由油毛氈或瀝青紙構成的絕緣層。

（4）電阻絲的固定方式可采用剪掉的電阻絲、金屬線制作的卡針、塑料固定銷及聚丙烯繩。

（5）加熱電機應放置在結構物附近且放置場地需平整，并加蓋防雨雪設施。

（6）混凝土澆筑前需用歐姆表檢查電阻絲，確保電阻絲回路絕緣良好。

（7）進行電加熱時必須按照安全要求保證現場的用電安全，鋪設電阻絲的工人及接電人員應接受安全培訓，加熱過程有電工值班[3]。

4 冬季混凝土施工工藝流程及要點

4.1 冬季混凝土配合比

通過在普通混凝土里加入防凍劑可以防止在負溫下混凝土中水分結冰，使混凝土在負溫下可以正常施工和正常硬化，并在規定養護條件下達到預期性能。冬季混凝土試配強度應比設計強度提高一個等級。混凝土防凍劑通常有粉體和液體兩種，在哈薩克斯坦地區普遍使用的是一種叫作116 s的液體防凍劑（有減水效果），摻量通常為水泥含量的1%，具體數值通過試驗確定。

4.2 冬季混凝土生產

哈薩克斯坦東部地區11月至次年3月為冬季，月平均氣溫均在0 ℃以下，其中12、1、2月三個月平均氣溫均在?10 ℃以下，1月最低氣溫可達?30 ℃。在如此低溫環境下生產混凝土，需要將混凝土用水和骨料同時進行加熱，水采用煤炭加熱儲水罐，水的加熱溫度不宜高于80 ℃，骨料采用暖棚加熱，骨料加熱溫度不宜高于60 ℃。暖棚采用彩鋼板搭設的臨時板房，板房地面和三側墻壁按40 cm（根據適宜施工的極端低溫計算）間距安裝加熱管道，加熱管道采用無縫鋼管，管道內部采用循環熱水加熱，為減少加熱空間，粗骨料按設計配合比（最常用的）預先拌合后存入暖棚內，細骨料單獨存放。

4.3 冬季混凝土運輸

混凝土攪拌運輸車罐體采用保溫被覆蓋，混凝土卸落前采用熱水沖洗罐體，冬季施工混凝土盡量選擇運輸距離近的結構物，減少中間倒運，根據運輸距離配置混凝土罐車數量，使整個澆筑過程連續。

4.4 冬季混凝土澆筑

冬季混凝土澆筑盡量選擇在天氣晴好的情況下進行，混凝土澆筑前清除模板及鋼筋上的冰雪和污漬，搭設簡易暖棚并在內部放置暖風炮將模板和鋼筋加熱到5 ℃以上，混凝土澆筑前新舊混凝土接觸面應鑿毛，鑿毛深度不小于5 mm，整個澆筑過程應連續，混凝土澆筑完成后及時在頂部覆蓋棉被保溫，并在前24 h內保持暖風炮工作。

4.5 冬季混凝土養護

混凝土澆筑完成后，在專業電工做完所有檢查后通電加熱，電加熱時間一般為3～5天[4]。

5 經濟技術分析

目前國內大部分企業因為冬季施工成本高，混凝土施工質量不易控制導致進行冬季施工的意愿并不強烈。電阻導線加熱法通過在混凝土內部埋設經過絕緣的PSNV導線，避免了由外部加熱造成的傳導與輻射的熱損失，可均勻加熱混凝土，更容易保證混凝土內部溫度的平穩，避免因局部溫度過高失水而產生裂縫，大大提高了電能的利用率，更容易滿足施工質量要求，加快了施工進度。

哈薩克斯坦由于瀕臨西伯利亞，全國大部分地區冬季寒冷而漫長，電阻絲加熱混凝土工藝在哈薩克斯坦應用已超過30年，且由于工藝簡單，成本低，全國超過70%的地區和建筑施工企業在冬季采用該工藝進行冬季混凝土施工。該工藝所需三種材料（設備）在該國很容易獲取且價格低廉，混凝土內部絕緣導線150元/km，連接母線0.4元/m，加熱電機8 000元/臺，加上加熱電機運行需要的柴油，每立方米混凝土成本增加費用約為55元，大大低于國內其他傳統施工工藝，具有顯著的經濟效益。

6 結束語

我國寒冷地區地域遼闊，包括了“三北”地區等13個省、市、自治區，占全國面積50%以上，冬季施工時間長達3～6個月，充分利用冬季進行施工，是縮短工期、提高社會效益和經濟效益的重要環節。近年在俄羅斯和哈薩克斯坦地區常用的電阻導線加熱法，若經過研究優化應用于國內寒冷地區冬季施工，既可以保障企業的連續生產，又可以加快我國寒冷地區經濟建設，使一些重點工程提前建成并投入使用，提前發揮工程投資效益，為國家建設作出貢獻。

參考文獻

[1]建筑工程冬期施工規程： JGJ/T 104—2011[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2011.

[2]朱林. 混凝土內置電阻絲加熱法的施工工藝[J]. 工程建設與設計， 2018（S1）： 53-54.

[3]謝斌. 電阻絲加熱混凝土法在嚴寒地區施工中的應用[J]. 民營科技， 2017（2）： 151.

[4]李洪海， 黃勇. 寒冷地區混凝土內部埋入電阻絲升溫養護施工技術[J].建筑技術， 2009（9）： 806-809.