真纳水电站大体积混凝土制冷系统的设计与施工

真纳水电站大体积混凝土制冷系统的设计与施工

1混凝土外部温湿度真纳水库位于巴基斯坦-伊斯兰共和国附近的米杨瓦里地区卡拉巴市下游，印度河真纳河行政审查长凳的右岸。利用真纳河港形成的水位下降，挖一条明渠，建造工厂。枢纽工程由引水渠、厂房、尾水渠和开关站等组成。巴基斯坦位于南亚次大陆西北部,气候炎热干燥,总体上属热带季风气候。工程所在地周围的气候总体上是夏季很干热而冬季寒冷,昼夜温差大。据米扬瓦里气象站(距真纳水电站42km)1964—1985年的气温资料统计,夏季6月的极端最高日平均气温是42.6℃。日平均最低气温在3.5℃和27.7℃之间变化,月平均气温变化的最高和最低值在0℃和32.0℃之间。我们知道,控制和减少混凝土内外温差,使大体积混凝土内外形成一个温差小、变化均匀的温度场是防止混凝土产生温度裂缝的关键。从气温资料比较国内夏季,巴基斯坦的夏季要炎热得多,因此,真纳水电站的大体积混凝土温控,主要是控制夏季高温下的混凝土内部温升,以此来减少混凝土的内外温差,这也是该项目施工的难题之一。2降低温度应力真纳水电站大体积混凝土主要为厂房基础、机坑混凝土以及尾水框架混凝土。厂房基础混凝土横缝为32.5m,纵缝为32.0m,基础坐落在砂砾石上。对厂房大体积混凝土来说,控制温差是降低温度应力的主要手段。对于高气温地区浇筑大体积混凝土,为防止和减少温度裂缝产生,必须采取有效措施,限制最高温度。根据电站设计方提供的《真纳水电站土建通用技术规范》要求,以及对混凝土温升的估算,要求各月大体积混凝土浇筑温度应低于21℃。3混凝土冷却方式在我国水电站大体积混凝土施工中,用于降低混凝土温升的主要措施之一是在混凝土中埋设钢管,通冷水进行冷却。真纳水电站厂房大体积混凝土配设了大量钢筋,且断面较薄,不宜采用埋设冷却水管的措施;而且这种冷却方式弊端较多,如设施费用高、施工时间长、管子接头多、在浇筑混凝土时容易脱落导致水管漏水影响混凝土质量等。因此,在排除了埋管通冷水冷却的方案后,经研究分析决定主要采用预冷骨料和加冰、加冷水拌合控制混凝土出机口温度和浇筑温度的方案来解决混凝土的温升问题。3.1出机口温度设定温控要求混凝土浇筑温度应低于21℃,则必须首先计算出满足这一混凝土浇筑温度要求的出机口温度。因此,整个混凝土制冷系统的设计和设备配置都要围绕混凝土出机口温度来进行,这也是该电站混凝土温控工作的重中之重。在构成混凝土的材料中,胶凝材料和细骨料颗粒较细,穿透性差,使冷却困难,且胶凝材料易吸湿变质、砂子还有不易脱水等问题。因此,生产满足上述出机口温度要求的混凝土,无论是从成本控制的角度出发,还是质量控制的角度出发,选择冷却效率高的粗骨料和拌合水进行预冷,无疑是正确的方案。经研究分析,将粗骨料、拌合水和碎冰的预冷温度分别设定为7℃、5℃和-2℃较为经济合理,也以此作为出机口温度计算的引用数据。选取一年中最热的6月份温度为混凝土出机口温度计算值,根据热平衡原理公式:计算大体积混凝土抗压强度等级为C25(其配合比见表1)的出机口温度,计算成果见表2。Ti———组成混凝土第i类材料的平均进料温度,℃;通过以上计算表明,采取对粗骨料、拌合水进行预冷,高温时段加碎冰拌和等综合制冷措施后,常态混凝土出机口温度可达到15.9℃。经估算和经验,采用有效的降温措施后,混凝土经过运输、平仓、振捣等过程出机口温度回升值不超过5℃,两者相加小于21℃,从而满足了混凝土浇筑温度要求。3.2过渡季节的选择混凝土制冷系统的生产能力,按满足预冷混凝土生产能力50m3/h和温度为16℃进行设计和配置。在过渡季节,可根据外界气温及混凝土出机口温度要求,选择采用风冷骨料、加冰、冷水拌和混凝土其中一种或几种措施。真纳水电站整个混凝土制冷系统包括冷风、冷水、制冰三个子系统,冷风系统生产用于预冷混凝土粗骨料用的冷气,冷水系统生产用于提供给混凝土拌和用的冷水,制冰系统生产用于提供给混凝土拌和用的碎冰。3.3螺杆式氨泵机组c冷风系统由风冷氨压缩车间和风冷料仓组成,据计算,骨料需冷量约10919kcal/m3,按预冷混凝土生产率50m3/h估算,骨料总需制冷量为Q=54.6万kcal/h,所需制冷设备制冷能力为Q0=87.36×104kcal/h=1020kW,配置3台标准工况制冷量为450kW的螺杆式氨泵机组,其总制冷量为1350kW,完全可满足制冷要求。螺杆式氨泵机组主要参数见表3。冷风机由3台螺杆式氨泵机组提供氨液。风冷骨料仓容量G2(大石)、G3(中石)、G4(小石)各120m3,总容量为360m3,有效冷却区内骨料达250t以上,按50m3/h预冷混凝土生产时骨料预冷时间可达到2.5h以上,完全可以满足风冷骨料冷却时间要求,各仓冷风机配置见表4。3.4冷水机组主要参数混凝土拌和用水量约为10~15m3/h,采用1台LSBLG115冷水机组,其制冷水能力为20m3/h,完全可满足冷水使用需要。冷水机组主要参数见下表5。根据冷水机组冷水量,配置冷水供应水泵1台,型号为GSL80-250,流量25m3/h,扬程20m,电机功率3kW。3.5冷却水主要参数冷风和冷水系统共需配置DBNL3-650T冷却塔1台,总处理水量为650m3/h,冷却塔主要参数见表6。冷却塔处理水量为650m3/h,配置冷却循环用水泵1台,型号为GSL250-315,流量640m3/h,扬程28m,电机功率18.5kW。3.6加冰能力及损耗补偿系数据计算,混凝土拌和加冰在高温时段最大加冰量为66kg/m3,所需制冰能力则可按如下公式进行计算:式中Q———制冰能力,t/d;Gi———混凝土单位加冰量,kg/m3;Qi———混凝土日浇筑平均强度,m3/d;η———冰的损耗补偿系数,取1.35。计算得Q=31.05t/d,按30t/d配置制冰设施,设冰温为-3℃。4混凝土的主要加热措施混凝土温控需贯穿整个混凝土施工过程,包括分层分块、原材料温度控制、配合比优化和混凝土的生产、运输、浇筑和养护等全过程。4.1混凝土浇筑高度真纳水电站厂房大体积混凝土的分块设计遵循温控要求,即横缝小于或等于32.5m,纵缝小于或等于32.0m。为利于混凝土浇筑块散热,在基础约束区和老混凝土约束区浇筑层高为1.2~1.5m,其它部位最大浇筑层高控制在3m以内。混凝土上、下层浇筑间歇时间,一般按7~9d控制。4.2原材料温度控制与配合比优化4.2.1骨料温度对骨料温度的影响设计骨料仓储料堆高12m,堆存时间7d以上、采用在骨料堆底部设取料廊道取料,以减少外部气温变化对骨料温度影响。在骨料堆取料廊道口至骨料风冷料仓之间和风冷料仓至拌和站之间所有胶带机、拌和站外部、水泥和矿渣粉的储存罐体周围以及输送拌合冷水的管道均安装良好的隔热保温设施,防止原材料在输送和拌制过程中升温。4.2.2细度为0.425mm方孔筛筛量的减水剂真纳水电站采用ASTMC150Z型中热水泥,水泥的入罐温度控制在65℃以下,使用散装运输直接入罐。掺合料使用的是ZEALPAK水泥厂生产的矿渣粉,细度(0.045mm方孔筛筛余量)小于或等于20%,掺入率为25%。该电站使用了两个厂家生产的减水剂,南宁丰瑞公司生产的YF-Ⅱ型缓凝高效减水剂,其减水率达到25%;SIKA公司生产的SIKAMENT520BA型缓凝高效减水剂,其减水率达到23.5%。通过优化混凝土配合比,C25强度等级的混凝土每立方用水量减少7kg,水泥用量减少了20kg,矿渣粉减少了3kg,因此,使混凝土拌合物的和易性得到了改善,混凝土泌水量减少,降低了混凝土的水化热温升。4.3混凝土浇筑及养护(1)混凝土浇筑尽量避开高温时间。夏季浇筑混凝土尽量安排在早晨或晚间进行。当中午时段浇混凝土时,分层浇筑面采用土工布或草袋覆盖,防止外界气温倒灌,必要时采用浇筑仓面喷雾等降温措施。(2)从拌和站运输混凝土至仓面的时间不超过30min,在白天运输混凝土时自卸汽车要装上遮阳蓬遮挡阳光,到达卸料点后尽快吊料入仓,停留时间超过30min的必须先检测温度,如超过允许的浇筑温度时则按废料处理。(3)尽量减少混凝土层面暴露时间,采用台阶法浇筑而不用通仓平浇。(4)加强混凝土外露面的保护。混凝土浇筑完毕后,在其表面覆盖保温材料并洒水养护,保持混凝土表面处于湿润状态。禁止喷洒温度过低的水,否则会导致混凝土内外温差骤然增大。(5)当气温超高时(45℃以上),采取仓面喷水雾的措施,据实测数据,可降低仓面的环境温度约3℃。5加热效果5.1混凝土浇筑温度真纳水电站共浇筑了近17万m3的混凝土,主体混凝土浇筑施工时间跨越了3个夏季,这也是巴基斯坦近十年来最热的3个夏季,极端温度达53℃。混凝土浇筑施工全部完成后,我们对全部的检测数据进行统计,得出混凝土出机口温度超温率为0.2%,浇筑温度超温率仅为1.1%。结果表明,我们在控制出机口温度和浇筑温度这两项关键温控指标上取得了较好效果,通过了夏季酷热的考验。5.2统计结果的描述真纳水电站建成后,我们对混凝土裂缝的数量和所在位置进行了全面的统计,统计结果的详细情况见表7。从表7中可知,真纳水电站混凝土共发现45条裂缝,其中表面裂缝43条,深层裂缝仅2条。这表明,上述温控措施对减少混凝土裂缝成效明显。6混凝土浇筑温度大体积混凝土温控是一门综合性学科问题,涉及到结构、原材料和施工等学科。为了防止混凝土温度裂缝,必须从结构设计、原材料选择和施工措施等方面上综合考虑,并分主次实施。因此,为控制混凝土出机口温度和浇筑温度,我们设计和配置了足够的制冷设备,并结合