研制大体积混凝土施工养护新方法QC.doc

研制大体积混凝土施工养护新方法一冶机电工安分公司求新QC小组一、工程概况工安公司是一冶集团钢构专业公司，2012年底公司承接了南钢新建4#、5#高炉施工总承包项目，这是我公司首次承担高炉全系统工程施工，因专业差异，加之高炉基础的混凝土施工体量大、养护要求高、施工周期长、不可预见因素多等，成为公司关注的第一个重要节点。二、小组概况QC小组简介表 表2-1小组名称中国一冶机电工安分公司求新QC小组课题名称研制大体积混凝土施工养护新方法小组注册号YYJD-G03小组注册时间2009年4月活动时间2013年3月-2013年9月课题类型创新型活动频率3次/月活动出勤率100%小组人数10人平均QC受教时间72小时序号姓名性别职务/职称组内职务组内分工1邱国平男项目管理部部长组长活动策划、技术支持2李和平男教授级高工顾问活动指导3汪艳勇男高级工程师副组长技术支持4孙四喜男项目副经理组员效果检查5冷志辉男项目管理部副部长组员现状调查、数据分析6陈晓斌男工安分公司部长 组员协调7周 霞女资料员组员基础数据资料整理8周小萍女施工员组员实施9刘剑辉男工长组员实施10徐小华男材料员组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T25）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 序号项目名称高炉容积（m3）基础方量（m3）平均气温（）养护时间（D）温差超标累计时间（h）超标时长比例（%）1安钢4#高炉2500486022188519.682新余2#高炉1850333014226412.123济钢5#高炉3200580016208217.084舞钢新1#高炉1400265031146419.055鄂钢1#高炉1780346018169825.52合计201009039318.19制表人：周霞 审核人：邱国平 制表时间：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制图人：邱国平 制图时间：2013年3月6日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）2013.32013.42013.52013.62013.72013.82013.9P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对策实施C效果检查A巩固措施活动计划实际总结 制表人：周霞 审核人：邱国平 制表时间：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T25）；2）降温速率均匀（规范要求t/d2）。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（T25）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制图人：邱国平 制图时间：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T25；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制图人：邱国平 制图时间：2013年3月9日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T25 2、降温速率t/d2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T25；2.降温速率t/d2。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序号项目名称养护时间最大里表温差平均里表温差最大降温速率平均降温速率MaxTTMaxT/DT/D（D）（）（）（/D）（/D）1安钢4#高炉1834272.62.12新余2#高炉2223201.91.63济钢5#高炉2028222.71.84舞钢新1#高炉1426202.92.35鄂钢1#高炉1642233.62.1平均值32.223.22.981.98制表人：周霞 审核人：邱国平 制表时间：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动式升温养护混凝土内埋管：1.增大管径、提高流量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 调节方式相对主动无 管路整体循环，无法实现独立调节联动式调节养护混凝土内埋管+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3.设加热器提高表面温度 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制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：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2.采用加压泵增加流速3.增加保温措施延缓表面热量散失1.降温时间：146min2.降温速率：0.205/min3.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：不采用制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：2013年3月12日主动式升温养护分析表 表5-3方案特点实验数据1.增大管径，提高流量快速散发热量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1.降温时间：182分钟2.降温速率：0.165/min3.最大温差：19优点缺点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1.一次性预埋钢管消耗量较大2.水消耗量较大3. 保温投入增大且保温效果不高实施示意图结论：不采用制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：2013年3月12日联动式调节养护分析表 表5-4方案特点实验数据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3设加热器提高表面温度1.降温时间：215分钟2.降温速率：0.140/min3.最大温差：16优点缺点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实施示意图结论：采用制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：2013年3月12日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”归纳亲和图制图人：邱国平 制图时间：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元机械成本无无公司收取租金约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一次性预埋不可回收可重复使用一次性投入不可回收工期影响+2d+4d+1d+0d性能降温效果明显可调节性差降温效果明显可调节性差降温效果明显可灵活调节降温效果一般结论不采用不采用采用不采用制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：2013年3月16日混凝土外部保温方案分析表 表5-6可选方案方案一方案二方案三增加表面覆盖厚度表面蓄水加热利用散热水余温难易程度及可操作性实施简单，原材料采购难度小实施简单，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材料成本原有混凝土表面积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=289 m2，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元人工成本增加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增加12个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本1920元；机械成本无无无成本增加合计8278元5788元5965元使用寿命一次性投入不可回收一次性投入不可回收可重复使用，成本可两个高炉摊销工期影响+1d+1d+2d性能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灵活调节结论不采用不采用可采用，需完善制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：2013年3月16日温差调节机制方案分析表 表5-7可选方案方案一方案二方案三方案四联动式水循环+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+人工控制难易程度及可操作性实施难度大，调试时间长，要求有自动化专业人员配合实施难度大，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实施简单需专人值守材料成本PLC系统（含软件）约3万元PLC系统（含软件）约3万元无无人工成本只需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元机械成本无无无无成本增加合计32400元34800元14400元19200元使用寿命可长期重复使用可长期重复使用一次性即时人工消耗一次性即时人工消耗工期影响+3d+3d无无性能调节起效快，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，劳动强度大结论采用不采用不采用不采用制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：2013年3月16日324、初选最佳方案：图5-2 最佳方案初选路径结构图制图人：邱国平 制图时间：2013年3月16日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功能需求难易程度及可操作性成本增加情况使用寿命性能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：利旧，无2.人工成本：增加2个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本320元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：380元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1.材料成本：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2.人工成本：增加8个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本1280元3.机械成本：制作及安装需8t汽车吊1台班，共增加400元合计：5141元可重复使用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1.材料成本：5KW加热器，共3个，按单价20元/个计算，共增加成本60元2.人工成本：增加2个工日，按单价160元/工日计算，共增加成本320元3.机械成本：无合计：380元，使用成本需另计可长期重复使用增加保温主动性，有利于快速缩小里表温差制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：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”方案选定路径图制图人：邱国平 制图时间：2013年3月18日图5-4 养护新方案工艺流程图制图人：邱国平 制图时间：2013年3月20日六、制定对策对策实施表 表6-1序号方案对策目标措施地点完成时间负责人1混凝土内部降温增加流速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T25。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邱国平2混凝土外部保温利用散热水余温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t25。3.降温速率t/d21.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现场办公室及施工现场2013.5.15邱国平3温差调节机制联动式水循环+PLC自动化1.自动调节管内压力，相应调节流速，缩短温差调整时间2.浇筑开始48h后，里表温差t25。3.降温速率t/d21.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2013.5.15邱国平制表人：汪艳勇 审核人：邱国平 制表时间：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 循环水路工艺图制图人：邱国平 制图时间：2013年3月28日步骤2：设计水箱图7-2 水箱设计示意图制图人：邱国平 制图时间：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制图人：邱国平 制图时间：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制图人：邱国平 制图时间：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制图人：邱国平 制图时间：2013年5月13日实施二：步骤1：循环水路设计，与对策一相同步骤2：热交换水箱制安图7-6 水箱预制制图人：邱国平 制图时间：2013年4月11日步骤3：预制混凝土表面保温管图7-7 保温管预制制图人：邱国平 制图时间：2013年4月12日步骤4：连接传感器图7-8 连接传感器制图人：邱国平 制图时间：2013年5月9日实施效果：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制图人：邱国平 制图时间：2013年5月13日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：步骤1：设计PLC系统图7-10 PLC系统图制图人：邱国平 制图时间：2013年4月6日步骤2：PLC试制、调试图7-11 PLC系统调试制图人：邱国平 制图时间：2013年4月15日步骤3：相关参数设置及控制图7-12 PLC系统参数设置及工作流程制图人：邱国平 制图时间：2013年4月18日步骤4：连接PLC各控制端子图7-13 PLC系统连接至控制中心（PC）制图人：邱国平 制图时间：2013年4月19日实施效果：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，达到了控制降温速率的目的。图7-14 南京钢铁集团有限公司5#高炉基础混凝土浇筑温度监测临时报告制图人：邱国平 制图时间：2013年5月22日八、效果检查1、效果验证通过本次活动，在南京钢铁集团有限公司5#高炉的基础施工过程中通过对实测数据及曲线图我们达到了预期目的： （1）浇筑开始48h直至养护全部结束，保持了里表温差T25，最大温差23.6。（2）降温速率t/d保持在2以内，日均降温速率为t/d=1.7图8-1 目标实现情况对比图制图人：邱国平 制图时间：2013年5月28日2、经济效益通过本次QC小组的活动，我们不仅保证了大体积混凝土的施工质量，还通过本方法将之前直接排放的冷却水循环利用，仅单位体积混凝土的施工养护用水就节约了近6m3，按5#高炉混凝土浇筑量3600 m3计算，共节约施工用水21600m3，按单价1.4元/m3，计算，降低施工成本30240元。