混凝土工程冬季施工方案

混凝土工程冬季施工方案1、基本要求1．混凝土工程的冬期施工，要从施工期间的气温情况、工程特点和施工条件出发，在保证质量、加快进度、节约能源、降低成本的前提下，选择适宜的冬期施工措施。2．新浇筑的混凝土如果遭冻，拌合水冻结成冰，水结成冰后的体积增加约9%，同时水泥的水化作用也停止进行。在恢复正温养护以后，会使水泥浆体中的孔隙率比正常凝结的混凝土显著增加，从而使混凝土的各项物理力学性能全面下降。如抗压强度约损失50％，抗渗等级降低为零，混凝土与钢筋的粘结力也有大幅度的降低。因此遭受过冻害的混凝土不仅力学强度降低，而且耐久性能严重劣化。如在施工时增加混凝土中的水泥用量提高混凝土的强度等级，虽然抗压强度可以相应增加，但耐久性仍得不到改善。因此从保证混凝土工程全面质量出发，在冬期施工中必须防止混凝土在硬化初期遭受冻害，并尽早获得强度。3．混凝土的温度降至0℃前，其抗压强度不得低于抗冻临界强度。抗冻临界强度规定如下：硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土，为设计的混凝土强度标准值的30%；矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，为设计的混凝土强度标准值的40％，但C10及C10以下的混凝土，不得低于5.0N/mm2。如施工需要提高混凝土强度等级时，应按提高后的强度等级确定。4．冬期施工的混凝土，为了缩短养护时间，一般应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，用蒸汽直接养护混凝土时，应选用矿渣硅酸盐水泥。水泥的强度等级不宜低于42.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg，水灰比不应大于0.60并加入早强剂。5．为了减少冻害，应将配合比中的用水量降低至最低限度。办法是：控制坍落度，加入减水剂，优先选用高效减水剂。6．为了防止钢筋锈蚀，在钢筋混凝土中，氯盐掺量不得超过水泥重量的1%（按无水状态计算）。掺氯盐的混凝土必须振捣密实，且不宜采用蒸汽养护。在下列情况下，不得在钢筋混凝土中掺用氯盐：（1）在高湿度空气环境中使用的结构（排出大量蒸汽的车间、澡堂、洗衣房和经常处于空气相对湿度大于80％％的房间以及有顶盖的钢筋混凝土蓄水池等）；（2）处于水位升降部位的结构；（3）露天结构或经常受水淋的结构；（4）有镀锌钢材或铝铁相接触部位的结构，以及有外露钢筋预埋件而无防护措施的结构；（5）与含有酸、碱或硫酸盐等侵蚀性介质相接触的结构；（6）使用过程中经常处于环境温度为60℃以上的结构；（7）使用冷拉钢筋或冷拔低碳钢丝的结构；（8）薄壁结构、中或重级工作制吊车梁、屋架、落锤或锻锤基础等结构；（9）电解车间和直接靠近直流电源的结构；（10）直接靠近高压电源（发电站、变电所）的结构；（11）预应力混凝土结构。素混凝土中氯盐掺量不得大于水泥重量的3%。7．掺有尿素的混凝土，在自然干燥过程中，会在表面析出白色结晶物，影响美观。因此尿素掺量不得超过水泥重的4%。掺有尿素的混凝土在封闭环境中会散发出刺鼻臭味，影响人体健康，因此不能用于整体现浇的剪力墙结构或楼盖结构。8．整体浇筑的结构，采用蒸汽加热养护时，混凝土的升温和降温速度，不得超过表22-27的规定。混凝土的升温降温速度表22-27表面系数升温速度（℃/h）降温速度（℃/h）≥61510＜6105注：1.表面系数系指结构冷却的表面积（m2）与结构全部体积（m3）的比值；2.厚大体积的混凝土，应根据实际情况确定。9．用蒸汽直接加热养护混凝土时，当采用普通硅酸盐水泥时，混凝土的温度不超过80℃，当采用矿渣硅酸盐水泥时，可提高到85℃。电热养护混凝土的温度，应符合表22-28的规定。电热养护混凝土的最高允许温度（℃）表22-28水泥强度等级表面系数＜1010～15＞1532.570504542.540403510．模板和保温层，应在混凝土冷却到5℃后方可拆除。当混凝土与外界温差大于20℃时，拆模后的混凝土表面，应临时覆盖，使其缓慢冷却。11．未完全冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。12．冬期施工期间，施工单位应与气象部门保持密切联系，随时掌握天气预报和寒潮、大风警报，以便及时采取防护措施。2、混凝土的拌制1.混凝土原材料加热应优先采用加热水的方法，当加热水仍不能满足要求时，再对骨料进行加热。水、骨料加热的温度一般不得超过表22-29的规定。若达到规定温度后仍不能满足要求时，水的加热温度可提高到100℃，但水泥不得与80℃以上热水直接接触。投料时应先投入骨料和水，最后才投入水泥。拌合水及骨料最高温度表22-29水泥种类拌合水（℃）骨料（℃）强度等级小于52.5的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥8060强度等级等于及大于52.5的硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥60402.水和骨料可根据工地具体情况选择加热方法，但骨料不得在钢板上灼炒。水泥应储存在暖棚内，不得直接加热。3.骨料必须清洁，不得含有冰雪和冻块，以及易冻裂的物质。在掺有含钾、钠离子的外加剂时，不得使用活性骨料或混有活性材料的骨料。4.拌制掺外加剂的混凝土时，如外加剂为粉剂，可按要求掺量直接撒在水泥上面和水泥同时投入。如外加剂为液体，使用时应先配制成规定浓度溶液，然后根据使用要求，用规定浓度溶液再配制成施工溶液。各溶液要分别置于有明显标志的容器内，不得混淆。每班使用的外加剂溶液应一次配成。5.严格控制混凝土水灰比，由骨料带入的水分及外加剂溶液中的水分均应从拌合水中扣除。6.拌制掺有外加剂的混凝土时，搅拌时间应取常温搅拌时间的1.5倍。7.混凝土拌合物的出机温度不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。8.混凝土拌合物的理论温度，可按下式计算：T0＝[0.9（mceTce＋msaTsa＋mgTg）＋4.2Tw（mw－wsamsa－wgmg）＋c1（wsamsaTsa＋wgmgTg）－c2（wmmsa＋wgmg）」÷[4.2mw＋0.9（mce＋msa＋mg）]（22-10）式中T0——混凝土拌合物温度（℃）；mw、mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量（kg）；Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度（℃）；wsa、wg——砂、石的含水率（％）；c1、c2——水的比热容[kJ/（kg·K）]及冰的溶解热（kJ/kg）。当骨料温度＞0℃时，c1＝4.2，c2＝0；≤0℃时，c1＝2.1，c2＝335。9.混凝土拌合物的出机温度，可按下式计算：T1＝T0－0.16（T0－Ti）（22-11）式中T1——混凝土拌合物出机温度（℃）；Ti——搅拌机棚内温度（℃）。3、混凝土的运输和浇筑1．冬期施工运输混凝土拌合物，应使热量损失尽量减少，可采取下列措施：（1）正确选择放置搅拌机的地点，尽量缩短运距，选择最佳的运输路线；（2）正确选择运输容器的形式、大小和保温材料；（3）尽量减少装卸次数并合理组织装入、运输和卸出混凝土的工作。2.混凝土在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，装运拌合物的容器应有保温措施。3.混凝土拌合物经运输到浇筑时的温度，可按下式计算：T2＝T1－（αtt＋0.032n）（T1－Ta）（22-12）式中T2——混凝土拌合物经运输到浇筑时温度（℃）；tt——混凝土拌合物自运输到浇筑时的时间（h）;n——混凝土拌合物转运次数；Ta——混凝土拌合物运输时环境温度（℃）；α——温度损失系数（h-1）：当用混凝土搅拌车输送时，α＝0.25；当用开敞式大型自卸汽车时，α=0.20；当用开敞式小型自卸汽车时，α=0.30；当用封闭式自卸汽车时，α=0.1；当用手推车时，α＝0.5004.考虑模板和钢筋的吸热影响，混凝土浇筑成型完成时的温度，可按下式计算：（22-13）式中T3——考虑模板和钢筋吸热影响，混凝土成型完成时的温度（℃）；Cc、Cf、Cs——混凝土、模板、钢筋的比热容［kJ/（kg·K）］：混凝土取1kJ/（kg·K）；钢材取0.48kJ/（kg·K）；mc——每立方米混凝土重量（kg）；mf、ms——与每立方米混凝土相接触的模板、钢筋重量（kg）；Tf、Ts——模板、钢筋的温度，未预热者可采用当时的环境气温（℃）。【例】设每立方米混凝土中的材料用量为：水150kg，水泥300kg，砂600kg，石1350kg。材料温度为：水70℃，水泥5℃，砂40℃，石-3℃。砂含水率5%，石含水率2%。搅拌棚内温度为5℃。混凝土拌合物用人力手推车运输，倒运共2次，运输和成型共历时0.5h，当时气温-5℃。与每立方米混凝土相接触的钢模板和钢筋共重450kg，并未预热。试计算混凝土浇筑完毕后的温度。【解】混凝土拌合物的理论温度：T0＝[0.9（300×5＋600×40－1350×5）＋4.2×70×（150－0.05×600－0.02×1350）＋4.2×0.05×600×40－2.1×0.02×1350×3－330×0.02×1350]÷[4.2×150＋0.9（300＋600＋1350）]＝15.1℃混凝土从搅拌机中倾出时的温度：T1＝15.1－0.16（15.1－5）＝13.5℃混凝土经运输成型后的温度：T2＝13.5－（0.5×0.5＋0.032×2）（13.5＋5）＝7.7℃混凝土因钢模板和钢筋吸热后的温度：T3＝（2400×1×7.7－450×0.48×5）÷（2400×1＋450×0.48）＝6.6℃混凝土浇筑完毕后的温度为6.6℃。5.冬期不得在强冻胀性地基土上浇筑混凝土，在弱冻胀性地基土上浇筑时，基土应进行保温，以免遭冻。6.用人工加热养护的整体式结构，其浇筑程序及施工缝的设置，应能防止产生较大的温度应力，如混凝土的加热温度超过40℃时，可采取以下措施：（1）支承在已浇筑完毕的厚大结构上的梁，应用钢板制成的垫板将梁与厚大结构隔开，使梁在加热和冷却时可以自由伸缩；（2）如梁不能按（1）所述方法进行浇筑，而在设计中又未考虑到附加温度应力时，则梁的混凝土浇筑与加热应分段进行，段之间的间隔长度不应小于1/8梁的跨度，也不得小于0.7m。间断处应在已浇筑的混凝土冷却至15℃以下时，才可用混凝土填实并加热养护；（3）与支座不做刚性连接的连接梁，应在长度不超过20m的段落上同时加热；（4）多跨刚架的连续横梁，如刚架支柱的高度与横梁截面高度之比小于15时，应按（2）所规定的方法浇筑和加热混凝土。当刚架的跨度≤8m时，应每隔两个跨度留出间断处；当刚架的跨度＞8m时，应每隔一个跨度留出间断处；（5）与小跨度的大型横梁相连的高柱，应按同一高度进行混凝土的浇筑和加热；否则在柱子之间的横梁上留出间断处；（6）互相平行又彼此间以刚性连接的梁（在同一柱上又与柱刚性连接的两根吊车梁），应同时进行加热；（7）浇筑和加热肋形楼板时，应按（2）和（4）规定进行，在纵向和横向两个方向留在间断处，梁与板应同时进行浇筑和加热养护。7.浇筑基础大体积混凝土时，施工前要对地基进行保温以防止冻胀。新拌混凝土的入模温度以7～12℃为宜。混凝土内部温度与表面温度之差不得超过20℃。必要时应做保温覆盖。8.浇筑装配式结构接头的混凝土（或砂浆），应先将结合处的表面加热到正温。浇筑后的接头混凝土（或砂浆）在温度不超过45℃的条件下，应养护至设计要求强度，当设计无要求时，其强度不得低于设计的混凝土强度标准值的75％。9.预应力混凝土构件在进行孔道和立缝的灌浆前，浇灌部位的混凝土须经预热，并宜采用热的水泥浆、砂浆或混凝土，浇灌后在正温下养护到强度不低于15N/mm2。4、混凝土强度估算1.在冬期施工中，需要及时了解混凝土强度的发展情况。例如当采用蓄热养护工艺时，混凝土冷却至0℃前是否已达到抗冻临界强度；当采用人工加热养护时，在停止加热前混凝土是否已达到预定的强度；当采用综合养护时，混凝土的预养时间是否足够等。在施工现场留置同条件养护试件做抗压强度试验，固然可以解决一部分问题，但所做试件很难与结构物保持相同的温度，因此代表性较差。又由于模板未拆，也不能使用任何非破损方法进行测试。因此，运用计算的方法对混凝土强度进行估计或预测是很有实用价值的。2．用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，在各种养护温度下的强度增长率分别如图22-22和图22-23。图22-22用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土图22-23用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土3.用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土，在各种养护温度下的强度增长率分别如图22-24和图22-25。图22-24用普通水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土图22-25用矿渣水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土4.采用负温混凝土工艺，用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制，并掺有适量防冻剂的混凝土，在负温条件下的强度增长率分别如图22-26和图22-27。图22-26用普通硅酸盐水泥拌制并掺有防冻剂的混凝土图22-27用矿渣硅酸盐水泥拌制并掺有防冻剂的混凝土5.当混凝土的养护温度为一变量时，混凝土的强度可用成熟度的方法来估算。其原理是：相同配合比的混凝土，在不同的温度、时间下养护，只在成熟度相等，其强度大致相同。计算方法如下：（1）适用范围本法适用于不掺外加剂在50℃以下正温养护和掺外加剂在30℃以下正温养护的混凝土，亦可用于掺防冻剂的负温混凝土。本法适用于估算混凝土强度标准值60％以内的强度值。（2）前提条件使用本法估算混凝土强度，需要用实际工程使用的混凝土原材料和配合比，制作不少于5组混凝土立方体标准试件，在标准条件下养护，得出1、2、3、7、28d的强度值。使用本法同时需取得现场养护混凝土的温度实测资料（温度、时间）。（3）用计算法估算混凝土强度的步骤1）用标准养护试件1～7d龄期强度数据，经回归分析拟合成下列形式曲线方程：（22-14）式中f——混凝土立方体抗压强度（N/mm2）；D——混凝土养护龄期（d）；a、b——参数。2）根据现场的实测混凝土养护温度资料，用式（22-15）计算混凝土已达到的等效龄期（相当于20℃标准养护的时间）。t＝ΣαT·tT（22-15）式中t——等效龄期（h）；αT——温度为T℃的等效系数，按表22-30采用；tT——温度为T℃的持续时间（h）。3）以等效龄期t代替D代入公式（22-14）可算出强度。（4）用图解法估算混凝土强度的步骤等效系数αT表22-30温度T（℃）等效系数αT温度T（℃）等效系数αT温度T（℃）等效系数αT503.16281.4560.43493.07271.3950.40482.97261.3340.37472.88251.2730.35462.80241.2220.32452.71231.1610.30442.62221.1100.27432.54211.05-10.25422.46201.00-20.23412.38190.95-30.21402.30180.91-40.20392.22170.86-50.18382.14160.81-60.16372.07150.77-70.15361.99140.73-80.14351.92130.68-90.13341.85120.64-100.12331.78110.61-110.11321.71100.57-120.11311.6590.53-130.10301.5880.50-140.10291.5270.46-150.091）根据标准养护试件各龄期强度数据，在坐标纸上画出龄期-强度曲线；2）根据现场实测的混凝土养护温度资料，计算混凝土达到的等效龄期；3）根据等效龄期数值，在龄期-强度曲线上查出相应强度值，即为所求值。【例】某混凝土在试验室测得20℃标准养护条件下的各龄期强度值如表22-31。混凝土浇筑后测得构件的温度如表22-32。试估算混凝土浇筑后38h时的强度。标养试件试验结果表22-31标养龄期（d）1237抗压强度（N/mm2）4.011.015.421.8测温记录表22-32从浇筑起算的时间（h）02468101238温度（℃）1420263032364040【解】（1）当采用计算法时，根据表22-31的数据，通过回归分析求得曲线方程为：（2）当采用图解法时，将表22-31中的数据在坐标纸上绘出龄期-强度曲线，如图22-28。图22-28某混凝土的龄期-强度曲线（标养）（3）根据测温记录，计算出整个养护过程中的时间-温度关系如表22-33。并计算等效龄期。养护过程的时间-温度关系表22-33时间间隔（h）22222226平均温度（℃）17232831343840等效龄期：t＝2×0.86＋2×1.16＋2×1.45＋2×1.65＋2×1.85＋2×2.14＋26×2.30＝78h（3.25d）（4）根据等效龄期估算混凝土强度。当采用计算法时，将t值作为龄期D代入曲线方程，得：＝16.0N/mm2当采用图解法时，在图22-28上找到相应的点，查得强度值为16.0N/mm2。6.当采用综合蓄热法施工时，混凝土如果在达到抗冻临界强度值之前就撤除保温材料，混凝土会遭受冻害；如果在达到抗冻临界强度值之后继续保温，则势必影响工程进度。用以下方法可以找到混凝土浇筑后达到抗冻临界强度的时刻。（1）使用与施工混凝土相同的材料和配合比，配制混凝土并制备抗压试件6块，成型后立即放进20℃标准养护室，养护至24h时取出试压，从试压数据中舍弃最大和最小值，取中间4个数据计算其平均值，作为该种混凝土标养24h的强度（f1）。（2）根据f1与该种混凝土的设计强度（f设）的比值，按表22-34查出该种混凝土强度0点的标养时间。强度0点取值表表22-34f1/f设比值（％）强度0点的标养时间（h）＜101210～20920～30730～405.5＞404（3）以标养时间（h）为横坐标，以强度（MPa）为纵坐标，建立坐标系。将强度0点的标养时间标绘在横坐标上，再将f1标绘在24h处，做直线相连，在该直线上查到强度达到4MPa时所需的标准养护时间t0（h）。（4）计算成熟度的公式如下：M＝（22-16）式中M——混凝土成熟度（℃·h）；T——混凝土温度（℃）；Δt——两次测温间隔时间（h）。（5）将t0作为Δt，T为20℃代入公式（22-16）再除以平均差值系数0.8，所得值即为达到抗冻临界强度的成熟度值。（6）工地在实际施工时，应做好测温记录，根据混凝土的实际养护温度与养护时间，按公式（22-16）计算成熟度，当达到抗冻临界强度的成熟度时，即可停止保温。5、蓄热法养护1．工艺特点将混凝土的组成材料进行加热然后搅拌，在经过运输、振捣后仍具有一定温度，浇筑后的混凝土周围用保温材料严密覆盖。利用这种预加的热量和水泥的水化热量，使混凝土缓慢冷却，并在冷却过程中逐渐硬化，当混凝土温度降至0℃时可达到抗冻临界强度或预期的强度要求。蓄热法具有经济、简便、节能等优点，混凝土在较低温度下硬化，其最终强度损失小，耐久性较高，可获得较优质量的制品。但用蓄热法施工，强度增长较慢，因此宜选用强度等级较高、水化热较大的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥。同时选用导热系数小、价廉耐用的保温材料。保温层敷设后要注意防潮和防止透风，对于构件的边棱、端部和凸角要特别加强保温，新浇混凝土与已硬化混凝土连接处，为避免热量的传导损失，必要时应采取局部加热措施。2．适用范围当结构表面系数较小或气温不太低时，应优先采用蓄热法施工。蓄热法的适用范围大致如表22-35所示。蓄热法适用范围表22-35室外平均气温（℃）结构表面系数5～7.57.5～1010～12.512.5～150蓄热法蓄热法蓄热法蓄热法-2蓄热法蓄热法蓄热法综合蓄热法-5蓄热法蓄热法综合蓄热法综合蓄热法-8蓄热法综合蓄热法综合蓄热法-10综合蓄热法综合蓄热法注：综合蓄热法即在蓄热法工艺的基础上，在混凝土中掺入防冻剂，以延长硬化时间和提高抗冻害能力。3．热工计算蓄热法热工计算的依据是热量平衡原理，即每立方米混凝土从浇筑完毕时的温度下降到0℃的过程中，透过模板和保温层所放出的热量，等于混凝土预加热量和水泥在此期间所放出的水化热之和。当施工条件（结构尺寸、材料配比、浇筑后的温度和养护期间的预测气温）确定以后，先初步选定保温材料的种类、厚度和构造，然后计算出混凝土冷却到0℃的延续时间和混凝土在此期间的平均温度。据此再用成熟度方法估算出混凝土可能获得的强度。如所得结果达不到抗冻临界强度值或预期的强度要求，则需调整某些施工条件或修改保温层设计，再进行计算，直至符合要求为止。蓄热法的热工计算按以下方法进行：（1）混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度，可按下式计算：（22-17）（2）混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度，可按下式计算：（22-18）其中θ、φ、η，为综合参数，按下式计算：式中T——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的温度（℃）；Tm——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均温度（℃）；t——混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间（h）；Tm，a——混凝土蓄热养护开始到任一时刻t的平均气温（℃）；ρc——混凝土的质量密度（kg/m3）；mce——每立方米混凝土水泥用量（kg/m3）；Qce——水泥水化累积最终放热量（kJ/kg）；vce——水泥水化速度系数（h-1）；ω——透风系数；M——结构表面系数（m-1）；K——结构围护层的总传热系数[kJ/（m2·h·K）]；e——自然对数底，可取e=2.72。注：①结构表面系数M值可按下式计算：M＝A/V式中A——混凝土结构表面积（m2）；v——混凝土结构的体积（m3）。②结构围护层总传热系数可按下式计算：di——第i层围护层厚度（m）；λi——第i层围护层的导热系数[W/（m·K）]。③平均气温Tm,a取法，可采用蓄热养护开始至t时气象预报的平均气温，亦可按每时或每日平均气温计算。④水泥水化累积最终放热量Qce、水泥水化速度系数vce及透风系数ω取值见表22-36和表22-37。水泥水化累积最终放热量Qce和水化速度系数vce表22-36水泥品种及强度等级Qce（kJ/kg）vce（h-1）52.5号硅酸盐水泥40052.5号普通硅酸盐水泥36042.5号普通硅酸盐水泥3300.01342.5号矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥240透风系数ω表22-37围护层种类透风系数小风中风大风围护层由易透风材料组成2.02.53.0易透风保温材料外包不易透风材料1.51.82.0围护层由不易透风材料组成1.31.451.6注：小风—风速vw＜3m/s；中风—风速3≤vw≤5m/s；大风—风速vw＞5m/s。（3）当需要计算混凝土蓄热养护冷却至0℃的时间时，、可根据公式（22-17）采用逐次逼近的方法进行计算。如果蓄热养护条件满足，且KM≥50时，也可按下式直接计算：（22-19）式中t0——混凝土蓄热养护冷却至0℃的时间（h）。混凝土冷却至0℃的时间内，其平均温度可根据公式（22-18）取t＝t0进行计算。（4）混凝土蓄热养护的有关参数，也可用图22-29和表22-38查得。各种保温模板的传热系数表22-38保温模板构造传热系数K[W/（m2·K）]钢模板，区格间填以聚苯乙烯板50mm厚3.0钢模板，区格间填以聚苯乙烯板50mm厚，外包岩棉毡30mm厚0.9钢模板，外包毛毡三层20mm厚3.5木模板25mm厚，外包岩棉毡30mm厚1.1木模板25mm厚，外包草帘50mm厚1.0图22-29用普通42.5级水泥拌制的混凝土蓄热计算图（入模温度：20℃）【例】一批钢筋混凝土柱，断面为300mm×400mm，用普通42.5号水泥拌制，混凝土浇筑后的温度为20℃，预计养护期间室外平均气温为-10℃，要求混凝土温度降至0℃时达到50%的设计强度。求保温条件和构件冷却时间、平均温度。【解】先计算构件的表面系数：使用图22-29中M＝12.5的一栏。在“达到设计强度的百分率”中找出50％的强度线与-10℃的气温线相交，在纵坐标上查得K＝0.9W/（m2·K），然后在K＝0.9的水平线与-10℃气温线相交处分别查得冷却时间为5d，平均温度为10℃。根据K值在表22-38“各种保温模板的传热系数”中选用：钢模板，在钢模板的区格间填以聚苯乙烯板50mm厚，外包岩棉毡30mm厚。但在构件的自由端应将岩棉毡加厚至100mm，构件的根部与原有混凝土连接处应局部短期加热。4．施工注意事项（1）混凝土浇筑后要在裸露的混凝土表面先用塑料薄膜等防水材料覆盖，然后铺设保温材料。对于端部其厚度要增大到面部的2～3倍。（2）混凝土浇筑后应有一套严格的测温制度，如发现混凝土温度下降过快或遇寒流袭击，应立即采取补加保温层或人工加热措施。（3）采用组合钢模板时，宜采用整装整拆方案，并确保模板保温效果和减少材料消耗。为了便于脱模，可在混凝土强度达到1N/mm2后，使侧模板轻轻脱离混凝土再合上继续养护到拆模。6、暖棚法养护1．工艺特点在建筑物或构件周围搭起大棚，通过人工加热使棚内空气保持正温，混凝土的浇筑与养护均在棚内进行。本法的优点是：施工操作与常温无异，劳动条件较好，工作效率较高。同时混凝土质量有可靠保证，不易发生冻害。缺点是：暖棚搭设需大量材料和人工，供热需大量能源，费用较高。由于棚内温度较低（通常不超过10℃），所以混凝土强度增长较慢。2．适用范围暖棚法适用于混凝土工程较为集中的区域，尤某适用于混凝土量较多的地下工程。当日平均气温低于-10℃时，暖棚法不易奏效。3．暖棚构造暖棚通常以脚手材料（钢管或木杆）为骨架，用塑料薄膜或帆布围护。塑料薄膜可使用厚度大于0.1mm的聚乙烯薄膜，也可使用以聚丙烯编织布和聚丙烯薄膜复合而成的复合布。塑料薄膜不仅重量轻，而且透光，白天不需要人工照明，吸收太阳能后还能提高棚内温度。加热用的能源一般为煤或焦炭，也可使用以电、燃气、煤油或蒸汽为能源的热风机或散热器。4．能耗计算暖棚内的热量消耗，可根据暖棚尺寸、围护构造、地面的导热系数和室内换气次数（一般按每小时2次计算）等来计算确定。也可从表22-39中查出。加热100m3暖棚的耗热量（kJ/h）表22-39内外温差（℃）暖棚表面系数围护结构的传热系数[W/（m2·K）]11.63.82.41.61.2200.542000138008400580046001.08400027600168001160092002.016800055200336002320018400300.5630002070012500880069001.0126000414002500017600138002.025200082800500003520027600400.58400027600167501170092001.0168000552003350023400184002.0336000110400670004680036800注：本表所查出的耗热量尚应根据风力情况再乘以围护结构散热系数：当风速在5m/s以内时乘以1.25～1.5，当风速大于5m/s时，乘以1.5～2.0。5．施工注意事项（1）暖棚出入口应设专人管理，以防封闭不严造成棚内温度下降或混凝土局部受冻。（2）棚内各点温度均不得低于5℃。（3）注意棚内湿度，经常观察混凝土是否有失水现象。若失水时，要及时采取增湿措施或在混凝土表面洒水养护。（4）将烟或燃烧气排出棚外，注意防火防毒。7、电热法养护1．电热毯加热法用电热毯作为加热元件，适用于以钢模板浇筑的构件。电热毯由四层玻璃纤维布中间夹以电阻丝制成。制作时先将0.6mm铁铬铝合金电阻丝在适当直径的石棉绳上缠绕成螺旋状，按蛇形线路铺设在玻璃纤维布上，电阻丝之间的档距要均匀，转角处避免死弯，经缝合固定。电热毯的尺寸根据钢模板背后的区格大小而定，约为300mm×400mm，电压60V，功率每块75W，通电后表面温度可达110℃，但应按规范规定控制。在钢模板的区格内卡入电热毯后，再覆盖岩棉板作为保温材料，外侧用108胶粘贴水泥袋纸两层挡风。对大模板现浇墙体加热时，由于墙体的顶部、底部以及与外墙相连处散热较多，这些部位的电热毯应双面密布，中间部位可以较疏或两面交错铺设。在混凝土浇筑前先通电将模板预热，浇筑过程中留出测温孔，浇筑后定期测温并做记录，养护过程中根据混凝土温度变化可继续送电。热工计算：（1）混凝土构件在升温阶段每小时所需热量：Q1＝Vρc0ΔT（22-20）式中Q1——混凝土每小时升温所需热量（kJ）；V——混凝土体积（m3）；ρ——混凝土质量密度，取2400kg/m3；c0——混凝土比热容，取1.00kJ/（kg·K）：△T——每小时升温温度（℃）。（2）钢模板及保温材料加热所需热量：Q2＝m1c1ΔT＋m2c2ΔT（22-21）式中Q2——钢模板及保温材料加热所需热量（kJ）；m1、m2——钢模板、保温材料重量（kg）；c1、c2——钢模板、保温材料比热容[kJ/（kg·K）]；ΔT——每小时升温温度（℃）。（3）每小时内散失热量：（22-22）式中Q3——构件每小时散失热量（kJ）；A——散热面积（m2）；T——混凝土温度（℃）；Tq——室外大气温度（℃）；λ1、λ2——各层保温材料导热系数[W/（m·K）]；δ1、δ2——各层保温材料厚度（m）。（4）需要布设的电热毯功率：（22-23）式中P——需要布设的电热毯功率（W）；3.6——换算系数，1W·h=3.6kJ。【例】某工程混凝土墙体厚0.16m，室外大气温度-10℃，混凝土浇筑后的温度15℃，每小时升温5℃，恒温30℃，每块电热毯功率75W，用50mm厚岩棉板保温[ρ＝200kg/m3，λ＝0.07W/（m·K），c＝0.75kJ/（kg·K）]，钢模板双面共重112kg/m2[c＝0.48kJ/（kg·K）]，试计算每平方米墙体需布设电热毯的数量。【解】Q1＝1×0.16×2400×1×5＝1920kJQ2＝112×0.48×5＋2×0.05×200×0.75×5＝344kJQ3＝2（30＋10）×0.07/0.05＝112kJP＝（1920＋344＋112）/3.6＝660W则在每平方米墙体的两侧共需布设电热毯：660/75≈9块2.工频涡流加热法（1）工艺特点在钢模板的外侧布设钢管，钢管与板面紧贴并焊牢，管内穿以导线，当导线中有电流通过时，在管壁上产生热效应，通过钢模板将热量传导给混凝土，使混凝土升温。在通常情况下，每平方米模板面约需布设φ15（1/2"）钢管5m，用截面积为25～35mm2的铝芯线作导线，通以电压为100～140V的电流。在室外最低气温为-20℃的条件下，混凝土达到40％强度标准值的耗电量约为130kW·h/m3。为了减少热损失、降低能耗，在模板外面应使用毛毡、矿棉板或聚氨酯泡沫等材料保温。主要工艺参数：三相交流输入电压 380V三相交流输出电压 100～140V钢管极限功率 195W/m模板输出功率 0.8～1.13kW/m2模板输出热量 2900～4000目/（h·m2）用这种工艺来加热混凝土，温度比较均匀，控制方便，缺点是需要制作专用模板，增加了模板的投资。（2）适用范围适用于以钢模板浇筑的混凝土墙体、梁、柱和接头。（3）作用原理在工业和日常生活中所用交流电的频率为50Hz，通称工频。根据电磁感应原理，一根有交变电流通过的导体穿过导磁率较高的铁管时，在管壁上产生交变闭路磁场。由于铁管有一定厚度，就感应产生了电动势和电流，沿管子长度方向呈旋涡式流动，称为涡流。由于铁管电阻的存在，旋涡式流动的涡流，在管壁内产生热效应，热量通过钢模板传导给了混凝土。（4）施工方法1）在大模板现浇墙体上的应用从两侧加热。涡流管横向焊在大模板上，中心距离在底部及顶部为150～200mm，中部为400mm。为了使混凝土受热均匀，在两侧模板上的涡流管可互相错开，见图22-30。图22-30墙体养护示意1-大模板；2-涡流管；3-导线2）在梁、柱结构上的应用梁、柱结构可根据结构厚度和热工计算，采用两面、三面或四面加热，如图22-31和图22-32。图22-31梁养护示意1-钢模；2-涡流管；3-导线图22-32柱养护示意1-钢模；2-涡流管；3-导线3）在梁柱接头上的应用将涡流管直接埋在混凝土中，待混凝土浇筑后即通电加热，达到要求强度后停止送电并将导线抽出，涡流管留在混凝土中不再拆除。埋入混凝土中的涡流管总长度，根据混凝土量按60kW/m3功率计算。节点外围必须保温养护。如图22-33。图22-33梁柱接头养护示意1-模板；2-涡流管；3-导线（5）热工计算与电热毯加热法相同。（6）模板功率计算1）涡流管的饱和电流及电压值根据通有电流的直线导体磁场强度公式，得出计算涡流管管壁中心磁场强度公式：（22-24）式中H——涡流管管壁中心磁场强度，当磁感应达到饱和强度时，磁场强度Hk＝40A/cm；I——直线导体通过的电流（A）；R——钢管外半径（cm）；δ——钢管壁厚（cm）。当涡流管为φ15（1/2"）钢管（R＝1.062cm，δ＝0.275cm）时的饱和电流值（Ik），可根据上式算出：Ik＝2×π×0.9×40＝226A根据试验，在φ15涡流管中通过的电流达到饱和值时，每米长导线两端的电压降Uk＝1.125V。2）功率因素及涡流管单位长度的极限功率涡流管的极限功率按下式计算：Pk＝IkUkcosφ（22-25）式中Pk——涡流管单位长度的极限功率（W/m）；Ik——饱和电流值（A）；Uk——导线单位长度饱和电压降（V/m）；cosφ——功率因素，经试验求得为0.8。则φ15涡流管的极限功率为：Pk＝226×1.125×0.8＝204W/m3）钢模板单位面积的极限功率钢模板的极限功率按下式计算：Ps＝lPk（22-26）式中Ps——模板单位面积的极限功率（W/m2）；l——在单位面积模板上布设的涡流管总长度（m/m2）。在每平方米模板上如布设φ15涡流管5m，则每平方米模板的极限功率为：Ps＝5×204＝1020W/m2（7）电气控制电气控制采用可控硅反并联电压调节方式，如图22-34。这种方式具有调节方便、效率高、易实现自动化的优点。各阶段送电功率，取预养与恒温阶段功率相同，升温阶段功率为预养阶段功率的2.2倍。预养、恒温阶段变压器为Y形接线，升温阶段为△形接线。图22-34电气控制1-自动空气开关；2-接触器；3-可控硅；4-电流互感器；5-变压器；6-导线；7-涡流管3．线圈感应加热法（1）工艺特点用绝缘电缆缠绕在梁、柱构件的外面以形成线圈，通电后使钢模板、钢筋或构件内所含的型钢发热升温并加热混凝土。线圈感应加热法的优点是：易于控制，加热均匀。只要线圈设置得当，可使混凝土内部温度差控制在5℃以内，浇筑前还可对模板及钢筋进行预热。（2）适用范围适用于以钢模板浇筑的或中间含有型钢作为劲性骨架的梁、柱构件的加热养护。也可作为某些因措施不当面临受冻危险的梁、柱构件的加热补救措施。但不适用于墙、板构件的加热养护。（3）作用原理当线圈内通入交变电流时，线圈内及线圈周围会产生交变磁场。如果在线圈中间放入铁芯，会在铁芯内产生涡电流，并将电能转变为热能。因而当电缆内通以交流电后，处在线圈中间的钢模板等钢铁部件因感应而发热，同时将热量传给混凝土，达到加热混凝土的目的。（4）施工方法1）变压器，一般选择50kVA或100kVA低压变压器，电压在36～110V间调整。混凝土量较少时，也可利用交流电焊机。变压器容量宜较设计结果增加20%～50%。2）感应线圈宜选用35mm2铝质或铜质电缆，以橡胶绝缘为佳。主电缆可选用150mm2，电流不宜超过400A。3）感应线圈缠绕时，应尽量靠近钢模板，以提高功率因数。在缠绕电缆时，构件两端线圈的间距应为中间部分的1/2。两端加密范围为一个线圈直径的长度。构件端部要密缠5圈。4）当确认线路布置正确、连接牢固、绝缘可靠后，方可通电。通电后用仪表随时检测电流、电压是否与工艺设计相符，并根据具体情况调整电路参数。4．电极法在混凝土结构的内部或表面设置电极，通以低压电流，由于混凝土的电阻作用，使电能变为热能，产生热量对混凝土进行加热。电极法适用于以木模板浇筑的混凝土构件，耗钢量较大，耗电量也比其他方法为高，因此不宜普遍推广，只能在特殊条件下使用。电极法采用交流电（直流电会使混凝土内水分分解），工作电压宜为50～110V，在无筋结构中和每立方米混凝土中含钢量不大于50kg的结构中，可采用120～220V。电极种类及适用范围见表22-40。电极种类及适用范围表22-40分类特点适用范围表面电极法将电极固定在木模板内侧，电极可用6mm的钢筋或宽40～60mm的白铁皮做成。电极的间距：钢筋为20～30cm，白铁皮为10～15cm。表面电极法配极简单，间距易控制常用于墙、梁及基础等结构捧形电极法电极用6～12mm直径的钢筋断料制成，直接由结构物表面插人或穿过木模板放入混凝土内，其长度由结构断面而定。棒形电极不易发生短路，但其耗钢量较大常用于柱、梁及基础等结构弦形电极法电极用6～10mm的钢筋制成，每段长2.5～3m，混凝土浇筑前用绝缘垫块将电极固定在箍筋上，电极端部弯成直角露出木模板。弦形电极耗钢量较大常用于钢筋不多的柱、梁及厚度大于20cm的板和基础等结构在柱、梁内棒形电极的设置参见图22-35和图22-36。其中同极间距h和异极间距b，可由表22-41确定，电极与钢筋的最小距离不得超过表22-42的规定。图22-35柱内棒形电极布置图22-36梁内棒形电极布置1-模板；2-钢筋；3-电极；h-同极间距；b-异极间距电极间距表22-41电压（V）代号最大功率（kW/m3）时的距离（cm）2.534567891051b393632282625232221h15131210101087765b514842373432302824h141311109887787b716557514743413836h1313111098877106b898171695854514846h141211998777220b19217515214612411510810296h131210988777注：1.电压为开始电加热时使用的电压；2.使用单相电时，b值不变，h值减小10％～15％。电极与钢筋的最小距离表22-42电压（V）6587106电极与钢筋的最小距离（cm）5～78～1012～15注：配筋密度大，不能保证钢筋与电极间的上表规定的距离时，应隔以适当的绝缘物质，振捣时要避免接触电极及其支架。电路接好经检查合格后方可合闸送电。当结构工程量较大，需边浇筑边通电时，应将钢筋接地线。电热现场应设围栏，防止人畜接近。当混凝土浇筑完毕后，应将混凝土的外露表面覆盖，在通电养护过程中应注意观察混凝土表面的温度和湿度，如出现干燥现象，应切断电源用温水湿润混凝土表面再继续通电养护。混凝土的升温速度和降温速度以及恒温温度均应符合规定，施工时可采用调节电压或间断送电的办法来控制。为保证具有不同体型的结构各部分能获得相同的冷却条件，对于薄型结构，突出的部位以及其他容易冷却的部位，应加强保温。电极法的热工计算与电热毯加热法同。8、远红外线养护1．工艺特点利用远红外辐射器向新浇筑的混凝土辐射远红外线，使混凝土的温度得以提高，从而在较短时间内获得要求的强度。这种工艺具有施工简便、降低能耗等优点。远红外辐射器，根据其所采用的能源，可分为三大类：（1）电热远红外辐射器；（2）蒸汽远红外辐射器；（3）煤气远红外辐射器；电热和蒸汽远红外辐射器，通常在发热元件上涂以远红外涂料而成，煤气远红外辐射器则有金属网式和陶瓷板式两大类。常用的远红外涂料的名称及其主要参数见表22-43。常用的远红外涂料表22-43涂料名称Fe2O3Cr2O3SiCCO2O3TiO2SiO2ZrO2MnO2温度（℃）400370400380380380370辐射率ε0.720.650.840.800.650.720.810.78氧化铁红（Fe2O3）由于价廉易得，是工地常用的远红外涂料。胶粘剂可用硅溶胶或水玻璃。配制和涂刷方法如下：重量比：氧化铁红：硅溶胶：水＝2:1:1。硅溶胶与水先调合，再徐徐注入氧化铁红粉料中，同时进行机械搅拌约2～3h，使之成为油漆状。在元件表面用砂纸或喷砂清理干净，再用丙酮洗净，预热至40～50℃，便开始涂刷已搅拌好的涂料，涂层厚度不宜超过0.2mm，涂刷后立刻放在70～80℃温度上烘烤2h即可使用。也有的单位使用复合涂料，参考配方如下：（1）Fe2O355％＋ZrO230％＋Cr2O35％＋MnO25％＋SiO22％＋CO2O33％；（2）Fe2O358％＋ZrO230％＋Cr2O35％＋MnO25％＋SiO22％；（3）TiO220％＋Fe2O380％。2．作用机理红外线和可见光一样，都是电磁波。红外线的波长为0.72～1000μm，介于可见光与微波之间。在红外线范围内，一般将波长在4μm以下的称近红外线，4μm以上的称远红外线。红外线与光波相同，具有直线传播的特性，并有反射、折射、透射及吸收等现象。不同波长的红外线对不同物质所产生的效果是不同的。用远红外线来辐射混凝土，当发射波长与混凝土组成材料的吸收波长相匹配时，新拌混凝土作为远红外线的吸收介质，在远红外线的共振作用下，介质分子做强烈运动，将辐射能充分转换成热能，使混凝土升温。3．适用范围管式电热远红外辐射器可用于工地柱、梁的内部加热，也可用于以钢模板浇筑的剪力墙、大板建筑竖向接缝和现场预制构件的外部加热。蒸汽和煤气远红外辐射器通常用于预制厂内加热预制构件。4．远红外辐射器的设计计算（1）辐射器表面温度计算T＝2897/λ（22-27）式中T——辐射器表面温度（K）；λ——被加热物体对远红外线最大吸收峰的波长（λm）。【例】利用远红外辐射器加热混凝土，已知水对于3～7μm、14～16μm波长有吸收特性，水泥、砂、石对于3～9μm波长有吸收特性，新拌混凝土对远红外线的吸收波长按4μm计算，求辐射器表面温度。【解】T＝2897/4＝724K（451℃）（2）辐射器的表面积计算（22-28）式中A——辐射器的表面积（m2）；Q——辐射器的发热量（kJ/h）；c——黑体辐射系数，取16.7kJ/（m2·h·K4）；T——辐射器表面温度（K）；T0——被加热物体表面温度（K）。【例】根据结构加热要求已算出需热量Q＝5024kJ/h。根据混凝土的吸收峰值算出T＝724K，T0定为353K（80℃），求辐射器表面积。【解】（3）电热远红外辐射器的功率计算P＝Q/（3.6η）（22-29）式中P——辐射器功率（W）；Q——辐射器的发热量（kJ/h）；η——热效率，取0.85；3.6——换算系数，1W·h＝3.6kJ。【例】已知每个电热远红外辐射器每小时发热量为5024kJ，求电功率。【解】P＝5024/（3.6×0.85）＝1642W（4）电热远红外辐射器所需电阻丝的计算电阻丝的电功率：式中P——电阻丝的电功率（W）；U——电源电压（V）；R——电阻（Ω）；ρ——电阻丝的电阻系数，铁铬铝电阻丝为0.00014Ω·cm2/cm，镍铬电阻丝为0.000110·cm2/cm；l——电阻丝长度（cm）；d——电阻丝直径（cm）。用于辐射器的电阻丝每平方厘米表面积的负担（W）以3～5W为宜，故电功率也等于：P＝π·d·l·W从而（22-31）常用的铁铬铝电阻丝根据上式算出的参数如表22-44。电阻丝的参数表22-44电阻丝直径（cm）电阻丝总长度（cm）绕成内径为4mm的长度（cm）参数电压（V）电阻（Ω）电流（A）总功率（W）0.04107331.0220120.01.844060.06131454.622065.03.387440.08151880.522042.35.2011450.101697108.122030.37.2716000.121859136.622023.09.562103注：辐射器钢管的长度为电阻丝绕成内径4mm长度的1.8～2.0倍。5．电热远红外内部加热法（1）辐射器用于内部加热的远红外辐射器的构造如图22-37所示。在φ15mm（1/2"）钢管内装电阻丝，用瓷套管并填充氧化镁或石英粉绝缘。管壁外面涂以远红外涂料，常用型号的主要参数如表22-45。辐射器的主要参数表22-45长度（mm）外直径（mm）表面辐射面积（m2）功率（W）电压（V）电阻（Ω）2300210.1445150022032～33图22-37内部加热用的远红外辐射器1-电极护罩；2-相极；3-零极；4-瓷套管；5-M4螺杆；6-钢填芯；7-瓷护套；8-内外丝连接头；9-钢管；10-石棉纤维；11-氧化镁；12-电阻丝；13-堵头（2）结构留孔内部加热法适用于梁、柱结构。在混凝土浇筑前，将直径为58mm的钢管置于梁或柱的中心位置，浇筑后每隔30min将钢管旋转一次，待混凝土初凝后即行拔出，留出管孔如图22-38和图22-39，水平浇筑的构件可分别从两端抽出芯管，管孔应稍向端部倾斜，以便使游离水泄出。现浇柱在根部处留泄水孔。用于内部加热的辐射器，其作用半径约为300mm，当构件截面过大时，可用多根辐射器同时加热。图22-38梁留孔示意1-铁皮套管；2-抽芯管图22-39柱留孔示意1-抽芯管；2-弯头；3-短横管（3）加热养护当混凝土浇筑完毕，孔道已经成型，即可在孔道中插入辐射器，接通电源，向混凝土辐射远红外线使混凝土升温。在每个构件内部应设测温点，随时掌握混凝土温度，必要时可实行间歇送电。当室外平均气温为-10℃时，混凝土达到40％强度标准值的耗电量约为l00kW·h/m3。（4）施工注意事项要采用低流动性或半干硬性混凝土，使用减水剂和早强剂，以利于留孔和尽早获得强度。结构外面必须保温防止热量损失，现浇柱的根部尤须加强保温防止受冻。6．电热远红外外部加热法（1）辐射器外部加热用的电热远红外辐射器通常为管式，外壳为φ15mm钢管，钢管外表面涂以远红外涂料，内置电阻丝作为发热体，电阻丝与钢管之间用氧化镁填充以保证绝缘。在辐射器两端分别引出电线并设绝缘子，以保证外露部分不致带电。使用电压220V，功率800～1200W，构造如图22-40，也可根据需要弯曲成各种其他形状。图22-40外部加热用的远红外辐射器1-接线装置；2-绝缘子；3-封口材料，4-紧固装置；5-金属管；6-氧化镁；7-电阻丝（2）剪力墙混凝土养护将管式辐射器固定在大模板的钢肋间，外面加铝合金反射罩，在钢肋外侧用绝热保温材料包裹严密。一般采用单侧加热，墙体的另一侧不再布置辐射器，只用保温材料围护，如图22-41。图22-41剪力墙混凝土养护示意1-50mm厚聚苯板；2-合金铝反射罩；3-辐射器；4-5mm厚石棉板（3）大板建筑竖向接缝养护根据接缝的形状制作相应的工具式带保温罩的辐射器，如图22-42。图22-42大板建筑竖向接缝养护示意（4）现场预制构件养护用于现场预制构件养护的远红外辐射器，可做成工具式并带反射罩，便于适应各种不同构件的周转使用。图22-43为薄腹梁现场养护的实例。图22-43现场预制构件养护示意1-辐射器；2-合金铝反射罩；3-保温材料7．电热远红外的其他用法（1）养护梁柱接头辐射器外壳为钢管，并涂有远红外涂料。内部为四节碳化硅棒，每节长105mm，直径17mm，上有4个φ4mm小孔，其中两孔穿以8号铁丝连成整体，另外两孔内穿150W电阻丝，端部装有手柄，电源线和钢管外壁的接地零线由手柄引出（图22-44）。接头混凝土浇筑时，留出φ40长度为500mm的孔洞，孔洞定型后，将辐射器放入孔洞内部通电加热。如图22-45。图22-44电热套管棒式辐射器1-电源线；2-零线；3-碳化硅棒内穿电阻丝；4-碳化硅棒内穿铁丝图22-45梁柱接头养护示意（2）材料加热在水箱底部装以远红外辐射器，再与自动控温仪、电磁阀连接，可实现温度自动控制。如图22-46。图22-46电热水箱1-水量调节板；2-进口电磁阀；3-出口电磁阀；4-远红外辐射器；5-泄水节门搅拌站的上料斗和装运砂石的双轮手推车内部可装以蛇形辐射器，用来加热砂石，如图22-47和图22-48。图22-47电热上料斗1-蛇形辐射器图22-48电热小车1-蛇形辐射器；2-电源插座（3）碳化硅电阻炉碳化硅板是一种远红外辐射元件，板内装有电阻丝，通电后从板面向外辐射远红外线。常用的碳化硅板尺寸为300mm×200mm×42mm，碳化硅含量70%～75%，功率1kW，表面温度450～500℃，将板固定在用钢筋制成的支架上，接通电源，就成为碳化硅电阻炉（图22-49）。适用于大模板现浇墙体的加热养护和现浇整体楼盖的加热养护，也可作为室内加热的热源。图22-49碳化硅电阻炉当用于大模板现浇墙体的加热养护时，混凝土浇筑完毕后，应立即将上部用保温材料封闭，然后通电加热，当室外最低气温为-5～-10℃时，每个3m×5m的房间内装以总功率为5～10kW的电阻炉，养护期间混凝土温度可达10～30℃。施工情况如图22-50。图22-50碳化硅电阻炉养护示意8．煤气远红外加热法（1）辐射器以煤气（液化气）为能源的加热装置，由贮气钢瓶、调压器、管路、气门和辐射器等组成。辐射器有金属网式和陶瓷板式两大类。金属网式辐射器因其坚固耐用、轻巧灵活而适用于建筑施工。煤气在辐射器网内无焰燃烧，而产生远红外线向外辐射。为了使辐射能集中，在辐射器上装有抛光铝质反射罩。几种辐射器的基本工作参数如表22-46。辐射器的工作参数表22-46规格（mm）喷嘴直径（mm）喷嘴压力（Pa）名义热负荷（kJ/h）网面温度（℃）耗气量（kg/h）500×1201.5280033500600～8000.5～0.7800×1201.8280050200600～8000.8～1.11000×702.14000377008000.6～0.81600×702.155006280010000.9～1.3注：使用时均为平放。500×120金属网式辐射器的构造如图22-51。图22-51金属网式辐射器（2）构件养护煤气远红外辐射器适用于在预制厂内对预制构件进行加热养护。装有辐射器的移动式的辐射车，可在场内灵活行走。辐射车用角钢焊接成骨架，外壳是两层铁皮夹以10mm厚的石棉板，内表面涂刷铝粉漆，下有车轮，并用橡胶带与地面封闭，车两端悬挂保温门窗。构造如图22-52。图22-52辐射车当环境温度较低时，液化气瓶内液体不易挥发，容易发生回火或熄火。连续长时间的使用也会造成钢瓶的温度降低，因此钢瓶的使用温度不宜低于10℃。混凝土宜选用半干硬性或干硬性，养护温度以70～90℃为宜，常温天气养护6h，冬期延长至8～10h。每立方米混凝土耗气量约13～16kg。9．蒸汽远红外加热法在蒸汽排管的外表面或钢串片散热器的外表面涂以远红外涂料，再辅以反射罩，就成为蒸汽远红外辐射器。固定安装在养护窑内加热混凝土。蒸汽压力应在0.3MPa以上，养护温度80～90℃，养护周期6～8h。9、蒸汽加热法1．工艺特点混凝土工程的蒸汽加热分为两种情况，一种是让蒸汽与混凝土直接接触，利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土。另一种是将蒸汽作为热载体，通过某种形式的散热器，将热量传导给混凝土使混凝土升温。前者有蒸汽室和蒸汽套法以及内部通汽法，而毛管法和热模法则属于后者。蒸汽养护法的主要优点是：蒸汽含热量高，湿度大，成本较低。缺点是：温度、湿度难以保持均匀稳定，热能利用率低，现场管道多，容易发生冷凝和冰冻。2．作用机理利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土时，由于蒸汽温度高于混凝土温度，蒸汽压高于混凝土内气压，所以蒸汽就要在混凝土表面发生凝结，依靠凝结放热来将蒸汽热传导给混凝土。从锅炉出来的湿饱和蒸汽进入蒸汽室后，要和空气相混合变成蒸汽空气混合物，其主要参数见表22-47。蒸汽空气混合物在1个大气压并饱和状态下的若干参数表22-47混合物温度混合物中饱和蒸汽的分压力密度（kg/m3）饱和混合物中的蒸汽含量饱和混合物中的含热量饱和蒸汽含热量干空气饱和的蒸汽空气混合物（℃）（Pa）（％）（kJ/kg）（kJ/kg）06201.2931.2900.379.382501.61012501.2481.2420.7529.222520.02023801.2051.1951.4556.652538.03043201.1651.1462.6597.132556.54075201.1281.0974.61157.422574.550125701.0931.0437.94252.462592.060203101.0600.98313.2397.752609.670317801.0290.91221.6624.252626.880482901.0000.82635.4989.762643.590714900.9730.72458.11590.572660.31001033200.9470.5991002676.202676.2养护混凝土的蒸汽需用量按下式计算：（22-32）式中W——耗汽量（kg）；Q——耗热量、包括混凝土、模板和保温材料升温所需热量以及通过围护层散失的热量（kJ）：i——蒸汽发热量，取2500kJ/kg；α——损失系数，取0.2～0.3。3．基本要求（1）由于矿渣硅酸盐水泥对蒸汽养护的适应性较好，养护后的最终强度损失小。因此，当用蒸汽直接加热混凝土时，宜优先选用矿渣硅酸盐水泥。（2）引气型的减水剂或引气剂掺入混凝土后，在蒸汽作用下，会增加含气量，推迟凝结时间，降低强度，因此不宜用于蒸汽养护。（3）基土为不得受水浸的土，不宜采用蒸汽加热。（4）用于蒸汽加热的低压湿饱和蒸汽，要求相对湿度100%，温度95℃，压力0.05～0.07MPa。当使用高压蒸汽时，应通过减压阀或过水装置方可使用。（5）蒸汽养护的混凝土，采用普通硅酸盐水泥时最高养护温度不应，超过80℃，采用矿渣硅酸盐水泥时可提高到85℃。但采用内部通汽法时，最高加热温度不应超过60℃。4．蒸汽室法在结构物的周围制作能拆卸的蒸汽室，通入蒸汽以加热混凝土。如在地槽上部盖简单的盖子（图22-53）或在预制构件周围用保温材料（木材、砖、篷布等）做成密闭的蒸汽室通汽加热，在室内应设置排除冷凝水的沟槽，在室外沿蒸汽室四周用锯末或泥土将缝隙封闭严密，以减少热损失。本法适用于加热地槽中的混凝土结构及地面上的小型预制构件。图22-53利用地槽作蒸汽室1-脚手杆；2-篷布、油毡或草袋；3-进气管5．蒸汽套法在结构物与模板外面用一层紧密不透气的木板或其他围护材料做成蒸汽套，中间留出约150mm的空隙，通入蒸汽来加热混凝土，如图22-54和图22-55。当加热肋形楼板时，在楼板的下面做蒸汽套，楼板的上面用保温材料覆盖。覆盖层与混凝土之间可以留出空隙通汽，也可直接覆盖在混凝土表面。为了加热均匀，水平构件（梁）应沿构件每1.5～2m分段通入蒸汽，垂直构件（柱）应沿构件每3～4m分段通汽。蒸汽由每段的下部通入汽套中。本法适用于现浇柱、梁及肋形楼板等整体结构的加热。每立方米混凝土的耗汽量约为800～1200kg。图22-54梁的汽套构造示意图图22-55柱的汽套构造示意图6．毛管模板法在混凝土结构的木模板上预设通汽沟槽，沟槽断面可做成三角形、矩形或半圆形，间距20～25cm，用厚为0.5～2mm的薄铁皮盖上，使成为通蒸汽的毛管（图22-56）。在浇筑混凝土前，为了避免落入砂浆，须用木塞将沟槽上端堵严。蒸汽经过蒸汽分配箱自毛管下部进入，再通过模板上部所钻孔眼排于大气中。垂直方向每隔2.5～3.5m增设1个蒸汽分配箱，如为水平方向通汽则不能超过2m。本法仅适用于以木模板浇筑的结构，对于柱、墙等垂直构件加热效果好，对于平放的构件加热不易均匀。每立方米混凝土耗汽量约400～500kg。

图22-56柱毛管模板1-进汽管；2-分汽管；3-出汽孔；4-毛管；5-铁皮；6-木板条7．内部通汽法在混凝土结构内部预埋钢管或胶皮管（内部充水使其鼓胀），待混凝土浇筑后抽出，然后在一端孔内插入短管，徐徐通入蒸汽加热混凝土。当混凝土达到要求强度后排除冷凝水，把砂浆灌入孔内将通汽孔封闭。预埋管子的管径为13～50mm。在1个构件内放有几根管子时，它们应连接成梳形，共用1个蒸汽入口。为排出冷凝水，送汽水平管道应设置1/1000的回水坡度，支汽管道应设置2/1000的回水坡度，埋设于梁内的水平管道应设置5/1000的回水坡度。在构件外面应加保温覆盖以防止遭冻。每立方米混凝土的耗汽量约为200～400kg。图22-57和图22-58为梁、柱留孔的形式。图22-57梁留孔的两种形式1-孔道；2-短管；3-胶皮连接管图22-58柱留孔的两种形式1-孔道；2-短管；3-胶皮连接管；4-φ18冷凝水排出管（1）孔道的设计计算1）孔壁面积（22-33）式中Ar——孔壁面积（m2）；Ap——混凝土围护面积（m2）；Kp——混凝土围护层（模板及保温层）的传热系数[W/（m2·K）]；（22-34）λ1——围护各层的导热系数[W/（m2·K）]；δ1——围护各层的厚度（m）；α——透风系数，见表22-37；Kr——孔壁的传热系数，取23W/（m2·K）；Td——混凝土恒温温度（℃）；Tq——环境气温（℃）；Tk——蒸汽温度（℃）。2）留孔数量（22-35）式中n——构件内留孔数；R——孔直径（m）；L——孔道长度（m）。为了不削弱构件的承载能力，孔道的总截面积以不超过构件截面积的2.5%为宜。【例】某工程钢筋混凝土柱截面为400mm×600mm，高8m，采用内部通汽法养护。选定留孔抽芯钢管的外径为50mm，蒸汽温度为80℃，恒温加热温度为30℃，室外气温为-8℃，围护层为25mm厚木模板外包10mm厚的毛毡，求留孔数。【解】在1m高范围内：Ap＝（0.4＋0.6）×2×1＝2m2核算孔洞面积占构件截面积的百分率：可以满足要求。（2）蒸汽需要量计算1）升温期需要的热量（22-36）式中Q1——混凝土升温期间共需热量（kJ）；V——混凝土体积（m3）；c——混凝土比热容，取1.05kJ/（kg·K）；ρ——混凝土质量密度，取2400kg/m3；Td——混凝土恒温温度（℃）；T——混凝土初温（℃）；Tq——室外大气温度（℃）；Ap——混凝土外围面积（m2）；Kp——混凝土围护层的传热系数[W/（m2·K）]；t1——升温时间（h）；3.6——换算系数，1W·h＝3.6kJ。2）恒温期需要的热量Q2＝AP·KP（Td－Tq）t2×3.6（22-37）式中Q2——混凝土恒温期间共需热量（kJ）；t2——恒温时间（h）。3）蒸汽需要量（22-38）式中W——混凝土养护蒸汽总需要量（kg）；i——蒸汽含热量，取2500kJ/kg;α——损失系数，取0.2～0.3。【例】施工条件同上例，设混凝土初温20℃，恒温30℃，经2h升温后达到恒温温度，然后保持80h，求蒸汽需要量。【解】每根柱：V＝0.4×0.6×8＝1.92m3Ap＝（0.4＋0.6）×2×8＝16m2Kp＝2.83W/（m2·K）（计算见上例）则：每立方米混凝土的蒸汽需要量：288/1.92＝150kg8．热模法采用特制的空腔式模板或排管式模板作为散热器，蒸汽通过钢模内的空腔或焊于钢模上的排管，向混凝土进行间接加热。空腔式模板由50×50×5的角钢和10号槽钢组成骨架，内侧为3mm钢板，外侧为1.5mm钢板，形成空腔。中间角钢打出φ10mm小孔通汽。外面再加一层50mm厚的聚苯乙烯板作保温层，构造如图22-59。图22-59空腔式热模示意排管式模板的基本构造与空腔式相同，只是在空腔内增加3根φ30mm钢管，蒸汽在钢管内通过，同时将热量传导给混凝土。9．液压滑模的蒸汽养护在最低温度为-10℃的条件下进行滑模施工。滑模外挑架和外挂架周围围一层尼龙编织布，上至养护栏杆，下至挂架脚手板底。提升架下挂排管散热器，通入0.3MPa的高压蒸汽（图22-60）。为确保滑出的筒壁不立即受冻，外壁包3m高、5cm厚的岩棉保温被，周围连成一体。为避免被大风吹起，用钢筋围圈两道箍栏。围布加上岩棉被，内有排管供热，可保证滑出模板的混凝土在2昼夜内不受冻。混凝土压光后表面涂刷2遍薄膜养生液，形成一层薄膜，可兼起挡风和保温作用。混凝土拌合物中掺入适当的防冻剂，可以使混凝土到了负温环境下强度仍能继续增长。图22-60液压滑模的蒸汽养护10、负温混凝土1．工艺特点将拌合水预先加热，必要时砂子也加热，使经过搅拌后的混凝土于出机时具有一定的零上温度。在拌合物中加入防冻剂，混凝土浇筑后不再加热，仅做保护性覆盖以防止风雪侵袭。混凝土终凝前，其本身温度即已降至0℃，并迅速与环境气温相平衡。混凝土就在负温中硬化。2．适用范围可用于零星的、不易蓄热保温也不易采取加热措施，并对强度增长速度要求不高的结构，如圈梁、过梁、挑檐、雨篷、地面和梁柱接头等。硬化时混凝土本身的温度在0～-10℃之间。3．作用机理根据拉乌尔定律，当水中溶入了不挥发的物质后成为溶液，水的蒸汽压下降造成溶液的冰点降低。当温度降至该溶液的冰点时，溶液中开始有冰析出，此时溶液的浓度升高，冰点相应降低，当温度继续下降时，溶液的冰点就更低，温度下降至该溶液的最低共熔点时，溶液中的水才全部成固态随溶剂晶体一道析出。由于溶液具有这种性质，因此在混凝土中加入适当的防冻剂后，在一定的负温条件下，可以使含冰率控制在10%以内，而大部分拌合水仍为液相，可以与水泥起水化反应，使混凝土的强度逐渐增长。4．防冻剂的组成防冻剂通常由防冻组分、早强组分和减水组分复合而成。防冻组分是防冻剂的核心成分，由它来保证混凝土中液相水的存在，常用的种类见表22-48。防冻组分表22-48名称化学式析出固相共熔体时附注浓度（g/100g水）温度（℃）食盐NaCl30.1-21.2致锈氯化钙CaCl242.7-55致锈亚硝酸钠NaNO261.3-19.6硝酸钠NaNO358.4-18.5硝酸钙Ca（NO3）278.6-28乙酸钠CH3COONa-17.5碳酸钾K2CO356.5-36.5尿素（NH2）2CO78-17.6氨水NH4OH161-84甲醇CH3OH212-96早强组分用来促进水泥的硬化，常用的种类见表22-49。早强组分表22-49名称化学式掺量占水泥（%）相对早强效果（％）f1f3f7（空白）100100100硫酸钠Na2SO42138143122三乙醇胺C6H15O3N0.04147136125硫代硫酸钠Na2S2O3214712898注：相对早强效果，均以空白标养试件为基准的标准养护下的龄期分别为1、3、7d的抗压强度之比。减水组分用来减少拌合水量，从而降低混凝土中的含冰量，提高混凝土的密实度和抗冻害能力。减水组分宜选用萘系高效减水剂，如FDN。防冻剂的参考配方如表22-50。在选择防冻剂配方时，可以取混凝土自浇筑之时起5昼夜内的预计平均气温作为硬化温度（防冻剂的规定温度）来选择防冻剂配方。防冻剂参考配方表22-50水泥品种硬化温度（℃）配方（％）普通水泥-10亚硝酸钠（13.4）＋硫酸钠2＋FDN0.75亚硝酸钠（6.1）＋硝酸钠（9.7）＋硫酸钠2＋FDN0.75尿素（7.3）＋硝酸钠（8.5）＋硫酸钠2＋FDN0.75-5亚硝酸钠（6.9）＋硫酸钠2＋FDN0.75亚硝酸钠（3.4）＋硝酸钠（5.7）＋硫酸钠2＋FDN0.75尿素（4.5）＋硝酸钠（5.7）＋硫酸钠2＋FDN0.750亚硝酸钠（3.2）＋硫酸钠2＋木钙0.25尿素（4.4）＋硫酸钠2＋木钙0.25食盐（4.4）＋硫酸钠2＋木钙0.25矿渣水泥-5亚硝酸钠（9.0）＋硫酸钠2＋FDN0.75亚硝酸钠（4.4）＋硝酸钠（6.6）＋硫酸钠2＋FDN0.75尿素（6.6）＋硝酸钠（6.6）＋硫酸钠2＋FDN0.750亚硝酸钠（3.1）＋硫酸钠2＋木钙0.25尿素（4.1）＋硫酸钠2＋木钙0.25食盐（4.1）＋硫酸钠2＋木钙0.25注：1.配方中括号内数字为占拌合水量的百分数，其余为占水泥用量的百分数。2.食盐配方仅用于无筋混凝土，其余均可用于钢筋混凝土。5．商品防冻剂的选择（1）外加剂厂生产的防冻剂，必须符合行业标准《混凝土防冻剂》（JC475）的要求。防冻剂按规定温度分为-5℃、-10℃和-15℃三种。规定温度是指掺有防冻剂的混凝土拌和物，成型后在恒定的负温条件下的硬化温度。（2）工地应根据混凝土浇筑后5d内的预计日最低气温来选用防冻剂。当预计日最低气温为-5～-10℃、-10～-15℃和-15～-20℃时，宜分别采用规定温度为-5℃、-10℃和-15℃的防冻剂。当预计日最低气温为0～-5℃时，可采用早强减水剂并用保温材料覆盖。6．负温混凝土的物理力学性能表22-51是一组负温混凝土各项性能的试验结果，从表中可以看出，在混凝土中加入适当的防冻剂