摘要：三峡工程混凝土工程量巨大，夏季混凝土出机口温度7℃，混凝土降温分别采用了骨料两次风冷，加冰、加冷水拌和等手段；经实测和验算，拌和、制冷系统合理，运行效果良好，是三峡混凝土浇筑质量的重要保证（作者赵爱珍，总经济师）。 三峡工程生产低温混凝土的时段在每年4月至11月，温 控期长，低温混凝上产量大。2000年温控混凝土即达到295万m3。不管是生产强度还是出机口温度，都是目前世界上低温混凝土的高水平。对三峡的混凝土冷却工艺进行校核、总结，有着重要的意义。1 三峡二期工程混凝土系统概况 三峡二期工程共布置5个混凝土系统，全部在左岸。其中泄洪坝段两个：79高程系统和90高程系统；厂房坝段两个：82高程系统和120高程系统；临时船闸及永久船闸1个：98.7高程系统。 浇筑量(m3) 气温月份
合计常温混凝土温控混凝土平均最高
1140 555 4.415.62116 872 7.017.73133 293 13.131.24132 62723 544109 08318.329.45120 265553119 71223.839.06117 745633117 11225.636.5793 05142192 6302840.0894 36838893 98026.735.3971 52361370 91022.234.21084 51043284 07817.730.211111 85674 28137 57510.624.61284 628 8.519.1
关键词：混凝土冷却；制冰机；片冰机；冷水机；热平衡；三峡工程
由于三峡工程混凝土浇筑量巨大，全年混凝土生产安排紧凑，无论从计划浇筑量还是实际完成量来看，往往高温季节仍是浇筑高峰期。以 90系统混凝上生产为例，见表l。
| 表1 2000年三峡 90系统月浇筑量表 | |||||
从表1可以看出，在5、6、7、8、9气温最高的五个月里，平均强度达99 390m3，是年平均强度108440m3的91％。通过混凝土冷却工艺的采用，摆脱了高温季节不宜浇筑混凝土的制约，实现了全年均衡生产。
| 2 ▽90系统混凝土冷却工艺 三峡工程各拌和系统冷却工艺基本相同，以▽90系统为例，混凝土预冷工艺如图1示。
从图1可以看出，混凝土材料的冷却手段分别采用风冷骨料、加冰拌和、加冷水等常规手段。由于骨料降温幅度大(30℃)，故采用二级风冷，以提高制冷效率。 2.1 骨料冷却 分两次进行冷却，即一次风冷、二次风冷。骨料经二次筛分后，用皮带输入专设的预冷仓进行一次风冷。一次风冷仓共两组，每台拌和楼1组；每组4个预冷仓，每个仓容积240m3，为矩形钢筒仓；分别冷却特大石、大石、中石、小石。预冷仓内设有配风窗、回风道等气流组织设施。预冷仓下没有廊道，冷却后的骨料由此用皮带送人拌和楼料仓进行二次风冷。 |
图1 90高程混凝土系统制冷工艺图 |
预冷仓内的气流组织形式为逆流式。骨料通过上料皮带自上而下进入预冷仓；冷风自下而上经冷风机、配风窗、回风口再回到冷风机。 一次风冷二次风冷
装机容量(Kcal/h) 600×104500×104预冷仓进口风温(℃) 1～-1-8～-12预冷仓出口风温(℃) 188预冷仓风量(m3/h)特大石（33～35）×104（18～24）×104大石（33～35）×104（18～24）×104中石（33～35）×104（18～24）×104小石（33～35）×104（18～24）×104 28.79～10骨料出料温度(℃)特大石6～8-2～-0大石6～8-2～-0中石6～8-2～-0小石6～8-2～-0骨料冷却时间(min) 5050预冷罐（仓）容积(m3) 240201
预冷仓及上楼皮带栈桥用50mm厚EPS隔热夹心板封闭，以减少冷量损失。
二次风冷由附壁式冷风机供应冷风，二次风冷车间的氨压机提供冷源。骨料仓内设有配风装置。
拌和楼料仓外表面采用100mm厚橡塑板保温，附壁式冷风机采用200mm厚岩棉保温。
骨料预冷工艺参数如表2。
| 表 2 | |||
| 2.2 加冰及加冷水拌口 ▽90系统两座拌和楼拌制用冷水和冰由一座片冰楼提供，其主要参数如下： 制冰：装机容量 400x104 kcal 产冰量 17.5t/h 冰出库温度 -5℃～-8℃ 制冷水： 冷水温度 l℃～4℃ 片冰楼为钢结构、多层布置。设备布置如图2。 |
图2 |
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第三层的70t冰库，用气力输冰泵向4x 3.0拌和楼供应片冰；第五层两座双连50t冰库，用胶带机向4x 6.0拌和偻供应片冰。
3 热平衡计算3.1 计算条件材料容量
kg/m3比热
kcal/kg·℃含水率
%空隙率
%导热系数
W/m·℃
粗
骨
料（G1）150～80mm1 4300.229<1442.5（G2）80～40mm1.4300.229<1442.5（G3）40～20mm1 4600.229<1442.5（G4）20～5mm1 4600.229<1442.5砂（s）<5mm1 5300.2296432.5水泥(C)1 3000.184 粉煤灰（F）1 0000.184 水（W）1 0001 片冰（I）4200.5
混凝土
标号水灰比水片冰水泥粉煤灰砂粗骨料(mm)
G1
150-80G2
80-40G3
40-20G4
20-5
200＃0.6120 16040566490408327408200＃0.55113 16640618 782313469温度℃ 1～4-3454526.70000
| 表3 各种物料物理、热学性能参数 | ||||||
片冰潜热利用率：90％；混凝土拌和机械热：1 500kcal/m3
3.2 计算用混凝土典型级配
采用200#四级配和三级配作为制冷系统汁算的典型级配。其配合比如表4
| 表4 | (单位：kg/m3) | ||||||||||
3.3 热平衡计算
材料计算温度取自表4，预冷温度取上限，无预冷的材料取7月份多年平均温度。根据经验，对于典型级配，加冰量一般不大于50kg/m3，否则混凝土的塌落度将难以保证。因此，以此为必要条件来考核制冷系统；也就是只要混凝土出机口温度为7℃时，加冰量不大于50kg，系统即满足要求。
| T0＝ΣTiGiCi－80ηGc＋Q/ΣGiCi | （1） |
To---- 混凝土出机口温度，7℃；
Ti ----第i种材料的平均进料温度，℃，见表4；
Gi ----第i种材料的重量，kg，见表4；
Ci ----第i种材料的比热，kcal／kg·℃，见表3；
Gc ----每m3混凝土加冰量，kg；
η----- 冰的冷量利用率，0.9；
Q------每m3混凝土拌制产生的机械热，1 500kcal/m3；
80-----冰的融化潜热，kcal/kg；
根据(1)式计算200#四级配的加冰量(Gc)：
7＝1633×0×0.299＋566×26.7×0.229＋4GW＋（160＋40）×45×0.184-33×0.5Gc－80×0.9Gc＋1500/（1633＋566）×0.229＋GW＋（160＋40）×0.184＋Gc
7=4GW－75Gc＋6617/GW×Gc＋540.37
因为 GW+Gc=120
Gw＝120－Gc 代入上式得
Gc＝31.93kg
加冰31.3 kg即可达到7℃的出机口温度。上式未考虑骨料含水率，如果按砂含水6％、粗骨料含水1％考虑，总含水量49kg/m3，计算同上式，加冰量为：
Gc＝40.3kg
200#三级配加冰量：
计算同上。当不考虑骨料含水率时，加冰量：
Gc＝36.5kg
当考虑骨料含水率1％、砂含水率6％时，加冰量：
Gc＝46.4kg
骨料不含水情况实际不存在，因此，混凝土材料预冷温度为设计上限时，要使出机口温度保持7℃，需加冰约40～46kg。
实际运行时，非典型级配影响较大。当标号提高、级配降低，混凝土含热量大大增加，再考虑其他不确定因素，比如气温高于多年平均气温等，势必大大增加加冰量。要减少加冰量，有两条途径；第一是控制好骨料含水率，减少骨料含水，可减少混凝土总热量。从上面的计算可以看出，极限状态可减少加冰8～10kg。第二是加强制冷系统运行管理，使预冷材料的温度接近系统设计的下限。
骨料温度每下降1℃，增加的冷量为：
200#四级配： R=1633x0.229：374 keal
200#三级配： R=1564X0.229=358 kcal
冰和水每下降l℃，增加的冷量为：
200#四级配： R=120kcal
200#三级配： R=113 kcal
从式(1)的计算中可知，混凝土单位热量为：
200#四级配 660keal/m3·℃
200#三级配 650kcal/m3·℃
由此可算出，骨料温度每下降1℃，混凝土温度下降0．55℃，冰和水每下降1℃，混凝土温度下降0.18～℃要说明的是，冰温达到0℃，即冰水混合状态，冰的潜热损失很大，也即冷量损失很大，是不允许的。冰必须保持下燥状态。
我们抽查了2000年7月90系统的配料单，样本51个，实际加冰情况如下：
平均每m3加冰量 46kg
最大每m3加冰量 6l kg
最小每m3加冰量 3l kg
实际生产中，加冰量与计算分析的结果基本一致。最大加冰量为6lkg，发生在250#三级配，原因是水泥用量增加了。