混凝土冷却系统的必要行

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土必须在一定的温度条件下进行浇注才能避免日后由于热胀冷缩而引起的墙体变型，开裂等状况。尤其是大型建筑领域，比如三峡大坝的建设、秦山核电站等项目，如何构建一整套的混凝土冷却系统已经成为每个工程项目所面临的核心问题。

混凝土冷却需要弄清楚的几个问题

1. 混凝土性质

混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104, 长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。

2. 混凝土温度应力

混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。这些拉应力被称为温度应力。

3. 温度裂缝

有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当温度应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。这种裂缝被称之为温度裂缝。温度裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端 细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

混凝土冷却系统的构成

混凝土冷却系统分为前置式和后置式冷却系统，一般由多个子系统综合而成，协同作业。当中子系统包括：冷水系统、制冰机系统、储送冰系统、送冰系统、称重系统。

1. 冷水系统

冷水系统对于整个冷却系统来说是重中之重。通过冷水系统，可以将水温达到45度以上的热水经过四级降温后降至0.5摄氏度，这个温度是混凝土活性最好的适宜温度。通常，采用单台或者多台半封闭式活塞压缩机作为制冷部件。冷水系统可以做成集装箱式。

冷水系统的原理

针对高温工况，设计的冷水系统的原理如下：

一级降温：采用系统自带的蒸发式冷凝器，利用蒸发冷降温，一级降温可将45摄氏度以上的高温水至36摄氏度，消耗极少量的电源，即可达到降温效果。

二级降温：采用板换式或管壳式蒸发器，可将水从36摄氏度降至15摄氏度，蒸发温度控制在10摄氏度，较高的蒸发温度，是压缩机组具有良好的能效比，COP高达4.2KW/KW。

三级降温：采用板换式或管壳式蒸发器，可将水从10摄氏度降低至5摄氏度，采用蒸发压力调节阀恒度+0.5摄氏度蒸发温度，使蒸发器内获得较高的传热温差，换热效果好，并能保证蒸发器不冻裂。

四级降温：采用雪人特有的浸入式板片蒸发器，附带气体蒸发系统，可将水从4摄氏度降低至0.5摄氏度以下。

2. 制冰系统

混凝土冷却系统需要大量可以迅速制冷的冰来做降温媒介。片冰与板冰因其每单位吨表面积最大、制冷效果最好、产量最大而被广泛应用于混凝土冷却系统，当中又以片冰系统为最佳。混凝土系统多采用大型工业用片冰机，日产量可以达到几十吨甚至上百吨。集装箱式结构使其拥有便于保护、抗环境干扰能力强、可模块化搭配其他系统、方便运输等优点。制冰系统蒸发器底部开有出冰口、片冰可以直接落入下方的储冰系统。

3. 储送冰系统

储冰系统位于制冰系统的下方，顶部与制冰系统开口相连。储冰系统安装在集装箱内，储量从20吨到200吨不等。 因入冰口固定在集装箱一侧，所以常常需要配备额外装置来均匀箱体的储冰量，一般有耙式和履带式两种。集装箱底部安装履带可以整体推动集装箱内的冰至一侧底部的出冰口。

4. 送冰系统

储冰系统中的冰从一侧的出冰口排除，经由其底部安装的送冰系统水平或提升运送至称重作业处。送冰系统因结构与原理不同可以分为螺旋送冰系统、气体送冰系统和混合式送冰系统。

4.1 螺旋送冰系统顾名思义，分为封闭式及开启式，其特点是在直线运送和提升运送中经济迅速，单根螺旋最长可达15米，亦可多条串接使用。

4.2 气体送冰系统由气锁的回转阀和低压大风量压缩机组组成，通过管道输送。其优点为远程输送片冰经济、便利、尤其适用于长距离输送片冰至多座混凝土搅拌站。

4.3 混合式送冰系统， 在送冰条件复杂的情况下，可以设计螺旋及气体送冰混合使用，保证满足现场生产需求。

5、称冰系统

在这个环节冰（-5至-8摄氏度）将会与冷水（1至4摄氏度）和混凝土以一定比例混合（约每立方30至60公斤冰），从而使混凝土在混合过程中产生的大量热被冰所吸收、达到控制温度的目的。