混凝土冷卻系統

混凝土是當代最主要的土木工程材料之一。混凝土必須在一定的温度條件下進行澆注才能避免日後由於熱脹冷縮而引起的牆體變型，開裂等狀況。尤其是大型建築領域，比如三峽大壩的建設、秦山核電站等項目，如何構建一整套的混凝土冷卻系統已經成為每個工程項目所面臨的核心問題。

1. 混凝土性質

混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104, 長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由於原材料不均勻，水灰比不穩定，及運輸和澆築過程中的離析現象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在着許多抗拉能力很低，易於出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結構內出現了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。

2. 混凝土温度應力

混凝土澆築後，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱。由於混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部温度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土結構內外出現較大的温差，這些温差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。後期在降温過程中，由於受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣温的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。這些拉應力被稱為温度應力。

3. 温度裂縫

有時温度應力可超過其它外荷載所引起的應力，當温度應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。這種裂縫被稱之為温度裂縫。温度裂縫多發生在混凝土施工中後期。在混凝土的施工中當温差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導致混凝土表面温度急劇下降，而產生收縮，表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的範圍內產生。

温度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，裂縫多平行於短邊；深入和貫穿性的温度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿着長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度大小不一，受温度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高温膨脹引起的混凝土温度裂縫是通常中間粗兩端 細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的鏽蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

1. 冷水系統

冷水系統對於整個冷卻系統來説是重中之重。通過冷水系統，可以將水温達到45度以上的熱水經過四級降温後降至0.5攝氏度，這個温度是混凝土活性最好的適宜温度。通常，採用單台或者多台半封閉式活塞壓縮機作為製冷部件。冷水系統可以做成集裝箱式。

針對高温工況，設計的冷水系統的原理如下：

一級降温：採用系統自帶的蒸發式冷凝器，利用蒸發冷降温，一級降温可將45攝氏度以上的高温水至36攝氏度，消耗極少量的電源，即可達到降温效果。

二級降温：採用板換式或管殼式蒸發器，可將水從36攝氏度降至15攝氏度，蒸發温度控制在10攝氏度，較高的蒸發温度，是壓縮機組具有良好的能效比，COP高達4.2KW/KW。

三級降温：採用板換式或管殼式蒸發器，可將水從10攝氏度降低至5攝氏度，採用蒸發壓力調節閥恆度+0.5攝氏度蒸發温度，使蒸發器內獲得較高的傳熱温差，換熱效果好，並能保證蒸發器不凍裂。

四級降温：採用浸入式板片蒸發器，附帶氣體蒸發系統，可將水從4攝氏度降低至0.5攝氏度以下。

2. 製冰系統

混凝土冷卻系統需要大量可以迅速製冷的冰來做降温媒介。片冰與板冰因其每單位噸表面積最大、製冷效果最好、產量最大而被廣泛應用於混凝土冷卻系統，當中又以片冰系統為最佳。混凝土系統多采用大型工業用片冰機，日產量可以達到幾十噸甚至上百噸。集裝箱式結構使其擁有便於保護、抗環境干擾能力強、可模塊化搭配其他系統、方便運輸等優點。製冰系統蒸發器底部開有出冰口、片冰可以直接落入下方的儲冰系統。

根據使用地區環境温度和現場混凝土流轉的工藝要求，片冰機還可被板冰機、管冰機所代替。

3. 儲送冰系統

儲冰系統位於製冰系統的下方，頂部與製冰系統開口相連。儲冰系統安裝在集裝箱內，儲量從20噸到200噸不等。 因入冰口固定在集裝箱一側，所以常常需要配備額外裝置來均勻箱體的儲冰量，一般有耙式和履帶式兩種。集裝箱底部安裝履帶可以整體推動集裝箱內的冰至一側底部的出冰口。

4. 送冰系統

儲冰系統中的冰從一側的出冰口排除，經由其底部安裝的送冰系統水平或提升運送至稱重作業處。送冰系統因結構與原理不同可以分為螺旋送冰系統、氣體送冰系統和混合式送冰系統。

4.1 螺旋送冰系統顧名思義，分為封閉式及開啓式，其特點是在直線運送和提升運送中經濟迅速，單根螺旋最長可達15米，亦可多條串接使用。

4.2 氣體送冰系統由氣鎖的迴轉閥和低壓大風量壓縮機組組成，通過管道輸送。其優點為遠程輸送片冰經濟、便利、尤其適用於長距離輸送片冰至多座混凝土攪拌站。

4.3 混合式送冰系統， 在送冰條件複雜的情況下，可以設計螺旋及氣體送冰混合使用，保證滿足現場生產需求。

5、稱冰系統

在這個環節冰（-5至-8攝氏度）將會與冷水（1至4攝氏度）和混凝土以一定比例混合（約每立方30至60公斤冰），從而使混凝土在混合過程中產生的大量熱被冰所吸收、達到控制温度的目的。