節(jié)段拼裝梁濕接縫混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)

李 華

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600)

1 工程概況

包西鐵路通道陜西北段黑龍溝大橋是包西鐵路重點控制工程，橋梁全長466.26 m，孔跨布置為9孔48 m雙線簡支梁。采用移動支架造橋機節(jié)段拼裝法進行梁部施工:一孔梁分為9個節(jié)段進行預(yù)制，然后在移動支架上將9個節(jié)段進行拼裝，9個節(jié)段之間用8個混凝土濕接縫連結(jié)。如圖1所示。

圖1 移動支架造橋機節(jié)段拼裝法施工示意

工程所在地陜西榆林地區(qū)平均氣溫低于5℃的起止時間為每年的10月25日至來年的4月4日。冬季平均氣溫-11℃，極端最低氣溫可達-34℃。節(jié)段拼裝箱梁施工橫跨整個冬季，在如此低氣溫環(huán)境下進行移動支架節(jié)段拼裝施工在國內(nèi)尚屬首次。濕接縫施工過程中的溫度控制成為了質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

2 混凝土工程冬期施工的特點和溫度控制的目的

(1)混凝土強度的增長取決于水泥水化反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)溫度降低到0℃以下時，水結(jié)冰，水泥的水化反應(yīng)停止，因此保證水泥的水化反應(yīng)是混凝土冬期施工的關(guān)鍵。

(2)當(dāng)氣溫低于5℃時，與常溫相比，混凝土強度增長緩慢，混凝土的凝結(jié)時間比在15℃條件下延長近3倍，因此為滿足施工進度要求，必須采取特殊的措施使混凝土強度能夠較快增長。

(3)當(dāng)溫度降低到0℃以下時，特別是溫度下降到混凝土中液相冰點以下時，混凝土中的水開始結(jié)冰，其體積膨脹約9%，此時混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。由此可見，冬季施工的混凝土最重要的工作就是做好溫度保證措施，否則防寒保溫措施稍有疏漏就會產(chǎn)生混凝土凍脹、裂縫(紋)、結(jié)構(gòu)疏散、表面泛霜等質(zhì)量問題，甚至變成“豆腐渣”工程。

(4)新澆筑混凝土從開始澆筑到強度達到設(shè)計值70%的整個過程中，對溫度的控制至關(guān)重要。溫度控制的目的就是要使混凝土在強度達到設(shè)計值70%前能夠保持在合理的溫度場作用下。

3 監(jiān)測儀器及溫度控制原則

3.1 溫度測量儀器設(shè)備

“工欲善其事，必先利其器”，在冬季進行混凝土施工必須配備合格的溫度測量儀器，才能保證溫度測量的準確性，為工程提供精確的溫度測量數(shù)據(jù)，確保混凝土質(zhì)量。本工程購置了表1所列溫度監(jiān)測儀器，圖2為電子數(shù)顯測溫儀。

表1 溫度測量儀器配置

圖2 電子數(shù)顯測溫儀

3.2 原材料溫度控制原則

冬期施工混凝土原材料一般需要加熱，加熱時應(yīng)優(yōu)先采用水加熱的方法。水加熱的最高允許溫度是以水與水泥接觸后不致引起水泥假凝為依據(jù)的。如果將水加熱到最高溫度，還不能滿足混凝土溫度的要求，再考慮加熱骨料，對于骨料，首先是加熱砂，其次是石子。在骨料中，不應(yīng)夾雜有冰屑、雪團和冰塊，這些雪團冰塊如果事先沒有融化，就會加大混凝土的用水量，影響混凝土質(zhì)量，降低混凝土的初始溫度。

水泥在任何情況下都不允許加熱，但在使用前應(yīng)存儲在保溫棚內(nèi)。

3.3 混凝土拌和溫度控制原則

冬期攪拌混凝土的合理投料順序應(yīng)與材料加熱條件相適應(yīng)，一般是先投入骨料和加熱的水，待攪拌一定時間后，水溫降低到40℃左右時，再投入水泥繼續(xù)攪拌到規(guī)定的時間，要絕對避免水泥假凝?；炷涟韬土系某鰴C溫度控制在15～20℃。

3.4 混凝土運輸過程溫度控制原則

混凝土拌和物出機后，應(yīng)及時運到澆筑地點。在運輸過程中，要注意防止混凝土熱量散失、表面凍結(jié)、混凝土離析、水泥砂漿流失、坍落度變化等現(xiàn)象。途中混凝土溫度不能降低過快，一般每小時溫度降低不宜超過5～6℃。為防止混凝土坍落度的變化，運輸工具除保溫防風(fēng)外，還必須嚴密、不漏漿、不吸水并應(yīng)在使用中經(jīng)常清除容器中粘附的硬化混凝土殘渣?；炷恋倪\輸過程是熱損失的關(guān)鍵階段，因此，運輸速度要快，運輸距離要短，倒運次數(shù)要少，保溫效果要好。

3.5 混凝土澆筑過程溫度控制原則

在澆筑前，應(yīng)清除模板和鋼筋上的冰雪和污垢，采取防風(fēng)、防凍保護措施?；炷翝仓r要保證混凝土的均勻性和密實性，保證結(jié)構(gòu)的整體性，尺寸準確，鋼筋、預(yù)埋件位置正確，拆模后混凝土表面要平整、光潔?；炷寥肽囟瓤刂浦禐椴坏陀?0℃。

3.6 混凝土養(yǎng)護過程溫度控制原則

混凝土蒸汽養(yǎng)護分靜停、升溫、恒溫、降溫4個階段。靜停期間應(yīng)保持棚溫不低于5℃，灌注完4 h后方可升溫，升溫速度不得大于10℃/h;恒溫養(yǎng)護期間蒸汽溫度不宜超過45℃，混凝土芯部溫度不宜超過60℃，個別最大不得超過65℃;降溫速度不得大于10℃ /h。

3.7 模板拆除溫度控制原則

拆模時，混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境溫差均不宜大于15℃，且能保證棱角完整。當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃，應(yīng)待表層混凝土冷卻至5℃以下方可拆除模板。拆模后，應(yīng)及時噴涂混凝土養(yǎng)護劑或覆蓋灑水，養(yǎng)護時間不少于14d。大風(fēng)或氣溫急劇變化時不宜拆模。

4 溫度控制措施

4.1 原材料保溫及混凝土拌制溫度控制措施

(1)料倉加篷和左右、前后面封閉，出入口留設(shè)門洞加防寒棉布簾。當(dāng)外部氣溫低于-10℃時，料倉內(nèi)生火爐保溫，骨料不能出現(xiàn)凍塊。

(2)水泥庫周邊采用彩鋼板圍擋，安裝塑鋼窗，大門設(shè)置推拉門。

(3)攪拌用水采取自鍋爐房埋管道至蓄水池，采用蒸汽對攪拌用水加熱，蒸汽管道用保溫材料包裹。

(4)攪拌機主機整體安放在封閉棚內(nèi)，頂面及四周采用保溫棉布圍擋封閉。

(5)混凝土攪拌之前用加熱水對攪拌機沖洗預(yù)熱。攪拌時應(yīng)先將水和骨料拌和，再加入水泥，以防止假凝現(xiàn)象發(fā)生。混凝土攪拌時間比正常溫度攪拌時間多1.5倍。水泥、粉煤灰、粗細骨料、外加劑溫度于混凝土開盤前4 h測量;水溫于混凝土開盤前1 h測量。

(6)為保證入模溫度在10℃左右，根據(jù)公式計算反推出，水應(yīng)加熱至60℃，砂石料加熱至12℃，這時拌和物的溫度為18.6℃，混凝土出機溫度為17.6℃左右，減去路上運輸?shù)臏囟葥p失4.6℃，則混凝土的入模溫度在13℃左右。實際操作測量的溫度與理論計算是吻合的。

4.2 混凝土運輸溫度控制措施

混凝土拌和站建在橋頭，距離造橋機架梁位置很近，這樣混凝土在運輸過程中的溫度損失會很少。在混凝土拌和前混凝土罐車和混凝土運輸料斗用保溫膜包裹，裝料之前先用熱蒸汽給罐車和料斗預(yù)熱。每個罐車盛裝混凝土方量控制在6 m3，每個料斗盛裝混凝土方量控制在1.5 m3，旋轉(zhuǎn)天車一次可以運輸2個料斗，這樣旋轉(zhuǎn)天車2次即可完成1個罐車的混凝土運輸，縮短了混凝土罐車等停時間和混凝土澆筑時間，減少了混凝土溫度損失。圖3為混凝土罐車和料斗。

圖3 混凝土罐車和料斗

4.3 混凝土澆筑前溫度控制措施

在混凝土澆筑之前需要做如下工作。

(1)調(diào)直8個濕接縫鋼筋，進行鋼筋綁扎;

(2)在濕接縫需要測溫地方預(yù)埋測溫傳感器，每個濕接縫預(yù)埋8個，頂板、底板各1個，兩側(cè)腹板各1個，箱內(nèi)上倒角兩側(cè)各1個，箱內(nèi)下倒角兩側(cè)各1個，8個濕接縫共預(yù)埋64個傳感器。

(3)立8個濕接縫模板，在濕接縫模板上放置PVC管，探頭通過PVC管放到篷布與模板之間，在箱梁內(nèi)即可測量篷布與模板之間的溫度。

(4)當(dāng)濕接縫模板安裝好后，沿濕接縫外模安裝蒸汽管，蒸汽管每隔10 cm鉆φ5 mm孔眼，孔眼不能對向模板，順著模板的平面布置;每隔80 cm在外模板上沿濕接縫環(huán)形布置方木或鋼管做成的U形撐，用保溫篷布包裹在U形撐上，保證蒸汽有30 cm高循環(huán)空間，用方木壓條和φ8 mm鋼絲繩及緊線器配合將保溫篷布疊扣嚴實。保溫篷布采用2層土工布夾著1層3 cm厚保溫棉氈做成，兩側(cè)各留20 cm用作固定，中間用于包裹濕接縫及兩邊各20 cm寬的箱梁，另預(yù)留30 cm空間循環(huán)蒸汽。

(5)主蒸汽管道從鍋爐房引入箱梁內(nèi)部，外露蒸汽管道采用玻璃棉包裹，外側(cè)以玻璃絲纏繞進行保溫。每個濕接縫處從主管道分出5個支管道，頂板1個支管道，兩側(cè)腹板各1個支管道，底板2個支管道，支管道穿過濕接縫模板將蒸汽送入篷布與模板之間。箱梁內(nèi)部放置8個煤火爐來保證箱梁內(nèi)部溫度。

(6)混凝土澆筑前將煤火爐生起，并給管道送蒸汽，對模板和鋼筋進行預(yù)熱，溫度控制在10℃左右。圖4為混凝土箱梁內(nèi)保溫設(shè)施布置，圖5為濕接縫保溫篷布。

圖4 混凝土箱梁內(nèi)保溫設(shè)施布置

圖5 濕接縫保溫篷布

4.4 混凝土澆筑過程中溫度控制措施

澆筑濕接縫混凝土采用造橋機旋轉(zhuǎn)天車運送料斗，按照運輸距離由遠及近的原則灌注8個濕接縫。灌注時，當(dāng)前濕接縫蒸汽管道閥門關(guān)小，澆筑完一個接縫，立即將頂板篷布覆蓋，將蒸汽閥門開大，并及時調(diào)節(jié)閥門大小來監(jiān)測此縫的溫度?；炷寥肽囟缺O(jiān)測每2 h 1次，混凝土入模澆筑，必須振動密實，并能充分填滿模板的各個角落，振動到混凝土不下沉為止。由于是冬季施工，振搗要快速，不能拖延振搗時間。

4.5 混凝土澆筑后(養(yǎng)護過程)溫度控制措施

濕接縫混凝土的養(yǎng)護采用蒸汽養(yǎng)護和煤火爐養(yǎng)護，即箱梁內(nèi)部采用煤火爐保證溫度，養(yǎng)護期間對外露混凝土灑水養(yǎng)護;箱梁外部在篷布和模板之間通蒸汽進行養(yǎng)護。鍋爐管道工和測溫員相互配合，通過測溫和調(diào)節(jié)蒸汽閥門大小以滿足濕接縫養(yǎng)護溫度的要求?；炷琉B(yǎng)護升降溫階段，每1 h測溫1次;恒溫養(yǎng)護階段，每2 h測溫1次。

4.6 篷布及模板拆除溫度控制措施

當(dāng)濕接縫混凝土強度達到設(shè)計強度的80%以上時，進行一期張拉，張拉后方可拆模。通過控制篷布與模板之間的溫度與環(huán)境溫度之差，來決定拆除篷布的時間;通過對混凝土芯部溫度和環(huán)境溫度做對比，溫差在15℃以內(nèi)，且沒有大風(fēng)的情況下進行模板拆除工作。模板拆除后立即對濕接縫混凝土表面涂刷養(yǎng)護劑。

5 觀測結(jié)果

濕接縫混凝土施工按照以上控制要點進行溫度控制，通過測量和觀察，在混凝土內(nèi)部未出現(xiàn)負溫，混凝土表面無裂縫。其中1孔梁的8個濕接縫測量結(jié)果如表2所示。

表2 1孔梁8個濕接縫溫度測量結(jié)果℃

6 結(jié)語

本工程通過對濕接縫混凝土澆筑前后的相關(guān)溫度采取以上控制措施之后，混凝土無論是外觀質(zhì)量和強度都達到了設(shè)計和規(guī)范的要求，濕接縫混凝土冬季施工取得了圓滿成功，達到了預(yù)期的效果，通過此次冬季施工實踐，有以下幾點經(jīng)驗和體會。

(1)每孔梁有8個濕接縫，每個濕接縫混凝土芯部預(yù)埋8個傳感器，1孔梁需要64個傳感器。在冬期施工的每孔梁都必須布置傳感器，市場購買成本很高，通過考察，購買了帶數(shù)據(jù)線的探頭，放在φ10 mm鋼管里灌上砂漿，自做傳感器，既可以節(jié)約成本，又達到了同樣的測溫效果，值得推廣使用。

(2)每個濕接縫處在蒸汽主管道上接出5個蒸汽分管道，底板2個，兩側(cè)腹板各1個，頂板1個，在澆筑濕接縫底板混凝土?xí)r操作很不方便，相互干擾很大。通過把主管道加長1 m，即分管道與每個濕接縫錯開1 m，澆筑混凝土?xí)r不受干擾，施工速度很快。

(3)在濕接縫混凝土澆筑完成后，測溫人員要在濕接縫操作平臺上測量篷布與模板之間的溫度，每天間隔2 h測量1次，夜間測量很不方便，又很危險;通過在濕接縫模板上放置PVC管，探頭通過PVC管放到篷布與模板之間，不但探頭可以重復(fù)使用，而且在箱梁內(nèi)就可以測量溫度，既安全又方便。

(4)蒸汽管道采用玻璃棉包裹，外面以玻璃絲纏繞進行保溫，從鍋爐房到最后一孔梁距離有500多m，蒸汽熱量損失少，保溫效果很好，可推廣使用。根據(jù)經(jīng)驗，蒸汽管道的合理長度小于600 m較為經(jīng)濟。

(5)通過控制篷布與模板之間的溫度與環(huán)境溫度之差，來決定拆除篷布的時間;通過控制混凝土芯部溫度與環(huán)境溫度之差，來決定拆除模板的時間。事實證明這種措施的效果是很好的，混凝土表面沒有產(chǎn)生裂紋。

實踐證明，所選取的濕接縫冬季施工方案和施工工藝是正確的，溫度控制及保證措施是可行的、有效的，將對今后類似的工程施工提供良好的借鑒作用。

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