高寒陰濕地區(qū)大體積混凝土冬季施工技術(shù)研究

蔣亮亮

摘 要：臥龍溝3#特大橋承臺(tái)大體積混凝土冬季施工，從混凝土原材料質(zhì)量、施工過(guò)程采取了嚴(yán)格的溫控措施，嚴(yán)格按照規(guī)范控制混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)生過(guò)程中的溫度控制，在養(yǎng)生過(guò)程采用搭設(shè)暖棚方式，提供穩(wěn)定的混凝土外部環(huán)境溫度，在控制混凝土水化熱方面科學(xué)計(jì)算冷凝管布置方式及數(shù)量，加強(qiáng)溫度監(jiān)控，從養(yǎng)生后期的混凝土質(zhì)量來(lái)看，溫控措施及效果良好。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；冬季施工；溫度控制

中圖分類號(hào)：TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0138-03

1 工程概況

臥龍溝3#特大橋是臨夏雙城至達(dá)里加公路工程（以下簡(jiǎn)稱雙達(dá)公路）的控制性工程之一，該橋結(jié)構(gòu)形式為5跨連續(xù)剛構(gòu)橋（跨徑組合為：75m+3×140m+75m），梁體為變截面箱梁，縱橋向按1.8次拋物線布置，主墩高155m，承臺(tái)為分離式承臺(tái)（承臺(tái)尺寸：19×12×5），混凝土強(qiáng)度為C40，設(shè)計(jì)方量為1330m3。該工程地處臨夏市臨夏縣甘肅與青海交界處，為黃土高原向青藏高原的過(guò)渡地帶，氣候?qū)儆诟吆帩?，全年降水較多，冬季漫長(zhǎng)，春秋短促，且溫差變化明顯，氣候多變，年平均氣溫在1.5℃～4.8℃，一月平均氣溫-7.7℃～10.3℃；7月平均氣溫12.6℃～15.9℃，歷年極端最低氣溫-28.5℃。臥龍溝3#特大橋，如圖1所示。

為保證雙達(dá)公路按計(jì)劃工期完工投入運(yùn)營(yíng)，參建各方倒排工期，研究決定于2017年12月至1月對(duì)臥龍溝3#特大橋5#墩承臺(tái)進(jìn)行冬季施工，為保證承臺(tái)冬季施工質(zhì)量特進(jìn)行體積混凝土冬季施工技術(shù)研究。

2 施工方案

本工程承臺(tái)冬季施工關(guān)鍵在于混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)生全過(guò)程的溫度控制。為保證混凝土從制拌運(yùn)輸?shù)綕仓B(yǎng)護(hù)全過(guò)程中其內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度及外部環(huán)境溫度不低于5℃，本項(xiàng)目通過(guò)混凝土對(duì)拌和用水、骨料加熱攪拌，澆筑成形混凝土采用暖棚加蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝可有效控制溫度及混凝土早期強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求。

2.1 原材料保溫

（1）拌合用水加熱措施。拌合用水采用蒸汽鍋爐加熱，加熱后的水溫能達(dá)到60℃，攪拌站蓄水池用保溫材料覆蓋并密封，混凝土攪拌時(shí)應(yīng)先將水和砂石料攪拌均勻，再投入水泥，避免水泥和熱水直接接觸。水池存量8m×8m×3.5m=224m3>220m3（按最大生產(chǎn)砼1330m3）。

（2）粗、細(xì)骨料保溫措施。拌和站共設(shè)砂石料倉(cāng)10個(gè)，分別存放5～10mm，10～20mm碎石及中粗砂，各個(gè)料倉(cāng)已經(jīng)搭設(shè)全封閉料棚，砂料倉(cāng)內(nèi)采用蒸汽管道加熱，確保倉(cāng)內(nèi)溫度10℃以上，砂石料溫度在5℃以上。

（3）膠凝材料的防凍措施。膠凝材料采用儲(chǔ)存罐進(jìn)行儲(chǔ)存，定期對(duì)儲(chǔ)存罐的密閉性進(jìn)行檢測(cè)，防止雨雪落入罐內(nèi)使材料發(fā)生凍結(jié)。外加劑儲(chǔ)存罐用電熱器加熱，保證罐內(nèi)外加劑不發(fā)生凍結(jié)。

2.2 混凝土攪拌及運(yùn)輸

（1）砼攪拌前準(zhǔn)備。為保證混凝土施工正常，對(duì)混凝土施工所需機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢查，并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。拌和倉(cāng)內(nèi)采用一定措施進(jìn)行取暖，確保拌合倉(cāng)的環(huán)境溫度不低于10℃，保證混凝土拌制溫度滿足要求。

（2）攪拌。冬期攪拌砼的合理投料順序應(yīng)與材料加熱條件相適應(yīng)。拌合用水經(jīng)過(guò)加熱后，先投入骨料和加熱水進(jìn)行攪拌，待攪拌一定時(shí)間后溫度降低至40℃左右時(shí)，再投入水泥等膠凝材料，繼續(xù)攪拌到規(guī)定的時(shí)間。第一盤砼攪拌前，先用熱水預(yù)熱攪拌機(jī)2分鐘。攪拌時(shí)間以最后一種材料投入攪拌機(jī)內(nèi)開始計(jì)算，攪拌時(shí)間一般較正常溫度下延長(zhǎng)50%左右。為保證混凝土施工質(zhì)量要求，混凝土拌合物的出機(jī)溫度最低不低于10℃，以確?；炷寥肽囟葷M足要求。當(dāng)混凝土出現(xiàn)塌落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整投料順序、拌制工藝及原材料的加熱溫度，經(jīng)試拌合格后方可生產(chǎn)。

（3）混凝土運(yùn)輸。為防止砼在運(yùn)輸過(guò)程中，溫度急劇下降，混凝土灌車采用保溫棉布進(jìn)行包裹，并在第一次運(yùn)輸前先灌入熱水對(duì)儲(chǔ)料罐進(jìn)行預(yù)熱，避免罐車儲(chǔ)料罐溫度過(guò)低使混凝土熱量損失過(guò)大，并在運(yùn)輸過(guò)程中用特制的保溫蓋扣在罐體的進(jìn)出口，減少熱量散失。合理安排現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸車行走路線，盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間，減少混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的熱量散失。合理安排，盡量避免罐車的等待時(shí)間。

2.3 混凝土澆筑

為減少混凝土澆筑時(shí)間，需采用天泵輸送混凝土入模，澆筑前，用熱水預(yù)熱泵管，并用棉布包裹管道，減少混凝土在泵管中熱量損失。在罐車出料口與汽車泵接料口處搭設(shè)擋風(fēng)棚，并采用篷布密閉擋風(fēng)棚，減少砼出料熱量損失。

（1）模板溫度控制。在鋼筋、模板等施工程序完成后，安裝全封閉暖棚就位于待澆筑承臺(tái)處，安裝牢固；安裝4臺(tái)暖風(fēng)機(jī)對(duì)暖棚進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)模板、鋼筋進(jìn)行預(yù)熱，保證砼入模時(shí)模板的溫度不低于5℃。

（2）砼入模前指標(biāo)控制混凝土運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后、入模前，對(duì)混凝土的溫度、塌落度、含氣量及泌水率等工作性能進(jìn)行檢測(cè)，混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求后方可入模澆注。混凝土拌合物入模溫度不得低于5℃，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)方式時(shí)，混凝土含氣量不得超過(guò)4%。同時(shí)在施工過(guò)程中，對(duì)溫度及含氣量測(cè)定不少于3次，并詳細(xì)記錄施工過(guò)程控制指標(biāo)。

（3）砼澆注過(guò)程控制。砼應(yīng)分層澆注，每層厚度不得小于30cm，且不超過(guò)規(guī)范要求，分層澆注時(shí)，已澆注層的砼溫度不得低于5℃，混凝土澆筑施工安排在一天氣溫最高時(shí)段開始進(jìn)行。澆注過(guò)程在暖棚內(nèi)完成，暖棚頂設(shè)有臨時(shí)天窗，天泵布料時(shí)打開天窗，配合溜槽進(jìn)行布料，布料結(jié)束及時(shí)關(guān)閉，暖棚內(nèi)放置溫度計(jì)，在澆筑全過(guò)程棚內(nèi)環(huán)境溫度不低于5℃。

（4）砼試塊的留設(shè)。按規(guī)范應(yīng)較常溫至少多留置2組同條件養(yǎng)護(hù)試件，一組用來(lái)測(cè)定砼受凍前的強(qiáng)度即臨界強(qiáng)度，另一組用作檢驗(yàn)28d的強(qiáng)度，砼試塊應(yīng)在暖棚里面制作完成，并同條件養(yǎng)護(hù)。

2.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

砼澆注完畢后，采用電蒸汽鍋爐通入蒸汽與暖風(fēng)機(jī)共同完成后續(xù)養(yǎng)護(hù)施工。

采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，實(shí)施跟蹤養(yǎng)護(hù)溫度，使棚溫與承臺(tái)混凝土水化熱相適應(yīng)，棚溫與混凝土表面溫差不大于20℃，如果恒溫期間溫度過(guò)高時(shí)，可將暖棚的天窗打開適當(dāng)降溫，當(dāng)溫度滿足要求后，立即關(guān)閉天窗。

隨承臺(tái)養(yǎng)護(hù)的砼檢查試件經(jīng)試驗(yàn)達(dá)到混凝土80%強(qiáng)度后，并且砼內(nèi)部溫度降至20℃以下，停止供汽降溫，降溫速度不大于10℃/h。降溫至砼表面溫度與外界環(huán)境溫度之差不超過(guò)20℃時(shí)，方可撤除保溫設(shè)施。

3 大體積承臺(tái)養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

承臺(tái)冬季施工的關(guān)鍵是對(duì)承臺(tái)的有效養(yǎng)護(hù)，確?；炷猎陴B(yǎng)護(hù)過(guò)程中不產(chǎn)生凍害，確?；炷翉?qiáng)度增長(zhǎng)速度，針對(duì)混凝土養(yǎng)生本項(xiàng)目采用了全封閉暖棚養(yǎng)生工藝。

3.1 暖棚養(yǎng)生系統(tǒng)

暖棚主要作用于混凝土的澆筑過(guò)程中，為其澆筑提供規(guī)范要求的施工環(huán)境，暖棚采用鋼管骨架，防雨篷布+保溫棉覆蓋，其尺寸為（長(zhǎng)*寬*高=22m*17m*7m）。暖棚內(nèi)側(cè)安裝4個(gè)24KW蒸汽發(fā)生器+4臺(tái)Sk30KW型暖風(fēng)機(jī)作為暖棚的供熱系統(tǒng)，頂面開設(shè)6個(gè)60cm*60cm的天窗作為天泵的布料口。

暖棚內(nèi)配備蒸養(yǎng)系統(tǒng)，由養(yǎng)護(hù)罩和蒸汽系統(tǒng)組成，養(yǎng)護(hù)罩采用（塑料雨布+保溫巖棉被）加工而成，直接覆蓋于鋼管骨架上，蒸汽利用管道噴頭引入養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)，養(yǎng)護(hù)罩密閉不漏蒸汽。暖棚實(shí)體，如圖2所示。

3.2 承臺(tái)溫度監(jiān)測(cè)

（1）混凝土水化熱控制。為了保證承臺(tái)不因內(nèi)外溫度差過(guò)大而產(chǎn)生溫度裂縫，要求混凝土內(nèi)部與表面溫度差不應(yīng)超過(guò)20℃，針對(duì)此承臺(tái)設(shè)計(jì)了冷凝管進(jìn)行水循環(huán)冷卻。

如圖3冷凝管根據(jù)承臺(tái)尺寸豎向布置5層，水平面內(nèi)成回形曲線布設(shè)，冷凝管采用一定強(qiáng)度的鋼管，外徑50mm，壁厚2.5mm，距承臺(tái)底層、頂層50cm、中間每隔100cm各布設(shè)一層冷卻水管，冷凝管進(jìn)出水口在兩側(cè)集中布置，以利于集中管理，冷凝管接頭采用U型軟管接頭連接，以保證其牢固，不漏水。冷凝管在冷卻混凝土過(guò)程中嚴(yán)格控制進(jìn)出水溫度，保證進(jìn)水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不超過(guò)20℃。

（2）溫度監(jiān)測(cè)。為全面監(jiān)測(cè)承臺(tái)混凝土澆筑（分層）、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中承臺(tái)溫度場(chǎng)的變化情況，在混凝土養(yǎng)生過(guò)程中對(duì)外界環(huán)境溫度、暖棚內(nèi)溫度、混凝土表面溫度、承臺(tái)內(nèi)部典型斷面進(jìn)行了溫度監(jiān)測(cè)。澆筑塊混凝土澆筑過(guò)程中，每2h測(cè)量一次溫度；澆筑塊混凝土澆筑完畢后至水化熱升溫階段，每2h測(cè)量一次；水化熱降溫階段第一周，每4h測(cè)量一次，一周后每天選取氣溫典型變化時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，每天測(cè)量2～4次。

環(huán)境溫度、暖棚內(nèi)溫度、混凝土表面溫度測(cè)量用TAL-2型溫濕計(jì)測(cè)量，承臺(tái)內(nèi)部溫度測(cè)量采用一線式混凝土溫控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)FTB，根據(jù)混凝土澆筑分層數(shù)量及有效測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度，共埋設(shè)溫度傳感器20個(gè)，分四層布設(shè)，具體位置如圖4。

承臺(tái)養(yǎng)生自承臺(tái)澆筑之日起共持續(xù)14天，表1是具有代表性的溫度具體情況。

表1選取了承臺(tái)縱向第4、5、6號(hào)溫度傳感器和承臺(tái)豎向第3、6、9、12號(hào)傳感器的部分溫度記錄。表中溫度自澆筑混凝土開始測(cè)量，由于混凝土分層澆筑產(chǎn)生的溫度差不進(jìn)行考慮。由表可以看出在0h（混凝土澆筑時(shí)）入模溫度大于10℃，混凝土初始溫度控制較好，在澆筑完成后混凝土內(nèi)部溫度由于棚內(nèi)加熱養(yǎng)生、水泥水化熱，各傳感器溫度自澆筑后都有上升趨勢(shì)，養(yǎng)生持續(xù)一定時(shí)間后溫度開始回落。

由圖5可知測(cè)點(diǎn)4、5、6混凝土入模溫度控制在10度以上，控制較好，混凝土澆筑完成后溫度迅速上升，在于34-40小時(shí)后溫度達(dá)最大值，主要原因是水泥水化熱產(chǎn)生大量的熱量，之后在冷凝管冷凝作8用下溫度緩慢下降直至接近暖棚內(nèi)環(huán)境溫度，各測(cè)點(diǎn)溫差在5℃以內(nèi)控制較好。由于測(cè)點(diǎn)4、5、6在基坑埋深在同一平面上，所以測(cè)點(diǎn)4、5、6在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度相差不大，同時(shí)可以看出暖棚內(nèi)養(yǎng)護(hù)溫度保持較好，在20℃左右小范圍浮動(dòng)，在174h時(shí)，留樣試塊強(qiáng)度已達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的82%，本著施工高效節(jié)約的目的，降低暖棚內(nèi)溫度，但保證棚內(nèi)溫度在5℃以上，保證混凝土強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。

由圖6可知測(cè)點(diǎn)3、6、9、12在于36-40小時(shí)后溫度達(dá)最大值，之后在冷凝管冷凝作用下溫度緩慢下降直至接近暖棚內(nèi)環(huán)境溫度，各測(cè)點(diǎn)溫差在10℃以內(nèi)控制較好。由于測(cè)點(diǎn)3、6、9、12在豎直方向不同基坑埋深截面上，各測(cè)點(diǎn)溫度差較水平方向大，測(cè)點(diǎn)12位于距承臺(tái)頂0.5m處，其受環(huán)境溫度影響最大，所以在整改養(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度較其他幾個(gè)測(cè)點(diǎn)低。

4 結(jié)論

大體積混凝土施工是一個(gè)繁雜細(xì)致的工程，在交通部倡導(dǎo)“品質(zhì)工程”建設(shè)的大環(huán)境下，不僅要注重施工質(zhì)量的提升，而且要在建設(shè)過(guò)程中不斷推陳出新，借鑒現(xiàn)階段成熟的技術(shù)用于本項(xiàng)來(lái)，正真做到用先進(jìn)的工藝工法提升工程品質(zhì)。

本項(xiàng)目大體積承臺(tái)施工由于地域、溫度、工期、成本等的影響，選擇在冬季施工，具有較大的施工風(fēng)險(xiǎn)，因此嚴(yán)格施工的每一個(gè)細(xì)節(jié)，從原材料質(zhì)量、混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)生、大體積混凝土溫度控制等方面均要做好充足的準(zhǔn)備，以保證施工質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。本承臺(tái)的施工為同類施工條件下其他項(xiàng)目提供了借鑒，為本項(xiàng)目其他整體式大體積混凝土施工積累了經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)習(xí)大體積混凝土冬季施工提供了良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

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