冬季橋梁混凝土施工中的保溫試驗(yàn)及應(yīng)用

潘延連 余琨琳 許利東

云南建投基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 云南 昆明 650501

環(huán)境溫度對(duì)混凝土澆筑的質(zhì)量影響很大，當(dāng)溫度降低到0 ℃以下時(shí)，混凝土中的液相水變?yōu)楣虘B(tài)，水泥的水化作用趨于停止，并且水結(jié)為冰后體積膨脹，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，影響混凝土強(qiáng)度。

云南香格里拉屬于高海拔地區(qū)，冬季氣溫低、晝夜溫差較大，混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)不到位易導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂、強(qiáng)度提升緩慢等問(wèn)題，因此工程進(jìn)入冬季施工階段時(shí)，需要結(jié)合成本、工期、質(zhì)量等因素，研究制訂專門的施工保溫措施。

香麗高速塘安坪大橋施工主要采用預(yù)拌混凝土供應(yīng)，原材料拌和及混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的保溫控制已按照專項(xiàng)施工方案嚴(yán)格執(zhí)行。本文主要針對(duì)橋梁混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的保溫措施及效果進(jìn)行試驗(yàn)分析，驗(yàn)證保溫方案的可行性，為其他類似工程提供參考[1-2]。

1 工程概況

1.1 工程概況

香麗高速塘安坪大橋是長(zhǎng)16～30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)T形梁，全橋最大縱坡3.5%，本橋位于緩和曲線和圓曲線上。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用鋼筋混凝土樁柱式圓墩；本橋梁共60個(gè)橋墩，30片蓋梁。根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，從2017年11月底至12月中旬需完成剩余28個(gè)橋墩施工，橋墩高度3.5～8.6 m。2017年12月—2018年2月底完成剩下的共16片蓋梁及40片預(yù)制T梁的施工。

1.2 氣候條件

本橋位于云南省香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)，平均海拔約3 270 m，該區(qū)域地處寒溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，地形復(fù)雜，各種氣候類型相嵌交錯(cuò)，統(tǒng)一氣候垂直帶內(nèi)有森林氣候、草原氣候、湖盆氣候等單個(gè)小地形氣候。一年四季太陽(yáng)輻射能充裕，氣溫年較差小，全年無(wú)夏，平均溫度5.5 ℃。但大氣透明度高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，白天增溫劇烈，夜間降溫快，氣溫日較差大。查詢迪慶香格里拉縣近年來(lái)的氣象信息，當(dāng)年11月—次年2月，香格里拉溫度在－13～6 ℃之間。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)連續(xù)5 d的日平均氣溫穩(wěn)定在5 ℃以下時(shí)，即進(jìn)入冬季施工，須采取相應(yīng)的保溫措施使混凝土的水化作用正常進(jìn)行，使混凝土受凍前達(dá)到臨界受凍強(qiáng)度，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)等于或高于C50的混凝土，不宜小于設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的40%。

2 橋梁不同部位混凝土養(yǎng)護(hù)方案

香格里拉地區(qū)晝夜溫差較大，綜合考慮施工效果、施工成本以及施工便利程度等多方面的因素，對(duì)不同部位的混凝土選用不同的養(yǎng)護(hù)方式，養(yǎng)護(hù)過(guò)程中對(duì)混凝土內(nèi)外溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析保溫措施的可行性。

2.1 橋墩的養(yǎng)護(hù)——蓄熱養(yǎng)護(hù)法

蓄熱養(yǎng)護(hù)法，一般是在混凝土模板外覆蓋保溫材料，利用水泥的水化熱和混凝土澆筑時(shí)的初始溫度使混凝土在短期內(nèi)達(dá)到保溫養(yǎng)護(hù)的效果。當(dāng)采用蓄熱法時(shí)，混凝土澆筑完畢后需盡快在表面覆蓋棉被等保溫材料。

塘安坪大橋橋墩施工時(shí)間在2016年11月—12月中旬，氣象資料顯示施工期間日最低溫度為－9 ℃，最高溫度7 ℃。經(jīng)項(xiàng)目部綜合考慮，擬選擇塘安坪大橋右幅13-2#墩進(jìn)行蓄熱保溫養(yǎng)護(hù)可行性試驗(yàn)驗(yàn)證。

塘安坪大橋右幅13-2#墩直徑1.6 m，墩高8 m。該橋墩混凝土于2016年11月22日16：00澆筑完成，澆筑完成時(shí)環(huán)境溫度為6 ℃。

橋墩澆筑振搗完成后采用棉被將橋墩鋼模板全部包裹，棉被外側(cè)再用防水帆布覆蓋，沿橋墩垂直方向每隔1 m用繩子將防水帆布固定，確保棉被與橋墩鋼模板緊密貼合，減少熱量損失（圖1）。

圖1 橋墩蓄熱保溫法

蓄熱養(yǎng)護(hù)法的控制措施：

1）混凝土澆筑選擇11：00～15：00日溫最高的時(shí)候進(jìn)行澆筑?；炷吝\(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后，嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度不低于10 ℃?；炷翝仓?yīng)盡量采用混凝土輸送泵進(jìn)行，以縮短澆筑時(shí)間，減少澆筑過(guò)程中的熱量損失。

2）混凝土澆筑前，可提前將棉被包裹在立好的橋墩模板上，棉被要求干燥、保溫效果好。為防止夜間霜降和露水打濕棉被影響保溫效果，棉被外側(cè)用防水帆布覆蓋。

澆筑混凝土過(guò)程中共埋置4個(gè)溫度傳感器：傳感器1埋置于墩頂以下3 m的混凝土橋墩中心位置，用于測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度；傳感器2埋置于墩頂以下3 m混凝土與模板接觸的邊緣位置，用于測(cè)量混凝土表面溫度；傳感器3埋置于墩頂以下3 m鋼模板與保溫棉被之間的位置，用于測(cè)量保溫環(huán)境的溫度；傳感器4位于外界空氣中，用于測(cè)定外界自然溫度。現(xiàn)提取當(dāng)夜溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 混凝土澆筑當(dāng)天溫度監(jiān)測(cè)記錄

上述數(shù)據(jù)表明，早上8：00左右外界溫度最低為－10 ℃，混凝土表里溫差較小，而混凝土表面與保溫棉被之間的溫差為18.8 K，已接近規(guī)范要求的20 K的上限，此時(shí)棉被兩側(cè)內(nèi)外溫差約21.7 K。數(shù)據(jù)表明蓄熱法的保溫主要依靠棉被的隔熱作用，因此蓄熱保溫對(duì)棉被質(zhì)量要求較高，現(xiàn)場(chǎng)包裹要嚴(yán)實(shí)，但是當(dāng)夜間最低溫度在－10℃以下時(shí)，棉被蓄熱法應(yīng)慎用。

棉被蓄熱養(yǎng)生3 d后在14：00拆除模板，然后在橋墩混凝土表面重新覆蓋棉被繼續(xù)養(yǎng)護(hù)5 d。經(jīng)對(duì)混凝土進(jìn)行回彈試驗(yàn)檢測(cè)，表明混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的63%，已達(dá)到混凝土受凍強(qiáng)度的要求，混凝土表觀質(zhì)量良好。

2.2 蓋梁的養(yǎng)護(hù)——電加熱法

電加熱法適用于外界溫度較低、采用棉被蓄熱法養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土水化釋放的熱量不能保證混凝土在凍結(jié)前及規(guī)定的期限內(nèi)達(dá)到要求強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。

根據(jù)施工進(jìn)度安排，塘安坪大橋蓋梁平均高度位于地面以上8 m左右，搭設(shè)保溫暖棚施工不便且費(fèi)用較高。項(xiàng)目部計(jì)劃通過(guò)對(duì)塘安坪大橋右幅11#蓋梁使用電熱毯輔助加熱的保溫試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其可行性（圖2）。

塘安坪大橋右幅11#蓋梁位于地面以上8.5 m，12月3日14：00蓋梁混凝土澆筑完成后，在蓋梁模板四周、頂部和底部采用工業(yè)用電熱毯包裹，電熱毯與鋼模板密貼，電熱毯外側(cè)覆蓋棉及防水帆布。電熱毯采用定制的工業(yè)用電熱毯，有3擋溫度調(diào)節(jié)裝置。

為防止養(yǎng)護(hù)過(guò)程中升溫過(guò)快，應(yīng)每間隔1 h提升1擋溫度。模板與棉被之間放置電子溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，并安排專人通過(guò)調(diào)節(jié)電熱毯擋位開(kāi)關(guān)將溫度控制在18～24 ℃之間。

經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，蓋梁澆筑當(dāng)天夜間最低溫度為－11 ℃，蓋梁混凝土中心部位溫度為32 ℃，混凝土表面溫度為24 ℃，保溫效果良好。電熱毯輔助加熱優(yōu)點(diǎn)是混凝土表面的養(yǎng)護(hù)溫度可控，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量有保證，其保溫效果主要依靠電熱毯功率及其周圍棉被的隔熱。經(jīng)對(duì)混凝土進(jìn)行回彈試驗(yàn)檢測(cè)，表明混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的66%，已達(dá)到混凝土受凍強(qiáng)度要求，混凝土表觀質(zhì)量良好。

圖2 蓋梁電熱毯保溫法

2.3 預(yù)制T梁的養(yǎng)護(hù)——蒸汽養(yǎng)生法

本項(xiàng)目所用T梁需在冬季正常施工，由于T梁是在梁場(chǎng)預(yù)制且規(guī)格一致，故T梁混凝土養(yǎng)護(hù)采用暖棚蒸汽養(yǎng)生法（圖3）。

圖3 T梁蒸汽養(yǎng)生法

蒸汽養(yǎng)生法控制措施：

1）蒸汽鍋爐采用普通燒煤型低壓高溫小型汽水兩用鍋爐，鍋爐壓力主要通過(guò)燃煤量進(jìn)行控制，經(jīng)試驗(yàn)，一根T梁養(yǎng)生溫度和濕度達(dá)到正常時(shí)，需控制燃煤量使鍋爐蒸汽壓力值達(dá)到0.04～0.06 MPa。

2）T梁臺(tái)座施工時(shí)預(yù)埋鍍鋅鋼管作為蒸汽管道，鍍鋅鋼管上排氣口間距2 m設(shè)1個(gè)。鍍鋅鋼管沿臺(tái)座方向設(shè)置3%的縱坡，以利于蒸汽管道內(nèi)的積水快速排出，防止堵管。

3）焊接長(zhǎng)6 m一節(jié)的三角保溫棚架，棚架上部固定保溫帆布，棚架頂部設(shè)置起吊環(huán)，以方便龍門吊對(duì)棚架進(jìn)行起吊拼接。

4）T梁混凝土澆筑時(shí)間嚴(yán)格控制在4 h以內(nèi)，澆筑完成后立即將三角保溫棚架搭設(shè)在T梁模板上進(jìn)行覆蓋。

5）打開(kāi)蒸汽閥門進(jìn)行蒸汽養(yǎng)生。每30 min測(cè)量一次溫度，根據(jù)溫度的變化情況采取增大或減小閥門放汽量來(lái)嚴(yán)格控制溫度變化不大于10 K/h；派專人看護(hù)蒸汽鍋爐，通過(guò)燃煤投放控制蒸汽壓力范圍。

6）待棚內(nèi)溫度上升至15～25 ℃，濕度達(dá)到90%以上時(shí)保持該狀態(tài)。當(dāng)混凝土溫度過(guò)高時(shí)，應(yīng)采取向蒸養(yǎng)棚停止供汽的方法降低棚內(nèi)溫度；罩內(nèi)各部位的溫度應(yīng)盡量一致，溫差不宜大于15 K。

7）養(yǎng)生結(jié)束時(shí)，降溫階段的降溫速度不得大于10 K/h，拆除保溫棚前需提前3 h關(guān)閉蒸汽閥門，使保溫棚的溫度緩慢下降。

蒸汽養(yǎng)生過(guò)程中派專人隨時(shí)檢查保溫棚的密閉性，以防溫度驟變導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。T梁養(yǎng)護(hù)記錄顯示，外界環(huán)境最低溫度為－14 ℃時(shí)，蒸汽棚內(nèi)溫度仍能達(dá)到21 ℃，蒸汽養(yǎng)生受外界環(huán)境溫度的干擾較小，養(yǎng)生效果相對(duì)較好，混凝土質(zhì)量較為穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

在香格里拉高海拔地區(qū)進(jìn)行橋梁冬季施工時(shí)，混凝土的保溫養(yǎng)生是影響質(zhì)量、成本、工期等的重要因素，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論[3-5]：

1）混凝土澆筑應(yīng)盡可能安排在每天的12：00～16：00之間進(jìn)行，應(yīng)避免在氣溫過(guò)低時(shí)澆筑混凝土。澆筑完成后立即保溫，防止混凝土受凍。

2）當(dāng)最低氣溫高于－10 ℃時(shí)，采用蓄熱養(yǎng)護(hù)法養(yǎng)護(hù)橋墩能夠滿足施工質(zhì)量要求，關(guān)鍵是需嚴(yán)格控制保溫材料的質(zhì)量并包裹密實(shí)，防止熱量散失。當(dāng)溫度低于－10 ℃時(shí)，棉被蓄熱法應(yīng)慎用。

3）采用電加熱法對(duì)蓋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，施工操作方便，保溫效果好。

4）蒸汽養(yǎng)生法用于標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（如預(yù)制T梁）的養(yǎng)護(hù)，可操作性強(qiáng)、保溫效果好，但綜合成本高?；炷潦軆龊髮?duì)外觀、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大，實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定最優(yōu)方案，以防混凝土受凍。