穿黃北區(qū)工程現(xiàn)澆混凝土冬季施工措施初探

崔慶瑞，梅傳書，劉衍杰，李 輝

（1.聊城市黃河河務(wù)局，山東聊城 252000；2.水利部海河水利委員會(huì)，天津 300170）

1 工程概況

穿引黃渠埋涵及連接明渠工程長(zhǎng)580 m。其中，穿引黃渠埋涵長(zhǎng)360 m、消力池30 m，為兩孔有壓箱型結(jié)構(gòu)，埋涵單孔凈斷面尺寸為5 m×5 m、消力池為5 m×7.33 m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；消力池與明渠相接的扭面段長(zhǎng)50 m，斷面由矩形漸變?yōu)樘菪?，底板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)為漿砌石扭面擋墻；明渠段長(zhǎng)140 m，底寬16 m，邊坡1∶3，梯形斷面，采用預(yù)制混凝土板護(hù)砌。

2 混凝土冬季施工現(xiàn)狀

2.1 工區(qū)氣溫

工區(qū)內(nèi)年均氣溫在12.5～14.5℃之間。12—2月份氣溫最低，月均氣溫為-2.6～0.2℃，日最低氣溫≤0℃的天數(shù)多年平均為106 d、＜-5℃的天數(shù)為47 d，極端最低氣溫-20℃；6—7月氣溫較高，月均氣溫26～27.5℃，極端最高氣溫42.6℃。冬季最大凍土深46 cm。

2.2 工期限制

2.3 存在問題

冬季施工條件和環(huán)境對(duì)混凝土澆筑極為不利，加上準(zhǔn)備工作時(shí)間短、技術(shù)要求復(fù)雜，是質(zhì)量事故的多發(fā)季節(jié)。質(zhì)量事故的出現(xiàn)具有隱蔽性、滯后性，而且處理難度大，影響工程的使用壽命。冬季施工存在的問題較多，探討冬季施工措施對(duì)減少或避免質(zhì)量事故的發(fā)生非常必要。

3 混凝土冬季施工方法和措施

3.1 冬季施工條件

當(dāng)工區(qū)晝夜平均溫度 （最高和最低溫度的平均值或當(dāng)?shù)貢r(shí)間2、8、14、20時(shí)室外氣溫觀測(cè)結(jié)果的平均值）連續(xù)5 d＜5℃和最低氣溫＜-3℃時(shí)為冬季施工，澆筑混凝土按冬季施工要求進(jìn)行。

3.2 冬季施工原理

冬季混凝土施工，水形態(tài)的變化是抑制混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。由于水泥的水化作用，混凝土澆筑后逐漸凝結(jié)、硬化，直至達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。水化作用速度與混凝土原材料和配合比有關(guān)，主要隨溫度的高低而變化。溫度升高，水化作用加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也快；溫度降低到0℃時(shí)，混凝土中部分水開始結(jié)冰，逐漸由液相變?yōu)楣滔?，參與水化作用的水減少，水化作用減慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)相應(yīng)較慢；溫度繼續(xù)下降，混凝土中的水完全結(jié)冰，水化作用基本停止，混凝土強(qiáng)度不再增長(zhǎng)。水變成冰后，體積增大9%，當(dāng)混凝土毛細(xì)孔含水率超過91.7%時(shí)，結(jié)冰會(huì)產(chǎn)生2 500 kg/cm2的冰脹應(yīng)力，大于水泥內(nèi)部形成的初期強(qiáng)度值，使混凝土受到不同程度的破壞，導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。水變成冰后，骨料和鋼筋表面產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料、鋼筋的粘結(jié)力，影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。冰凌融化后，會(huì)在混凝土內(nèi)部形成空隙，降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。

新澆混凝土凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，對(duì)加速水泥的水化作用極為重要，可增加混凝土內(nèi)部液相，減少固相?；炷潦軆銮邦A(yù)養(yǎng)期愈長(zhǎng)，強(qiáng)度損失愈小。預(yù)養(yǎng)期長(zhǎng)、獲得初期強(qiáng)度較高的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度幾乎沒有損失；預(yù)養(yǎng)期短、獲得初期強(qiáng)度比較低的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度有不同程度的損失。因此，混凝土凍結(jié)前，必須使其在正常溫度下有一段預(yù)養(yǎng)期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強(qiáng)度，即可達(dá)到預(yù)期效果。

3.3 冬季施工方法

冬季混凝土施工，主要是確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)齡期、防止混凝土早期凍害、保證混凝土后期強(qiáng)度和耐久性滿足要求。施工過程中，根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況、工程結(jié)構(gòu)、工期、水泥品種、外加劑、保溫措施、熱源條件等選擇合理的施工方法，用最短的工期、最低的施工費(fèi)用來獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量。歸納起來，主要有暖棚蓄熱法、模板外層保溫法、摻加防凍劑法等。

3.4 冬季施工措施

3.4.1 材料

普通混凝土所用粗、細(xì)骨料和水符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，拌和水溫度一般≤60℃，水泥不加熱。拌制混凝土優(yōu)先采用加熱水的方法，當(dāng)加熱水不能滿足要求時(shí)，再對(duì)骨料進(jìn)行加熱。骨料使用前宜運(yùn)入暖棚內(nèi)存放，不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物質(zhì)。水泥采用普通硅酸鹽或硅酸鹽水泥，存放在保暖性較好的工棚內(nèi)，水泥強(qiáng)度等級(jí)≥P.O42.5。砂中含泥量≤3%，泥塊含量≤1%。石子中的含泥量≤1%，泥塊含量≤0.5%。水泥用量≥300 Kg/m3，水灰比＜0.6。嚴(yán)格按照混凝土配合比稱量，水、水泥、外加劑誤差＜±2%，骨料＜±3%。鋼筋搬運(yùn)減少碰撞、擠壓，減少表面機(jī)械損傷，降低冷脆性；鋼筋在負(fù)溫條件下應(yīng)在室內(nèi)焊接，如在室外焊接其環(huán)境溫度≥-20℃、風(fēng)力超過3級(jí)時(shí)采取擋風(fēng)措施；焊后未冷卻的接頭，嚴(yán)禁碰到冰雪。采取閃光對(duì)焊時(shí)，鋼筋端面比較平整時(shí)采用預(yù)熱閃光焊；端面不平整時(shí)，采用閃光-預(yù)熱-閃光焊。焊接前，根據(jù)施工條件進(jìn)行試焊，試驗(yàn)合格后正式焊接；對(duì)施焊后的全部接頭的外觀質(zhì)量進(jìn)行自檢，合格后使用。

3.4.2 混凝土拌制

選用適合冬季施工的混凝土配合比，根據(jù)施工方法、環(huán)境條件適當(dāng)調(diào)整配合比，將骨料帶入的水分及外加劑溶液中的水分從拌和水中扣除。外加劑選擇注意對(duì)混凝土后期強(qiáng)度、鋼筋銹蝕及環(huán)境的影響，其摻量根據(jù)產(chǎn)品說明或施工溫度通過試驗(yàn)確定；當(dāng)外加劑為粉劑時(shí)，按要求摻量直接撒在水泥上面與水泥同時(shí)投入；當(dāng)外加劑為液相時(shí)，使用前按要求配制成規(guī)定溶液。

舍利容器的發(fā)現(xiàn)，為柴達(dá)木盆地佛教傳播路線、與中亞文化交流，舍利信仰與本土土著信仰的結(jié)合和雜糅等重大的學(xué)術(shù)問題，提供了重要的資料。

合理確定投料順序，一般先投入骨料和粉狀外加劑，干拌均勻再加熱水，攪拌一定時(shí)間，水溫降至40℃時(shí)投入水泥，拌和均勻，注意避免水泥遇熱出現(xiàn)假凝。冬季混凝土攪拌時(shí)間比常溫施工延長(zhǎng)50%，對(duì)摻有外加劑的混凝土攪拌時(shí)間取常溫?cái)嚢钑r(shí)間的1.5倍，最短拌制時(shí)間90 s。混凝土拌和物出料溫度≥10℃，入倉(cāng)溫度≥5℃，細(xì)薄截面混凝土結(jié)構(gòu)的灌注溫度≥10℃。分層澆筑厚大整體式結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，已澆筑混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前≥2℃。

3.4.3 混凝土澆筑

模板及鋼筋上無冰雪和污垢，基面清理干凈。當(dāng)環(huán)境溫度＜-10℃時(shí)，采用暖棚法將直徑25 mm以上的鋼筋加熱至正常溫度。鑿除新舊混凝土施工縫處水泥砂漿、松動(dòng)石子、松軟混凝土，用水沖洗干凈，無積水。采用機(jī)械振搗，分層連續(xù)澆筑，分層厚度≥20 cm?；炷吝\(yùn)輸要快裝快卸，中途不轉(zhuǎn)運(yùn)或受阻，運(yùn)送中覆蓋保溫，防止混凝土熱量散失、表層凍結(jié)、離析、水泥砂漿流失、坍落度變化等。當(dāng)拌制混凝土出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時(shí)，重新調(diào)整拌和料的加熱溫度。正確選擇拌和站的擺放位置，選擇最佳運(yùn)輸路線，縮短運(yùn)輸距離。采用混凝土運(yùn)輸車時(shí)，根據(jù)施工用量和澆筑時(shí)間選擇容量，合理組織裝、運(yùn)、卸，減少混凝土裝卸次數(shù)。澆筑前，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行加熱，使結(jié)合面有5℃以上的溫度，對(duì)施工縫1.5 m范圍內(nèi)的混凝土和長(zhǎng)度1 m范圍內(nèi)的外露鋼筋進(jìn)行防寒保溫，再鋪一層厚15 cm與混凝土灰砂比相同而水灰比略小的水泥砂漿，澆筑新層混凝土后重點(diǎn)搗實(shí)；振搗緊插慢拔，保證混凝土的均勻性、密實(shí)性和結(jié)構(gòu)的整體性。澆筑完成后，及時(shí)加熱養(yǎng)護(hù)，使混凝土結(jié)合面保持正常溫度，直至新澆混凝土獲得規(guī)定的抗凍強(qiáng)度。

3.4.4 拆模

根據(jù)溫度變化，及時(shí)掌握混凝土的拆模時(shí)間。澆筑溫度0～4℃的混凝土凝結(jié)時(shí)間比15℃時(shí)延長(zhǎng)3倍；溫度到0.3～0.5℃時(shí)，混凝土開始凍結(jié)，凍結(jié)后水化反應(yīng)基本停止；在-10℃時(shí)，水泥水化反應(yīng)完全停止，混凝土強(qiáng)度不再增長(zhǎng)。采用暖棚法養(yǎng)護(hù)的混凝土，當(dāng)養(yǎng)護(hù)完畢后環(huán)境溫度在0℃以下時(shí)，應(yīng)待混凝土冷卻至5℃以下時(shí)拆模。當(dāng)冬季混凝土拆模強(qiáng)度滿足正常溫度下混凝土拆模強(qiáng)度同時(shí)滿足抗凍規(guī)定的正常溫度下混凝土拆模強(qiáng)度即側(cè)模達(dá)到2.5 MPa以上時(shí)，混凝土表面及棱角不因拆模而受傷；結(jié)構(gòu)跨度＞2.0 m的蓋板，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%；≤2.0 m的蓋板，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%方可拆模。當(dāng)混凝土與環(huán)境的溫差在10～15℃時(shí)，拆除模板后立即在混凝土表面覆蓋氈布、草袋及彩條布。

3.4.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

正確的養(yǎng)護(hù)可以避免混凝土產(chǎn)生溫度收縮裂縫和受凍。冬季混凝土施工優(yōu)先采用暖棚蓄熱法養(yǎng)護(hù)，在裸露混凝土表面用塑料布等防水材料覆蓋并進(jìn)行保溫，在負(fù)溫情況下不澆水養(yǎng)護(hù)。保溫材料采用一布一膜（無紡布300 g，塑膜0.3 mm，膜面朝上），或兩層塑膜一層氈布?；炷翆?duì)邊、棱角部位的保溫厚度，必須增大到面部的2～3倍?；炷琉B(yǎng)護(hù)初期的溫度，不低于防凍劑規(guī)定的溫度。混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%不受凍；在充水凍融條件下混凝土受凍時(shí)，不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)氣溫、拌和材料、防凍劑、出入倉(cāng)混凝土拌合物、養(yǎng)護(hù)混凝土的溫度測(cè)定，以便隨時(shí)調(diào)整混凝土養(yǎng)護(hù)措施。

3.4.6 質(zhì)量檢查

室外氣溫和暖棚內(nèi)氣溫，每個(gè)工作臺(tái)班測(cè)量2次。混凝土拌制和澆筑期間，測(cè)定水和粗細(xì)骨料裝入拌和站的溫度、混凝土的拌制溫度、澆筑溫度和環(huán)境溫度，每個(gè)工作臺(tái)班至少檢測(cè)4次；自拌混凝土的組成材料和拌制方法、坍落度，每個(gè)工作臺(tái)班檢查2次以上。在澆筑現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取樣制作試件，混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)試件1組標(biāo)養(yǎng)，3組同條件養(yǎng)護(hù)，試壓時(shí)間分別為28 d、拆模前、拆支撐前；檢驗(yàn)抗凍、抗?jié)B性能試件同條件養(yǎng)護(hù)28 d后再標(biāo)養(yǎng)28 d進(jìn)行試驗(yàn)?；炷羶?nèi)外溫控≤25℃，否則易發(fā)生混凝土表面裂縫。

3.5 冬季施工現(xiàn)場(chǎng)管理

混凝土施工前，根據(jù)實(shí)際情況編寫詳細(xì)的冬季施工方案，嚴(yán)格按照審批后的方案配備人員、機(jī)械、材料、工具，搞好技術(shù)交底和施工操作，配備專職質(zhì)檢員進(jìn)行檢查；對(duì)測(cè)溫、計(jì)量等工作現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一安排部署，責(zé)任到人，嚴(yán)格控制外加劑的摻量，重點(diǎn)監(jiān)控混凝土的坍落度，做好混凝土施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，確保冬季施工措施落到實(shí)處。

施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫變化、工程結(jié)構(gòu)部位、數(shù)量、工期要求、水泥品種、外加劑、保溫材料性能、現(xiàn)場(chǎng)條件、供熱來源等情況，采取合適的施工方法和組織措施，以保證質(zhì)量、縮短工期、減少投資?？傊仨毤訌?qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格控制混凝土的配合比、坍落度，控制原材料的溫度及含水量，合理組織施工，縮短混凝土拌和到澆筑的時(shí)間，采取相應(yīng)的施工措施，保證冬季混凝土施工質(zhì)量。