淺談混凝土冬期蓄熱法施工質(zhì)量控制

韓非

【摘 要】本文主要結(jié)合四川省汶川至馬爾康高速公路C5合同段工程中大、中橋部分結(jié)構(gòu)物進(jìn)行冬期施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的情況，介紹混凝土在冬期蓄熱法施工時(shí)從拌合、運(yùn)輸、澆筑及養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)和過(guò)程中影響質(zhì)量的關(guān)鍵卡控因素，從中總結(jié)出混凝土冬期施工質(zhì)量控制措施，以便在今后工程應(yīng)用上得到推廣，對(duì)高海拔地區(qū)混凝土冬期蓄熱法施工具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】混凝土冬期施工 蓄熱法 質(zhì)量控制

1 引言

混凝土是構(gòu)成工程實(shí)體的重要材料，其施工質(zhì)量的好壞直接影響結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和使用壽命；但在高海拔地區(qū)寒冷氣候條件下進(jìn)行混凝土冬期施工，必須采取一定技術(shù)措施以保證工程質(zhì)量，如蓄熱法、蒸養(yǎng)法及暖棚法等施工方法；在選擇施工方法時(shí)應(yīng)依據(jù)實(shí)際施工條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)條件等加以綜合考慮。蓄熱法施工相比其他方法簡(jiǎn)單，不需要特殊的加熱設(shè)備和養(yǎng)護(hù)設(shè)施，其施工原理是將除水泥以外的其他原材料預(yù)加熱后獲得一定初始熱量再進(jìn)行拌和，待混凝土澆筑后利用一定養(yǎng)護(hù)措施以降低熱量散失速度，保證混凝土在允許受凍強(qiáng)度前達(dá)到抗凍能力。

本文主要結(jié)合四川省汶川至馬爾康高速公路C5合同段工程中現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)物的冬期施工情況，發(fā)現(xiàn)個(gè)別結(jié)構(gòu)物冬期蓄熱法施工中邊棱隅角有輕微凍傷，事后分析原因?yàn)榛炷猎陴B(yǎng)護(hù)開(kāi)始前已經(jīng)受凍，嚴(yán)重影響了混凝土的質(zhì)量；由于該工程位于四川省汶川縣境內(nèi)，海拔較高冬季氣候寒冷，依據(jù)施工實(shí)際情況和工期要求，橋涵結(jié)構(gòu)物經(jīng)常面臨冬期施工；因此，結(jié)合往期冬期施工經(jīng)驗(yàn)及施工規(guī)范要求，對(duì)混凝土拌合、運(yùn)輸、澆筑及養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)和過(guò)程進(jìn)行分析找出關(guān)鍵卡控因素，從中總結(jié)出混凝土冬期蓄熱法施工的質(zhì)量控制措施。

2 冬期施工特點(diǎn)

冬期施工是指根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄隁鉁刭Y料，室外日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定低于5℃時(shí)混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土及砌體工程的施工。

冬期施工期是質(zhì)量事故多發(fā)期，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)低溫以及大的溫差、強(qiáng)風(fēng)、降雪和反復(fù)冰凍，給混凝土質(zhì)量帶來(lái)極大隱患。當(dāng)室外氣溫降至0℃以下時(shí)，對(duì)混凝土中水的狀態(tài)影響極大，一般游離水在-2℃時(shí)開(kāi)始凍結(jié)，而水一旦結(jié)冰，水泥水化反應(yīng)基本停止，此時(shí)混凝土強(qiáng)度也必然不再增長(zhǎng)。同時(shí)，游離水及化合水體積因結(jié)冰而膨脹約8%～9%，在混凝土內(nèi)部形成強(qiáng)大冰晶應(yīng)力，當(dāng)混凝土硬化強(qiáng)度低于冰脹應(yīng)力時(shí)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)因凍脹而破壞產(chǎn)生微裂隙和孔隙，嚴(yán)重影響了混凝土強(qiáng)度；待后期養(yǎng)護(hù)溫度回升解凍后，雖然混凝土仍可繼續(xù)硬化，但混凝土強(qiáng)度和耐久性將隨受凍早晚及受凍情況造成不同程度的損失。

混凝土冬期施工的關(guān)鍵問(wèn)題是如何解決凍結(jié)對(duì)混凝土正常硬化的影響，因此必須采取合理、有效的施工方法和技術(shù)措施以保證工程質(zhì)量，其方法的選擇除應(yīng)根據(jù)工程類(lèi)別、氣象資料、材料來(lái)源和工期要求外還應(yīng)通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較和熱工計(jì)算確定；當(dāng)室外最低溫度不低于-15℃時(shí)，地面以下的工程或結(jié)構(gòu)表面系數(shù)（冷卻面積與體積的比值）不大于15m-1的工程，應(yīng)優(yōu)先采用蓄熱法施工。

汶川地區(qū)進(jìn)入十二月后日平均氣溫基本為1℃左右，混凝土工程應(yīng)按冬期施工組織。

3 混凝土冬期蓄熱法施工關(guān)鍵卡控因素

目前混凝土冬期施工質(zhì)量問(wèn)題依然較為突出，多表現(xiàn)為混凝土表層脫皮、裂縫及強(qiáng)度不足等質(zhì)量缺陷，難以滿(mǎn)足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至危及結(jié)構(gòu)物使用安全。如何有效解決混凝土冬施突出質(zhì)量問(wèn)題非常急迫和重要，根據(jù)本工程近期現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)物冬施情況結(jié)合往期經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范要求，通過(guò)收集資料及深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、討論、分析，按混凝土施工五個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行逐條研判和確認(rèn)，形成了下列混凝土冬期蓄熱法施工關(guān)鍵卡控因素及具體要求，對(duì)解決混凝土冬施現(xiàn)場(chǎng)普遍問(wèn)題有一定的針對(duì)性、適用性、有效性，達(dá)到以現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵卡控措施保證工程質(zhì)量和提高施工工藝技術(shù)水平的目的。各施工工藝流程關(guān)鍵卡控因素及具體要求如下：

3.1 施工準(zhǔn)備

⑴合理選擇和安排冬施項(xiàng)目：根據(jù)年度計(jì)劃和施工組織設(shè)計(jì)，確定冬期施工的工程項(xiàng)目；對(duì)大跨度拱橋、高架橋、隧道洞口附近及零小分散工程，不宜安排在冬期施工。

⑵準(zhǔn)確掌握氣象信息：通過(guò)收集工地氣象臺(tái)歷年氣象資料，并設(shè)置工地氣象觀(guān)測(cè)點(diǎn)，建立觀(guān)測(cè)制度，及時(shí)掌握氣象變化情況。

⑶編制冬施方案及技術(shù)措施并對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)交底和培訓(xùn)：施工前組織工人學(xué)習(xí)冬施方案及技術(shù)措施，經(jīng)考試合格后方可上崗操作。

⑷配備齊全冬施物資：按冬施方案落實(shí)有關(guān)保溫材料、防寒物資、能源和機(jī)具設(shè)備；保溫材料選擇應(yīng)依據(jù)工程類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工條件來(lái)確定，需選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、密封性良好、重量較輕且足夠干燥的材料。

⑸正確選擇原材料：

①水泥選擇：優(yōu)先選用活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥；當(dāng)選用其他水泥時(shí)應(yīng)注意其對(duì)混凝土抗凍性及抗?jié)B性的影響。②骨料選擇：細(xì)骨料選用質(zhì)地堅(jiān)硬的中砂且含泥量小于3%；粗骨料中嚴(yán)禁含有風(fēng)化顆粒且含泥量小于1%。③外加劑選擇：選用具備高效減水、降低冰點(diǎn)、良好早強(qiáng)作用且對(duì)鋼筋無(wú)腐蝕的外加劑，確?；炷猎谳^低溫度下水化反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行，保持混凝土強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到允許受凍強(qiáng)度。

⑹設(shè)計(jì)專(zhuān)用配合比：選用較小的水灰比和較小的坍落度；當(dāng)混凝土摻用防凍劑時(shí)其試配強(qiáng)度應(yīng)較設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)。

3.2 混凝土拌和

⑴確定水及骨料加熱溫度：

①應(yīng)按熱工計(jì)算和實(shí)際試拌確定滿(mǎn)足混凝土澆筑需要的加熱溫度。首先應(yīng)對(duì)水加熱，其加熱溫度不宜高于80℃；當(dāng)骨料不加熱時(shí)，水可加熱至80℃以上，但應(yīng)先投入骨料和以加熱的水，拌勻后再投入水泥；當(dāng)加熱水尚不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可將骨料均勻加熱，其加熱溫度不應(yīng)高于60℃；②水泥不得直接加熱，宜在使用前運(yùn)入暖棚內(nèi)預(yù)熱。③當(dāng)混凝土出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整拌合料的加熱溫度。

⑵保證骨料質(zhì)量：不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物資；施工時(shí)派專(zhuān)人檢查清理骨料凍塊。

⑶確保拌合設(shè)備溫度：拌制設(shè)備宜在氣溫不低于10℃的廠(chǎng)房或暖棚內(nèi)，施工中隨時(shí)檢查棚內(nèi)溫度。

⑷延長(zhǎng)混凝土攪拌時(shí)間：宜較常溫施工延長(zhǎng)50%，拌合站中控室派專(zhuān)人盯控。

3.3 混凝土運(yùn)輸

混凝土的運(yùn)輸容器應(yīng)有保溫設(shè)施；運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)縮短，并減少中間倒運(yùn)。

3.4 混凝土澆筑

⑴做好澆筑前檢查：混凝土澆筑前，應(yīng)清除模板及鋼筋上的冰雪和污垢；當(dāng)環(huán)境氣溫低于-10℃時(shí)，應(yīng)將直徑大于或等于25mm的鋼筋和金屬預(yù)埋件加熱至正溫。

⑵重視施工縫處理：新舊、混凝土施工縫按規(guī)范清理；當(dāng)舊混凝土面和外露鋼筋（預(yù)埋件）暴露在冷空氣中時(shí)，應(yīng)對(duì)距離新、舊混凝土施工縫1.5m范圍內(nèi)的舊混凝土和長(zhǎng)度在1.0m范圍內(nèi)的外露鋼筋（預(yù)埋件），進(jìn)行防寒保溫。

⑶合理分層加強(qiáng)振搗：混凝土應(yīng)采用機(jī)械振搗并分層連續(xù)澆筑，分層厚度不得小于20cm。

3.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

⑴確保養(yǎng)護(hù)開(kāi)始時(shí)溫度：混凝土開(kāi)始養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度應(yīng)按施工方案通過(guò)熱工計(jì)算確定，但不得低于5℃，細(xì)薄截面結(jié)構(gòu)不宜低于10℃；過(guò)程中安排專(zhuān)人進(jìn)行測(cè)溫，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題按冬施方案采取相應(yīng)技術(shù)措施。

⑵保溫措施有效可靠：所采用的保溫措施應(yīng)使混凝土溫度下降到0℃以前達(dá)到規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度；混凝土澆筑成型后，應(yīng)立即防寒保溫；保溫材料應(yīng)按施工方案設(shè)置，并保持干燥；結(jié)構(gòu)物邊棱隅角應(yīng)加強(qiáng)覆蓋保溫，迎風(fēng)面應(yīng)采取防風(fēng)措施。

⑶拆除模板和保溫層規(guī)定：

①當(dāng)混凝土已達(dá)到規(guī)范強(qiáng)度要求，并符合規(guī)范中抗凍強(qiáng)度規(guī)定后，方可拆除模板。②混凝土與環(huán)境的溫差不得大于15℃；當(dāng)溫差在10℃以上，但低于15℃時(shí)，拆除模板后的混凝土表面宜采取臨時(shí)覆蓋措施。③采用外部熱源加熱養(yǎng)護(hù)的混凝土，當(dāng)養(yǎng)護(hù)完畢后的環(huán)境氣溫仍在0℃以下時(shí)，應(yīng)待混凝土冷卻至5℃以下后，方可拆除模板。

3.6 混凝土質(zhì)量檢查

除應(yīng)按常規(guī)混凝土施工要求進(jìn)行檢查外，還應(yīng)進(jìn)行下列質(zhì)量檢查：

⑴檢測(cè)水、外加劑及骨料加入攪拌機(jī)時(shí)的溫度，以及混凝土拌制、澆筑時(shí)環(huán)境溫度，每一工作班至少檢測(cè)4次。

⑵混凝土養(yǎng)護(hù)溫度的檢測(cè)次數(shù)：在養(yǎng)護(hù)期間至少每6h檢測(cè)1次；室外氣溫及工地環(huán)境溫度應(yīng)每晝夜定時(shí)、定點(diǎn)觀(guān)測(cè)4次。

⑶混凝土養(yǎng)護(hù)溫度的檢測(cè)方法：在結(jié)構(gòu)的隅角、突出、迎風(fēng)和細(xì)薄部位應(yīng)均勻留置測(cè)溫孔，孔深可根據(jù)養(yǎng)護(hù)方法及結(jié)構(gòu)尺寸確定，蓄熱法養(yǎng)護(hù)時(shí)測(cè)溫孔應(yīng)設(shè)在易于散熱的部位；測(cè)溫孔應(yīng)編號(hào)并繪圖；檢測(cè)混凝土溫度時(shí)，測(cè)溫計(jì)不應(yīng)受外界氣溫的影響，并應(yīng)在測(cè)溫孔內(nèi)至少留置3min；以上檢測(cè)應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)并均應(yīng)記錄。

4 質(zhì)量控制措施

本工程依據(jù)規(guī)范要求和施工總體安排確定了冬期施工項(xiàng)目，分別為E匝道第二聯(lián)現(xiàn)澆梁、桃坪特大橋0#橋臺(tái)及2#、4#墩柱，結(jié)合實(shí)際情況及環(huán)境條件制訂并編制了詳細(xì)的施工計(jì)劃及專(zhuān)項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)；但由于冬期施工計(jì)劃性和時(shí)間性強(qiáng)，技術(shù)要求復(fù)雜，準(zhǔn)備時(shí)間短，安排部署不統(tǒng)一，責(zé)任未落實(shí)到人，各級(jí)作業(yè)人員重視程度不夠，片面追求進(jìn)度，施工中仍出現(xiàn)了一些質(zhì)量問(wèn)題和隱患。通過(guò)對(duì)上述結(jié)構(gòu)物冬期施工全過(guò)程調(diào)查分析和現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)了一些發(fā)生頻次較多或現(xiàn)場(chǎng)難以控制直接影響施工質(zhì)量較為突出的問(wèn)題，必須進(jìn)一步強(qiáng)化冬期蓄熱法施工質(zhì)量控制措施方能有效管控問(wèn)題的發(fā)生。主要有以下四個(gè)方面：

⑴澆筑設(shè)備單一，速度慢。

產(chǎn)生原因：澆筑受吊車(chē)起吊速度影響大，使混凝土在澆筑過(guò)程中熱量損失大。

控制措施：優(yōu)化施工方案，結(jié)合施工實(shí)際情況，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的澆筑設(shè)備；加快混凝土澆筑速度，縮短混凝土暴露時(shí)間。

E匝道現(xiàn)澆梁施工作業(yè)范圍大、混凝土厚度小，存在鋼筋密、熱損失大等特點(diǎn)，應(yīng)快速澆筑混凝土，質(zhì)量才有保證；現(xiàn)場(chǎng)采用混凝土輸送泵車(chē)澆筑、混凝土罐車(chē)運(yùn)輸，并在原有1臺(tái)泵車(chē)、3臺(tái)罐車(chē)基礎(chǔ)上，增加至2臺(tái)泵車(chē)、10臺(tái)罐車(chē)以提高澆筑速度。

桃坪特大橋0#橋臺(tái)為大體積混凝土施工，混凝土方量大、臺(tái)身高度較低，模板為竹膠板且散熱慢，作業(yè)范圍集中，混凝土運(yùn)輸距離短，現(xiàn)場(chǎng)采用吊車(chē)澆筑。

桃坪特大橋2#、4#墩柱雖為大體積混凝土施工，但模板采用定型鋼模，墩身較高、散熱快，結(jié)合澆筑地情況，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)暖棚，煤火、熱風(fēng)炮“雙管齊下”，保證棚內(nèi)溫度在10℃以上，采用吊車(chē)澆筑和罐車(chē)運(yùn)輸；同時(shí)利用冬季枯水期在河道中修筑臨時(shí)便道，比已往運(yùn)距縮短一半以上，大大提高了澆筑速度。

⑵運(yùn)輸設(shè)備保溫效果差。

產(chǎn)生原因：由于受現(xiàn)場(chǎng)地形條件所限，致使混凝土運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，而當(dāng)?shù)剡\(yùn)輸設(shè)備也未采取保溫設(shè)施，混凝土暴露時(shí)間長(zhǎng)，溫度下降快。

控制措施：運(yùn)輸設(shè)備安裝保溫設(shè)施，混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中熱量損失在2℃以?xún)?nèi)，混凝土罐車(chē)穿“暖衣”。

為使混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的熱損失最小，采用了大容量的混凝土罐車(chē)，且盡量縮短運(yùn)輸距離，減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，運(yùn)至施工地點(diǎn)后隨即澆筑；針對(duì)混凝土罐車(chē)保溫效果不理想情況，研究決定對(duì)所有罐車(chē)罐體加裝皮制防寒保溫套，以加強(qiáng)罐車(chē)保溫效果；現(xiàn)場(chǎng)對(duì)攪拌出機(jī)溫度和每一罐車(chē)混凝土出罐溫度進(jìn)行測(cè)量，熱損失在2℃內(nèi)，滿(mǎn)足施工規(guī)范要求。

⑶施工方案不合理，技術(shù)措施不得當(dāng)。

產(chǎn)生原因：依據(jù)施組和以往施工經(jīng)驗(yàn)，編制的冬期施工方案和技術(shù)措施，雖得到了甲方和監(jiān)理的認(rèn)可，仍存在對(duì)問(wèn)題考慮不全、不合理的地方，對(duì)施工作業(yè)有直接影響。

控制措施：深入施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合實(shí)際情況，集思廣益，優(yōu)化出具體、可行的施工方案和技術(shù)措施，正確指導(dǎo)施工。

對(duì)施工方案不合理和技術(shù)措施不得當(dāng)之處，深入施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，向有經(jīng)驗(yàn)的工人師傅請(qǐng)教，采納多方意見(jiàn)，逐一分析、解決、落實(shí)，在優(yōu)中擇優(yōu)，得到合理、具體、可行的施工方案和技術(shù)措施，以確保混凝土冬期施工保質(zhì)、順利完成；在原混凝土施工技術(shù)措施基礎(chǔ)上，又增加了以下措施：