史 世 友
(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司,山西 晉中 030600)
在冬季嚴(yán)寒環(huán)境下,混凝土各組分中含有的水分在低溫環(huán)境下將出現(xiàn)凍結(jié),嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的強度、剛度及耐久性,在瞬時荷載沖擊作用下將容易引起結(jié)構(gòu)整體脆斷,造成嚴(yán)重的工程安全事故。部分工程項目由于工期等因素限定,無法避免地需要在冬季嚴(yán)寒環(huán)境中進(jìn)行混凝土澆筑施工,為了保證混凝土澆筑質(zhì)量,必須采取必要的冬季施工控制措施,確保工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求。文章以省內(nèi)西北部地區(qū)某大跨徑連續(xù)梁橋施工項目為研究案例,為了保證上部結(jié)構(gòu)施工正常開展,必須在冬季完成下部結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑施工,樁基礎(chǔ)及承臺結(jié)構(gòu)澆筑完成后已經(jīng)進(jìn)入11月下旬,橋墩及橋臺混凝土澆筑必須在冬季完成,為了保證下部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑質(zhì)量,必須制定相應(yīng)的冬季澆筑施工方案。
采用保溫棚施工法可以從源頭上控制施工位置的整體溫度,在小型結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑施工中應(yīng)用較為普遍,保溫棚根據(jù)結(jié)構(gòu)形式特點可以細(xì)分為綁定式、拼裝式及組裝式三類,工程實踐表明,使用保溫棚施工法可以保證結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境位于-15 ℃~-25 ℃的環(huán)境中正常施工。在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土澆筑階段,外部環(huán)境溫度降低至一定范圍內(nèi),混凝土澆筑難以正常完成,可以在結(jié)構(gòu)周圍搭設(shè)保溫棚結(jié)構(gòu)以改變施工位置局部區(qū)域的環(huán)境,保證混凝土澆筑、振搗及養(yǎng)護溫度滿足設(shè)計要求;此外,保溫棚除了可以保證施工位置的溫度條件還可以維持區(qū)域的濕度水平,有利于縮短澆筑混凝土的養(yǎng)生周期。在搭設(shè)施工暖棚過程中,必須考慮到保溫棚的機動能力,隨著施工的推進(jìn),保溫棚必須具備臨時移動和迅速重新搭設(shè)功能,為了適應(yīng)不同施工結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)及作業(yè)條件要求,可以統(tǒng)一保溫棚單元的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),推廣使用裝配式保溫棚結(jié)構(gòu),施工人員可以根據(jù)具體的施工要求,選取單個或者多個保溫棚單元組成裝配式保溫棚,提高施工作業(yè)效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度。裝配式保溫棚結(jié)構(gòu)是基于拼裝式保溫棚發(fā)展而來的,其吸收了拼裝式保溫棚的優(yōu)勢,裝配式保溫棚采用標(biāo)準(zhǔn)連接件裝配,保溫棚結(jié)構(gòu)通過鋼結(jié)構(gòu)支撐,在施工預(yù)定位置采用起重設(shè)備吊裝到位。裝配式保溫棚結(jié)構(gòu)具備搭設(shè)時間短、拆卸更換便捷及調(diào)度使用靈活等優(yōu)勢。
蒸汽法也是較為常用的一種混凝土冬季施工澆筑技術(shù),根據(jù)具體施工特點,可以將蒸汽法具體分為兩類:一種是將高溫蒸汽直接與混凝土接觸,借助蒸汽的高溫直接作用在混凝土表面;另一種是將高溫蒸汽作為載體,借助高傳熱比散熱器,將高溫氣體傳遞至混凝土表面,提升混凝土表面的溫度,起到高溫養(yǎng)護的作用,在散熱器加熱法中,常用的有毛細(xì)管法和熱量模態(tài)法。采用蒸汽法養(yǎng)護技術(shù),可以使混凝土表面的溫度始終保持在一定的溫度范圍內(nèi),總體能耗值較低,且蒸汽加熱法除了可以滿足混凝土澆筑、振搗及養(yǎng)護過程中的溫度條件,還可以保證混凝土養(yǎng)護的濕度條件,防止混凝土澆筑過程中由于溫度值過高導(dǎo)致的“脫水”,但是,其缺陷也較為顯著,蒸汽養(yǎng)護過程中必須在施工現(xiàn)場設(shè)置加熱鍋爐,敷設(shè)管道,并對管道做好保溫,相關(guān)輔助工作量巨大,且溫度上升過程難以控制;一旦出現(xiàn)蒸汽泄漏將造成嚴(yán)重的資源浪費,并影響混凝土現(xiàn)場澆筑進(jìn)度。
在冬季混凝土澆筑施工實踐中,常用的外加劑有兩種,即:引氣劑和防凍劑。由于混凝土澆筑過程中容易混入大量的空氣,以及振搗、養(yǎng)護等原因,導(dǎo)致部分空氣無法及時排出,出現(xiàn)微型氣泡,影響混凝土和易性;使用引氣劑可以提升混凝土的抗凍能力和耐久性。常用的引氣劑類型可以分為:松香型、烷基類、脂肪醇類等,但引氣劑無法應(yīng)用在蒸汽施工及養(yǎng)護的混凝土結(jié)構(gòu)中,此外,引氣劑使用量必須借助試驗精確測定。防凍劑的使用較引氣劑更加普遍,防凍劑的主要功能是保證混凝土材料在0 ℃以下仍然可以繼續(xù)凝結(jié)硬化,并在規(guī)定的齡期內(nèi)達(dá)到對應(yīng)的強度水平,以獲取正常溫度條件下一致的混凝土強度變化趨勢。防凍劑一般使用在施工溫度介于-10 ℃~-25 ℃范圍內(nèi)。其中,對于素混凝土結(jié)構(gòu)中可以使用價格較低的氯鹽類防凍劑,對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),為了防止由于氯鹽引起的鋼筋銹蝕,必須在傳統(tǒng)的氯鹽類防凍劑中摻加一定的阻銹劑,且阻銹劑的摻加量必須通過精確計算確定。
省內(nèi)某大跨徑連續(xù)梁工程項目下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu),埋深介于24 m~32 m范圍內(nèi),全跨共計6個橋墩,截面形式為異型墩,橋墩截面尺寸為5.2 m×5.2 m,橋墩高度為7.5 m。橋墩及橋臺等下部結(jié)構(gòu)混凝土工程澆筑施工必須在越冬期進(jìn)行,為了保證施工質(zhì)量,本工程項目結(jié)合現(xiàn)場實際情況擬選用保溫棚技術(shù)進(jìn)行冬季混凝土施工。保溫棚設(shè)計具體分為側(cè)壁結(jié)構(gòu)和頂棚結(jié)構(gòu)兩部分,其中,側(cè)壁骨架結(jié)構(gòu)選用100 mm×100 mm的H型鋼焊接而成,豎向間距值為3 300 mm,橫向間距值為2 650 mm,保溫棚側(cè)壁外型結(jié)構(gòu)為筒狀,在骨架結(jié)構(gòu)的單元上安裝保溫板材,以起到密閉的作用。在保溫棚骨架結(jié)構(gòu)的側(cè)壁及頂部的連接位置設(shè)置轉(zhuǎn)動法蘭和平行移動支撐架,支撐架的主體框架結(jié)構(gòu)選用直徑為48 mm的鋼管焊接而成,將轉(zhuǎn)動支架設(shè)計成上部窄小,下部寬大的截面形式,保證結(jié)構(gòu)總體支撐體系合理,施工平臺和移動支架滿足正常的運轉(zhuǎn)范圍。
保溫棚結(jié)構(gòu)的側(cè)壁見圖1。
為了提升保溫棚的保溫性能,必須選用高性能的保溫材料,并做好密封施工,在本工程項目中,選用性價比較高的合成樹脂材料,合成樹脂材料主要由PMMA和聚氯乙烯材料合成,屬于典型的高分子材料,材料截面形式為中空多孔型,材料具備防火、防潮、質(zhì)量輕、耐沖擊性能高等諸多優(yōu)勢。為了提升保溫材料與結(jié)構(gòu)支撐骨架之間的密封能力,應(yīng)在骨架與保溫材料的粘貼位置加貼密封條。圖2為建成后的保溫棚現(xiàn)場效果圖。
混凝土澆筑過程中,混凝土入模后,為了保證澆筑溫度滿足要求,應(yīng)保證現(xiàn)場加熱系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn),在下部結(jié)構(gòu)位置安裝一臺鍋爐,并在周圍架設(shè)施工棚,并在施工棚內(nèi)安裝多根蒸汽管道,在澆筑前開啟管道蒸汽,保證模板內(nèi)溫度及鋼筋材料達(dá)到施工滿足的溫度,保證混凝土澆筑、振搗過程中的溫度始終維持在10 ℃~15 ℃范圍內(nèi)。經(jīng)現(xiàn)場施工質(zhì)量檢驗,橋墩及墩臺混凝土澆筑質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求,對不同齡期的混凝土承載能力、滲透性、耐久性等指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場檢測后,其各項指標(biāo)與正常條件下的混凝土澆筑基本一致,充分論證了保溫棚施工技術(shù)的可行性。
在分析冬季寒冷環(huán)境下橋梁混凝土澆筑中常用的蒸汽法、外加劑法、保溫棚法等技術(shù)的特點基礎(chǔ)上,并以省內(nèi)某大跨徑連續(xù)梁橋橋墩混凝土冬季施工項目為研究案例,論證了保溫棚法在冬季混凝土澆筑過程中澆筑質(zhì)量控制的技術(shù)可行性,為期后期推廣使用奠定了條件。