西北高寒高海拔地區(qū)墩柱混凝土冬季施工技術(shù)

馬才良 胡守浩

摘要：本文介紹了在西北高寒高海拔地區(qū)冬季極低負(fù)溫、大溫差、干燥條件下進(jìn)行野外墩柱混凝土施工的溫度控制技術(shù)，通過采用氣膜養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對(duì)墩柱進(jìn)行全封閉以及溫濕度自動(dòng)化控制，從而控制混凝土與外部環(huán)境的溫差，進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，可有效控制溫度及干縮裂縫產(chǎn)生，保證了極端氣候條件下墩柱混凝土的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高寒高海拔;極低負(fù)溫;氣膜養(yǎng)護(hù)系統(tǒng);溫濕度自動(dòng)化

1.引言

工程中冬季混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)主要包括覆蓋棉被、土工布、養(yǎng)護(hù)棚等方法，而保濕養(yǎng)護(hù)則主要采用人工不定時(shí)灑水、熱水蒸汽的方式。西北高寒高海拔地區(qū)氣候干燥、多風(fēng)，冬季日均溫度在-5℃以下，極端天氣可達(dá)到-25℃以下的負(fù)溫，晝夜溫差達(dá)20℃以上，上述養(yǎng)護(hù)方法不僅受限于人工，而且養(yǎng)護(hù)溫濕度不可控，養(yǎng)護(hù)效果不理想，且養(yǎng)護(hù)棚受到其自身規(guī)格和框架的限制，對(duì)體積尺寸超過其承載能力的構(gòu)件無法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，同時(shí)養(yǎng)護(hù)棚移動(dòng)困難，不適宜在西北高寒高海拔地區(qū)極端氣候及施工地型復(fù)雜的區(qū)域使用。

西北高寒高海拔地區(qū)墩柱混凝土冬季施工對(duì)于溫度及濕度控制有較大挑戰(zhàn)性，其冬季施工主要需要解決難題和控制要點(diǎn)如下：

（1）野外墩柱混凝土冬季施工需要對(duì)攪拌水、膠凝材料、粗細(xì)集料等混凝土原材料采取保溫措施，同時(shí)還需要對(duì)混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑等全過程實(shí)施加熱保溫，以確保混凝土出機(jī)溫度及入模溫度滿足要求。

（2）外界為極低負(fù)溫、大溫差、干燥環(huán)境，采用何種保溫、保濕方式保證混凝土溫濕度是關(guān)鍵。

（3）墩柱混凝土養(yǎng)護(hù)周期長，如何保證全過程的溫濕度監(jiān)測(cè)、控制。

2.基本原理

1）一般原理

混凝土的強(qiáng)度只有在正溫養(yǎng)護(hù)條件下，才能持續(xù)不斷的增長，但溫度升高時(shí)，水化作用加快，混凝土的強(qiáng)度也加快增長。當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，混凝土內(nèi)部水凝結(jié)成冰，水化作用減慢或停止，強(qiáng)度增長也隨之較慢，結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的冰脹應(yīng)力值往往大于混凝土內(nèi)部初期強(qiáng)度值，使混凝土受到破壞而降低強(qiáng)度。此外，冰棱融化后，又會(huì)在混凝土內(nèi)部形成大量空隙，從而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。在冬季混凝土施工中，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長的關(guān)鍵，保證混凝土從制拌運(yùn)輸?shù)綕仓B(yǎng)護(hù)全過程中其內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度及外部環(huán)境溫度不低于5℃，是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵因素。經(jīng)比選，通過對(duì)攪拌用水、砂石料的加熱拌和、運(yùn)輸過程的保溫、外部氣膜封閉養(yǎng)護(hù)等組合工藝，可有效控制墩柱混凝土施工環(huán)境溫濕度，使混凝土早期強(qiáng)度快速增長，防止負(fù)溫及大風(fēng)影響產(chǎn)生溫度及干縮裂縫。

2）技術(shù)思路

①通過對(duì)混凝土原材料及拌和空間進(jìn)行全封閉保溫及加熱升溫，保證混凝土出機(jī)溫度>10℃;

②采用保溫篷布運(yùn)輸車罐體進(jìn)行包裹，混凝土澆筑前采用氣膜進(jìn)行包裹、封閉，并采用增溫系統(tǒng)提前預(yù)熱，保證澆筑及養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度>5℃;

③采用自動(dòng)化溫濕度監(jiān)控技術(shù)，對(duì)養(yǎng)護(hù)全過程進(jìn)行增溫、增濕。

3）技術(shù)目標(biāo)

根據(jù)《建筑工程冬季施工規(guī)范》要求，同時(shí)結(jié)合工程特點(diǎn)，對(duì)墩柱混凝土冬季施工采取多重溫控養(yǎng)護(hù)措施，選擇在全天最高溫度時(shí)段澆筑墩柱混凝土，使混凝土滿足如下技術(shù)指標(biāo)：

①混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以前不得受凍。

②混凝土出機(jī)溫度>10℃，入模溫度>5℃。

③澆筑和養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度>10℃;墩柱混凝土芯部、表面、環(huán)境三者間溫差<25℃。

3.施工步驟與方法

3.1原材料保溫措施

①攪拌用水加熱措施

拌和站儲(chǔ)水池內(nèi)襯、覆蓋保溫板進(jìn)行保溫，通過蒸汽鍋爐將攪拌用加熱至65℃～85℃，投料順序按照熱水投放→粗細(xì)骨料投放拌和→水泥投放拌和進(jìn)行調(diào)整，避免水泥和熱水直接接觸。

②粗、細(xì)骨料保溫措施

料倉搭設(shè)全封閉輕鋼料棚，棚頂設(shè)置隔熱層，地面敷設(shè)地暖，料倉內(nèi)采用火爐加熱，保證料倉內(nèi)砂石料溫度>5℃，防止雨雪進(jìn)入造成砂石料受凍結(jié)塊。

③膠凝材料的儲(chǔ)存措施

水泥、粉煤灰采用儲(chǔ)料罐進(jìn)行全封閉儲(chǔ)存，外加劑搭設(shè)專用封閉彩板房，房內(nèi)采用暖風(fēng)機(jī)升溫，防止雨雪進(jìn)入而導(dǎo)致材料性能破壞或者產(chǎn)生受凍結(jié)塊。

3.2混凝土攪拌及運(yùn)輸

①上料倉與料倉大棚連接為一體，采用同樣的方式進(jìn)行封閉、保溫，倉體上安裝暖氣片單元進(jìn)行材料升溫，拌和倉采用彩板房全封閉，倉內(nèi)設(shè)置暖風(fēng)機(jī)加熱，多重措施從減小混凝土拌和過程中熱量的散失。

②拌和用水經(jīng)過加熱后先行投入，然后投入粗細(xì)骨料和熱水進(jìn)行拌和，待混合料溫度恒定且<60℃時(shí)，投入水泥、粉煤灰、外加劑等膠凝材料進(jìn)行拌和，拌和時(shí)間延長至1.5倍。

③使用保溫篷布將混凝土運(yùn)輸車罐體進(jìn)行包裹，當(dāng)班首車運(yùn)輸前先加入熱水對(duì)攪拌缸及運(yùn)輸車罐體進(jìn)行預(yù)熱，減少出機(jī)混凝土熱量的損失。

④合理規(guī)劃運(yùn)輸線路，安排專人指揮交通，根據(jù)運(yùn)輸距離及澆筑速度，調(diào)配混凝土混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸速度，保證混凝土現(xiàn)場(chǎng)等待時(shí)間<15min。

3.3氣膜養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝

①、氣膜養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣膜式保溫保濕養(yǎng)護(hù)包括養(yǎng)護(hù)氣膜、超聲霧化裝置、溫濕度控制單元和增濕充氣裝置，如圖 1所示。

養(yǎng)護(hù)膜單元材質(zhì)為聚酯纖維，四周黏附便于拼接、拆卸的粘結(jié)構(gòu)件，養(yǎng)護(hù)膜單元可以根據(jù)混凝土構(gòu)件的形狀和體積，拼接成相對(duì)應(yīng)形狀和體積的養(yǎng)護(hù)氣膜，養(yǎng)護(hù)完成后可將養(yǎng)護(hù)氣膜拆解，養(yǎng)護(hù)膜單元不易損壞，利于循環(huán)使用;養(yǎng)護(hù)膜設(shè)置在養(yǎng)護(hù)構(gòu)件的表面上，并與墩柱的表面形成密閉空間，通過充氣裝置向密閉空間內(nèi)充入養(yǎng)護(hù)氣體，形成養(yǎng)護(hù)氣囊。

溫濕度傳感器可在養(yǎng)護(hù)期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣膜內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度;增溫增濕與充氣復(fù)合裝置由增溫、增濕和充氣裝置組合而成，可根據(jù)氣膜內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度實(shí)時(shí)情況和構(gòu)件養(yǎng)護(hù)所需的溫度、濕度，進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制以滿足構(gòu)件養(yǎng)護(hù)的條件。

為確?；炷翝仓梆B(yǎng)護(hù)全過程 溫濕度得到及時(shí)檢測(cè)及調(diào)整，減少人為測(cè)量誤差及勞動(dòng)力的投入，降低管理難度，采用新型“混凝土溫濕度監(jiān)測(cè)及控制一體化系統(tǒng)”，通過云箱及手機(jī)APP，對(duì)監(jiān)測(cè)溫濕度實(shí)時(shí)反饋，通過調(diào)節(jié)增溫、增濕裝置保證達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如圖3所示：

②、氣膜養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)安裝及運(yùn)行

步驟1：將養(yǎng)護(hù)膜按照單元組裝成整體，設(shè)置于養(yǎng)護(hù)構(gòu)件的表面，將養(yǎng)護(hù)構(gòu)件進(jìn)行封閉，表面形成密閉空間;

步驟2：首先將充氣裝置的輸出端通過充氣管道與養(yǎng)護(hù)氣囊的進(jìn)氣端連通，然后將增溫增濕裝置的輸出端接入充氣管道，向密閉空間內(nèi)充入養(yǎng)護(hù)氣體，使其形成養(yǎng)護(hù)氣囊。調(diào)節(jié)充入密閉空間的氣體的溫度與濕度。

步驟3：通過傳感器單元與數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)云端，實(shí)時(shí)檢測(cè)養(yǎng)護(hù)氣體的濕度信息與溫度信息，并根據(jù)檢測(cè)到的濕度信息與溫度信息，調(diào)節(jié)所述養(yǎng)護(hù)氣體的溫度與濕度，使所述養(yǎng)護(hù)氣體的濕度和溫度分別維持在設(shè)定的溫度范圍與濕度范圍。

4.結(jié)論

在對(duì)混凝土原材料、拌和、運(yùn)輸升溫、保溫的基礎(chǔ)上，通過氣膜養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對(duì)混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)的全過程進(jìn)行封閉保溫，同時(shí)通過采用遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)掌握各部位溫濕度變化，避免人為因素干擾，減小誤差，有針對(duì)性地對(duì)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)溫控目標(biāo)。

該技術(shù)在西北高寒高海拔地區(qū)冬季極低負(fù)溫、大溫差、干燥條件下的實(shí)際應(yīng)用過程中，有效的降低了墩柱混凝土溫度裂縫及干縮裂縫的產(chǎn)生，能夠?qū)Χ罩炷吝M(jìn)行較好的養(yǎng)護(hù)，還能夠使混凝土構(gòu)筑物的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗裂性達(dá)到理想的狀態(tài)。實(shí)踐表明，該施工技術(shù)具有較強(qiáng)的可操作性，具有良好的實(shí)施效果，其施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類地區(qū)、同類環(huán)境下的工程施工具有較大的指導(dǎo)和借鑒意義。

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（作者單位：中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司）