冬季混凝土施工溫控技術(shù)探討

李彩云

摘 要 結(jié)合陜西省閻機線涇河特大橋橋梁工程冬季混凝土施工情況，參考我國目前鐵路行業(yè)冬季混凝土施工實例，對冬季混凝土施工技術(shù)進行研究，總結(jié)冬季混凝土溫控施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 橋梁工程;混凝土施工;溫度控制施工技術(shù)

引言

涇河特大橋為新建城際鐵路閻良至機場線控制性工程站前工程，橋梁全長2258.94m。本橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計為摩擦樁群樁基礎(chǔ)，樁基承臺及雙線圓端形空心橋墩及實體橋墩，上部結(jié)構(gòu)為19孔64m節(jié)段拼裝箱梁，節(jié)段梁制、運、架及期下部樁基、承臺、墩臺施工為本標(biāo)段的控制性工程。根據(jù)工期安排，由于上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須預(yù)留足夠工期，深長樁基、承臺、墩臺施工必須進行冬季混凝土施工，確保工期的實現(xiàn)[1]。

1概述

標(biāo)段設(shè)置混凝土集中攪拌站1座，2臺HZS-120型攪拌機和砂石料倉采用全封閉防風(fēng)和防雨雪的彩鋼棚封閉，保證原材料不受凍、不結(jié)塊或夾冰、積雪等。

2總體技術(shù)要求

拌制混凝土的各項材料的溫度，必須滿足混凝土拌和物攪拌后所需要的溫度。首先考慮對拌和用水的加熱，集料在料倉內(nèi)覆蓋保溫。水泥、粉煤灰、礦粉只保溫，不加熱。拌和水的加熱溫度不高于80℃。 冬季施工所有部位混凝土澆筑過程無離析、凍融現(xiàn)象。澆筑完成結(jié)構(gòu)物無裂縫，強度全部符合設(shè)計要求。

3溫度控制措施

3.1 原材料溫控措施

施工用水：攪拌站生產(chǎn)用水，采用在水池內(nèi)安裝大功率電熱管加熱，水池頂面使用保溫棉被+篷布覆蓋，避免熱量散失。骨料不進行加熱時，水池水溫控制在60℃范圍內(nèi)。施工中注意觀察水量及時補充，確保攪拌用水量滿足需求。

粗細(xì)骨料：考慮到陜西省涇陽縣冬季年最低氣溫在-12℃以上，冬施期間，骨料不考慮加熱，只保溫。在封閉料倉彩鋼棚進出口設(shè)置篷布門簾，砂石料倉上覆蓋加厚保溫篷布，確保骨料溫度控制在5℃以上;在料倉備料時，必須預(yù)留足夠溫度回升時間。

水泥、粉煤灰、礦粉：水泥、粉煤灰、礦粉存放在存儲罐中，溫度受外界環(huán)境較小，可充分利用其自身熱能，不考慮加熱。

外加劑：外加劑罐體存放在搭設(shè)的彩鋼房內(nèi)，采用篷布保溫罩對外加劑桶進行包裹保溫，彩鋼房內(nèi)設(shè)置空調(diào)控制室內(nèi)溫度，確保外加劑溫度不低于10℃。

混凝土施工前由測溫人員檢測水泥、外加劑及骨料溫度以及拌和站環(huán)境溫度，根據(jù)實測溫度情況和熱工計算結(jié)果確定拌和用水需要加熱的最高溫度，包括骨料需要保證的最低溫度。

3.2 混凝土的攪拌和運輸溫控措施

攪拌機主機房采用彩鋼棚封閉，主機房放電暖氣對主機、過渡艙、計量稱進行保溫。主機房門窗懸掛棉門簾保溫，確保主機房溫度大于0℃，保證拌料機系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，輸送帶采用保溫篷布進行包裹。攪拌混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制混凝土的配合比和坍落度。拌和樓主機投料前，對攪拌機熱水沖洗，確保攪拌機溫度不低于10℃。采取骨料不加熱，水池水溫控制在80℃范圍內(nèi)，混凝土攪拌時，投料順序為：先投放砂和碎石，在投已加熱的水進行攪拌，再加水泥和外加劑。攪拌時間適當(dāng)延長至平常1.5倍，并嚴(yán)格控制砼的坍落度[2]。

施工現(xiàn)場由測溫人員測定現(xiàn)場施工部位保溫棚內(nèi)溫度及環(huán)境溫度，符合冬期施工要求時，由現(xiàn)場技術(shù)員通知拌和站開盤開始攪拌混凝土。

定時進行拌和站砼出機溫度、水池水溫及砂石料倉骨料溫度的檢測監(jiān)控，作好記錄，便于及時調(diào)整原材料溫度。混凝土拌和好后由測溫人員測定混凝土的出機溫度，以驗證熱工計算的準(zhǔn)確性，以便于下一步的調(diào)整。

砼運輸統(tǒng)一采用罐車運輸，在罐車的筒體外側(cè)整體覆蓋保溫罩，減少砼在運輸過程中的熱量損失。罐車下料時每車分別檢測砼溫度，低于5℃的砼廢棄處理。泵車在泵送混凝土過程中適當(dāng)加快砼澆筑速度，以減少混凝土施工過程中的熱量散失。

攪拌站、施工現(xiàn)場作業(yè)機械更換冬期燃油及潤滑油，冷卻系統(tǒng)采用防凍液，以及加工棉保溫套等措施確保冬期施工車輛的正常運轉(zhuǎn)。

3.3 混凝土拌和用水加熱進行熱工計算以承臺、橋墩C40砼為例進行熱工計算

3.4 原材料溫控措施

施工用水：攪拌站生產(chǎn)用水，采用在水池內(nèi)安裝大功率電熱管加熱，水池頂面使用保溫棉被+篷布覆蓋，避免熱量散失。骨料不進行加熱時，水池水溫控制在60℃范圍內(nèi)。施工中注意觀察水量及時補充，確保攪拌用水量滿足需求。

粗細(xì)骨料：考慮到陜西省涇陽縣冬季年最低氣溫在-12℃以上，冬施期間，骨料不考慮加熱，只保溫。在封閉料倉彩鋼棚進出口設(shè)置篷布門簾，砂石料倉上覆蓋加厚保溫篷布，確保骨料溫度控制在5℃以上;在料倉備料時，必須預(yù)留足夠溫度回升時間。

水泥、粉煤灰、礦粉：水泥、粉煤灰、礦粉存放在存儲罐中，溫度受外界環(huán)境較小，可充分利用其自身熱能，不考慮加熱。

外加劑：外加劑罐體存放在搭設(shè)的彩鋼房內(nèi)，采用篷布保溫罩對外加劑桶進行包裹保溫，彩鋼房內(nèi)設(shè)置空調(diào)控制室內(nèi)溫度，確保外加劑溫度不低于10℃。

混凝土施工前由測溫人員檢測水泥、外加劑及骨料溫度以及拌和站環(huán)境溫度，根據(jù)實測溫度情況和熱工計算結(jié)果確定拌和用水需要加熱的最高溫度，包括骨料需要保證的最低溫度。

3.5 混凝土的攪拌和運輸溫控措施

攪拌機主機房采用彩鋼棚封閉，主機房放電暖氣對主機、過渡艙、計量稱進行保溫。主機房門窗懸掛棉門簾保溫，確保主機房溫度大于0℃，保證拌料機系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，輸送帶采用保溫篷布進行包裹。攪拌混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制混凝土的配合比和坍落度。拌和樓主機投料前，對攪拌機熱水沖洗，確保攪拌機溫度不低于10℃。采取骨料不加熱，水池水溫控制在80℃范圍內(nèi)，混凝土攪拌時，投料順序為：先投放砂和碎石，在投已加熱的水進行攪拌，再加水泥和外加劑。攪拌時間適當(dāng)延長至平常1.5倍，并嚴(yán)格控制砼的坍落度。

施工現(xiàn)場由測溫人員測定現(xiàn)場施工部位保溫棚內(nèi)溫度及環(huán)境溫度，符合冬期施工要求時，由現(xiàn)場技術(shù)員通知拌和站開盤開始攪拌混凝土[3]。

定時進行拌和站砼出機溫度、水池水溫及砂石料倉骨料溫度的檢測監(jiān)控，作好記錄，便于及時調(diào)整原材料溫度。混凝土拌和好后由測溫人員測定混凝土的出機溫度，以驗證熱工計算的準(zhǔn)確性，以便于下一步的調(diào)整。

砼運輸統(tǒng)一采用罐車運輸，在罐車的筒體外側(cè)整體覆蓋保溫罩，減少砼在運輸過程中的熱量損失。罐車下料時每車分別檢測砼溫度，低于5℃的砼廢棄處理。泵車在泵送混凝土過程中適當(dāng)加快砼澆筑速度，以減少混凝土施工過程中的熱量散失。

攪拌站、施工現(xiàn)場作業(yè)機械更換冬期燃油及潤滑油，冷卻系統(tǒng)采用防凍液，以及加工棉保溫套等措施確保冬期施工車輛的正常運轉(zhuǎn)。

3.6 混凝土拌和用水加熱進行熱工計算以承臺、橋墩C40砼為例進行熱工計算

（1）混凝土入模溫度控制。取混凝土出機溫度不低于10℃，考慮到拌和站為封閉料倉，料倉環(huán)境溫度平均在夜間0℃、白天5℃進行考慮，混凝土澆筑按2014年-2018年5年中天氣情況較差一天，氣溫最不利條件：-12.0℃進行計算。

混凝土經(jīng)運輸?shù)綕沧r的溫度按下式計算：

T2= T1-（αtt+0.032n）×（T1-Ta）

式中：T2—混凝土拌和物經(jīng)運輸?shù)綕沧r的溫度（℃）;

T1—混凝土拌和物的出機溫度，不低于10℃，取10℃;

tt—混凝土拌和物經(jīng)運輸?shù)綕沧r的時間約0.2h;

n—混凝土拌和物運轉(zhuǎn)次數(shù);

Ta—混凝土拌和物運輸時的環(huán)境溫度，取最低溫度-12℃;

α—溫度折損系數(shù)（h-1）;

T1、tt、 n 、Ta、α取值分別為：10℃、0.2h、1、-12℃、0.25;

將上式代入公式得：T2=8.2℃，滿足入模溫度大于5℃要求。

即：滿足出機溫度不低于10℃，則混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場就不會低于8℃，就能保證入模溫度不低于5℃要求[4]。

（2）混凝土出機溫度控制。取混凝土出機溫度不低于10℃進行水溫控制計算。根據(jù)公式：

To=[0.92（mceTce+msTs+msaTsa+mgTg）+4.2Tw（mw-wsamsa-wgmg）+cw（wsamsaTsa+ wgmgTg）-ci（wsamsa+wgmg）]÷[4.2mw+0.92（mce+ms+msa+mg）]

式中：To—混凝土拌和物溫度（℃）;

mw、mce、ms、msa、mg —水、水泥、摻和料、砂、碎石的用量（kg）;

Tw、Tce、Ts、Tsa、Tg —水、水泥、摻和料、砂、碎石的溫度（℃）;

wsa、wg —砂、碎石的含水率（% ）;

cw、ci—水的比熱容[kJ/ （kg×K）]及溶解熱（kJ/ kg ）。當(dāng)骨料溫度>0℃時， cw=4.2，ci=0;當(dāng)骨料溫度<0℃時， cw=2.1，ci=335。

mw、mce、ms、msa、mg取值分別為：155kg、293kg、126kg、706kg、1070kg;

①環(huán)境溫度在5℃時，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tce=Ts=Tsa=Tg=5℃，根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》，當(dāng)骨料溫度>0℃時，公式中的cw=4.2， ci=0;T0混凝土拌和物出機溫度不低于10℃，取10℃。

wsa、wg 取值分別為：5%、1%;（根據(jù)現(xiàn)場試驗）

代入上式得：Tw=34.2℃。

當(dāng)環(huán)境溫度在5℃時，混凝土拌和物出機溫度不低于10℃時，水池水溫不低于34.2℃。

②當(dāng)環(huán)境溫度在0℃時，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tce=Ts=Tsa =Tg=0℃，根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》，當(dāng)骨料溫度≤0℃時，cw=2.1，ci=335。混凝土拌和物出機溫度不低于10℃，取10℃。

代入上式得：Tw=92℃。

因此，要保證混凝土拌和物出機溫度不低于10℃，必須保證骨料溫度不低于5℃。否則，需對骨料進行加熱，骨料的加熱溫度不宜高于40℃。

③水池水溫加熱至60℃，即Tw=60℃;環(huán)境溫度在5℃時，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tce=Ts=Tsa =Tg=5℃，根據(jù)《鐵路混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》，當(dāng)骨料溫度>0℃時，公式中的cw=4.2， ci=0;混凝土拌和物出機溫度T0：

代入上式求得：T0=14.4℃。

因此，正常拌和站混凝土出機溫度要保證在15℃，水池內(nèi)水溫必須加熱至60℃（在骨料不加熱的情況下，且骨料溫度在5℃時）。

（3）水加熱功率計算。根據(jù)公式Q=CM（T1-T0），其中Q為熱量，單位焦耳，字母J;C為水比熱容=4200焦耳/千克·攝氏度（J/kg·℃）;M為水質(zhì)量;t為水加熱后溫度，t0為水加熱前溫度。

其中，冬期測的從拌和站160m深水井中抽出的水水溫為15℃，即t0=15℃，t1按水溫加熱到60℃考慮。

熱能公式，W=pt，其中P為功率，單位瓦;t為時間，單位秒;

①樁基。冬期施工期間，樁基每1天完成2根，按涇河特大橋最長樁基77m每根需要C40水下砼136m3為例，每方C40水下砼施工用水需要158kg，1根樁基需要加熱水21488kg，兩根77m樁基需加熱施工用水42976kg，約43方水需要加熱。

根據(jù)熱量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×43×103kg×（60-15）℃=8.127×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期樁基每天完成2根樁基混凝土灌注頻率，提前12小時進行水池加熱考慮[5]，所需電熱棒功率：

W=Pt=8.127×109焦/（12h×3600秒）=1.88×105W=188千瓦。

②承臺。冬期施工期間，承臺最多1天完成1個，以33#墩承臺需要C40砼1360m3為例，每方C40砼施工用水需要155kg，1個承臺需要加熱施工用水210800kg，約211方水需要加熱。

根據(jù)熱量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×211×103kg×（60-15）℃=39.88×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期33#墩承臺混凝土需要27小時完成澆筑，提前1天（24小時）進行水池加熱考慮，則水加熱持續(xù)時間51小時，所需電熱棒功率：

P=W/t=39.88×109焦/（51h×3600秒）=2.17×105W=217千瓦。

③墩身。冬期施工期間，墩身按照1天完成1節(jié)4m實心段，以40#墩墩身1節(jié)實心段需要C40砼302m3為例，每方C40砼施工用水需要155kg，1節(jié)墩身需要加熱施工用水46810kg，約47方水需要加熱。

根據(jù)熱量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×47×103kg×（60-15）℃=8.88×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期40#墩1節(jié)墩身混凝土澆筑，提前12小時進行水池加熱考慮，所需電熱棒功率：

P=W/t=8.88×109焦/（12h×3600秒）=2.06×105W=206千瓦。

④拌和站水池加熱。拌和站水池：凈尺寸長*寬*高=8m*4.8m*3.8m=146m3，正常蓄水量120m3;加熱水池中120m3水加熱至60℃，所需電熱棒加熱熱量：

冬期測得從拌和站水井中抽到水池內(nèi)水溫為15℃;

Q=CM（t-t0）=4200×120×103kg×（60-15）℃=22.68×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期混凝土施工，提起一天進行水池加熱考慮，所需電熱棒功率：

P=W/t=22.68×109焦/（24×3600）=2.625×105W=2.625×102kW=262.5千瓦

則，水池中120m3水從15℃加熱至60℃，共需要設(shè)置263千瓦的電熱棒進行加熱24小時方能完成。

（4）混凝土澆筑溫度控制?；炷翝仓囟入S外界氣溫變化而變化。在混凝土澆筑前，應(yīng)清除模板及鋼筋上的冰雪和污漬。當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時，模板、大于等于25mm的主筋、預(yù)埋鋼筋、冷卻管等均需提前使用配置的6臺熱風(fēng)炮加熱至正溫。施工中適當(dāng)加快澆注速度，機械連續(xù)振搗，分層連續(xù)澆筑，盡量縮短澆筑時間，以降低混凝土的澆筑溫度損失。

（5）混凝土養(yǎng)護溫度控制?，F(xiàn)場橋梁承臺、墩身均采用搭設(shè)養(yǎng)護篷布+棉被封閉保溫，使用熱風(fēng)炮、暖風(fēng)機加熱，蒸汽發(fā)生機保濕。棚內(nèi)最低溫度不低于5℃，且混凝土表面濕潤。

（6）模板拆除溫度控制?；炷琉B(yǎng)護完畢后，環(huán)境溫度如果仍處于0℃以下，應(yīng)等待混凝土冷卻至5℃以下，并且混凝土與外部環(huán)境之間溫差小于15℃后，再拆除模板。當(dāng)溫差在10℃～15℃時，拆除模板后的承臺、墩身表面應(yīng)采取棉被覆蓋保溫[6]。

4結(jié)束語

本工程在冬期混凝土施工過程中，從原材料及機械設(shè)備配置，混凝土攪拌、運輸過程，到養(yǎng)護及拆模，通過仔細(xì)熱工計算，全過程精心施工組織，快速完成了冬期施工生產(chǎn)任務(wù)，并且冬季施工混凝土質(zhì)量全部符合要求，一次驗收通過，通過實踐為橋梁工程冬季混凝土施工溫度控制提供有益參考。

參考文獻

[1] TB10752-2018.高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[2] TB 10424-2018.鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[3] TZ 210-2018.《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)（2010）241號[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[4] TB10005-2010.鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[5] GB50496-2009.大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[6] 李文波.淺談冬季混凝土施工技術(shù)[J].經(jīng)濟技術(shù)協(xié)作信息，2015，（25）：65.