水泥混凝土路面冬季施工措施淺析

鄭祥斌

山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司 山東 東營 257000

引言

與其他交通出行方式相比，公路具有層次清晰、覆蓋面積廣等優(yōu)勢，對全國性、地區(qū)性經(jīng)濟(jì)進(jìn)步具有顯著的推進(jìn)效果。隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國持續(xù)加強(qiáng)了高速公路與二級公路的實(shí)際創(chuàng)建力度，因此，運(yùn)用優(yōu)質(zhì)的施工技術(shù)建設(shè)高速公路與二級公路，可在確保品質(zhì)的同時(shí)，節(jié)約施工成本。水泥混凝土路面的相關(guān)作業(yè)施工技術(shù)具有穩(wěn)定性高、費(fèi)用較低、服務(wù)年限久等優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)一步探究并廣泛運(yùn)用。

1 水泥混凝土路面的概況

水泥混凝土路面是指主要由水泥混凝土作為表層的路面，也稱為剛性路面。水泥混凝土路面的剛度大，承載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好且使用壽命較長。與其他路面相比，水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高，穩(wěn)定性和耐久性好，維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此在全國范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是必須消耗大量的水泥和水。例如，在建造水泥混凝土路面時(shí)，厚度為20cm，寬7m，每公里水泥消耗為400～500噸，水消耗約為250噸。

混凝土路面強(qiáng)度產(chǎn)生機(jī)理：水與水泥產(chǎn)生水化反應(yīng)，釋放熱量，并逐步凝結(jié)和硬化，將其他集料牢固的“凝結(jié)”在一起，最終成為具有相當(dāng)強(qiáng)度的混凝土路面。水化反應(yīng)除了與原材料的特性、混凝土的配合比等自身特性相關(guān)之外，還與溫度有著較大的關(guān)聯(lián)。當(dāng)溫度較高時(shí)，水化反應(yīng)速度較快，混凝土路面的強(qiáng)度增長速度也較快，當(dāng)溫度降低時(shí)，水化反應(yīng)速度降低，混凝土路面的強(qiáng)度增長速度也出現(xiàn)下降，當(dāng)溫度降低到0攝氏度以內(nèi)時(shí)，水化反應(yīng)速度大幅度降低，混凝土路面的強(qiáng)度增長出現(xiàn)停滯現(xiàn)象。

由于北方地區(qū)在冬季更容易出現(xiàn)零下溫度，在此溫度下進(jìn)行混凝土路面施工，但不考慮特殊防凍措施，將影響施工質(zhì)量，甚至需要返工。但某些工程受限于工期限制，卻又必須在冬季完成施工，因此，本文從冬季施工亦發(fā)生質(zhì)量問題的原因以及如何采取相關(guān)措施兩方面，來進(jìn)行闡述[1]。

2 冬季水泥混凝土路面施工容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因

2.1 氣溫過低

進(jìn)入冬季后，全國范圍內(nèi)氣溫均有大幅降低，尤其是在廣大北方及高原地區(qū)，氣溫更易降至0攝氏度以下。而較低的氣溫會導(dǎo)致混凝土澆筑過程中，其中的游離水結(jié)冰。水是混凝土拌合物中不可或缺的成分，是水泥水化從而提高強(qiáng)度不可或缺的反應(yīng)原料，結(jié)成冰后，水無法再參與水泥水化過程，進(jìn)而導(dǎo)致水化進(jìn)度緩慢，外在表現(xiàn)即為混凝土強(qiáng)度提升速度過慢，混凝土路面出現(xiàn)質(zhì)量問題的風(fēng)險(xiǎn)極速增加。另一方面，水分結(jié)冰后會產(chǎn)生膨脹，在混凝土內(nèi)部以固體的形式存在，侵占了原本屬于集料的空間，造成集料之間嵌擠性能變差；日間氣溫升高后，冰晶融化為水，而此時(shí)混凝土無法再度振搗，集料無法再進(jìn)入曾被冰晶侵占的空間，造成孔隙率增加，混凝土強(qiáng)度降低。而連續(xù)低溫天氣，更是會造成混凝土中的反復(fù)凍融現(xiàn)象，水體在混凝土中的其他位置，或者匯集后再度結(jié)冰，使混凝土中的空隙進(jìn)一步增多。這種情況下完成施工的混凝土路面，在一定齡期內(nèi)無法達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，即使增加養(yǎng)護(hù)周期，也無法達(dá)到正常溫度下施工的混凝土強(qiáng)度。

在冬季進(jìn)行水泥混凝土路面施工時(shí)由于溫度較低，容易遭受凍害，所以必須采用一些方法來對水泥混凝土進(jìn)行保溫，確保水泥混凝土施工中的溫度滿足要求。

2.2 路面較薄

相比其他的混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土路面一般厚度為20cm左右，且其寬度及長度較長，即混凝土路面實(shí)際為薄層結(jié)構(gòu)。所以特點(diǎn)是散熱較快，保溫性能不足。在夏季施工中是優(yōu)點(diǎn)，而在冬季施工中卻是致命弱點(diǎn)。同時(shí)混凝土路面的占地范圍廣，很多結(jié)構(gòu)方面的保溫措施無法采用，進(jìn)一步增加了冬季施工的難度。

2.3 施工模板支撐不妥

在冬季較為寒冷的環(huán)境下進(jìn)行混凝土施工，往往會由于土地結(jié)凍等問題，造成不必要的困難和麻煩。在冬季土地解凍后，由于地面施工混凝土受凍后，其體積會出現(xiàn)較為明顯的大規(guī)模膨脹，而在傳統(tǒng)的混凝土施工中，模板大多數(shù)支撐于凍土層，在地面結(jié)凍膨脹的雙重作用下，往往會造成嚴(yán)重的梁板反拱問題。當(dāng)氣溫維持在較低狀況時(shí)，梁板反拱問題并不會造成較大的影響；然而，當(dāng)氣溫變暖時(shí)，梁板會由于混凝土的施工強(qiáng)度不夠等問題導(dǎo)致坍塌，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題[2]。

3 冬季水泥混凝土路面施工工藝及質(zhì)量控制措施

3.1 施工準(zhǔn)備、配合比設(shè)計(jì)

開工前，建設(shè)單位組織各參與單位進(jìn)行技術(shù)交底，施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、合同、設(shè)備及建設(shè)期內(nèi)冬季的晝夜溫度等工程條件編制施工方案。施工方案一定需要保證冬季混凝土路面施工的質(zhì)量問題，除了控制工程費(fèi)用外，還需要確保冬季施工的熱源、材料來源穩(wěn)固可靠，編制好施工程序及步驟，綜合考慮現(xiàn)場的布置方法、施工工序，如何有效的監(jiān)測混凝土溫度以及檢查混凝土路面的質(zhì)量。另外施工單位對各技術(shù)人員進(jìn)行全面的組織培訓(xùn)，保證施工人員能夠充分的掌握各自分工范疇內(nèi)的冬季相關(guān)施工措施，保證分工明確、責(zé)任清晰，避免后期推諉扯皮。同時(shí)施工單位須對現(xiàn)場平面和高程控制樁進(jìn)行測量校核，確保測量符合相應(yīng)規(guī)范要求。最后對可能進(jìn)入施工場地內(nèi)的水流進(jìn)行截?cái)唷⒁龑?dǎo)至附近的低洼或排水系統(tǒng)，避免地表徑流進(jìn)入施工場地，氣溫低時(shí)產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，增加除冰工程量。

根據(jù)水泥混凝土路面等級要求選擇符合技術(shù)要求的原材料，水泥宜使用R型水泥或抗凍性能較高的水泥，優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。要充分了解生產(chǎn)廠商，仔細(xì)核對各原材料的出廠合格證明、質(zhì)保單等，符合要求方可進(jìn)場。進(jìn)場后對強(qiáng)度及相關(guān)性能進(jìn)行復(fù)測，保證質(zhì)量符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。另外對出廠日期超過3個月或者懷疑已受潮的水泥，必要時(shí)應(yīng)測試其強(qiáng)度，根據(jù)測試結(jié)果決定是否能夠正常使用。

根據(jù)路面等級要求，科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土配合比，確保配合比工作性、穩(wěn)定性、耐久性符合技術(shù)要求。施工期間混凝土配合比應(yīng)根據(jù)冬季實(shí)際溫度和運(yùn)輸距離等因素進(jìn)行質(zhì)量控制，著重控制砂率與水灰比，游離水的多少，一方面會影響孔隙率及密實(shí)度，另一方面易形成冰晶，以上均會影響混凝土的強(qiáng)度及質(zhì)量。某些情況下，為了滿足和易性，混凝土配合比中水量增加，但是多加的水卻只能以游離態(tài)存在，游離水越多，在0攝氏度以下，產(chǎn)生的冰晶就更多，所以冬季水灰比必須嚴(yán)格控制。另外可通過采用摻加早強(qiáng)劑、防凍劑或其他外加劑的措施，干擾混凝土內(nèi)部的冰晶產(chǎn)生，保證冬季期間混凝土順利達(dá)到要求的強(qiáng)度。外加劑摻入量經(jīng)現(xiàn)場混凝土試拌確定，最終選取符合工作性能要求、滿足低溫施工要求的摻量作為摻入值。

3.2 混凝土的攪拌作業(yè)

每臺攪拌設(shè)備在進(jìn)入實(shí)際使用前，應(yīng)實(shí)施標(biāo)定與試拌。在標(biāo)定的有效期達(dá)到峰值或攪拌機(jī)移動裝配后，應(yīng)進(jìn)行重新標(biāo)定?；炷翑嚢钁?yīng)充分均勻，有利于增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度及抗凍性。除常規(guī)的攪拌操作要求之外，應(yīng)注意拌和物的溫度，在冬季施工期間，應(yīng)滿足混凝土出攪拌機(jī)的溫度要求，一般控制在10攝氏度以上。為實(shí)現(xiàn)這個要求，可以采取提前加熱集料或者使用熱水?dāng)嚢璧姆绞?。加熱集料可采用全封閉保溫棚的方式，棚內(nèi)加溫，保證集料相比外界有較高的溫度，但不宜超過50攝氏度。使用來源多樣化的熱水作為拌合用水，相比加熱集料，可以有效降低施工難度及費(fèi)用，但熱水不宜超過80攝氏度。同時(shí)要在砂石料場內(nèi)設(shè)置擋雪棚，避免冬季雨雪影響集料進(jìn)而出現(xiàn)集料內(nèi)夾雜冰塊的情況出現(xiàn)。此外，采用封閉的料斗進(jìn)行混凝土攪拌亦有助于溫度的保持，料斗容量不宜過小，并具有保溫措施，以避免熱量損失。一般情況下，拌和時(shí)的混凝土溫度不宜超過40攝氏度，攤鋪完成后不低于10～20攝氏度。

3.3 混凝土運(yùn)輸

在混合料拌和完成后，需要對混凝土進(jìn)行檢驗(yàn)，看是否出現(xiàn)離析現(xiàn)象，并取少量混凝土制成相應(yīng)的試塊，留作各種性能的檢驗(yàn)?；炷恋倪\(yùn)輸應(yīng)該由專門的運(yùn)輸車來進(jìn)行，并應(yīng)該做好相應(yīng)的防雨和防離析措施，冬季期間，需要額外做好保溫措施，同時(shí)盡量減少運(yùn)輸距離，減少運(yùn)輸時(shí)間，以免運(yùn)輸過程中混凝土溫度大幅降低。另外，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的攤鋪車和工作人員等具體情況來安排混凝土運(yùn)輸車的車次，避免出現(xiàn)窩工或者誤工的現(xiàn)象。

3.4 混凝土施工技術(shù)

混凝土澆筑前，必須確定基層無冰凍及冰雪、模板無雪污等，一旦出現(xiàn)以上情況，應(yīng)及時(shí)予以清除，清理干凈再度確認(rèn)后，方可實(shí)施滬寧圖的澆筑混凝土路面施工通常采用模板安裝技術(shù)，此技術(shù)既能保持路面厚度均勻，邊沿線整齊，還能保持路面外觀平整。冬季期間，混凝土模板安裝應(yīng)考慮凍脹作用引起的變形和漏漿問題，為了解決這一問題，采用支架對模板進(jìn)行穩(wěn)固。為了保溫，可在模板的外側(cè)鋪設(shè)保溫材料，并封堵孔洞及空隙。加強(qiáng)并細(xì)化冬季施工計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)場施工能力，與拌和站協(xié)商好運(yùn)輸方量及頻次，保證混凝土運(yùn)輸?shù)綀龊竽軌蚣皶r(shí)鋪筑，避免長時(shí)間等候影響混凝土溫度。施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對氣溫的檢測，每個施工班次均需對混凝土溫度進(jìn)行實(shí)測，測量次數(shù)不小于3次。同時(shí)，應(yīng)增加混凝土試樣數(shù)量，增加檢驗(yàn)頻率，以準(zhǔn)確得出冬季混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展曲線，進(jìn)而能夠做到在合理的時(shí)機(jī)拆除模板。

在澆筑振搗過程中應(yīng)避免漏振及過振，不得出現(xiàn)泌水及分層離析現(xiàn)象。若有泌水現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)設(shè)法去除，以避免混凝土表面強(qiáng)度過低，出現(xiàn)起砂、裂紋等現(xiàn)象，影響混凝土的整體強(qiáng)度及抗凍性能，降低使用壽命。

3.5 混凝土的養(yǎng)護(hù)

相比氣溫正常時(shí)的養(yǎng)護(hù)，冬季期間養(yǎng)護(hù)應(yīng)該注意保溫，養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)保證混凝土面層內(nèi)的溫度不低于10攝氏度。若不及時(shí)進(jìn)行保溫，導(dǎo)致混凝土在夜間溫度降至0攝氏度以下，則混凝土中的水分凝結(jié)成冰，體積增加，一方面水泥水化所需水減少，降低了水化能力，造成混凝土強(qiáng)度提升速度低，亦影響混凝土的最終強(qiáng)度；另一方面白天氣溫回升后，冰晶融化為水，在混凝土內(nèi)部留下眾多空隙，對混凝土的強(qiáng)度造成一定影響，更會影響到混凝土路面的壽命。

因此混凝土路面澆筑完成后，應(yīng)盡快進(jìn)行保溫，保溫具體可采用的措施為覆蓋草簾、棉被或者泡沫保溫板，包裹范圍除了混凝土面層頂面之外，模板等應(yīng)一并包裹，盡量減少冬季環(huán)境的低溫影響。氣溫極低時(shí)，可鋪設(shè)發(fā)熱毯，提供額外熱量實(shí)現(xiàn)溫度的保證。除此之外，在保溫覆蓋層外部建議增設(shè)一層塑料布，以避免突然的雨雪天氣濕潤覆蓋物，進(jìn)而降低保溫能力。

4 結(jié)束語

在冬季水泥混凝土路面的施工過程中會遇到很多的問題，而這些問題也會給水泥混凝土路面的質(zhì)量造成影響。因此，在冬季氣溫較低的時(shí)候，對水泥混凝土路面進(jìn)行施工應(yīng)該從多方面采取措施，確保施工的質(zhì)量，從而有效提高水泥混凝土路面的強(qiáng)度，減少各種早期病害的出現(xiàn)。