大體積混凝土冬季施工溫控技術(shù)的研究應(yīng)用

中交第四公路工程局有限公司，北京 100022

在土建領(lǐng)域的不斷發(fā)展下，各種新型工藝和材料被應(yīng)用其中，其中大體積混凝土技術(shù)最為典型，常用于大型橋梁基礎(chǔ)、懸索橋錨碇工程、港岸工程以及水利水壩工程中。我國(guó)北方地區(qū)冬季氣溫較低，每年低溫天氣持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，然而大多數(shù)工程考慮作業(yè)進(jìn)度、工期和相關(guān)施工條件，其大體積混凝土結(jié)構(gòu)往往都要在冬季進(jìn)行作業(yè)。在這樣的條件下，該結(jié)構(gòu)中的膠凝材料往往會(huì)在水化硬結(jié)的過(guò)程中產(chǎn)生水化熱現(xiàn)象，使內(nèi)部溫度升高。由于冬季氣溫低，因此混凝土內(nèi)外溫差就會(huì)增大，如果任由新澆筑的混凝土暴露在大氣條件下，內(nèi)部水化熱將不斷升溫，而外部受凍收縮，就勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性及使用壽命。因此，重點(diǎn)探究其在冬季作業(yè)溫控技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 大體積混凝土概述

1.1 作業(yè)特點(diǎn)

這類(lèi)混凝土結(jié)構(gòu)往往是指在混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體中，其最小尺寸超過(guò)1m的大體量混凝土或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。受到本身大體積的影響，只有加強(qiáng)作業(yè)質(zhì)量和施工工序控制才可以有效提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通常在實(shí)際作業(yè)之前，應(yīng)該先全面試算澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力以及收縮應(yīng)力，同時(shí)將內(nèi)外溫差、溫升峰值以及降溫速率的相關(guān)控制指標(biāo)確定下來(lái)，以此編制出相應(yīng)的溫控措施。整個(gè)過(guò)程中最好選擇整體分層或者推移式的連續(xù)澆筑形式，并將澆筑溫度控制在最佳水平，從而降低水化熱，確保最終質(zhì)量。

1.2 凍融損傷

（1）新拌混凝土。在冬季，新拌混凝土的含水量通常都比較高，強(qiáng)度不足且孔隙率較高，因此經(jīng)常發(fā)生凍融損傷的問(wèn)題?；炷帘砻鏈囟仍诶鋮s之后冷流會(huì)不斷向混凝土內(nèi)部延伸，進(jìn)而在最深的地方凍結(jié)，使材料本身的抗拉強(qiáng)度受到影響，進(jìn)而給結(jié)構(gòu)帶來(lái)?yè)p害。（2）成熟混凝土。一般這類(lèi)混凝土的凍融損傷問(wèn)題都是由內(nèi)應(yīng)力和靜壓力引起的。（3）骨料。因?yàn)橹灰橇铣霈F(xiàn)凍融損傷的問(wèn)題就會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)破裂，所以冬季必須確保骨料品質(zhì)。一旦其顆粒達(dá)到相應(yīng)的臨界點(diǎn)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生變化，因此在選擇時(shí)應(yīng)該優(yōu)先選擇吸水性能較差、滲透性較弱、孔隙率較低的顆粒。

2 溫控技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 加強(qiáng)原材料控制

在這類(lèi)混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)用最為廣泛的膠凝材料就是水泥，為了從根本上保證工程質(zhì)量和施工效率，促進(jìn)溫控作業(yè)能夠順利開(kāi)展，在實(shí)際選擇水泥的過(guò)程中必須對(duì)其加強(qiáng)重視。在具體選擇時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)在綜合質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，選用中低水化熱的水泥品種，保證混凝土質(zhì)量的均勻性，盡可能使用普通硅酸鹽水泥，同時(shí)還要對(duì)所選的水泥摻合料的抗凍性與抗?jié)B性進(jìn)行綜合分析比對(duì)，以確保其在后續(xù)作業(yè)中不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重問(wèn)題。日常存放骨料時(shí)，需要將其放置在防風(fēng)性好且具有防潮效果的地方，始終保持骨料的清潔性，盡可能避免冬季一些冰雪凍結(jié)物滲透到骨料中。在拌和粗細(xì)骨料時(shí)，還需要先將其放置在暖棚中，一般溫度需要控制在5℃以上，確保整體的溫控工作可以更加合理有效地落實(shí)。一般混凝土拌和站和作業(yè)場(chǎng)地距離都比較遠(yuǎn)，因此在運(yùn)輸過(guò)程中，難免會(huì)導(dǎo)致含水量降低，從而加速水化熱，使后續(xù)澆筑工作完成之后無(wú)法和現(xiàn)有的混凝土融合在一起，這就需要加入適當(dāng)?shù)耐饧觿赃M(jìn)一步提升混凝土的活性。

2.2 合理確定溫控參數(shù)

在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，首先要依照工程的實(shí)際情況合理確定溫控參數(shù)，明確這類(lèi)混凝土的基本溫控范圍，從而為后續(xù)工作夯實(shí)基礎(chǔ)。通常情況下，在作業(yè)時(shí)還要確保內(nèi)外溫度差不超過(guò)25℃。倘若不能達(dá)到這一基本標(biāo)準(zhǔn)，就必須采取相應(yīng)的冬季施工措施，進(jìn)一步落實(shí)溫控作業(yè)，使條件滿足這一標(biāo)準(zhǔn)之后才能夠繼續(xù)實(shí)行。

2.3 完善攪拌環(huán)節(jié)溫控措施

攪拌時(shí)應(yīng)先從原材料著手，保證骨料的清潔性。同時(shí)在加熱原材料的過(guò)程中可以直接使用加熱水的形式，對(duì)于水泥來(lái)講，不需要直接加熱，可以在水泥罐中放置散裝水泥。如果使用了含有鉀離子或者鈉離子的外加劑，就不能使用具有活性的骨料，要確保在0℃以上的環(huán)境中進(jìn)行材料的選擇，并將其用塑料紙包裹，然后用油布覆蓋，以免產(chǎn)生結(jié)凍。如果使用液體外加劑，則要依照具體的作業(yè)規(guī)范配置成相應(yīng)的溶液。外加劑絕不能混合放置，而要依照品種放置在各自的容器中，并做好標(biāo)注。在攪拌環(huán)節(jié)還需要合理控制水灰比，依照最低限度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水分加強(qiáng)控制，最好要將不必要的水分完全消除。倘若外界溫度始終控制在0℃以上，則可以依照需求和規(guī)范把相應(yīng)數(shù)量的早強(qiáng)劑摻入其中。

2.4 完善運(yùn)輸環(huán)節(jié)溫控措施

要根據(jù)就近原則選擇適合的攪拌場(chǎng)所，盡可能將其設(shè)置在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)附近，從而縮短運(yùn)輸時(shí)間，防止材料在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)熱量損失。同時(shí)還要依照熱工計(jì)算將混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的保溫材料確定下來(lái)，一般需要將運(yùn)輸車(chē)輛和輸送泵與罐等清理干凈，并做好保溫處理。例如，可以直接給其運(yùn)輸管道或罐車(chē)覆蓋棉氈，或進(jìn)行加熱處理。運(yùn)輸?shù)缆芬残枰ＷC基本的通暢性，避免混凝土因長(zhǎng)時(shí)間暴露在過(guò)于寒冷的空氣中而產(chǎn)生凍結(jié)的現(xiàn)象。

2.5 優(yōu)化澆筑溫控措施

混凝土拌和完成之后其水化反應(yīng)往往會(huì)產(chǎn)生很多熱量，從而使內(nèi)部溫度升高，為了控制好內(nèi)外部的溫度差，必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行降溫處理。一般冬季室外氣溫會(huì)將混凝土的表面溫度降低，極易導(dǎo)致內(nèi)外部溫差過(guò)大。相關(guān)作業(yè)規(guī)范表示，混凝土的中心溫度和表面溫度之間的差異不能超過(guò)25℃。為了將溫差控制在這一范圍之內(nèi)，就需要從以下六個(gè)方面入手：一是澆筑前采取良好的保暖措施，把鋼筋與模板上的冰雪和雜物清除干凈，尤其是新老混凝土梁柱的交接位置必須重點(diǎn)清理。二是澆筑時(shí)要將混凝土的入模溫度控制在5℃以上。三是加強(qiáng)澆筑時(shí)間控制，如果采取分層澆筑的方式，還需要將間歇時(shí)間適當(dāng)縮短，層間最長(zhǎng)的初凝時(shí)間不能超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間，同時(shí)后一層混凝土澆筑之前必須確保前一層的表面溫度，一般不能低于2℃。四是加強(qiáng)澆筑后混凝土的保溫措施應(yīng)用，提升外表溫度。五是給其內(nèi)部設(shè)置冷卻水管，降低內(nèi)部溫度。具體可以依照作業(yè)手冊(cè)的相關(guān)內(nèi)容合理計(jì)算冷卻水管之間的距離。六是可以直接通過(guò)蓄熱法、加熱法或暖棚法進(jìn)行作業(yè)，保證混凝土強(qiáng)度至少養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的30%。

2.6 加強(qiáng)混凝土振搗

氣溫過(guò)低通常會(huì)引起混凝土出現(xiàn)澆筑分層、孔隙多等問(wèn)題，因此必須加強(qiáng)澆筑過(guò)程中的振搗作業(yè)。具體可以通過(guò)二次振搗加強(qiáng)振搗質(zhì)量，同時(shí)其作業(yè)間距還需要控制在40cm左右，振搗棒在混凝土澆筑層之間的插入深度也需要超過(guò)50mm，振搗棒應(yīng)插入下層50mm左右，從而有效減少澆筑作業(yè)間的施工接縫。在振搗時(shí)，必須使用垂直插入的形式，緩慢拔出并逐步振搗，防止因拔出速度過(guò)快而引起振搗洞的產(chǎn)生，或者出現(xiàn)局部陷落的問(wèn)題。振搗作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要在于整個(gè)過(guò)程中通表面都沒(méi)有顯著性的沉落發(fā)生，并且沒(méi)有氣泡產(chǎn)生。振搗時(shí)禁止碰到鋼筋、模板、預(yù)埋件等。

2.7 優(yōu)化澆筑后的溫控措施

為了將溫度應(yīng)力帶來(lái)的負(fù)面影響降到最低，澆筑完必須立刻覆蓋薄膜，以避免水分蒸發(fā)。同時(shí)還應(yīng)在外部加強(qiáng)保溫，比如可以在表面鋪設(shè)棉氈，確保覆蓋嚴(yán)密無(wú)裸露，并根據(jù)氣溫情況確定鋪設(shè)的層數(shù)，通常溫度超過(guò)0℃時(shí)鋪1層即可，一旦低于0℃時(shí)則需要鋪設(shè)2層以上。確保內(nèi)外溫差能夠控制在合理范圍內(nèi)，也可以使用棉被或草席等進(jìn)行覆蓋，如果保溫效果仍然不理想，還可以使用暖棚升溫。在選擇保溫材料的過(guò)程中，應(yīng)依照溫度控制需求進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，確保其材料完全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。在水化熱控制過(guò)程中，則應(yīng)適當(dāng)通過(guò)循環(huán)水給混凝土內(nèi)部降溫。最初采購(gòu)時(shí)就需要避免選擇會(huì)引起過(guò)大水化熱現(xiàn)象的材料。

3 結(jié)束語(yǔ)

大體積混凝土冬季施工技術(shù)質(zhì)量控制難度較大，極易引起凍害或裂縫問(wèn)題。為了充分提升大體積混凝土的作業(yè)質(zhì)量，在對(duì)大體積混凝土冬季溫控施工技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用期間，相關(guān)人員一定要綜合考量多個(gè)方面的技術(shù)要點(diǎn)，落實(shí)相應(yīng)的溫控措施，需要從正式作業(yè)前進(jìn)行準(zhǔn)備，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的落實(shí)情況，確保其溫度控制在合理范圍內(nèi)，提升整體結(jié)構(gòu)性能，強(qiáng)化工程項(xiàng)目整體運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，科學(xué)地開(kāi)展控制工作，降低施工的難度性?？傊?，在開(kāi)展大體積混凝土施工作業(yè)過(guò)程中，一定要做好冬季溫控施工工作，合理應(yīng)用溫控施工技術(shù)。