道路橋梁冬季施工中混凝土澆筑的施工技術(shù)

章亮

（桐城市交通運(yùn)輸局，安徽 安慶 231400）

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)道路交通網(wǎng)完善度提出較高要求，路橋工程作為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段，項(xiàng)目規(guī)模與數(shù)量不斷增加。因工期緊張，許多工程開(kāi)展冬季施工作業(yè)，此舉雖可加快施工速度，但會(huì)對(duì)混凝土澆筑環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大影響，一旦出現(xiàn)溫度變化問(wèn)題，便會(huì)引發(fā)質(zhì)量缺陷，進(jìn)而影響整體工程質(zhì)量。對(duì)此，在路橋工程冬季施工中，可采用蓄熱法、暖棚法、電熱法等控制溫度，盡可能的減少低溫對(duì)混凝土強(qiáng)度、凝固性產(chǎn)生的不良影響，使工程質(zhì)量得到切實(shí)保障。

1 低溫對(duì)路橋混凝土澆筑產(chǎn)生的主要影響

1.1 對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土溫度由自身儲(chǔ)備的熱能來(lái)決定，因內(nèi)部溫度與外界環(huán)境存在差異，便會(huì)產(chǎn)生熱交換。在環(huán)境溫度下降時(shí)，受熱交換作用影響，混凝土內(nèi)部溫度也會(huì)下降。對(duì)于新拌混凝土來(lái)說(shuō)，溫度下降速度對(duì)水化程度起決定作用。當(dāng)熱交換越強(qiáng)烈時(shí)，混凝土溫度下降速度便會(huì)越快，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度放慢。當(dāng)混凝土過(guò)早受凍時(shí)，強(qiáng)度固定不變，存留在內(nèi)部的水分量增加，結(jié)冰后形成的凍脹力越大，一旦該項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)某個(gè)界限，便會(huì)使混凝土質(zhì)量受損，為整體工程質(zhì)量帶來(lái)極大損害，甚至引發(fā)傷亡事故。

1.2 對(duì)混凝土凝固的影響

溫度與水泥水化作用具有緊密關(guān)聯(lián)，二者為正相關(guān)關(guān)系。通常情況，以±20℃為養(yǎng)護(hù)界限，當(dāng)超過(guò)這一數(shù)值時(shí)，水化速度加快，反之則速度放緩，當(dāng)溫度為-0.5℃時(shí)，水化作用停止。在低溫狀態(tài)下，混凝土強(qiáng)度提升速度十分緩慢。例如，在溫度為4℃時(shí)，與常溫狀態(tài)相比，混凝土凝固時(shí)間要延長(zhǎng)2 倍。究其原因，在凍結(jié)狀態(tài)下，混凝土內(nèi)部含有的游離水分變成固體，基本無(wú)法產(chǎn)生水化作用，且內(nèi)部水泥和摻合料間的凝結(jié)力也會(huì)因水分凍結(jié)而消失。如若新拌混凝土被凍結(jié)，不但會(huì)影響其強(qiáng)度，甚至?xí)霈F(xiàn)裂縫。此外，附在碎石上的游離水分也會(huì)受溫度影響，在低溫狀態(tài)下結(jié)成冰膜，使其與灰漿間出現(xiàn)分裂。受凍結(jié)作用影響，粗摻合料與灰漿間所需的凝結(jié)力變?nèi)?，混凝土與鋼筋間的附著力由此降低。如若混凝土在澆筑后3-6h 內(nèi)被凍結(jié)，因內(nèi)部尚未凝結(jié)，也會(huì)使強(qiáng)度受到較大影響，但損失要比已經(jīng)開(kāi)始凝結(jié)產(chǎn)生的損失小[1]。

1.3 對(duì)水泥化學(xué)性質(zhì)的影響

將混凝土在常溫狀態(tài)下拌制成形后，立即冷卻到0℃以下，將會(huì)被凍結(jié)。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式探究低溫對(duì)水泥的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生的影響。以普通52.5 水泥為對(duì)象進(jìn)行制備，試樣技術(shù)條件如表1 所示，試樣1 號(hào)和2 號(hào)均未摻入任何外加劑，成分相同，養(yǎng)護(hù)條件不同。試樣2 號(hào)和3 號(hào)成分不同，但養(yǎng)護(hù)條件相同。該試樣在養(yǎng)護(hù)期間，定期取樣處理后放入900℃的真空爐內(nèi)烘干處理后稱(chēng)重，對(duì)結(jié)合水率進(jìn)行測(cè)定。

表1 試樣技術(shù)條件

在水化程度較高時(shí)，水泥的化學(xué)結(jié)合水也較多，可利用結(jié)合水含量對(duì)水化程度進(jìn)行表示。根據(jù)水化情況可知，試樣1 號(hào)中結(jié)合水率從成形開(kāi)始逐漸增加，與水泥水化一般規(guī)律相符合。當(dāng)試樣2 位于低溫狀態(tài)時(shí)，結(jié)合水率基本停止，但處于高溫狀態(tài)時(shí)，該項(xiàng)指標(biāo)又重新提升，在解凍后25d 時(shí)結(jié)合水率與試樣1 在25d 時(shí)的指標(biāo)基本相同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，拌和水由液相變?yōu)楣腆w后，水泥水化反應(yīng)也停止。但因水泥水化停止只是暫時(shí)狀態(tài)，在溫度提高到零上后，水化反應(yīng)便會(huì)恢復(fù)，可見(jiàn)低溫不會(huì)破壞水泥的化學(xué)本質(zhì)，凍結(jié)對(duì)混凝土產(chǎn)生的影響只是在物理方面，并非化學(xué)性質(zhì)。

2 冬季混凝土施工的常用技術(shù)

2.1 蓄熱法

在混凝土外表采用適當(dāng)材料保溫處理，使土塊溫度降低速度放緩，在受凍前使其強(qiáng)度達(dá)到要求值。該法的熱源在于水泥水化產(chǎn)生的熱量與原料加熱熱量，無(wú)需設(shè)置加熱設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)，在冬季施工中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在北方寒冷地區(qū)。在實(shí)際施工中，要求混凝土模板由保溫材料組成，在澆筑完畢后，盡快將保溫材料覆蓋在表面，再用防水布、油氈、瀝青紙等將混凝土外表與覆蓋材料間隔開(kāi)，避免保溫材料吸水。對(duì)于帶孔洞的混凝土結(jié)構(gòu)，在施工中應(yīng)對(duì)孔洞位置安裝擋風(fēng)設(shè)施，并加厚邊角部位的保溫層，使其為表面厚度的3倍左右。在新舊混凝土接縫位置，同樣要重點(diǎn)保護(hù)，保溫范圍大于結(jié)構(gòu)縫的1-1.5m；如若在新拌合混凝土中存在預(yù)埋件、外露鋼筋等情況，應(yīng)全部進(jìn)行保溫處理。在冬季施工中，對(duì)于無(wú)需長(zhǎng)期保溫的結(jié)構(gòu)面均可選用外保溫模板，其構(gòu)造是在承重結(jié)構(gòu)后安裝保溫層，使混凝土的水化熱散失作用得到有效預(yù)防。

2.2 暖棚法

對(duì)于大中型路橋工程來(lái)說(shuō)，在冬季混凝土施工期間受環(huán)境因素影響較大，可采用暖棚法改變低溫環(huán)境，使混凝土澆筑、養(yǎng)生條件得以完善。在實(shí)際應(yīng)用中，暖棚可為混凝土施工營(yíng)造適宜的溫濕環(huán)境，例如，澆筑前的刨毛、表面清洗、澆筑、養(yǎng)生等環(huán)節(jié)在低溫狀態(tài)下無(wú)法開(kāi)展，而在暖棚中便可順利實(shí)施，不會(huì)影響工期。因施工條件、工程規(guī)模不同，暖棚形式也有所區(qū)別，主要為綁扎式、桁架式、裝配式等等，可結(jié)合實(shí)際情況靈活選擇。在冬季暖棚供熱模式下，利用蒸汽排管散熱，根據(jù)熱工計(jì)算散熱器數(shù)量?？偤臒崃康挠?jì)算公式為：

Q暖=Q傳+Q換

式中，Q暖代表的是總耗熱量，單位為kJ/h；Q傳代表的是棚內(nèi)傳熱位置的耗熱量，單位為kJ/h；Q換代表的是棚內(nèi)換氣的耗熱量，單位為kJ/h。其中，傳熱部位耗熱量的計(jì)算公式為：

式中，K 代表的是棚內(nèi)保溫位置傳熱系數(shù)；F 代表的是棚內(nèi)傳熱面積，單位為m2；t內(nèi)代表的是棚內(nèi)溫度，單位℃；t外代表棚外溫度，單位℃；β 代表透風(fēng)系數(shù)，根據(jù)保溫材料類(lèi)型而定；n 代表的是每小時(shí)換氣頻率；V 代表暖棚空氣體積，以澆筑混凝土之外的數(shù)值計(jì)算，單位為m3。

2.3 電熱法

該法是在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者表面安裝電極，在澆筑完畢后與低壓電源相連接，在電阻作用下將電能轉(zhuǎn)換為熱能，使混凝土得到加熱處理，實(shí)現(xiàn)抗凍目標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，因混凝土溫度提高會(huì)加速水化反應(yīng)，使電阻值增強(qiáng)。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%-60%時(shí)，電阻可成倍增長(zhǎng)。為了確?；炷临|(zhì)量不受影響、節(jié)約電能，一般將電加熱的設(shè)計(jì)強(qiáng)度控制在50%左右，如若強(qiáng)度超過(guò)這一數(shù)值，則應(yīng)提高混凝土標(biāo)號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，電熱法進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)的允許溫度如表2 所示。

表2 電熱法混凝土適用溫度（℃）

3 冬季路橋施工混凝土澆筑的技術(shù)應(yīng)用

3.1 工程概況

工程是連接南北過(guò)境公路的關(guān)鍵項(xiàng)目，該項(xiàng)目的實(shí)施可有效緩解過(guò)境交通對(duì)市內(nèi)交通產(chǎn)生的壓力，強(qiáng)化市區(qū)主干道與省際高速路間的聯(lián)系，完善區(qū)域交通網(wǎng)，加速當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。為了確保年內(nèi)南北主線順利通車(chē)，各施工單位需要在冬季施工來(lái)追趕工期。橋面總寬度為18.6m，橫向布設(shè)為：0.5m（防撞欄）＋8.0m（行車(chē)道）＋0.5m（隔離帶）＋8.0m（行車(chē)道）＋0.5m（防撞欄）。因當(dāng)?shù)啬甓緶囟容^低，為施工帶來(lái)許多困難，可能導(dǎo)致混凝土凍害，影響其力學(xué)性能發(fā)揮。對(duì)此，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員綜合考慮施工成本、便利程度、最終效果等因素，經(jīng)過(guò)協(xié)商后制定混凝土澆筑、保溫與養(yǎng)護(hù)方案，使該項(xiàng)工程得以順利高效的開(kāi)展。

3.2 冬季施工工藝

3.2.1 做好準(zhǔn)備工作

與其他時(shí)期相比，冬季環(huán)境條件存在較大差異，施工難度更大。在勘測(cè)工作中，技術(shù)人員應(yīng)在施工之前全面掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文變化等信息，還要了解施工所在地的氣候條件，如冬季平均溫度、最低溫等等，為混凝土澆筑打好基礎(chǔ)。質(zhì)檢人員還應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)材料質(zhì)量，開(kāi)展低溫澆筑實(shí)驗(yàn)，確保原材料性能符合標(biāo)準(zhǔn)，可在低溫條件下使用。冬季施工還應(yīng)重視材料運(yùn)輸環(huán)節(jié)，一般混凝土材料在拌合站加工后再運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑。但因冬季溫度較低，材料運(yùn)輸期間水泥容易發(fā)生水化熱反應(yīng)提前凝固，應(yīng)選擇最快、最直接的運(yùn)輸模式，縮短運(yùn)輸時(shí)間，并做好運(yùn)輸中的報(bào)文工作。例如，對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛密封處理，外表包裹保溫材料等等，由此控制溫差對(duì)材料產(chǎn)生的不良影響[3]。

3.2.2 優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)澆筑

在澆筑施工前應(yīng)對(duì)材料質(zhì)量嚴(yán)格檢查，做好預(yù)處理工作，為澆筑環(huán)節(jié)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。重點(diǎn)檢查所需澆筑模板內(nèi)是否存在積雪、結(jié)冰與雜物，如若存在應(yīng)及時(shí)清理，確保干燥沒(méi)有雜質(zhì)，避免使工程在澆筑后因溫差大影響質(zhì)量；工程鋼筋材料應(yīng)提前預(yù)熱處理，以免出現(xiàn)溫差；在澆筑期間，采用連續(xù)澆筑法，確保澆筑質(zhì)量與施工效率。因冬季施工溫度較低，混凝土的水化熱速度較快，技術(shù)人員應(yīng)科學(xué)控制澆筑時(shí)的表面溫度，可在四周溫度變化較小的條件下澆水淋濕，減慢表面熱量流失速度；在澆筑期間還應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求與標(biāo)準(zhǔn)，使?jié)仓穸鹊玫搅己每刂?，一般?5cm 左右。在澆筑完成后，為確保施工質(zhì)量，還應(yīng)開(kāi)展振搗作業(yè)，使混凝土初凝階段能夠質(zhì)地均勻，無(wú)蜂窩麻面等情況發(fā)生。在新混凝土澆筑之前，應(yīng)嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，要求后一輪澆筑材料的骨料級(jí)配、水灰比等均與前一輪相同。在確保整體澆筑質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，使現(xiàn)場(chǎng)加熱、保溫設(shè)施的效能得到充分發(fā)揮，盡可能避免施工質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生[4-5]。

3.2.3 保溫養(yǎng)護(hù)技術(shù)

3.2.3.1 墩柱混凝土養(yǎng)護(hù)

該項(xiàng)目墩柱施工流程如圖1 所示。重點(diǎn)環(huán)節(jié)在于砼灌注、砼養(yǎng)生與拆模等方面，對(duì)施工質(zhì)量具有較大影響，應(yīng)做好保溫養(yǎng)護(hù)工作。

圖1 墩柱施工流程圖

在混凝土澆筑之前，對(duì)模板覆蓋升溫，最大限度降低混凝土與外界環(huán)境間的溫差，使其入模溫度超過(guò)5℃。采用暖棚法進(jìn)行墩柱混凝土養(yǎng)護(hù)，在棚內(nèi)生8-10 個(gè)火爐，并在施工前升溫，使模板溫度超過(guò)10℃[6]?；炷料铝鲜褂弥睆綖?5-40cm 的串筒，壁厚在2-3mm 之間，利用機(jī)械振搗分層連續(xù)澆筑。分層厚度根據(jù)振搗設(shè)備類(lèi)型、能力而定。在暖棚內(nèi)利用火爐養(yǎng)護(hù)，先在模板外側(cè)鋪一層棉墊，在棉墊外自上而下每間隔0.5m 設(shè)置一層排汽管，管之間間隔20cm 之處安裝Φ3mm 的排氣孔，在外部掛一層塑料薄膜進(jìn)行封閉保溫，如圖2 所示。

圖2 橋墩身養(yǎng)護(hù)示意圖

在內(nèi)側(cè)模板保溫中，采用相同方式，分別設(shè)置2T/h 與0.5T/h的蒸汽鍋爐，采用厚度為10cm 的巖棉包裹送氣管，下方安裝排水法，提前對(duì)模板與混凝土表面預(yù)熱，使入模溫度超過(guò)5℃。在正常養(yǎng)護(hù)期間，模板四周溫度應(yīng)在20-50℃區(qū)間內(nèi)。在混凝土溫度下降時(shí)，應(yīng)使溫度控制在5℃/h 以內(nèi)；當(dāng)外界溫度為負(fù)數(shù)時(shí)，應(yīng)降低到與外界溫度相似時(shí)才可拆模[7-8]。

3.2.3.2 承臺(tái)混凝土養(yǎng)護(hù)

該承臺(tái)施工時(shí)間較早，當(dāng)時(shí)氣溫尚未降到太低，選擇蓄熱法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)布置如圖3 所示。在承臺(tái)頂面的四個(gè)角分別設(shè)置測(cè)溫孔，當(dāng)混凝土強(qiáng)度沒(méi)有到受凍臨界強(qiáng)度時(shí)，由專(zhuān)業(yè)人員每間隔2h 測(cè)溫一次，在達(dá)到臨界強(qiáng)度后，溫度間隔調(diào)整為6h。根據(jù)測(cè)溫結(jié)果可知，白天溫度在-3-7℃時(shí)，棚內(nèi)空氣溫度在10-20℃之間；夜間室外溫度在-5-1℃時(shí)，棚內(nèi)空氣溫度在8-15℃之間。在開(kāi)展抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)結(jié)果可知，3d 抗壓強(qiáng)度約為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%，7d 抗壓強(qiáng)度基本超過(guò)90%，這意味著溫度超過(guò)-5℃時(shí)，可對(duì)承臺(tái)進(jìn)行蓄熱保溫處理。

圖3 承臺(tái)混凝土養(yǎng)護(hù)示意圖

3.3 質(zhì)量保障措施

在混凝土澆筑之前，將鋼筋與模板上的污垢、冰雪等徹底清理干凈，當(dāng)環(huán)境溫度小于-10℃時(shí)，可實(shí)施暖棚法對(duì)直徑超過(guò)25mm 的鋼筋進(jìn)行加熱，使其溫度恢復(fù)正常。在任何情況下，砼的灌注溫度都不應(yīng)小于5℃，細(xì)薄截面砼結(jié)構(gòu)的灌注溫度應(yīng)超過(guò)10℃，采用分層、一次性灌注的方式，中間不可間斷，每層灌注厚度都應(yīng)在20cm 以內(nèi)，利用機(jī)械振搗；做好新舊混凝土接縫清理工作，前層的強(qiáng)度應(yīng)超過(guò)1.2Mpa，縫隙位置的松動(dòng)石子、砂漿等必須清理干凈，再用水沖洗[9]。在新混凝土澆筑前，可先對(duì)橫向縫隙鋪設(shè)一層厚度在15mm 左右的水泥砂漿，再繼續(xù)澆筑新的一層。當(dāng)舊混凝土表面暴露在外界環(huán)境下時(shí)，對(duì)新舊兩層施工縫隙1.5m 范圍內(nèi)的混凝土進(jìn)行防寒保溫處理，可在機(jī)械搗固后分層澆筑，將分層厚度控制在20cm 以上。在冬季路橋工程混凝土施工中，不但要做好保溫工作，還要重視澆筑時(shí)間與周期。澆筑工作最好選擇日間開(kāi)展，避開(kāi)傍晚與夜間，以免因溫差增加影響施工質(zhì)量，尤其是該項(xiàng)目處于北方地區(qū)，如若在夜間澆筑施工很難使?jié)仓|(zhì)量符合規(guī)定，增加資源浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)[10]。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，將澆筑整體周期控制在冬季溫度波動(dòng)較小的階段，如若在外界溫度-5℃-15℃之間進(jìn)行澆筑，不但會(huì)增加保溫難度，還會(huì)使凝固的混凝土力學(xué)性能受損；當(dāng)外界溫度低于-30℃時(shí)進(jìn)行澆筑，可使混凝土整體強(qiáng)度低于54N/mm2，抗壓性極大降低。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，道路作為社會(huì)發(fā)展和區(qū)域交流的重要載體，積極開(kāi)展道路規(guī)劃與建設(shè)工作對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前路橋工程數(shù)量增加，對(duì)工程質(zhì)量提出嚴(yán)格要求，但冬季施工因受溫度影響，為混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)諸多不便。對(duì)此，施工人員可根據(jù)實(shí)際情況，靈活運(yùn)用蓄熱法、暖棚法和電熱法，并在施工前做好準(zhǔn)備工作、優(yōu)化混凝土澆筑流程、實(shí)施質(zhì)量保障措施等，促使路橋工程能夠順利高效的開(kāi)展。