冬季道路橋梁施工中混凝土澆筑方法的改進(jìn)研究

徐群策

（安徽省濱江路橋工程有限公司，安徽安慶 246200）

0 引言

在冬季低溫環(huán)境下，混凝土拌合物在澆筑后，易于發(fā)生硬化與凝結(jié)現(xiàn)象，即當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，混凝土中所含有的水分便會(huì)有一部分結(jié)冰，逐漸由液態(tài)水向固態(tài)冰轉(zhuǎn)化，這將導(dǎo)致參與水泥狀態(tài)變化作用的水從減少直到停止，對(duì)水泥強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響[1]。另外若水凝結(jié)為冰后其體積會(huì)相應(yīng)增大，繼而產(chǎn)生冰晶應(yīng)力，這是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生微裂縫的原因，當(dāng)解凍后即使混凝土強(qiáng)度部分增加，其結(jié)構(gòu)想要恢復(fù)原狀卻是不可能的。為此，一定要重視工程建設(shè)中混凝土冬期施工的技術(shù)優(yōu)化問(wèn)題。

1 混凝土原材料的選擇和配比的確定

（1）立足工程實(shí)際情況，采用3CaO·Al2O3含量＜8%的非早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥，加強(qiáng)水泥自收縮與水泥水化熱的控制，確保水泥性能符合項(xiàng)目要求。

（2）選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良，級(jí)配合理及孔隙率、粒徑等參數(shù)科學(xué)的粗砂與碎石，以確保所選用的碎石粒徑≤40mm，并采用質(zhì)地堅(jiān)固，空隙率與針片狀含量均勻的二級(jí)配粗骨料，嚴(yán)格控制膠凝材料與拌和用水量。

（3）根據(jù)項(xiàng)目體量，確定粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料等材料的用量，并選擇優(yōu)質(zhì)的礦物摻和料，控制拌合水量，優(yōu)化水化熱與水化產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)，從而改善混凝土后期的強(qiáng)度與密實(shí)性，保證橋梁承臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限。

（4）采用高效堿水劑作為外加劑，改善混凝土結(jié)構(gòu)，以提升混凝土承臺(tái)的強(qiáng)度與耐久性。

（5）以工程實(shí)際情況為指導(dǎo)，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上控制混凝土中的膠凝材料用量，并根據(jù)不同類(lèi)型的水泥類(lèi)型對(duì)膠凝材料的用量進(jìn)行調(diào)整，如水泥標(biāo)號(hào)≤C30的混凝土材料中的膠凝材料含量為400kg/m3。

（6）技術(shù)人員應(yīng)考量混凝土結(jié)構(gòu)所在的環(huán)境與位置，確定最佳混凝土水膠比、摻和料摻量及單方混凝土膠凝材料最低使用限值。

（7）控制混凝土結(jié)構(gòu)骨料砂漿棒（巖石柱）膨脹率，確保其不超出0.1%的允許范圍，一旦混凝土結(jié)構(gòu)骨料砂漿棒（巖石柱）膨脹率＞0.1%時(shí)，必須嚴(yán)格按照抑制堿—骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)程對(duì)其進(jìn)行控制與處理。

（8）計(jì)算混凝土中引入的氯離子含量，保證其不超出0.1%的允許范圍，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)引入的Cl-含量控制更加嚴(yán)格，應(yīng)將其控制在總膠凝材料的0.06%范圍內(nèi)。

（9）以道路橋梁部門(mén)出臺(tái)的相關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)控制標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，加強(qiáng)配比試驗(yàn)，確定最佳的混凝土配比率，并根據(jù)不同的混凝土配比方案進(jìn)行試驗(yàn)，嚴(yán)格控制混凝土結(jié)構(gòu)的工作性能，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性、強(qiáng)度達(dá)到項(xiàng)目要求[2]。

2 冬季道路橋梁施工中混凝土澆筑技術(shù)的主要內(nèi)容

2.1 冬季混凝土施工配合比改進(jìn)

上述冬季環(huán)境同混凝土性能關(guān)系，將首先突出冬期混凝土施工配合比改進(jìn)的價(jià)值，尤其是在高緯度地帶，冬期混凝土施工期間，一定要高度關(guān)注水灰比控制問(wèn)題。實(shí)踐結(jié)果顯示，若水灰比降低，則混凝土自身的抗凍性能將得到提升?，F(xiàn)在施工規(guī)程中所做的規(guī)定是冬期施工水灰比須控制在0.55以?xún)?nèi)，而為了保證工程實(shí)踐效果，實(shí)際水灰比應(yīng)當(dāng)更低一些。為讓混凝土的坍落度符合理想要求，在冬季進(jìn)行施工時(shí)，可視情況添加一定量的減水劑，用于減小混凝土水灰比?，F(xiàn)以0.40、0.44和0.483種不同的水灰比混凝土進(jìn)行抗凍性能測(cè)試，并總結(jié)測(cè)試結(jié)果，其中抗壓強(qiáng)度結(jié)果取自200次凍融循環(huán)后。在本次試驗(yàn)中所采取的幾種水灰比形式，所得抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其在彈性模量上均未能達(dá)到60%，最高者僅有52%，其他2種為36%和21%，不能滿(mǎn)足更高緯度的冬季混凝土施工要求，因此有必要做出進(jìn)一步的水灰比調(diào)整嘗試。接下來(lái)再對(duì)另外3種不同的水灰比混凝土開(kāi)展抗凍能力測(cè)試，分別為0.36、0.39和0.42。上面的幾種混凝土在強(qiáng)度上均能滿(mǎn)足基本的工程設(shè)計(jì)要求，當(dāng)混凝土在冬季低溫環(huán)境下經(jīng)凍融循環(huán)后，其質(zhì)量會(huì)分別有3.6%、3.9%與4.1%的損失，其彈性模量則普遍高于60%，其中最高者是81%，另外2種分別是75%和70%。而當(dāng)對(duì)其經(jīng)濟(jì)成本加以測(cè)算后可發(fā)現(xiàn)不同水灰比混凝土在水泥用量上的區(qū)別，其中0.39這種水泥用量與其他2種相對(duì)更少，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)，因此可視為最佳選項(xiàng)。另外，有相關(guān)資料表明：若混凝土水灰比低于0.27，那么即便不在混凝土中摻入減水劑與引氣劑，其抗凍性能同樣可以有較好表現(xiàn)[3]。實(shí)際操作中，當(dāng)在高緯度、高原、高寒地區(qū)冬季的混凝土施工時(shí)，既要嚴(yán)格控制水灰比，亦應(yīng)采取摻入適量粉煤灰的做法加以調(diào)節(jié)。來(lái)自5組混凝土配合比改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)操作，可形象地說(shuō)明配合比改進(jìn)優(yōu)勢(shì)，其中A1與A2為傳統(tǒng)配合比，A3、A4、A5為改進(jìn)配合比，A5粗骨料用量增加，抗凍性出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.2 運(yùn)輸保溫

冬期施工時(shí)，拌和混凝土后，應(yīng)當(dāng)留意混凝土溫度同環(huán)境、溫度的區(qū)別，以及熱量易于散失的現(xiàn)實(shí)情況，在此期間，為使溫度更加符合澆筑施工要求，一定要重視運(yùn)輸環(huán)節(jié)保溫處理工作。較常用的保溫方式有下述4種：①借助專(zhuān)門(mén)罐車(chē)開(kāi)展運(yùn)輸混凝土工作，罐車(chē)內(nèi)空間密閉，環(huán)境獨(dú)立，和外界較少接觸，確保溫度的相對(duì)穩(wěn)定；②用保溫材料覆蓋罐車(chē)罐體，用于避免運(yùn)輸時(shí)溫度降低問(wèn)題；③嚴(yán)格控制運(yùn)輸時(shí)間，使混凝土在冬季環(huán)境中從生產(chǎn)到使用的間隔時(shí)間縮至最短；④可在間隔期內(nèi)適當(dāng)加熱，如若使用汽車(chē)泵，可把送料管同蒸汽管進(jìn)行纏繞，共同加熱。

2.3 混凝土澆筑

2.3.1 準(zhǔn)備工作

在正式開(kāi)展混凝土澆筑作業(yè)前，施工人員應(yīng)將混凝土澆筑區(qū)域內(nèi)的凍塊、冰雪等雜物清理干凈，并搭設(shè)暖棚，對(duì)混凝土澆筑范圍進(jìn)行加熱，確保澆筑模板、鋼筋及混凝土接觸面加熱升溫至5℃后，才能開(kāi)展混凝土澆筑作業(yè)。

2.3.2 保溫暖棚的搭設(shè)

（1）增大承臺(tái)基坑底面面積，開(kāi)展承臺(tái)模板與鋼筋綁扎施工，此后施工人員再順著模板搭設(shè)鋼管腳手架與保溫暖棚，保溫暖棚采用帆布與棉被材料，并要保證保溫暖棚高出承臺(tái)預(yù)埋鋼筋，墩身位置的保溫暖棚搭設(shè)協(xié)同承臺(tái)，但需高出墩頂2.0m，為混凝土施工提供充足的空間與適宜的溫度。

（2）結(jié)合施工實(shí)際情況，選擇在保溫暖棚的適當(dāng)位置開(kāi)設(shè)卷簾門(mén)洞，便于開(kāi)展作業(yè)，如有需要可增設(shè)鍋爐提升施工熱效應(yīng)，并安排專(zhuān)人監(jiān)察暖棚，避免出現(xiàn)漏風(fēng)與CO中毒事故[5]。

2.3.3 混凝土澆筑作業(yè)

嚴(yán)格按照鐵路橋梁承臺(tái)墩身澆筑規(guī)范開(kāi)展?jié)仓鳂I(yè)，控制混凝土入模溫度，保證混凝土拌合物的溫度＞5℃，在澆筑過(guò)程中應(yīng)配合加溫措施，保證保溫暖棚熱效應(yīng)。待澆筑作業(yè)完成后，施工人員應(yīng)在承臺(tái)與墩身混凝土結(jié)構(gòu)收漿后覆蓋一層塑料薄膜與棉被，達(dá)到較為理想的保溫保濕效果[4]。

2.4 溫度監(jiān)控

（1）動(dòng)態(tài)跟蹤拌制作業(yè)，加強(qiáng)對(duì)拌合水、外加劑及骨料用量控制，對(duì)添加原料、攪拌機(jī)、出機(jī)及入模溫度進(jìn)行監(jiān)控，定期開(kāi)展溫度監(jiān)控，每一工作班溫度檢測(cè)的數(shù)量不得少于4次。

（2）除了在混凝土拌合物拌制及澆筑過(guò)程中需要溫度監(jiān)控，在混凝土養(yǎng)護(hù)溫度階段同樣需要溫度監(jiān)控，并根據(jù)不同的養(yǎng)護(hù)方法確定溫度檢測(cè)次數(shù)，如鐵路橋梁承臺(tái)墩身混凝土養(yǎng)護(hù)采用蓄熱法時(shí)，應(yīng)在每間隔6h對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行1次溫度檢測(cè)。

（3）若在值班檢測(cè)過(guò)程中遭遇溫度變化劇烈的異常情況時(shí)，應(yīng)調(diào)整檢測(cè)頻率，并增設(shè)加溫設(shè)施，將混凝土溫度變化控制在安全允許范圍內(nèi)。

2.5 梁橋預(yù)拱度、撓度偏差防治措施

施工單位要把好材料關(guān)，強(qiáng)化混凝土質(zhì)量控制力度，增強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)人員職責(zé)，做好各罐材料的檢查，堅(jiān)決退回還不符合質(zhì)量要求的混凝土材料。在現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土，需要嚴(yán)格按照配合比生產(chǎn)，控制攪拌時(shí)間，專(zhuān)職檢驗(yàn)人員加強(qiáng)檢查。此外，還應(yīng)從以下方面控制預(yù)拱度、撓度偏差：提高支架基礎(chǔ)、支架及模板施工質(zhì)量，提高掛籃等懸臂澆筑設(shè)施安裝組拼質(zhì)量，并按要求進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)或者是加載試驗(yàn)，消除非彈力的變形現(xiàn)象，并向監(jiān)測(cè)人員以及施工人員提供非彈性變形的數(shù)值。確保模板的標(biāo)高偏差控制在允許范圍內(nèi)，使上部結(jié)構(gòu)在支架或掛籃拆除后能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的外形。設(shè)立合適的觀測(cè)點(diǎn)以及相對(duì)坐標(biāo)系，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，建立相對(duì)的坐標(biāo)控制立模標(biāo)高值，使檢測(cè)人員能夠在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)斷面的標(biāo)高值進(jìn)行及時(shí)的采集和觀測(cè)并及時(shí)提供給監(jiān)控人員。加強(qiáng)施工過(guò)程控制。嚴(yán)格控制施工過(guò)程中不平衡荷載的分布及大小，并且應(yīng)該對(duì)預(yù)拱度偏差值及時(shí)調(diào)整；嚴(yán)格控制在張拉時(shí)混凝土的強(qiáng)度，保證混凝土強(qiáng)度能夠與梁段同條件養(yǎng)護(hù)，在制梁時(shí)施工人員還需要及時(shí)對(duì)混凝土彈性模量進(jìn)行控制，存梁時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)且不同預(yù)制梁齡期不應(yīng)相差太大；除此之外，還嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力筋在梁體結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的位置，控制張拉時(shí)的應(yīng)力值。大體積混凝土梁段澆筑時(shí)，應(yīng)該在梁體上使用溫度觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的溫度監(jiān)測(cè)，這樣能夠及時(shí)把握梁段截面的內(nèi)外溫差以及梁斷截面的溫度分布狀況，可以獲得更加準(zhǔn)確的溫度變化規(guī)律。加強(qiáng)檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行積極的反饋調(diào)整。首先，可以在箱梁的底板布置測(cè)點(diǎn)，在一天內(nèi)對(duì)溫度變化較小的時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)立模、混凝土澆筑前和混凝土澆筑后以及預(yù)應(yīng)力束張拉前和預(yù)應(yīng)力張拉后應(yīng)該進(jìn)行標(biāo)高；在梁體內(nèi)布置測(cè)試的斷面和測(cè)點(diǎn)，在公路橋梁施工過(guò)程中，及時(shí)測(cè)試截面的應(yīng)力變化與應(yīng)力的分布，以便能夠及時(shí)對(duì)各施工階段被測(cè)梁段或梁體的應(yīng)力值進(jìn)行測(cè)量，是否與計(jì)算數(shù)值及分析相吻合。

2.6 鋼筋及預(yù)應(yīng)力工程

（1）做好鋼筋與型鋼的存放，并選擇在保溫暖棚內(nèi)部開(kāi)展預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的加工制作。

（2）在實(shí)施焊接作業(yè)前，施工人員應(yīng)先開(kāi)展試焊，確保焊接效果與質(zhì)量合格后，以試焊參數(shù)為準(zhǔn)對(duì)其他鋼筋進(jìn)行成批焊接，并要墊高放置焊接完畢的鋼筋，使其自然冷卻。

（3）選在保溫暖棚內(nèi)或者是溫度較高的白天開(kāi)展焊接作業(yè)，同時(shí)輔助擋風(fēng)與加溫設(shè)施對(duì)鋼筋焊接部位進(jìn)行加熱，提供良好的鋼筋焊接環(huán)境，若焊接環(huán)境溫度＜-20℃時(shí)，不得開(kāi)展鋼筋焊接作業(yè)。

2.7 后期保溫

應(yīng)當(dāng)針對(duì)冬季低溫特點(diǎn)，做好混凝土澆筑完成后的保溫工作。

（1）暖棚方法，即借助散熱器、熱風(fēng)機(jī)或暖爐等，加熱棚子，讓溫度能提升至標(biāo)準(zhǔn)溫度，這將使混凝土擁有有效的養(yǎng)護(hù)環(huán)境。在此期間，應(yīng)當(dāng)留意對(duì)實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)測(cè)，可將溫度控制在合理范圍內(nèi)，同時(shí)注意安全用電，落實(shí)相應(yīng)的保護(hù)工作，避免在保溫期間出現(xiàn)安全事故。

（2）蒸汽養(yǎng)護(hù)，由于蒸汽溫度持續(xù)時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，因此該養(yǎng)護(hù)策略比較適于較短時(shí)間的混凝土保溫任務(wù)。在冬季混凝土施工期間，這種蒸汽養(yǎng)護(hù)方法，能使材料溫度得到有效保障的同時(shí)，增加空氣和混凝土濕度，這對(duì)前面所提及的混凝土冬季氣溫干燥因素導(dǎo)致的脫水干裂情況起到調(diào)節(jié)作用。

（3）蓄熱保溫養(yǎng)護(hù)，即利用混凝土反應(yīng)期間所釋放出的熱量，用于延緩混凝土的冷卻速度，使之在凝結(jié)前能產(chǎn)生理想的養(yǎng)護(hù)控溫效果，該項(xiàng)應(yīng)用能對(duì)熱量利用率提升起到幫助，無(wú)須依靠其他加熱源進(jìn)行加熱，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，若條件允許可以采納。該方法的主要應(yīng)用于冬季平均氣溫為-10～-15℃的情況，或是混凝土表面系數(shù)小于5的地下結(jié)構(gòu)情況。幾種方法的合理選擇，當(dāng)視施工地點(diǎn)、溫度、具體情況而定。

2.8 養(yǎng)護(hù)技術(shù)

從混凝土振搗施工結(jié)束到混凝土凝固的這段時(shí)間內(nèi)，施工單位要積極做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，防止混凝土出現(xiàn)裂縫?；炷琉B(yǎng)護(hù)方式多種多樣，如灑水養(yǎng)護(hù)、自然養(yǎng)護(hù)等，施工單位需要結(jié)合房建工程施工現(xiàn)場(chǎng)氣候特點(diǎn)、空氣濕度等因素，合理選擇實(shí)用的養(yǎng)護(hù)方式。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，施工人員要隨溫度變化適當(dāng)調(diào)整混凝土表面濕度，并且將自然養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)有機(jī)結(jié)合，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在混凝土完全凝固后，施工人員要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)拆除周邊模具，并且保證不會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述。在道路工程領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展的背景下，無(wú)論工程規(guī)模還是工程數(shù)量都值得關(guān)注，為了可以更好、更快地完成建設(shè)工程施工要求，各地冬期施工的情況比較普遍。與此同時(shí)，一些地區(qū)冬期氣溫低、惡劣天氣多，使混凝土質(zhì)量控制的難度變得更高，因此，道路施工部門(mén)一定要針對(duì)混凝土施工過(guò)程，做好科學(xué)部署，通過(guò)配合比確認(rèn)、溫度控制及后期保溫等各項(xiàng)工作，有效保證混凝土冬期施工達(dá)到理想的質(zhì)量水平，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)道路工程的穩(wěn)步快速發(fā)展。