論混凝土澆筑的施工技術(shù)在市政公路橋梁冬季施工中的應(yīng)用

丁偉 黃媛

浙江省建投交通基礎(chǔ)建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310000

引言

進入冬季之后，由于氣溫下降至0℃以下，導(dǎo)致路橋施工作業(yè)面極其容易結(jié)冰打滑。不僅如此，施工人員穿著較厚的衣物，導(dǎo)致動作變得相對遲緩，在作業(yè)期間很可能無意識碰觸到施工面、設(shè)備等，進而造成傷損?？傮w而言，公路橋梁冬季施工中面臨諸多困難。比如在混凝土澆筑施工中，除了上述基本難題之外，還必須重視溫度問題，否則極有可能導(dǎo)致混凝土澆筑體內(nèi)部出現(xiàn)大量裂縫，嚴重影響路橋工程質(zhì)量。

1 市政公路橋梁冬季混凝土澆筑施工面臨的困難簡析

1.1 混凝土配比方面的變化

混凝土澆筑施工是指將混凝土澆筑入模，直到完成塑化（凝固）的過程。在澆筑混凝土之前，首先需要完成混凝土的配合比設(shè)計。其中的主要內(nèi)容包含水泥、砂礫（細砂和石子）、其他集料、外加劑（減水劑、膨脹劑等）。其中，砂礫的配比一般較為恒定，即使因為外界溫度出現(xiàn)變化，也不會進行較為明顯的調(diào)整。需要重點計算并調(diào)整的物質(zhì)含量為水分含量以及外加劑的添加量。比如減水劑的主要性能為：是一種在維持混凝土坍落度不變的情況下，減少拌和用水量的物質(zhì)。加入混凝土拌合物后，能夠有效分散水泥顆粒，在改善工作性的同時，減少單位用水量。但在冬季，由于外界溫度會降到0℃以下，故混凝土的凝固時間也會發(fā)生變化（極有可能出現(xiàn)混凝土內(nèi)部一部分水結(jié)冰、一部分水不結(jié)冰的情況。而兩部分的水化速度差異會造成很多不良影響）。因此，水分含量和外加劑的具體劑量也需隨之調(diào)整，否則便會提高混凝土澆筑體內(nèi)部出現(xiàn)裂縫的概率。此即為混凝土澆筑施工技術(shù)應(yīng)用于市政公路橋梁冬季施工中面臨的第一個困難。

1.2 溫度對混凝土強度的影響

上文提到，混凝土澆筑完成后，在逐漸凝固的過程中會出現(xiàn)水化作用（主要發(fā)生于水泥），而該過程的質(zhì)量決定混凝土澆筑體的內(nèi)部構(gòu)造。具體而言，如果混凝土內(nèi)外溫度都處于較高水平且內(nèi)外溫差不大，則內(nèi)外凝固時間會趨于同步。此種情況是混凝土澆筑體的理想凝固狀態(tài)。在夏季，只需適當(dāng)提高澆筑體的外部溫度（內(nèi)部溫度原本便較高），便可將內(nèi)外溫差控制在較小的范圍內(nèi)。在冬季，外部溫度過低（內(nèi)部溫度同樣較高），無論采用何種方式，澆筑體外緣區(qū)域的水泥水化速度都會明顯下降，導(dǎo)致強度的增加速度十分緩慢。除此之外，還有一個十分危險的情況——一旦在混凝土凝固的過程中出現(xiàn)了“虛假硬化”，即混凝土澆筑體的硬度提升并不是水化作用的正常進展，而是水分被凍結(jié)成冰，則再一段時間內(nèi)，澆筑體的硬度達到了施工要求，但隨著冰融化成水，硬度便會下降。在此種“反復(fù)凍融”的過程中，混凝土結(jié)構(gòu)的強度必定會受到嚴重的影響，甚至導(dǎo)致路橋面完全無法承載應(yīng)力。

綜上所述，在混凝土澆筑技術(shù)應(yīng)用于路橋冬季施工時，需重點考慮混凝土的配比及溫度控制問題，全面保證路橋混凝土澆筑體質(zhì)量安全。

2 市政公路橋梁冬季施工中的混凝土澆筑施工技術(shù)的應(yīng)用要點

2.1 基于工程所在地實際情況，精確計算混凝土配合比

常規(guī)情況下，市政公共路橋梁冬季施工中的混凝土主要材料構(gòu)成為：第一，水泥，選擇商品P·S32.5礦渣硅酸鹽水泥，且需重點檢查是否有產(chǎn)品質(zhì)檢合格證以及復(fù)試報告。第二，砂礫，其中的砂應(yīng)為細砂，混凝土強度如果低于C30，則含泥量最大值不得超過5%；混凝土強度高于C30時，含泥量最大值不應(yīng)該超過3%。石子方面，粒徑控制區(qū)間應(yīng)該在16～30mm之內(nèi)，且混凝土強度低于C30時，含泥量最大值應(yīng)控制在2%以下，高于C30時應(yīng)該控制在1%以下。在冬季施工時，技術(shù)人員需要充分收集工程所在地歷史同期的溫度變化情況，并對不同混凝土配比方案產(chǎn)生的效果進行綜合評估。需要注意的具體事項為：第一，結(jié)合路橋施工的具體要求，如路橋投入使用后，額定承載載荷會達到什么級別，對混凝土澆筑體提出什么樣的要求，只有明確這些限制條件，在混凝土配比方面才會得出更加準(zhǔn)確的結(jié)論。第二，在商品混凝土、集料、外加劑等運抵施工現(xiàn)場之后，技術(shù)人員應(yīng)首先進行試驗，并通過計算機智能軟件開展模擬。比如在橋梁混凝土橋面施工之前，技術(shù)人員應(yīng)該將橋梁的長度、寬度、混凝土層（包含防水粘接層、鋪裝層等）的厚度等輸入進智能軟件中，在確定低溫變化范圍之后，由軟件系統(tǒng)自主模擬混凝土澆筑完成后，各區(qū)段水化作用的流程，確定各區(qū)域澆筑體的內(nèi)外溫差。根據(jù)這些結(jié)果，制定混凝土配比調(diào)整方案。第三，以混凝土橋面防水粘接層為例，作為橋面聚合物混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)的重要組成部分，防水粘接層中使用什么樣的材料至關(guān)重要。如單組分聚合物GW-SL911M在20℃環(huán)境下的黏度為5000cps，保持溫度不變，空氣濕度如果在50%～60%之間，則固化速率為每天1.5mm。如果在春末、初夏、初秋等季節(jié)施工時，則上述材料可直接使用，完成防水粘接層的鋪裝之后，可直接澆筑混凝土。但在冬季施工時，技術(shù)人員必須考慮環(huán)境溫度降低至0℃以下（如果工程所在地在我國北方，則還要進一步檢驗室外環(huán)境溫度達到-20℃時，材料的各項性能）。總體而言，市政路橋冬季施工期間，如果使用混凝土澆筑技術(shù)，在原材料配比方面，除了水泥、砂礫、外加劑等基本原料之外，還需考慮防水粘接層、鋪裝施工過程中有關(guān)材料的性能及配比情況，否則，整體施工必定存在嚴重的缺陷，會導(dǎo)致路橋質(zhì)量受到極大影響。

2.2 混凝土澆筑冬季澆筑作業(yè)期間的注意事項

我國有關(guān)部門出具的冬季混凝土路橋（面）施工的指導(dǎo)文件中提到：當(dāng)室外晝夜平均氣溫連續(xù)5天低于5℃，便應(yīng)當(dāng)視為“冬季”。由此可見，“冬季”并不是指正常的時令變化，而是以實際溫度為主。除此之外，即使在“冬季”，氣溫也可能在短時間內(nèi)出現(xiàn)重大變化，進而對混凝土路橋（面）造成凍害?；诖?，在冬季進行路橋（面）混凝土澆筑作業(yè)時，需注重溫度控制。具體而言：第一，原材料方面。砂石、商品混凝土等原材料運抵施工現(xiàn)場的過程中（從出廠開始），需使用一層氈布，或是軍用帆布蓋在材料上方，達到保溫的目的。在施工現(xiàn)場存儲時，原材料之外必須蓋一層塑料棚，可有效隔絕冷空氣的入侵。如果工程所在地自然條件十分惡劣，在必要的情況下，在棚內(nèi)還可以使用暖爐，避免原材料在低溫環(huán)境下出現(xiàn)團塊、結(jié)冰的情況（針對近期需要使用的砂石料更應(yīng)特別注意）。第二，如果工程所在地在我國北方，還應(yīng)關(guān)注砂廠的運營規(guī)律。如相當(dāng)數(shù)量的砂廠在冬季會選擇關(guān)閉，故如果路橋工程共模較大、跨度長，則應(yīng)注意提前儲備足夠的砂石，確保冬季混凝土澆筑作業(yè)的需要。第三，冬季進行混凝土配比時，水洗碎石的作業(yè)必須提前進行，水洗后必須立刻使用一層軍用帆布進行覆蓋保溫（但在此之前應(yīng)該重點檢驗是否存在凍塊）。第四，水洗料的進度應(yīng)該加快，且還需做到“多儲備”，防治冬季氣溫進一步下降時出現(xiàn)凍塊結(jié)冰的情況，影響混凝土的整體質(zhì)量。

冬季拌和混凝土?xí)r，應(yīng)按照以下流程進行：第一，外加劑的添加。需在混凝土拌和站附近搭設(shè)一個小型暖棚，且棚內(nèi)最好采取火爐取暖的方式，嚴格控制溫度在10℃以上，目的在于防止外加劑受凍。第二，加熱水的方法可采用電熱法、火爐或鍋爐燒熱水勾兌法、蒸汽加熱法，要求熱水溫度控制在60℃～80℃，熱水容器必須滿足施工構(gòu)件的用水量2倍方可開始施工。第三，混凝土攪拌過程。①首先使用熱水或是蒸汽，對攪拌機進行全面沖洗，使攪拌機的溫度升至10℃。這樣做的目的在于，能夠降低混凝土攪拌期間損失的熱量。②混凝土攪拌整體分為兩個階段，首先應(yīng)該投入粗細骨料和水，攪拌均勻后加入水泥、外加劑，進行第二次攪拌。全部拌和時間控制在4.5～5min之內(nèi)。由于冬季施工時，混凝土澆筑體的坍落度損失相對較低，故用水量無須過高，可適當(dāng)降低。第四，為保證混凝土拌和質(zhì)量，需注重對混凝土拌和站溫度的監(jiān)測。具體的監(jiān)測內(nèi)容分別為水溫、混凝土出機溫度、室外環(huán)境溫度，均需有專人負責(zé)記錄。

混凝土拌和完成至運抵施工現(xiàn)場的時間應(yīng)盡可能短，且混凝土罐應(yīng)用保溫材料全封閉包裹，并采用少拉多跑的運輸方式，安排專人負責(zé)施工現(xiàn)場和拌和站的聯(lián)絡(luò)，盡量做到施工點不押車，路上不堵車，使混凝土溫度散失降到最低[1]。

冬季路橋（面）混凝土澆筑期間的注意事項為：第一，澆筑前，需要對模板、鋼筋上可能存在的積雪、污垢等進行全面清除，之后需要對模板、鋼筋等進行預(yù)熱（至少需要升溫至5℃以上），之后才能進行澆筑。如果針對某些特殊施工區(qū)域，涉及混凝土灌注作業(yè)時，則至少需要升溫至10℃以上。在冬季，每天中午12時～下午2時時間段內(nèi)，光照強度最大，故混凝土澆筑應(yīng)盡量在該時間段完成（但遇到大風(fēng)、雨雪天氣時不應(yīng)澆筑）。第二，澆筑期間，應(yīng)遵循“一邊澆筑、一邊覆蓋”的原則，即澆筑完一段包裹一段。此外，用于覆蓋在混凝土澆筑體上方的氈布、軍用帆布等物品，與混凝土澆筑體之間應(yīng)該保持一定的距離，至少應(yīng)該形成可供人工進入其中，完成收面、壓光、刷毛作業(yè)的空間。

如果路橋工程所在地區(qū)冬季的自然氣候惡劣程度較高，則在混凝土正式澆筑之前，還需制作混凝土試塊，通過對試塊的性能進行分析并認為質(zhì)量達標(biāo)之后，才能正式開始混凝土澆筑作業(yè)。具體而言：非預(yù)應(yīng)力砼時，同條件試塊不少于2組（一組控制抗壓強度是否達到70%，一組備用，預(yù)應(yīng)力砼時，同條件試塊不少于3組（一組控制抗壓強度是否達到100%，剩余兩組試塊備用）[2]；壓漿時，同條件試塊不少于2組（一組控制凈漿抗壓強度是否達到100%，滿足設(shè)計強度100%并且蒸養(yǎng)不少于3d后可撤除蒸養(yǎng)設(shè)備移梁吊裝，一組備用）。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件數(shù)量按規(guī)范要求執(zhí)行。礙于冬季施工條件限制，外界溫度急驟變化，容易促使原材料出現(xiàn)結(jié)團或被凍結(jié)等情況，制作混凝土試塊目的是幫助施工人員掌握混凝土實際性能，避免正式澆筑作業(yè)期間發(fā)生不必要的問題，而影響后續(xù)施工順利進行。一般情況下，需要根據(jù)混凝土工程量來確定試塊留置數(shù)量，不同強度等級的混凝土均要留置同條件養(yǎng)護試塊，為后期評定混凝土強度提供參考指標(biāo)，具有足夠代表性，將混凝土強度及其他力學(xué)性能如實反映，從根本上保證混凝土澆筑作業(yè)質(zhì)量。

2.3 公路橋梁冬季施工中的混凝土澆筑技藝選擇

2.3.1 全面分層法。此種方法的原理為：從路橋（面）的“短邊”開始，逐漸沿著長邊方向進行澆筑。具體要求為，在逐層澆筑的過程中，第二層混凝土必須在第一層混凝土初步凝結(jié)前完成澆筑。否則很有可能造成澆筑體內(nèi)外溫差較大，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)大量裂縫，影響澆筑體的整體強度。此種混凝土澆筑技藝適用于路橋（面）平面尺寸較小的工程，不適用于規(guī)模大的工程[3]。

2.3.2 分段分層法。大規(guī)模路橋（面）混凝土澆筑工程適合采用分段分層澆筑法，其混凝土層的結(jié)構(gòu)特點為，結(jié)構(gòu)物的厚度不大但總長度、總面積較大。在澆筑作業(yè)期間的注意事項為：第一，針對水平施工縫進行處理時，應(yīng)注意清除澆筑體表面的浮漿、軟弱的混凝土層以及松動的石子，并使粗骨料均勻露出。第二，針對上層混凝土進行澆筑之前，必須使用壓力水，對下層混凝土澆筑體表面的雜物進行清除，之后對表面進行濕潤處理，但不能有積水。第三，對非泵送及低流動度混凝土，在澆筑上層混凝土?xí)r，應(yīng)采取接漿措施。

3 結(jié)束語

綜上所述，在冬季進行公路橋梁混凝土澆筑作業(yè)時，技術(shù)人員必須首先收集工程所在地歷史同期的溫度、濕度、天氣變化等參數(shù)，對混凝土配比、運輸、拌和、存儲、澆筑期間面臨的諸多困難做好預(yù)估，制定完善的應(yīng)對計劃。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)根據(jù)路橋混凝土工程的規(guī)模，選擇合適的混凝土澆筑技藝（全面分層法、分段分層法等），從而保證混凝土澆筑順利完成，無論在施工期間還是后續(xù)投入使用后，都不會出現(xiàn)水化作用等因素而導(dǎo)致的裂縫，保證施工質(zhì)量。