-22℃嚴寒環境下砼結構冬期施工綜合技術

周可璋 盧寧 周浩

(中建八局第四建設有限公司，青島 266071)

-22℃嚴寒環境下砼結構冬期施工綜合技術

周可璋 盧寧 周浩

(中建八局第四建設有限公司，青島 266071)

本冬期施工綜合技術，是以改善混凝土表面的環境溫度，降低鋼筋初始溫度，使混凝土在抗凍臨界強度到達之前，使其始終處于常溫狀態養護為理論基礎，采用蒸汽機對鋼筋預熱，暖風機、焦炭爐、電伴熱等多種加熱措施相結合的方式，解決了長期以來-20℃以下的超低溫環境下進行混凝土結構冬期施工的難題。

嚴寒 超低溫 冬期施工 預熱

1 前言

在我國北方地區，冬期施工非常普遍，但一般都是在初冬和初春時期，室外最低氣溫在-10℃左右的情況下，商品混凝土攪拌站和施工企業才有把握進行冬期施工，但是如何在-15以下的超低溫狀態下進行冬施，一直是許多施工企業面臨的難題。

經過多年的施工經驗積累和總結，在室外氣溫不高于-10℃時，采用常規施工技術可以有效解決冬期施工問題，但當室外溫度長期保持在-15℃的環境下時，不僅需要考慮混凝土抗凍臨界強度的問題，還需要解決鋼筋在嚴寒環境下“滴水成冰”的問題。眾所周知，鋼筋的導熱系數較高，長期處于嚴寒環境下，鋼筋自身的溫度與室外溫度基本相同，當混凝土與鋼筋接觸的一剎那，鋼筋表面會立即形成一層冰膜，此層冰膜隨著混凝土內溫度向鋼筋傳遞，逐漸融化，變成一層水膜，此時混凝土的振搗工作早已結束，無論水膜是否在混凝土水化熱過程中消耗完畢，都將大大影響鋼筋與混凝土協同工作的效果，甚至會導致重大結構安全隱患。

2 基本原理

混凝土在進行水化熱的過程中時，拌合物中的游離水分子極易受凍結冰，體積膨脹，使未達到抵抗強度的混凝土受到破壞，從而大大降低混凝土的最終強度，影響結構安全。采用增加外來熱源的原理，提高混凝土周圍的環境溫度，使混凝土在強度增長初期處于常溫狀態，以達到工程質量的要求。

2.1采用先進的蒸汽設備，在混凝土澆筑前將鋼筋進行預熱處理，提高鋼筋的自身溫度，解決混凝土與低溫鋼筋接觸后出現瞬時受凍的隱患；

2.2 水平結構上表面采用“保溫覆蓋+熱空氣”的養護工藝，阻斷冷空氣與混凝土的接觸，避免砼上表面受凍；

2.3 水平結構下表面采用火爐加熱空氣的工藝，利用熱空氣上升的原理，提高結構下表面的環境溫度。由于本工程結構為10m高支模體系，且空間大，在地面上進行加熱，熱空氣上升過程中熱能損失較大，所以采取在板下搭設操作平臺，將火爐位置提升，提高了加熱效率，降低能耗，防止砼板下表面受凍。

3 綜合施工技術

3.1施工準備

（1）工序驗收準備

鋼筋、模板經監理單位驗收合格，同意隱蔽。

（2）冬施施工準備

1）施工樓層下方，采用2層五彩布或塑料布將施工段四周全部封閉，以隔絕室外冷空氣。

2）距施工樓層下方3m處，搭設操作平臺，放置火爐及焦炭。

3）焦炭爐提前12小時點燃，室內溫度達到5℃以上。

4）暖棚馬凳已固定完畢，熱風機檢查完畢可正常工作。

5）蒸汽機檢查完畢可正常工作。

6）覆蓋保溫材料及塑料布數量充足。

7）測溫點布置正確，符合規范要求。

3.2 混凝土攪拌及運輸

（1）攪拌站選擇

選擇具有冬施條件和冬施經驗的攪拌站，攪拌站必須具備如下條件：

1）攪拌站應設置大型暖倉，倉內設置加溫設備，砂子、石子均應在暖倉中分類堆放，倉內設置有地熱或散熱器或蒸汽，可對砂石骨料進行加熱處理，保證砂石的入罐溫度在5℃以上。

2）具有不小于1.05MW熱功率的鍋爐兩臺，可對攪拌用水進行加熱。

3）攪拌設備及輸送熱水的管道均應進行保溫處理。

4）實驗室技術力量強，有冬施經驗，能配置合格的防凍混凝土。

（2）混凝土攪拌

1）首罐混凝土攪拌前，應用蒸汽預熱攪拌機，砂石料入倉時，應在倉口設置15cm的過濾篩，防止受凍結塊的砂石料進入攪拌罐，補進的材料須在倉內保溫一天以上，骨料應清潔，攪拌時不得含有冰雪、凍塊。

2）水泥采用水化速度較快的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥，防凍劑采用具有早強、減水、防凍、增強、阻銹等功能的復合型外加劑，防凍混凝土的攪拌應較常溫下延長1～2min，水膠比應控制在0.35以內，塌落度應控制在180±20mm。其拌制投料順序是：骨料、熱水,然后再投入水泥、外加劑。

3）控制混凝土出機溫度≥15℃、入模最低溫度≥5℃，拌制用水加熱處理，水溫控制在50～60℃之間，嚴禁超過80℃。

（3）混凝土運輸

冬施的混凝土運輸宜選擇體量不大于10m3的運輸車，車體包裹保溫被，車輛調度應根據現場澆筑速度確定，防止運輸車在現場停留時間過長。

3.3鋼筋預熱

由于鋼筋長時間裸露在室外，鋼筋自身溫度等同于室外溫度，低溫鋼筋遇到混凝土后，鋼筋表面會即刻形成一層薄冰層，且瞬時間鋼筋周圍的混凝土會出現局部受凍，隨著鋼筋和混凝土之間的熱交換的完成，薄冰層慢慢融化，但鋼筋周圍的混凝土強度已遭到凍害，其鋼筋-混凝土共同工作的關系受到破壞（握裹力降低），給結構安全帶來巨大隱患。

圖1 蒸汽機

在混凝土澆筑時，采用蒸汽機（圖1）對鋼筋進行預熱處理。蒸汽機可接出兩條或多條噴射管，隨混凝土的澆筑向前推進預熱，水蒸汽溫度達100℃，鋼筋導熱系數高，蒸汽可在短時間內可迅速提升鋼筋溫度。鋼筋預熱需要一個過程，經試驗數據得出，蒸汽需要停留 10s以上，方能將鋼筋溫度提升，因此，混凝土澆筑速度不宜過快，且每臺布料機處宜配置2條噴射管，以便加大預熱面積及加快預熱速度。以下為現場用蒸汽預熱鋼筋圖片（見圖2、圖3）

圖2 蒸汽預熱照片-1

圖3 蒸汽預熱照片-2

3.4 混凝土澆筑

1）混凝土在澆筑前應 100%測試混凝土的坍落度與出罐溫度，坍落度實測值宜為180±20mm，出罐溫度不得低于10℃，做好測試記錄。

2）冬期施工混凝土的澆筑時泵管和混凝土泵應采取保溫措施，泵管的保溫采用橡塑海棉進行包裹覆蓋，外部再用麻袋片纏繞進行保護，混凝土泵應搭設防風保溫棚，以減少熱量損失。

3）混凝土澆筑應由一個方向逐步推進澆筑，不得遍地開花式澆筑，澆筑與抹壓、覆蓋工作緊密交替進行。

4）分層澆注厚大的混凝土時，已澆注層的混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前不應低于2℃。采用加熱養護時，養護前的混凝土表面溫度不得低于2℃。若混凝土表面溫度接近2℃時，應采取補償熱量措施，增加蒸汽設備，在混凝土表面噴射蒸汽，隔絕冷空氣對砼的影響，同時可為砼補充熱量。

表1 混凝土防凍要求

3.5 混凝土加熱養護

（1）高支模結構下部采暖

利用熱空氣上升的原理，采用焦炭爐對板下空氣加熱，使熱空氣不斷懸浮在梁板結構的下部，保證梁板下方的環境溫度等同于常溫狀態，從而避免混凝土下表面受凍。

采用雙層五彩布或塑料布將施工段的四周封閉嚴密，并與支撐架體按照2m間距綁扎牢固，封閉位置距離后澆帶或施工縫2m，以保證板邊緣處于加熱范圍內。其次，在距離結構板下3m處搭設操作平臺和施工通道，操作平臺及通道采用50mm厚木制跳板鋪設，通道寬不小于800mm。

焦炭爐按照1個/30m2且保證每個軸網區格內不少于2個火爐布置，焦炭爐應焊制吊鉤，懸吊距離操作平臺大于200mm并與架體固定牢固。混凝土澆筑之前，應提前12h小時將火爐點燃，并選擇最不利的位置測量室內溫度達到5℃以上時，方可進行混凝土澆筑。高支模冬施示意圖見圖4。

（2）高支模結構上部采暖

由于室外氣溫低于-20℃，僅靠混凝土自身的水化熱溫度已無法保證混凝土不受凍。因此需要增加熱源輔助混凝土完成強度增長。

利用暖風機向板面輸送熱風的方式，隔絕室外冷空氣。措施：在樓板上按照2m*3m間距設置500mm高鋼筋馬凳，馬凳縱向用普通鋼管搭設，形成縱向背楞，背楞上方鋪設一層塑料布，使形成一個小暖棚。暖棚內按照 6m間距蛇形布置Φ305mm的暖風管，暖風管每隔2m開設一個Φ50mm圓洞，使熱風能均布吹入棚內。暖棚剖面示意見圖5，暖風管平面布置示意見圖6。

圖4 高支模冬施示意圖

圖5 暖棚剖面示意圖

圖6 暖風管平面布置示意圖

3.6 保溫覆蓋及加熱停止

1）根據《建筑工程冬期施工規程JGJ/T 104-2011》規定，摻防凍劑的混凝土，抗凍臨界強度為4MPa，因此，同條件試塊達到4 MPa以上便可撤除保溫及加熱措施。

2）加熱措施在砼達到臨界受凍強度以上時可以停止，保溫層在混凝土冷卻到5℃時方可撤除，撤除時混凝土溫度與外界溫度溫差不應大于20℃，混凝土保溫層應逐步撤除，使混凝土緩慢冷卻。

4 結語

本技術曾在沈陽某工程中得到應用，2011年冬季成功實施了6.2萬平米鋼筋混凝土結構，經檢測，結構質量100%合格。其次，其施工工藝簡便，可操作性強，較常規暖棚法工藝，可節約大量的施工周期和施工成本，經濟效益可觀，有一定的借鑒意義。

[1]袁文閣.凍融后不同強度混凝土與鋼筋粘結性能影響.低溫建筑技術.2011

[2]沙克. 預養時間對蒸養混凝土耐久性的影響.低溫建筑技術.2011

[3]程云虹等.施工方式對高性能混凝土抗凍性影響的研究. 低溫建筑技術.2009

G322

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1007-6344（2015）02-0331-02