低溫環境下橋梁混凝土施工質量影響因素分析及解決方法探討

成麗華（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，四川成都611130）

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低溫環境下橋梁混凝土施工質量影響因素分析及解決方法探討

成麗華（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，四川成都611130）

新疆北部屬于高寒地區，低溫持續時間長，如何在惡劣環境下確保橋梁施工質量和進度是我們目前面臨的問題，本文通過分析低溫環境下影響橋梁施工中混凝土質量的各種因素，采取針對性的措施確保混凝土質量和結構安全滿足設計與規范要求。

低溫環境；橋梁；混凝土質量

引言

近十年，新疆地區的交通基礎設施建設發展速度比較快，并且投資規模也相應擴大，隨著交通流量的增加，橋梁建設工程從數量到規模都得到了較大的擴展，但由于新疆地區的低溫環境和大溫差出現的頻率越來越高，持續時間也越來越長（大概3～5個月），大多數橋梁混凝土工程都無可避免冬季施工，而在這種低溫環境下進行混凝土施工，很難保證混凝土施工質量和結構安全，本文通過分析低溫環境下橋梁施工過程中混凝土質量降低的各種影響因素，并采取針對性措施對混凝土施工質量進行控制。

1　低溫對混凝土強度的影響

在混凝土施工過程中，如果施工區域環境溫度長期保持在5～-3℃以下，混凝土早期強度的增長就會受到很大影響，因為混凝土是由水泥作膠凝材料，與粗細骨料和水及外摻料（按一定比例摻配），經攪拌而得的復合材料，所以它在凝結硬化過程中膠凝材料水泥起到至關重要的作用。水泥的水化速度與溫度有直接關系，可以說環境溫度是制約其水化反應的關鍵因素，也就是說在反應中起到催化作用，因此溫度不同水泥水化的速度和早期混凝土強度的增長也大不相同，我們在室內用不同水灰比（W/C=0.4，W/C=0.5，W/C=0.6）在不同溫度的養護下混凝土強度與齡期的變化情況，如圖1。

圖1　混凝土齡期與抗壓強度的關系圖

由圖1看出：混凝土強度隨著溫度的降低而降低，由此說明環境溫度控制著混凝土的水化速度，隨著溫度的降低，水逐漸失去活性導致水化速度緩慢，特別是溫度在5℃以下時這種現象就比較明顯，如果溫度繼續下降，水就基本失去活性，會導致混凝土中的水分結冰，致使混凝土強度不再增長，若混凝土在幼齡期受到過低溫的影響，就算后期得到常規溫度的良好養護，也會因為早期低溫的影響而無法恢復其正常的抗壓強度性能。

2　低溫環境下混凝土施工的解決方法

2.1原材料選定及溫度控制

為了保證低溫環境下混凝土的施工質量，首先要加強原材料管控，拌合混凝土的水需采用試驗合格的飲用水，不能使用污水或者pH值較小（偏酸性）的水，在低溫環境下，混凝土拌合前要將水加熱到20～40℃之間（經室內試驗確定），水泥宜優先選用水化熱大、標號較高（P.O.42.5R及以上）、活性較高的早強型硅酸鹽水泥，且存放水泥的暖棚溫度應控制在10℃以上。粗細集料應選擇顆粒級配良好、含泥量和泥塊含量小、壓碎值高的骨料，骨料的儲存場地選擇在地勢較高不易積水的暖棚內，做到干凈，無雜物和無凍結。另外，在選定和優化配合比階段，混凝土中需摻配一定比例的外加劑，這樣能夠更好地改善混凝土流動性、粘聚性和耐久性。

2.2混凝土拌合和運輸過程控制

首先要選擇計量鑒定機構標定過的大容量攪拌機，確保一次性攪拌時混凝土熱量不易散失，拌合前要將混凝土攪拌車用熱水沖洗，再把車內水排除干凈，然后用與施工配比相同的的砂漿對拌和機進行涮膛 （先測現場砂石含水量計算出施工配合比），原材料必須按照一定的順序加入攪拌機內，攪拌的時間應比常溫季節適當延長，延長時間經室內試驗確定（大約比常溫延長50%），測溫人員須及時測定混凝土出機溫度（最好控制在10℃以上），同時在混凝土運輸過程中一定要加強混凝土運輸車的密封保溫措施，保證運輸道路暢通。

2.3改善混凝土的澆筑和振搗技術

混凝土到達澆筑地點后須立即進行坍落度測定，坍落度的經時損失要在誤差范圍內才能進行混凝土澆筑，澆筑前還須進行入模溫度測定（一般不能低于10℃）。混凝土施工采用插入式振動棒進行搗固，在振搗過程中振動棒應垂直于混凝土表面，實施快插慢撥的施工要領進行均勻振搗，振搗處的混凝土外觀表現出無明顯塌陷，無氣泡出現，即可結束該部位振搗。振搗應按區域逐步進行，避免發生漏振。在鋼筋密集區域選擇小型振搗棒輔助振搗，加密振搗點，確保各個澆筑部位混凝土密實均勻，能達到橋梁施工的混凝土強度要求。在混凝土澆筑過程中要密切關注模板和支架的變化情況，均勻對稱澆筑，對于大體積混凝土要控制時間段內的澆筑量，防止出現模板沉降過大和位移現象。在完成澆筑工作后，需要對相關加厚段的斜板混凝土進行必要的檢查，若是發現還有多余部分，一定要快速清理干凈。

2.4混凝土后期養護

混凝土養護是保證混凝土強度和性能的關鍵環節，對于新澆混凝土要做好保溫措施，施工現場應配備專職測溫人員，應對室外及混凝土養護溫度進行及時測試，室外采用極限溫度計測試，現場混凝土養護溫度用數顯溫度計測試，根據時間節點來測試溫度變化情況，每日最少測試6次。

在低溫環境下，橋梁施工較為常用的混凝土保溫措施有蓄熱法和暖棚法。蓄熱法一般適用于氣溫在-10℃以上，混凝土澆筑后應立即用塑料薄膜覆蓋，上面再加蓋雙層毛氈或棉被，最后用彩條布密封包裹。采用塑料薄膜覆蓋可使混凝土本身水化熱所散發出的熱量而形成水氣進行養護，而且隔絕了水分被毛氈或棉被吸收。暖棚法適用于氣溫在-10℃以下，它主要是在混凝土澆筑倉位上搭設暖棚，通過用蒸汽排管或暖風機供熱，使棚內溫度保持在5℃以上。在進行蒸汽養護之前，要將送熱管道合理布設，對地下管道的埋設要能達到凍結的深度要求。同時將無壓鍋爐設置在橋下暖棚外部，這樣可以確保將蒸汽連通到橋面上，還可以順著橋梁的縱向設置兩道主管道，并且在管道上每相隔20m左右的位置設置氣眼，通過這樣的設置，既可以保證蒸汽的均勻性，同時對橋面混凝土產生保護作用。需要注意的是，在施工過程中，一定要保持暖棚密封性良好，這樣才能保證蒸汽養護是處在恒溫的狀態，防止由于溫度變化對混凝土強度造成的不利影響。現場混凝土施工溫度記錄如表1。

表1　現場混凝土施工溫度記錄

3　工程實例

某大橋跨徑布置為變截面魚腹式預應力混凝土箱梁，箱梁為單箱3室斷面，頂寬16m，底寬12m，懸臂板寬2m。技術指標：道路類別：城市次干路Ⅲ級，設計車速：40km/h；安全等級：一級；橋面寬度：2m（人行道）+12m（機動車道）+2m（人行道）=16m。上部結構的混凝土等級標號C50，由于該大橋混凝土工程的施工工期緊張，所以必須在冬季進行施工，才能保證工程按期完成。

3.1配合比設計

3.1.1原材料選擇

水泥：新疆青松建材股份有限公式，P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥。

細集料：中砂，細度模數2.8、含泥量不大于3.0%、泥塊含量不大于1.0%、空隙率小于47%。

粗集料：碎石，5～20mm連續級配、壓碎值9.7%、針片狀含量4.6%、含泥量不大于1.0%、泥塊含量不大于0.5%。

外加劑：聚羧酸高效減水劑，減水率約為27.3%。

3.1.2C50混凝土配合比設計

依據標準規范、設計圖紙結合本工程的要求，室內進行了C50混凝土的試配試驗，優化選定結果如表2。

表2　C50混凝土配合比（單位：kg/m3）

3.2混凝土強度比對試驗結果

根據理論配比和砂石含水量計算出施工配合比，進行拌料并現場取樣（4組）。結果如表3。

以上數據說明加強現場保溫措施后，標準條件養護下和現場同條件養護下的齡期為28d混凝土強度值相近。

3.3橋梁靜載試驗成果

（1）在靜載試驗各工況荷載作用下，該橋各測試斷面卸載后的相對殘余變位及相對殘余應變均在 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規定范圍內，表明橋梁結構的整體受力特性和承載能力與設計計算結果基本一致，處于彈性工作狀態。試驗跨上部結構主梁均未出現明顯的殘余變形，表明上部主梁處于彈性工作狀態。

表3　混凝土試件抗壓強度試驗結果

（2）在各工況試驗荷載作用下，試驗跨上部結構主梁控制截面均未發生異常變形。

以上結果表明，該大橋結構處于彈性工作范圍，承載能力滿足設計的公路-Ⅰ級荷載等級標準。

4　結束語

綜上所述，通過對影響混凝土低溫施工的相關因素的分析，總結主要包括：①混凝土原材選定及保溫；②混凝土運輸；③混凝土澆筑技術；④混凝土配合比優化；⑤混凝土養護及保溫（升溫）措施。通過采取針對性的措施來予以解決，達到保證混凝土早期強度和養護期強度的目的，從而確保橋梁混凝土施工質量和結構安全。

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成麗華（1975-），女，工程師，本科，主要從事工程試驗檢測工作。

U445.57

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2095-2066（2016）10-0206-02

2016-3-3