淺談混凝土冬期蓄熱法施工質量控制

韓非

【摘 要】本文主要結合四川省汶川至馬爾康高速公路C5合同段工程中大、中橋部分結構物進行冬期施工時現場的情況，介紹混凝土在冬期蓄熱法施工時從拌合、運輸、澆筑及養護等各個環節和過程中影響質量的關鍵卡控因素，從中總結出混凝土冬期施工質量控制措施，以便在今后工程應用上得到推廣，對高海拔地區混凝土冬期蓄熱法施工具有借鑒意義。

【關鍵詞】混凝土冬期施工 蓄熱法 質量控制

1 引言

混凝土是構成工程實體的重要材料，其施工質量的好壞直接影響結構物的質量和使用壽命；但在高海拔地區寒冷氣候條件下進行混凝土冬期施工，必須采取一定技術措施以保證工程質量，如蓄熱法、蒸養法及暖棚法等施工方法；在選擇施工方法時應依據實際施工條件、結構特點以及經濟條件等加以綜合考慮。蓄熱法施工相比其他方法簡單，不需要特殊的加熱設備和養護設施，其施工原理是將除水泥以外的其他原材料預加熱后獲得一定初始熱量再進行拌和，待混凝土澆筑后利用一定養護措施以降低熱量散失速度，保證混凝土在允許受凍強度前達到抗凍能力。

本文主要結合四川省汶川至馬爾康高速公路C5合同段工程中現場結構物的冬期施工情況，發現個別結構物冬期蓄熱法施工中邊棱隅角有輕微凍傷，事后分析原因為混凝土在養護開始前已經受凍，嚴重影響了混凝土的質量；由于該工程位于四川省汶川縣境內，海拔較高冬季氣候寒冷，依據施工實際情況和工期要求，橋涵結構物經常面臨冬期施工；因此，結合往期冬期施工經驗及施工規范要求，對混凝土拌合、運輸、澆筑及養護等各個環節和過程進行分析找出關鍵卡控因素，從中總結出混凝土冬期蓄熱法施工的質量控制措施。

2 冬期施工特點

冬期施工是指根據當地多年氣溫資料，室外日平均氣溫連續5d穩定低于5℃時混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土及砌體工程的施工。

冬期施工期是質量事故多發期，長時間持續低溫以及大的溫差、強風、降雪和反復冰凍，給混凝土質量帶來極大隱患。當室外氣溫降至0℃以下時，對混凝土中水的狀態影響極大，一般游離水在-2℃時開始凍結，而水一旦結冰，水泥水化反應基本停止，此時混凝土強度也必然不再增長。同時，游離水及化合水體積因結冰而膨脹約8%～9%，在混凝土內部形成強大冰晶應力，當混凝土硬化強度低于冰脹應力時，混凝土內部結構因凍脹而破壞產生微裂隙和孔隙，嚴重影響了混凝土強度；待后期養護溫度回升解凍后，雖然混凝土仍可繼續硬化，但混凝土強度和耐久性將隨受凍早晚及受凍情況造成不同程度的損失。

混凝土冬期施工的關鍵問題是如何解決凍結對混凝土正常硬化的影響，因此必須采取合理、有效的施工方法和技術措施以保證工程質量，其方法的選擇除應根據工程類別、氣象資料、材料來源和工期要求外還應通過技術、經濟比較和熱工計算確定；當室外最低溫度不低于-15℃時，地面以下的工程或結構表面系數（冷卻面積與體積的比值）不大于15m-1的工程，應優先采用蓄熱法施工。

汶川地區進入十二月后日平均氣溫基本為1℃左右，混凝土工程應按冬期施工組織。

3 混凝土冬期蓄熱法施工關鍵卡控因素

目前混凝土冬期施工質量問題依然較為突出，多表現為混凝土表層脫皮、裂縫及強度不足等質量缺陷，難以滿足質量標準要求，甚至危及結構物使用安全。如何有效解決混凝土冬施突出質量問題非常急迫和重要，根據本工程近期現場結構物冬施情況結合往期經驗及規范要求，通過收集資料及深入現場調查、討論、分析，按混凝土施工五個工藝環節進行逐條研判和確認，形成了下列混凝土冬期蓄熱法施工關鍵卡控因素及具體要求，對解決混凝土冬施現場普遍問題有一定的針對性、適用性、有效性，達到以現場關鍵卡控措施保證工程質量和提高施工工藝技術水平的目的。各施工工藝流程關鍵卡控因素及具體要求如下：

3.1 施工準備

⑴合理選擇和安排冬施項目：根據年度計劃和施工組織設計，確定冬期施工的工程項目；對大跨度拱橋、高架橋、隧道洞口附近及零小分散工程，不宜安排在冬期施工。

⑵準確掌握氣象信息：通過收集工地氣象臺歷年氣象資料，并設置工地氣象觀測點，建立觀測制度，及時掌握氣象變化情況。

⑶編制冬施方案及技術措施并對有關人員進行技術交底和培訓：施工前組織工人學習冬施方案及技術措施，經考試合格后方可上崗操作。

⑷配備齊全冬施物資：按冬施方案落實有關保溫材料、防寒物資、能源和機具設備；保溫材料選擇應依據工程類型、結構特點及施工條件來確定，需選擇導熱系數小、密封性良好、重量較輕且足夠干燥的材料。

⑸正確選擇原材料：

①水泥選擇：優先選用活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥；當選用其他水泥時應注意其對混凝土抗凍性及抗滲性的影響。②骨料選擇：細骨料選用質地堅硬的中砂且含泥量小于3%；粗骨料中嚴禁含有風化顆粒且含泥量小于1%。③外加劑選擇：選用具備高效減水、降低冰點、良好早強作用且對鋼筋無腐蝕的外加劑，確保混凝土在較低溫度下水化反應能持續進行，保持混凝土強度不斷增長，在短時間內達到允許受凍強度。

⑹設計專用配合比：選用較小的水灰比和較小的坍落度；當混凝土摻用防凍劑時其試配強度應較設計強度提高一個等級。

3.2 混凝土拌和

⑴確定水及骨料加熱溫度：

①應按熱工計算和實際試拌確定滿足混凝土澆筑需要的加熱溫度。首先應對水加熱，其加熱溫度不宜高于80℃；當骨料不加熱時，水可加熱至80℃以上，但應先投入骨料和以加熱的水，拌勻后再投入水泥；當加熱水尚不能滿足要求時，可將骨料均勻加熱，其加熱溫度不應高于60℃；②水泥不得直接加熱，宜在使用前運入暖棚內預熱。③當混凝土出現坍落度減小或發生速凝現象時，應重新調整拌合料的加熱溫度。

⑵保證骨料質量：不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物資；施工時派專人檢查清理骨料凍塊。

⑶確保拌合設備溫度：拌制設備宜在氣溫不低于10℃的廠房或暖棚內，施工中隨時檢查棚內溫度。

⑷延長混凝土攪拌時間：宜較常溫施工延長50%，拌合站中控室派專人盯控。

3.3 混凝土運輸

混凝土的運輸容器應有保溫設施；運輸時間應縮短，并減少中間倒運。

3.4 混凝土澆筑

⑴做好澆筑前檢查：混凝土澆筑前，應清除模板及鋼筋上的冰雪和污垢；當環境氣溫低于-10℃時，應將直徑大于或等于25mm的鋼筋和金屬預埋件加熱至正溫。

⑵重視施工縫處理：新舊、混凝土施工縫按規范清理；當舊混凝土面和外露鋼筋（預埋件）暴露在冷空氣中時，應對距離新、舊混凝土施工縫1.5m范圍內的舊混凝土和長度在1.0m范圍內的外露鋼筋（預埋件），進行防寒保溫。

⑶合理分層加強振搗：混凝土應采用機械振搗并分層連續澆筑，分層厚度不得小于20cm。

3.5 混凝土養護

⑴確保養護開始時溫度：混凝土開始養護時的溫度應按施工方案通過熱工計算確定，但不得低于5℃，細薄截面結構不宜低于10℃；過程中安排專人進行測溫，及時發現問題按冬施方案采取相應技術措施。

⑵保溫措施有效可靠：所采用的保溫措施應使混凝土溫度下降到0℃以前達到規范規定的強度；混凝土澆筑成型后，應立即防寒保溫；保溫材料應按施工方案設置，并保持干燥；結構物邊棱隅角應加強覆蓋保溫，迎風面應采取防風措施。

⑶拆除模板和保溫層規定：

①當混凝土已達到規范強度要求，并符合規范中抗凍強度規定后，方可拆除模板。②混凝土與環境的溫差不得大于15℃；當溫差在10℃以上，但低于15℃時，拆除模板后的混凝土表面宜采取臨時覆蓋措施。③采用外部熱源加熱養護的混凝土，當養護完畢后的環境氣溫仍在0℃以下時，應待混凝土冷卻至5℃以下后，方可拆除模板。

3.6 混凝土質量檢查

除應按常規混凝土施工要求進行檢查外，還應進行下列質量檢查：

⑴檢測水、外加劑及骨料加入攪拌機時的溫度，以及混凝土拌制、澆筑時環境溫度，每一工作班至少檢測4次。

⑵混凝土養護溫度的檢測次數：在養護期間至少每6h檢測1次；室外氣溫及工地環境溫度應每晝夜定時、定點觀測4次。

⑶混凝土養護溫度的檢測方法：在結構的隅角、突出、迎風和細薄部位應均勻留置測溫孔，孔深可根據養護方法及結構尺寸確定，蓄熱法養護時測溫孔應設在易于散熱的部位；測溫孔應編號并繪圖；檢測混凝土溫度時，測溫計不應受外界氣溫的影響，并應在測溫孔內至少留置3min；以上檢測應安排專人負責并均應記錄。

4 質量控制措施

本工程依據規范要求和施工總體安排確定了冬期施工項目，分別為E匝道第二聯現澆梁、桃坪特大橋0#橋臺及2#、4#墩柱，結合實際情況及環境條件制訂并編制了詳細的施工計劃及專項施工組織設計；但由于冬期施工計劃性和時間性強，技術要求復雜，準備時間短，安排部署不統一，責任未落實到人，各級作業人員重視程度不夠，片面追求進度，施工中仍出現了一些質量問題和隱患。通過對上述結構物冬期施工全過程調查分析和現場確認，發現了一些發生頻次較多或現場難以控制直接影響施工質量較為突出的問題，必須進一步強化冬期蓄熱法施工質量控制措施方能有效管控問題的發生。主要有以下四個方面：

⑴澆筑設備單一，速度慢。

產生原因：澆筑受吊車起吊速度影響大，使混凝土在澆筑過程中熱量損失大。

控制措施：優化施工方案，結合施工實際情況，選擇經濟、合理的澆筑設備；加快混凝土澆筑速度，縮短混凝土暴露時間。

E匝道現澆梁施工作業范圍大、混凝土厚度小，存在鋼筋密、熱損失大等特點，應快速澆筑混凝土，質量才有保證；現場采用混凝土輸送泵車澆筑、混凝土罐車運輸，并在原有1臺泵車、3臺罐車基礎上，增加至2臺泵車、10臺罐車以提高澆筑速度。

桃坪特大橋0#橋臺為大體積混凝土施工，混凝土方量大、臺身高度較低，模板為竹膠板且散熱慢，作業范圍集中，混凝土運輸距離短，現場采用吊車澆筑。

桃坪特大橋2#、4#墩柱雖為大體積混凝土施工，但模板采用定型鋼模，墩身較高、散熱快，結合澆筑地情況，現場搭設暖棚，煤火、熱風炮“雙管齊下”，保證棚內溫度在10℃以上，采用吊車澆筑和罐車運輸；同時利用冬季枯水期在河道中修筑臨時便道，比已往運距縮短一半以上，大大提高了澆筑速度。

⑵運輸設備保溫效果差。

產生原因：由于受現場地形條件所限，致使混凝土運輸距離遠，而當地運輸設備也未采取保溫設施，混凝土暴露時間長，溫度下降快。

控制措施：運輸設備安裝保溫設施，混凝土在運輸過程中熱量損失在2℃以內，混凝土罐車穿“暖衣”。

為使混凝土在運輸過程中的熱損失最小，采用了大容量的混凝土罐車，且盡量縮短運輸距離，減少轉運次數，運至施工地點后隨即澆筑；針對混凝土罐車保溫效果不理想情況，研究決定對所有罐車罐體加裝皮制防寒保溫套，以加強罐車保溫效果；現場對攪拌出機溫度和每一罐車混凝土出罐溫度進行測量，熱損失在2℃內，滿足施工規范要求。

⑶施工方案不合理，技術措施不得當。

產生原因：依據施組和以往施工經驗，編制的冬期施工方案和技術措施，雖得到了甲方和監理的認可，仍存在對問題考慮不全、不合理的地方，對施工作業有直接影響。

控制措施：深入施工現場調查，結合實際情況，集思廣益，優化出具體、可行的施工方案和技術措施，正確指導施工。

對施工方案不合理和技術措施不得當之處，深入施工現場調查，向有經驗的工人師傅請教，采納多方意見，逐一分析、解決、落實，在優中擇優，得到合理、具體、可行的施工方案和技術措施，以確保混凝土冬期施工保質、順利完成；在原混凝土施工技術措施基礎上，又增加了以下措施：