高寒陰濕地區大體積混凝土冬季施工技術研究

蔣亮亮

摘 要：臥龍溝3#特大橋承臺大體積混凝土冬季施工，從混凝土原材料質量、施工過程采取了嚴格的溫控措施，嚴格按照規范控制混凝土拌和、運輸、澆筑、養生過程中的溫度控制，在養生過程采用搭設暖棚方式，提供穩定的混凝土外部環境溫度，在控制混凝土水化熱方面科學計算冷凝管布置方式及數量，加強溫度監控，從養生后期的混凝土質量來看，溫控措施及效果良好。

關鍵詞：大體積混凝土；冬季施工；溫度控制

中圖分類號：TV544 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0138-03

1 工程概況

臥龍溝3#特大橋是臨夏雙城至達里加公路工程（以下簡稱雙達公路）的控制性工程之一，該橋結構形式為5跨連續剛構橋（跨徑組合為：75m+3×140m+75m），梁體為變截面箱梁，縱橋向按1.8次拋物線布置，主墩高155m，承臺為分離式承臺（承臺尺寸：19×12×5），混凝土強度為C40，設計方量為1330m3。該工程地處臨夏市臨夏縣甘肅與青海交界處，為黃土高原向青藏高原的過渡地帶，氣候屬于高寒陰濕，全年降水較多，冬季漫長，春秋短促，且溫差變化明顯，氣候多變，年平均氣溫在1.5℃～4.8℃，一月平均氣溫-7.7℃～10.3℃；7月平均氣溫12.6℃～15.9℃，歷年極端最低氣溫-28.5℃。臥龍溝3#特大橋，如圖1所示。

為保證雙達公路按計劃工期完工投入運營，參建各方倒排工期，研究決定于2017年12月至1月對臥龍溝3#特大橋5#墩承臺進行冬季施工，為保證承臺冬季施工質量特進行體積混凝土冬季施工技術研究。

2 施工方案

本工程承臺冬季施工關鍵在于混凝土拌和、運輸、澆筑、養生全過程的溫度控制。為保證混凝土從制拌運輸到澆筑養護全過程中其內部結構溫度及外部環境溫度不低于5℃，本項目通過混凝土對拌和用水、骨料加熱攪拌，澆筑成形混凝土采用暖棚加蒸汽養護工藝可有效控制溫度及混凝土早期強度達到規范要求。

2.1 原材料保溫

（1）拌合用水加熱措施。拌合用水采用蒸汽鍋爐加熱，加熱后的水溫能達到60℃，攪拌站蓄水池用保溫材料覆蓋并密封，混凝土攪拌時應先將水和砂石料攪拌均勻，再投入水泥，避免水泥和熱水直接接觸。水池存量8m×8m×3.5m=224m3>220m3（按最大生產砼1330m3）。

（2）粗、細骨料保溫措施。拌和站共設砂石料倉10個，分別存放5～10mm，10～20mm碎石及中粗砂，各個料倉已經搭設全封閉料棚，砂料倉內采用蒸汽管道加熱，確保倉內溫度10℃以上，砂石料溫度在5℃以上。

（3）膠凝材料的防凍措施。膠凝材料采用儲存罐進行儲存，定期對儲存罐的密閉性進行檢測，防止雨雪落入罐內使材料發生凍結。外加劑儲存罐用電熱器加熱，保證罐內外加劑不發生凍結。

2.2 混凝土攪拌及運輸

（1）砼攪拌前準備。為保證混凝土施工正常，對混凝土施工所需機械的運轉情況進行檢查，并進行試運轉。拌和倉內采用一定措施進行取暖，確保拌合倉的環境溫度不低于10℃，保證混凝土拌制溫度滿足要求。

（2）攪拌。冬期攪拌砼的合理投料順序應與材料加熱條件相適應。拌合用水經過加熱后，先投入骨料和加熱水進行攪拌，待攪拌一定時間后溫度降低至40℃左右時，再投入水泥等膠凝材料，繼續攪拌到規定的時間。第一盤砼攪拌前，先用熱水預熱攪拌機2分鐘。攪拌時間以最后一種材料投入攪拌機內開始計算，攪拌時間一般較正常溫度下延長50%左右。為保證混凝土施工質量要求，混凝土拌合物的出機溫度最低不低于10℃，以確?；炷寥肽囟葷M足要求。當混凝土出現塌落度減小或發生速凝現象時，應重新調整投料順序、拌制工藝及原材料的加熱溫度，經試拌合格后方可生產。

（3）混凝土運輸。為防止砼在運輸過程中，溫度急劇下降，混凝土灌車采用保溫棉布進行包裹，并在第一次運輸前先灌入熱水對儲料罐進行預熱，避免罐車儲料罐溫度過低使混凝土熱量損失過大，并在運輸過程中用特制的保溫蓋扣在罐體的進出口，減少熱量散失。合理安排現場運輸車行走路線，盡量縮短運輸時間，減少混凝土運輸過程中的熱量散失。合理安排，盡量避免罐車的等待時間。

2.3 混凝土澆筑

為減少混凝土澆筑時間，需采用天泵輸送混凝土入模，澆筑前，用熱水預熱泵管，并用棉布包裹管道，減少混凝土在泵管中熱量損失。在罐車出料口與汽車泵接料口處搭設擋風棚，并采用篷布密閉擋風棚，減少砼出料熱量損失。

（1）模板溫度控制。在鋼筋、模板等施工程序完成后，安裝全封閉暖棚就位于待澆筑承臺處，安裝牢固；安裝4臺暖風機對暖棚進行加熱，同時對模板、鋼筋進行預熱，保證砼入模時模板的溫度不低于5℃。

（2）砼入模前指標控制混凝土運至現場后、入模前，對混凝土的溫度、塌落度、含氣量及泌水率等工作性能進行檢測，混凝土各項指標均符合要求后方可入模澆注?；炷涟韬衔锶肽囟炔坏玫陀?℃，采用蒸汽養護方式時，混凝土含氣量不得超過4%。同時在施工過程中，對溫度及含氣量測定不少于3次，并詳細記錄施工過程控制指標。

（3）砼澆注過程控制。砼應分層澆注，每層厚度不得小于30cm，且不超過規范要求，分層澆注時，已澆注層的砼溫度不得低于5℃，混凝土澆筑施工安排在一天氣溫最高時段開始進行。澆注過程在暖棚內完成，暖棚頂設有臨時天窗，天泵布料時打開天窗，配合溜槽進行布料，布料結束及時關閉，暖棚內放置溫度計，在澆筑全過程棚內環境溫度不低于5℃。

（4）砼試塊的留設。按規范應較常溫至少多留置2組同條件養護試件，一組用來測定砼受凍前的強度即臨界強度，另一組用作檢驗28d的強度，砼試塊應在暖棚里面制作完成，并同條件養護。

2.4 混凝土的養護

砼澆注完畢后，采用電蒸汽鍋爐通入蒸汽與暖風機共同完成后續養護施工。

采用蒸汽養護時，實施跟蹤養護溫度，使棚溫與承臺混凝土水化熱相適應，棚溫與混凝土表面溫差不大于20℃，如果恒溫期間溫度過高時，可將暖棚的天窗打開適當降溫，當溫度滿足要求后，立即關閉天窗。

隨承臺養護的砼檢查試件經試驗達到混凝土80%強度后，并且砼內部溫度降至20℃以下，停止供汽降溫，降溫速度不大于10℃/h。降溫至砼表面溫度與外界環境溫度之差不超過20℃時，方可撤除保溫設施。

3 大體積承臺養護技術研究

承臺冬季施工的關鍵是對承臺的有效養護，確?；炷猎陴B護過程中不產生凍害，確?；炷翉姸仍鲩L速度，針對混凝土養生本項目采用了全封閉暖棚養生工藝。

3.1 暖棚養生系統

暖棚主要作用于混凝土的澆筑過程中，為其澆筑提供規范要求的施工環境，暖棚采用鋼管骨架，防雨篷布+保溫棉覆蓋，其尺寸為（長*寬*高=22m*17m*7m）。暖棚內側安裝4個24KW蒸汽發生器+4臺Sk30KW型暖風機作為暖棚的供熱系統，頂面開設6個60cm*60cm的天窗作為天泵的布料口。

暖棚內配備蒸養系統，由養護罩和蒸汽系統組成，養護罩采用（塑料雨布+保溫巖棉被）加工而成，直接覆蓋于鋼管骨架上，蒸汽利用管道噴頭引入養護罩內，養護罩密閉不漏蒸汽。暖棚實體，如圖2所示。

3.2 承臺溫度監測

（1）混凝土水化熱控制。為了保證承臺不因內外溫度差過大而產生溫度裂縫，要求混凝土內部與表面溫度差不應超過20℃，針對此承臺設計了冷凝管進行水循環冷卻。

如圖3冷凝管根據承臺尺寸豎向布置5層，水平面內成回形曲線布設，冷凝管采用一定強度的鋼管，外徑50mm，壁厚2.5mm，距承臺底層、頂層50cm、中間每隔100cm各布設一層冷卻水管，冷凝管進出水口在兩側集中布置，以利于集中管理，冷凝管接頭采用U型軟管接頭連接，以保證其牢固，不漏水。冷凝管在冷卻混凝土過程中嚴格控制進出水溫度，保證進水溫度與混凝土內部最高溫度之差不超過20℃。

（2）溫度監測。為全面監測承臺混凝土澆筑（分層）、養護過程中承臺溫度場的變化情況，在混凝土養生過程中對外界環境溫度、暖棚內溫度、混凝土表面溫度、承臺內部典型斷面進行了溫度監測。澆筑塊混凝土澆筑過程中，每2h測量一次溫度；澆筑塊混凝土澆筑完畢后至水化熱升溫階段，每2h測量一次；水化熱降溫階段第一周，每4h測量一次，一周后每天選取氣溫典型變化時段進行測量，每天測量2～4次。

環境溫度、暖棚內溫度、混凝土表面溫度測量用TAL-2型溫濕計測量，承臺內部溫度測量采用一線式混凝土溫控監測系統FTB，根據混凝土澆筑分層數量及有效測量混凝土內部溫度，共埋設溫度傳感器20個，分四層布設，具體位置如圖4。

承臺養生自承臺澆筑之日起共持續14天，表1是具有代表性的溫度具體情況。

表1選取了承臺縱向第4、5、6號溫度傳感器和承臺豎向第3、6、9、12號傳感器的部分溫度記錄。表中溫度自澆筑混凝土開始測量，由于混凝土分層澆筑產生的溫度差不進行考慮。由表可以看出在0h（混凝土澆筑時）入模溫度大于10℃，混凝土初始溫度控制較好，在澆筑完成后混凝土內部溫度由于棚內加熱養生、水泥水化熱，各傳感器溫度自澆筑后都有上升趨勢，養生持續一定時間后溫度開始回落。

由圖5可知測點4、5、6混凝土入模溫度控制在10度以上，控制較好，混凝土澆筑完成后溫度迅速上升，在于34-40小時后溫度達最大值，主要原因是水泥水化熱產生大量的熱量，之后在冷凝管冷凝作8用下溫度緩慢下降直至接近暖棚內環境溫度，各測點溫差在5℃以內控制較好。由于測點4、5、6在基坑埋深在同一平面上，所以測點4、5、6在整個養護過程中溫度相差不大，同時可以看出暖棚內養護溫度保持較好，在20℃左右小范圍浮動，在174h時，留樣試塊強度已達設計強度的82%，本著施工高效節約的目的，降低暖棚內溫度，但保證棚內溫度在5℃以上，保證混凝土強度持續增長。

由圖6可知測點3、6、9、12在于36-40小時后溫度達最大值，之后在冷凝管冷凝作用下溫度緩慢下降直至接近暖棚內環境溫度，各測點溫差在10℃以內控制較好。由于測點3、6、9、12在豎直方向不同基坑埋深截面上，各測點溫度差較水平方向大，測點12位于距承臺頂0.5m處，其受環境溫度影響最大，所以在整改養護過程中溫度較其他幾個測點低。

4 結論

大體積混凝土施工是一個繁雜細致的工程，在交通部倡導“品質工程”建設的大環境下，不僅要注重施工質量的提升，而且要在建設過程中不斷推陳出新，借鑒現階段成熟的技術用于本項來，正真做到用先進的工藝工法提升工程品質。

本項目大體積承臺施工由于地域、溫度、工期、成本等的影響，選擇在冬季施工，具有較大的施工風險，因此嚴格施工的每一個細節，從原材料質量、混凝土拌和、運輸、澆筑、養生、大體積混凝土溫度控制等方面均要做好充足的準備，以保證施工質量優質。本承臺的施工為同類施工條件下其他項目提供了借鑒，為本項目其他整體式大體積混凝土施工積累了經驗，為學習大體積混凝土冬季施工提供了良好的學習機會。

參考文獻

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