冬季混凝土施工溫控技術探討

李彩云

摘 要 結合陜西省閻機線涇河特大橋橋梁工程冬季混凝土施工情況，參考我國目前鐵路行業冬季混凝土施工實例，對冬季混凝土施工技術進行研究，總結冬季混凝土溫控施工經驗。

關鍵詞 橋梁工程;混凝土施工;溫度控制施工技術

引言

涇河特大橋為新建城際鐵路閻良至機場線控制性工程站前工程，橋梁全長2258.94m。本橋下部結構設計為摩擦樁群樁基礎，樁基承臺及雙線圓端形空心橋墩及實體橋墩，上部結構為19孔64m節段拼裝箱梁，節段梁制、運、架及期下部樁基、承臺、墩臺施工為本標段的控制性工程。根據工期安排，由于上部結構復雜，必須預留足夠工期，深長樁基、承臺、墩臺施工必須進行冬季混凝土施工，確保工期的實現[1]。

1概述

標段設置混凝土集中攪拌站1座，2臺HZS-120型攪拌機和砂石料倉采用全封閉防風和防雨雪的彩鋼棚封閉，保證原材料不受凍、不結塊或夾冰、積雪等。

2總體技術要求

拌制混凝土的各項材料的溫度，必須滿足混凝土拌和物攪拌后所需要的溫度。首先考慮對拌和用水的加熱，集料在料倉內覆蓋保溫。水泥、粉煤灰、礦粉只保溫，不加熱。拌和水的加熱溫度不高于80℃。 冬季施工所有部位混凝土澆筑過程無離析、凍融現象。澆筑完成結構物無裂縫，強度全部符合設計要求。

3溫度控制措施

3.1 原材料溫控措施

施工用水：攪拌站生產用水，采用在水池內安裝大功率電熱管加熱，水池頂面使用保溫棉被+篷布覆蓋，避免熱量散失。骨料不進行加熱時，水池水溫控制在60℃范圍內。施工中注意觀察水量及時補充，確保攪拌用水量滿足需求。

粗細骨料：考慮到陜西省涇陽縣冬季年最低氣溫在-12℃以上，冬施期間，骨料不考慮加熱，只保溫。在封閉料倉彩鋼棚進出口設置篷布門簾，砂石料倉上覆蓋加厚保溫篷布，確保骨料溫度控制在5℃以上;在料倉備料時，必須預留足夠溫度回升時間。

水泥、粉煤灰、礦粉：水泥、粉煤灰、礦粉存放在存儲罐中，溫度受外界環境較小，可充分利用其自身熱能，不考慮加熱。

外加劑：外加劑罐體存放在搭設的彩鋼房內，采用篷布保溫罩對外加劑桶進行包裹保溫，彩鋼房內設置空調控制室內溫度，確保外加劑溫度不低于10℃。

混凝土施工前由測溫人員檢測水泥、外加劑及骨料溫度以及拌和站環境溫度，根據實測溫度情況和熱工計算結果確定拌和用水需要加熱的最高溫度，包括骨料需要保證的最低溫度。

3.2 混凝土的攪拌和運輸溫控措施

攪拌機主機房采用彩鋼棚封閉，主機房放電暖氣對主機、過渡艙、計量稱進行保溫。主機房門窗懸掛棉門簾保溫，確保主機房溫度大于0℃，保證拌料機系統正常運轉，輸送帶采用保溫篷布進行包裹。攪拌混凝土時，嚴格控制混凝土的配合比和坍落度。拌和樓主機投料前，對攪拌機熱水沖洗，確保攪拌機溫度不低于10℃。采取骨料不加熱，水池水溫控制在80℃范圍內，混凝土攪拌時，投料順序為：先投放砂和碎石，在投已加熱的水進行攪拌，再加水泥和外加劑。攪拌時間適當延長至平常1.5倍，并嚴格控制砼的坍落度[2]。

施工現場由測溫人員測定現場施工部位保溫棚內溫度及環境溫度，符合冬期施工要求時，由現場技術員通知拌和站開盤開始攪拌混凝土。

定時進行拌和站砼出機溫度、水池水溫及砂石料倉骨料溫度的檢測監控，作好記錄，便于及時調整原材料溫度。混凝土拌和好后由測溫人員測定混凝土的出機溫度，以驗證熱工計算的準確性，以便于下一步的調整。

砼運輸統一采用罐車運輸，在罐車的筒體外側整體覆蓋保溫罩，減少砼在運輸過程中的熱量損失。罐車下料時每車分別檢測砼溫度，低于5℃的砼廢棄處理。泵車在泵送混凝土過程中適當加快砼澆筑速度，以減少混凝土施工過程中的熱量散失。

攪拌站、施工現場作業機械更換冬期燃油及潤滑油，冷卻系統采用防凍液，以及加工棉保溫套等措施確保冬期施工車輛的正常運轉。

3.3 混凝土拌和用水加熱進行熱工計算以承臺、橋墩C40砼為例進行熱工計算

3.4 原材料溫控措施

施工用水：攪拌站生產用水，采用在水池內安裝大功率電熱管加熱，水池頂面使用保溫棉被+篷布覆蓋，避免熱量散失。骨料不進行加熱時，水池水溫控制在60℃范圍內。施工中注意觀察水量及時補充，確保攪拌用水量滿足需求。

粗細骨料：考慮到陜西省涇陽縣冬季年最低氣溫在-12℃以上，冬施期間，骨料不考慮加熱，只保溫。在封閉料倉彩鋼棚進出口設置篷布門簾，砂石料倉上覆蓋加厚保溫篷布，確保骨料溫度控制在5℃以上;在料倉備料時，必須預留足夠溫度回升時間。

水泥、粉煤灰、礦粉：水泥、粉煤灰、礦粉存放在存儲罐中，溫度受外界環境較小，可充分利用其自身熱能，不考慮加熱。

外加劑：外加劑罐體存放在搭設的彩鋼房內，采用篷布保溫罩對外加劑桶進行包裹保溫，彩鋼房內設置空調控制室內溫度，確保外加劑溫度不低于10℃。

混凝土施工前由測溫人員檢測水泥、外加劑及骨料溫度以及拌和站環境溫度，根據實測溫度情況和熱工計算結果確定拌和用水需要加熱的最高溫度，包括骨料需要保證的最低溫度。

3.5 混凝土的攪拌和運輸溫控措施

攪拌機主機房采用彩鋼棚封閉，主機房放電暖氣對主機、過渡艙、計量稱進行保溫。主機房門窗懸掛棉門簾保溫，確保主機房溫度大于0℃，保證拌料機系統正常運轉，輸送帶采用保溫篷布進行包裹。攪拌混凝土時，嚴格控制混凝土的配合比和坍落度。拌和樓主機投料前，對攪拌機熱水沖洗，確保攪拌機溫度不低于10℃。采取骨料不加熱，水池水溫控制在80℃范圍內，混凝土攪拌時，投料順序為：先投放砂和碎石，在投已加熱的水進行攪拌，再加水泥和外加劑。攪拌時間適當延長至平常1.5倍，并嚴格控制砼的坍落度。

施工現場由測溫人員測定現場施工部位保溫棚內溫度及環境溫度，符合冬期施工要求時，由現場技術員通知拌和站開盤開始攪拌混凝土[3]。

定時進行拌和站砼出機溫度、水池水溫及砂石料倉骨料溫度的檢測監控，作好記錄，便于及時調整原材料溫度。混凝土拌和好后由測溫人員測定混凝土的出機溫度，以驗證熱工計算的準確性，以便于下一步的調整。

砼運輸統一采用罐車運輸，在罐車的筒體外側整體覆蓋保溫罩，減少砼在運輸過程中的熱量損失。罐車下料時每車分別檢測砼溫度，低于5℃的砼廢棄處理。泵車在泵送混凝土過程中適當加快砼澆筑速度，以減少混凝土施工過程中的熱量散失。

攪拌站、施工現場作業機械更換冬期燃油及潤滑油，冷卻系統采用防凍液，以及加工棉保溫套等措施確保冬期施工車輛的正常運轉。

3.6 混凝土拌和用水加熱進行熱工計算以承臺、橋墩C40砼為例進行熱工計算

（1）混凝土入模溫度控制。取混凝土出機溫度不低于10℃，考慮到拌和站為封閉料倉，料倉環境溫度平均在夜間0℃、白天5℃進行考慮，混凝土澆筑按2014年-2018年5年中天氣情況較差一天，氣溫最不利條件：-12.0℃進行計算。

混凝土經運輸到澆注時的溫度按下式計算：

T2= T1-（αtt+0.032n）×（T1-Ta）

式中：T2—混凝土拌和物經運輸到澆注時的溫度（℃）;

T1—混凝土拌和物的出機溫度，不低于10℃，取10℃;

tt—混凝土拌和物經運輸到澆注時的時間約0.2h;

n—混凝土拌和物運轉次數;

Ta—混凝土拌和物運輸時的環境溫度，取最低溫度-12℃;

α—溫度折損系數（h-1）;

T1、tt、 n 、Ta、α取值分別為：10℃、0.2h、1、-12℃、0.25;

將上式代入公式得：T2=8.2℃，滿足入模溫度大于5℃要求。

即：滿足出機溫度不低于10℃，則混凝土運輸到現場就不會低于8℃，就能保證入模溫度不低于5℃要求[4]。

（2）混凝土出機溫度控制。取混凝土出機溫度不低于10℃進行水溫控制計算。根據公式：

To=[0.92（mceTce+msTs+msaTsa+mgTg）+4.2Tw（mw-wsamsa-wgmg）+cw（wsamsaTsa+ wgmgTg）-ci（wsamsa+wgmg）]÷[4.2mw+0.92（mce+ms+msa+mg）]

式中：To—混凝土拌和物溫度（℃）;

mw、mce、ms、msa、mg —水、水泥、摻和料、砂、碎石的用量（kg）;

Tw、Tce、Ts、Tsa、Tg —水、水泥、摻和料、砂、碎石的溫度（℃）;

wsa、wg —砂、碎石的含水率（% ）;

cw、ci—水的比熱容[kJ/ （kg×K）]及溶解熱（kJ/ kg ）。當骨料溫度>0℃時， cw=4.2，ci=0;當骨料溫度<0℃時， cw=2.1，ci=335。

mw、mce、ms、msa、mg取值分別為：155kg、293kg、126kg、706kg、1070kg;

①環境溫度在5℃時，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tce=Ts=Tsa=Tg=5℃，根據《鐵路混凝土工程施工技術規程》，當骨料溫度>0℃時，公式中的cw=4.2， ci=0;T0混凝土拌和物出機溫度不低于10℃，取10℃。

wsa、wg 取值分別為：5%、1%;（根據現場試驗）

代入上式得：Tw=34.2℃。

當環境溫度在5℃時，混凝土拌和物出機溫度不低于10℃時，水池水溫不低于34.2℃。

②當環境溫度在0℃時，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tce=Ts=Tsa =Tg=0℃，根據《鐵路混凝土工程施工技術規程》，當骨料溫度≤0℃時，cw=2.1，ci=335。混凝土拌和物出機溫度不低于10℃，取10℃。

代入上式得：Tw=92℃。

因此，要保證混凝土拌和物出機溫度不低于10℃，必須保證骨料溫度不低于5℃。否則，需對骨料進行加熱，骨料的加熱溫度不宜高于40℃。

③水池水溫加熱至60℃，即Tw=60℃;環境溫度在5℃時，按砂、石、粉煤灰、水泥都在同一最低溫度考慮，取Tce=Ts=Tsa =Tg=5℃，根據《鐵路混凝土工程施工技術規程》，當骨料溫度>0℃時，公式中的cw=4.2， ci=0;混凝土拌和物出機溫度T0：

代入上式求得：T0=14.4℃。

因此，正常拌和站混凝土出機溫度要保證在15℃，水池內水溫必須加熱至60℃（在骨料不加熱的情況下，且骨料溫度在5℃時）。

（3）水加熱功率計算。根據公式Q=CM（T1-T0），其中Q為熱量，單位焦耳，字母J;C為水比熱容=4200焦耳/千克·攝氏度（J/kg·℃）;M為水質量;t為水加熱后溫度，t0為水加熱前溫度。

其中，冬期測的從拌和站160m深水井中抽出的水水溫為15℃，即t0=15℃，t1按水溫加熱到60℃考慮。

熱能公式，W=pt，其中P為功率，單位瓦;t為時間，單位秒;

①樁基。冬期施工期間，樁基每1天完成2根，按涇河特大橋最長樁基77m每根需要C40水下砼136m3為例，每方C40水下砼施工用水需要158kg，1根樁基需要加熱水21488kg，兩根77m樁基需加熱施工用水42976kg，約43方水需要加熱。

根據熱量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×43×103kg×（60-15）℃=8.127×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期樁基每天完成2根樁基混凝土灌注頻率，提前12小時進行水池加熱考慮[5]，所需電熱棒功率：

W=Pt=8.127×109焦/（12h×3600秒）=1.88×105W=188千瓦。

②承臺。冬期施工期間，承臺最多1天完成1個，以33#墩承臺需要C40砼1360m3為例，每方C40砼施工用水需要155kg，1個承臺需要加熱施工用水210800kg，約211方水需要加熱。

根據熱量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×211×103kg×（60-15）℃=39.88×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期33#墩承臺混凝土需要27小時完成澆筑，提前1天（24小時）進行水池加熱考慮，則水加熱持續時間51小時，所需電熱棒功率：

P=W/t=39.88×109焦/（51h×3600秒）=2.17×105W=217千瓦。

③墩身。冬期施工期間，墩身按照1天完成1節4m實心段，以40#墩墩身1節實心段需要C40砼302m3為例，每方C40砼施工用水需要155kg，1節墩身需要加熱施工用水46810kg，約47方水需要加熱。

根據熱量公式：Q=CM（T1-T0）=4200×47×103kg×（60-15）℃=8.88×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期40#墩1節墩身混凝土澆筑，提前12小時進行水池加熱考慮，所需電熱棒功率：

P=W/t=8.88×109焦/（12h×3600秒）=2.06×105W=206千瓦。

④拌和站水池加熱。拌和站水池：凈尺寸長*寬*高=8m*4.8m*3.8m=146m3，正常蓄水量120m3;加熱水池中120m3水加熱至60℃，所需電熱棒加熱熱量：

冬期測得從拌和站水井中抽到水池內水溫為15℃;

Q=CM（t-t0）=4200×120×103kg×（60-15）℃=22.68×109焦;

電熱管功率P=W/t，其中t為時間，按冬期混凝土施工，提起一天進行水池加熱考慮，所需電熱棒功率：

P=W/t=22.68×109焦/（24×3600）=2.625×105W=2.625×102kW=262.5千瓦

則，水池中120m3水從15℃加熱至60℃，共需要設置263千瓦的電熱棒進行加熱24小時方能完成。

（4）混凝土澆筑溫度控制。混凝土澆筑溫度隨外界氣溫變化而變化。在混凝土澆筑前，應清除模板及鋼筋上的冰雪和污漬。當環境溫度低于10℃時，模板、大于等于25mm的主筋、預埋鋼筋、冷卻管等均需提前使用配置的6臺熱風炮加熱至正溫。施工中適當加快澆注速度，機械連續振搗，分層連續澆筑，盡量縮短澆筑時間，以降低混凝土的澆筑溫度損失。

（5）混凝土養護溫度控制。現場橋梁承臺、墩身均采用搭設養護篷布+棉被封閉保溫，使用熱風炮、暖風機加熱，蒸汽發生機保濕。棚內最低溫度不低于5℃，且混凝土表面濕潤。

（6）模板拆除溫度控制。混凝土養護完畢后，環境溫度如果仍處于0℃以下，應等待混凝土冷卻至5℃以下，并且混凝土與外部環境之間溫差小于15℃后，再拆除模板。當溫差在10℃～15℃時，拆除模板后的承臺、墩身表面應采取棉被覆蓋保溫[6]。

4結束語

本工程在冬期混凝土施工過程中，從原材料及機械設備配置，混凝土攪拌、運輸過程，到養護及拆模，通過仔細熱工計算，全過程精心施工組織，快速完成了冬期施工生產任務，并且冬季施工混凝土質量全部符合要求，一次驗收通過，通過實踐為橋梁工程冬季混凝土施工溫度控制提供有益參考。

參考文獻

[1] TB10752-2018.高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準[S].北京：中國標準出版社，2018.

[2] TB 10424-2018.鐵路混凝土工程施工質量驗收標準[S].北京：中國標準出版社，2018.

[3] TZ 210-2018.《鐵路混凝土工程施工技術指南》鐵建設（2010）241號[S].北京：中國標準出版社，2018.

[4] TB10005-2010.鐵路混凝土結構耐久性設計規范[S].北京：中國標準出版社，2010.

[5] GB50496-2009.大體積混凝土施工規范[S].北京：中國標準出版社，2009.

[6] 李文波.淺談冬季混凝土施工技術[J].經濟技術協作信息，2015，（25）：65.