論混凝土澆筑的施工技術在市政公路橋梁冬季施工中的應用

丁偉 黃媛

浙江省建投交通基礎建設集團有限公司 浙江 杭州 310000

引言

進入冬季之后，由于氣溫下降至0℃以下，導致路橋施工作業面極其容易結冰打滑。不僅如此，施工人員穿著較厚的衣物，導致動作變得相對遲緩，在作業期間很可能無意識碰觸到施工面、設備等，進而造成傷損。總體而言，公路橋梁冬季施工中面臨諸多困難。比如在混凝土澆筑施工中，除了上述基本難題之外，還必須重視溫度問題，否則極有可能導致混凝土澆筑體內部出現大量裂縫，嚴重影響路橋工程質量。

1 市政公路橋梁冬季混凝土澆筑施工面臨的困難簡析

1.1 混凝土配比方面的變化

混凝土澆筑施工是指將混凝土澆筑入模，直到完成塑化（凝固）的過程。在澆筑混凝土之前，首先需要完成混凝土的配合比設計。其中的主要內容包含水泥、砂礫（細砂和石子）、其他集料、外加劑（減水劑、膨脹劑等）。其中，砂礫的配比一般較為恒定，即使因為外界溫度出現變化，也不會進行較為明顯的調整。需要重點計算并調整的物質含量為水分含量以及外加劑的添加量。比如減水劑的主要性能為：是一種在維持混凝土坍落度不變的情況下，減少拌和用水量的物質。加入混凝土拌合物后，能夠有效分散水泥顆粒，在改善工作性的同時，減少單位用水量。但在冬季，由于外界溫度會降到0℃以下，故混凝土的凝固時間也會發生變化（極有可能出現混凝土內部一部分水結冰、一部分水不結冰的情況。而兩部分的水化速度差異會造成很多不良影響）。因此，水分含量和外加劑的具體劑量也需隨之調整，否則便會提高混凝土澆筑體內部出現裂縫的概率。此即為混凝土澆筑施工技術應用于市政公路橋梁冬季施工中面臨的第一個困難。

1.2 溫度對混凝土強度的影響

上文提到，混凝土澆筑完成后，在逐漸凝固的過程中會出現水化作用（主要發生于水泥），而該過程的質量決定混凝土澆筑體的內部構造。具體而言，如果混凝土內外溫度都處于較高水平且內外溫差不大，則內外凝固時間會趨于同步。此種情況是混凝土澆筑體的理想凝固狀態。在夏季，只需適當提高澆筑體的外部溫度（內部溫度原本便較高），便可將內外溫差控制在較小的范圍內。在冬季，外部溫度過低（內部溫度同樣較高），無論采用何種方式，澆筑體外緣區域的水泥水化速度都會明顯下降，導致強度的增加速度十分緩慢。除此之外，還有一個十分危險的情況——一旦在混凝土凝固的過程中出現了“虛假硬化”，即混凝土澆筑體的硬度提升并不是水化作用的正常進展，而是水分被凍結成冰，則再一段時間內，澆筑體的硬度達到了施工要求，但隨著冰融化成水，硬度便會下降。在此種“反復凍融”的過程中，混凝土結構的強度必定會受到嚴重的影響，甚至導致路橋面完全無法承載應力。

綜上所述，在混凝土澆筑技術應用于路橋冬季施工時，需重點考慮混凝土的配比及溫度控制問題，全面保證路橋混凝土澆筑體質量安全。

2 市政公路橋梁冬季施工中的混凝土澆筑施工技術的應用要點

2.1 基于工程所在地實際情況，精確計算混凝土配合比

常規情況下，市政公共路橋梁冬季施工中的混凝土主要材料構成為：第一，水泥，選擇商品P·S32.5礦渣硅酸鹽水泥，且需重點檢查是否有產品質檢合格證以及復試報告。第二，砂礫，其中的砂應為細砂，混凝土強度如果低于C30，則含泥量最大值不得超過5%；混凝土強度高于C30時，含泥量最大值不應該超過3%。石子方面，粒徑控制區間應該在16～30mm之內，且混凝土強度低于C30時，含泥量最大值應控制在2%以下，高于C30時應該控制在1%以下。在冬季施工時，技術人員需要充分收集工程所在地歷史同期的溫度變化情況，并對不同混凝土配比方案產生的效果進行綜合評估。需要注意的具體事項為：第一，結合路橋施工的具體要求，如路橋投入使用后，額定承載載荷會達到什么級別，對混凝土澆筑體提出什么樣的要求，只有明確這些限制條件，在混凝土配比方面才會得出更加準確的結論。第二，在商品混凝土、集料、外加劑等運抵施工現場之后，技術人員應首先進行試驗，并通過計算機智能軟件開展模擬。比如在橋梁混凝土橋面施工之前，技術人員應該將橋梁的長度、寬度、混凝土層（包含防水粘接層、鋪裝層等）的厚度等輸入進智能軟件中，在確定低溫變化范圍之后，由軟件系統自主模擬混凝土澆筑完成后，各區段水化作用的流程，確定各區域澆筑體的內外溫差。根據這些結果，制定混凝土配比調整方案。第三，以混凝土橋面防水粘接層為例，作為橋面聚合物混凝土鋪裝結構的重要組成部分，防水粘接層中使用什么樣的材料至關重要。如單組分聚合物GW-SL911M在20℃環境下的黏度為5000cps，保持溫度不變，空氣濕度如果在50%～60%之間，則固化速率為每天1.5mm。如果在春末、初夏、初秋等季節施工時，則上述材料可直接使用，完成防水粘接層的鋪裝之后，可直接澆筑混凝土。但在冬季施工時，技術人員必須考慮環境溫度降低至0℃以下（如果工程所在地在我國北方，則還要進一步檢驗室外環境溫度達到-20℃時，材料的各項性能）。總體而言，市政路橋冬季施工期間，如果使用混凝土澆筑技術，在原材料配比方面，除了水泥、砂礫、外加劑等基本原料之外，還需考慮防水粘接層、鋪裝施工過程中有關材料的性能及配比情況，否則，整體施工必定存在嚴重的缺陷，會導致路橋質量受到極大影響。

2.2 混凝土澆筑冬季澆筑作業期間的注意事項

我國有關部門出具的冬季混凝土路橋（面）施工的指導文件中提到：當室外晝夜平均氣溫連續5天低于5℃，便應當視為“冬季”。由此可見，“冬季”并不是指正常的時令變化，而是以實際溫度為主。除此之外，即使在“冬季”，氣溫也可能在短時間內出現重大變化，進而對混凝土路橋（面）造成凍害。基于此，在冬季進行路橋（面）混凝土澆筑作業時，需注重溫度控制。具體而言：第一，原材料方面。砂石、商品混凝土等原材料運抵施工現場的過程中（從出廠開始），需使用一層氈布，或是軍用帆布蓋在材料上方，達到保溫的目的。在施工現場存儲時，原材料之外必須蓋一層塑料棚，可有效隔絕冷空氣的入侵。如果工程所在地自然條件十分惡劣，在必要的情況下，在棚內還可以使用暖爐，避免原材料在低溫環境下出現團塊、結冰的情況（針對近期需要使用的砂石料更應特別注意）。第二，如果工程所在地在我國北方，還應關注砂廠的運營規律。如相當數量的砂廠在冬季會選擇關閉，故如果路橋工程共模較大、跨度長，則應注意提前儲備足夠的砂石，確保冬季混凝土澆筑作業的需要。第三，冬季進行混凝土配比時，水洗碎石的作業必須提前進行，水洗后必須立刻使用一層軍用帆布進行覆蓋保溫（但在此之前應該重點檢驗是否存在凍塊）。第四，水洗料的進度應該加快，且還需做到“多儲備”，防治冬季氣溫進一步下降時出現凍塊結冰的情況，影響混凝土的整體質量。

冬季拌和混凝土時，應按照以下流程進行：第一，外加劑的添加。需在混凝土拌和站附近搭設一個小型暖棚，且棚內最好采取火爐取暖的方式，嚴格控制溫度在10℃以上，目的在于防止外加劑受凍。第二，加熱水的方法可采用電熱法、火爐或鍋爐燒熱水勾兌法、蒸汽加熱法，要求熱水溫度控制在60℃～80℃，熱水容器必須滿足施工構件的用水量2倍方可開始施工。第三，混凝土攪拌過程。①首先使用熱水或是蒸汽，對攪拌機進行全面沖洗，使攪拌機的溫度升至10℃。這樣做的目的在于，能夠降低混凝土攪拌期間損失的熱量。②混凝土攪拌整體分為兩個階段，首先應該投入粗細骨料和水，攪拌均勻后加入水泥、外加劑，進行第二次攪拌。全部拌和時間控制在4.5～5min之內。由于冬季施工時，混凝土澆筑體的坍落度損失相對較低，故用水量無須過高，可適當降低。第四，為保證混凝土拌和質量，需注重對混凝土拌和站溫度的監測。具體的監測內容分別為水溫、混凝土出機溫度、室外環境溫度，均需有專人負責記錄。

混凝土拌和完成至運抵施工現場的時間應盡可能短，且混凝土罐應用保溫材料全封閉包裹，并采用少拉多跑的運輸方式，安排專人負責施工現場和拌和站的聯絡，盡量做到施工點不押車，路上不堵車，使混凝土溫度散失降到最低[1]。

冬季路橋（面）混凝土澆筑期間的注意事項為：第一，澆筑前，需要對模板、鋼筋上可能存在的積雪、污垢等進行全面清除，之后需要對模板、鋼筋等進行預熱（至少需要升溫至5℃以上），之后才能進行澆筑。如果針對某些特殊施工區域，涉及混凝土灌注作業時，則至少需要升溫至10℃以上。在冬季，每天中午12時～下午2時時間段內，光照強度最大，故混凝土澆筑應盡量在該時間段完成（但遇到大風、雨雪天氣時不應澆筑）。第二，澆筑期間，應遵循“一邊澆筑、一邊覆蓋”的原則，即澆筑完一段包裹一段。此外，用于覆蓋在混凝土澆筑體上方的氈布、軍用帆布等物品，與混凝土澆筑體之間應該保持一定的距離，至少應該形成可供人工進入其中，完成收面、壓光、刷毛作業的空間。

如果路橋工程所在地區冬季的自然氣候惡劣程度較高，則在混凝土正式澆筑之前，還需制作混凝土試塊，通過對試塊的性能進行分析并認為質量達標之后，才能正式開始混凝土澆筑作業。具體而言：非預應力砼時，同條件試塊不少于2組（一組控制抗壓強度是否達到70%，一組備用，預應力砼時，同條件試塊不少于3組（一組控制抗壓強度是否達到100%，剩余兩組試塊備用）[2]；壓漿時，同條件試塊不少于2組（一組控制凈漿抗壓強度是否達到100%，滿足設計強度100%并且蒸養不少于3d后可撤除蒸養設備移梁吊裝，一組備用）。標準養護試件數量按規范要求執行。礙于冬季施工條件限制，外界溫度急驟變化，容易促使原材料出現結團或被凍結等情況，制作混凝土試塊目的是幫助施工人員掌握混凝土實際性能，避免正式澆筑作業期間發生不必要的問題，而影響后續施工順利進行。一般情況下，需要根據混凝土工程量來確定試塊留置數量，不同強度等級的混凝土均要留置同條件養護試塊，為后期評定混凝土強度提供參考指標，具有足夠代表性，將混凝土強度及其他力學性能如實反映，從根本上保證混凝土澆筑作業質量。

2.3 公路橋梁冬季施工中的混凝土澆筑技藝選擇

2.3.1 全面分層法。此種方法的原理為：從路橋（面）的“短邊”開始，逐漸沿著長邊方向進行澆筑。具體要求為，在逐層澆筑的過程中，第二層混凝土必須在第一層混凝土初步凝結前完成澆筑。否則很有可能造成澆筑體內外溫差較大，導致內部出現大量裂縫，影響澆筑體的整體強度。此種混凝土澆筑技藝適用于路橋（面）平面尺寸較小的工程，不適用于規模大的工程[3]。

2.3.2 分段分層法。大規模路橋（面）混凝土澆筑工程適合采用分段分層澆筑法，其混凝土層的結構特點為，結構物的厚度不大但總長度、總面積較大。在澆筑作業期間的注意事項為：第一，針對水平施工縫進行處理時，應注意清除澆筑體表面的浮漿、軟弱的混凝土層以及松動的石子，并使粗骨料均勻露出。第二，針對上層混凝土進行澆筑之前，必須使用壓力水，對下層混凝土澆筑體表面的雜物進行清除，之后對表面進行濕潤處理，但不能有積水。第三，對非泵送及低流動度混凝土，在澆筑上層混凝土時，應采取接漿措施。

3 結束語

綜上所述，在冬季進行公路橋梁混凝土澆筑作業時，技術人員必須首先收集工程所在地歷史同期的溫度、濕度、天氣變化等參數，對混凝土配比、運輸、拌和、存儲、澆筑期間面臨的諸多困難做好預估，制定完善的應對計劃。在此基礎上，還應根據路橋混凝土工程的規模，選擇合適的混凝土澆筑技藝（全面分層法、分段分層法等），從而保證混凝土澆筑順利完成，無論在施工期間還是后續投入使用后，都不會出現水化作用等因素而導致的裂縫，保證施工質量。