论文--高寒地区梁体混凝土冬季施工影响研究.doc

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高寒地区梁体混凝土冬季施工影响研究
郝 岩
（呼准鄂铁路有限公司 呼和浩特 010050）

摘 要：针对我国西北（本梁场位于内蒙古乌海地区）冬季施工，高寒地区气温很低，工期紧张的特殊情况，用各种技术措施，对梁场混凝土施工进行质量控制。
关键词：高寒地区 梁体 混凝土 冬季 施工研究
1 冬季施工准备工作及要求
(1) 根据规范规定：当工地平均昼夜气温（最高和最低气温的平均值或当地时间6时、14时、21时的室外气温平均值）连续3天低于5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及砌体工程按照冬季施工进行。
(2) 冬季施工特点冬季施工由于施工条件及环境不利，故为工程质量事故出现的多发季节，质量事故出现多为隐蔽性、滞后性，即工程是冬天干的，而事故在春天才暴露，因而给事故处理带来很大难度。
(3) 冬季施工具体要求
（1）加强计划安排，加紧施工准备工作。其中包括材料、专用机具设备、能源等。
（2）制定技术方案，确定主要技术措施，规定单项工程施工方案和主要的技术规定。
（3）制定单项工程施工方案。在冬期施工技术措施等文件指导下，针对某单项工程特点，编制单项工程施工方案，内容包括工程进度、施工方法、劳动组织、操作要点、测量监控方法质量要求和试验检测规定等内容。
（4）重视技术培训和技术交底工作，保证工程质量，加快工程进度。
1.4 技术准备在进入冬季施工之前，首先编制冬季施工方案。冬季施工生产任务安排及施工部署；冬期施工方法及组织；热源设备计划；保温材料、外加剂材料计划；冬期施工人员技术培训、劳动力计划；工程质量管理控制要点；冬期安全生产及消防要点等。
1.5 物资准备材料部门应按现场需要以及材料计划落实进场材料，冬施期间所需要使用的保温材料应在开工前准备就绪。其主要物资材料见表冬施物资材料表1。
表1 主要物资材料见表
冬施物资材料梁场名称
单位
数量
备注
2000kg/h蒸汽锅炉
台
2

棚罩
套
8

Φ100mm钢管
m
900
根据现场布置确定
φ50mm钢管
m
1200
根据现场布置确定
φ50mm软塑料管
m
1000
每片梁每侧1根
可以控制蒸汽流量三通及阀门
套
120

2 混凝土配制、搅拌、运输及浇注
2.1 混凝土配制、搅拌、运输
（1）拌和物搅拌合成后所需温度不能满足要求时，应首先考虑对拌和用水加热，仍不能满足时，再考虑对集料加热。水泥只保温，不得加热。本项目从成本及工期方面综合考虑，只采取水加热，不考虑对骨料加热。
（2）对拌和用水采用蒸气锅炉加热的方法，同时对水池采取覆盖保温措施，水温控制在30-50℃之间，最高不超过80℃。对砂石料采用大棚暖气保温。
（3）骨料不得带有冰雪和冻块以及易冻裂的物质，严格控制混凝土的配合比和坍落度，由骨料带入的水分以及外加剂溶液中的水分均应从拌合水中扣除。投料前，先用热水冲洗搅拌机，投骨料、水泥、加热水搅拌，搅拌时间比常温延长50%，使水泥颗粒充分分散并和骨料充分包裹，对于掺有外加剂的混凝土拌制时间应取常温拌制时间的1.5倍。注意水泥不与80℃以上的水接触，防止发生假凝现象。
（4）试验室定期观测拌和用水加热温度、混凝土出料及入模温度。并观测运输、施工等温度损耗，若入模温度达不到要求，后台调整水温，确保符合规范要求。
（5）为减少、防止混凝土冻害，选用较小的水灰比和较低的坍落度，以减少拌合用水量，此时可适当提高水泥标号，水泥标号不低于P.O 42.5。
（6）拌合设备进行必要的防寒处理。将拌和站及料仓用彩钢板房封闭并安装暖气管片。
（7）在砂石料料仓搭设大棚外挂棉被保温，棚内沿墙布置暖气管，对进行骨料加热保温，最低温度在0℃以上，5℃-10℃为宜。
（8）混凝土的运输过程快装快卸，不得中途转运或受阻，运送中罐车覆盖保温防寒。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，应进行重新调整水的加热温度。
（9）冬季施工运输混凝土拌和物时，尽量减少混凝土拌和物热量损失措施：
①尽量缩短运输距离，选择最佳运输路线，缩短运输时间。
②尽量减少装卸次数并合理组织装入、运输和卸出混凝土工作。
③现场开盘前必须做好充分的准备工作，减少混凝土在施工现场的停留时间。
④精心组织，合理安排，使混凝土运输时间尽可能缩短，保证混凝土运输过程保温蓄热。
2.2 混凝土浇注
（1）混凝土浇注前，清除干净模板和钢筋上的冰雪和污垢，当环境气温低于-5℃时，将整片T梁用篷布覆盖然后通蒸气加热至5℃。然后从T梁一端至另外一端边浇注混凝土边覆盖保温。
（2）混凝土的灌注温度按照规范要求，细薄截面混凝土结构的灌注温度不宜低于10℃，混凝土分层连续灌注，中途不间断，每层灌注厚度不大于30cm，缩短施工间隙时间。

3 钢筋工程施工保证措施
在负温条件下，钢筋的力学性能发生变化，屈服点和抗拉强度增加，伸长率和抗冲击韧性降低，脆性增加，加工性能下降。
（1）冬季钢筋焊接时的环境气温不低于0℃。
（2）钢筋提前运入加工棚内，焊接完毕后的钢筋待完全冷却后才能搬运往室外。
（3）冬期电弧焊接或闪光对焊时，有防雪、防风、及保温措施，并选择韧性较好的焊条。焊接后的接头严禁立即接触冰雪。

4 预制T梁
4.1 冬季施工蒸汽养生设备选择计算根据水利水电出版社出版的《混凝土冬季施工》，采用篷罩法蒸汽养护每方混凝土耗用蒸汽量为300～450kg，我部按每方混凝土耗用蒸汽量450kg计算，每片T梁养护3天计算，则每方混凝土每小时耗用蒸汽量为6.25 kg，按照进度要求，由于冬季施工效率较低，每天出2片梁，32mT梁场每天有6片梁需要养护，每片梁按54m3混凝土计算，则每小时需要蒸汽量为2025 kg。根据上述计算结果，梁场需要生产蒸汽2000 kg/h 的蒸汽锅炉2台，棚罩8套。
4.2 冬季施工热工计算
（1）计算依据：人民交通出版社出版的公路施工手册《桥涵》下册第232页，为满足混凝土冬期施工对温度要求的所制定的混凝土出罐温度的估算公式
t=［（m1×t1+m2×t2+m3×t3+m4×t4+m5×t5）×0.2+m4×t4］/［（m1+m2+m3+m5）×0.2+m4］
式中，m1为每m3混凝土水泥质量，kg；m2为每m3混凝土砂质量，kg；
m3为每m3混凝土碎石质量，kg；m4为每m3混凝土水质量，kg；
m5为每m3混凝土粉煤灰质量，kg；t1为水泥入罐温度，℃；
t2为砂子入罐温度，℃；t3为碎石入罐温度，℃；
t4为水入罐温度，℃；T5为粉煤灰入罐温度，℃。
（2）规范规定环境温度0℃以上时混凝土入模温度不低于5℃，环境温度为负温时入模温度不得低于10℃。我项目按混凝土入模温度10℃来控制，考虑运输降温影响，决定将拌和站出料温度按15℃来计算。
（3）根据前期施工的情况来看，T梁浇注中拌和、运输、吊放正常运转时综合能力在16m3/h 左右。 T梁混凝土施工配合比为：
C:S:G:W:F:SMS =415:688:1075:153:80:5.94
每m3混凝土用水153kg，用一套拌和站时每小时用水2348kg。则拌和机附近已建的5m3小水池水加热能满足拌和站用水要求，拌制混凝土量能达到33 m3。砂石料由于集中堆料采用料篷加暖气保温，温度以0℃考虑，散装水泥、粉煤灰入仓温度以0℃计。拌和站出料温度按15℃来计算。
根据以上条件反推出水该加热的温度：
t4=｛t×［（m1+m2+m3+m5）×0.2+m4］-（m1×t1+m2×t2+m3×t3+m5×t5）×0.2｝/m4 =59.3℃
（当砂石料温度取5℃时，t4=47.8℃ ）
现场条件：砂、石自然条件，散装水泥，如气温较低则把浇注混凝土的时间调整在正午附近，水采用通蒸气的方法进行加热。
4.3 冬季施工工艺
梁体混凝土采用蒸汽养护时，分为静停、升温、恒温、降温四个阶段；静停期间应保持棚温不低于5℃，灌筑完4小时后方可升温，升温速度不得大于10℃/h，恒温时蒸汽温度不宜超过45℃，棚内各部位温差不大于5℃，梁体芯部混凝土温度不宜超过60℃，降温速度不应大于10℃/h；蒸养期间及撤除保温设施时，梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不宜超过15℃；蒸汽养护结束后，应立即进入自然养护，时间不少于7d。
自然养护应采用梁体表面喷涂符合JC901-2002规定的养护剂。
　　4.3.1 施工工艺
（1）准备保温材料：大蓬布、锅炉、煤块。
（2）试验室前后台安排人员值班，及时掌握施工过程混凝土状况，保证混凝土质量（和易性和坍落度）稳定。定期观测拌和用水、混凝土出料及入模温度，并测出混凝土各阶段损耗，便于及时调整确保混凝土入模温度符合规范要求的5℃以上。
（3）如外界气温低于5℃，浇注混凝土前先用大蓬布把整个预制梁模板覆盖，适当的通入一些热蒸汽，使篷布内温度在5℃以上。
（4）混凝土浇筑后，先覆盖蓄热，由于水泥的水化作用释放出的热量使混凝土集料温度上升，先覆盖混凝土面使水化热量蓄保起来，以减少热量的散失。要使混凝土获得抵抗急剧升温、体积膨胀而发生开裂所需的初期结构强度后方可加热养护。一般静放时间4-6h，静放环境温度不宜低于10°c。
（5）混凝土养生采用蒸汽养生，即用锅炉烧水生成热蒸汽，通过预先安装的管道通入预制梁内。通气管道沿梁两侧布设。（养生办法详见下节叙述）
（6）待混凝土终凝时就可通入蒸汽升温进行养生，升温速度不大于10℃/h, 以防混凝土受热急剧膨胀变形开裂。 采用低压（小于0.07MPa）饱和（湿度90%-95%）蒸汽以防混凝土产生裂纹。加热时应保持构件均匀受热。并安排专人观测棚内温度，养生时在梁两端悬挂一支温度计，升温过程中观测每小时进行一次，并作好记录。
（7）当升温至20℃左右时应暂停通入热蒸汽，使棚内内温度保持在这个范围内而处于恒温养生阶段。恒温养生阶段每2-4 小时观测一次，并作好记录。
（8）在棚内温度保持20℃左右的环境下养生，梁体混凝土强度（具体可根据现场同期养生混凝土试块强度）不低于25MPa，且能保证梁体棱角完整、联接板根部、隔墙根部及梁面板腋部不开裂时方可拆模。拆模前应停止通汽，将棚内温度降下来，使棚内温度与外界温差不大于15℃，降温速度不大于10℃/h, 边拆模边用篷布将T梁覆盖。拆除保温设施后至拆除模板的间隔时间不得小于2h，以防止混凝土早期开裂。气温急剧变化时不宜拆模。
（9）蒸汽养生时间一般不少于3 天，拆模后继续用篷布将T梁覆盖通蒸汽养护，经过升温、恒温、降温三个过程，升温速度不大于10℃/h,降温速度不大于10℃。
（10）在混凝土达到设计强度90%后就可进行预应力张拉和压浆。张拉时油压表工作环境温度不低于10℃。
（11）压浆前用蒸气对孔道进行预热，使孔道内温度在5℃以上，拌浆用水为40℃-60℃的热水以提高水泥浆的入模温度，压完浆后用土工布塑料布包裹进行孔道保温。
4.3.2 蒸汽养生
（1）锅炉及管道安装：锅炉安装后必须由劳动部门检查验收后方可投入使用。锅炉安放在合理位置，用Ф100mm 钢管做主管道沿预制厂铺设，采用Ф50mm 钢管同时分支到每排台座之间，每个台座位置留两个三通，并安装阀门。每个台座两侧铺设有出气孔的Ф50mm橡胶管，出气孔每1.0m 设一个。
（2）养护过程：将T梁用蓬布进行覆盖，在蓬布内铺设好管道，并与三通连接好，打开阀门，使饱和蒸汽通入暖棚内，按静置、升温、恒温、降温四个程序对梁体进行蒸养。

5 质量保证措施
（1）成立冬季施工工程质量专检小组，由项目总工牵头，内部监理工程师带领质检组负责实施。
（2）试验室加大对原材料、半成品抽检频率，保证所用材料及加工件符合规范要求。
（3）试验室每天观测室外实际气温，并在施工中定期观测加热水、水泥、砂、石料等温度，并且做好记录。
（4）测量组做到每个施工控制点有放样必复核，保证定位准确。及时检测仪器，保证低温下正常工作。
（5）执行逐级汇报制度，要求各工区、班组遇到异常情况，及时向项目经理、总工或主管领导汇报。
（6）成立温度测控小组，定期观测混凝土各环节温度，对混凝土温度进行动态控制，并做好记录。
（7）做好施工过程责任档案记录、交接检记录。
（8）完善责任体系，将责任细化、明确到作业班组和作业人身上。
（9）机修部门保证施工期间机械正常运转，不能因机械故障出质量隐患。

6 结论
高寒地区混凝土梁施工，在西北地区气温低、工期紧等特殊情况较为常见。目前海公线已按要求工期建成通车。本文通过施工准备，混凝土配制、搅拌、运输及浇注，钢筋加工，T梁冬季施工工艺，质量保证措施几个方面进行质量分析控制，积累了一定经验和方法，希望对其他类似铁路施工也有一定的借鉴作用。

参考文献：1. 水利水电出版社出版的《混凝土冬季施工》
2．人民交通出版社出版的公路施工手册《桥涵》

命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中
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