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总第 2期 浅谈大体积混凝土冬季施工 5 1 浅谈大体积混凝土冬季施工 杨 毅 ( 武汉桥梁 建筑工程 监理 有限公司 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要 ： 以辽河特大桥 3 8 号 墩承 台大体 积混凝土冬 季 施工为例， 主要介绍大体积混凝土冬季施工的关键问题： 优 化混凝土的配合 比、 保证混凝土的入模温度和施工时混凝土 的保温及养生， 详细介绍大体积混凝土冬季施工采取的相应 措施 。 关键词： 斜拉桥； 承台； 大体积混凝土； 冬季施工 ； 温度 监控 I 工程概况 辽河特大桥主桥为主跨 4 3 6 IT I 的双塔双索 面 钢箱梁斜拉桥 ， 引桥为 3 0 r n 、 4 0 m 跨预应力混凝 土 连续箱梁。主桥 3 8 号墩承台为长六边形 ， 平面尺寸 为 5 9 0 8 mX 2 7 7 8 m， 承台顶标高+3 5 m， 厚 6 0 m， 采用 C 4 0防腐抗冻高性能混凝土。3 8号墩基础施 工平台为填土筑岛平台， 承台采用钢板桩围堰施工 。 3 8号墩 承台混凝土施工安排在 2 0 0 8年 1 2月 至 2 0 0 9年 3月期间， 为冬季施工。根据水文资料 ， 承台施工期间桥址辽河水位在一I 5 +2 5 m 之 间 ， 且部分时段处于河流封冻期 。 2 冬季施工 的关键 问题 冬季施工 的关键 问题是如何根据不 同地 区的温 差 、 不同的部位， 采取不 同的加热保温等技术措施 ， 确保混凝土在低于 5环境中的施工质量 。冬季施 工 由于施工条件及环境不利 ， 是 出现工程质量事故 的多发季节 ， 尤其是混凝土工程 ， 且质量事故具有隐 蔽性、 滞后性 ， 大多数在温度上升阶段才暴露 出来 ， 因而针对冬季施工的特点 ， 结合实际情况 ， 加强工程 施工计划的安排 ， 落实冬季施工准备工作 ， 如材料、 专用设备、 能源 、 临时工程等。 对于冬季施工的混凝土工程 ， 混凝土早期强度 是抵抗冻害的关键。受气温的影 响， 混凝 土强度的 增长取决于水泥水化反应的结果 ， 当气温低 于 5 时 ， 与常温相 比混凝土强度增长缓慢 ， 养护 2 8 d的 强度仅为常温的 6 O 左右 ， 这时混凝土凝结时间要 比 1 5条件下延 长近 3倍 ； 当温度持续下降低于 0时， 混凝 土 中 的水 开 始 结 冰 ， 其 体 积 膨 胀 约 9 ， 混凝 土内部 结构遭到破坏 ， 混凝 土强度 降低 。 因此 ， 为尽快达到混凝土抗冻临界强度 ， 应从混凝土 配合 比的设计 ， 原材料的加热 ， 混凝 土拌和 、 运输及 浇注过程的保温 ， 养护期间的防风 、 供热等方面考虑。 在冬季混凝 土施工 中， 主要解决 3个 问题 ： 优化设计配合比， 合理选择原材料 ； 保证混凝土入 模温度 ； 混凝土结构施工时混凝土的保温及养生。 2 1 优 化混 凝 土配合 比 优化设计配合 比， 合 理选择原材 料 ； 掺加 外加 料 ， 并充分利用混凝土后期强度 ， 降低水泥用量； 选 择中热或低热水泥； 合理选择骨料， 改善混凝土施工 特性 ， 有效提高混凝土 的强度 ， 降低水泥用量。 2 2 保证混凝土的入模温度 为保证混凝土的入模温度在 5以上 ， 根据热 工原理计算 ， 必须保证混凝土拌和用料的出厂入罐 温度 ， 提高混凝土的出厂温度 ， 不仅可 以保证混凝土 的入模温度 ， 而且可使成型的混凝土及早达到抵抗 早期冻害的强度 。根据 现场情况 ， 混凝土出厂温度 主要从 以下几个方面控制 ： ( 1 )加热拌制混 凝土用水 ， 以提高混凝 土的出 厂温度 。混凝 土生产采取锅炉加 热拌和用水 的方 案 ， 通过热水 与砂、 石料拌和来提高混合料的温度 。 具体做法 ： 在工地混凝土拌和站主机旁布置 2个容 量分别为 3 0 m3 的蓄水池 ， 蓄水池设在地面下， 采用 砖砌筑， 底部及外侧设保温层 ， 顶面覆盖保温层 ； 在 蓄水池附近安装 2台 1 t 热水锅炉， 经锅炉加热的 自来水送人蓄水池 内作为拌和用水 ， 拌和用水温度 再根据气温加热至 5 0 7 0， 同时每个蓄水池内安 装 4台 3 k W 的电加热器 ， 作为蓄水池 内散失热量 的补充， 保证池 内温度不降低 。 因拌和水或水和砂的混合物的温度太高与水泥 收稿 日期 ：2 0 0 9 0 2 2 7 作者简介 ： 杨毅 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 助理工程师， 2 0 0 4 年毕业 于中国地质大学 ( 武汉) 地理信息系统专业 ， 工学学 士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 桥梁检测与加 固 2 0 0 9年第 1 期 直接接触会产生假凝现象 ， 为防止此现象的发生， 同 时为防止水化热过早损失， 在拌制混凝 土时采用二 次搅拌 ， 即先将加热的拌和水、 砂和石料投人搅拌机 内进行混合搅拌以提高砂石温度并降低水温， 然后 再投入水泥等胶凝材料进行搅拌 。投料顺序 为： 先 投放砂、 石和 7 O 8 O 的用水量， 搅拌约 2 0 S ， 再 加水泥搅拌 3 0 S ， 最后加减水剂溶液和剩余的水搅 拌 。在拌制混凝土过程 中考虑热平衡过程 ， 适 当地 将拌制时间延长为常温拌制时间的 1 5倍， 通过不 断抽测的方法控制混凝土出厂温度。 ( 2 )料场材料的保温。拌制混凝土时， 将带有 冰块或冻团的骨料投入搅拌机 内， 不仅难以搅碎 ， 冰 块或冻团难 以融化， 而且会给所拌混凝土的温度带 来较大损失 ， 难以保证混凝土的出厂温度 ， 严重影响 混凝土的后期质量 ， 因此 ， 必须对混凝土拌和站料场 材料进行防冻、 保温处理。该项 目混凝土生产 以工 地拌和站为主 ， 冬季砂石料因封冻难以供应 ， 需要对 冬季施工用砂、 石料进行储备 ， 主要采取材料覆盖防 雨雪 、 使用前进暖棚加热保温方案。主要 的保温方 案有 ： 根据砂石料储量 的要求 ， 拌和站设置 了大 容量砂 、 石原材料存放场， 在冬季冰冻期来临前大量 存放合格砂 、 石料 ， 提前对砂料沥水 、 干燥 ， 并用防水 油布覆盖防雨雪混入。 为保证无冰冻结块骨料 进入料仓 ， 在工地拌和站南侧的料场上搭建 3个暖 棚， 分别作为 中砂和 2种级配石料 的加热 、 保温暖 棚。保温棚( 图 1 ) 骨架利用型钢搭设 ， 外部采用泡 沫夹层彩钢板封闭， 前面留出进料 车和装载机上料 进出棚门， 暖棚设置缆风绳 ， 要求具有抵抗风雪荷载 的强度和稳定性， 并提高热效率 ， 顶面做成排水坡 面， 及时排除积水积雪 。每个暖棚 内根据情况安装 4 8台大功率燃油加热器。 在材料使用前 6 h ， 启动棚内加热器升温， 保证棚内温度不低于 1 0， 砂石料的温度要求高于 3。 C。暖棚内加热器必须设 专人看管 ， 并配备防火消防设施。 对混凝土拌和 站设备保温。由于拌和站的上料、 拌和过程也是混 凝土及原材料热量损失的环节 ， 为减少热量损失 ， 尽 量做到对进料、 拌和、 出料各环节经过的路径、 设备 进行封闭保温。用泡沫夹层彩钢板封闭拌和站主机 设备， 并在封闭主机棚 内安装 2台加热器加热保温； 对砂、 石料皮带输送坡道采用弧形顶棚保温 ， 对砂、 石料斗顶部及后部利用彩钢板进行半封闭遮挡 ， 并 对料斗下的皮带输送道、 主机 出料 口及附近的硅灰 上料区采用棚布封闭。每次混凝土生产完成后 ， 及 时清理砂、 石料斗内的余料， 防止余料在斗内冻结。 在混凝土生产基本准备好后开始 向料斗内上料， 减 少砂、 石料热量损失 、 防止冻结。减水剂罐及输送管 道均布置在主机 的封闭棚 内， 保证其不会被冻结 。 圈 I建设 中的拌和站砂料暖棚 ( 3 )混凝土运输过程中的保温。解决混凝土在 输送过程中的热量损失问题 ， 也是保证混凝土入模 时的温度和后期混凝土质量的关键。本工程混凝土 施工运输距离较短 ， 用棉罩被包裹混凝 土搅拌车的 罐体 ， 保 障运输过程中道路的畅通及道路防滑， 减少 混凝土在运输过程 中的热量损失， 保 障交通安全。 混凝土运输至灌注点附近后 ， 采用汽车泵输送至灌 注点。对于汽车泵进料 口及泵管采取保温措施 ： 在 进料 口位置采用专 门制作 的可移动棚架挡风、 保温 ； 在汽车泵泵管上包裹厚棉布保温。 2 3 混凝土结构施工时混凝土的保温及养生 3 8号墩承台采用钢板桩 围堰支护 的基坑开挖 方案 ， 即在主墩筑岛面上沿承台边线外侧插打钢板 桩 ， 分层排水开挖承 台基坑并及时安装钢板桩 围堰 内支撑， 钢板桩 围堰顶标高约十2 5 m， 与地面高度 基本相同， 承台基坑开挖到位后 ， 进行基坑底部混凝 土封底 ， 并在钢板桩围堰 内安装承台侧模 ， 围堰与侧 模间留有操作通道 。承台混凝土标号为 C A O ， 总量 约 8 5 1 1 m。 ， 分层 2次灌注完成 ， 分层高度约 3 m， 每次浇注混凝土约 4 2 6 0 m。 。结合承台施工方案 ， 在承台施工范围对承台混凝土采取如下冬季施工保 温 、 养护措施 ： ( 1 )利用周围钢板桩围堰及 围堰 中间 内支撑 ， 在围堰露出地 面位置及顶部用汽车棚 布搭设保 暖 棚， 保暖棚除在灌注混凝土方向预 留汽车泵管伸人 位置及材料 、 人员通道( 通道挂棉布门帘) 外 ， 其他各 方均用汽车棚布密封于原地面上 ( 图 2 ) 。要求暖棚 具有抵抗风雪荷载的强度和稳定性 ， 并提高热效率 。 顶面做成排水坡面， 及时排除积水积雪。 ( 2 )承台混凝土灌注前 4 h ， 在承台的长边方向 ( 包括折角边) 各布置 8台燃油加热器( 共计 1 6个) ， 并在承台内照碘钨灯以保证暖棚 内的温度在1 O 以上 ， 然后开始灌注混凝土。在灌注混凝土的同时， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 2期 浅谈大体积混凝土冬季施工 5 3 0 口 口 口 口 口 0 图 2承台暖棚示意 在保温棚制作混凝土试件， 并在保温棚内与承台混 凝土同等条件下养护 。 ( 3 )承台混凝土浇筑过程 中， 承台暖棚 内 1 6台 燃油加热器布置在模板外侧 ， 保持暖棚内温度 ， 在承 台混凝土水化热释放 ， 棚内温度升高后 ， 可根据棚 内 温度调整加热器数量及安装位置 。 ( 4 )承台混凝 土浇筑完毕后 ， 承 台施工点均设 专人看管加热器和碘钨灯， 设专人测量记录棚内温 度， 棚 内温度低于 1 5时 ， 采取升温措施 ， 棚 内温度 高于 3 5时洒水养护混凝土， 以保持温度稳定， 确 保混凝土的养生温度。分别检测混凝土 3 d及 5 d 的强度 ， 若混凝土强度达到设计强度 的 7 5 ， 逐渐 关 闭加热器和碘钨灯降低棚内温度， 降温速度不超 ( 上接 第 4 7页) 过 5 C h ， 棚内温度与外界接 近时拆除暖棚 ， 待混 凝土温度降至 5以下时方可拆除模板 。当混凝土 与外界温差大于 2 0时， 拆除模板后的混凝土表面 应加以覆盖， 使其缓慢冷却。 ( 5 )该承台为大体积混凝 土施工 ， 由于冬季环 境气温低 ， 施工 、 养护过程中承 台内部温升 高， 极易 产生有害温度裂缝 ， 为保证混凝土施工质量 ， 专门对 承台大体积混凝土冬季施工进行温度监控。通过对 测定的温度数据进行计算 、 分析来指导混凝土的养 生 ； 通过调节冷却水流量、 进出口水温差等方法来调 控混凝土内部温度 ； 通过改变混凝土表面养生方法 来调控混凝土表层温度。 3结语 保证大体积混凝土冬季施工质量 的措施有 ： 选用适当的混凝土配合 比， 降低温度对混凝土 的影 响； 采取适当的混凝土加热保温措施 ， 保证混凝土 的人模温度 ； 采取有效的措施保证施工时混凝土 温度以及养护 ， 做好温度监控工作 ， 防止裂缝的产生。 表 4 混凝土基本性能 水符合 混凝土拌和用水标准 要求 。 3 3 确定优化配合比 按照 普通混凝土配合 比设计规程 ( J G J 5 5 2 0 0 0 ) ， 结合原始配合 比， 经过多次试配， 同时在锚碇 第 2 层大体积混凝土施工中将胶凝材料再次降低到 3 6 0 k g ms ， 使用该 配合 比时 ， 施工过程正 常， 该配 合比的 7 d 、 2 8 d 、 6 0 d强度都非常理想( 7 d平均抗 压强 度为 3 2 8 MP a ， 2 8 d平 均抗压 强度为 4 1 5 MP a ， 6 0 d平 均抗 压强度为 5 5 6 MP a ) ， 符合 C 3 o 级普通混凝土的技术要求 。同时该配合 比也经过温 控方的温控研究 ， 在温控方面亦符合要求 。最后确 定此配合 比为西堠 门大桥锚块 C 3 O级混凝 土的优 化配合比， 具体数据见表 5 。 表 5 优化 配合比 m3 2 5 2 7 4 9 1 1 01 1 5 5 4 3 2 】 08 4 结语 大体积混凝土配合比优化设计是个较为复杂的 研究 ， 需要考虑到较多的因素 。通过对混凝土待选 原材料的研究 ， 经过试验室反复试配， 最后确定 出配 合 比， 并 以此制作试块进行研究 。经过所有待选原 材料试验、 试块强度试验、 温控验证均符合要求， 可 以将此配合比应用于实际生产 。 参考文献 ： E I - I大体积混凝土配合设计与综合温差控制技术 J 施 工技术 ， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 5 ) ： 3 1 -3 3 2 J G 5 5 -2 0 0 0 ， 普通混凝土配合 比 设计规程 S E 3 - 1 陈光福大体积混凝土施工技术E J 中国港湾建设 ， 2 0 0 3 ， ( 4 ) ： 2 1 2 2 E 4 王爱琴大体积混凝土配合比设计中一些问题的思考 E J 水力发电， 2 0 0 3 ， 2 9 ( 4 ) ： 3 6 4 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m