首都机场扩建工程冬季混凝土施工技术.doc

首都机场扩建工程冬季混凝土施工技术
中铁十四局集团三公司 张　芳
摘 要：本文通过蓄热法和暖棚法在机场扩建工程冬期施工中成功应用，详细介绍了施工注意事项和施工方法。
主题词：冬季　混凝土　施工技术
1．概述
1.1工程概况
本标段共有14座桥梁。其中1、3、4、6、7、9、10、12号滑行道桥及1～4号特种车辆桥为上跨连接航站楼和停机坪的U型槽的桥梁，采用1×20m(净跨径)闭合框架结构， 5号、11号滑行道桥为上跨连接T3a、T3b航站楼的捷运通道的桥梁，采用1×23.4m (净跨径)闭合框架结构。滑行道桥桥宽61m，两侧各9.5m为双层钢化夹胶玻璃顶板。特种车桥桥宽12m。
5号、11号滑行道桥基础采用直径为1.2m和0.8m的钻孔灌注桩，其余桥梁基础采用直径为1.5m的钻孔灌注桩。承台、底板及侧墙采用C30聚丙烯纤维网混凝土。滑行道桥主梁采用单箱多室C50预应力砼现浇箱梁，特种车辆桥采用单箱双室C50预应力混凝土结构。根据机场扩建指挥部总体施工部署，2004年年底前完成10#、11#、12#滑行道桥主体工程，根据工程进度安排，4号桥立墙、5号桥底板、10号、12号滑行道桥立墙和箱梁、11号滑行道桥中板、立墙及箱梁需进行冬期施工。
1.2工程所处的气候环境情况简介
首都机场扩建工程位于我国季风气候区，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，受季风影响，冬季寒冷干燥，气温垂直变化明显，据资料显示，全年平均气温13.0℃，极端最低气温-15.0℃，各月的气温为1月份最低， 1月份的平均气温为-5℃， 最大风速为28m/s. 根据有关资料，北京地区日平均气温低于5℃的起止日期为每年的11月15日至次年3月15日，实际日期以观测为准。
2．本工程冬季施工几种方案的比较
根据《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-97）及《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）有关规定，外界平均气温连续五天稳定低于5℃时，即进入冬期施工。当天气转暖，最后一组五天的日平均气温稳定在5℃以上，此五天中的最后一天为冬期施工的终日。
2.1蓄热法施工
承台底板及立墙冬期施工采用蓄热法养护，混凝土浇注时，混凝土的入模温度不低于10℃，模板外侧采用泡沫板包裹，泡沫板的外侧用草帘悬挂覆盖，浇注完成后，顶面采用一层塑料布
和两层棉被覆盖保温。
2.1.1假定混凝土出机温度15℃，室外气温-5℃，运输时间1小时，倒运次数3次，模板不加热，混凝土经运输至成型后的温度按以下公式计算：

其中T2为混凝土经运输至成型后的温度；
T1为混凝土出机温度；
Ta为外界气温；
α为每小时温度损失系数，用搅拌运输车式，取0.25；
℃
模板、钢筋不进行预热，与每1m3混凝土相接触的钢模板和钢筋共重约360Kg，混凝土经钢模板和钢筋吸热后的温度T3：
℃
2.1.2混凝土冷却时间计算：

其中对于立墙
混凝土由浇筑到冷却的平均温度Tm：
℃
保温层的热阻系数R：
(a为保温层厚度，取0.03m，λ为保温的导热系数，采用聚氯乙烯泡沫板，为0.06 )
cc为混凝土的热容量，取2510KJ/m3·K；
mce每立方米混凝土的水泥用量，根据配合比取200Kg；
Qce为1Kg水泥在冷却期间的水化热，P.O42.5水泥取270kJ/kg；

根据混凝土强度曲线，水泥采用P.O42.5水泥，蓄热养护冷却至0℃时抗压强度为设计强度的60%以上，满足规范要求（7天强度即达到规范规定的最小抗冻强度——设计强度的40%）。
蓄热法施工养护混凝土，应注意以下事项：（1）对于容易冷却的部位，应加强保温措施。（2）不应往混凝土和覆盖物上洒水。
2.2.暖棚法施工
箱梁施工根据气温条件采用暖棚法养护。
箱梁浇筑前在整个梁体上搭设暖棚，暖棚固定在支架和梁面钢筋上，暖棚顶距离梁顶面控制在1.5米左右，暖棚上覆盖一层土工布及两层草帘，整个暖棚确保不透气，在施工和养护期内部放置火炉加水加热养生。混凝土浇注时按事先制定的浇注顺序，预留好泵车泵管进料位置，尽量少移动泵管，泵管下面用软管布料。
混凝土浇注完毕后，即进行收光抹面，收面后覆盖一层塑料薄膜保温保湿。
张拉、压浆工作均安排在白天气温较高的时间进行。视具体气温情况确定是否仍继续用暖棚法养生。
室外气温-10℃，养护温度10℃
每小时耗热量Q：
Q=3.6MK(Tc- Ta)αV
其中M为暖棚的表面系数，根据计算取0.3；
K为暖棚结构的平均总传热系数；

α为暖棚的散热系数，取1.25；
V为暖棚体积；

每公斤煤燃烧散发的热量为22000KJ
每小时耗煤量为1786414.5/22000=81.2 kg
暖棚法加热养护混凝土时，应符合下列规定：（1）暖棚应坚固、不透风，靠内墙应采用非易燃性材料。（2）暖棚内采用煤球炉，要特别加强防火、防煤气中毒措施。（3）暖棚内温度不低于5°C。（4）暖棚内宜保持一定的湿度，湿度不足时，向混凝土面及模板上洒温热水。
2.3本工程冬季施工措施费用的比较
2.3.1 蓄热法施工
参考有关经验计算分析比常规混凝土增加费用为30%左右。
2.3.2暖棚法施工
参考有关经验计算分析比常规混凝土增加费用45%左右。
3、冬季温混凝土施工过程控制
3.1混凝土的配制和搅拌
对采用的商品混凝土，要求优选各种原材料，添加早强防冻剂，并采取保温升温措施，保证混凝土的入模温度。
3.2混凝土浇筑
为减少混凝土运输浇筑过程中的温度损失，罐车、输送泵及泵管使用毛毡密裹保温。冬期混凝土施工尽量安排在白天气温较高的时段进行灌注，有利于温度控制和人员操作。
保持各种设备完好确保混凝土运输时间尽可能缩短。
冬季施工接缝混凝土时，浇筑气温应高于5°C，否则应加热使接合面有5°C以上的温度。如果预热不好，易在接头处产生水膜，降低接头处混凝土的强度。新旧混凝土接触面的温差过大，温度应力作用会造成新浇混凝土开裂，所以对旧混凝土必须采取预热升温措施，可采用远红外线加热器和蒸汽排管加热，确保接头处混凝土温度不低于5°C，加热深度不小于30cm，预热长度一般可控制在1m左右。
准备好足够的覆盖物，浇捣完成及时覆盖，尤其冬期在挡风面更应覆盖严密，包括模板外侧需盖好。
分层浇筑厚大的整体式结构混凝土时，已浇筑层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前及时采取临时覆盖措施，保证混凝土表面温度不低于2ºC。
混凝土分层浇筑厚度不小于30cm。
3.3试件制作
由于暖棚内各部温差较大，加之混凝土与环境气温不同，所以常规试件很难代表构件本身强度，因此应多制作试件（一般为7组）分别置于不利部位进行同条件养生，用于确定拆模和箱梁张拉结束时间。
3.4模板的拆除
用试压同条件养护试块的强度和标养试块的强度做为拆模和张拉的依据，混凝土达到规范要求的抗冻强度和拆模强度要求后，模板方可拆除。采用加热养护结构的模板和保温层，在混凝土冷却至5°C以后方可拆除。当混凝土表面温度与外界气温相差大于15°C时，混凝土表面应覆盖保温养护，使其缓慢冷却。掺用防冻剂的混凝土在负温条件下严禁浇水，外露表面采用覆盖养护。
4.混凝土施工质量控制情况分析　
4.1温度情况
为确保施工质量总结经验，对成型混凝土温度进行统计分析，如10＃滑行道桥箱梁混凝土养护测温记录如下表（一），通过统计总结混凝土内部温度比室外高10℃左右，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（表一）
测温时间
大气温度
（℃）
测点温度（℃）
平均温度（℃）
月
日
时
1
2
3
4
1
3
14
-5
16
16
17
17
16.5
1
3
18
-4
14
15
16
16
15.3
1
3
22
-5
13
14
15
15
14.3
1
4
2
-7
15
17
16
17
16.3
1
4
6
-5
14
14
15
16
14.8
1
4
10
-3
14
15
16
16
15.3
1
4
14
-5
15
16
17
17
16.3
1
4
18
-3
14
15
16
17
15.5
1
4
22
-6
16
17
15
16
16.0
1
5
2
-7
17
14
16
17
16.0
1
5
6
-4
14
14
15
15
14.3
1
5
10
-4
14
14
15
16
14.8
1
5
14
-2
14
15
15
16
15.0
4.2混凝土质量控制成果分析
　　本工程采用AN6防冻剂ZY，为确保本工程施工质量，发现问题，指导施工，对同条件养护混凝土试件和标养试件进行试压对比，如11号滑行道桥箱梁C50混凝土7组试件数据统计如表（二）,经统计分析得,3天同条件试件的强度比3天标养的强度低14%左右,7天同条件试件的强度比7天标养的强度低18.5%左右, 10天同条件试件的强度比10天标养的强度低12.2%左右,28天自然强度与28天标标养强度基本一致,每组试件的强度大于设计强度等级,在质量评定时同条件养护的试件和标准养护的试件一同参与混凝土质量评定,各种参数均为优良。经过冬季施工的混凝土在10桥立墙钻芯取样，经评价其质量与常温混凝土施工的混凝土质量相同，层间结合良好，混凝土密实，无缺陷。验证了冬季混凝土施工的可靠性。

养护
类型
同条件养护
标准养护
龄期（d）
3
7
10
28
3
7
10
28
试件组号
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
强度(Mpa)
达到设计强度(%)
1
16.9
33.8
34.1
68.2
40.1
80.2
53.6
107
20.3
40.6
44.6
89.2
46.3
92.6
56.8
114
2
16.2
32.4
33.2
66.4
39.3
78.6
55.1
110
21.7
43.4
41.3
82.6
45.9
91.8
53.7
107
3
15.9
31.8
30.5
61.0
39.9
79.8
53.6
107
22.1
44.2
43.1
86.2
44.7
89.4
55.9
112
4
16.6
33.2
32.3
64.6
40.6
81.2
54.9
110
23.1
46.2
42.9
85.8
45.3
90.6
56.3
113
5
17.7
35.4
35.1
70.2
41.9
83.8
56.1
112
24.2
48.4
46.1
92.2
45.9
91.8
54.2
108
6
17.3
34.6
30.1
60.2
39.7
79.4
52.9
106
23.9
47.8
44.1
88.2
46.1
92.2
53.9
108
7
16.1
32.2
29.9
59.8
37.2
74.4
54.2
108
24.6
49.2
42.7
85.4
47.0
94.0
52.8
106
5.结束语
首都机场冬季混凝土施工在主体工程中的应用有以下几点经验值得总结：
① 要严格控制商品混凝土的用料以及入模温度，随时到商品混凝土站进行抽检。
②蓄热法施工和暖棚法施工，在浇注大体积混凝土时，都要注意控制浇注过程中混凝土的温度损失，确保浇注成型后的混凝土温度最低不低于5℃。
③冬季混凝土施工要严格控制养护过程中温度检测，和同条件试件强度与标准养护试件强度的对比试验，及时发现问题及时解决。
④从同条件试件强度与标准养护试件强度的数据对比可知，现场混凝土早期强度升高较慢，所以要视试件龄期强度的数据控制拆模和箱梁张拉的时间。
⑤冬季混凝土施工要严格控制对混凝土的养护过程，防止边角处的混凝土受冻。

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