混凝土桥梁低温施工困难性分析

易阳斌 尹清华

摘要:由于大型桥梁的施工期较长,要终年浇筑混凝土,为缩短工期,因此需对混凝土桥梁低温状态下施工进行研究。文章根据混凝土的基本性能及其低温施工的特点,对低温条件新拌混凝土及施工提出难题分析,可以为低温施工提供建议,具有一定的实用价值 。

关键词:桥梁施工;低温施工;混凝土保温

中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0152-02

当日平均气温降到5℃以下,或最低气温降到0℃和0℃以下时,混凝土用常温方法施工难以达到预期的目的,因而必须采用特殊的技术措施进行施工方能满足要求,即称为混凝土的低温施工。混凝土工程要尽量避免在冬期施工。因为常温季节施工,从原材料搅拌、运输到浇筑养护整个过程都有一套较标准的程序,这是影响混凝土工程施工的主要因素——温度变化较小之故。低温施工,由于气温低下,且经常处于负温、常温施工的一套标准程序及要求就不适应了,因此无论在施工方案选择,原材料制备以及养护方法等,都需要有别于常温施工的一些特殊措施。这些措施导致工程费用相应增大。从经济角度考虑避免低温混凝土施工为宜,但由于大型桥梁的施工期都较长,终年都要浇筑混凝土,为缩短工期,这也是考虑混凝土低温施工的主要原因。

一、混凝土保温难题

按混凝土出机温度要求,原材料经过加热,送住拌和机进行拌和,然后运往浇筑地点进行浇筑和养生。为保证冬季拌和的混凝土符合质量要求,需要采取措施才能完成。要保证混凝土安全地运往浇筑地点,还要按冬季施工要求采取保温措施,对装料设备、运输机具进行适当的保温。

对于一般建筑工程低温状态施工,通常是在施工现场拌制混凝土。由于拌合料加热使混凝土稠度加大等原因,为了加强搅拌效果,最好选用强制式搅拌机,尚应考虑低温季节特点,尽量选用容量大的搅拌机,减少使用台数,有多拌合楼时,在满足施工要求情况下,尽量集中使用,减少低温状态施工费用,并便于管理。

根据工程使用的混凝土根据不同的混凝土强度要求,选择合适的硅酸盐水泥产品。C25、C30混凝土选取不低于32.5#的普通硅酸盐水泥,C40、C50混凝土选择不低于42.5#的普通硅酸盐水泥。水灰比不大于0.6。水泥掺量不少于300kg/m3。在室外最低温度达到0℃时,首先加入适量的防冻剂,以提高混凝土的抗冻性。本工程采用兰州鸿州建材制品厂生产的RH-新型高效复合防冻剂。该产品为一种集早强剂、抗冻剂为一体的新型材料复合而成,该剂具有早期强度高,能在低温下硬化,3天可达到设计强度的30%,防冻剂掺量与适应温度较好。在气温低于防冻剂适应温度时,还应对水和骨料进行加热。

混凝土拌合前,对所用的砂、石骨料和水进行预热(水泥不得预热),保证混凝土出盘温度(根混凝土入模温度、混凝土运输车的保温能力、运距以及外界温度计算出)达到要求。需要注意的是,泥不得与温度高于80℃的水接触,搅拌时应先加入骨料和水,再加入水泥。骨料不得带有冰块和雪团拌合时间较常温延长50%左右。冬季施工时,应控制混凝土出盘温度在13～18℃之间。

为保证混凝土的出机温度在15℃以上,一般采取了如下措施:

1.砂、石骨料均覆盖堆放。在储料斗中安装气盘管对砂、石进行送气加热,保证砂、石温度在5℃以上。

2.配备大容量水箱进行储水,对搅拌用水进行预热,温度控制在40～60℃

3.混凝土运输车均配备保温罩,必要时进行送气加热。

二、低温施工难题

由于混凝土材料自身的特点,环境温度对混凝土工程施工质量的影响极大。低温状态一般日平均气温连续5天稳定低于5℃时即进入低温期施工;相反,当室外日平均气温连续5天稳定高5℃时解除低温状态施工。低温状态施工期的起止日期一般都要用当地的历史气象资料确定,也可经过实测或由甲、乙双方按照一定的原则协商统一划定。自然气温往往有一定的多变性,由于在新拌制混凝土中水的结冰温度在0～-2℃,当最低气温为0～-2℃时,可能会给未达到抗冻临界强度的混凝土造成冻害,损害其一系列物理力学性能。因此建议在日最低气温为0℃及其以下时,也应进入低温施工。

1.混凝土强度的增长取决于水泥水化反应的结果。水泥的水化反应和水及温度有关。当温度降低时,水的活性减弱,水化反应减慢,特别是当温度降低到0℃有以下时,混凝土中的水结成冰,水泥的水化反应停止,混凝土的强度增长也中止。因此如何形成水泥水化反应的环境是混凝土低温施工的关键环节之一。

2.当温度低于5℃时,与常温相比,混凝土强度增长缓慢。在5℃条件下养护28天,其强度增长仅能达到标准养护28天的60%左右。当温度降至0℃以下时,特别是温度下降到混凝土液相冰点(新浇筑的普通混凝土内部液相冰点温度为-0.3℃～-0.5℃)以下时,混凝土中的水开始结冰,其体积膨胀约为9%,此时混凝土内部结构可能遭到破坏,称为混凝土冻害。其宏观表现为混凝土的强度损失。因此低温施工的混凝土,一方面,为满足施工进度要求,必须采取特殊措施使混凝土强度能够较快增长;另一方面,要在混凝土受冻前能尽快达到其抗冻害的临界强度。这些都要求对低温施工的混凝土采取一系列措施,如加热保温措施,以便满足水泥水化反应的环境条件。

3.为了给低温施工的混凝土创造一个正温养护环境,常采取材料预热、保温、养护期间加热等措施,不仅施工技术较复杂,费用较高,而且对能源供给的要求也较高。根据我国大中型工程低温混凝土施工资料统计,采用骨料加热措施时,在预热过程中通常每加热1m3骨料平均总耗热量约20750～57500kJ/m3,相当于电能消耗6～17kW·h/m3,采用电加热养护时,每立方米混凝土消耗电能可高达80～120kW·h,从骨料预热到加热养护,低温混凝土施工成本增加幅度为32%～50%。

4.低温是混凝土工程质量事故的多发季节,而且在时间上有明显的滞后性。即低温浇注的混凝土出现质量问题时,多在春融期或后期显现。由于事故多发生较晚,所以处理难度较大,因此必须尽量提高低温混凝土施工措施的可靠性,对能源供给的可靠性也要提出相应要求。我国气候属大陆气候,冬季除了经常有寒流袭击,气温变化频繁,须注意防护外,由于风速较大,还要注意防风,避免混凝土养护期间的失水。

三、建议

当天气严寒、气温较低,对于不太厚大的结构构件,混凝土浇筑后,要求强度能有较快的增长,若只做简单的保温蓄热,混凝土的强度增长达不到预期要求,则需要利用外部热源对新浇筑的混凝土进行加热养护。实践表明,桥梁低温施工中应做好充分的思想准备、组织准备和物质准备,制定严密的技术保证措施和方案,加强人员教育、培训和管理,加强施工过程监控,做好每个工作环节和细节工作,才能保质保量、安全地完成低温施工任务。

参考文献

[1]刘晓霞.冬季混凝土施工及质量检查常遇问题浅析[J].甘肃科技,2006,22(5).

[2]秦国刚,高寒和.多年冻土地区路桥施工技术[J].低温建筑技术,2001,(3).

[3]徐宗娟,江常青.浅谈桥梁墩身混凝土冬季施工技术[J].铁道建设,2005,(1).

[4]中华人民共和国建设部.中华人民共和国行业标准.建筑工程冬期施工规程(JGJ104-97)[S].

[5]王建奇,李小林.浅谈高寒地区冬季施工技术管理[J].山西建筑,2006,32(4).