关于薄壁桥台混凝土墙身冬季施工质量控制探讨

2013-04-07靳花杰陈旭东

时代农机 2013年1期

靳花杰，陈旭东

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081）

1 薄壁桥台混凝土墙身冬季施工要求

混凝土冬季施工的特点有以下两点：①由于冬季的环境及温度对混凝土施工的不利影响，是造成工程质量事故易发的多发季节。其现质量事故出现的几率将达到全年质量事故发生几率的三分之二以上。②质量事故出现的滞后性和隐蔽性。工程是冬季实施的，问题一般都是在春季才开始渐渐暴露出来的，问题轻的维修，问题较为严重的就得返工，这样不但给施工造成很多损失，而且还会减少工程的使用寿命。冬季施工由于技术要求复杂，而且准备时间较短，如果这一环节跟不上，仓促施工，就很容易造成质量事故的发生。

2 混凝土的强度变化原理

混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0℃时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液态变为固态。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500kg/cm2的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即旱期受冻破坏）而降低强度。由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。

3 混凝土冬季施工方法

（1）综合蓄热施工方法。综合蓄热施工方法简单的来说就是在蓄热保温的基础上，利用混凝土初始自身储存的热量和水泥在释放出来的热量，加上化学外加剂综合措施，创造加速混凝土硬化条件。用这种方法拖延混凝土的硬化速度，从而使混凝土由最初温度降到最低温度之前尽快的达到受冻前的临界强度的一种施工方法。

（2）掺加化学外加剂。这里的化学外加剂一般指的是防冻剂，通过添加化学外加剂来影响混凝土的性能。这种方法具有节约能源、操作简单且造价成本低等优点，以成为混凝土冬季施工一种行之有效的方法。

4 混凝土在冬季施工时应采取的措施

4.1 防止混凝土裂缝产生的措施

（1）水泥。由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2/g，1d的水化热增加 17～21J/g，7d和20d均增加4～12J/g。

（2）掺加粉煤灰。为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：①其中的硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

（3）加入外加剂。加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响：减水剂对混凝土开裂的影响；缓凝剂对混凝土开裂的影响。减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

缓凝剂的作用：①延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，②改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

（4）引气剂对混凝土开裂的影响。引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。要注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在GB8076～1977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。

4.2 混凝土的保温措施

蓄热法，这种方法工艺简单而且施工费用不多，具体做法是在混凝土合成之前，对原材料进行加热，使混凝土在搅拌、运输和灌溉以后还储存着一些热量，这样可以使水泥水化速度变快，并做好的混凝土的保温工作，争取在温度下降到零摄氏度之前，使新浇的混凝土达到最好的抗冻效果。

外部加热法，这种方法的具体做法是将混凝土周围的空气加热，并将热量传给混凝土或是直接对混凝土加热，可使混凝土能在适应的温度下正常的硬化。此种方法具体又分为火炉加热、蒸气加热、电加热和红外线加热。

调整配合比方法，这种方法的具体做法是尽量降低水灰的比例，稍微增加水泥的用量，增加水化的热量。

5 混凝土冬季施工方法的选择

根据气温变化将冬季施工划分为两阶段，并分别采取不同的施工方法。

（1）混凝土0℃左右施工方法。温度在0℃左右时，混凝土拌和不需要采取温控措施。但为了用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，实验室将普通硅酸盐水泥改用为早强硅酸盐水泥，并根据施工时的气温情况调整配合比。其次是尽量降低水灰比，稍增水泥用量，并掺用引气剂。目的是增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌和物的流动性，改善其黏聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。试验结果表明该措施一般3天抗压强度大约相当于普通硅酸盐水泥7天的强度，效果较明显。

（2）混凝土-10℃左右施工方法。温度在-10℃左右或更低时，混凝土在采取0℃左右施工方法同时还要采取温控措施。混凝土拌和前一定要对砂石料、水进行加热。由于砂石料棚的密封性及保暖性能差，棚内温度一般超不过5℃。那么要保证混凝土不遭受冻害且到施工现场的温度≥7℃，对水温及混凝土出站温度的控制就是重点。

以我标段为工程实例：混凝土重量比水泥：砂：石：水=390:739:1052:195（ 1:1.89:2.7:0.5），砂、石、水泥的温度均为3℃。搅拌温度与环境温差40℃,那么由路桥施工计算手册查得混凝土搅拌至浇筑时损失的温度为13℃，所以混凝土在拌合站内的最低温度为20℃才能满足施工要求。水的温度可用下式计算得出：水的加热温度TW：

20×[0.92×（ 1+1.89+2.7）+0.5×4.2]=0.92×(1×3+1.89×3+2.7×3)+0.5×4.2TW

TW=59.2℃

此施工方法需要专人监控材料、天气、水、以及混凝土出站、浇筑时的温度，动态的控制水的加热温度，从而用最低的施工费用，来获得最优良的工程质量。

（3）混凝土在运输、浇筑、养生过程中的温度控制。为防止加温混凝土在运输过程中散热过快，主要从运输车辆、运输路况及施工生产三方面下考虑。首先用棉被将罐车混凝土罐四周包裹严实；其次保持路线畅通，无堵塞；最后合理组织施工确保温控标准。在生产中，随时有各种突发事件，以致耽误混凝土料的入仓时间，使本已加温的混凝土料在空气中逐渐冷却，致使达不到混凝土浇筑中的温度要求。因此在运输过程中，合理调配运输车辆，缩短运输时间，尽量减少转运次数，降低混凝土运输、吊运过程中的温度损失，有效保证混凝土料入模浇筑温度。混凝土浇筑前对结合面进行加热，防止混凝土结合处温度过低而产生冻害。

混凝土的养护方法须合理选择并根据技术经济比较和热工计算及施工具体条件确定。正确的养护可以避免混凝土产生温度收缩裂缝和受冻。冬季混凝土施工一般优先采用暖棚蓄热法养护，在裸露混凝土表面采用塑料布等防水材料覆盖并进行保温，在负温情况下不浇水养护。保温材料采用一布一膜（无纺布300g，塑膜 0.3mm），膜面朝上，或两层塑膜一层毡布。对边、棱角部位的保温厚度增大到面部的2～3倍。当气温较低、结构表面积较大、蓄热法不能适应强度增长速度的要求时，可根据具体情况选用蒸汽加热、暖棚加热等方法进行。混凝土养护初期的温度，不低于防冻剂规定的温度。混凝土强度未达到设计强度的30%不受冻；在充水冻融条件下混凝土受冻时，不低于设计强度的75%。及时进行现场气温、养护混凝土的温度测定，以便随时调整混凝土养护措施。