干旱寒冷地区铁路冬季施工混凝土质量控制技术

靳炳强

(中铁二十四局集团浙江工程有限公司，浙江杭州 310009)

1 工程概况

新建大准至朔黄铁路联络线位于内蒙古中部及山西省北部，基本呈南—北走向。线路北起大准铁路外西沟站往南至朔黄铁路神池南站，从神池南站西侧引入朔黄铁路，新建线路全长179.862 km。

新建大准至朔黄铁路联络线工程ZCZQ-8标段主要有特大桥2座2 577.9延米，大桥4座1 047.9延米;钢筋混凝土盖板涵37座，2 385.6横延米;新建卧厂车站1座(不含房屋);隧道1座701延米，设计混凝土方量25×104m3。

2 气候条件

本工程位于山西省朔州市境内，线路所在区域属大陆季风气候，冬季漫长，雨热同期，太阳辐射强，光照时间长，温差较大，无霜期短，干燥多风是本区气候的主要特征。

工程所在地年平均降水量392.8～462.7 mm，年平均蒸发量1 745.3～1 941.3 mm，年平均气温3.9℃～7.2℃，极端最高气温37.9℃，最低气温 －40.4℃。冬季盛行西风，大风出现在11月至来年5月，年平均风速1.8～3.4 m/s，瞬间最大风速29.7 m/s。最大积雪厚度16～19 cm，最大冻结深度为1.25 m。主要灾害性天气有寒潮、冰冻、冰雹及大风、雷电。按铁路工程气候分区属寒冷地区。

3 冬季施工措施

根据《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》［1］规定，当环境昼夜气温连续3 d低于5℃或最低气温低于－3℃时，桥梁及混凝土施工应按冬季施工要求组织施工。

3.1 搅拌站冬季施工措施

3.1.1 料仓加热、保温

料仓顶部采用彩钢瓦搭设保温棚，并在隔墙及顶棚布设两层防火保温棉，料仓地面及隔墙均布置地暖。为保证施工安全，地暖采用水循环供暖形式。在拌合站料仓外设置蒸汽锅炉，用于独立供应拌合站料仓保温，骨料、水加热。

3.1.2 拌合系统封闭

将骨料仓、水泥罐、外加剂储存罐、进料斗、传送带、拌合系统进行封闭，同时配置煤炉。

3.1.3 拌合水

高压水池采用深水坑，并制作保温层;施工用的裸露风管、水管采用1～2 cm厚的纺棉麻制品材料包裹后，再用较厚的塑料套包扎。

工作前如遇水泵冻结，可用40℃ ～60℃热水解冻，解冻至电机轴能用手转动，方可使用。水箱内不得灌入60℃以上的热水，以免烫坏水箱。

3.2 混凝土冬季施工措施

3.2.1 原材料要求

1)水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于42.5，水灰比不大于0.5(水灰比对混凝土抗冻性影响最大，为了满足施工和易性的要求需控制水灰比)［2］。当混凝土掺用防冻剂(外加剂)时，其试配强度较设计强度提高一个等级。在钢筋混凝土中禁止掺用氯盐类防冻剂，以防止氯盐锈蚀钢筋。

2)所用骨料必须清洁，严禁含有冰雪等冻结块及易冻裂的矿物质，在掺用含有钾、钠离子防冻剂的混凝土中，骨料不得混有活性材料，以免发生碱—骨料反应。

3)为减少冻害，冬季施工中混凝土拌制应优先选用与水泥相容的高效减水剂，同时适量减少拌合水用量。冬季施工中，从本工程的结构类型、性质、施工部位以及外加剂使用的目的来选择减水剂，选择时应考虑:①改善混凝土的和易性，减少用水量，提高拌合物的质量;②促进早中期强度的增加，减少干缩性，提高抗冻融性。

4)原材料的加热。水:当环境温度处于+5℃～－5℃时，将水加热至40℃ ～60℃;当环境温度处于－5℃ ～ －10℃时，将水加热至40℃ ～80℃;拌合站设置拌合水加热装置及蒸汽锅炉，并与储水箱相连，混凝土拌合时自储水箱直接抽水做为拌合用水，储水箱表面要覆盖棉被以减少热量损失。骨料:制订砂、石骨料保温措施，搅拌混凝土时骨料中不得带有雪及冰块［3］。

3.2.2 混凝土拌合与运输

1)混凝土的拌合

提前模拟在冬季施工条件下试配混凝土，对3，7，28 d强度进行比对，确定混凝土的配合比和外加剂的掺量，用以指导施工，并在施工中予以微调。

搅拌前先用热水冲洗搅拌机10 min，然后按照“石→砂→水→水泥、矿粉、粉煤灰→外加剂”的投料顺序进行拌合，搅拌时间较常温时间延长50%［4］。

随时测量拌合水的温度，水温控制在(50±10)℃，保证水泥不与温度≥80℃的水直接接触。

2)混凝土的运输

混凝土的运输要保证快装快卸，确保混凝土的出机温度不低于10℃，确保入模温度不低于5℃。在混凝土运输车外包裹保温罩减少散热，运输过程中以2～4 r/min的转速转动，卸料前以常速再次搅拌。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，立即重新调整拌合料的加热温度。尽量缩短运输距离，缩短运输时间。

3.2.3 混凝土卸料及浇筑

1)混凝土浇筑在保温棚内进行，棚内温度保证在10℃以上，尽可能减少混凝土温度损失。浇筑时间应安排在9:00—15:00。在浇筑前对混凝土入模温度进行量测，不满足要求的混凝土禁止浇筑。

2)混凝土浇筑前，清除干净模板和钢筋上的冰雪和污垢，当环境气温低于0℃时，采用暖棚法将模板、钢筋加热至2℃以上。

3)混凝土的浇筑温度，在任何情况下均不应低于5℃，混凝土应分层连续浇筑，中途不能间断。

4)新、旧混凝土施工缝的处理:①已浇混凝土的强度不得小于1.2 MPa;②施工缝处的砂浆、松动石子必须凿除干净，并用水冲洗干净，但不得有积水，施工缝处的新浇混凝土要重点捣实;③在新混凝土浇筑前对结合面进行加热，使结合面表面温度在5℃以上;④浇筑完成后，及时加热养护使混凝土结合面保持正温，直至浇筑混凝土达到规定的抗冻强度。

3.2.4 混凝土养护

混凝土养护措施十分关键，正确的养护可避免混凝土产生不必要的温度收缩与干裂。在冬季施工条件下必须确保混凝土表面和内部温差不超过20℃，不同的结构形式选择合理的养护措施，当环境温度低于5℃时，不得洒水养护。

3.2.5 混凝土拆模

冬季混凝土拆模应满足:①除应满足混凝土正常温度下要求的拆模强度，还应同时满足抗冻要求规定的拆模强度;②侧模在混凝土强度达到2.5 MPa以上，且其表面及棱角不因拆模而受损时方可拆模，底模应在混凝土强度达到设计强度时方可拆模;③混凝土与环境的温差不得大于20℃。

4 新浇筑主体结构混凝土的保温措施

4.1 钻孔灌注桩

灌注桩混凝土的施工及搅拌按《铁路桥涵工程施工质量验收标准》［5］执行，灌注时要求拌合物温度不低于5℃。混凝土灌注完成且初凝后，孔口采用临时填土覆盖养护。

4.2 承台施工

承台混凝土的养护采用暖棚加温养护，具体做法:

1)承台模板、钢筋安装结束后，搭设承台施工用的暖棚，暖棚应坚固、不透风，覆盖材料采用订制的两层帆布，层厚约6～7 mm，如需搭接则必须保证搭接严密牢固，同时布设可以灵活拆卸的支架，将篷布固定于支架上，保证暖棚支立坚固、严密。

2)在暖棚中使用煤炉加热，作好防火、防煤气中毒措施，保温棚顶部预留排烟孔和混凝土浇筑窗口，保证通风良好，并备好各种抢救设备。保温棚内气温不得低于5℃，并保持一定的湿度。

3)避免在夜间和气温骤降时拆模，并且混凝土强度大于受冻临界强度时方可拆模，并及时采用养生布包裹密封，加温养护，达到要求后方可拆除。

4)养护过程中及拆模后安排专人检查混凝土表面是否受冻、收缩，边角是否脱落。

4.3 墩身施工

墩身施工保温养护具体做法:

1)对于实心墩利用墩身模板支架、外侧脚手架和篷布搭设暖棚支架，篷布挂设在墩柱模板四侧，通过铁丝或尼龙绳与模板支架固定，墩身与钢管架之间生火炉取暖。

混凝土浇筑完成后，在暖棚支架顶部覆盖保温棉被，混凝土表面洒热水养生，待混凝土强度达到设计强度后，停止养生，但必须禁止温度骤然下降。

2)对于墩高＞30 m的空心墩，墩身采用浇筑段全封闭保温，在墩身模板外围采用双层帆布包裹，墩身与钢管架之间采用工业取暖器取暖，空心墩内采用生火炉升温取暖。

4.4 支架现浇连续梁施工

根据本工程的具体特点及朔州地区冬季气候特点，对支架现浇连续梁采用蓄热和保温的综合方法组织施工。

1)利用支架搭设钢管棚架，用帆布、棉被及彩条布包裹形成暖棚。在梁底模背面喷1 cm厚聚氨酯保温层，支架与底模之间的空隙用棚布封闭严密。

2)根据施工需要，在暖棚的适当位置开设窗口和门洞，如在暖棚的侧面开设混凝土进料窗口，在暖棚的两端开设钢筋等材料、人员进出门洞，在暖棚前端开设预应力穿束门洞等。

3)在暖棚内设电热炉、大型暖风机等取暖设备进行全面升温，并采用小型取暖器在局部区域进行采暖。

4)在箱梁端面设置棉被卷帘，在有人进出时可以卷起，无人进出时可以放下，确保箱梁内温度。

5)在底板和顶板混凝土浇筑完毕、表面收浆后覆盖一层塑料薄膜、棉被进行保湿保温。

6)当混凝土强度达到张拉要求后，拆除内模，使暖棚内的温度和湿度缓慢下降。当混凝土冷却到与当时的气温相差不大于15℃时，进行预应力施工。

7)保留已浇筑混凝土梁段的暖棚，不用拆除，也不用前移，用于已浇筑段预应力管道的保温。

8)采取保温措施后，若预应力管道的温度仍不到0℃以上，在箱梁内采用电热炉取暖，保证预应力管道温度保持在正常温度即可。

4.5 涵洞工程

涵洞基础施工后采用塑料薄膜、双层棉被、彩条布覆盖养护。

涵洞墙身、盖板混凝土施工参照承台保温方法搭设钢管支架暖棚，暖棚外围采用帆布包裹，内部生火炉或者工业取暖器取暖保温。

5 混凝土冬季施工的质量通病及预防措施

5.1 钢筋的锈蚀与混凝土裂缝

钢筋的氧化锈蚀伴生体积膨胀，水泥的安定性不良，混凝土的水灰比太大、早期强度低、失水太快，混凝土芯部温度与外界环境温差大等原因均会引起裂缝。

预防措施:①严格控制氯盐的掺量;②控制水泥质量和混凝土混合物水灰比;③通过测温采取相应措施控制混凝土内外温差。

5.2 表面起灰

表面起灰以砂浆和粗骨料相脱离，表面起灰，骨料裸露为特征。主要是由于混凝土混合物水灰比太大，离析、泌水严重，黏聚性、保水性差，加上养护温度低，水泥水化趋于停止，混凝土水分迅速蒸发导致表面起灰。

预防措施:严格控制水灰比，延长混凝土混合物搅拌时间。

5.3 混凝土表面结晶腐蚀

混凝土硬化后，某种外加剂溶液通过毛细管的作用渗到混凝土表面，而混凝土表面的水分逐渐蒸干，此时出现返霜现象。此种情况还将影响混凝土与饰面层的结合。

预防措施:外加剂充分溶解后适当延长搅拌时间。

6 结语

在寒冷季节漫长、气候干燥、气温较低，且受工期制约条件下，混凝土冬季施工不可避免。为了满足工期要求，混凝土工程只有从搅拌、运输、浇筑、养护等方面全过程全方位采取有效措施，才能确保工程质量。

［1］中华人民共和国铁道部.TZ 203—2008 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［2］兰晓峰.大准铁路增二线鸡鸣驿隧道混凝土冬季施工控制［J］.铁道建筑，2013(8):49-50.

［3］中华人民共和国建设部.JGJ/T 104—97 建筑工程冬季施工技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，1998.

［4］彭彦彬，孔德芒.高寒地区高桥墩冬季施工技术［J］.铁道建筑，2008(6):20-22.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 10415—2003 铁路桥涵工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社，2003.