黄土高原地区薄壁空心高墩严寒期蒸汽养护施工技术

2014-12-25李长伟

铁道建筑 2014年10期

李长伟

(中铁十四局集团第三工程有限公司，山东兖州 272100)

1 工程概况

延延高速公路是陕西省“2637”高速公路网规划中的7条横向线之一的延吴线延伸段，黄河特大桥为延延高速公路的一座在建桥梁。该桥位于陕晋交界处，从陕西岸延川县延水关镇刘家畔起始，跨越黄河，终点到达山西岸永和县直地里。桥梁起点桩号为K115+417，终点桩号为 K116+489。桥梁全长1 072 m，最大桥高150 m，主桥最大墩高141 m，薄壁空心高墩采用液压爬模施工工艺。

本项目地处温暖带半干旱大陆季风气候，春季干旱多风少雨，夏季旱涝相间，秋季温湿多雨，冬季寒冷干燥。冬长夏短，温差较大。年降雨量 552.0～631.1 mm，且以暴雨、阵雨为主，历时短，降雨强度大。项目区内平均气温8.8℃～10.6℃，极端日温差变化23℃ ～31.7℃，无霜期117～186 d。全年一月为最冷，月平均气温－5℃ ～－8℃，极端低温－22.0℃ ～－25.4℃;七月为最热，平均气温21.4℃ ～24.8℃，极端高温36.0℃ ～39.9℃，环境类别为Ⅰ类。

黄河特大桥主桥墩最高墩为6#墩，墩高141 m，每墩尺寸9 m×7 m，加上液压爬模支架，最大尺寸达13 m×11 m，液压爬模每模6 m，每模混凝土方量达到150 m3。施工过程中对本次施工段进行整体包裹，通入蒸汽进行养护，提供良好养护温度、湿度，让C50耐久性混凝土在短时间内达到设计强度。

2 混凝土的冻害

冬季严寒期，在施工时新浇筑的混凝土会遭受冻害。由于其含有一定的水分，在负温条件下，体积会发生膨胀。在冻胀、融化循环和应力的反复作用下，最终混凝土会受到破坏，水泥的水化作用会停止。恢复正常温度后，水泥浆体中的孔隙率与正常凝结的混凝土相比将显著增加，从而使混凝土的各项物理力学性能全面下降。冬季浇筑混凝土块体，措施不力时，早期其顶面可能受冻。在浇筑上一层混凝土时，若下层的受冻混凝土处理不彻底，会形成受冻夹层，混凝土的其他指标均会受到影响，使得混凝土的耐久性受到严重损害。

3 混凝土的抗冻要求及养护方法

混凝土的温度降至0℃前，其抗压强度不得低于抗冻临界强度。抗冻临界强度是指新浇筑混凝土在受冻前达到某一个初始强度值，然后遭到冻结，当恢复正温养护后，混凝土强度仍会继续增长，经28 d标准养护后，其后期强度可达设计标准值的95%以上。具体规定为:硅酸盐水泥或普通水泥配制的混凝土抗冻临界强度为其设计强度的40%，矿渣水泥配制的混凝土为其设计强度的50%。

4 混凝土的防冻措施

4.1 原材料质量控制

1)拌合水加热

拌合站用水采用地下井水，首先对水井口采取覆盖措施，并在井口采取电弧灯加热等保温措施，确保井水不结冰，满足拌合站混凝土施工用水要求。

对输水管路进行保护，防止冬季受冻无法使用。露出地面部分的管道采用岩棉包裹。

拌合站设0.5 t/h热水锅炉1座，并搭设锅炉房，将井水经热水锅炉加热后进入储水池，水温一般加热至60℃左右。

水池采取保温措施，池壁四周采用棉被包裹保温，池顶采用塑料布加棉被进行覆盖保温，防止热水温度散发，保证拌合站正常拌合混凝土使用。

在水池内放置长尾温度计，测量拌和用水的温度，便于根据实际情况对水温进行调整。

2)骨料加热

首先对原材料进场质量进行控制，尽量减少砂石料的含水率，减少材料加热所需的热能。

其次对拌合站现有材料储存仓进行改造，存放砂子的料棚四周采用彩钢瓦密封，其中进出料口采取棉帘，上料设备进出后及时进行封闭(施工期间派专人负责)。

料仓内设置火炉，提高砂子的温度，保证混凝土施工用砂处于正温，无结冰块现象。施工时及时测定材料的含水率，调整施工配合比，保证混凝土的水灰比满足要求，确保混凝土质量满足要求。

根据石子是否有冰块等情况，确定是否对石子料仓进行加热，确保石子满足混凝土拌合需要。

3)外加剂保温

外加剂采用液体型材料，冬季施工时要对外加剂原材料储料桶、输送管道等进行保温，确保减水剂正常使用。

4)运输保温

水泥罐采用包裹保温棉被保温防冻。

4.2 冬期施工混凝土配合比

冬期施工期间，由于环境温度较低，根据施工环境条件选择合理的冬期施工配合比，可采取适当降低混凝土水胶比、掺加有利于混凝土早期强度发展的掺合料、使用复合型防冻减水剂等技术措施。

4.3 混凝土拌合和运输

1)混凝土的搅拌

拌合机上料仓置于暖棚中，外侧用棉被覆盖，暖棚内设置火炉等辅助加热设施，确保混凝土拌合过程中周围温度处于正温。输送带四周采取彩钢瓦、棉被包裹等措施，减少砂石料在输送过程中热量散发。

拌合机主机楼内设置空调，主机上的水箱及水管用保温棉进行包裹，确保冬季施工拌合站正常运转。

混凝土采用二次投料法，防止水泥遇高温水产生假凝现象。先将砂石料与水投入搅拌机进行搅拌，砂石料与水拌合物温度不超过40°，再投入水泥进行搅拌。

当骨料不加热时，水可加热到100℃，但水泥不应与80℃以上的水直接接触。加料顺序为先加骨料和已加热的水，然后再加水泥。

为确保混凝土和易性及流动性满足要求，混凝土的搅拌时间应较常温延长50%左右，根据现场实际，采用强制式搅拌机，拌合时间为150 s。

2)混凝土运输

混凝土拌合出机后，及时运到浇筑地点，在运输过程中，要注意防止混凝土热量散失、表层冻结、混凝土离析、水泥砂浆流失、坍落度损失过大等现象。

混凝土的运输采用混凝土输送车，并在运输车外侧包一层棉被和一层帆布，在运输过程中对运输车进料口采取棉被包裹，减少运输过程中混凝土热量散失，确保混凝土入模温度不低于10℃。

4.4 混凝土浇筑

混凝土在浇筑前，清除模板、钢筋上的冰雪和污垢，用温水清洗干净。

混凝土施工选择在一天气温较高时间段施工，尽量避免在气温较低时进行混凝土浇筑，以确保混凝土施工质量。

黄河特大桥墩身施工，采用混凝土输送泵输送混凝土，将输送泵安置在保温棚内，内设火炉，将混凝土罐车直接开入保温棚内进行卸料，混凝土输送管道采用岩棉包裹保温。

4.5 保温措施及养生

1)混凝土养护均采用覆盖保温养护，不得进行洒水养护。

薄壁空心墩混凝土养护采用锅炉产生的蒸汽，4#～8#墩各配置1台1 t/h的燃煤蒸汽锅炉。锅炉安装在承台以外，并搭设简易锅炉房，蒸汽养护管道采用钢管，钢管每节6 m(爬模每模6 m高，每浇筑一模，养护管道加升1节)，沿塔吊爬升至墩柱养护段，钢管外用岩棉包裹，防止温度散失过快。

空心薄壁墩混凝土施工时，沿模板外侧设保温层，保温层采用两膜一毡不透气的篷布密封覆盖，保温层下部与已浇筑混凝土段采取塑料布加棉被密封覆盖，保温层上部高出空心墩模板顶1.0 m，沿保温层顶覆盖一层棉被。空心墩箱内底部采用吊架铺盖棉被，保证热量不往下散失，使整个施工段形成一个密封的暖棚结构，在整体模板外形成一个密闭的空间，在篷布内采用蒸汽加热的方法提高模板外温度，提高蒸汽养护效果。蒸汽管道布设要做到合理实用，达到最佳养护效果。

液压爬模空心墩蒸养现场如图1所示。

图1 液压爬模空心墩蒸养现场

蒸汽养护要求高，投入大，施工期间要高度重视，专人24 h值班，控制养护棚内温度以确保养护效果，使混凝土施工质量满足要求。①施工技术准备工作。在施工前，组织有关人员认真学习蒸汽养护技术，并对施工人员进行技术交底，确保工程质量。②施工生产准备工作。蒸汽锅炉安装调试可以投入使用;蒸汽管道安装完毕;司炉人员必须持证上岗;测温点布设完毕。③蒸汽养护温度控制。混凝土浇筑后24 h内要确保蒸汽养护温度不低于10℃。④蒸汽养护期限。当混凝土内部自身能够产生水化热，混凝土强度达到5 MPa以上时，即可停止蒸汽养护。

2)温度的检测

在保温结构上均留置测温孔，用来检测混凝土养护温度，以检查养护措施的效果。检测混凝土温度时，测温计不应受外界气温的影响，并在测温孔内至少留置3 min。

施工中设专人负责测温工作，若发现温度变化异常，立即向有关人员汇报，以便及时采取措施，避免质量事故的发生。

3)混凝土强度的检测

以6#墩为例，蒸养7 d后实测混凝土回弹强度达到设计强度的80%～90%。