-22℃严寒环境下砼结构冬期施工综合技术

2015-07-12周可璋卢宁周浩

四川水泥 2015年2期

关键词：暖棚蒸汽保温

周可璋卢宁周浩

(中建八局第四建设有限公司，青岛 266071)

-22℃严寒环境下砼结构冬期施工综合技术

周可璋卢宁周浩

(中建八局第四建设有限公司，青岛 266071)

本冬期施工综合技术，是以改善混凝土表面的环境温度，降低钢筋初始温度，使混凝土在抗冻临界强度到达之前，使其始终处于常温状态养护为理论基础，采用蒸汽机对钢筋预热，暖风机、焦炭炉、电伴热等多种加热措施相结合的方式，解决了长期以来-20℃以下的超低温环境下进行混凝土结构冬期施工的难题。

严寒超低温冬期施工预热

1 前言

在我国北方地区，冬期施工非常普遍，但一般都是在初冬和初春时期，室外最低气温在-10℃左右的情况下，商品混凝土搅拌站和施工企业才有把握进行冬期施工，但是如何在-15以下的超低温状态下进行冬施，一直是许多施工企业面临的难题。

经过多年的施工经验积累和总结，在室外气温不高于-10℃时，采用常规施工技术可以有效解决冬期施工问题，但当室外温度长期保持在-15℃的环境下时，不仅需要考虑混凝土抗冻临界强度的问题，还需要解决钢筋在严寒环境下“滴水成冰”的问题。众所周知，钢筋的导热系数较高，长期处于严寒环境下，钢筋自身的温度与室外温度基本相同，当混凝土与钢筋接触的一刹那，钢筋表面会立即形成一层冰膜，此层冰膜随着混凝土内温度向钢筋传递，逐渐融化，变成一层水膜，此时混凝土的振捣工作早已结束，无论水膜是否在混凝土水化热过程中消耗完毕，都将大大影响钢筋与混凝土协同工作的效果，甚至会导致重大结构安全隐患。

2 基本原理

混凝土在进行水化热的过程中时，拌合物中的游离水分子极易受冻结冰，体积膨胀，使未达到抵抗强度的混凝土受到破坏，从而大大降低混凝土的最终强度，影响结构安全。采用增加外来热源的原理，提高混凝土周围的环境温度，使混凝土在强度增长初期处于常温状态，以达到工程质量的要求。

2.1采用先进的蒸汽设备，在混凝土浇筑前将钢筋进行预热处理，提高钢筋的自身温度，解决混凝土与低温钢筋接触后出现瞬时受冻的隐患；

2.2 水平结构上表面采用“保温覆盖+热空气”的养护工艺，阻断冷空气与混凝土的接触，避免砼上表面受冻；

2.3 水平结构下表面采用火炉加热空气的工艺，利用热空气上升的原理，提高结构下表面的环境温度。由于本工程结构为10m高支模体系，且空间大，在地面上进行加热，热空气上升过程中热能损失较大，所以采取在板下搭设操作平台，将火炉位置提升，提高了加热效率，降低能耗，防止砼板下表面受冻。

3 综合施工技术

3.1施工准备

（1）工序验收准备

钢筋、模板经监理单位验收合格，同意隐蔽。

（2）冬施施工准备

1）施工楼层下方，采用2层五彩布或塑料布将施工段四周全部封闭，以隔绝室外冷空气。

2）距施工楼层下方3m处，搭设操作平台，放置火炉及焦炭。

3）焦炭炉提前12小时点燃，室内温度达到5℃以上。

4）暖棚马凳已固定完毕，热风机检查完毕可正常工作。

5）蒸汽机检查完毕可正常工作。

6）覆盖保温材料及塑料布数量充足。

7）测温点布置正确，符合规范要求。

3.2 混凝土搅拌及运输

（1）搅拌站选择

选择具有冬施条件和冬施经验的搅拌站，搅拌站必须具备如下条件：

1）搅拌站应设置大型暖仓，仓内设置加温设备，砂子、石子均应在暖仓中分类堆放，仓内设置有地热或散热器或蒸汽，可对砂石骨料进行加热处理，保证砂石的入罐温度在5℃以上。

2）具有不小于1.05MW热功率的锅炉两台，可对搅拌用水进行加热。

3）搅拌设备及输送热水的管道均应进行保温处理。

4）实验室技术力量强，有冬施经验，能配置合格的防冻混凝土。

（2）混凝土搅拌

1）首罐混凝土搅拌前，应用蒸汽预热搅拌机，砂石料入仓时，应在仓口设置15cm的过滤筛，防止受冻结块的砂石料进入搅拌罐，补进的材料须在仓内保温一天以上，骨料应清洁，搅拌时不得含有冰雪、冻块。

2）水泥采用水化速度较快的硅酸盐或普通硅酸盐水泥，防冻剂采用具有早强、减水、防冻、增强、阻锈等功能的复合型外加剂，防冻混凝土的搅拌应较常温下延长1～2min，水胶比应控制在0.35以内，塌落度应控制在180±20mm。其拌制投料顺序是：骨料、热水,然后再投入水泥、外加剂。

3）控制混凝土出机温度≥15℃、入模最低温度≥5℃，拌制用水加热处理，水温控制在50～60℃之间，严禁超过80℃。

（3）混凝土运输

冬施的混凝土运输宜选择体量不大于10m³的运输车，车体包裹保温被，车辆调度应根据现场浇筑速度确定，防止运输车在现场停留时间过长。

3.3钢筋预热

由于钢筋长时间裸露在室外，钢筋自身温度等同于室外温度，低温钢筋遇到混凝土后，钢筋表面会即刻形成一层薄冰层，且瞬时间钢筋周围的混凝土会出现局部受冻，随着钢筋和混凝土之间的热交换的完成，薄冰层慢慢融化，但钢筋周围的混凝土强度已遭到冻害，其钢筋-混凝土共同工作的关系受到破坏（握裹力降低），给结构安全带来巨大隐患。

图1 蒸汽机

在混凝土浇筑时，采用蒸汽机（图1）对钢筋进行预热处理。蒸汽机可接出两条或多条喷射管，随混凝土的浇筑向前推进预热，水蒸汽温度达100℃，钢筋导热系数高，蒸汽可在短时间内可迅速提升钢筋温度。钢筋预热需要一个过程，经试验数据得出，蒸汽需要停留 10s以上，方能将钢筋温度提升，因此，混凝土浇筑速度不宜过快，且每台布料机处宜配置2条喷射管，以便加大预热面积及加快预热速度。以下为现场用蒸汽预热钢筋图片（见图2、图3）

图2 蒸汽预热照片-1

图3 蒸汽预热照片-2

3.4 混凝土浇筑

1）混凝土在浇筑前应 100%测试混凝土的坍落度与出罐温度，坍落度实测值宜为180±20mm，出罐温度不得低于10℃，做好测试记录。

2）冬期施工混凝土的浇筑时泵管和混凝土泵应采取保温措施，泵管的保温采用橡塑海棉进行包裹覆盖，外部再用麻袋片缠绕进行保护，混凝土泵应搭设防风保温棚，以减少热量损失。

3）混凝土浇筑应由一个方向逐步推进浇筑，不得遍地开花式浇筑，浇筑与抹压、覆盖工作紧密交替进行。

4）分层浇注厚大的混凝土时，已浇注层的混凝土温度在未被上一层混凝土覆盖前不应低于2℃。采用加热养护时，养护前的混凝土表面温度不得低于2℃。若混凝土表面温度接近2℃时，应采取补偿热量措施，增加蒸汽设备，在混凝土表面喷射蒸汽，隔绝冷空气对砼的影响，同时可为砼补充热量。

表1 混凝土防冻要求

3.5 混凝土加热养护

（1）高支模结构下部采暖

利用热空气上升的原理，采用焦炭炉对板下空气加热，使热空气不断悬浮在梁板结构的下部，保证梁板下方的环境温度等同于常温状态，从而避免混凝土下表面受冻。

采用双层五彩布或塑料布将施工段的四周封闭严密，并与支撑架体按照2m间距绑扎牢固，封闭位置距离后浇带或施工缝2m，以保证板边缘处于加热范围内。其次，在距离结构板下3m处搭设操作平台和施工通道，操作平台及通道采用50mm厚木制跳板铺设，通道宽不小于800mm。

焦炭炉按照1个/30m2且保证每个轴网区格内不少于2个火炉布置，焦炭炉应焊制吊钩，悬吊距离操作平台大于200mm并与架体固定牢固。混凝土浇筑之前，应提前12h小时将火炉点燃，并选择最不利的位置测量室内温度达到5℃以上时，方可进行混凝土浇筑。高支模冬施示意图见图4。

（2）高支模结构上部采暖

由于室外气温低于-20℃，仅靠混凝土自身的水化热温度已无法保证混凝土不受冻。因此需要增加热源辅助混凝土完成强度增长。

利用暖风机向板面输送热风的方式，隔绝室外冷空气。措施：在楼板上按照2m*3m间距设置500mm高钢筋马凳，马凳纵向用普通钢管搭设，形成纵向背楞，背楞上方铺设一层塑料布，使形成一个小暖棚。暖棚内按照 6m间距蛇形布置Φ305mm的暖风管，暖风管每隔2m开设一个Φ50mm圆洞，使热风能均布吹入棚内。暖棚剖面示意见图5，暖风管平面布置示意见图6。