浅谈混凝土冬期蓄热法施工质量控制

韩非

【摘 要】本文主要结合四川省汶川至马尔康高速公路C5合同段工程中大、中桥部分结构物进行冬期施工时现场的情况，介绍混凝土在冬期蓄热法施工时从拌合、运输、浇筑及养护等各个环节和过程中影响质量的关键卡控因素，从中总结出混凝土冬期施工质量控制措施，以便在今后工程应用上得到推广，对高海拔地区混凝土冬期蓄热法施工具有借鉴意义。

【关键词】混凝土冬期施工 蓄热法 质量控制

1 引言

混凝土是构成工程实体的重要材料，其施工质量的好坏直接影响结构物的质量和使用寿命；但在高海拔地区寒冷气候条件下进行混凝土冬期施工，必须采取一定技术措施以保证工程质量，如蓄热法、蒸养法及暖棚法等施工方法；在选择施工方法时应依据实际施工条件、结构特点以及经济条件等加以综合考虑。蓄热法施工相比其他方法简单，不需要特殊的加热设备和养护设施，其施工原理是将除水泥以外的其他原材料预加热后获得一定初始热量再进行拌和，待混凝土浇筑后利用一定养护措施以降低热量散失速度，保证混凝土在允许受冻强度前达到抗冻能力。

本文主要结合四川省汶川至马尔康高速公路C5合同段工程中现场结构物的冬期施工情况，发现个别结构物冬期蓄热法施工中边棱隅角有轻微冻伤，事后分析原因为混凝土在养护开始前已经受冻，严重影响了混凝土的质量；由于该工程位于四川省汶川县境内，海拔较高冬季气候寒冷，依据施工实际情况和工期要求，桥涵结构物经常面临冬期施工；因此，结合往期冬期施工经验及施工规范要求，对混凝土拌合、运输、浇筑及养护等各个环节和过程进行分析找出关键卡控因素，从中总结出混凝土冬期蓄热法施工的质量控制措施。

2 冬期施工特点

冬期施工是指根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5d稳定低于5℃時混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及砌体工程的施工。

冬期施工期是质量事故多发期，长时间持续低温以及大的温差、强风、降雪和反复冰冻，给混凝土质量带来极大隐患。当室外气温降至0℃以下时，对混凝土中水的状态影响极大，一般游离水在-2℃时开始冻结，而水一旦结冰，水泥水化反应基本停止，此时混凝土强度也必然不再增长。同时，游离水及化合水体积因结冰而膨胀约8%～9%，在混凝土内部形成强大冰晶应力，当混凝土硬化强度低于冰胀应力时，混凝土内部结构因冻胀而破坏产生微裂隙和孔隙，严重影响了混凝土强度；待后期养护温度回升解冻后，虽然混凝土仍可继续硬化，但混凝土强度和耐久性将随受冻早晚及受冻情况造成不同程度的损失。

混凝土冬期施工的关键问题是如何解决冻结对混凝土正常硬化的影响，因此必须采取合理、有效的施工方法和技术措施以保证工程质量，其方法的选择除应根据工程类别、气象资料、材料来源和工期要求外还应通过技术、经济比较和热工计算确定；当室外最低温度不低于-15℃时，地面以下的工程或结构表面系数（冷却面积与体积的比值）不大于15m-1的工程，应优先采用蓄热法施工。

汶川地区进入十二月后日平均气温基本为1℃左右，混凝土工程应按冬期施工组织。

3 混凝土冬期蓄热法施工关键卡控因素

目前混凝土冬期施工质量问题依然较为突出，多表现为混凝土表层脱皮、裂缝及强度不足等质量缺陷，难以满足质量标准要求，甚至危及结构物使用安全。如何有效解决混凝土冬施突出质量问题非常急迫和重要，根据本工程近期现场结构物冬施情况结合往期经验及规范要求，通过收集资料及深入现场调查、讨论、分析，按混凝土施工五个工艺环节进行逐条研判和确认，形成了下列混凝土冬期蓄热法施工关键卡控因素及具体要求，对解决混凝土冬施现场普遍问题有一定的针对性、适用性、有效性，达到以现场关键卡控措施保证工程质量和提高施工工艺技术水平的目的。各施工工艺流程关键卡控因素及具体要求如下：

3.1 施工准备

⑴合理选择和安排冬施项目：根据年度计划和施工组织设计，确定冬期施工的工程项目；对大跨度拱桥、高架桥、隧道洞口附近及零小分散工程，不宜安排在冬期施工。

⑵准确掌握气象信息：通过收集工地气象台历年气象资料，并设置工地气象观测点，建立观测制度，及时掌握气象变化情况。

⑶编制冬施方案及技术措施并对有关人员进行技术交底和培训：施工前组织工人学习冬施方案及技术措施，经考试合格后方可上岗操作。

⑷配备齐全冬施物资：按冬施方案落实有关保温材料、防寒物资、能源和机具设备；保温材料选择应依据工程类型、结构特点及施工条件来确定，需选择导热系数小、密封性良好、重量较轻且足够干燥的材料。

⑸正确选择原材料：

①水泥选择：优先选用活性高、水化热大的普通硅酸盐水泥；当选用其他水泥时应注意其对混凝土抗冻性及抗渗性的影响。②骨料选择：细骨料选用质地坚硬的中砂且含泥量小于3%；粗骨料中严禁含有风化颗粒且含泥量小于1%。③外加剂选择：选用具备高效减水、降低冰点、良好早强作用且对钢筋无腐蚀的外加剂，确保混凝土在较低温度下水化反应能持续进行，保持混凝土强度不断增长，在短时间内达到允许受冻强度。

⑹设计专用配合比：选用较小的水灰比和较小的坍落度；当混凝土掺用防冻剂时其试配强度应较设计强度提高一个等级。

3.2 混凝土拌和

⑴确定水及骨料加热温度：

①应按热工计算和实际试拌确定满足混凝土浇筑需要的加热温度。首先应对水加热，其加热温度不宜高于80℃；当骨料不加热时，水可加热至80℃以上，但应先投入骨料和以加热的水，拌匀后再投入水泥；当加热水尚不能满足要求时，可将骨料均匀加热，其加热温度不应高于60℃；②水泥不得直接加热，宜在使用前运入暖棚内预热。③当混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，应重新调整拌合料的加热温度。

⑵保证骨料质量：不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物资；施工时派专人检查清理骨料冻块。

⑶确保拌合设备温度：拌制设备宜在气温不低于10℃的厂房或暖棚内，施工中随时检查棚内温度。

⑷延长混凝土搅拌时间：宜较常温施工延长50%，拌合站中控室派专人盯控。

3.3 混凝土运输

混凝土的运输容器应有保温设施；运输时间应缩短，并减少中间倒运。

3.4 混凝土浇筑

⑴做好浇筑前检查：混凝土浇筑前，应清除模板及钢筋上的冰雪和污垢；当环境气温低于-10℃时，应将直径大于或等于25mm的钢筋和金属预埋件加热至正温。

⑵重视施工缝处理：新旧、混凝土施工缝按规范清理；当旧混凝土面和外露钢筋（预埋件）暴露在冷空气中时，应对距离新、旧混凝土施工缝1.5m范围内的旧混凝土和长度在1.0m范围内的外露钢筋（预埋件），進行防寒保温。

⑶合理分层加强振捣：混凝土应采用机械振捣并分层连续浇筑，分层厚度不得小于20cm。

3.5 混凝土养护

⑴确保养护开始时温度：混凝土开始养护时的温度应按施工方案通过热工计算确定，但不得低于5℃，细薄截面结构不宜低于10℃；过程中安排专人进行测温，及时发现问题按冬施方案采取相应技术措施。

⑵保温措施有效可靠：所采用的保温措施应使混凝土温度下降到0℃以前达到规范规定的强度；混凝土浇筑成型后，应立即防寒保温；保温材料应按施工方案设置，并保持干燥；结构物边棱隅角应加强覆盖保温，迎风面应采取防风措施。

⑶拆除模板和保温层规定：

①当混凝土已达到规范强度要求，并符合规范中抗冻强度规定后，方可拆除模板。②混凝土与环境的温差不得大于15℃；当温差在10℃以上，但低于15℃时，拆除模板后的混凝土表面宜采取临时覆盖措施。③采用外部热源加热养护的混凝土，当养护完毕后的环境气温仍在0℃以下时，应待混凝土冷却至5℃以下后，方可拆除模板。

3.6 混凝土质量检查

除应按常规混凝土施工要求进行检查外，还应进行下列质量检查：

⑴检测水、外加剂及骨料加入搅拌机时的温度，以及混凝土拌制、浇筑时环境温度，每一工作班至少检测4次。

⑵混凝土养护温度的检测次数：在养护期间至少每6h检测1次；室外气温及工地环境温度应每昼夜定时、定点观测4次。

⑶混凝土养护温度的检测方法：在结构的隅角、突出、迎风和细薄部位应均匀留置测温孔，孔深可根据养护方法及结构尺寸确定，蓄热法养护时测温孔应设在易于散热的部位；测温孔应编号并绘图；检测混凝土温度时，测温计不应受外界气温的影响，并应在测温孔内至少留置3min；以上检测应安排专人负责并均应记录。

4 质量控制措施

本工程依据规范要求和施工总体安排确定了冬期施工项目，分别为E匝道第二联现浇梁、桃坪特大桥0#桥台及2#、4#墩柱，结合实际情况及环境条件制订并编制了详细的施工计划及专项施工组织设计；但由于冬期施工计划性和时间性强，技术要求复杂，准备时间短，安排部署不统一，责任未落实到人，各级作业人员重视程度不够，片面追求进度，施工中仍出现了一些质量问题和隐患。通过对上述结构物冬期施工全过程调查分析和现场确认，发现了一些发生频次较多或现场难以控制直接影响施工质量较为突出的问题，必须进一步强化冬期蓄热法施工质量控制措施方能有效管控问题的发生。主要有以下四个方面：

⑴浇筑设备单一，速度慢。

产生原因：浇筑受吊车起吊速度影响大，使混凝土在浇筑过程中热量损失大。

控制措施：优化施工方案，结合施工实际情况，选择经济、合理的浇筑设备；加快混凝土浇筑速度，缩短混凝土暴露时间。

E匝道现浇梁施工作业范围大、混凝土厚度小，存在钢筋密、热损失大等特点，应快速浇筑混凝土，质量才有保证；现场采用混凝土输送泵车浇筑、混凝土罐车运输，并在原有1台泵车、3台罐车基础上，增加至2台泵车、10台罐车以提高浇筑速度。

桃坪特大桥0#桥台为大体积混凝土施工，混凝土方量大、台身高度较低，模板为竹胶板且散热慢，作业范围集中，混凝土运输距离短，现场采用吊车浇筑。

桃坪特大桥2#、4#墩柱虽为大体积混凝土施工，但模板采用定型钢模，墩身较高、散热快，结合浇筑地情况，现场搭设暖棚，煤火、热风炮“双管齐下”，保证棚内温度在10℃以上，采用吊车浇筑和罐车运输；同时利用冬季枯水期在河道中修筑临时便道，比已往运距缩短一半以上，大大提高了浇筑速度。

⑵运输设备保温效果差。

产生原因：由于受现场地形条件所限，致使混凝土运输距离远，而当地运输设备也未采取保温设施，混凝土暴露时间长，温度下降快。

控制措施：运输设备安装保温设施，混凝土在运输过程中热量损失在2℃以内，混凝土罐车穿“暖衣”。

为使混凝土在运输过程中的热损失最小，采用了大容量的混凝土罐车，且尽量缩短运输距离，减少转运次数，运至施工地点后随即浇筑；针对混凝土罐车保温效果不理想情况，研究决定对所有罐车罐体加装皮制防寒保温套，以加强罐车保温效果；现场对搅拌出机温度和每一罐车混凝土出罐温度进行测量，热损失在2℃内，满足施工规范要求。

⑶施工方案不合理，技术措施不得当。

产生原因：依据施组和以往施工经验，编制的冬期施工方案和技术措施，虽得到了甲方和监理的认可，仍存在对问题考虑不全、不合理的地方，对施工作业有直接影响。

控制措施：深入施工现场调查，结合实际情况，集思广益，优化出具体、可行的施工方案和技术措施，正确指导施工。

对施工方案不合理和技术措施不得当之处，深入施工现场调查，向有经验的工人师傅请教，采纳多方意见，逐一分析、解决、落实，在优中择优，得到合理、具体、可行的施工方案和技术措施，以确保混凝土冬期施工保质、顺利完成；在原混凝土施工技术措施基础上，又增加了以下措施：