西北高寒高海拔地区墩柱混凝土冬季施工技术

马才良 胡守浩

摘要：本文介绍了在西北高寒高海拔地区冬季极低负温、大温差、干燥条件下进行野外墩柱混凝土施工的温度控制技术，通过采用气膜养护系统对墩柱进行全封闭以及温湿度自动化控制，从而控制混凝土与外部环境的温差，进行蒸汽养护，可有效控制温度及干缩裂缝产生，保证了极端气候条件下墩柱混凝土的施工质量。

关键词：高寒高海拔;极低负温;气膜养护系统;温湿度自动化

1.引言

工程中冬季混凝土的保温养护主要包括覆盖棉被、土工布、养护棚等方法，而保湿养护则主要采用人工不定时洒水、热水蒸汽的方式。西北高寒高海拔地区气候干燥、多风，冬季日均温度在-5℃以下，极端天气可达到-25℃以下的负温，昼夜温差达20℃以上，上述养护方法不仅受限于人工，而且养护温湿度不可控，养护效果不理想，且养护棚受到其自身规格和框架的限制，对体积尺寸超过其承载能力的构件无法进行养护，同时养护棚移动困难，不适宜在西北高寒高海拔地区极端气候及施工地型复杂的区域使用。

西北高寒高海拔地区墩柱混凝土冬季施工对于温度及湿度控制有较大挑战性，其冬季施工主要需要解决难题和控制要点如下：

（1）野外墩柱混凝土冬季施工需要對搅拌水、胶凝材料、粗细集料等混凝土原材料采取保温措施，同时还需要对混凝土拌和、运输、浇筑等全过程实施加热保温，以确保混凝土出机温度及入模温度满足要求。

（2）外界为极低负温、大温差、干燥环境，采用何种保温、保湿方式保证混凝土温湿度是关键。

（3）墩柱混凝土养护周期长，如何保证全过程的温湿度监测、控制。

2.基本原理

1）一般原理

混凝土的强度只有在正温养护条件下，才能持续不断的增长，但温度升高时，水化作用加快，混凝土的强度也加快增长。当温度低于0℃时，混凝土内部水凝结成冰，水化作用减慢或停止，强度增长也随之较慢，结冰时产生的冰胀应力值往往大于混凝土内部初期强度值，使混凝土受到破坏而降低强度。此外，冰棱融化后，又会在混凝土内部形成大量空隙，从而降低混凝土的密实性及耐久性。在冬季混凝土施工中，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，保证混凝土从制拌运输到浇筑养护全过程中其内部结构温度及外部环境温度不低于5℃，是保证混凝土质量的关键因素。经比选，通过对搅拌用水、砂石料的加热拌和、运输过程的保温、外部气膜封闭养护等组合工艺，可有效控制墩柱混凝土施工环境温湿度，使混凝土早期强度快速增长，防止负温及大风影响产生温度及干缩裂缝。

2）技术思路

①通过对混凝土原材料及拌和空间进行全封闭保温及加热升温，保证混凝土出机温度>10℃;

②采用保温篷布运输车罐体进行包裹，混凝土浇筑前采用气膜进行包裹、封闭，并采用增温系统提前预热，保证浇筑及养护环境温度>5℃;

③采用自动化温湿度监控技术，对养护全过程进行增温、增湿。

3）技术目标

根据《建筑工程冬季施工规范》要求，同时结合工程特点，对墩柱混凝土冬季施工采取多重温控养护措施，选择在全天最高温度时段浇筑墩柱混凝土，使混凝土满足如下技术指标：

①混凝土强度未达到设计强度90%以前不得受冻。

②混凝土出机温度>10℃，入模温度>5℃。

③浇筑和养护环境温度>10℃;墩柱混凝土芯部、表面、环境三者间温差<25℃。

3.施工步骤与方法

3.1原材料保温措施

①搅拌用水加热措施

拌和站储水池内衬、覆盖保温板进行保温，通过蒸汽锅炉将搅拌用加热至65℃～85℃，投料顺序按照热水投放→粗细骨料投放拌和→水泥投放拌和进行调整，避免水泥和热水直接接触。

②粗、细骨料保温措施

料仓搭设全封闭轻钢料棚，棚顶设置隔热层，地面敷设地暖，料仓内采用火炉加热，保证料仓内砂石料温度>5℃，防止雨雪进入造成砂石料受冻结块。

③胶凝材料的储存措施

水泥、粉煤灰采用储料罐进行全封闭储存，外加剂搭设专用封闭彩板房，房内采用暖风机升温，防止雨雪进入而导致材料性能破坏或者产生受冻结块。

3.2混凝土搅拌及运输

①上料仓与料仓大棚连接为一体，采用同样的方式进行封闭、保温，仓体上安装暖气片单元进行材料升温，拌和仓采用彩板房全封闭，仓内设置暖风机加热，多重措施从减小混凝土拌和过程中热量的散失。

②拌和用水经过加热后先行投入，然后投入粗细骨料和热水进行拌和，待混合料温度恒定且<60℃时，投入水泥、粉煤灰、外加剂等胶凝材料进行拌和，拌和时间延长至1.5倍。

③使用保温篷布将混凝土运输车罐体进行包裹，当班首车运输前先加入热水对搅拌缸及运输车罐体进行预热，减少出机混凝土热量的损失。

④合理规划运输线路，安排专人指挥交通，根据运输距离及浇筑速度，调配混凝土混凝土生产、运输速度，保证混凝土现场等待时间<15min。

3.3气膜养护系统设计安装

①、气膜养护系统设计

气膜式保温保湿养护包括养护气膜、超声雾化装置、温湿度控制单元和增湿充气装置，如图 1所示。

养护膜单元材质为聚酯纤维，四周黏附便于拼接、拆卸的粘结构件，养护膜单元可以根据混凝土构件的形状和体积，拼接成相对应形状和体积的养护气膜，养护完成后可将养护气膜拆解，养护膜单元不易损坏，利于循环使用;养护膜设置在养护构件的表面上，并与墩柱的表面形成密闭空间，通过充气装置向密闭空间内充入养护气体，形成养护气囊。

温湿度传感器可在养护期间实时监测气膜内环境的温度、湿度;增温增湿与充气复合装置由增温、增湿和充气装置组合而成，可根据气膜内环境的温度、湿度实时情况和构件养护所需的温度、湿度，进行调节、控制以满足构件养护的条件。

为确保混凝土浇筑及养护全过程 温湿度得到及时检测及调整，减少人为测量误差及劳动力的投入，降低管理难度，采用新型“混凝土温湿度监测及控制一体化系统”，通过云箱及手机APP，对监测温湿度实时反馈，通过调节增温、增湿装置保证达到各项技术指标，如图3所示：

②、气膜养护系统安装及运行

步骤1：将养护膜按照单元组装成整体，设置于养护构件的表面，将养护构件进行封闭，表面形成密闭空间;

步驟2：首先将充气装置的输出端通过充气管道与养护气囊的进气端连通，然后将增温增湿装置的输出端接入充气管道，向密闭空间内充入养护气体，使其形成养护气囊。调节充入密闭空间的气体的温度与湿度。

步骤3：通过传感器单元与数据线、数据云端，实时检测养护气体的湿度信息与温度信息，并根据检测到的湿度信息与温度信息，调节所述养护气体的温度与湿度，使所述养护气体的湿度和温度分别维持在设定的温度范围与湿度范围。

4.结论

在对混凝土原材料、拌和、运输升温、保温的基础上，通过气膜养护系统对混凝土浇筑、养护的全过程进行封闭保温，同时通过采用远程温湿度监控系统，可实时掌握各部位温湿度变化，避免人为因素干扰，减小误差，有针对性地对温湿度进行调节控制，更加精准的实现温控目标。

该技术在西北高寒高海拔地区冬季极低负温、大温差、干燥条件下的实际应用过程中，有效的降低了墩柱混凝土温度裂缝及干缩裂缝的产生，能够对墩柱混凝土进行较好的养护，还能够使混凝土构筑物的强度、抗渗性和抗裂性达到理想的状态。实践表明，该施工技术具有较强的可操作性，具有良好的实施效果，其施工经验对同类地区、同类环境下的工程施工具有较大的指导和借鉴意义。

参考文献：

[1]  黄黎明.西北严寒地区承台大体积混凝土冬季施工温控技术.《甘肃科技》2019年10期

[2]  候鹏.梁场拌合站冬季混凝土生产施工优化技术研究.《建筑工程技术与设计》2015年35期

[3]  李永升 秦汝宾.混凝土养护工艺调查研究.《城市建设理论研究（电子版）》2015年3期

[4]  李怀宝. 议混凝土工程冬季施工的方法.《城市建设理论研究（电子版）》2013年33期

（作者单位：中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司）