论混凝土浇筑的施工技术在市政公路桥梁冬季施工中的应用

丁伟 黄媛

浙江省建投交通基础建设集团有限公司 浙江 杭州 310000

引言

进入冬季之后，由于气温下降至0℃以下，导致路桥施工作业面极其容易结冰打滑。不仅如此，施工人员穿着较厚的衣物，导致动作变得相对迟缓，在作业期间很可能无意识碰触到施工面、设备等，进而造成伤损。总体而言，公路桥梁冬季施工中面临诸多困难。比如在混凝土浇筑施工中，除了上述基本难题之外，还必须重视温度问题，否则极有可能导致混凝土浇筑体内部出现大量裂缝，严重影响路桥工程质量。

1 市政公路桥梁冬季混凝土浇筑施工面临的困难简析

1.1 混凝土配比方面的变化

混凝土浇筑施工是指将混凝土浇筑入模，直到完成塑化（凝固）的过程。在浇筑混凝土之前，首先需要完成混凝土的配合比设计。其中的主要内容包含水泥、砂砾（细砂和石子）、其他集料、外加剂（减水剂、膨胀剂等）。其中，砂砾的配比一般较为恒定，即使因为外界温度出现变化，也不会进行较为明显的调整。需要重点计算并调整的物质含量为水分含量以及外加剂的添加量。比如减水剂的主要性能为：是一种在维持混凝土坍落度不变的情况下，减少拌和用水量的物质。加入混凝土拌合物后，能够有效分散水泥颗粒，在改善工作性的同时，减少单位用水量。但在冬季，由于外界温度会降到0℃以下，故混凝土的凝固时间也会发生变化（极有可能出现混凝土内部一部分水结冰、一部分水不结冰的情况。而两部分的水化速度差异会造成很多不良影响）。因此，水分含量和外加剂的具体剂量也需随之调整，否则便会提高混凝土浇筑体内部出现裂缝的概率。此即为混凝土浇筑施工技术应用于市政公路桥梁冬季施工中面临的第一个困难。

1.2 温度对混凝土强度的影响

上文提到，混凝土浇筑完成后，在逐渐凝固的过程中会出现水化作用（主要发生于水泥），而该过程的质量决定混凝土浇筑体的内部构造。具体而言，如果混凝土内外温度都处于较高水平且内外温差不大，则内外凝固时间会趋于同步。此种情况是混凝土浇筑体的理想凝固状态。在夏季，只需适当提高浇筑体的外部温度（内部温度原本便较高），便可将内外温差控制在较小的范围内。在冬季，外部温度过低（内部温度同样较高），无论采用何种方式，浇筑体外缘区域的水泥水化速度都会明显下降，导致强度的增加速度十分缓慢。除此之外，还有一个十分危险的情况——一旦在混凝土凝固的过程中出现了“虚假硬化”，即混凝土浇筑体的硬度提升并不是水化作用的正常进展，而是水分被冻结成冰，则再一段时间内，浇筑体的硬度达到了施工要求，但随着冰融化成水，硬度便会下降。在此种“反复冻融”的过程中，混凝土结构的强度必定会受到严重的影响，甚至导致路桥面完全无法承载应力。

综上所述，在混凝土浇筑技术应用于路桥冬季施工时，需重点考虑混凝土的配比及温度控制问题，全面保证路桥混凝土浇筑体质量安全。

2 市政公路桥梁冬季施工中的混凝土浇筑施工技术的应用要点

2.1 基于工程所在地实际情况，精确计算混凝土配合比

常规情况下，市政公共路桥梁冬季施工中的混凝土主要材料构成为：第一，水泥，选择商品P·S32.5矿渣硅酸盐水泥，且需重点检查是否有产品质检合格证以及复试报告。第二，砂砾，其中的砂应为细砂，混凝土强度如果低于C30，则含泥量最大值不得超过5%；混凝土强度高于C30时，含泥量最大值不应该超过3%。石子方面，粒径控制区间应该在16～30mm之内，且混凝土强度低于C30时，含泥量最大值应控制在2%以下，高于C30时应该控制在1%以下。在冬季施工时，技术人员需要充分收集工程所在地历史同期的温度变化情况，并对不同混凝土配比方案产生的效果进行综合评估。需要注意的具体事项为：第一，结合路桥施工的具体要求，如路桥投入使用后，额定承载载荷会达到什么级别，对混凝土浇筑体提出什么样的要求，只有明确这些限制条件，在混凝土配比方面才会得出更加准确的结论。第二，在商品混凝土、集料、外加剂等运抵施工现场之后，技术人员应首先进行试验，并通过计算机智能软件开展模拟。比如在桥梁混凝土桥面施工之前，技术人员应该将桥梁的长度、宽度、混凝土层（包含防水粘接层、铺装层等）的厚度等输入进智能软件中，在确定低温变化范围之后，由软件系统自主模拟混凝土浇筑完成后，各区段水化作用的流程，确定各区域浇筑体的内外温差。根据这些结果，制定混凝土配比调整方案。第三，以混凝土桥面防水粘接层为例，作为桥面聚合物混凝土铺装结构的重要组成部分，防水粘接层中使用什么样的材料至关重要。如单组分聚合物GW-SL911M在20℃环境下的黏度为5000cps，保持温度不变，空气湿度如果在50%～60%之间，则固化速率为每天1.5mm。如果在春末、初夏、初秋等季节施工时，则上述材料可直接使用，完成防水粘接层的铺装之后，可直接浇筑混凝土。但在冬季施工时，技术人员必须考虑环境温度降低至0℃以下（如果工程所在地在我国北方，则还要进一步检验室外环境温度达到-20℃时，材料的各项性能）。总体而言，市政路桥冬季施工期间，如果使用混凝土浇筑技术，在原材料配比方面，除了水泥、砂砾、外加剂等基本原料之外，还需考虑防水粘接层、铺装施工过程中有关材料的性能及配比情况，否则，整体施工必定存在严重的缺陷，会导致路桥质量受到极大影响。

2.2 混凝土浇筑冬季浇筑作业期间的注意事项

我国有关部门出具的冬季混凝土路桥（面）施工的指导文件中提到：当室外昼夜平均气温连续5天低于5℃，便应当视为“冬季”。由此可见，“冬季”并不是指正常的时令变化，而是以实际温度为主。除此之外，即使在“冬季”，气温也可能在短时间内出现重大变化，进而对混凝土路桥（面）造成冻害。基于此，在冬季进行路桥（面）混凝土浇筑作业时，需注重温度控制。具体而言：第一，原材料方面。砂石、商品混凝土等原材料运抵施工现场的过程中（从出厂开始），需使用一层毡布，或是军用帆布盖在材料上方，达到保温的目的。在施工现场存储时，原材料之外必须盖一层塑料棚，可有效隔绝冷空气的入侵。如果工程所在地自然条件十分恶劣，在必要的情况下，在棚内还可以使用暖炉，避免原材料在低温环境下出现团块、结冰的情况（针对近期需要使用的砂石料更应特别注意）。第二，如果工程所在地在我国北方，还应关注砂厂的运营规律。如相当数量的砂厂在冬季会选择关闭，故如果路桥工程共模较大、跨度长，则应注意提前储备足够的砂石，确保冬季混凝土浇筑作业的需要。第三，冬季进行混凝土配比时，水洗碎石的作业必须提前进行，水洗后必须立刻使用一层军用帆布进行覆盖保温（但在此之前应该重点检验是否存在冻块）。第四，水洗料的进度应该加快，且还需做到“多储备”，防治冬季气温进一步下降时出现冻块结冰的情况，影响混凝土的整体质量。

冬季拌和混凝土时，应按照以下流程进行：第一，外加剂的添加。需在混凝土拌和站附近搭设一个小型暖棚，且棚内最好采取火炉取暖的方式，严格控制温度在10℃以上，目的在于防止外加剂受冻。第二，加热水的方法可采用电热法、火炉或锅炉烧热水勾兑法、蒸汽加热法，要求热水温度控制在60℃～80℃，热水容器必须满足施工构件的用水量2倍方可开始施工。第三，混凝土搅拌过程。①首先使用热水或是蒸汽，对搅拌机进行全面冲洗，使搅拌机的温度升至10℃。这样做的目的在于，能够降低混凝土搅拌期间损失的热量。②混凝土搅拌整体分为两个阶段，首先应该投入粗细骨料和水，搅拌均匀后加入水泥、外加剂，进行第二次搅拌。全部拌和时间控制在4.5～5min之内。由于冬季施工时，混凝土浇筑体的坍落度损失相对较低，故用水量无须过高，可适当降低。第四，为保证混凝土拌和质量，需注重对混凝土拌和站温度的监测。具体的监测内容分别为水温、混凝土出机温度、室外环境温度，均需有专人负责记录。

混凝土拌和完成至运抵施工现场的时间应尽可能短，且混凝土罐应用保温材料全封闭包裹，并采用少拉多跑的运输方式，安排专人负责施工现场和拌和站的联络，尽量做到施工点不押车，路上不堵车，使混凝土温度散失降到最低[1]。

冬季路桥（面）混凝土浇筑期间的注意事项为：第一，浇筑前，需要对模板、钢筋上可能存在的积雪、污垢等进行全面清除，之后需要对模板、钢筋等进行预热（至少需要升温至5℃以上），之后才能进行浇筑。如果针对某些特殊施工区域，涉及混凝土灌注作业时，则至少需要升温至10℃以上。在冬季，每天中午12时～下午2时时间段内，光照强度最大，故混凝土浇筑应尽量在该时间段完成（但遇到大风、雨雪天气时不应浇筑）。第二，浇筑期间，应遵循“一边浇筑、一边覆盖”的原则，即浇筑完一段包裹一段。此外，用于覆盖在混凝土浇筑体上方的毡布、军用帆布等物品，与混凝土浇筑体之间应该保持一定的距离，至少应该形成可供人工进入其中，完成收面、压光、刷毛作业的空间。

如果路桥工程所在地区冬季的自然气候恶劣程度较高，则在混凝土正式浇筑之前，还需制作混凝土试块，通过对试块的性能进行分析并认为质量达标之后，才能正式开始混凝土浇筑作业。具体而言：非预应力砼时，同条件试块不少于2组（一组控制抗压强度是否达到70%，一组备用，预应力砼时，同条件试块不少于3组（一组控制抗压强度是否达到100%，剩余两组试块备用）[2]；压浆时，同条件试块不少于2组（一组控制净浆抗压强度是否达到100%，满足设计强度100%并且蒸养不少于3d后可撤除蒸养设备移梁吊装，一组备用）。标准养护试件数量按规范要求执行。碍于冬季施工条件限制，外界温度急骤变化，容易促使原材料出现结团或被冻结等情况，制作混凝土试块目的是帮助施工人员掌握混凝土实际性能，避免正式浇筑作业期间发生不必要的问题，而影响后续施工顺利进行。一般情况下，需要根据混凝土工程量来确定试块留置数量，不同强度等级的混凝土均要留置同条件养护试块，为后期评定混凝土强度提供参考指标，具有足够代表性，将混凝土强度及其他力学性能如实反映，从根本上保证混凝土浇筑作业质量。

2.3 公路桥梁冬季施工中的混凝土浇筑技艺选择

2.3.1 全面分层法。此种方法的原理为：从路桥（面）的“短边”开始，逐渐沿着长边方向进行浇筑。具体要求为，在逐层浇筑的过程中，第二层混凝土必须在第一层混凝土初步凝结前完成浇筑。否则很有可能造成浇筑体内外温差较大，导致内部出现大量裂缝，影响浇筑体的整体强度。此种混凝土浇筑技艺适用于路桥（面）平面尺寸较小的工程，不适用于规模大的工程[3]。

2.3.2 分段分层法。大规模路桥（面）混凝土浇筑工程适合采用分段分层浇筑法，其混凝土层的结构特点为，结构物的厚度不大但总长度、总面积较大。在浇筑作业期间的注意事项为：第一，针对水平施工缝进行处理时，应注意清除浇筑体表面的浮浆、软弱的混凝土层以及松动的石子，并使粗骨料均匀露出。第二，针对上层混凝土进行浇筑之前，必须使用压力水，对下层混凝土浇筑体表面的杂物进行清除，之后对表面进行湿润处理，但不能有积水。第三，对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施。

3 结束语

综上所述，在冬季进行公路桥梁混凝土浇筑作业时，技术人员必须首先收集工程所在地历史同期的温度、湿度、天气变化等参数，对混凝土配比、运输、拌和、存储、浇筑期间面临的诸多困难做好预估，制定完善的应对计划。在此基础上，还应根据路桥混凝土工程的规模，选择合适的混凝土浇筑技艺（全面分层法、分段分层法等），从而保证混凝土浇筑顺利完成，无论在施工期间还是后续投入使用后，都不会出现水化作用等因素而导致的裂缝，保证施工质量。