穿黃北區工程現澆混凝土冬季施工措施初探

崔慶瑞，梅傳書，劉衍杰，李 輝

（1.聊城市黃河河務局，山東聊城 252000；2.水利部海河水利委員會，天津 300170）

1 工程概況

穿引黃渠埋涵及連接明渠工程長580 m。其中，穿引黃渠埋涵長360 m、消力池30 m，為兩孔有壓箱型結構，埋涵單孔凈斷面尺寸為5 m×5 m、消力池為5 m×7.33 m，采用現澆鋼筋混凝土結構；消力池與明渠相接的扭面段長50 m，斷面由矩形漸變為梯形，底板采用現澆鋼筋混凝土結構，兩側為漿砌石扭面擋墻；明渠段長140 m，底寬16 m，邊坡1∶3，梯形斷面，采用預制混凝土板護砌。

2 混凝土冬季施工現狀

2.1 工區氣溫

工區內年均氣溫在12.5～14.5℃之間。12—2月份氣溫最低，月均氣溫為-2.6～0.2℃，日最低氣溫≤0℃的天數多年平均為106 d、＜-5℃的天數為47 d，極端最低氣溫-20℃；6—7月氣溫較高，月均氣溫26～27.5℃，極端最高氣溫42.6℃。冬季最大凍土深46 cm。

2.2 工期限制

2.3 存在問題

冬季施工條件和環境對混凝土澆筑極為不利，加上準備工作時間短、技術要求復雜，是質量事故的多發季節。質量事故的出現具有隱蔽性、滯后性，而且處理難度大，影響工程的使用壽命。冬季施工存在的問題較多，探討冬季施工措施對減少或避免質量事故的發生非常必要。

3 混凝土冬季施工方法和措施

3.1 冬季施工條件

當工區晝夜平均溫度 （最高和最低溫度的平均值或當地時間2、8、14、20時室外氣溫觀測結果的平均值）連續5 d＜5℃和最低氣溫＜-3℃時為冬季施工，澆筑混凝土按冬季施工要求進行。

3.2 冬季施工原理

冬季混凝土施工，水形態的變化是抑制混凝土強度增長的關鍵因素。由于水泥的水化作用，混凝土澆筑后逐漸凝結、硬化，直至達到設計強度。水化作用速度與混凝土原材料和配合比有關，主要隨溫度的高低而變化。溫度升高，水化作用加快，強度增長也快；溫度降低到0℃時，混凝土中部分水開始結冰，逐漸由液相變為固相，參與水化作用的水減少，水化作用減慢，強度增長相應較慢；溫度繼續下降，混凝土中的水完全結冰，水化作用基本停止，混凝土強度不再增長。水變成冰后，體積增大9%，當混凝土毛細孔含水率超過91.7%時，結冰會產生2 500 kg/cm2的冰脹應力，大于水泥內部形成的初期強度值，使混凝土受到不同程度的破壞，導致其強度降低。水變成冰后，骨料和鋼筋表面產生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料、鋼筋的粘結力，影響混凝土的抗壓強度。冰凌融化后，會在混凝土內部形成空隙，降低混凝土的密實性及耐久性。

新澆混凝土凍結前有一段預養期，對加速水泥的水化作用極為重要，可增加混凝土內部液相，減少固相。混凝土受凍前預養期愈長，強度損失愈小。預養期長、獲得初期強度較高的混凝土受凍后，后期強度幾乎沒有損失；預養期短、獲得初期強度比較低的混凝土受凍后，后期強度有不同程度的損失。因此，混凝土凍結前，必須使其在正常溫度下有一段預養期，以加速水泥的水化作用，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度，即可達到預期效果。

3.3 冬季施工方法

冬季混凝土施工，主要是確定混凝土最短的養護齡期、防止混凝土早期凍害、保證混凝土后期強度和耐久性滿足要求。施工過程中，根據施工時的氣溫情況、工程結構、工期、水泥品種、外加劑、保溫措施、熱源條件等選擇合理的施工方法，用最短的工期、最低的施工費用來獲得最優良的工程質量。歸納起來，主要有暖棚蓄熱法、模板外層保溫法、摻加防凍劑法等。

3.4 冬季施工措施

3.4.1 材料

普通混凝土所用粗、細骨料和水符合國家現行標準，拌和水溫度一般≤60℃，水泥不加熱。拌制混凝土優先采用加熱水的方法，當加熱水不能滿足要求時，再對骨料進行加熱。骨料使用前宜運入暖棚內存放，不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物質。水泥采用普通硅酸鹽或硅酸鹽水泥，存放在保暖性較好的工棚內，水泥強度等級≥P.O42.5。砂中含泥量≤3%，泥塊含量≤1%。石子中的含泥量≤1%，泥塊含量≤0.5%。水泥用量≥300 Kg/m3，水灰比＜0.6。嚴格按照混凝土配合比稱量，水、水泥、外加劑誤差＜±2%，骨料＜±3%。鋼筋搬運減少碰撞、擠壓，減少表面機械損傷，降低冷脆性；鋼筋在負溫條件下應在室內焊接，如在室外焊接其環境溫度≥-20℃、風力超過3級時采取擋風措施；焊后未冷卻的接頭，嚴禁碰到冰雪。采取閃光對焊時，鋼筋端面比較平整時采用預熱閃光焊；端面不平整時，采用閃光-預熱-閃光焊。焊接前，根據施工條件進行試焊，試驗合格后正式焊接；對施焊后的全部接頭的外觀質量進行自檢，合格后使用。

3.4.2 混凝土拌制

選用適合冬季施工的混凝土配合比，根據施工方法、環境條件適當調整配合比，將骨料帶入的水分及外加劑溶液中的水分從拌和水中扣除。外加劑選擇注意對混凝土后期強度、鋼筋銹蝕及環境的影響，其摻量根據產品說明或施工溫度通過試驗確定；當外加劑為粉劑時，按要求摻量直接撒在水泥上面與水泥同時投入；當外加劑為液相時，使用前按要求配制成規定溶液。

舍利容器的發現，為柴達木盆地佛教傳播路線、與中亞文化交流，舍利信仰與本土土著信仰的結合和雜糅等重大的學術問題，提供了重要的資料。

合理確定投料順序，一般先投入骨料和粉狀外加劑，干拌均勻再加熱水，攪拌一定時間，水溫降至40℃時投入水泥，拌和均勻，注意避免水泥遇熱出現假凝。冬季混凝土攪拌時間比常溫施工延長50%，對摻有外加劑的混凝土攪拌時間取常溫攪拌時間的1.5倍，最短拌制時間90 s。混凝土拌和物出料溫度≥10℃，入倉溫度≥5℃，細薄截面混凝土結構的灌注溫度≥10℃。分層澆筑厚大整體式結構混凝土時，已澆筑混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前≥2℃。

3.4.3 混凝土澆筑

模板及鋼筋上無冰雪和污垢，基面清理干凈。當環境溫度＜-10℃時，采用暖棚法將直徑25 mm以上的鋼筋加熱至正常溫度。鑿除新舊混凝土施工縫處水泥砂漿、松動石子、松軟混凝土，用水沖洗干凈，無積水。采用機械振搗，分層連續澆筑，分層厚度≥20 cm。混凝土運輸要快裝快卸，中途不轉運或受阻，運送中覆蓋保溫，防止混凝土熱量散失、表層凍結、離析、水泥砂漿流失、坍落度變化等。當拌制混凝土出現坍落度減小或發生速凝現象時，重新調整拌和料的加熱溫度。正確選擇拌和站的擺放位置，選擇最佳運輸路線，縮短運輸距離。采用混凝土運輸車時，根據施工用量和澆筑時間選擇容量，合理組織裝、運、卸，減少混凝土裝卸次數。澆筑前，對結合面進行加熱，使結合面有5℃以上的溫度，對施工縫1.5 m范圍內的混凝土和長度1 m范圍內的外露鋼筋進行防寒保溫，再鋪一層厚15 cm與混凝土灰砂比相同而水灰比略小的水泥砂漿，澆筑新層混凝土后重點搗實；振搗緊插慢拔，保證混凝土的均勻性、密實性和結構的整體性。澆筑完成后，及時加熱養護，使混凝土結合面保持正常溫度，直至新澆混凝土獲得規定的抗凍強度。

3.4.4 拆模

根據溫度變化，及時掌握混凝土的拆模時間。澆筑溫度0～4℃的混凝土凝結時間比15℃時延長3倍；溫度到0.3～0.5℃時，混凝土開始凍結，凍結后水化反應基本停止；在-10℃時，水泥水化反應完全停止，混凝土強度不再增長。采用暖棚法養護的混凝土，當養護完畢后環境溫度在0℃以下時，應待混凝土冷卻至5℃以下時拆模。當冬季混凝土拆模強度滿足正常溫度下混凝土拆模強度同時滿足抗凍規定的正常溫度下混凝土拆模強度即側模達到2.5 MPa以上時，混凝土表面及棱角不因拆模而受傷；結構跨度＞2.0 m的蓋板，強度達到設計強度的100%；≤2.0 m的蓋板，強度達到設計強度的75%方可拆模。當混凝土與環境的溫差在10～15℃時，拆除模板后立即在混凝土表面覆蓋氈布、草袋及彩條布。

3.4.5 混凝土養護

正確的養護可以避免混凝土產生溫度收縮裂縫和受凍。冬季混凝土施工優先采用暖棚蓄熱法養護，在裸露混凝土表面用塑料布等防水材料覆蓋并進行保溫，在負溫情況下不澆水養護。保溫材料采用一布一膜（無紡布300 g，塑膜0.3 mm，膜面朝上），或兩層塑膜一層氈布。混凝土對邊、棱角部位的保溫厚度，必須增大到面部的2～3倍。混凝土養護初期的溫度，不低于防凍劑規定的溫度。混凝土強度未達到設計強度的30%不受凍；在充水凍融條件下混凝土受凍時，不低于設計強度的75%。及時進行現場氣溫、拌和材料、防凍劑、出入倉混凝土拌合物、養護混凝土的溫度測定，以便隨時調整混凝土養護措施。

3.4.6 質量檢查

室外氣溫和暖棚內氣溫，每個工作臺班測量2次。混凝土拌制和澆筑期間，測定水和粗細骨料裝入拌和站的溫度、混凝土的拌制溫度、澆筑溫度和環境溫度，每個工作臺班至少檢測4次；自拌混凝土的組成材料和拌制方法、坍落度，每個工作臺班檢查2次以上。在澆筑現場隨機取樣制作試件，混凝土強度檢驗試件1組標養，3組同條件養護，試壓時間分別為28 d、拆模前、拆支撐前；檢驗抗凍、抗滲性能試件同條件養護28 d后再標養28 d進行試驗。混凝土內外溫控≤25℃，否則易發生混凝土表面裂縫。

3.5 冬季施工現場管理

混凝土施工前，根據實際情況編寫詳細的冬季施工方案，嚴格按照審批后的方案配備人員、機械、材料、工具，搞好技術交底和施工操作，配備專職質檢員進行檢查；對測溫、計量等工作現場統一安排部署，責任到人，嚴格控制外加劑的摻量，重點監控混凝土的坍落度，做好混凝土施工前的各項準備工作，確保冬季施工措施落到實處。

施工過程中，根據現場氣溫變化、工程結構部位、數量、工期要求、水泥品種、外加劑、保溫材料性能、現場條件、供熱來源等情況，采取合適的施工方法和組織措施，以保證質量、縮短工期、減少投資。總之，必須加強施工現場管理，嚴格控制混凝土的配合比、坍落度，控制原材料的溫度及含水量，合理組織施工，縮短混凝土拌和到澆筑的時間，采取相應的施工措施，保證冬季混凝土施工質量。