宿遷市市府東路特大橋冬季施工措施研究

劉 其

1 概述

宿遷市市府東路特大橋位于宿邳公路城區段,該橋全長959.7 m,西起宿城區市府東路馬陵河東側,跨運河路,京杭運河、金沙江路,東至宿豫區長江路西側。整個工程為期15個月,因而施工不可避免地將遭遇冬季施工條件。

冬季施工是對施工質量的一大挑戰。隨著冬季的到來,溫度逐漸降低,混凝土的水化反應趨于緩慢。當溫度低于0℃時,混凝土中的水開始結冰,由于結冰引起的凍脹應力和高孔隙率等問題大大降低了混凝土的強度,為確保宿遷市市府東路特大橋施工質量,本文針對冬季施工的特點,對冬季施工措施進行了研究。

2 冬季施工原理

混凝土拌合物澆灌后之所以能逐漸凝結和硬化,直至獲得最終強度,是由于水泥水化作用的結果,水泥水化作用的速度主要取決于溫度的高低。當溫度升高時,水化作用加快,強度增長也較快;而當溫度降低到0℃時,存在于混凝土中的水有一部分開始結冰,逐漸由液相變為固相。這時參與水泥水化作用的水減少了,因此,水化作用減慢,強度增長相應較慢。溫度繼續下降,當存在于混凝土中的水完全變成冰,也就是完全由液相變為固相時,水泥水化作用基本停止,此時強度就不再增長。水變成冰后,體積約增大9%,當混凝土毛細孔含水率超過91.70%界值時,結冰就會產生約2500 kg/cm2的冰脹應力。這個應力值常常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(即早期受凍破壞)而降低強度。此外,當水變成冰后,還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的冰凌,減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結力,從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后,又會在混凝土內部形成各種各樣的空隙,降低混凝土的密實性及耐久性。由此可見,溫度的控制是冬季施工的關鍵。

3 冬季施工措施

當室外晝夜平均氣溫(每天 6:00,14:00,21:00時所測室外溫度的平均值)連續5 d低于+5℃或晝夜最低溫度低于-3℃時,進行混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土施工時必須采用冬季施工措施。

3.1 準備工作

根據宿遷市歷年的氣候特征,自11月20日起,實驗室安排專人負責收集室外氣溫(每天6:00,14:00,21:00時所測室外溫度),并進行記錄;辦公室負責收聽和記錄當天、第二天及今后幾天的氣溫情況、天氣變化趨勢、雨雪情況、寒流及大風降溫情況,并詳細記錄和每天公示,為何時采取冬季施工措施提供依據。在此之前,砂石骨料保持干燥與清潔,料場必須采用帆布全部覆蓋,防止積水凍結。進入冬季后,蓋梁、擋墻等小體積混凝土施工必須安排在連續晴朗的天氣施工,施工時間安排在上午9:00～下午3:00氣溫較高時間段完成。地下結構必須深挖積水井和回水溝,嚴禁地下水浸泡,嚴禁70%強度前進行拆模。另外,提供每次混凝土澆筑的施工配合比,特別注意及時測定砂石骨料的實際含水量,并及時測定混凝土的坍落度和混凝土的拌和、澆筑入模溫度,控制好混凝土配合比和原材料,選用具有較好抗凍性能的普通水泥;選用半干硬性混凝土,水灰比不大于0.65。

3.2 骨料預熱

骨料預熱采用蒸汽進行,預熱時間根據施工環境安排,一般在混凝土攪拌前1 h左右開始,保證骨料使用前符合施工要求,預熱鋼管采用普通鋼管,下口采用尖頭封死,中間開設出氣孔。

3.3 混凝土的拌制和運輸

混凝土在拌制前,砂、石料及水泥的溫度均應保持在0℃以上,砂石料入機溫度不得低于+5℃。水泥不加熱,應儲藏于室內,保持與室內同溫。水加熱至40℃～60℃。攪拌時按照砂石、水、水泥的順序進行,不得顛倒,以免發生假凝現象。

混凝土拌和溫度(拌和溫度系指拌合物從拌和機中卸出時在5 cm深處測量所得溫度值)根據天氣情況要適時調整,控制混凝土拌和溫度不低于10℃～15℃,拌和用水最高溫度不得高于60℃,砂石料最高溫度不得高于40℃,混凝土卸出拌和機時最高溫度不得高于35℃。拌和設備應適當防寒,環境溫度宜不低于10℃～15℃。拌制混凝土前,應用熱水洗刷拌和機鼓筒。

另外,為保證冬季施工用混凝土的和易性和流動性,采用熱拌工藝時,混凝土攪拌時間一般應較常溫延長50%。

3.4 混凝土的灌注

冬季混凝土澆筑前,要將模內雜物清理干凈,用溫水清洗,其灌注溫度(灌注溫度系指在灌注搗實后并在覆蓋次層拌合物前或開始養護前在混凝土表面下5 cm深處測量所得溫度值)應在進行熱工計算及確定具體保溫方法時加以規定,細薄部位的灌注溫度不宜低于+10℃,在任何情況下均不得低于+5℃。同時,混凝土應盡量連續灌注,避免中途間斷,分層厚度應不少于20 cm,采用機械振搗。混凝土相鄰兩層的灌注間歇時間,不應超過水泥的初凝時間,一般不宜超過1.5 h。

在負溫下舊混凝土接澆新混凝土時,為防止預熱不好,在接頭產生水膜,降低接頭處混凝土強度。同時為避免因新、舊混凝土接觸面溫差過大,溫度應力造成新澆混凝土干裂,要求對舊混凝土采取預熱升溫措施(采用蒸汽排管加熱),確保接頭處混凝土溫度不低于5℃,加熱深度不小于30 cm,預熱長度為1 m左右。

3.5 混凝土的養護

養護方法采用覆蓋和蒸汽養護同時進行。

在箱梁的頂部采用覆蓋。混凝土澆筑完成收光后,表面覆蓋一層麻袋片,然后覆蓋一層篷布,在篷布和麻袋片之間放置蒸汽熱力管,在彩條布上覆蓋一層棉被和防水彩條布。同時加強底模和側模保護:在側模的鋼面板后加貼5 cm厚的隔熱泡沫板,泡沫板和鋼板之間安置蒸汽熱力管,泡沫板之后采用稻草密布進行保溫和防風;可以根據現場情況的需要,側模采用帆布進行防風和防雨。在箱梁室內,在各箱接頭處采用懸掛棉被進行隔熱,在箱梁洞口,采用懸掛帆布進行隔熱。

養生期內,棚內濕度要求維持在96%左右,溫度維持在10℃～40℃之間,為使混凝土后期強度不致提高過大,養生溫度不得高于50℃。養生過程中,如因進行下道工序必須臨時開棚時,可在保證棚內正溫和棚內外溫差不大于25℃的前提下,選在當天氣溫較高的10:00～14:00進行,但要盡量減少開棚次數和時間。

為便于確定張拉結束時間,要多制試塊,分別置于各不利部位進行相同條件養生,至少要保證底肋板處、翼板處各有一組試塊。當混凝土強度達到設計允許的張拉強度時,開始張拉和灌漿,在管道壓漿強度達到設計允許值時,停止養生,棚內開始降溫,但禁止溫度驟然下降,降溫速度不大于10℃/h,且第一個24 h內降溫速度不超過1℃/h,最大降溫值應小于22℃。

3.6 溫度監控措施

整個施工過程中的溫度控制以觀測、記錄為主。施工期間室外施工環境溫度每2 h觀測一次,水和骨料加熱溫度每小時觀測一次,拌和溫度每車次觀測一次,灌注溫度每車次觀測一次。

對于蒸汽養護,升、降溫期間每小時觀測一次箱內、箱外和梁體內溫度,恒溫期間每2 h觀測一次箱內、箱外和梁體內溫度,且升、降溫期間控制梁體內溫速不超過10℃,養護期間控制梁體內外溫差不超過35℃。箱內和箱外溫度直接采用溫度計進行測量,梁體內溫度采用預埋小鋼管,一端封死,澆筑時埋入梁體內,鋼管長30 cm左右,觀測時,將溫度計放入鋼管內,端部采用棉花塞死,等溫時間不低于5 min,然后拔出來立即進行讀數。每梁段均要對測溫孔進行編號,并繪制測溫孔布置圖以備查。

4 結語

宿遷市市府東路特大橋位于宿邳公路城區段,工期持續15個月,不可避免地將遭遇冬季施工條件,給施工質量帶來較大挑戰。本文就本工程的冬季施工措施進行了研究,實踐表明上述措施有效地確保了施工質量和施工進度。

[1]張兆雄.淺析混凝土冬季施工措施[J].水利工程,2009(6):38-39.

[2]文雪峰.PHC冬期混凝土施工溫度控制技術[J].山西建筑,2009,35(8):144-145.

[3]楊享榮.混凝土凍害機理及混凝土冬季施工措施淺議[J].科技創業,2009(3):156-157.