干旱寒冷地區(qū)鐵路冬季施工混凝土質(zhì)量控制技術(shù)

靳炳強(qiáng)

(中鐵二十四局集團(tuán)浙江工程有限公司，浙江杭州 310009)

1 工程概況

新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線位于內(nèi)蒙古中部及山西省北部，基本呈南—北走向。線路北起大準(zhǔn)鐵路外西溝站往南至朔黃鐵路神池南站，從神池南站西側(cè)引入朔黃鐵路，新建線路全長179.862 km。

新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線工程ZCZQ-8標(biāo)段主要有特大橋2座2 577.9延米，大橋4座1 047.9延米;鋼筋混凝土蓋板涵37座，2 385.6橫延米;新建臥廠車站1座(不含房屋);隧道1座701延米，設(shè)計混凝土方量25×104m3。

2 氣候條件

本工程位于山西省朔州市境內(nèi)，線路所在區(qū)域?qū)俅箨懠撅L(fēng)氣候，冬季漫長，雨熱同期，太陽輻射強(qiáng)，光照時間長，溫差較大，無霜期短，干燥多風(fēng)是本區(qū)氣候的主要特征。

工程所在地年平均降水量392.8～462.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 745.3～1 941.3 mm，年平均氣溫3.9℃～7.2℃，極端最高氣溫37.9℃，最低氣溫 －40.4℃。冬季盛行西風(fēng)，大風(fēng)出現(xiàn)在11月至來年5月，年平均風(fēng)速1.8～3.4 m/s，瞬間最大風(fēng)速29.7 m/s。最大積雪厚度16～19 cm，最大凍結(jié)深度為1.25 m。主要災(zāi)害性天氣有寒潮、冰凍、冰雹及大風(fēng)、雷電。按鐵路工程氣候分區(qū)屬寒冷地區(qū)。

3 冬季施工措施

根據(jù)《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》［1］規(guī)定，當(dāng)環(huán)境晝夜氣溫連續(xù)3 d低于5℃或最低氣溫低于－3℃時，橋梁及混凝土施工應(yīng)按冬季施工要求組織施工。

3.1 攪拌站冬季施工措施

3.1.1 料倉加熱、保溫

料倉頂部采用彩鋼瓦搭設(shè)保溫棚，并在隔墻及頂棚布設(shè)兩層防火保溫棉，料倉地面及隔墻均布置地暖。為保證施工安全，地暖采用水循環(huán)供暖形式。在拌合站料倉外設(shè)置蒸汽鍋爐，用于獨立供應(yīng)拌合站料倉保溫，骨料、水加熱。

3.1.2 拌合系統(tǒng)封閉

將骨料倉、水泥罐、外加劑儲存罐、進(jìn)料斗、傳送帶、拌合系統(tǒng)進(jìn)行封閉，同時配置煤爐。

3.1.3 拌合水

高壓水池采用深水坑，并制作保溫層;施工用的裸露風(fēng)管、水管采用1～2 cm厚的紡棉麻制品材料包裹后，再用較厚的塑料套包扎。

工作前如遇水泵凍結(jié)，可用40℃ ～60℃熱水解凍，解凍至電機(jī)軸能用手轉(zhuǎn)動，方可使用。水箱內(nèi)不得灌入60℃以上的熱水，以免燙壞水箱。

3.2 混凝土冬季施工措施

3.2.1 原材料要求

1)水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級不低于42.5，水灰比不大于0.5(水灰比對混凝土抗凍性影響最大，為了滿足施工和易性的要求需控制水灰比)［2］。當(dāng)混凝土摻用防凍劑(外加劑)時，其試配強(qiáng)度較設(shè)計強(qiáng)度提高一個等級。在鋼筋混凝土中禁止摻用氯鹽類防凍劑，以防止氯鹽銹蝕鋼筋。

2)所用骨料必須清潔，嚴(yán)禁含有冰雪等凍結(jié)塊及易凍裂的礦物質(zhì)，在摻用含有鉀、鈉離子防凍劑的混凝土中，骨料不得混有活性材料，以免發(fā)生堿—骨料反應(yīng)。

3)為減少凍害，冬季施工中混凝土拌制應(yīng)優(yōu)先選用與水泥相容的高效減水劑，同時適量減少拌合水用量。冬季施工中，從本工程的結(jié)構(gòu)類型、性質(zhì)、施工部位以及外加劑使用的目的來選擇減水劑，選擇時應(yīng)考慮:①改善混凝土的和易性，減少用水量，提高拌合物的質(zhì)量;②促進(jìn)早中期強(qiáng)度的增加，減少干縮性，提高抗凍融性。

4)原材料的加熱。水:當(dāng)環(huán)境溫度處于+5℃～－5℃時，將水加熱至40℃ ～60℃;當(dāng)環(huán)境溫度處于－5℃ ～ －10℃時，將水加熱至40℃ ～80℃;拌合站設(shè)置拌合水加熱裝置及蒸汽鍋爐，并與儲水箱相連，混凝土拌合時自儲水箱直接抽水做為拌合用水，儲水箱表面要覆蓋棉被以減少熱量損失。骨料:制訂砂、石骨料保溫措施，攪拌混凝土?xí)r骨料中不得帶有雪及冰塊［3］。

3.2.2 混凝土拌合與運輸

1)混凝土的拌合

提前模擬在冬季施工條件下試配混凝土，對3，7，28 d強(qiáng)度進(jìn)行比對，確定混凝土的配合比和外加劑的摻量，用以指導(dǎo)施工，并在施工中予以微調(diào)。

攪拌前先用熱水沖洗攪拌機(jī)10 min，然后按照“石→砂→水→水泥、礦粉、粉煤灰→外加劑”的投料順序進(jìn)行拌合，攪拌時間較常溫時間延長50%［4］。

隨時測量拌合水的溫度，水溫控制在(50±10)℃，保證水泥不與溫度≥80℃的水直接接觸。

2)混凝土的運輸

混凝土的運輸要保證快裝快卸，確保混凝土的出機(jī)溫度不低于10℃，確保入模溫度不低于5℃。在混凝土運輸車外包裹保溫罩減少散熱，運輸過程中以2～4 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，卸料前以常速再次攪拌。當(dāng)拌制的混凝土出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時，立即重新調(diào)整拌合料的加熱溫度。盡量縮短運輸距離，縮短運輸時間。

3.2.3 混凝土卸料及澆筑

1)混凝土澆筑在保溫棚內(nèi)進(jìn)行，棚內(nèi)溫度保證在10℃以上，盡可能減少混凝土溫度損失。澆筑時間應(yīng)安排在9:00—15:00。在澆筑前對混凝土入模溫度進(jìn)行量測，不滿足要求的混凝土禁止?jié)仓?/p>

2)混凝土澆筑前，清除干凈模板和鋼筋上的冰雪和污垢，當(dāng)環(huán)境氣溫低于0℃時，采用暖棚法將模板、鋼筋加熱至2℃以上。

3)混凝土的澆筑溫度，在任何情況下均不應(yīng)低于5℃，混凝土應(yīng)分層連續(xù)澆筑，中途不能間斷。

4)新、舊混凝土施工縫的處理:①已澆混凝土的強(qiáng)度不得小于1.2 MPa;②施工縫處的砂漿、松動石子必須鑿除干凈，并用水沖洗干凈，但不得有積水，施工縫處的新澆混凝土要重點搗實;③在新混凝土澆筑前對結(jié)合面進(jìn)行加熱，使結(jié)合面表面溫度在5℃以上;④澆筑完成后，及時加熱養(yǎng)護(hù)使混凝土結(jié)合面保持正溫，直至澆筑混凝土達(dá)到規(guī)定的抗凍強(qiáng)度。

3.2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)措施十分關(guān)鍵，正確的養(yǎng)護(hù)可避免混凝土產(chǎn)生不必要的溫度收縮與干裂。在冬季施工條件下必須確保混凝土表面和內(nèi)部溫差不超過20℃，不同的結(jié)構(gòu)形式選擇合理的養(yǎng)護(hù)措施，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時，不得灑水養(yǎng)護(hù)。

3.2.5 混凝土拆模

冬季混凝土拆模應(yīng)滿足:①除應(yīng)滿足混凝土正常溫度下要求的拆模強(qiáng)度，還應(yīng)同時滿足抗凍要求規(guī)定的拆模強(qiáng)度;②側(cè)模在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上，且其表面及棱角不因拆模而受損時方可拆模，底模應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時方可拆模;③混凝土與環(huán)境的溫差不得大于20℃。

4 新澆筑主體結(jié)構(gòu)混凝土的保溫措施

4.1 鉆孔灌注樁

灌注樁混凝土的施工及攪拌按《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》［5］執(zhí)行，灌注時要求拌合物溫度不低于5℃。混凝土灌注完成且初凝后，孔口采用臨時填土覆蓋養(yǎng)護(hù)。

4.2 承臺施工

承臺混凝土的養(yǎng)護(hù)采用暖棚加溫養(yǎng)護(hù)，具體做法:

1)承臺模板、鋼筋安裝結(jié)束后，搭設(shè)承臺施工用的暖棚，暖棚應(yīng)堅固、不透風(fēng)，覆蓋材料采用訂制的兩層帆布，層厚約6～7 mm，如需搭接則必須保證搭接嚴(yán)密牢固，同時布設(shè)可以靈活拆卸的支架，將篷布固定于支架上，保證暖棚支立堅固、嚴(yán)密。

2)在暖棚中使用煤爐加熱，作好防火、防煤氣中毒措施，保溫棚頂部預(yù)留排煙孔和混凝土澆筑窗口，保證通風(fēng)良好，并備好各種搶救設(shè)備。保溫棚內(nèi)氣溫不得低于5℃，并保持一定的濕度。

3)避免在夜間和氣溫驟降時拆模，并且混凝土強(qiáng)度大于受凍臨界強(qiáng)度時方可拆模，并及時采用養(yǎng)生布包裹密封，加溫養(yǎng)護(hù)，達(dá)到要求后方可拆除。

4)養(yǎng)護(hù)過程中及拆模后安排專人檢查混凝土表面是否受凍、收縮，邊角是否脫落。

4.3 墩身施工

墩身施工保溫養(yǎng)護(hù)具體做法:

1)對于實心墩利用墩身模板支架、外側(cè)腳手架和篷布搭設(shè)暖棚支架，篷布掛設(shè)在墩柱模板四側(cè)，通過鐵絲或尼龍繩與模板支架固定，墩身與鋼管架之間生火爐取暖。

混凝土澆筑完成后，在暖棚支架頂部覆蓋保溫棉被，混凝土表面灑熱水養(yǎng)生，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，停止養(yǎng)生，但必須禁止溫度驟然下降。

2)對于墩高＞30 m的空心墩，墩身采用澆筑段全封閉保溫，在墩身模板外圍采用雙層帆布包裹，墩身與鋼管架之間采用工業(yè)取暖器取暖，空心墩內(nèi)采用生火爐升溫取暖。

4.4 支架現(xiàn)澆連續(xù)梁施工

根據(jù)本工程的具體特點及朔州地區(qū)冬季氣候特點，對支架現(xiàn)澆連續(xù)梁采用蓄熱和保溫的綜合方法組織施工。

1)利用支架搭設(shè)鋼管棚架，用帆布、棉被及彩條布包裹形成暖棚。在梁底模背面噴1 cm厚聚氨酯保溫層，支架與底模之間的空隙用棚布封閉嚴(yán)密。

2)根據(jù)施工需要，在暖棚的適當(dāng)位置開設(shè)窗口和門洞，如在暖棚的側(cè)面開設(shè)混凝土進(jìn)料窗口，在暖棚的兩端開設(shè)鋼筋等材料、人員進(jìn)出門洞，在暖棚前端開設(shè)預(yù)應(yīng)力穿束門洞等。

3)在暖棚內(nèi)設(shè)電熱爐、大型暖風(fēng)機(jī)等取暖設(shè)備進(jìn)行全面升溫，并采用小型取暖器在局部區(qū)域進(jìn)行采暖。

4)在箱梁端面設(shè)置棉被卷簾，在有人進(jìn)出時可以卷起，無人進(jìn)出時可以放下，確保箱梁內(nèi)溫度。

5)在底板和頂板混凝土澆筑完畢、表面收漿后覆蓋一層塑料薄膜、棉被進(jìn)行保濕保溫。

6)當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到張拉要求后，拆除內(nèi)模，使暖棚內(nèi)的溫度和濕度緩慢下降。當(dāng)混凝土冷卻到與當(dāng)時的氣溫相差不大于15℃時，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工。

7)保留已澆筑混凝土梁段的暖棚，不用拆除，也不用前移，用于已澆筑段預(yù)應(yīng)力管道的保溫。

8)采取保溫措施后，若預(yù)應(yīng)力管道的溫度仍不到0℃以上，在箱梁內(nèi)采用電熱爐取暖，保證預(yù)應(yīng)力管道溫度保持在正常溫度即可。

4.5 涵洞工程

涵洞基礎(chǔ)施工后采用塑料薄膜、雙層棉被、彩條布覆蓋養(yǎng)護(hù)。

涵洞墻身、蓋板混凝土施工參照承臺保溫方法搭設(shè)鋼管支架暖棚，暖棚外圍采用帆布包裹，內(nèi)部生火爐或者工業(yè)取暖器取暖保溫。

5 混凝土冬季施工的質(zhì)量通病及預(yù)防措施

5.1 鋼筋的銹蝕與混凝土裂縫

鋼筋的氧化銹蝕伴生體積膨脹，水泥的安定性不良，混凝土的水灰比太大、早期強(qiáng)度低、失水太快，混凝土芯部溫度與外界環(huán)境溫差大等原因均會引起裂縫。

預(yù)防措施:①嚴(yán)格控制氯鹽的摻量;②控制水泥質(zhì)量和混凝土混合物水灰比;③通過測溫采取相應(yīng)措施控制混凝土內(nèi)外溫差。

5.2 表面起灰

表面起灰以砂漿和粗骨料相脫離，表面起灰，骨料裸露為特征。主要是由于混凝土混合物水灰比太大，離析、泌水嚴(yán)重，黏聚性、保水性差，加上養(yǎng)護(hù)溫度低，水泥水化趨于停止，混凝土水分迅速蒸發(fā)導(dǎo)致表面起灰。

預(yù)防措施:嚴(yán)格控制水灰比，延長混凝土混合物攪拌時間。

5.3 混凝土表面結(jié)晶腐蝕

混凝土硬化后，某種外加劑溶液通過毛細(xì)管的作用滲到混凝土表面，而混凝土表面的水分逐漸蒸干，此時出現(xiàn)返霜現(xiàn)象。此種情況還將影響混凝土與飾面層的結(jié)合。

預(yù)防措施:外加劑充分溶解后適當(dāng)延長攪拌時間。

6 結(jié)語

在寒冷季節(jié)漫長、氣候干燥、氣溫較低，且受工期制約條件下，混凝土冬季施工不可避免。為了滿足工期要求，混凝土工程只有從攪拌、運輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等方面全過程全方位采取有效措施，才能確保工程質(zhì)量。

［1］中華人民共和國鐵道部.TZ 203—2008 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］蘭曉峰.大準(zhǔn)鐵路增二線雞鳴驛隧道混凝土冬季施工控制［J］.鐵道建筑，2013(8):49-50.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ/T 104—97 建筑工程冬季施工技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

［4］彭彥彬，孔德芒.高寒地區(qū)高橋墩冬季施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(6):20-22.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10415—2003 鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2003.