談水泥混凝土冬季施工質(zhì)量控制

張建華

(山西路橋第二工程有限公司，山西臨汾 041000)

在公路工程施工中，為確保工程早日竣工通車，盡快創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，橋梁下部和涵洞、通道、隧道等結(jié)構(gòu)物在冬期進(jìn)行施工的情況已越來越廣泛，相應(yīng)的技術(shù)措施也越來越多，但怎樣做才算是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的，本文將根據(jù)吉河高速公路結(jié)構(gòu)物冬季施工要求，從水泥混凝土凍害機(jī)理、原材料要求、施工工藝入手，探討一套簡單有效的方法，希望對(duì)水泥混凝土結(jié)構(gòu)物冬季施工起到一定的參考作用。

水泥混凝土施工環(huán)境一般應(yīng)在不低于5℃的條件下進(jìn)行。因?yàn)榛炷翉?qiáng)度增長主要靠水化作用，如果環(huán)境氣溫過低，會(huì)致使混凝土水化作用緩慢甚至停止，而且一旦周邊溫度降至0℃以下，混凝土中所含的游離水會(huì)結(jié)冰膨脹，體積增大9%左右，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)松散破壞。因此，如果在晝夜平均氣溫低于5℃的環(huán)境中，特別是負(fù)溫下進(jìn)行水泥混凝土施工，必須采取相應(yīng)的冬季施工質(zhì)量措施加以保護(hù)，確?；炷翉?qiáng)度的增長與形成。

1 水泥混凝土的防凍機(jī)理

已有的研究成果證明，水泥混凝土的凍害主要源于水泥石結(jié)構(gòu)中毛細(xì)孔內(nèi)游離水的結(jié)冰凍脹，并且由于凍脹引發(fā)了靜水壓、滲透壓的失衡，會(huì)導(dǎo)致周圍其他孔溶液進(jìn)一步向毛細(xì)孔中聚集，使毛細(xì)孔中的冰晶進(jìn)一步聚變成較大的扁平冰聚體，當(dāng)以上靜水壓力、滲透壓力和凍脹力的合力超過混凝土的容許抗拉應(yīng)力時(shí)就會(huì)造成混凝土內(nèi)部結(jié)晶骨架的破壞和強(qiáng)度損失。

根據(jù)以上理論，筆者認(rèn)為在水泥混凝土冬季施工過程中，防凍才是第一位的，只要消除了游離水結(jié)冰凍脹的可能，就消除了水泥混凝土遭受凍害的基礎(chǔ)。雖然也有其他研究證明水泥石中的膠凝孔、封閉的氣孔會(huì)降低冰點(diǎn)和降低靜水壓力，建議使用引氣劑或其他辦法提高混凝土的抗凍性，但是大量實(shí)驗(yàn)證明，只要混凝土受凍就會(huì)造成強(qiáng)度降低，其強(qiáng)度損失的可控性和后期影響很難評(píng)估，所以提高混凝土的抗凍性，只可以作為一種輔助手段而不應(yīng)當(dāng)成為首要選擇。

2 水泥混凝土的冬季施工措施

水泥混凝土的施工是一個(gè)集拌合、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等工序的綜合生產(chǎn)活動(dòng)，冬季施工時(shí)對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該認(rèn)真考慮，緊緊圍繞“防凍”工作進(jìn)行組織管理，重點(diǎn)把握以下幾方面。

2.1 水泥混凝土原材料加熱及出料溫度的控制

為達(dá)到混凝土出機(jī)溫度不低于10℃的規(guī)范要求，一般首先要對(duì)拌合用水進(jìn)行加熱，一是因?yàn)榧訜崴O(shè)備簡單，水在混凝土中的比重不大;二是水的比熱容很大，同質(zhì)量的水降低1℃所釋放的熱量是砂石料的4倍多，可以迅速提高混合料的溫度。但是僅對(duì)水加熱的適用條件是有限的，經(jīng)對(duì)本項(xiàng)目水下混凝土配合比進(jìn)行熱工推導(dǎo)可知:如拌合用水加熱到50℃(該溫度一般為現(xiàn)場可能達(dá)到的實(shí)際最高平均值)，在不考慮到拌合期間的熱量流失的情況下，使出料溫度達(dá)到規(guī)范要求的前提是外界溫度不能低于0℃。否則當(dāng)集料內(nèi)部平均溫度低于0℃時(shí)，因砂石料中的冰具有很大的比熱容和溶解熱，會(huì)消耗掉大量熱量，大幅降低出料溫度。所以當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)，除了要想辦法提高拌合水的溫度，還要同時(shí)對(duì)砂石料加溫至5℃以上，才能確保出料溫度不低于10℃。

對(duì)于隧道的噴射混凝土和砌筑砂漿，由于用水量很小，所以對(duì)砂石料加熱就顯得更為必要，必須確保其最低溫度不低于10℃。

某標(biāo)段每立方米混凝土材料用量(砂含水量為4%，其他含水量忽略)如表1所示。

表1 混凝土材料用量 kg

混凝土拌合溫度理論計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 混凝土拌合溫度理論計(jì)算結(jié)果 ℃

1)各種材料的比熱容參數(shù)如下:

水 4.2 kJ/(kg·℃)，砂石 0.92 kJ/(kg·℃);

水泥 1.88 kJ/(kg·℃)，冰 2.1 kJ/(kg·℃);

冰溶解熱:336 kJ/kg，粉煤灰 1.88 kJ/(kg·℃)。

2)在運(yùn)料過程中，因外部風(fēng)力和氣溫的原因會(huì)導(dǎo)致混凝土溫度有所降低，因此要加強(qiáng)混凝土運(yùn)輸過程中的保溫，縮短拌和與澆筑的時(shí)間間隔。

3)水化熱是一個(gè)緩慢的釋放過程，在澆筑完成后，依靠水化熱能夠保證凍土以下樁基礎(chǔ)混凝土的溫度，凍土以上的混凝土要采取保溫措施，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，確保質(zhì)量。

2.2 原材料的加熱保溫方法

根據(jù)物理學(xué)原理，熱量的傳遞有輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)三種方式，所以我們應(yīng)當(dāng)盡量采用減少無效的輻射、加大傳導(dǎo)面積和利用對(duì)流規(guī)律的綜合措施來利用熱能。經(jīng)過綜合分析比較，對(duì)砂石料倉進(jìn)行全面封閉、在料堆下設(shè)地暖、上蓋苫布是最有效的手段，而對(duì)整個(gè)料棚加熱的做法是不可取的，特別是用明火加熱，還容易產(chǎn)生煤灰污染集料，更應(yīng)禁止;對(duì)于拌合用水，比較有效的方法是在水箱中安裝電熱棒或使用蒸汽加熱，同時(shí)做好水箱的圍裹覆蓋。

2.3 防凍劑的使用

對(duì)于在冬天進(jìn)行露天施工的構(gòu)造物，除非搭設(shè)暖棚，否則在混凝土澆筑時(shí)對(duì)模板和鋼筋加熱、或者進(jìn)行砌體加溫都是不太現(xiàn)實(shí)的?；炷涟韬虾瓦\(yùn)輸過程的加溫保溫也只是冬季施工工序中的措施之一，在后續(xù)環(huán)節(jié)中一定會(huì)面臨溫度的不斷降低，因此為了確保施工過程中混凝土或砂漿不至于受凍、確保在較低溫度下繼續(xù)水化反應(yīng)，對(duì)此類混凝土或砂漿摻加沒有腐蝕成分的防凍劑就是一項(xiàng)較為穩(wěn)妥和方便的措施。

需要強(qiáng)調(diào)的是，有研究證明:摻加了防凍劑的混凝土雖然在其允許使用的低溫環(huán)境下不致發(fā)生凍害，但其同體試件的28 d強(qiáng)度與正溫環(huán)境下的試件比較仍有一定差距。因此從管理角度來說，防凍劑的使用只能作為一種保險(xiǎn)預(yù)防措施，現(xiàn)場仍需進(jìn)行正溫蓄熱或加熱養(yǎng)護(hù)。

2.4 構(gòu)造物實(shí)體養(yǎng)護(hù)

重視混凝土的出料溫度、忽視構(gòu)造物實(shí)體的養(yǎng)護(hù)是冬季施工中最常出現(xiàn)的問題。

對(duì)于實(shí)體的養(yǎng)護(hù)，必須加溫、保溫并舉，盡量縮小空間、提高溫度、延長覆蓋時(shí)間，這就要求加熱設(shè)備輕便、安全、高效，保溫設(shè)施經(jīng)濟(jì)、方便、耐用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，小型的熱風(fēng)機(jī)和低壓蒸汽小鍋爐都是不錯(cuò)的加溫設(shè)備，而350 g防水土工布結(jié)合彩條布則是很好的覆蓋材料。特別值得注意的是，采用鋼模板的實(shí)體工程，因鋼模板散熱快，如果不及時(shí)進(jìn)行蓄熱養(yǎng)護(hù)，極易使混凝土側(cè)面遭受凍害，因此對(duì)于冬季澆筑完的混凝土，外側(cè)周邊的養(yǎng)護(hù)比內(nèi)側(cè)更為重要。

3 結(jié)語

在公路工程施工中，常規(guī)的冬季施工措施和要求已為大家所熟知，但是實(shí)際的效果卻很難令人滿意。筆者根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從關(guān)鍵環(huán)節(jié)著眼，提出以“防凍”而非“抗凍”為水泥混凝土冬季施工的工作原則;主張?jiān)诓牧洗鎯?chǔ)、混凝土拌合、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)多種措施并舉，以降低不確定因素的影響，提高質(zhì)量安全系數(shù);倡導(dǎo)因地制宜地選擇成本低、自主性大、簡便易行的方法。只要大家圍繞以上思路，通過認(rèn)真的策劃、交底、實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，最終一定能夠研究制定出適合本項(xiàng)目的冬季施工措施和方法，確保工程又快又好地向前推進(jìn)。

［1］ JTGT F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.