周可璋 盧寧 周浩

(中建八局第四建設(shè)有限公司，青島 266071)

-22℃嚴(yán)寒環(huán)境下砼結(jié)構(gòu)冬期施工綜合技術(shù)

周可璋 盧寧 周浩

(中建八局第四建設(shè)有限公司，青島 266071)

本冬期施工綜合技術(shù)，是以改善混凝土表面的環(huán)境溫度，降低鋼筋初始溫度，使混凝土在抗凍臨界強(qiáng)度到達(dá)之前，使其始終處于常溫狀態(tài)養(yǎng)護(hù)為理論基礎(chǔ)，采用蒸汽機(jī)對(duì)鋼筋預(yù)熱，暖風(fēng)機(jī)、焦炭爐、電伴熱等多種加熱措施相結(jié)合的方式，解決了長期以來-20℃以下的超低溫環(huán)境下進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)冬期施工的難題。

嚴(yán)寒 超低溫 冬期施工 預(yù)熱

1 前言

在我國北方地區(qū)，冬期施工非常普遍，但一般都是在初冬和初春時(shí)期，室外最低氣溫在-10℃左右的情況下，商品混凝土攪拌站和施工企業(yè)才有把握進(jìn)行冬期施工，但是如何在-15以下的超低溫狀態(tài)下進(jìn)行冬施，一直是許多施工企業(yè)面臨的難題。

經(jīng)過多年的施工經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)，在室外氣溫不高于-10℃時(shí)，采用常規(guī)施工技術(shù)可以有效解決冬期施工問題，但當(dāng)室外溫度長期保持在-15℃的環(huán)境下時(shí)，不僅需要考慮混凝土抗凍臨界強(qiáng)度的問題，還需要解決鋼筋在嚴(yán)寒環(huán)境下“滴水成冰”的問題。眾所周知，鋼筋的導(dǎo)熱系數(shù)較高，長期處于嚴(yán)寒環(huán)境下，鋼筋自身的溫度與室外溫度基本相同，當(dāng)混凝土與鋼筋接觸的一剎那，鋼筋表面會(huì)立即形成一層冰膜，此層冰膜隨著混凝土內(nèi)溫度向鋼筋傳遞，逐漸融化，變成一層水膜，此時(shí)混凝土的振搗工作早已結(jié)束，無論水膜是否在混凝土水化熱過程中消耗完畢，都將大大影響鋼筋與混凝土協(xié)同工作的效果，甚至?xí)?dǎo)致重大結(jié)構(gòu)安全隱患。

2 基本原理

混凝土在進(jìn)行水化熱的過程中時(shí)，拌合物中的游離水分子極易受凍結(jié)冰，體積膨脹，使未達(dá)到抵抗強(qiáng)度的混凝土受到破壞，從而大大降低混凝土的最終強(qiáng)度，影響結(jié)構(gòu)安全。采用增加外來熱源的原理，提高混凝土周圍的環(huán)境溫度，使混凝土在強(qiáng)度增長初期處于常溫狀態(tài)，以達(dá)到工程質(zhì)量的要求。

2.1采用先進(jìn)的蒸汽設(shè)備，在混凝土澆筑前將鋼筋進(jìn)行預(yù)熱處理，提高鋼筋的自身溫度，解決混凝土與低溫鋼筋接觸后出現(xiàn)瞬時(shí)受凍的隱患；

2.2 水平結(jié)構(gòu)上表面采用“保溫覆蓋+熱空氣”的養(yǎng)護(hù)工藝，阻斷冷空氣與混凝土的接觸，避免砼上表面受凍；

2.3 水平結(jié)構(gòu)下表面采用火爐加熱空氣的工藝，利用熱空氣上升的原理，提高結(jié)構(gòu)下表面的環(huán)境溫度。由于本工程結(jié)構(gòu)為10m高支模體系，且空間大，在地面上進(jìn)行加熱，熱空氣上升過程中熱能損失較大，所以采取在板下搭設(shè)操作平臺(tái)，將火爐位置提升，提高了加熱效率，降低能耗，防止砼板下表面受凍。

3 綜合施工技術(shù)

3.1施工準(zhǔn)備

（1）工序驗(yàn)收準(zhǔn)備

鋼筋、模板經(jīng)監(jiān)理單位驗(yàn)收合格，同意隱蔽。

（2）冬施施工準(zhǔn)備

1）施工樓層下方，采用2層五彩布或塑料布將施工段四周全部封閉，以隔絕室外冷空氣。

2）距施工樓層下方3m處，搭設(shè)操作平臺(tái)，放置火爐及焦炭。

3）焦炭爐提前12小時(shí)點(diǎn)燃，室內(nèi)溫度達(dá)到5℃以上。

4）暖棚馬凳已固定完畢，熱風(fēng)機(jī)檢查完畢可正常工作。

5）蒸汽機(jī)檢查完畢可正常工作。

6）覆蓋保溫材料及塑料布數(shù)量充足。

7）測溫點(diǎn)布置正確，符合規(guī)范要求。

3.2 混凝土攪拌及運(yùn)輸

（1）攪拌站選擇

選擇具有冬施條件和冬施經(jīng)驗(yàn)的攪拌站，攪拌站必須具備如下條件：

1）攪拌站應(yīng)設(shè)置大型暖倉，倉內(nèi)設(shè)置加溫設(shè)備，砂子、石子均應(yīng)在暖倉中分類堆放，倉內(nèi)設(shè)置有地?zé)峄蛏崞骰蛘羝蓪?duì)砂石骨料進(jìn)行加熱處理，保證砂石的入罐溫度在5℃以上。

2）具有不小于1.05MW熱功率的鍋爐兩臺(tái)，可對(duì)攪拌用水進(jìn)行加熱。

3）攪拌設(shè)備及輸送熱水的管道均應(yīng)進(jìn)行保溫處理。

4）實(shí)驗(yàn)室技術(shù)力量強(qiáng)，有冬施經(jīng)驗(yàn)，能配置合格的防凍混凝土。

（2）混凝土攪拌

1）首罐混凝土攪拌前，應(yīng)用蒸汽預(yù)熱攪拌機(jī)，砂石料入倉時(shí)，應(yīng)在倉口設(shè)置15cm的過濾篩，防止受凍結(jié)塊的砂石料進(jìn)入攪拌罐，補(bǔ)進(jìn)的材料須在倉內(nèi)保溫一天以上，骨料應(yīng)清潔，攪拌時(shí)不得含有冰雪、凍塊。

2）水泥采用水化速度較快的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥，防凍劑采用具有早強(qiáng)、減水、防凍、增強(qiáng)、阻銹等功能的復(fù)合型外加劑，防凍混凝土的攪拌應(yīng)較常溫下延長1～2min，水膠比應(yīng)控制在0.35以內(nèi)，塌落度應(yīng)控制在180±20mm。其拌制投料順序是：骨料、熱水,然后再投入水泥、外加劑。

3）控制混凝土出機(jī)溫度≥15℃、入模最低溫度≥5℃，拌制用水加熱處理，水溫控制在50～60℃之間，嚴(yán)禁超過80℃。

（3）混凝土運(yùn)輸

冬施的混凝土運(yùn)輸宜選擇體量不大于10m3的運(yùn)輸車，車體包裹保溫被，車輛調(diào)度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場澆筑速度確定，防止運(yùn)輸車在現(xiàn)場停留時(shí)間過長。

3.3鋼筋預(yù)熱

由于鋼筋長時(shí)間裸露在室外，鋼筋自身溫度等同于室外溫度，低溫鋼筋遇到混凝土后，鋼筋表面會(huì)即刻形成一層薄冰層，且瞬時(shí)間鋼筋周圍的混凝土?xí)霈F(xiàn)局部受凍，隨著鋼筋和混凝土之間的熱交換的完成，薄冰層慢慢融化，但鋼筋周圍的混凝土強(qiáng)度已遭到凍害，其鋼筋-混凝土共同工作的關(guān)系受到破壞（握裹力降低），給結(jié)構(gòu)安全帶來巨大隱患。

圖1 蒸汽機(jī)

在混凝土澆筑時(shí)，采用蒸汽機(jī)（圖1）對(duì)鋼筋進(jìn)行預(yù)熱處理。蒸汽機(jī)可接出兩條或多條噴射管，隨混凝土的澆筑向前推進(jìn)預(yù)熱，水蒸汽溫度達(dá)100℃，鋼筋導(dǎo)熱系數(shù)高，蒸汽可在短時(shí)間內(nèi)可迅速提升鋼筋溫度。鋼筋預(yù)熱需要一個(gè)過程，經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，蒸汽需要停留 10s以上，方能將鋼筋溫度提升，因此，混凝土澆筑速度不宜過快，且每臺(tái)布料機(jī)處宜配置2條噴射管，以便加大預(yù)熱面積及加快預(yù)熱速度。以下為現(xiàn)場用蒸汽預(yù)熱鋼筋圖片（見圖2、圖3）

圖2 蒸汽預(yù)熱照片-1

圖3 蒸汽預(yù)熱照片-2

3.4 混凝土澆筑

1）混凝土在澆筑前應(yīng) 100%測試混凝土的坍落度與出罐溫度，坍落度實(shí)測值宜為180±20mm，出罐溫度不得低于10℃，做好測試記錄。

2）冬期施工混凝土的澆筑時(shí)泵管和混凝土泵應(yīng)采取保溫措施，泵管的保溫采用橡塑海棉進(jìn)行包裹覆蓋，外部再用麻袋片纏繞進(jìn)行保護(hù)，混凝土泵應(yīng)搭設(shè)防風(fēng)保溫棚，以減少熱量損失。

3）混凝土澆筑應(yīng)由一個(gè)方向逐步推進(jìn)澆筑，不得遍地開花式澆筑，澆筑與抹壓、覆蓋工作緊密交替進(jìn)行。

4）分層澆注厚大的混凝土?xí)r，已澆注層的混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前不應(yīng)低于2℃。采用加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，養(yǎng)護(hù)前的混凝土表面溫度不得低于2℃。若混凝土表面溫度接近2℃時(shí)，應(yīng)采取補(bǔ)償熱量措施，增加蒸汽設(shè)備，在混凝土表面噴射蒸汽，隔絕冷空氣對(duì)砼的影響，同時(shí)可為砼補(bǔ)充熱量。

表1 混凝土防凍要求

3.5 混凝土加熱養(yǎng)護(hù)

（1）高支模結(jié)構(gòu)下部采暖

利用熱空氣上升的原理，采用焦炭爐對(duì)板下空氣加熱，使熱空氣不斷懸浮在梁板結(jié)構(gòu)的下部，保證梁板下方的環(huán)境溫度等同于常溫狀態(tài)，從而避免混凝土下表面受凍。

采用雙層五彩布或塑料布將施工段的四周封閉嚴(yán)密，并與支撐架體按照2m間距綁扎牢固，封閉位置距離后澆帶或施工縫2m，以保證板邊緣處于加熱范圍內(nèi)。其次，在距離結(jié)構(gòu)板下3m處搭設(shè)操作平臺(tái)和施工通道，操作平臺(tái)及通道采用50mm厚木制跳板鋪設(shè)，通道寬不小于800mm。

焦炭爐按照1個(gè)/30m2且保證每個(gè)軸網(wǎng)區(qū)格內(nèi)不少于2個(gè)火爐布置，焦炭爐應(yīng)焊制吊鉤，懸吊距離操作平臺(tái)大于200mm并與架體固定牢固?；炷翝仓埃瑧?yīng)提前12h小時(shí)將火爐點(diǎn)燃，并選擇最不利的位置測量室內(nèi)溫度達(dá)到5℃以上時(shí)，方可進(jìn)行混凝土澆筑。高支模冬施示意圖見圖4。

（2）高支模結(jié)構(gòu)上部采暖

由于室外氣溫低于-20℃，僅靠混凝土自身的水化熱溫度已無法保證混凝土不受凍。因此需要增加熱源輔助混凝土完成強(qiáng)度增長。

利用暖風(fēng)機(jī)向板面輸送熱風(fēng)的方式，隔絕室外冷空氣。措施：在樓板上按照2m*3m間距設(shè)置500mm高鋼筋馬凳，馬凳縱向用普通鋼管搭設(shè)，形成縱向背楞，背楞上方鋪設(shè)一層塑料布，使形成一個(gè)小暖棚。暖棚內(nèi)按照 6m間距蛇形布置Φ305mm的暖風(fēng)管，暖風(fēng)管每隔2m開設(shè)一個(gè)Φ50mm圓洞，使熱風(fēng)能均布吹入棚內(nèi)。暖棚剖面示意見圖5，暖風(fēng)管平面布置示意見圖6。

圖4 高支模冬施示意圖

圖5 暖棚剖面示意圖

圖6 暖風(fēng)管平面布置示意圖

3.6 保溫覆蓋及加熱停止

1）根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)程JGJ/T 104-2011》規(guī)定，摻防凍劑的混凝土，抗凍臨界強(qiáng)度為4MPa，因此，同條件試塊達(dá)到4 MPa以上便可撤除保溫及加熱措施。

2）加熱措施在砼達(dá)到臨界受凍強(qiáng)度以上時(shí)可以停止，保溫層在混凝土冷卻到5℃時(shí)方可撤除，撤除時(shí)混凝土溫度與外界溫度溫差不應(yīng)大于20℃，混凝土保溫層應(yīng)逐步撤除，使混凝土緩慢冷卻。

4 結(jié)語

本技術(shù)曾在沈陽某工程中得到應(yīng)用，2011年冬季成功實(shí)施了6.2萬平米鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)檢測，結(jié)構(gòu)質(zhì)量100%合格。其次，其施工工藝簡便，可操作性強(qiáng)，較常規(guī)暖棚法工藝，可節(jié)約大量的施工周期和施工成本，經(jīng)濟(jì)效益可觀，有一定的借鑒意義。

[1]袁文閣.凍融后不同強(qiáng)度混凝土與鋼筋粘結(jié)性能影響.低溫建筑技術(shù).2011

[2]沙克. 預(yù)養(yǎng)時(shí)間對(duì)蒸養(yǎng)混凝土耐久性的影響.低溫建筑技術(shù).2011

[3]程云虹等.施工方式對(duì)高性能混凝土抗凍性影響的研究. 低溫建筑技術(shù).2009

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1007-6344（2015）02-0331-02