侯先紋

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)研究院有限公司

淺析混凝土冬季施工的質(zhì)量控制

侯先紋

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)研究院有限公司

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，混凝土冬季施工是不可避免的。綜合大家的混凝土冬季施工理論和方法最終認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境溫度日平均氣溫為5℃或降到0℃以下時(shí)，避免新澆筑混凝土早期受凍，使外露混凝土與外界氣溫保持較小的溫差，采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ矔?huì)取得像在天暖施工時(shí)的效果。

混凝土；冬季施工；

1 混凝土工程冬季施工的特點(diǎn)

混凝土澆筑后之所以逐漸凝結(jié)和硬化，是由于水泥水化作用的結(jié)果。而水泥水化作用的速度除與混凝土本身組成材料和配合比有關(guān)外，主要是隨著溫度的高低而變化的。當(dāng)溫度升高時(shí)，水化作用加快，強(qiáng)度增長(zhǎng)也較快；而當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，存在于混凝土中的水有一部分開(kāi)始結(jié)冰，逐漸由液相(水)變成固相(冰)。這時(shí)參與水泥水化作用的水減少了。因此，水化作用減慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)相應(yīng)較慢。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)存在于混凝土中的水完全變成冰，也就是完全液相變?yōu)楣滔鄷r(shí)，水泥水化作用基本停止，此時(shí)強(qiáng)度就不在增長(zhǎng)。水變成冰后，體積約增大9%，同時(shí)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。這個(gè)應(yīng)力值常常大于水泥石內(nèi)部形成的初期強(qiáng)度值，使混凝土受到不同程度的早期破壞而降低強(qiáng)度。此外，當(dāng)水變成冰后，還會(huì)在骨料和鋼筋表面上產(chǎn)生顆粒較大的冰凌，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，當(dāng)冰凌融化后，又會(huì)在混凝土內(nèi)部形成各種空隙，而降低混凝土的密實(shí)性及耐久性。由此可見(jiàn)，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是影響混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)外對(duì)水在混凝土中的形態(tài)進(jìn)行大量的試驗(yàn)表明，新澆筑混凝土在凍結(jié)前有一段預(yù)養(yǎng)期，混凝土受凍前預(yù)養(yǎng)期愈長(zhǎng)，強(qiáng)度損失愈小?；炷粱瘍龊?即處在正常溫度條件下)繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，其強(qiáng)度還會(huì)增長(zhǎng)，不過(guò)增長(zhǎng)的幅度大小不一。對(duì)于預(yù)養(yǎng)期長(zhǎng)，獲得初期強(qiáng)度較高的混凝土受凍后，后期強(qiáng)度幾乎沒(méi)有損失。而對(duì)于安全預(yù)養(yǎng)期短，獲得初期強(qiáng)度比較低的，后期強(qiáng)度都有不用程度的影響?；炷羶鼋Y(jié)前，使混凝土獲得不遭受凍害的最低強(qiáng)度，在學(xué)術(shù)界一般稱(chēng)臨界強(qiáng)度，對(duì)于臨界強(qiáng)度，各國(guó)規(guī)定取值不等，我國(guó)規(guī)定為不得低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的30%，也不得低于35千克每平方厘米。

1.1 混凝土凍害的危害

1.1.1 降低混凝土強(qiáng)度

1.1.2 造成混凝土裂縫

1.1.3 混凝土中鋼筋的銹蝕

1.1.4 降低混凝土耐久性能

1.2 防止混凝土凍害的一般原則

1.2.1 減少用水量

1.2.2 提高早期的強(qiáng)度

1.2.3 減低水的冰點(diǎn)、

1.2.4 “緩沖”冰對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的壓力

1.2.5 降低混凝土體積變化

1.3 混凝土防凍劑的作用機(jī)理

1.3.1 減水成分：減少混凝土攪拌用水，提高混凝土強(qiáng)度；減水混凝土拌合物中自由水的含量，減低受凍害的幾率。

1.3.2 早強(qiáng)成分：使混凝土早期強(qiáng)度提高，在水結(jié)冰前使混凝土超過(guò)臨界強(qiáng)度，降低冰對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。

1.3.3 引氣成分：均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，減輕水到冰的過(guò)程引起的體積變化對(duì)混凝土造成的壓力和體積變化。

1.4 防凍劑有限使用溫度的規(guī)定

1.4.1 防凍劑的有效作用溫度。

1.4.2 防凍劑對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際“有效作用溫度”。

1.4.3 對(duì)防凍劑適用溫度的規(guī)定。

1.5 混凝土防凍劑的作用

1.5.1 迅速提高早期強(qiáng)度。

1.5.2 防凍劑不能根本改變混凝土在低溫強(qiáng)度增長(zhǎng)的規(guī)律。

1.5.3 防凍劑摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

2 冬季混凝土施工方法

2.1 冬季混凝土施工方法選擇

從上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解決三個(gè)問(wèn)題：

1)如何確定混凝土最短的養(yǎng)護(hù)齡期；

2)如何防止混凝土早期凍害；

3)如何保證混凝土后期強(qiáng)度和耐久性滿(mǎn)足要求

實(shí)際工程中，要根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況，工程量大小、結(jié)構(gòu)厚大程度與外露情況，工期，水泥的品種及價(jià)格、早強(qiáng)劑、減水劑、抗凍劑的性能及價(jià)格，保溫材料等來(lái)選擇合理的施工方法。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于同一個(gè)工程，可以有若干個(gè)不同的冬季施工方案。一個(gè)理想的方案，應(yīng)當(dāng)用最短的工期、最低的施工費(fèi)用，來(lái)獲得最優(yōu)良的工程質(zhì)量，也就是工期、費(fèi)用、質(zhì)量最佳化。目前基本上采用以下4中方法。

2.2 冬季混凝土施工方法種類(lèi)

1)調(diào)整配合比方法

主要適用于在0℃左右的混凝土施工。具體做法：①選擇適當(dāng)品種的水泥是提高混凝土抗凍的重要手段。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥。該水泥水化熱較大，且在早期放出強(qiáng)度最高，一般3天抗壓強(qiáng)度大約相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥的7天強(qiáng)度，效果較明顯。②盡量降低水灰比，稍增水泥用量，從而增加水化熱量，縮短達(dá)到齡期強(qiáng)度的時(shí)間。③摻用引氣劑。在保持混凝土配合比不變的情況下，加入引氣劑后生成的氣泡，相應(yīng)增加了水泥漿的體積，提高拌合物的流動(dòng)性，改善其粘聚性及保水性，緩沖混凝土內(nèi)水結(jié)冰所產(chǎn)生的水壓力，提高混凝土的抗凍性。④摻加早強(qiáng)外加劑，縮短混凝土的凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度。應(yīng)用較普通的有硫酸鈉(摻用水泥用量的2%)和MSF符合早強(qiáng)試水劑(摻水泥用量的5%)。⑤選擇顆粒硬度和縫隙少的集料，使其熱膨脹系數(shù)和周?chē)皾{膨脹系數(shù)相同。

2)蓄熱法

主要用于氣溫-5℃左右，結(jié)構(gòu)比較厚大的工程。做法是：對(duì)原材料(水、砂、石)進(jìn)行加熱，使混凝土在攪拌、運(yùn)輸和澆灌以后，還儲(chǔ)備相當(dāng)?shù)臒崃?，以使水泥水化放熱較快，并加強(qiáng)對(duì)混凝土的保溫，以保證在溫度降到0℃以前使新澆混凝土具有足夠的抗凍能力。此法工藝簡(jiǎn)單，施工費(fèi)用不多，但要注意內(nèi)部保溫，避免角部與外露表面受凍，且要延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)臨期。

3)抗凍外加劑

在-10℃以上的氣溫中，對(duì)混凝土拌合物摻加一種能降低水的冰點(diǎn)的化學(xué)劑，使混凝土在負(fù)溫下仍處于液相狀態(tài)，水化作用能繼續(xù)進(jìn)行，從而使混凝土強(qiáng)度繼續(xù)增長(zhǎng)。目前常用有氧化鈣、氯化鈉等單抗凍劑及亞硝酸鈉加氯化鈉符合抗凍劑。

4)外部加熱法

主要用于氣溫-10℃以下，而構(gòu)件并不厚大的工程。通過(guò)加熱混凝土構(gòu)件周?chē)目諝?，將熱量傳給混凝土，或直接對(duì)混凝土加熱，使混凝土處于正溫條件下正常硬化。

①火爐加熱，一般在較小的工地使用，方法簡(jiǎn)單，但室內(nèi)溫度不高，比較干燥，且放出的二氧化碳會(huì)使新澆混凝土表面碳化，影響質(zhì)量。

②蒸汽加熱。用蒸汽使混凝土在濕熱條件下硬化。此法較易控制，加熱溫度均勻。但因其需要專(zhuān)門(mén)的鍋爐設(shè)備，費(fèi)用較高。且熱損失較大，勞動(dòng)條件亦不理想。

③電加熱。將鋼筋作為電極，或?qū)㈦姛崞髻N在混凝土表面，便電能為熱能，以提高混凝土的溫度。次方法簡(jiǎn)單方便，熱損失較少，易控制，不足之處是電能消耗大。

④紅外線(xiàn)加熱，以高溫電加熱或氣體紅外線(xiàn)發(fā)生器，對(duì)混凝土進(jìn)行密封輻射加熱。

3 冬季混凝土施工技術(shù)措施

3.1 冬季施工混凝土組成材料的要求

骨料：骨料中不得有冰塊等，應(yīng)清潔、級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬；

水：采用可飲用的自來(lái)水；

外加劑：選用防凍劑的作用機(jī)理是在規(guī)定的負(fù)溫下顯著降低混凝土的液相冰點(diǎn)，使混凝土在液態(tài)不結(jié)冰，保證水泥的水化作用，在一定的時(shí)間內(nèi)獲得預(yù)期的強(qiáng)度，防凍劑應(yīng)通過(guò)技術(shù)鑒定，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)掌握其性能；水泥：顯著活性高、水化熱大的普通硅酸鹽水泥。

3.2 冬季混凝土攪拌及運(yùn)輸?shù)囊?/p>

混凝土的攪拌、運(yùn)輸：混凝土攪拌選用加熱水的方法，80℃以上的熱水不得與水泥直接接觸，先將熱水與骨料拌合而后摻入水泥攪拌，以避免水泥假凝，混凝土攪拌的時(shí)間不得少于3分鐘。運(yùn)輸時(shí)混凝車(chē)罐外加保溫罩，另外，必要時(shí)對(duì)攪拌機(jī)周?chē)M(jìn)行防護(hù)并通暖保溫。

混凝土的養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑完成后馬上用塑料布覆蓋保持水份，同時(shí)在塑料布外側(cè)覆蓋保溫材料，使混凝土溫度不至于下降過(guò)快，避免混凝土凍害的發(fā)生。適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，以不少于15天為宜。加做兩組混凝土同條件試塊放在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，以便隨時(shí)得到同條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.3 冬季混凝土測(cè)溫的要求

混凝土的測(cè)溫工作：在混凝土中埋設(shè)導(dǎo)線(xiàn)設(shè)專(zhuān)人進(jìn)行測(cè)溫，包括大氣溫度、混凝土的出罐、入模溫度、混凝土內(nèi)部溫度，如有異常及時(shí)采取措施。

豎向配置C16@200滿(mǎn)足要求。

2.4 地質(zhì)檢測(cè)

開(kāi)挖完成后首先對(duì)井中心位置及四周輪廓尺寸及時(shí)進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，確保符合設(shè)計(jì)尺寸要求。其次馬上進(jìn)行地質(zhì)核對(duì)，并檢測(cè)地基承載力是否符合設(shè)計(jì)要求。如井底地質(zhì)與設(shè)計(jì)不符或地基承載力不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)須及時(shí)與監(jiān)理及設(shè)計(jì)單位取得聯(lián)系，并提出變更設(shè)計(jì)申請(qǐng)等。經(jīng)檢測(cè)井內(nèi)尺寸、平面位置及基底承載力符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，及時(shí)進(jìn)行下步施工，基底不可暴露過(guò)久。

2.5 施工監(jiān)測(cè)

為保證基坑開(kāi)挖的安全，施工監(jiān)測(cè)在施工中起著極其重要的作用。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)指導(dǎo)施工，以確作業(yè)人員的安全。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括地表沉降、土壓力、地下水位及平面尺寸。

平面尺寸監(jiān)測(cè)：成坑過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查基底高程、平面尺寸及垂直度，基坑挖至基底高程時(shí)，基底尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)圖紙基礎(chǔ)輪廓一致。

基底檢驗(yàn)：基底地基承載力應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；巖層基底應(yīng)清除巖面松碎石塊、淤泥。鑿出新鮮巖面，表面應(yīng)清洗干凈；基底平面位置、尺寸和基底高程應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

基坑邊坡頂部的水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿基坑周邊布置，分別布置在基坑周邊中部、陽(yáng)角處。監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距不宜大于20m，每邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目不應(yīng)少于3個(gè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在基坑邊坡坡頂上。

用精密水準(zhǔn)儀與全站儀進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，精度要求不低于2級(jí)，每天監(jiān)測(cè)一次。

監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值突然增大或發(fā)現(xiàn)水平位移總量超過(guò)40mm或變化速率超過(guò)2mm/d，垂直沉降總量超過(guò)50mm或變化速率超過(guò)3mm/d時(shí)，立即通知施工現(xiàn)場(chǎng)，引起注意，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，必要調(diào)整施工措施或采取必要補(bǔ)救措施。

2.6 鋼筋安裝

基礎(chǔ)鋼筋及墩身預(yù)埋鋼筋采用鋼筋加工場(chǎng)加工合格后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)直接綁扎成型，需要焊接的鋼筋采用搭接焊接，搭接長(zhǎng)度及焊縫長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。墩身鋼筋預(yù)埋深度不小于1m，并且頂層鋼筋與墩身預(yù)埋鋼筋采用“L”型鋼筋焊接固定。墩身預(yù)埋鋼筋外露長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況確定，鋼筋接頭必須分散布置，以確保同一截面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過(guò)鋼筋總數(shù)量的50%，且避免設(shè)在基頂以上3m范圍內(nèi)。

2.7 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

在挖井基礎(chǔ)鋼筋、墩身預(yù)埋鋼筋和接地鋼筋綁扎完成且護(hù)壁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，方可進(jìn)行混凝土的施工?；炷翝仓埃瑢⒒浊謇砀蓛?，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土罐車(chē)運(yùn)輸至施工作業(yè)面進(jìn)行澆筑，基礎(chǔ)采取連續(xù)澆筑到設(shè)計(jì)高程。澆筑時(shí)混凝土的自由傾落高度不超過(guò)2m，否則采用滑槽或減速串筒等設(shè)備，使混凝土在規(guī)定降落高度內(nèi)均勻降落?；炷撩繉訚仓穸瓤刂圃?0cm左右，采用插入式振搗棒振搗。振搗棒移動(dòng)的間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍，且插入下層混凝土內(nèi)的深度為50～100mm。每一振點(diǎn)的振搗延續(xù)時(shí)間以混凝土不再沉落，表面呈現(xiàn)浮漿為度，防止過(guò)振、漏振?；炷琳駬v完成后，應(yīng)及時(shí)修整、抹平混凝土裸露面，采用無(wú)紡布覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)?；炷翉?qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)對(duì)墩身范圍內(nèi)混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理。

結(jié)束語(yǔ)

鐵路橋梁的挖井基礎(chǔ)施工作為重要的分項(xiàng)工程，其技術(shù)具有自身優(yōu)點(diǎn)，施工簡(jiǎn)便，適用于鐵路橋梁的施工。在施工過(guò)程中需要做好各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)施工中的實(shí)際情況及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，避免質(zhì)量事故的發(fā)生。

[1]周永興、何濤益、鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M]，人民交通出版社.