文佳

（中交路橋建設(shè)有限公司，北京 101121）

近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)繼續(xù)改善住宅、公路、鐵路、建筑、石油、天然氣和許多其他領(lǐng)域積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的大型建設(shè)公司工程建設(shè)的形勢(shì)使得冬季混凝土不得不處理。冬季施工時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生一系列的病害，如凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、力學(xué)性能發(fā)展慢、耐久性差等。特別是混凝土拌合物在達(dá)到終凝時(shí)間之前遭受早期凍害，混凝土的抗壓強(qiáng)度、靜態(tài)彈性模量、抗?jié)B性和抗凍性幾乎不再隨齡期發(fā)展[1-3]。根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃，大部分工程可以選擇在冬季繼續(xù)施工，以便及時(shí)完工。因此，冬季混凝土施工技術(shù)至關(guān)重要。本文主要依托工程為中交路橋南方工程有限公司貴州省石阡至玉屏（大龍）高速公路土建工程TJ06 標(biāo)，對(duì)于貴州省來(lái)說(shuō)，冬季最低氣溫低于﹣3 ℃的日子少，因此，根據(jù)工程所在地的氣候條件，尋求合適的冬季施工技術(shù)是非常必要的。

1 工程概況

某合同段工程為貴州省石阡至玉屏（大龍）高速公路土建工程TJ06 標(biāo)，該工程項(xiàng)目地處中國(guó)貴州省石阡縣、岑鞏縣，截至2020 年11 月底，剩余混凝土1.5 萬(wàn)m3。該工程位于貴州地區(qū)，該地區(qū)冬季氣溫較低，并在1 月份出現(xiàn)最低氣溫。對(duì)于公路建設(shè)工程來(lái)說(shuō)，能在冬季進(jìn)行施工不僅僅能均衡常年的作業(yè)，還能使得國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快，這具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 低溫對(duì)混凝土性能的影響

2.1 早期性能

混凝土的早期物理性能在低溫時(shí)降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在冬季低溫環(huán)境下澆筑的混凝土的初凝和終凝時(shí)間都會(huì)增加，尤其會(huì)顯著地增加終凝時(shí)間。而冬季的低溫環(huán)境則會(huì)引起水泥表層的水汽冷凝而成水，并因此導(dǎo)致邊緣混凝土的水灰比改變，水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)上升，進(jìn)而影響水泥的硬度和防水滲性。一般來(lái)說(shuō)，如果新澆筑的混凝土在3～6 h 內(nèi)受到凍結(jié)等損害，其抗壓強(qiáng)度將損失50%以上，如果在終凝2～3 d 后凍結(jié)，則其強(qiáng)度只會(huì)損失15%～20%[4]。

2.2 強(qiáng)度

冬季低溫度環(huán)境條件會(huì)減少混凝土材料的水化反應(yīng)速度。當(dāng)氣溫約為5 ℃時(shí)，水泥砂漿的水化速率就將大幅下降，當(dāng)氣溫約為0 ℃時(shí)，其水化作用就會(huì)終止[5]。而由于氣溫的降低，混凝土材料內(nèi)游離水分就會(huì)結(jié)冰，造成水泥砂漿內(nèi)容積擴(kuò)大，同時(shí)也會(huì)在水泥砂漿內(nèi)形成凍脹應(yīng)力，特別是在水泥砂漿凝結(jié)的早期階段其硬度無(wú)法抵消凍脹應(yīng)力，因此造成砂漿內(nèi)產(chǎn)生裂紋，這就是溫度裂縫。所以，當(dāng)溫度下降至5 ℃時(shí)，必須采取措施防止過(guò)早結(jié)冰。

2.3 耐久性

環(huán)境溫度下降導(dǎo)致混凝土內(nèi)部形成溫度應(yīng)力，環(huán)境溫度越低溫度應(yīng)力也越大，內(nèi)部溫度應(yīng)力將會(huì)逐漸大于混凝土本身的強(qiáng)度，從而在表面產(chǎn)生裂紋。裂縫產(chǎn)生后混凝土的強(qiáng)度將會(huì)降低，在后續(xù)砼構(gòu)件的日常使用中會(huì)有持續(xù)的荷載作用于該構(gòu)件，在長(zhǎng)久反復(fù)的荷載作用下，砼構(gòu)件的接縫將繼續(xù)增加并擴(kuò)大，從而顯著降低混凝土抵抗寒冷、抵抗裂縫、抗?jié)B和長(zhǎng)期耐久的能力[6]。

3 冬季混凝土施工質(zhì)量控制中的前期準(zhǔn)備與施工安全教育

3.1 技術(shù)與物資準(zhǔn)備

冬季混凝土施工較為普遍，但相比其他季節(jié)施工而言，冬季施工更容易產(chǎn)生施工質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致安全隱患發(fā)生，所以在冬季混凝土施工之前就要做好各種準(zhǔn)備工作，包括技術(shù)準(zhǔn)備及物資準(zhǔn)備。冬季施工較為復(fù)雜，需召集各個(gè)技術(shù)人員對(duì)施工圖紙進(jìn)行復(fù)核，同時(shí)對(duì)冬季低溫問(wèn)題進(jìn)行會(huì)審并解決可能存在的技術(shù)問(wèn)題。在正式進(jìn)入冬季施工之前，應(yīng)組織相關(guān)人員進(jìn)行測(cè)溫工作，測(cè)溫對(duì)象包括大氣溫度、原材料溫度、混凝提澆筑時(shí)的溫度及施工時(shí)的環(huán)境溫度。安排人員對(duì)施工時(shí)需要用到的水井及水管進(jìn)行保溫工作，防止低溫對(duì)水井及水管造成凍結(jié)及破壞。冬季施工方案的制定必須要考慮全面，所制定的方案需包括具體的施工方法、施工人員的專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)及合理的施工流程，以使得最后澆筑的混凝土構(gòu)件滿足要求。其次，冬季混凝土施工中的物資準(zhǔn)備同樣很重要，各種物資需要準(zhǔn)備齊全，各種設(shè)備需要提前維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)該提前備好冬季施工的保溫設(shè)備。施工過(guò)程中需時(shí)刻關(guān)注天氣變化情況，掌握并控制施工過(guò)程中的溫度變化，防止低溫對(duì)混凝土造成凍害，保證整個(gè)施工過(guò)程中不留任何隱患。

3.2 施工安全

不論是在冬季混凝土施工中還是其他任何時(shí)候施工過(guò)程中，安全問(wèn)題始終是最重要的問(wèn)題，因此在開(kāi)展冬季施工之前首先要進(jìn)行安全教育，必須使參與施工的每個(gè)成員都樹(shù)立足夠的安全意識(shí)。必須定期開(kāi)展安全教育培訓(xùn)，并且強(qiáng)制要求所有人員參加。施工時(shí)必須安排專(zhuān)門(mén)的安全管理人員，并制定嚴(yán)格有效的安全制度。同時(shí)鼓勵(lì)并適當(dāng)嘉獎(jiǎng)遵守安全生產(chǎn)等相關(guān)規(guī)章制度的職工，必要時(shí)可對(duì)不遵守的人員進(jìn)行通報(bào)批評(píng)，以提高全體職員的安全意思，確保整個(gè)施工安全。

在整個(gè)施工過(guò)程中必須重視安全檢查問(wèn)題。在工程開(kāi)始之前，必須對(duì)需要使用到的各個(gè)施工設(shè)施及設(shè)備進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)且全面的安全檢查，待專(zhuān)門(mén)的檢查部門(mén)驗(yàn)收合格之后方可將設(shè)施及設(shè)備投入生產(chǎn)使用中。需安排專(zhuān)人定期對(duì)施工中的安全情況進(jìn)行檢查，對(duì)檢查后發(fā)現(xiàn)不合格的部分進(jìn)行批評(píng)并整改。部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)需起到帶頭監(jiān)督作用，領(lǐng)導(dǎo)干部需親自帶頭成立檢查小組，定期進(jìn)行安全生產(chǎn)檢查，對(duì)于施工中遇見(jiàn)的實(shí)際問(wèn)題及隱患制定具體的解決方案。

冬季生產(chǎn)時(shí)，低溫會(huì)帶來(lái)許多的安全隱患，應(yīng)為施工人員配置相應(yīng)的防護(hù)物品，如防滑靴及保暖衣物等，同時(shí)應(yīng)及時(shí)清理堆積的冰雪，對(duì)易結(jié)冰的道路提前采取應(yīng)對(duì)措施。在冬季施工時(shí)會(huì)使用較多的熱水來(lái)開(kāi)展保溫工作，施工人員在使用熱水時(shí)應(yīng)防止?fàn)C傷。

4 冬季混凝土施工技術(shù)

4.1 混凝土施工配合比改進(jìn)

在冬季生產(chǎn)水泥的過(guò)程中，必須注意對(duì)水泥配合比的管理。目前的研究表明，想要混凝土抗凍性能好，必須控制并降低混凝土的水灰比。根據(jù)現(xiàn)行建筑法規(guī)，冬季施工中的水灰比例應(yīng)控制在0.55 之內(nèi)，為了確定該技術(shù)的效果，在實(shí)際施工中應(yīng)減少水灰的實(shí)際比例。在冬季澆筑混凝土階段，既要保證較低的水灰比同時(shí)要達(dá)到水泥坍落度要求，可按照要求增加一定量的減水劑。在選用水泥時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥，同時(shí)澆筑時(shí)間應(yīng)該選在冬日溫度較高的白天，不宜選在夜晚，因?yàn)槎驹缤頊夭畲?，夜晚溫度更低，為控制混凝土溫度將消耗更多的?cái)力物力。

4.2 混凝土原材料溫度控制

在冬季低溫環(huán)境下，可以利用加熱器和保溫器來(lái)維持混凝土結(jié)構(gòu)原材料的工作溫度。需注意的是不能直接加熱水泥，應(yīng)儲(chǔ)存在溫室內(nèi)。當(dāng)砂石和砂礫等原材料堆積于室外時(shí)，冬季易形成水霧或在低溫下結(jié)冰，所以在使用原材料前應(yīng)采用一些辦法提前融化原材料。其他原料和成分也宜在加熱后使用，但攪拌混凝土?xí)r必須注意的一點(diǎn)是必須保持水和拌合原料的溫度都不超過(guò)拌合要求的最高溫度?？刹捎盟訜岱訜嵩牧?。在使用原材料時(shí)需注意材料內(nèi)不能混有冰塊等物體，同時(shí)需要控制原材料在攪拌時(shí)的投料順序并全程控制其溫度。

4.3 改善混凝土拌制和澆筑

為了減少混凝土的熱損失，混凝土攪拌不得在室外進(jìn)行。如果條件允許，應(yīng)盡可能提供暖棚。此外，為了提高攪拌功率、節(jié)省攪拌時(shí)間和提高工作效率，應(yīng)首選高性能攪拌機(jī)。在攪拌過(guò)程中應(yīng)注意投料的先后順序，最好先放骨料和水，然后加入水泥進(jìn)行攪拌。冬季施工中攪拌混凝土?xí)r，時(shí)間不能過(guò)短，至少應(yīng)為常溫?cái)嚢钑r(shí)間的1.5 倍。宜在運(yùn)送水泥的路上采用帶有隔熱功能的容器，以降低運(yùn)送過(guò)程中混凝土的熱量損失，并選擇大型容器以減少倒運(yùn)次數(shù)。在冬季水泥施工時(shí)，應(yīng)該采取措施增加水泥的密實(shí)程度，可在施工時(shí)按照程序加大振搗強(qiáng)度。施工時(shí)，不宜長(zhǎng)時(shí)間存放混凝土，新拌混凝土運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)立即使用，在整個(gè)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土的溫度并將其保持在最佳溫度之間。

4.4 冬季混凝土養(yǎng)護(hù)措施

4.4.1 負(fù)溫養(yǎng)護(hù)

顧名思義，負(fù)溫養(yǎng)護(hù)法就是創(chuàng)造一個(gè)0 ℃以下的環(huán)境并在該環(huán)境中逐步養(yǎng)護(hù)混凝土的施工方法，該方法的核心就是控制混凝土內(nèi)部溫度。使用負(fù)溫養(yǎng)護(hù)法時(shí)需要在混凝土中摻入防凍劑，施工完成后不需要對(duì)混凝土進(jìn)行額外的補(bǔ)償性加熱或者保溫。該工藝相較其他養(yǎng)護(hù)方法來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單、容易操作，同時(shí)不需要額外消耗資源進(jìn)行加熱或者保溫，比較節(jié)能、環(huán)保；但該方法也有缺點(diǎn)，使用該方法的混凝土強(qiáng)度會(huì)較其他養(yǎng)護(hù)方法而言增加得緩慢。本方法適用于日平均溫度不低于0 ℃，最低溫高于﹣16 ℃環(huán)境中，不適合加熱且對(duì)抗壓強(qiáng)度的增加沒(méi)有特殊要求的砼構(gòu)件中。

4.4.2 蓄熱法

目前冬季混凝土澆筑最常見(jiàn)的保護(hù)措施之一是蓄熱法。該辦法的關(guān)鍵問(wèn)題是將加熱和調(diào)節(jié)拌合所用的水和骨料的水溫在40～50 ℃間，并用隔熱材料覆蓋澆筑。該方案具備施工簡(jiǎn)便、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量容易提高等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)硅酸鹽水泥澆注溫度高于20 ℃時(shí)，應(yīng)控制硅酸鹽水泥的蓄熱溫度。隔熱材料的傳熱系數(shù)應(yīng)低、經(jīng)濟(jì)、易獲得，如鋸末、爐渣、草簾、草袋等，為防止隔熱性能下降，應(yīng)確保隔熱物處于干燥狀態(tài)。但在混凝土的整個(gè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)注意防止風(fēng)和水對(duì)混凝土造成的損害。

4.4.3 暖棚養(yǎng)護(hù)法

采用暖棚養(yǎng)護(hù)法時(shí)，首先需要建造一個(gè)大型溫室，并通過(guò)通暖氣及加熱爐的方式來(lái)提高和保持暖棚的溫度，以保證混凝土的凝固和養(yǎng)護(hù)效果。暖棚內(nèi)的溫度應(yīng)當(dāng)較高，應(yīng)保證棚內(nèi)地面溫度高于5 ℃，并且時(shí)刻灑水來(lái)濕潤(rùn)混凝土表面。使用暖棚養(yǎng)護(hù)法有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是可使混凝土凝固效果好同時(shí)凍害較少，而它的缺點(diǎn)也很明顯，就是造價(jià)及花費(fèi)較為昂貴且溫室的生產(chǎn)和建設(shè)需要大量的勞動(dòng)力和材料，取暖需要大量的能源，這也是暖棚養(yǎng)護(hù)法并不常用的原因。

4.4.4 綜合養(yǎng)護(hù)法

綜合養(yǎng)護(hù)法目前應(yīng)用的也比較多，其優(yōu)點(diǎn)主要是將抗冷劑直接摻入混凝土的拌和物中，并預(yù)先加熱原材料同時(shí)在運(yùn)輸及拌和物的生產(chǎn)過(guò)程中均進(jìn)行了保溫，以確保澆注后的混凝土溫度超過(guò)10 ℃。采取的保溫措施能將混凝土溫度保持在0 ℃以上并維持1.5 d 左右，在該時(shí)間內(nèi)混凝土已經(jīng)完成終凝并具有足夠的強(qiáng)度。外界的溫度變化會(huì)導(dǎo)致水泥室溫逐漸下降至室外溫度以下，在這過(guò)程中抗凍劑也可以促進(jìn)水泥在負(fù)溫度條件下繼續(xù)硬化。

冬季混凝土施工已經(jīng)較為普遍，相對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方式也發(fā)展得越來(lái)越多，但針對(duì)各個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目，應(yīng)實(shí)際考慮工程環(huán)境氣溫、造價(jià)等各方面情況，合理選擇最合適的養(yǎng)護(hù)方式，以確保施工后混凝土強(qiáng)度能增長(zhǎng)到足夠的程度以滿足施工質(zhì)量要求。

5 結(jié)論

冬季混凝土施工情況越來(lái)越普遍，相較于其他季節(jié)而言，冬季期間的混凝土施工較為麻煩，為了保證冬季混凝土施工質(zhì)量滿足要求，必須掌握施工過(guò)程中的具體結(jié)構(gòu)點(diǎn)和各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)。冬季應(yīng)嚴(yán)格按照混凝土施工方案進(jìn)行混凝土保溫，同時(shí)重視混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)方法的選用與管理，以保證混凝土強(qiáng)度能在冬季低溫條件下增長(zhǎng)到規(guī)范值。在本次石阡至玉屏（大龍）高速公路土建工程中的實(shí)際應(yīng)用證明，即使在冬季施工的低溫條件下，只要針對(duì)施工特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)整個(gè)混凝土施工環(huán)節(jié)的保溫及養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行嚴(yán)格把控，也可以有效減少混凝土冬季病害并保障混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。