浅谈高纬度严寒地区箱梁预制混凝土冬期施工质量控制措施

浅谈高纬度严寒地区箱梁预制混凝土冬期施工质量控制措施

孙国峰

中铁五局六公司重庆市401147

摘 要 ：高纬度严寒地区箱梁预制混凝土施工在冬期受到一定限制，针对这一问题，本文根据冬期施工特性，结合新建牡丹江至佳木斯高速铁路工程实例，从预应力混凝土箱梁施工工艺入手，提出了适用于冬期预应力混凝土箱梁施工的技术措施，以施工工艺、养护方法、质量控制措施等，减少了冻害的发生，提高冬期箱梁预制混凝土施工质量，为寒冷地区进行混凝土箱梁施工提供参考经验；保证了箱梁施工质量和工程按期完工。

关键词严寒地区 箱梁预制 混凝土 质量控制

0 前言

中铁五局牡佳客专项目经理部林口制梁场地处黑龙江省牡丹江市柳树镇境内，承担新建牡丹江至佳木斯铁路客运专线站前工程施工二标（DK33+069.2～DK75+579）段箱梁预制任务，其中32m箱梁410孔，24m箱梁14孔，制梁场地处中温带大陆湿润性气候区，冬季受极地大陆气团控制，严寒干燥；根据历年气象资料，我段制梁场在当年10月中旬至次年 3月中旬，月平均温度在0℃以下，最低气温-35℃。依据《铁路混凝土工程施工技术指南》和《铁路混凝土与砌体工程施工规范》规定，当环境温度昼夜平均气温（最高和最低气温的平均值或当地时间6时、14时室外平均气温的平均值）连续3天低于5℃或最低气温低于-3℃时，混凝土工程应按冬期施工规定执行，按此气温施工无法保证合同工期，对此，项目需采取预应力预制箱梁混凝土冬期施工技术，用以保证冬期施工混凝土质量。

本文提出质量控制措施，克服了冬期施工低温的不利施工环境，通过施工工艺、养护方法、质量控制措等一系列保温措施，防止了冻害的发生，保证了冬期箱梁预制混凝土施工质量，保证了工期，经济效益和社会效益显著提高。

1.低温对混凝土的影响

混凝土低温硬化是冬季施工需要面对的严重问题，是一个多因素相互作用的复杂过程。新浇筑混凝土初凝后，水泥会发生缓慢的水化胶凝，强度缓慢增长，随着温度持续下降，混凝土就会遭受冻害。当气温低至5℃时,混凝土强度增长相当缓慢，混凝土凝结时间要比15℃条件下延长近3倍。

负温条件下,混凝土中的游离水开始结冰，冰晶逐渐聚成较大的扁平冰聚体,引起水分在混凝土中的重新分布,由于冰晶体积膨胀而排挤凝胶体和水泥颗粒，破坏了水泥水化所形成的结晶骨架。同时由于粗骨料和钢筋的导热系数较大，会先发生冷却，因此大量的冰聚体聚集在骨料和钢筋的周围混凝土越密实，毛细现象越完善，水分的转移和冰聚体的形成越加剧。一旦混凝转入正常温度，冰聚体消融，就会在原位置上留下了空隙，给混凝十造成了严重的物理损害，即混凝土结构遭到冻胀破坏。因此，冬期进行混凝土施工最重要的工作就是做好温度控制，创造一个满足要求的温度养护环境，能有效的防止因受冻产生的混凝土冻胀、裂缝（纹）、结构疏散、强度不足等质量问题。

2.混凝土冬期施工的一般要求

2.1 冬期混凝土施工根据技术经济比对宜优先采用加热拌合用水的方法，当加热拌合用水仍不能满足要求时。再对骨料进行加热，水及骨料的加热温度根据热工计算来确定，必须满足相关技术规定。

2.2 冬期施工的混凝土宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥标号不宜低于42.5，每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于300kg，水灰比不应大于0.6，并加入早强剂，必要时应加入防冻剂(根据气温情况确定)。

2.3拌制混凝土所用的骨料粗细骨料须置于防风、防雨的棚内，保证骨料清洁，不得含有冰雪冻结物及易冻裂的矿物物质，其他指标满足《铁路混凝土工程施工技术规程》的要求，粗骨料拌合前必须置于暖棚内，暖棚内温度不低于5℃。

2.4外加剂：在冬期施工期间，严禁使用含氯盐类防冻剂。外加剂进场后应在室内存放，且室内温度不宜低于10℃。

2.5拌和用水：拌和用水采用蒸汽和电加热器加热处理，拌和机按每小时生产混凝土60m³配备锅炉，水的加热温度不宜高于80℃。

2.6未冷却的混凝土有较高的脆性，所以结构在冷却前不得遭受冲击荷载或动力荷载的作用。

2.7冬期施工期间，为减少冻害，应优化配合比，用水量降至最低限度；办法是:控制坍落度，加入减水剂，优先选用高效减水剂。准确计量，严格控制质量。

3 冬期施工的重点及难点

3.1 混凝土拌和及入模：混凝土的拌和温度很难保证在15℃以上，需要对粗细骨料和水进行加热，以保证混凝土在入模后温度不低于5℃；同时较难保证混凝土输送过程中的热量不流失。混凝土的拌合及入模温度、养护温度的控制是冬期施工的重点及难点。

3.2 配套设施：冬期施工需要相应的配套设施进行加热及保温。制梁场加热设备主要是利用锅炉通过蒸汽管道传热到相应的加热和养护部位；砂石料棚保温采取暖气供暖和电炉升温方式相结合，管道维护和设备的正常运转不易控制；制梁台座利用彩钢保温板和保温篷布方式封闭，配以蒸汽管道、电炉升温，温度升降不易控制；保证水管的保温、不受冻较难控制。

4 箱梁预制混凝土冬期施工

主要养护方法

4.1蓄热法

蓄热法是利用加热原材料(水泥除外)的热量及水泥水化热的热量再加以保温材料覆盖,延缓混凝土的冷却速度使混凝土冻结前达到临界强度。为了确保原材料的加热湿度应正确选择保温材料使混凝土达到或超过抗冻临界强度施工时必须进行热工计算利用公式可以算出蓄热养护的冷却时间和混凝土养护的平均温度，从而可以确定在一定气温条件下凝土是否会受冻或者可以对所采用的施工方案的合理性进行判断并且可以计算出混凝土在蓄热养护期间的逐日温度故而可以估算逐日强度以指导施工。

4.2外加剂法

混凝土冬期施工中使用的外加剂有：早强剂、防冻剂、减水剂、和引气剂、可以起到早强、抗冻、促凝、减水和降低冰点的作用。

4.3外加热方法

4.3.1蒸汽加热法

蒸汽加热养护分为湿热养护和干热养护两类。湿热养护是让蒸汽与混凝土直接接触利用蒸汽的湿热作用来养护混凝土常用的有棚罩法蒸汽套法以及内部通气法等。而干热养护则是将蒸汽作为热载体通过某种形式的散热器将热量传导给混凝土使其升温常用的有毛管法和热模法。

4.3.2暖棚法

暖棚法是在被养护的构件和结构外围搭设围护物，形成棚罩内安设散热器，热风机等作为热源，加热空气，从而使混凝土获得正温的养护条件。

5 箱梁预制混凝土冬期施工控制措施

箱梁预制场冬期间根据工期进度和气温的变化混凝土施工采用养护期间不加热（蓄热法、外加剂法）和加热（蒸汽法、暖棚法等）的综合方法。即在蓄热法的基础上掺外加剂（早强剂或防冻剂）和进行短时加热等综合措施，相关措施如下：

5.1 保温设备措施

箱梁预制场设置蒸汽锅炉，主要是对拌合楼的暖气供热、搅拌用水的加热、传送带及箱梁的预制保温等。箱梁预制台位采取蒸汽锅炉提供蒸汽养护，模板侧模及模板顶部采用彩钢保温板，梁端采用保温棉被包裹封闭，并内置电炉和电风炮对制梁台位进行加温；原材料储料棚采取蒸汽锅炉带动暖气配合以电炉加温；

5.2施工用水保温措施

为提高混凝土的出罐温度和改善混凝土的工作性能，采取蒸汽加热提高水温的措施。搅拌站蓄水池以满足一孔箱梁的搅拌用水为标准，水管道用石棉包裹保温，蒸汽锅炉将蒸汽管道输送至蓄水池内，对搅拌用水的加热，以提高混凝土的拌和温度，搅拌用水需在箱梁混凝土浇筑前完成温度的提升，过程做好温度记录。

5.3粗细骨料保温措施

箱梁预制所使用的碎石需要提前清洗干净，河砂在结冰前开采和清洗，再运输至制梁场，达到规范要求合格后使用。生产用砂、碎石采用封闭式料棚储存，料棚采用钢结构屋架，棚内供暖保温棚内供暖主要由暖气管道供热，暖气管道为自制，安装于保温棚立柱间。必要情况下加设火炉升温，保证料棚内温度在5℃以上，砂、碎石先在料棚内储存预热后方能投入使用，以保证搅拌混凝土的温度。

5.4 外加剂保温措施

外加剂储料罐外设在由彩钢保温板制成的保温棚内，保温棚内设置暖气，同时采用保温罩和伴热带对外加剂储料罐包裹保温，防止外加剂冻结；

5.5 胶凝材料保温措施

水泥、粉煤灰的储存罐采用保温棚布包裹外壳，减少材料与外界的热交换，减少冬期冷风带走热量，保证生产用水泥、粉煤灰温度的相对稳定，使水泥投入使用温度尽可能地提高，保证混凝土的温度。

5.6 拌合站主机房保温措施

拌合站主机房每层均安装暖气对主机、过渡舱、计量秤 进行保温。门窗挂棉门帘封闭严实，确保主机房温度在 10℃以上，保证拌料系统正常运转。

5.7 混凝土罐车及泵车保温措施

混凝土运输采用搅拌车运输，在搅拌车的罐体外侧增加保温罩，减少混凝土在运输过程中的热量损失。泵车管道加岩棉保温套进行包裹保温，混凝土浇筑过程中加快灌注施工速度，减少混凝土施工过程中的热量散失，下料时逐车检测混凝土温度，低于5℃的坚决不予采用。

5.8 模板保温措施

侧模外部用彩钢房板封闭，端部用保温篷布围裹保温；侧模下部及箱梁顶部安装蒸汽管道通蒸汽循环加热供暖，外模自顶板钢筋吊装绑扎时开始加温，保证模板温度5℃以上。

5.9 混凝土的搅拌措施

搅拌混凝土前，需提前将搅拌站、砂石料仓、外加剂库房温度加热在10℃以上。对拌合站搅拌层、称量层、上料层、砂石料仓等加温供暖，保证环境温度达10℃以上；对施工用水、砂石料、外加剂等进行加热，（同时对砂石料斗中设置的螺旋式管道通蒸汽给骨料再加温），确保混凝土的出机温度在10℃以上。

搅拌过程中，必须经常测量水温，确保施工所用水温度在60℃-70℃左右，保证混凝土出罐温度及工作性能，同时适量减小水胶比，搅拌时间由原来的120s增加到180s以上。根据冬期施工的需要，为防止温度过高的水影响拌合物性能，混凝土搅拌时，拌合站调整混凝土搅拌的投料顺序，先投入骨料、水，充分搅拌后再投入水泥、矿物掺合料、外加剂等。搅拌时间以最后一种材料投入搅拌机内开始计算。

5.10混凝土的浇筑措施

浇筑混凝土前，必须做好准备工作，应对支架模板、钢筋和预埋件进行检查，模板内如有缝隙，应堵塞严密，检查防滑措施振捣机具、工具的准备等；浇筑混凝土前

，先用养护罩罩住台座定板，用热风机对钢筋、模板进行预热，并检查混凝土的坍落度、和易性。

混凝土浇筑安排在中午温度较高时进行，通过布料机和泵车通过保温棚架布料窗口均匀分层浇筑，为防止空洞出现，采用插入式振动棒与附着式振捣器相结合的方式振捣密实，在振捣时，移动间距不应超过振动棒作用半径的1.5倍，与模板应保持5cm—10cm距离，插入下层混凝土5cm—10cm，每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒，避免振动棒碰撞钢筋、模板等，对每一处振动部位，必须振动到该部位密实为止，密实标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。

5.11 混凝土养护措施

当梁面混凝土收完面后，桥面上铺一层塑料布，防止混凝土表面失水而产生裂纹，并立即将篷布盖好。在梁体混凝土浇筑完毕后立即将其封闭，浇筑混凝土后采用在箱梁侧、端模板外围挡彩钢，上盖蒸养棚架篷布，并四周包裹保温篷布，通蒸汽养护。梁体在制梁台座上蒸养到预张拉强度时进行预张拉，减少温差裂纹产生的可能性，在预张拉并养护到拆模强度进行拆模，拆模后四周采用篷布覆盖、包裹方式，通过蒸汽养护，养护到初张拉强度时进行初张拉并移梁。

6 冬期施工的质量保证措施

1）成立冬季期施工工程质量专项检查小组，组织制定质量保证措施。

2）在冬期施工开始前，试验人员进行热工计算，技术人员必须进行专门的技术交底，使大家明白冬期施工的技术措施，作业要点，确保产品质量。

3）设专人及时与气象部门联系，掌握天气动态，为施工提供准确及时的气象信息。

4）试验室配备足够的检验、测量和试验设备，加大对原材料、半成品抽检频率，保证所用材料符合规范要求。

5）试验室每天观测室外实际气温，并在施工中定期观测加热水、水泥、砂.石料等的温度，对混凝土各环节的温度进行动态控制，并且做好记录。

6）做好施工过程责任档案记录、交接检验记录。

7 结语

实践证明：当环境温度降到5℃以下时，采用合适的施工方法，可有效避免新浇混凝土早期受冻，通过降低外露混凝土与外界气温差，以达到常温施工时一样的效果，不产生混凝土冻胀、裂缝(纹)、结构疏散、表面泛霜等质量问题。预应力预制箱梁混凝土冬期施工技术不仅可以使混凝土在低温下不受冻害，使高纬度严寒地区箱梁预制混凝土冬期施工质量得以保障，还可以加快混凝土强度的增长，大大缩短箱梁预制周期，加快工程进度，保证桥梁架设和轨道工程工期，从而保证了开通工期。

参考文献：

1.《铁路混凝土工程施工技术规程》(QCR9207-2017)

2.《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ 210-2005）

3.牡佳客专指导性施工组织设计；

4.牡佳客专实施性施工组织设计；