节段拼装梁湿接缝混凝土冬季施工温度控制技术

李 华

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

1 工程概况

包西铁路通道陕西北段黑龙沟大桥是包西铁路重点控制工程，桥梁全长466.26 m，孔跨布置为9孔48 m双线简支梁。采用移动支架造桥机节段拼装法进行梁部施工:一孔梁分为9个节段进行预制，然后在移动支架上将9个节段进行拼装，9个节段之间用8个混凝土湿接缝连结。如图1所示。

图1 移动支架造桥机节段拼装法施工示意

工程所在地陕西榆林地区平均气温低于5℃的起止时间为每年的10月25日至来年的4月4日。冬季平均气温-11℃，极端最低气温可达-34℃。节段拼装箱梁施工横跨整个冬季，在如此低气温环境下进行移动支架节段拼装施工在国内尚属首次。湿接缝施工过程中的温度控制成为了质量控制的关键。

2 混凝土工程冬期施工的特点和温度控制的目的

(1)混凝土强度的增长取决于水泥水化反应的结果。当温度降低到0℃以下时，水结冰，水泥的水化反应停止，因此保证水泥的水化反应是混凝土冬期施工的关键。

(2)当气温低于5℃时，与常温相比，混凝土强度增长缓慢，混凝土的凝结时间比在15℃条件下延长近3倍，因此为满足施工进度要求，必须采取特殊的措施使混凝土强度能够较快增长。

(3)当温度降低到0℃以下时，特别是温度下降到混凝土中液相冰点以下时，混凝土中的水开始结冰，其体积膨胀约9%，此时混凝土内部结构遭到破坏。由此可见，冬季施工的混凝土最重要的工作就是做好温度保证措施，否则防寒保温措施稍有疏漏就会产生混凝土冻胀、裂缝(纹)、结构疏散、表面泛霜等质量问题，甚至变成“豆腐渣”工程。

(4)新浇筑混凝土从开始浇筑到强度达到设计值70%的整个过程中，对温度的控制至关重要。温度控制的目的就是要使混凝土在强度达到设计值70%前能够保持在合理的温度场作用下。

3 监测仪器及温度控制原则

3.1 温度测量仪器设备

“工欲善其事，必先利其器”，在冬季进行混凝土施工必须配备合格的温度测量仪器，才能保证温度测量的准确性，为工程提供精确的温度测量数据，确保混凝土质量。本工程购置了表1所列温度监测仪器，图2为电子数显测温仪。

表1 温度测量仪器配置

图2 电子数显测温仪

3.2 原材料温度控制原则

冬期施工混凝土原材料一般需要加热，加热时应优先采用水加热的方法。水加热的最高允许温度是以水与水泥接触后不致引起水泥假凝为依据的。如果将水加热到最高温度，还不能满足混凝土温度的要求，再考虑加热骨料，对于骨料，首先是加热砂，其次是石子。在骨料中，不应夹杂有冰屑、雪团和冰块，这些雪团冰块如果事先没有融化，就会加大混凝土的用水量，影响混凝土质量，降低混凝土的初始温度。

水泥在任何情况下都不允许加热，但在使用前应存储在保温棚内。

3.3 混凝土拌和温度控制原则

冬期搅拌混凝土的合理投料顺序应与材料加热条件相适应，一般是先投入骨料和加热的水，待搅拌一定时间后，水温降低到40℃左右时，再投入水泥继续搅拌到规定的时间，要绝对避免水泥假凝。混凝土拌和料的出机温度控制在15～20℃。

3.4 混凝土运输过程温度控制原则

混凝土拌和物出机后，应及时运到浇筑地点。在运输过程中，要注意防止混凝土热量散失、表面冻结、混凝土离析、水泥砂浆流失、坍落度变化等现象。途中混凝土温度不能降低过快，一般每小时温度降低不宜超过5～6℃。为防止混凝土坍落度的变化，运输工具除保温防风外，还必须严密、不漏浆、不吸水并应在使用中经常清除容器中粘附的硬化混凝土残渣。混凝土的运输过程是热损失的关键阶段，因此，运输速度要快，运输距离要短，倒运次数要少，保温效果要好。

3.5 混凝土浇筑过程温度控制原则

在浇筑前，应清除模板和钢筋上的冰雪和污垢，采取防风、防冻保护措施。混凝土浇筑时要保证混凝土的均匀性和密实性，保证结构的整体性，尺寸准确，钢筋、预埋件位置正确，拆模后混凝土表面要平整、光洁。混凝土入模温度控制值为不低于10℃。

3.6 混凝土养护过程温度控制原则

混凝土蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温4个阶段。静停期间应保持棚温不低于5℃，灌注完4 h后方可升温，升温速度不得大于10℃/h;恒温养护期间蒸汽温度不宜超过45℃，混凝土芯部温度不宜超过60℃，个别最大不得超过65℃;降温速度不得大于10℃ /h。

3.7 模板拆除温度控制原则

拆模时，混凝土芯部与表层、表层与环境温差均不宜大于15℃，且能保证棱角完整。当环境温度低于0℃，应待表层混凝土冷却至5℃以下方可拆除模板。拆模后，应及时喷涂混凝土养护剂或覆盖洒水，养护时间不少于14d。大风或气温急剧变化时不宜拆模。

4 温度控制措施

4.1 原材料保温及混凝土拌制温度控制措施

(1)料仓加篷和左右、前后面封闭，出入口留设门洞加防寒棉布帘。当外部气温低于-10℃时，料仓内生火炉保温，骨料不能出现冻块。

(2)水泥库周边采用彩钢板围挡，安装塑钢窗，大门设置推拉门。

(3)搅拌用水采取自锅炉房埋管道至蓄水池，采用蒸汽对搅拌用水加热，蒸汽管道用保温材料包裹。

(4)搅拌机主机整体安放在封闭棚内，顶面及四周采用保温棉布围挡封闭。

(5)混凝土搅拌之前用加热水对搅拌机冲洗预热。搅拌时应先将水和骨料拌和，再加入水泥，以防止假凝现象发生。混凝土搅拌时间比正常温度搅拌时间多1.5倍。水泥、粉煤灰、粗细骨料、外加剂温度于混凝土开盘前4 h测量;水温于混凝土开盘前1 h测量。

(6)为保证入模温度在10℃左右，根据公式计算反推出，水应加热至60℃，砂石料加热至12℃，这时拌和物的温度为18.6℃，混凝土出机温度为17.6℃左右，减去路上运输的温度损失4.6℃，则混凝土的入模温度在13℃左右。实际操作测量的温度与理论计算是吻合的。

4.2 混凝土运输温度控制措施

混凝土拌和站建在桥头，距离造桥机架梁位置很近，这样混凝土在运输过程中的温度损失会很少。在混凝土拌和前混凝土罐车和混凝土运输料斗用保温膜包裹，装料之前先用热蒸汽给罐车和料斗预热。每个罐车盛装混凝土方量控制在6 m3，每个料斗盛装混凝土方量控制在1.5 m3，旋转天车一次可以运输2个料斗，这样旋转天车2次即可完成1个罐车的混凝土运输，缩短了混凝土罐车等停时间和混凝土浇筑时间，减少了混凝土温度损失。图3为混凝土罐车和料斗。

图3 混凝土罐车和料斗

4.3 混凝土浇筑前温度控制措施

在混凝土浇筑之前需要做如下工作。

(1)调直8个湿接缝钢筋，进行钢筋绑扎;

(2)在湿接缝需要测温地方预埋测温传感器，每个湿接缝预埋8个，顶板、底板各1个，两侧腹板各1个，箱内上倒角两侧各1个，箱内下倒角两侧各1个，8个湿接缝共预埋64个传感器。

(3)立8个湿接缝模板，在湿接缝模板上放置PVC管，探头通过PVC管放到篷布与模板之间，在箱梁内即可测量篷布与模板之间的温度。

(4)当湿接缝模板安装好后，沿湿接缝外模安装蒸汽管，蒸汽管每隔10 cm钻φ5 mm孔眼，孔眼不能对向模板，顺着模板的平面布置;每隔80 cm在外模板上沿湿接缝环形布置方木或钢管做成的U形撑，用保温篷布包裹在U形撑上，保证蒸汽有30 cm高循环空间，用方木压条和φ8 mm钢丝绳及紧线器配合将保温篷布叠扣严实。保温篷布采用2层土工布夹着1层3 cm厚保温棉毡做成，两侧各留20 cm用作固定，中间用于包裹湿接缝及两边各20 cm宽的箱梁，另预留30 cm空间循环蒸汽。

(5)主蒸汽管道从锅炉房引入箱梁内部，外露蒸汽管道采用玻璃棉包裹，外侧以玻璃丝缠绕进行保温。每个湿接缝处从主管道分出5个支管道，顶板1个支管道，两侧腹板各1个支管道，底板2个支管道，支管道穿过湿接缝模板将蒸汽送入篷布与模板之间。箱梁内部放置8个煤火炉来保证箱梁内部温度。

(6)混凝土浇筑前将煤火炉生起，并给管道送蒸汽，对模板和钢筋进行预热，温度控制在10℃左右。图4为混凝土箱梁内保温设施布置，图5为湿接缝保温篷布。

图4 混凝土箱梁内保温设施布置

图5 湿接缝保温篷布

4.4 混凝土浇筑过程中温度控制措施

浇筑湿接缝混凝土采用造桥机旋转天车运送料斗，按照运输距离由远及近的原则灌注8个湿接缝。灌注时，当前湿接缝蒸汽管道阀门关小，浇筑完一个接缝，立即将顶板篷布覆盖，将蒸汽阀门开大，并及时调节阀门大小来监测此缝的温度。混凝土入模温度监测每2 h 1次，混凝土入模浇筑，必须振动密实，并能充分填满模板的各个角落，振动到混凝土不下沉为止。由于是冬季施工，振捣要快速，不能拖延振捣时间。

4.5 混凝土浇筑后(养护过程)温度控制措施

湿接缝混凝土的养护采用蒸汽养护和煤火炉养护，即箱梁内部采用煤火炉保证温度，养护期间对外露混凝土洒水养护;箱梁外部在篷布和模板之间通蒸汽进行养护。锅炉管道工和测温员相互配合，通过测温和调节蒸汽阀门大小以满足湿接缝养护温度的要求。混凝土养护升降温阶段，每1 h测温1次;恒温养护阶段，每2 h测温1次。

4.6 篷布及模板拆除温度控制措施

当湿接缝混凝土强度达到设计强度的80%以上时，进行一期张拉，张拉后方可拆模。通过控制篷布与模板之间的温度与环境温度之差，来决定拆除篷布的时间;通过对混凝土芯部温度和环境温度做对比，温差在15℃以内，且没有大风的情况下进行模板拆除工作。模板拆除后立即对湿接缝混凝土表面涂刷养护剂。

5 观测结果

湿接缝混凝土施工按照以上控制要点进行温度控制，通过测量和观察，在混凝土内部未出现负温，混凝土表面无裂缝。其中1孔梁的8个湿接缝测量结果如表2所示。

表2 1孔梁8个湿接缝温度测量结果℃

6 结语

本工程通过对湿接缝混凝土浇筑前后的相关温度采取以上控制措施之后，混凝土无论是外观质量和强度都达到了设计和规范的要求，湿接缝混凝土冬季施工取得了圆满成功，达到了预期的效果，通过此次冬季施工实践，有以下几点经验和体会。

(1)每孔梁有8个湿接缝，每个湿接缝混凝土芯部预埋8个传感器，1孔梁需要64个传感器。在冬期施工的每孔梁都必须布置传感器，市场购买成本很高，通过考察，购买了带数据线的探头，放在φ10 mm钢管里灌上砂浆，自做传感器，既可以节约成本，又达到了同样的测温效果，值得推广使用。

(2)每个湿接缝处在蒸汽主管道上接出5个蒸汽分管道，底板2个，两侧腹板各1个，顶板1个，在浇筑湿接缝底板混凝土时操作很不方便，相互干扰很大。通过把主管道加长1 m，即分管道与每个湿接缝错开1 m，浇筑混凝土时不受干扰，施工速度很快。

(3)在湿接缝混凝土浇筑完成后，测温人员要在湿接缝操作平台上测量篷布与模板之间的温度，每天间隔2 h测量1次，夜间测量很不方便，又很危险;通过在湿接缝模板上放置PVC管，探头通过PVC管放到篷布与模板之间，不但探头可以重复使用，而且在箱梁内就可以测量温度，既安全又方便。

(4)蒸汽管道采用玻璃棉包裹，外面以玻璃丝缠绕进行保温，从锅炉房到最后一孔梁距离有500多m，蒸汽热量损失少，保温效果很好，可推广使用。根据经验，蒸汽管道的合理长度小于600 m较为经济。

(5)通过控制篷布与模板之间的温度与环境温度之差，来决定拆除篷布的时间;通过控制混凝土芯部温度与环境温度之差，来决定拆除模板的时间。事实证明这种措施的效果是很好的，混凝土表面没有产生裂纹。

实践证明，所选取的湿接缝冬季施工方案和施工工艺是正确的，温度控制及保证措施是可行的、有效的，将对今后类似的工程施工提供良好的借鉴作用。

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